双极结型三极管及放大电路基础

1、4.1 BJT4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路4.6 组合放大电路组合放大电路4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.1 BJT4.1.1 BJT的结构简介的结构简介4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理4.1.3 BJT的的VI特性曲线特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数4.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响4.1.1 BJT的结构简介的结构

2、简介(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管常见常见BJT外形图外形图 半导体三极管的结半导体三极管的结构示意图如图所示。构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型型和和PNP型。型。4.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a) NPN型管结构示意图型管结构示意图(b) PNP型管结构示意图型管结构示意图(c) NPN管的电路符号管的电路符号(d) PNP管的电路符号管的电路符号P区指向N区集成电路中典型集成电路中典型NPNNPN型型BJTBJT的截面图的截面图4.1.1 BJT的结构简介的结构简介 三极管有两个三极管有两

3、个PN结，所以在应用中具有四种工作状态（结，所以在应用中具有四种工作状态（放大放大、饱和、截止和倒置）。、饱和、截止和倒置）。4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理2. 放大工作状态内部载流子的传输过程放大工作状态内部载流子的传输过程（以（以NPNNPN为例）为例） 基区作用：传送和控制载流子基区作用：传送和控制载流子IE=IB+ IC发射结正偏发射结正偏发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电结反偏集电结反偏集电区：收集载流子集电区：收集载流子3.放大工作状态下电流关系放大工作状态下电流关系1. 放大工作状态放大工作状态的外部条件：的外部条件：发射结正偏，集电结反偏发射结

4、正偏，集电结反偏4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理 由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子( (自由电子和空穴自由电子和空穴) )参与导电，参与导电，故称为双极型三极管或故称为双极型三极管或BJTBJT ( (Bipolar Junction Transistor) )。 IE= IEN+ IEPIB=IEP+ IBN - ICBO放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程 IC= ICN+ ICBOIE=IB+ IC2. 电流分配关系电流分配关系发射极注入电流发射极注入电流传输到集电极的电流传输到集电极的电流设设 ECN II即根据

5、传输过程可知根据传输过程可知 IC= ICN+ ICBO通常通常 IC ICBOECII 则有则有 为电流放大系数。它只为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般有关，与外加电压无关。一般 = 0.9 0.99 。IE=IB+ IC放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程当当 ICBO很小时，很小时，IC IE 1 又设又设BCEOCIII 则则 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般浓度有关，与外加电压无关

6、。一般 1 。根据根据IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBOECN II且令且令BCCEOCIIII 时，时，当当ICEO= (1+ ) ICBO（穿透电流（穿透电流集电极和发射极间反向饱和电流）集电极和发射极间反向饱和电流）2. 电流分配关系电流分配关系IE=IB+ IC=(1+)IB输出电流IC（或IE）正比于输入电流IE（IB）。因此，控制输入电流就可以控制输出电流。实质IE是受正向发射结电压vBE控制的。3. 三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示，图（表示，图（c） 。共基极接法共基极接法，基极作为公共

7、电极，用基极作为公共电极，用CB表示，图（表示，图（a） ；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示，图（表示，图（b）；）；BJT的三种组态的三种组态共基极放大电路共基极放大电路4. 放大作用放大作用若若 vI = 20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IO vvvA使使 iE = -1 mA，则则 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，当 = 0.98 时，时， 综上所述，三极管的放大作用，主要是依综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到靠它的发射极电

8、流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE) vCE=常数常数(2) 当当vCE1V时，时， vCB= vCE - - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的v

9、BE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。(1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接输入特性曲线输入特性曲线-当当vCE为某一数值时，输入电流为某一数值时，输入电流iB与输入电压与输入电压vBE之间之间的关系。的关系。饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般该区域内，一般vCE0.7V (硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集电结正偏或反发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小偏电压很小。iC=f(v

10、CE) iB=const2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域: :截止区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时， vBE小于死区小于死区电压电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲轴的区域，曲线基本平行等距。此时，线基本平行等距。此时，发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线输出特性输出特性当输入电流当输入电流iB为某一数值为某一数值时，集电极电流时，集电极电流iC与电压与电压vCE间的关间的关系。系。临界饱和线 (1) 共发

11、射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const1. 电流放大系数电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数与与iC的关系曲线的关系曲线 (2) 共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 = IC/ IB vCE=const在输出特性曲线上，当iC很小（靠近截止区）或很大时，特性曲线变密，间距变小。 会在此时变小。1. 电流放大系数电流放大系数 (3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = IC/ IE vCB=cons

12、t 当当ICBO和和ICEO很小时，很小时， 、 ，可以不，可以不加区分。加区分。4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 2. 极间反向电流极间反向电流 (1) 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO实际上和单个实际上和单个PN结的反向电流是一样的，因此结的反向电流是一样的，因此它只决定于温度和少数载流子的浓度。它只决定于温度和少数载流子的浓度。4.1.4 BJT的主要参数的主要参数ICBO的测量的测量 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 2. 极间反向电流极

13、间反向电流ICEO的测量的测量(1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM -值下降到一定值时的iC值。(2) 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 3. 极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 3. 极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数(3) 反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR) EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电

14、压。极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO4.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响(1) 温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。 (2) 温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1， 值约增大值约增大0.5%1%。 (3) 温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。 2. 温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影

15、响1. 温度对温度对BJT参数的影响参数的影响end温度升高，导致温度升高，导致BJT的输出特性曲的输出特性曲线上移，且各条区间间的距离加大。线上移，且各条区间间的距离加大。4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路4.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理4.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路基本共射极放大电路 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理1. 静态静态(直流工作状态直流工作状态) 输入信号输入信号vi0时，放大时，放大电路的

16、工作状态称为静态或电路的工作状态称为静态或直流工作状态。直流工作状态。 直流通路直流通路 bBEQBBBQRVVI BQCEOBQCQIIII VCEQ=VCCICQRc 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理2. 动态动态 输入正弦信号输入正弦信号vs后，电路将后，电路将处在动态工作情况。此时，处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作基础上随输入信号作相应的变化相应的变化。 交流通路交流通路 如何变化？4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.3.1 图解分析法图解分析法4.3.2 小信号模型

17、分析法小信号模型分析法1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3. 非线性失真的图解分析非线性失真的图解分析4. 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型2. 用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路3. 小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围4.3.1 图解分析法图解分析法1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入、输入、输出特性输出特性曲线。

18、曲线。 共射极放大电路共射极放大电路4.3.1 图解分析法图解分析法1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 列输入回路方程列输入回路方程 列输出回路方程（直流负载线）列输出回路方程（直流负载线）VCE=VCCiCRc 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路 bBBBBERiV v 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与，与IBQ曲曲线的交点即为线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点，两线的交点即是即是Q点，得到点，得到IBQ。bB

19、BBBERiV v 根据根据vs的波形，在的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的的波形波形2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析tsinsmsV vbBsBBBERiV vv 根据根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和和vCE 的波形的波形2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析输出回路方程输出回路方程: vCE=VCCiCRc2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 共射极放大电路中的电压、共射极放大电路中的电压、电流波形电流波形3. 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失

20、真的影响截止失真的波形截止失真的波形 截止截止失真失真：因因静态工作点静态工作点Q Q偏低而产生的失真。偏低而产生的失真。静态工作点静态工作点Q Q偏低时，输入信号变化，可能拉低偏低时，输入信号变化，可能拉低vBE，导致，导致发射结无法正偏，发射结无法正偏，BJTBJT无法工作在放大状态。无法工作在放大状态。饱和失真的波形饱和失真的波形3. 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响饱和饱和失真失真：因因静态工作点静态工作点Q Q偏高而产生的失真。偏高而产生的失真。4. 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围图解分析法图解分析法适用于适用于分析信号幅度较大而工作频率不太高的情况分析

21、信号幅度较大而工作频率不太高的情况优点：优点： 直观、形象直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。工作情况。缺点：缺点： 不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。4.3.2 小信号模型

22、分析法小信号模型分析法1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。处理。 由于三极管是由于三极管是非线性器件非线性器件，这样就使得放大电路的，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是分析非常困难。建立小信号模型，

23、就是将非线性器件做将非线性器件做线性化处理线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。，从而简化放大电路的分析和设计。1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的引出参数的引出),(CEB1BEvvif 在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEBBBEBEdddBCEvvvvv IVii用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 对于对于BJT双口网络，已知输入双口网络，已知输入输出特性曲线如下：输出特性曲线如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) i

24、B=const可以写成：可以写成：),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBCEvv IViiiiiBJT双口网络双口网络CEQBBEie Vihv输出端交流输出端交流短路（短路（vce=0，vCE=VCEQ）时）时的的输入电阻输入电阻；输出端交流短路时的输出端交流短路时的正向电流传输比正向电流传输比或电流放大系数；或电流放大系数；输入端交流开路输入端交流开路（ib=0，iB=IBQ）时的时的反向电压传输比反向电压传输比；输入端交流开路时的输入端交流开路时的输出电导输出电导。其中：其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。参数）。vb

25、e= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEQBCfe ViihBQCEBEre IhvvBQCECoe Iihv1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的引出参数的引出i输入；输入；f正向传输；正向传输；r反向传输；反向传输；o输出。输出。1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceBJT双口网络双口网络1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数小信号模型参数小信

26、号模型 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H H参数与工作点有关，在放大区基本不变。参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H H参数都是微变参数，所以参数都是微变参数，所以只适合对交流信号只适合对交流信号的分析。的分析。 受控电流源受控电流源h hfefei ib b ，反，反映了映了BJTBJT的基极电流对集电的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源极电流的控制作用。电流源的流向由的流向由ib的流向决定。的流向决定。 hrevce是一个受控电压是一个受控电压源。反映了源。反映了BJT输出回路电输出回路电压对输入回路的影响。压对输入回路

27、的影响。1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 模型的简化模型的简化 hre和和hoe都很小，常忽都很小，常忽略它们的影响。略它们的影响。 BJT在共射连接时，其在共射连接时，其H参数的数量级一般为参数的数量级一般为 S101010101052433oefereieehhhhh1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出；rbe 与与Q点有关，点有关，可用可用H参数测试仪参数测试仪测出。测出。rbe= rbb + (1+ ) re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rbb200 则则 )mA()mV(26)1(

28、200EQbeIr )mA()mV(26)mA()mV(EQEQeIIVrT 而而 (T=300K) 一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe （忽略（忽略 re ）IEQ为静态工作时发射极电流；上式适用为静态工作时发射极电流；上式适用范围为范围为0.1mAIEQIBQ ，CCb2b1b2BQVRRRV 此时，此时，VBQ与温度无关与温度无关VBQ VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强取值越大，反馈控制作用越强一般取一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理保持1. 基极分压式射极偏置电路

29、基极分压式射极偏置电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析静态工作点估算静态工作点估算CCb2b1b2BQVRRRV eBQeBEQBQEQCQRVRVVII)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 电压增益电压增益画小信号等效电路画小信号等效电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：)/(LcboRRi v输入回路：输入回路：ebbebeebebi)1(RiriRiri v电压增益：电压增益：ebeLcebebLcbio)1()/()1()/(RrRRRriRRiA vvv画小信号等效电路画小信号等效电路确定模

30、型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析（可作为公式用）（可作为公式用）输入电阻输入电阻则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析)1(ebebiRri vb2ib1iei)1( RRRriiivvv bebibRb2b1eiii11)1(11RRRriR bev)1(|ebeb2b1RrRR 输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻oco/ RRR 求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路 网络内独立

31、源置零网络内独立源置零 负载开路负载开路 输出端口加测试电压输出端口加测试电压0)()(ecbsbeb RiiRri0)()(ebccebct Riiriiv其中其中b2b1ss/RRRR 则则)1(esbeecectoRRrRriR v当当coRR 时，时，coRR 一般一般cceoRrR （）（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析c极与e极之间电阻2. 含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路（1 1）阻容耦合阻容耦合静态工作点静态工作点00EEEe2e1BEBb )()(VIRRVIRECII )()(e1e1EcCEECCCERRIRIVVV CBII BE1II)( “

32、隔直通交”2. 含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路（2 2）直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合3. 含有恒流源的射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路静态工作点由恒流源静态工作点由恒流源Io提供，与提供，与Rb及及BJT的的无关，因而很稳定。无关，因而很稳定。自行分析该电路的自行分析该电路的Q点及点及Av、Ri、Roend4.5 共集电极放大电路和共集电极放大电路和共基极放大电路共基极放大电路4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较4.5.1 共集电极放大电路共集

33、电极放大电路1.1.静态分析静态分析共集电极电路结构如图示共集电极电路结构如图示该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器ebBEQCCBQ)1(RRVVI eCQCCeEQCCCEQRIVRIVV BQCQII eEQBEQbBQCCRIVRIV BQEQ)1(II 由由得得直流通路直流通路 小信号等效电路小信号等效电路4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析交流通路交流通路 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：LbbebLbbbebi)1( )(RiriRiiri v电压增

34、益：电压增益：1)1()1()1()1(LbeLLbeLLbebLbio RrRRrRRriRiAvvv其中其中LeL/ RRR LbLbbo)1()(RiRii v一般一般beLrR ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，同同相相与与iovv电压跟随器电压跟随器1 vA即即。4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析输入电阻输入电阻当当1 ，beLrR 时，时，Lbi/RRR 输入电阻大输入电阻大)1(| )1(LbLibiiiiiRrRRrRiR bebevvvv输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程ebbtRiiii )(sbebtRri veteR

35、iR v其中其中bss/ RRR 则则输出电阻输出电阻rRRiR 1/besettov当当 1beserRR，1 时，时， besorRR 输出电阻小输出电阻小4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析rRRR 1/beseo共集电极电路特点：共集电极电路特点：同同相相与与iovv 电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强)1(/LbebiRrRR 1 vA。4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路1

36、.1.静态工作点静态工作点直流通路与射极偏置电路相同；直流通路与射极偏置电路相同；发射极输入信号，集电极输出信号。发射极输入信号，集电极输出信号。CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 2.2.动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：LcL/ RRR 交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 LboRi vbebiri vbeLiorRA vvv 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻coRR 2.2.动态指标动态指标小信号等效电路小信号等效

37、电路 beeeiiiiiRR)1(i eeRiR/iv bebri/iv beieiiiii)1(/rRiRvvvvrR 1|bee4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较1.1.三种组态的判别三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据： 信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路共集电极放大电路 信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出共基极电路共基极电路 2.2.三种组态的比较三种组态的比较3.3.三种组态的

38、特点及用途三种组态的特点及用途共射极放大电路：共射极放大电路： 电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于电极电阻有很大关系。适用于低频低频情况下，作多级放大电路的情况下，作多级放大电路的中间级中间级。共集电极放大电路：共集电极放大电路： 只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲。可用于输入级、输出级

39、或缓冲级。级。共基极放大电路：共基极放大电路： 只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。 4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较end4.6 组合放大电路组合放大电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路4.6.1 共射共

40、射共基放大电路共基放大电路共射共基放大电路共射共基放大电路共射极放大电路共射极放大电路集电极输出集电极输出共基极放大电路共基极放大电路发射极输入，集电极输出。发射极输入，集电极输出。4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路21o1oio1iovvvvvvvvvAAA )1(2be1be21be1L11rrrRA vbe2Lc22be2L222)|(rRRrRA v其中其中 be2Lc22be12be21)|()1(rRRrrA v所以所以 12因为因为be1Lc21)|(rRRA v因此因此 组合放大电路总的电压增益等于组合放大电路总的电压增益等于组成它的各级单管放大电路电压增益组成它的各

41、级单管放大电路电压增益的乘积。的乘积。 前一级的输出电压是后一级的输前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻是前一级入电压，后一级的输入电阻是前一级的负载电阻的负载电阻RL。电压增益电压增益2be2L1rR 4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻Ro Rc2 T T1 1、T T2 2构成复合管，可等效为一个构成复合管，可等效为一个NPNNPN管管(a) (a) 原理图原理图 (b)(b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路1. 复合管的主要特性复合管的主要特性两只两只NPN型

42、型BJT组成的复合管组成的复合管 两只两只PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 PNP 124.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路1. 复合管的主要特性复合管的主要特性PNP与与NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 NPN与与PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1 124.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路2. 共集共集 共集放大电路的共集放大电路的Av、 Ri 、Ro iovvvA LbeL11RrR 1|bebseorRRRR式式中中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1 )

43、R L 4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应4.7.4 单级共基极和共集电极放大电路的高频响应单级共基极和共集电极放大电路的高频响应4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。号频率变化时的响应。4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应1. RC低通电

44、路的频率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV fsj2j 且令且令11H21CRf 又又)/j(11HioHffVVAV 电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角)/(arctanHHff （相频响应）（相频响应）增益频率函数增益频率函数RC低通电路低通电路 图中实线为近似幅频响应曲图中实线为近似幅频响应曲线。线。fH称为转折频率。当称为转折频率。当f

45、= fH时，时，实际的实际的AVH=0.707，下降为中频，下降为中频值的值的0.707倍。用分贝表示时，下倍。用分贝表示时，下降了降了3dB，所以，所以fH又称为上限截又称为上限截止频率。止频率。频率响应曲线描述频率响应曲线描述幅频响应幅频响应2HH)/(11ffAV 1. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应相频响应相频响应)/(arctanHHff 输出滞后输入输出滞后输入2. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应RC电路的电压增益：电路的电压增益：22222ioL/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅频响应幅频响应2LL)/(11ffAV 相频响应相频响应)/

46、(arctanLLff 输出超前输入输出超前输入RC高通电路高通电路 22L21CRf令令fsj2j 又又则则)/j(11ioffVVALVL2. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应幅频响应幅频响应2LL)/(11ffAV 相频响应相频响应)/(arctanLLff 输出超前输入输出超前输入图中实线为近似幅频响应曲图中实线为近似幅频响应曲线。当线。当f= fL时，实际的时，实际的AVL=0.707。用分贝表示时，下降了用分贝表示时，下降了3dB，所，所以以fL又称为下限截止频率。又称为下限截止频率。4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数1. BJT的高频小

47、信号模型的高频小信号模型模型的引出模型的引出 rbe-发射结电阻发射结电阻re归算到基极回路的电阻归算到基极回路的电阻 -发射结电容发射结电容-集电结电阻集电结电阻rbc -集电结电容集电结电容 Cbc rbb -基区的体电阻，基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点是假想的基区内的一个点互导互导CECEEBCEBCmVViig vvBJT的高频小信号模型的高频小信号模型 -考虑发射结和集电结电容的影响。考虑发射结和集电结电容的影响。简化模型简化模型混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型 cecbrr和和忽忽略略 1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型rceRL；高频时，高频时，Cbc

48、可以视为短可以视为短路，则路，则rbc可以视为开路。可以视为开路。2. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H参数参数模型等价（模型等价（低频时，电容低频时，电容Cbe, Cbc可视为开路可视为开路）ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1( IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr又因为又因为ebbeb rIVbebmIVg Tmeb2 fgC 从手册中查出从手册中查出 TcbfC和和 所以所以TVIrgEQebm 2. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参

49、数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H H参数参数模型等价模型等价3. BJT的频率参数的频率参数由由H参数可知参数可知CEBCfeViih 即即0bcce VII 根据混合根据混合 模型得模型得cbebebmc1/j CVVgI )/()/(cbebebbebj1j1 CCrIV 低频时低频时ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII ebcbeb0)(j1 rCC 当当 gmwCbc 时，时，ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)( 的幅频响应的幅频响应201)/(ff 共发射极共发射极截止频率，截止频率，值与值与BJT

50、结构相关。结构相关。f特征频率，特征频率，值与值与BJT的制的制造工艺有关。造工艺有关。Tfebmcbebm0T22 CgCCgff)( Tfff 共基极截止频率共基极截止频率 f3. BJT的频率参数的频率参数 的相频响应的相频响应f (1 0) f f fT arctgff 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路对节点对节点 c 列列KCL得得0j )(cbeboLoebm CVVRVVg

51、由于输出回路电流比较大，所由于输出回路电流比较大，所以可以以可以cb C忽略忽略 的分流，得的分流，得ebLmo VRgVcboebj )( cbCVVIC又因为称为称为密勒电容密勒电容M1CcbLmebMj )1 (1cbCRgIVZC则则表表示示若若用用之之间间存存在在一一个个电电容容和和相相当当于于 e b M1,C cbLmM1)1( CRgC而输入回路电流比较小，所以而输入回路电流比较小，所以不能不能cb C忽略忽略 的电流。的电流。目标：断开输入输出之间的连接目标：断开输入输出之间的连接4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应cbLmM1)1( CRgC

52、同理，在同理，在c、e之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且，且cbM2 CC等效后断开了输入输出之间的联系等效后断开了输入输出之间的联系1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路目标：简化和变换目标：简化和变换cbLmM1)1 (CRgC 输出回路的时间常数输出回路的时间常数远小于输入回路时间常数，远小于输入回路时间常数，考虑高频响应时可以忽略考虑高频响应时可以忽略CM2的影响。的影响。cbM2 CCM1M2CCM1ebCCC 4.7.3

53、单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路目标：简化和变换目标：简化和变换cbLmM1)1( CRgCM1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(sbebsbebbeebs/VrRRrRrrV ebbbberrr 从C往左边看iV低通电路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应高频响应和上限频率高频响应和上限频率ebLmo VRgV由电路得由电路得soHVVVAS 电压增益频响电压增益频响其中其中RCf21H 中频增益或通中频增益或通带源电压增益带源电压增益上限频率上限频率s

54、bebsbebbeebs/VrRRrRrrV RCjrRRrRrrRg 11bebsbebbeebLm/)/HMj(1ffAVS M1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(sebj11VRCV bebsbebbeebLmVSMrRRrRrrRgA/ bebsbebbeL0rRRrRrR/ 1. 高频响应高频响应高频响应和上限频率高频响应和上限频率RC低通电路低通电路)/HHj(11ffAV )/HMHVj(11ffAAVSS 共射放大电路共射放大电路频率响应曲线变化趋势相同频率响应曲线变化趋势相同 180 arctg(f/fH) 相频响应相频响应幅频响应幅频响应2HMHV(1120 2020)/lg|lg|lgffAAVSS 增益增益-带宽积带宽积RC21 BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数1. 高频响应高频响应HVSMfA cbLmebsbbbebbebsbebbeebLm1/21/CRgCRRrrrRRrRrrRgbebsbebbeebLmrRRrRrrRg/ 当当RbRs及及Rbrbe时，有时，有 cbLmebsbbLm12CRgCRrRg HVSMfA 例题例题 解：解：模型参数为模型参数为例例3.7.1 设共射放大电路在室温下运行，其参数