第7章 晶体管及其放大电路1ppt课件

1、第第7章章 晶体管及其放大电路晶体管及其放大电路 7.1 晶体管晶体管 7.2 放大电路的直流偏置放大电路的直流偏置7.3 共射极放大电路共射极放大电路7.4 共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路 7.5 组合放大电路组合放大电路 7.6 放大电路的频率响应放大电路的频率响应本章主要内容：本章主要内容：7.1.1 晶体管的结构晶体管的结构7.1.2 晶体管的工作原理晶体管的工作原理7.1.3 晶体管的伏安特性晶体管的伏安特性7.1.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数7.1.5 温度对晶体管特性和参数的影响温度对晶体管特性和参数的影响 7.1 晶体管晶体管本节主要内容：本节主要内容

2、：7.1.1 晶体管的结构晶体管的结构 发射结发射结 集电结集电结 发射区发射区 N P N 基区基区 集电区集电区 c 集电集电极极 e 发射发射极极 b 基极基极 b （a）内部内部构造构造 （b）结构示意图结构示意图 （c）电路符号电路符号 集电区集电区 发射区发射区 基区基区 c e 1、NPN型晶体管的结构和电路符号型晶体管的结构和电路符号 （c图中的箭头表示发射结正向电流的方向。图中的箭头表示发射结正向电流的方向。 面积大，掺杂浓面积大，掺杂浓度远低于射区度远低于射区薄，掺杂少薄，掺杂少掺杂浓度高掺杂浓度高3个区、个区、2个结。个结。 2、PNP型晶体管的结构和电路符号型晶体管的结

3、构和电路符号 3、常见晶体管的封装外形如图所示：、常见晶体管的封装外形如图所示： 发射结发射结 集电结集电结 发射区发射区 N P P 基区基区 集电区集电区 c 集电集电极极 e 发射发射极极 b基极基极 （a）构造构造示意图示意图 （b）电路符号电路符号 b c e 7.1.2 晶体管的工作原理晶体管的工作原理 内部条件：发射区掺杂浓度很高；基区很薄，掺杂浓内部条件：发射区掺杂浓度很高；基区很薄，掺杂浓度低；集电区面积大，掺杂浓度远低于射区。通过制造工度低；集电区面积大，掺杂浓度远低于射区。通过制造工艺实现内部条件。艺实现内部条件。 外部条件：发射结加正向电压正向偏置），集电外部条件：发射

4、结加正向电压正向偏置），集电结加反向电压反向偏置）。通过电路设计保证外部条结加反向电压反向偏置）。通过电路设计保证外部条件的实现。件的实现。放大的基本条件放大的基本条件:发射结正向偏置发射结正向偏置 集电结反向偏置集电结反向偏置(1)发射区向基区注入电子发射区向基区注入电子C先断开）先断开） 在在VBB作用下，发射区向基区注作用下，发射区向基区注入入电子形成扩散电流电子形成扩散电流IEN;NNPBBVCCVRbRCebcIBN(2)电子在基区复合和扩散 由发射区注入基区的电子继续向集电结扩散，扩散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流IBN。 由于基区薄且浓度低，所以IBN较小。大部分到达了集

5、电区的边缘。IENEPIIEBI由于IEP较小，基极电流I B I BN 。 同时基区空穴向发射区扩散形成IEP。但其数量小，可忽略。 所以发射极电流。1.载流子的传输过程载流子的传输过程 ENEPENEIIII(3) 集电结收集电子 由于集电结反偏，所以基区中扩散到集电结边缘的电子在电场作用下漂移过集电结，到达集电区，形成电流ICN。CBOI 另外，集电区的少另外，集电区的少子形成漂移电流子形成漂移电流ICBO。NNPBBVCCVRbRCebcIBNIENEPIIEBIICNCI (4) 集电极的反向电流 集电结收集到的电子包括两部分： 发射区扩散到基区的电子ICN 基区的少数载流子ICBO

6、IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBNICBOIE =IC+IBCBOINNPBBVCCVRbRCebcIBNIENEPIIEBIICNCI三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系:I B I BNICICN 显然，电子和空穴都参与电流传导过程，因而，称为双显然，电子和空穴都参与电流传导过程，因而，称为双极型三极管极型三极管Bipolar Junction Transistor，BJT），简称），简称晶体管。晶体管。 2.电流控制作用电流控制作用 定义定义ICN与与IE之比为晶体管的共基极直流电流放大系数之比为晶体管的共基极直流电流放大系数 ，即即ECNII得得 CBOECIII值越

7、大，发射极电流对集电极电流的控制能力越强。值越大，发射极电流对集电极电流的控制能力越强。 CBEIII因为那么那么 CBOCBCBOECIIIIII)(得得CBOBCIII111为共射极直流电流放大系数为共射极直流电流放大系数 BCBOBCIIII11则令令1CBOBCCIIII+=-EEECIIII即共基极交流放大系数即共基极交流放大系数 近似等于共基极直流电流放大系数近似等于共基极直流电流放大系数 定义集电极电流变化量定义集电极电流变化量IC与基极电流变化量与基极电流变化量IB之比为共射之比为共射极交流放大系数极交流放大系数，即，即 constvBCCEIIBBBCIIII ECIIcon

8、stvCE 定义集电极电流变化量IC与射极电流变化量IE之比为共基极交流放大系数 ,即7.1.3 7.1.3 晶体管的伏安特性晶体管的伏安特性 1.输入特性曲线输入特性曲线 输入特性曲线描述了在集射电压输入特性曲线描述了在集射电压vCEvCE一定的情况下，基极电流一定的情况下，基极电流iBiB与基射与基射电压电压vBEvBE之间的函数关系之间的函数关系, ,即即constvBEBCEvfi)( 小功率硅管的门坎电压小功率硅管的门坎电压vth约为约为0.5V，锗管约为，锗管约为0.1V。 小功率硅管的导通压降小功率硅管的导通压降Von约为约为0.60.8V，一般，一般取取0.7V；小功率锗管约为

9、；小功率锗管约为0.20.3V，一般取，一般取0.2V。 Rc+vBEvCE_+_iBiCRbAmAV2.输出特性曲线输出特性曲线 输出特性曲线描述了在基极电流输出特性曲线描述了在基极电流iB一定一定的情况下，集电极电流的情况下，集电极电流iC与集射电压与集射电压vCE之之间的函数关系间的函数关系,即即 constiCECBvfi)( 在输出特性曲线上可划分为三个在输出特性曲线上可划分为三个工作区：放大区、饱和区和截止区。工作区：放大区、饱和区和截止区。(1)放大区放大区Active region） 放大区的特点是：放大区的特点是： 发射结正偏，集电结反偏；发射结正偏，集电结反偏； iCiB，

10、体现了晶体管的放大，体现了晶体管的放大作用电流控制作用），曲线的间隔作用电流控制作用），曲线的间隔越大，越大，值越大；值越大； iC 随随vCE增加很小，呈恒流特性。增加很小，呈恒流特性。 Rc+vBEvCE_+_iBiCRbAmAVIb=0Ib=20AIb=40AIb=80AIb=60AIb=100A截止区截止区饱和区饱和区放放大大区区icicvCE(2)饱和区饱和区Saturation region） 饱和区内的饱和区内的vCE称为饱和压降，称为饱和压降，小功率硅管的饱和压降典型值为小功率硅管的饱和压降典型值为0.3V，锗管为，锗管为0.1V。 饱和区的特点：饱和区的特点： 发射结和集电结

11、均为正偏发射结和集电结均为正偏置；置； iC不受不受iB控制，而近似随控制，而近似随vCE线性增长。由于线性增长。由于vCE小、而小、而iC大，故大，故ce集电极和发射极集电极和发射极之间等效为开关的导通，或等效之间等效为开关的导通，或等效为一个小电阻，称为导通电阻。为一个小电阻，称为导通电阻。 (3)截止区截止区(Cutoff region) 特点：特点：发射结和集电结都是反向偏置；发射结和集电结都是反向偏置； iC=ICEO0，故，故ce之间等效为开关的断开，或等效为一个之间等效为开关的断开，或等效为一个大电阻，称为截止电阻。大电阻，称为截止电阻。 7.1.4 晶体管的主要参数晶体管的主要

12、参数1.电流放大系数电流放大系数Current amplification factor） 2.极间反向电流极间反向电流 极间反向电流是由少数载流子形成的，其大小表征了晶体管的温度特性。极间反向电流是由少数载流子形成的，其大小表征了晶体管的温度特性。 （1集电结反向饱和电流集电结反向饱和电流ICBO：发射极开路时，集电极和基：发射极开路时，集电极和基极之间的反向饱和电流。极之间的反向饱和电流。 （2穿透电流穿透电流ICEO：基极开路时，通过集电极和发射极回路：基极开路时，通过集电极和发射极回路的电流，的电流，ICEO=(1+)ICBO。 电流放大系数是表征晶体管放大能力的参数。有共发射极直流电

13、流放大系数 、共发射极交流电流放大系数 、共基极直流电流放大系数 和共基极交流放大系数。它们的含义见7.1.2节。3.极限参数极限参数（1集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM ICM是指当是指当下降到正常下降到正常值的值的2/3时所对应的时所对应的IC值。当值。当IC超超过过ICM时，晶体管的放大性能下降，但不一定损坏。时，晶体管的放大性能下降，但不一定损坏。（2反向击穿电压反向击穿电压Reverse breakdown voltage） 发射结反向击穿电压发射结反向击穿电压V(BR)EBO：集电极开路时，发射极：集电极开路时，发射极与基极之间允许施加的最高反向电压。超过此值，发射结发生

14、与基极之间允许施加的最高反向电压。超过此值，发射结发生反向击穿。反向击穿。 集电结反向击穿电压集电结反向击穿电压V(BR)CBOV(BR)CBO：发射极开路时，集电极与基：发射极开路时，集电极与基极之间允许施加的最高反向电压。超过此值，集电结发生反向击极之间允许施加的最高反向电压。超过此值，集电结发生反向击穿。穿。（3集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCMPC=iC vCE 当当PCPCM时，晶体管的实际时，晶体管的实际结温小于允许的结温，不会损坏晶结温小于允许的结温，不会损坏晶体管。体管。 为了可靠工作，通常选择为了可靠工作，通常选择PCM=PCM=（1.51.5PCPC。7.1

15、.5 温度对晶体管的特性与参数的影响温度对晶体管的特性与参数的影响 （1) 温度对温度对ICBO的影响的影响 ICBO ICBO是少数载流子形成的集电结反向饱和电流，受温度影响是少数载流子形成的集电结反向饱和电流，受温度影响很大。温度每升高很大。温度每升高100C100C，ICBOICBO增加一倍。反之，温度降低时增加一倍。反之，温度降低时ICBOICBO减小。减小。当温度升高时，当温度升高时，ICEO的增大体现为整个输出特性曲线族向上平移的增大体现为整个输出特性曲线族向上平移（2) 温度对温度对的影响的影响 温度升高时，晶体管内部载流子的扩散能力增强，使基区内载流子的复合温度升高时，晶体管内

16、部载流子的扩散能力增强，使基区内载流子的复合概率减小，因而温度升高时放大倍数概率减小，因而温度升高时放大倍数随之增大。随之增大。以以 时测得的时测得的值为基数，温度每升高值为基数，温度每升高 ，增加约增加约(0.51)%。C25C1CBOCEOII)1 (（3温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响 温度升高时，对于同样的发射极电流，晶体管所需的温度升高时，对于同样的发射极电流，晶体管所需的|vBE| 减小。表现为减小。表现为输入特性曲线向左移动输入特性曲线向左移动 （4） 温度对输出特性的影响温度对输出特性的影响（5 5） 温度对反向击穿电压的影响温度对反向击穿电压的影响 温度升高时，晶体管

17、的温度升高时，晶体管的ICBOICBO、IOCEIOCE、都将增大，导致晶体管的都将增大，导致晶体管的ICIC上升，上升，即输出特性曲线向上移即输出特性曲线向上移温度升高，温度升高，V(BR)CEOV(BR)CEO和和V(BR)CBOV(BR)CBO都增大都增大7.2 放大电路的直流偏置放大电路的直流偏置 将晶体管偏置在放大状态将晶体管偏置在放大状态:发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。 7.2.1 基本偏置电路和静态工作点分析方法基本偏置电路和静态工作点分析方法1基本偏置电路基本偏置电路 直流电压和电流在其特性曲线上组成静态工作点，分别直流电压和电流在其特性曲线上组成静态工作点，

18、分别是是VBEVBE，IBIB和和VCEVCE，ICIC），通常用），通常用Q Q表示。表示。+ Rb Rc T VBE + VCE IB IC +VCC（12V） + Rb Rc T VBE + VCE IB IC -VCC（-12V） （a）NPN 管管 (b)PNP管管 固定固定2晶体管的分段线性模型晶体管的分段线性模型 在输入特性曲线中，用垂足为导通电压在输入特性曲线中，用垂足为导通电压VonVon的垂直线段逼近输入特性的的垂直线段逼近输入特性的导通区，用过原点的水平线段逼近输入特性的死区导通区，用过原点的水平线段逼近输入特性的死区. . 在输出特性曲线中，用一组水平直线段逼近晶体管的

19、放大区特性，用垂足为在输出特性曲线中，用一组水平直线段逼近晶体管的放大区特性，用垂足为原点的垂直线段逼近晶体管的饱和特性原点的垂直线段逼近晶体管的饱和特性. .3 3静态工作点的计算静态工作点的计算CcCCCECCbBECCBonBEIRVVIIRVVIVV 例例7.1 7.1 试计算图试计算图7.2.17.2.1电路的静态工作点。知：三极管是硅管，其电路的静态工作点。知：三极管是硅管，其=50=50；VCC=12VVCC=12V，Rb=400kRb=400k，Rc=4kRc=4k。解：将电路参数代入解：将电路参数代入7.2.1），得），得AmAkVRVVIVVVbBECCBonBE5 .28

20、0285. 04007 . 0127 . 0思路：先求思路：先求IB，再求，再求 IC，最后求，最后求VCE（7.2.1）VmAkVIRVVCcCCCE35. 6)(41. 1412mAmAIICC41. 10285. 050Re1.写输入回路电压方程：写输入回路电压方程：VCC=IBRb+VBE+IEReIE=(1+)IBVCC=ICRC+VCE+IEReebBECCBRRVVI)1 (IE=(1+)IBIC=IBVCE=VCC-ICRC-IERe写输出回路电压方程：写输出回路电压方程：4基本偏置电路的缺点基本偏置电路的缺点CBECEOCBOIvIIT)/( 稳定静态工作点的基本方法之一是在

21、直稳定静态工作点的基本方法之一是在直流偏置电路中引入直流负反馈，使集电极直流偏置电路中引入直流负反馈，使集电极直流电流流电流ICIC和集射直流电压和集射直流电压VCEVCE随温度的变化很随温度的变化很小，稳定静态工作点小，稳定静态工作点Q QVCEVCE，ICIC）。）。 基本偏置电路的静态工作点受环境温度基本偏置电路的静态工作点受环境温度T T的影响很大。的影响很大。反馈方式主要是电流串联负反馈和电压并联负反馈。反馈方式主要是电流串联负反馈和电压并联负反馈。7.2.2 电流串联负反馈偏置电路电流串联负反馈偏置电路 图中射极电阻图中射极电阻ReRe引入电流串联负反引入电流串联负反馈，所以简称为

22、射极偏置电路。馈，所以简称为射极偏置电路。基极电流基极电流IBIB远远小于基极偏置电阻上的电流远远小于基极偏置电阻上的电流I1I1时：时：CCbbbBVRRRV212当温度升高引起集电极电流增加时，电流串联负反馈将自动进行如下反馈过程：当温度升高引起集电极电流增加时，电流串联负反馈将自动进行如下反馈过程： 在电子工程设计中，选择电路参数，使：在电子工程设计中，选择电路参数，使： 锗管硅管BBIII)2010()105(1BEBVV)105(Rb1 Rc T VB VC +VCC Re Rb2 I1 I2 IB VE IC onBEVVeBEBERVVI/ )(eEcCCCCERIRIVV1EB

23、II静态工作点计算：静态工作点计算：例例7.2 7.2 射极偏置电路如图射极偏置电路如图7.2.47.2.4所示。知：晶体管是硅管，其所示。知：晶体管是硅管，其=50=50；VCC=12VVCC=12V，Rb1=40kRb1=40k，Rb2=20kRb2=20k，Rc=3kRc=3k，Re=2kRe=2k。试计算电路的静态工作点。试计算电路的静态工作点。解：解： VVVonBE7 . 0mARVVIeBEBE65. 12/ )7 . 04(/ )(VRIRIVVeEcCCCCE75. 365. 1)23(12AmAIIEB32032. 051/65. 1)1/(CCbbbBVRRRV212Rb

24、1 Rc T VB VC +VCC Re Rb2 I1 I2 IB VE IC BCIIVVVRRRVCCbbbB4=1240+2020=+2127.2.3 电压并联负反馈偏置电路电压并联负反馈偏置电路电阻电阻RbRb引入电压并联负反馈。引入电压并联负反馈。集电极电阻集电极电阻RcRc上的电流上的电流IRIR为为: : IR=IC+IBIC IR=IC+IBIC当温度升高引起集电极电流增加时，电路将自动进行如下反馈过当温度升高引起集电极电流增加时，电路将自动进行如下反馈过程：程： Rc T VB VC +VCC Rb IB IC IR 静态工作点计算：静态工作点计算：由电路得由电路得 bBEB

25、cCCbBECBBcCCCcCCRcCCCRVIRVRVVIIRVIRVIRVV所以，所以，Rc T VB VC +VCC Rb IB IC IR CcCCCBCcbBECCBonBEIRVVIIRRVVIVV7.3 共射极放大电路共射极放大电路7.3.1 信号的耦合方式信号的耦合方式信号的耦合方式主要有直接耦合、电容耦合、变压器耦合和光电耦合。信号的耦合方式主要有直接耦合、电容耦合、变压器耦合和光电耦合。 1. 直接耦合直接耦合 信号源直接引入到晶体管的发射结回信号源直接引入到晶体管的发射结回路，即输入回路。输出信号直接从晶体管路，即输入回路。输出信号直接从晶体管的集电极对地引出送负载电阻的

26、集电极对地引出送负载电阻RLRL，形成输，形成输出回路。出回路。 优点是可以放大输入信号的直流分量和优点是可以放大输入信号的直流分量和低频信号；电路不包含大电容和大电感，低频信号；电路不包含大电容和大电感，适合集成电路制造工艺。适合集成电路制造工艺。Rb1 Rc T vB vC +VCC Re iB iC RL vo + vs vi + Rs + Rb2 iS 缺点是放大电路的静态工作点受信号缺点是放大电路的静态工作点受信号源内阻和负载的影响，并且随温度变化而源内阻和负载的影响，并且随温度变化而移动，称为温度漂移。移动，称为温度漂移。 2. 电容耦合电容耦合 输入信号为零时，电容对直流电输入信

27、号为零时，电容对直流电流相当于开路，故信号源和负载不流相当于开路，故信号源和负载不影响放大电路的静态工作点，影响放大电路的静态工作点， 当输入信号不为零时，如果信号当输入信号不为零时，如果信号频率足够大，则大电容频率足够大，则大电容C1和和C2的阻的阻容抗远小于其所在回路的阻抗，容抗远小于其所在回路的阻抗，相当于短路。相当于短路。 电容通常是几十个微法，保证对信号相当于短路简称为交流短路）、对电容通常是几十个微法，保证对信号相当于短路简称为交流短路）、对直流电源相当于开路简称为直流开路）。直流电源相当于开路简称为直流开路）。 例如，在音频例如，在音频20Hz20kHz放大器中，若耦合电容取值放

28、大器中，若耦合电容取值50F，其阻容抗小于，其阻容抗小于160，与电阻比较耦合电容相当于交流，与电阻比较耦合电容相当于交流短路。短路。Rb1 Rc T vB +VCC Re iB iC RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 电容耦合的缺点是不适合集成电路工艺，放大电路不能集成化。电容耦合的缺点是不适合集成电路工艺，放大电路不能集成化。 7.3.2 晶体管的低频小信号模型晶体管的低频小信号模型晶体管的低频小信号模型晶体管的低频小信号模型),(1CEBBEvifv),(2CEBCvifi 式中式中vBEvBE、iBiB、vCEvCE和和iCiC都是瞬时总量，包括直流电源引起

29、的直流量和信号都是瞬时总量，包括直流电源引起的直流量和信号引起的变化量交流量）。引起的变化量交流量）。求全微分，得求全微分，得CEICEBEBVBBEBEdvvvdiivdvBCECEICECBVBCCdvvidiiidiBCE + vBE vCE _ + _ iB iC iB( A) vBE/V 20 40 60 80 0.5 1.0 vCE=0V vCE1V （c）输出特性曲线输出特性曲线 （b）输输入入特性曲线特性曲线 （a） 共射极连接共射极连接 0 1 2 2 3 3 4 V Vthth V VononV Vthth 0 vCE=0.5V iB=0?A 100 CEv/ V 2 4

30、6 8 截止区截止区 放放 大大 区区 100 80 60 40 20 饱和区饱和区 iC /mA ICEO CEICEBEBVBBEBEdvvvdiivdvBCECEICECBVBCCdvvidiiidiBCE在静态工作点附近，微分量的系数是常数。令在静态工作点附近，微分量的系数是常数。令,CEVBBEieivh,BICEBErevvh,CEVBCfeiihBICECoevih由于微分量由于微分量dvBEdvBE、diBdiB、dvCEdvCE、diCdiC表示小信号变化量表示小信号变化量ccebbeiviv、所以，所以， cerebiebevhihvceoebfecvhihi晶体管的低频晶

31、体管的低频小信号模型小信号模型: : T e b ib c + + + + _ _ _ _ vbe vbe ic vce b c e vce + _ hrevce hie ic hfeib oeh1 ib (b) (a) 2.h2.h参数的物理意义参数的物理意义,CEVBBEieivh,BICEBErevvh,CEVBCfeiihBICECoevihhie是晶体管输出端交流是晶体管输出端交流短路短路vCE=VCEvce=0时时b-e之间的交流输入电之间的交流输入电阻，常用阻，常用rbe来表示，约来表示，约为为103量级。量级。hre是晶体管输入端交流是晶体管输入端交流开路开路iB=IBib=0

32、时时的反向电压传输系数的反向电压传输系数无量纲）无量纲）,也称为电压也称为电压反馈系数。反馈系数。iB( A) vBE/V 20 40 60 80 0.5 1.0 vCE=VCE （a） hie的意义的意义 0 VB100 IB iB( A) vBE/V 20 40 60 80 0.5 1.0 vCE=VCE 0 VB 100 IB 斜率斜率的倒数的倒数 CEVBBEieivh BICEBErevvh 2 6 8 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 3 4 0 iC /mA CEv/ V （c）hfe的意义的意义 （b） hre的意义的意义 VC IB IC CEVBCfeiih

33、2 6 8 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 3 4 0 iC /mA CEv/ V （d）hfe的意义的意义 VC IB IC 斜率斜率的倒数的倒数 BICECoevih ,CEVBBEieivh,BICEBErevvh,CEVBCfeiihBICECoevihhfe是晶体管输出端交流是晶体管输出端交流短路短路vCE=VCEvce=0时的正向电流传输系数时的正向电流传输系数无量纲），等于电流放无量纲），等于电流放大系数大系数，约为，约为102量级。量级。hoe是晶体管输入端交流是晶体管输入端交流开路开路iB=IBib=0时时c-e之间的输出电导，常用之间的输出电导，常用1 /

34、rce表示，表示，hoe很小，在很小，在放大电路的简化分析中，放大电路的简化分析中，hoe常常忽略不计。常常忽略不计。h h参数第一个下标的含义是：参数第一个下标的含义是：i i表示输入，表示输入，r r表示反向传输，表示反向传输，f f表示正向传输，表示正向传输，o o表示输出。第二个下标表示输出。第二个下标e e表示是共发射极接法。表示是共发射极接法。iB( A) vBE/V 20 40 60 80 0.5 1.0 vCE=VCE （a） hie的意义的意义 0 VB100 IB iB( A) vBE/V 20 40 60 80 0.5 1.0 vCE=VCE 0 VB 100 IB 斜率

35、斜率的倒数的倒数 CEVBBEieivh BICEBErevvh 2 6 8 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 3 4 0 iC /mA CEv/ V （c）hfe的意义的意义 （b） hre的意义的意义 VC IB IC CEVBCfeiih 2 6 8 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 3 4 0 iC /mA CEv/ V （d）hfe的意义的意义 VC IB IC 斜率斜率的倒数的倒数 BICECoevih 3.小信号模型的简化和参数的确定小信号模型的简化和参数的确定电压受控源电压受控源hre vcehre vce的电压及输出电阻的电压及输出电阻1/ hoe

36、1/ hoe很小，常忽略。很小，常忽略。图中，用图中，用替换替换hfehfe，用，用rberbe替换替换hiehie 在放大区内，晶体管的电流放大倍数在放大区内，晶体管的电流放大倍数是常数，与晶体管的制是常数，与晶体管的制造有关。但是，造有关。但是，rberbe与静态工作点有关，可以根据晶体管的物理结与静态工作点有关，可以根据晶体管的物理结构模型导出构模型导出rberbe的计算公式。的计算公式。(b) (a) + + _ _ vbe b c e vce + _ hrevce hie ic hfeib oeh1 ib + + _ _ vbe b c e vce rbe ic ib ib rbe的

37、计算：的计算：rc模拟集电区的体电阻模拟集电区的体电阻(远小于远小于rbc)。) 1(TBEVvSEeIi发射结电流方程：发射结电流方程：所以所以 ETVVSTVvBEEebIVeIVdvdirTBEBEBE111)1 (ebbbbbebebbbbeririririv)1 (ebbbbbeberrivr小功率晶体管小功率晶体管rbb200300 ，常取，常取200 。 EETbbbeImVIVrr)(26)1 (200)1 (晶体管的结构模型晶体管的结构模型: :b cb e rbb re rbe e Jc Je ib ic ie rbc rc rbb模拟从基极到发射结的基区体电阻，模拟从基极

38、到发射结的基区体电阻，rbe模拟发射结的正向导通电阻，模拟发射结的正向导通电阻，re模拟发射区的体电阻模拟发射区的体电阻(远小于远小于rbe)，rbc模拟集电结的反向电阻，模拟集电结的反向电阻，同同6.4.2式式见见PPT487.3.3 放大电路的小信号分析放大电路的小信号分析（2求解晶体管的静态工作点分段模型法），据此计算晶求解晶体管的静态工作点分段模型法），据此计算晶体管的交流输入电阻体管的交流输入电阻rbe。应用小信号模型分析晶体管放大电路，步骤如下：应用小信号模型分析晶体管放大电路，步骤如下：（1令交流信号源不作用交流电压源短路、交流电流源开令交流信号源不作用交流电压源短路、交流电流源

39、开路），得到仅有直流电源作用的直流非线性电路电容开路、路），得到仅有直流电源作用的直流非线性电路电容开路、电感短路），简称直流通路。电感短路），简称直流通路。（3令直流电源不作用直流电压源短路、直流电流源开令直流电源不作用直流电压源短路、直流电流源开路），得到仅有交流信号源作用的交流电路，简称为交流通路。路），得到仅有交流信号源作用的交流电路，简称为交流通路。用小信号模型代替晶体管，得到交流线性等效电路，简称为交用小信号模型代替晶体管，得到交流线性等效电路，简称为交流等效电路。流等效电路。前前2步作静态分析，后步作静态分析，后2步作动态分析也称为交流分析）。步作动态分析也称为交流分析）。 （4

40、用线性电路的分析方法时域方法或频域方法等求解用线性电路的分析方法时域方法或频域方法等求解交流线性电路的相关参数。交流线性电路的相关参数。以电容耦合共射极放大电路为例阐述分析步骤。以电容耦合共射极放大电路为例阐述分析步骤。 1静态分析静态分析onBEVVeBEBERVVI/ )(eECCCCCERIRIVV-=1EBIICCbbbBVRRRV2122.动态分析动态分析(1)画出放大电路的交流等效电路画出放大电路的交流等效电路 交流通路：交流通路：直流电压源短路，因为其端电压变化量为零，对交流电流相当于短路；直流直流电压源短路，因为其端电压变化量为零，对交流电流相当于短路；直流电流源开路，因为其电

41、流变化量为零，对交流电流相当于开路。电流源开路，因为其电流变化量为零，对交流电流相当于开路。大电容短路，大电感开路。大电容短路，大电感开路。 BCII画出小信号等效电路如下：画出小信号等效电路如下：直流电源对地短路，电容直流电源对地短路，电容C1和和C2短路，并用简化小信号模型替代晶体管。短路，并用简化小信号模型替代晶体管。+ ii RL bi c b + rbe RC Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb2 Re e Ri iR Ro ie Rs + vs Rb1 Rc T +VCC Re RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 vB vC （2） 放大电路的参

42、数计算放大电路的参数计算+ ii RL bi c b + rbe RC Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb2 Re e Ri iR Ro ie Rs + vs ebeiibebebebbebeebebiRrRRiRriRiriRiriv)1 ()1 ()1 (iR( 是晶体管基极对地的输入电阻是晶体管基极对地的输入电阻) )1 (/2121ebebbibbiRrRRRRRR输入电阻输入电阻Ri的计算的计算: （2） 放大电路的参数计算放大电路的参数计算电压增益电压增益Av的计算的计算: )/()/(LcLLbLccoRRRRiRRiv电压增益为电压增益为 ebeLebebLbiovR

43、rRRriRivvA)1 ()1 (增益表达中的负号表示输出电压与输入电压相位相反。增益表达中的负号表示输出电压与输入电压相位相反。 + ii RL bi c b + rbe RC Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb2 Re e Ri iR Ro ie Rs + vs （2） 放大电路的参数计算放大电路的参数计算输出电阻输出电阻Ro的计算的计算: 令信号源电压为零令信号源电压为零 ctctbctctRvRviRvii/所以输出电阻为所以输出电阻为ccttvttoRRvvivRs/0+ ii RL bi c b + rbe RC Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb2 Re e

44、 Ri iR Ro ie Rs + vs + ii bi c b + rbe Rc Rb1 vi vt ib ic _ _ Rb2 Re e Ro ie Rs it 00)1 ()/(21bbbebbbbsiiriiRRRRe（3） 电压放大模型电压放大模型输出电压对信号源电压的增益为输出电压对信号源电压的增益为 isivsiiosovsRRRAvvvvvvA+= Vi Vo + - - + ii ioRS VS RL Ro Ri AVOVi + + - - isiebeLRRRRrR+)+1 (+=例例7.3 如图已知：晶体管是硅管，其如图已知：晶体管是硅管，其=50；VCC=12V，Rb1

45、=40k，Rb2=20k，Rc=3k，Re=2k；C1= C1=10F；vs=sint=sin2000t，Rs=0.5k；RL=12k。试计算放大电路的增益、输入电阻和输出电阻；画出。试计算放大电路的增益、输入电阻和输出电阻；画出vs、vB、vC和和vo的波形。的波形。解：解：(1)直流通路直流通路 )V(412204020212CCbbbBVRRRVmARVVIIeBEBEC65. 12/ )7 . 04(/ )(VIRVVCcCCC05. 765. 1312VIRVEcE3 . 365. 12（2计算静态工作点和计算静态工作点和rbe kmAmVImVrEbe1100065. 126)50

46、1 (20026)1 (200Rb1 Rc T +VCC Re RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 vB vC Rb1 Rc T VB VC +VCC Re Rb2 I1 I2 IB VE IC VVVVcCCE75. 33 . 305. 7（3小信号等效电路小信号等效电路 电容的容抗很小，对交流电流相当于短路。电容的容抗很小，对交流电流相当于短路。 （4计算放大电路的增益、输入电阻和输出电阻计算放大电路的增益、输入电阻和输出电阻 17. 12)501 (1 )12/3(50)1 (kkkRrRAebeLv)1 (ebebiRriv)/(LcboRRiv12. 18

47、.115 . 08 .1117. 1isivvsRRRAA + ii RL bi c b + rbe RC Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb2 Re e Ri iR Ro ie Rs + vs Rb1 Rc T +VCC Re RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 vB vC （3小信号等效电路小信号等效电路 电容的容抗很小，对交流电流相当于短路。电容的容抗很小，对交流电流相当于短路。 （4计算放大电路的增益、输入电阻和输出电阻计算放大电路的增益、输入电阻和输出电阻 + ii RL bi c b + rbe RC Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb

48、2 Re e Ri iR Ro ie Rs + vs Rb1 Rc T +VCC Re RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 vB vC kRrRRRebebbi8 .112)501 (1/20/40)1 (/21kRRco3（5 5画出画出vsvs、vBvB、vCvC和和vovo的波形的波形ttvRRRvvssiiibsin96. 0sin5 . 08 .118 .11tvVvttvAvvtvVvcCCivocbBBsin12. 105. 7sin12. 1sin96. 017. 1sin96. 04图中虚线表示直流分量，图中虚线表示直流分量，vovo与与vsvs相位

49、相反。由于电容的隔相位相反。由于电容的隔直作用，直作用，vovo和和vsvs不包含直流分量。不包含直流分量。例例7.4 7.4 共射极放大电路如图所示。知：晶体管是硅管，其共射极放大电路如图所示。知：晶体管是硅管，其=50=50；VCC=12VVCC=12V，Rb1=40kRb1=40k，Rb2=20kRb2=20k，Rc=3kRc=3k，Re=2kRe=2k，Rs=0.5kRs=0.5k，RL=12kRL=12k。假设电容足够大，试计算放大电路的增益、输入电阻和。假设电容足够大，试计算放大电路的增益、输入电阻和输出电阻。输出电阻。krRRRbebbi11/20/40/211201)12/3(

50、50beLvrRA8015 . 01120isibeLvsRRRrRAkRRco3 + ii RL bi c b + rbe Rc Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb2 e Ri iR Ro ie Rs + vs 。 Rb1 Rc T +VCC Re RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 Ce 解：根据例解：根据例7.3， krbe17.3.4 放大电路的大信号分析放大电路的大信号分析当输入信号幅度较大时，晶体管的电流和电压幅度当输入信号幅度较大时，晶体管的电流和电压幅度变化大，不能用静态工作点的切线表示它们之间的变化大，不能用静态工作点的切线表示它们之间的函

51、数关系，故不能用小信号模型分析输入大信号情函数关系，故不能用小信号模型分析输入大信号情况下的放大电路，可采用图解法分析之。况下的放大电路，可采用图解法分析之。 放大电路的大信号分析主要是确定最大不失真输出放大电路的大信号分析主要是确定最大不失真输出幅度和定性分析非线性失真。幅度和定性分析非线性失真。 1.输出交流负载线输出交流负载线 交流通路：晶体管不能用小信号模型替换交流通路：晶体管不能用小信号模型替换 。交流负载线方程：交流负载线方程：)(LCLCCELCCCELcCEceCECERiRIVRIiVRiVvVv2.晶体管的电压和电流波形晶体管的电压和电流波形 ibevv由交流通路：由交流通

52、路：tVvimisin设那么那么 tVVvVvVvimBEiBEbeBEBEsinLCCEJRIVV)(LCLCCELCCCELcCEceCECERiRIVRIiVRiVvVv交流负载线和晶体管电压电流波形交流负载线和晶体管电压电流波形: 交流负载线在横轴上的截距交流负载线在横轴上的截距3.最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度为最大不失真输出幅度为: ,min,minLCCESCECEJCESCEommRIVVVVVVV最佳静态工作点最佳静态工作点QVCE，IC应满足下式：应满足下式： LCCESCERIVVLCCEJRIVV4.非线性失真非线性失真(以以NPN型管为例型管为

53、例)2 6 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 4 0 iC /mA CEv/ V IB IC VCES VJ t 2 iC/mA 0 t 2 VCE4 交流负载线交流负载线 Q (a) 饱和失真饱和失真饱和失真：晶体管工作状态进入饱和区。饱和失真：晶体管工作状态进入饱和区。2 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 4 0 iC /mA CEv/ V IB IC VCES VJ t 2 iC/mA 0 t 2 VCE4 交流负载线交流负载线 Q 6 (b) 截止失真截止失真截止失真：晶体管工作状态进入截止区。截止失真：晶体管工作状态进入截止区。 大信号失真：当输出电压同时

54、出现截顶和截底大信号失真：当输出电压同时出现截顶和截底 7.3.5 放大电路的组成原则放大电路的组成原则（1适当的直流偏置电路，将有源元件偏置在放大区。对于适当的直流偏置电路，将有源元件偏置在放大区。对于晶体管，偏置电路应保证发射结正偏，集电结反偏。晶体管，偏置电路应保证发射结正偏，集电结反偏。 （2适当的信号耦合电路，保证输入信号能作用于有源元件的适当的信号耦合电路，保证输入信号能作用于有源元件的输入回路，在负载上能获得放大了的交流信号。输入回路，在负载上能获得放大了的交流信号。（3适当的静态工作点，保证有足够的最大不失真输出信号幅适当的静态工作点，保证有足够的最大不失真输出信号幅度。度。

55、7.4 共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路7.4.1共集电极放大电路共集电极放大电路1静态分析静态分析 直流通路：直流通路：bBCCRIVVCC静态工作点静态工作点: EeCCCEBEebBECCBonBEIRVVIIRRVVIVV)1 ()1 (eEBERIVeBBEbBRIVRI)1 (2动态分析动态分析 7.4.1共集电极放大电路共集电极放大电路小信号等效电路：小信号等效电路：（1输入电阻输入电阻Ri)1 (/)1 ()/(iibiiLbeiLeLbiLbbebLeebebiRvRviRrRRRRiRRiriRRiriv所以，所以，)1 (/LbebibiRrRRRRiiR

56、i（2 2电压增益电压增益AvAv和电流增益和电流增益AiAiLbLeeoRiRRiv)1 ()/(电压增益为：电压增益为：)1 ()1 ()1 ()1 (LbeLLbbebLbiovRrRRiriRivvA通常，通常， beLrR )1 (故共集电极放大电路的电压增益约小于故共集电极放大电路的电压增益约小于1，且输出电压与输，且输出电压与输入电压相位相同，跟随输入电压变化。因而，共集电极放大入电压相位相同，跟随输入电压变化。因而，共集电极放大电路又称为射极跟随器。电路又称为射极跟随器。 电流增益为电流增益为 1/LiviiLoioiRRARvRviiALbbebLeebebiRiriRRir

57、iv)+1 (+=)/(+=（3 3输出电阻输出电阻RoRoetsbetsbetRbbtRvRrvRrviiiie式中：式中：bssRRR/1/beserRRetsbetsbettRvRrvRrvvLsRvttoivR, 07.4.2 共基极放大电路共基极放大电路静态分析静态分析直流通路直流通路 静态工作点：静态工作点： CCbbbBVRRRV2121EBII)(ecCCCCERRIVVeBEBERVVI/ )(BCII 2动态分析动态分析 7.4.2 共基极放大电路共基极放大电路小信号等效电路：小信号等效电路： （1输入电阻输入电阻Ri:beieibReRirvRviiiiiee)1 ()1

58、 (所以，所以， beieiiiiirvRvvivR)1 (beerR1)1 (111beirR/1/iebeeRRrR（2 2电压增益电压增益AvAv 2动态分析动态分析 bebirivLcLecoRiRRiv)/(式中式中 ,LcLRRR/beLbebLbbebLciovrRriRiriRivvA 共基极放大电路的输出电压与输入电压相位相同，放大能共基极放大电路的输出电压与输入电压相位相同，放大能力与共射极放大电路相当。力与共射极放大电路相当。 （3 3输出电阻输出电阻RoRo 2动态分析动态分析 00)1)(/()/(bbesbbeeesbbeiiRRiriRRir所以，ccttvtto

59、RRvvivRs/0例7.6 7.4.3 晶体管三种放大电路的比较晶体管三种放大电路的比较1.三种放大电路的判别三种放大电路的判别 看放大电路中输入信号加在晶体管的哪个极，输出信号取看放大电路中输入信号加在晶体管的哪个极，输出信号取自晶体管的哪个极。自晶体管的哪个极。 共射极放大电路电路中，输入信号加在晶体管的基极，输共射极放大电路电路中，输入信号加在晶体管的基极，输出信号取自集电极；出信号取自集电极； 共集电极放大电路中，输入信号加在晶体管的基极，输出共集电极放大电路中，输入信号加在晶体管的基极，输出信号取自发射极；信号取自发射极； 共基极放大电路中，输入信号加在晶体管的发射极，输出共基极放

60、大电路中，输入信号加在晶体管的发射极，输出信号取自集电极。信号取自集电极。 因而，未与输入信号和输出信号相连的电极既是公因而，未与输入信号和输出信号相连的电极既是公共电极。共电极。 2.共射、共基、共集电路比较共射、共基、共集电路比较 (3) 共基极放大电路只能放大电压不能放大电流，且具有很低共基极放大电路只能放大电压不能放大电流，且具有很低的输入电阻，这使得晶体管的结电容影响不明显，所以其频率特的输入电阻，这使得晶体管的结电容影响不明显，所以其频率特性是三种接法中最好的见性是三种接法中最好的见7.6节），常用于宽频带放大电路。节），常用于宽频带放大电路。 (1) 共射极放大电路既能放大电压又