半导体三极管与与放大电路基础

1、半导体三极管与与放大电路基础3.1 半导体三极管（半导体三极管（BJT） 3.2 共射极放大电路共射极放大电路 3.3 图解分析法图解分析法3.4 小信号模型分析法小信号模型分析法3.5 放大电路的工作点稳定问题放大电路的工作点稳定问题3.6 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路3.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应半导体三极管与与放大电路基础3.1.1 BJT的结构简介3.1 半导体三极管（半导体三极管（BJT）3.1.2 BJT的电流分配与放大原理3.1.3 BJT的特性曲线3.1.4 BJT的主要参数(Semiconductor Bipolar Junction Tra

2、nsistor)半导体三极管与与放大电路基础3.1.1 BJT的结构简介的结构简介 半导体三极管的结构示意图如图03.1.01所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。两种类型的三极管发射结发射结(Je) 集电结集电结(Jc) 基极基极，用B或b表示（Base） 发射极发射极，用E或e表示（Emitter）；集电极集电极，用C或c表示（Collector）。 发射区发射区集电区集电区基区基区三极管符号三极管符号半导体三极管与与放大电路基础 结构特点： 发射区的掺杂浓度最高； 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图半导体三极管与与

3、放大电路基础3.1.2 BJT的电流分配与放大原理1. 内部载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。 外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子 （以NPN为例） 载流子的传输过程载流子的传输过程半导体三极管与与放大电路基础 以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 3.1.2 BJT的电流分配与放大原理半导体三极管与与放大电路基础2. 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

4、流传输到集电极的电流设设 EnCII 即即根据传输过程可知根据传输过程可知 IC= InC+ ICBOIB= IB - ICBO通常通常 IC ICBOECII 则有则有 为电流放大系数，它为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压杂浓度有关，与外加电压无关。一般无关。一般 = 0.9 0.99IE=IB+ IC载流子的传输过程载流子的传输过程半导体三极管与与放大电路基础 1 又设又设根据根据BCEOCIII 则则 是另一个电流放大系数，同样，它也只与管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。子的结构尺寸和掺杂

5、浓度有关，与外加电压无关。一般一般 1IE=IB+ IC IC= InC+ ICBOEnCII 且令且令BCCEOCIIII 时时，当当ICEO= (1+ ) ICBO（穿透电流）（穿透电流）2. 电流分配关系半导体三极管与与放大电路基础3. 三极管的三种组态共集电极接法，集电极作为公共电极，用共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示表示;共基极接法，基极作为公共电极，用共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态半导体三极管与与放大电路基础RLecb1k 图图 03.1.

6、05 共基极放大电路共基极放大电路4. 放大作用若若 vI = 20mV使使当则则电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOV vvAVEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB iE = -1 mA， iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V， = 0.98 时，时，半导体三极管与与放大电路基础+-bceRL1k共射极放大电路 图图 03.1.06 共射极放大电路共射极放大电路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB vI = 20mV 设设若若则则电压放大倍数电压放大倍数4920

7、mVV98. 0IOVvvA iB = 20 uA vO = - iC RL = -0.98 V， = 0.98mA98. 01BBCiii使使4. 放大作用半导体三极管与与放大电路基础 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

8、结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。3.1.2 BJT的电流分配与放大原理半导体三极管与与放大电路基础vCE = 0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(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vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。vCE = 0VvCE 1V(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

9、特性曲线输入特性曲线3.1.3 BJT的特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）半导体三极管与与放大电路基础(3) 输入特性曲线的三个部分输入特性曲线的三个部分死区非线性区线性区1. 输入特性曲线输入特性曲线3.1.3 BJT的特性曲线半导体三极管与与放大电路基础饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控控制的区域，该区域内，制的区域，该区域内，一般一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很电结正偏或反偏电压很小小。iC=f(vCE) 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:3.1.3 BJT的

10、特性曲线截止区：截止区：iC接近零的接近零的区域，相当区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此时，线的下方。此时， vBE小于死区电压，小于死区电压，集电结反偏集电结反偏。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的轴的区域，曲线基本平行等距。区域，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏。半导体三极管与与放大电路基础3.1.4 BJT的主要参数 (1)共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const1. 电流放大系数 半导体三极管与与放大电路基础(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

11、=const3.1.4 BJT的主要参数1. 电流放大系数 半导体三极管与与放大电路基础 (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 =IC/IE VCB=const 当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。3.1.4 BJT的主要参数1. 电流放大系数 半导体三极管与与放大电路基础 (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 2. 极间反向电流ICEO (1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。 3.1.4 B

12、JT的主要参数 即输出特性曲即输出特性曲线线IB=0那条曲线所那条曲线所对应的对应的Y坐标的数值。坐标的数值。 ICEO也称为集电极也称为集电极发射极间穿透电流。发射极间穿透电流。+bce-uAIe=0VCCICBO+bce-VCCICEOuA半导体三极管与与放大电路基础(1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(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3.1.4 BJT的主要参数半导体三极管与与放大电路基础(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 向击穿电压。 V(BR) EBO集电极开路时发射结的

13、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) EBO 3. 极限参数3.1.4 BJT的主要参数半导体三极管与与放大电路基础 由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区end半导体三极管与与放大电路基础3.1 BJT1. 既然既然BJT具有两个具有两个PN结，可否用两个二极管相结，可否用两个二极管相联以构成一只联以构成一只BJT

14、，试说明其理由。，试说明其理由。2. 能否将能否将BJT的的e、c两个电极交换使用，为什么？两个电极交换使用，为什么？3. 为什么说为什么说BJT是电流控制器件？是电流控制器件？end半导体三极管与与放大电路基础复习复习1.三极管NPN和PNP的基本概念2.三极管放大的条件：内部条件内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄.。外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。3.BJT的三种工作状态：放大、截止、饱和。BJT的三种工作组态：CE、CB、CC4.BJT的特性曲线的特性曲线（1）输入特性曲线

15、（2）输出特性曲线 iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const半导体三极管与与放大电路基础3.2 共射极放大电路共射极放大电路 电路组成电路组成 简化电路及习惯画法简化电路及习惯画法 简单工作原理简单工作原理 放大电路的静态和动态放大电路的静态和动态 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 书中有关符号的约定书中有关符号的约定半导体三极管与与放大电路基础3.2 共射极放大电路共射极放大电路1. 电路组成电路组成输入回路（基极回路）输入回路（基极回路）输出回路（集电极回路）输出回路（集电极回路）半导体三极管与与放大电路基础2. 简化电路及习惯画法简化电路及习惯画法习

16、惯画法习惯画法 共射极基本放大电路共射极基本放大电路3.2 共共射极放射极放大电路大电路半导体三极管与与放大电路基础3. 简单工作原理简单工作原理Vi=0Vi=Vsin t3.2 共共射极放射极放大电路大电路半导体三极管与与放大电路基础4. 放大电路的放大电路的静态和动态静态和动态 静态：输入信号为零（静态：输入信号为零（v vi i= 0 = 0 或或 i ii i= 0= 0）时，）时，放大电路的工作状态，也称放大电路的工作状态，也称直流工作状态直流工作状态。 动态：输入信号不为零时，放大电路的工作动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称状态，也称交流工作状态交流工作状态。 电路处

17、于静态时，三极管个电极的电压、电电路处于静态时，三极管个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点静态工作点，常称为常称为Q点。一般用点。一般用IB、 IC、和、和VCE （或（或IBQ、ICQ、和和VCEQ ）表示。）表示。3.2 共共射极放射极放大电路大电路半导体三极管与与放大电路基础3.2 共共射极放射极放大电路大电路5. 直流通路和交流通路直流通路和交流通路交流通路交流通路 直流通路直流通路 耦合电容：通交流、隔直流 直流电源：内阻为零直流电源：内阻为零 直流电源和耦合电容对交流相当于短路 共射极放大电路共射极放大电路半导体三极管与与放大电路基

18、础TVBBCbRcRb(a)TVCCCb1RcCb2(b)(c)T-VCCCb1RcCb2RcT+VCCCb1RcCb2Rc(d)(f)TVCCCb1RcCb2VBBRbT-VCCCb1RcCb2(e)3.2 1. 下列下列af电路哪些具有放大作用？电路哪些具有放大作用？end半导体三极管与与放大电路基础3.3 图解分析法图解分析法 用近似估算法求静态工作点用近似估算法求静态工作点 用图解分析法确定静态工作点用图解分析法确定静态工作点 交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线 输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 BJT的三个工作区的三个工作区 输出功率和功率三角形输出功率和功率三

19、角形 3.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析 3.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析 半导体三极管与与放大电路基础 共射极放大电路共射极放大电路 3.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析1. 用近似估算法求静态工作点用近似估算法求静态工作点cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVVI 根据直流通路可知：根据直流通路可知： 采用该方法，必须已知三极管的采用该方法，必须已知三极管的 值值。一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V。直流通路直流通路+-半导体三极管与与放大电路基础 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的

20、输入输出特性曲线。管的输入输出特性曲线。 共射极放大电路共射极放大电路2. 用图解分析法确定静态工作点用图解分析法确定静态工作点 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 3.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析3.3 图解图解分析法分析法半导体三极管与与放大电路基础直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 列输入回路方程：列输入回路方程：VBE =VCCIBRb 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 在输入特性曲线上，作出直线 VBE =VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。 在输出特性曲

21、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曲线的交点即为曲线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。vCEiC斜率斜率 -1RcRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQICQIBQRcVCCVCCvCEiC半导体三极管与与放大电路基础 3.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析由交流通路得纯交流负载线：由交流通路得纯交流负载线： 共射极放大电路共射极放大电路

22、交流通路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL) 因为交流负载线必过因为交流负载线必过Q点，点，即即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令同时，令R L = Rc/RL1. 交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线则交流负载线为则交流负载线为vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) R L 即即 iC = (-1/R L) vCE + (1/R L) VCEQ+ ICQ3.3 图解图解分析法分析法斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1

23、Rc斜率斜率1Rc/ RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL 直线，该直线即为交流负载线。 RL= RLRc， 是是交流负载电阻。交流负载电阻。 交流负载线是交流负载线是有交流输入信号时有交流输入信号时Q点的运动轨迹。点的运动轨迹。 半导体三极管与与放大电路基础3.3 图解图解分析法分析法2. 输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 3.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析 共射极放大电路共射极放大电路QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/

24、uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线QQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uA通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论： 1. 1. vi vBE iB iC vCE |-vo|

25、2. 2. vo与与vi相位相反；相位相反； 3. 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 4. 可以确定最大不失真输出幅度可以确定最大不失真输出幅度。半导体三极管与与放大电路基础 3.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析3. BJT的三个工作区的三个工作区3.3 图解图解分析法分析法QQ1Q2vCE/ViC/mA放大区放大区0iB=40uA80uA120uA160uA200uA饱和区饱和区截止区截止区当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。饱和区特点：饱和区特点： iC不再随不再随iB的增加而

26、线性增加，即的增加而线性增加，即BCii 此时此时CBii 截止区特点：截止区特点：iB=0， iC= ICEO发射结反偏，集电结反偏。发射结反偏，集电结反偏。vCE= VCES ，典型值为，典型值为0.3V。发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。放大区特点：放大区特点：BCii发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止半导体三极管与与放大电路基础非线性失真非线性失真静态工作点静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。导致输出信号的波形不能完全重现输入信号的波形。响。导致输出信号的

27、波形不能完全重现输入信号的波形。(1)定义定义(2) 饱和失真饱和失真 若若Q点偏高，当点偏高，当ib按正弦规律变化时，按正弦规律变化时，Q/ 进入饱和区，造成进入饱和区，造成ic和和uce的波形与的波形与ib（或（或ui）的波形不一致，）的波形不一致，对对NPN管输出电压管输出电压uo（即（即uce）的负半周出现平顶畸变。）的负半周出现平顶畸变。(a) 饱 和 失 真0uC EiCQIC QiCt0tQQuC EUC EQ0饱和失真也称为底部失真半导体三极管与与放大电路基础若若Q点偏低，则点偏低，则Q/进入截止区，对进入截止区，对NPN管而言，输出电管而言，输出电压压uo的正半周出现平顶畸变

28、，称为截止失真。的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。(3) 截止失真截止失真截止失真也称为顶部失真截止失真也称为顶部失真饱和失真和截止失真统称为非线性失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。(b) 截 止 失 真0uC EiCQIC QiCt0tQQUC EQ0uC E半导体三极管与与放大电路基础放大电路的动态范围放大电路的动态范围 放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求： 工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位； 3.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析3.3 图解图解分析法分析法 要有合适的交流负载线。 斜斜率率 -1Rc斜斜率率1Rc/ RLQVC EQICQIBQRcVC

29、CVCCvC EiC问题：如何求最大不失真输出电压？问题：如何求最大不失真输出电压？Vomax=min(VCEQ-VCES),(VCC/-VCEQ)VCC/半导体三极管与与放大电路基础 4. 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形omomomomo2122IVIVP 要想要想PO大，就要使功率三角形的大，就要使功率三角形的面积大，即必须使面积大，即必须使Vom 和和Iom 都要大。都要大。功率三角形放大电路向电阻性负载提供的输出功率放大电路向电阻性负载提供的输出功率 在输出特性曲线上，正在输出特性曲线上，正好是三角形好是三角形 ABQ的面积，这的面积，这一三角形称为功率三角形。一三角形称为功

30、率三角形。 3.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析3.3 图解图解分析法分析法半导体三极管与与放大电路基础如何判断三极管的管脚、管型？电位判断法，电流判断法。如何判断三极管的管脚、管型？电位判断法，电流判断法。原则：发射结正偏，集电结反偏。原则：发射结正偏，集电结反偏。NPN管管UBE0， UBC0。先求先求UBE，若等于，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。，为锗管。PNP管自己分析。管自己分析。半导体三极管与与放大电路基础例例某放大电路中某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。三个电极的电流如图所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,I

31、C+2.04mA,试判断管脚、管型。试判断管脚、管型。解：电流判断法。解：电流判断法。电流的正方向和电流的正方向和KCL。IE=IB+ ICABC IAIBICC为发射极为发射极B为基极为基极A为集电极。为集电极。管型为管型为NPN管。管。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。半导体三极管与与放大电路基础三极管工作区域的判断三极管工作区域的判断例：测量某BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？ 解：原则：原则：正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止对NPN管而言，放大时对PNP管而言，放大时（1） 放大区放大

32、区（2）截止区）截止区（3）饱和区）饱和区半导体三极管与与放大电路基础 共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：求： （1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工工作在哪个区域？作在哪个区域？（2）当）当Rb=100k时，放大电路的时，放大电路的Q点。此点。此时时BJT工作在哪个区域？（忽略工作在哪个区域？（忽略BJT的饱的饱和压降）和压降）解：（解：（1）uA40300k2V1bBECCB RVVI（2）当）当Rb=100k时，时，3.2mAuA4080BC II 5.6

33、V3.2mA2k-V12CcCCCE IRVV静态工作点为静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：uA120100k2V1bCCB RVImA6 . 9uA12080BC II V2 . 79.6mA2k-V12CcCCCE IRVVmA62k2V1cCESCCCM RVVICMB II 由由于于所以所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），），end半导体三极管与与放大电路基础3.4 小信号模型分析

34、法小信号模型分析法3.4.1 BJT的小信号建模3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析 H参数的引出参数的引出 H参数小信号模型参数小信号模型 模型的简化模型的简化 H参数的确定参数的确定（意义、思路）（意义、思路） 利用直流通路求利用直流通路求Q点点 画小信号等效电路画小信号等效电路 求放大电路动态指标求放大电路动态指标半导体三极管与与放大电路基础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，就可以把三当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而极管小范围内的特性曲线近似地用直

35、线来代替，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处理。电路来处理。 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。3.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模半导体三极管与与放大电路基础1. H参数的引出参数的引出),(CEBBEvifv 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CECE

36、BEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV 用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce3.4.1 BJT的小信号的小信号建模建模 对于对于BJT双口网络，我们双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线已经知道输入输出特性曲线如下：如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：可以写成：),(CEBCvifi CECECBBCBCEdvvidiiidiIVCvBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络半导体三极管与与放大电路基础3.4.1 BJT的小信号的小信号建模建模CEBBEi

37、e Vivh 输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。输入端交流开路时的输出电导。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 H参数）。参数）。1. H参数的引出参数的引出vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEBCfe Viih BCEBEre Ivvh BCECoe Ivih 半导体三极管与与放大电路基础

38、3.4.1 BJT的小信号的小信号建模建模2. 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hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络 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，所以只适合对交流信号的分析。参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。半导体三极管与

39、与放大电路基础3.4.1 BJT的小信号的小信号建模建模3. 模型的简化模型的简化hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即即 rbe= hie = hfe uT = hre rce= 1/hoe一般采用习惯符号一般采用习惯符号则则BJT的的H参数模型为参数模型为 ibicvceibvbeuT vcerberce uT很小，一般为10-310-4 ， rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路 ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。 电流方向与ib的方向是关联的。 半导体三极管与与放大电路基础3.4.1 BJT的小信号的小信号建模建模4. H参数的

40、确定参数的确定 一般用测试仪测出； rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ ) re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rb200 则则 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而而 (T=300K) 半导体三极管与与放大电路基础模拟信号的放大模拟信号的放大电压增益（电压放大倍数）Rs放大电路放大电路IoIi+Vo+Vs+ViRLioVVAV 电流增益ioIIAI 互阻增益)(io IVAR互导增益)S(ioVIAG 信号源信号源负载负载半导体三极管与与放大电路

41、基础3.4.2 用用H参数小信号模型分析共参数小信号模型分析共 射极基本放大电路射极基本放大电路 共射极放大电路共射极放大电路1. 利用直流通路求利用直流通路求Q点点bBECCBRVVI 一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V， 已知已知。BCII cCCCCERIVV 半导体三极管与与放大电路基础3. 求电压增益求电压增益根据根据RbviRcRLiVbIcIOVbIbebirIV bcII )/(LccORRIV 则电压增益为则电压增益为beLcbebLcbbebLcciO)/()/()/(rRRrIRRIrIRRIVVAV 3.4.2 小小信号模型信号模型分析分析（可

42、作为公式）（可作为公式）半导体三极管与与放大电路基础bIcIbIbIcIbI2. 画出小信号等效电路画出小信号等效电路RbbIcIbIviRbiVbIcIOVbIRbviRciVbIcIOVbI 3.4.2 小小信号模型信号模型分析分析共射极放大电路共射极放大电路icvce+-交流通路交流通路RbviRcRLiVbIcIOVbIH参数小信号等效电路参数小信号等效电路半导体三极管与与放大电路基础4. 求输入电阻求输入电阻 3.4.2 小小信号模型信号模型分析分析RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbebiii/rRIVR 5. 求输出电阻求输出电阻RbRcRLiVbIcIOVbIRo令令0i

43、 V0b I0b I Ro = Rc 所以所以半导体三极管与与放大电路基础 共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：求： （1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工工作在哪个区域？作在哪个区域？（2）当）当Rb=100k时，放大电路的时，放大电路的Q点。此点。此时时BJT工作在哪个区域？（忽略工作在哪个区域？（忽略BJT的饱的饱和压降）和压降）解：（解：（1）uA40300k2V1bBECCB RVVI（2）当）当Rb=100k时，时，3.2mAuA4080BC II 5

44、.6V3.2mA2k-V12CcCCCE IRVV静态工作点为静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：uA120100k2V1bCCB RVImA6 . 9uA12080BC II V2 . 79.6mA2k-V12CcCCCE IRVVmA62k2V1cCESCCCM RVVICMB II 由由于于所以所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），），end半导体三极管与与放大电路基础解解（1）求）求Q

45、点，作直流通路点，作直流通路直流通路直流通路+-VRIVVmAIIuAKRVVI424124)40(10040300) 7 . 0(12cCCCCEBCbBECCB例如图，已知BJT的=100，VBE=-0.7V。（1）试求该电路的静态工作点；（2）画出简化的小信号等效电路；（3）求该电路的电压增益AV， 输出电阻Ro、输入电阻Ri。半导体三极管与与放大电路基础2. 画出小信号等效电路画出小信号等效电路RbviRcRLiVbIcIOVbI3. 求电压增益求电压增益 )mA()mV(26)1(200EQbeIr 200+（1+100）26/4=865欧6 .155)/()/()/(beLcbeb

46、LcbbebLcciOrRRrIRRIrIRRIVVAV半导体三极管与与放大电路基础4. 求输入电阻求输入电阻RbviRcRLiVbIcIOVbI865/bebiiirRIVR5. 求输出电阻求输出电阻Ro = Rc 2K6.非线性失真判断非线性失真判断VstVot底部失真即截止失真底部失真即截止失真基极电流太小，应减小基极电流太小，应减小基极电阻。基极电阻。半导体三极管与与放大电路基础3.5 放大电路的工作点稳定问题放大电路的工作点稳定问题 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响 温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响 温度变化对温度变化对 的影响的影响 稳定工作点原理稳

47、定工作点原理 放大电路指标分析放大电路指标分析 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较3.5.1 温度对工作点的影响3.5.2 射极偏置电路半导体三极管与与放大电路基础QvCE/ViC/mAiB =0IBQ13.5.1 温度对工作点的影响温度对工作点的影响1. 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响2. 温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响温度温度T 输出特性曲线上移输出特性曲线上移)()C25CBO(CBO00TTkTeII V102 . 2)(30)C25BE(BE0 TTVVT温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移3. 温度变化对温度

48、变化对 的影响的影响温度每升高温度每升高1 C ， 要增加要增加0.5% 1.0%温度温度T 输出特性曲线族间距增大输出特性曲线族间距增大QvCE/ViC/mAiB =0IBQ1总之：总之： ICBO ICEO T VBE IB IC 半导体三极管与与放大电路基础CCb2b1b2BVRRRV 此时，此时，不随温度变化而变化。不随温度变化而变化。一般取一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 3.5.2 射极偏置电路射极偏置电路1. 稳定工作点原理稳定工作点原理目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使I IC C维持恒定。维持恒定。 如果温度变化时，如果温度变化时，b b点电位能基点

49、电位能基本不变本不变，则可实现静态工作点的稳，则可实现静态工作点的稳定。定。T 稳定原理：稳定原理： IC IE IC VE 、VB不变不变 VBE IB （反馈控制）（反馈控制）半导体三极管与与放大电路基础 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路指标分析放大电路指标分析静态工作点静态工作点CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII 半导体三极管与与放大电路基础 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路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：)/(LcboRRIV 输入回路：输入回

50、路：ebbebeebebi)1(RIrIRIrIV 电压增益：电压增益：ebeLcebebLcbioV)1()/()1()/(RrRRRrIRRIVVA 画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益半导体三极管与与放大电路基础 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路指标分析放大电路指标分析输入电阻输入电阻)1(/ebeb2b1TTiRrRRIVR bRTbIII ebbebeebebT)1(RIrIRIrIV )/(b2b1RTbRRIV 根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程则

51、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TTiIVR 半导体三极管与与放大电路基础 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路指标分析放大电路指标分析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对回路对回路1和和2列列KVL方程方程r rcece对分析过程影响很大，此处不能忽略对分析过程影响很大，此处不能忽略0)()(ecbsbeb RIIRrI0)()(ebccebcT RIIrIIV 其中其中b2b1ss

52、/RRRR 则则)1(esbeececToRRrRrIVR 当当coRR 时，时，coRR 一般一般cceoRrR （）半导体三极管与与放大电路基础 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 共射极放大电路共射极放大电路静态：静态：bBECCBRVVI BCII cCCCCERIVV CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )RR(IVVecCCCCE CBII 半导体三极管与与放大电路基础 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放

53、大电路固定偏流共射极放大电路电压增益：电压增益：beLc)/(rRRAV ebeLcV)1()/(RrRRA RbviRcRLiVbIcIOVbI固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路输入电阻：输入电阻：bebiii/rRIVR ebeb2b1i)1(/RrRRR 输出电阻：输出电阻：Ro = Rc coRR 半导体三极管与与放大电路基础 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路beLcebeLcV)/()1()/(rRRRrRRA beb2b1ebeb2b1i/)1(/rRRRrRRR end半导体三极管与与放大电路基础 例例 电路如下图所示，已知电路如下图所示，已知=60=60。 （1

54、1）用估算法计算用估算法计算Q Q点；点； （2 2）求输入电阻）求输入电阻； （3 3）用小信号模型分析法求电压增益。用小信号模型分析法求电压增益。 解：解：(1)(1)静态工作点静态工作点VVRRRV4CCb2b1b2BmARVVII65. 1eBEBECVRRIVRIRIVV8 . 7)(ecCCCeEcCCCCEuAII28CB直流通路直流通路BRCIC UCERB1IBVCCIEI1I2RB2RE半导体三极管与与放大电路基础KrrRRRrRRRbe2 . 1/)1 (/beb2b1ebeb2b1i（3）求电压增益）求电压增益100)/()1 ()/(beLcebeLcVrRRRrRR

55、A(2) 求输入电阻求输入电阻 )mA()mV(26)1(200EQbeIr 1.2K半导体三极管与与放大电路基础3.6 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路 静态工作点静态工作点 动态指标动态指标 三种组态的比较三种组态的比较3.6.1 共集电极电路3.6.2 共基极电路半导体三极管与与放大电路基础3.6.1 共集电极电路共集电极电路1. 电路分析电路分析共集电极电路共集电极电路结构如图示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求静态工作点求静态工作点ebBECCB)1(RRVVI eCCCeECCCERIVRIVV BCII eEBEbBCCRIVRIV BE)1

56、(II 由由得得半导体三极管与与放大电路基础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( )(RIrIRIIrIV 电压增益：电压增益：1)1()1()1()1(LbeLLbeLLbebLbioV RrRRrRRrIRIVVA 画小信号等效电路画小信号等效电路确定模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 3.6.1 共共集电极电集电极电路路1. 电路分析电路分析其中其中LeL/ RRR LbLbbo)1()(RIRIIV 一般一般beLrR ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，1

57、V A即即同相同相与与ioVV电压跟随器电压跟随器半导体三极管与与放大电路基础输入电阻输入电阻)1(/LbebTTiRrRIVR bRTbIII LbbebT)1(RIrIV bRTbRIV 根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程则输入电阻则输入电阻TTiIVR LeL/ RRR 当当beLrR 1 ，时，时，Lbi/RRR 3.6.1 共共集电极电集电极电路路1. 电路分析电路分析输入电阻大输入电阻大输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程eRbbTIIII )(sbebTRrIVeRTeRIV其中其中bss/ RRR 则则输出电阻输出电阻 1/beseTTorRRIVR当当 1b

58、eserRR，1 时，时， besorRR 输出电阻小输出电阻小共集电极电路特点：共集电极电路特点：同相同相与与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VT半导体三极管与与放大电路基础2 复合管复合管 作用：提高电流放大系数，增大电阻作用：提高电流放大系数，增大电阻r rbebe21121bebeberrr半导体三极管与与放大电路基础 复合管复合管1.1.组成原则：组成原则：T1T1管的管的c c或e极接T2T2管的管的b b极；两管都处于放大区（电流走的通）

59、。2.2.复合管等效管类型由第一个管子决定。复合管等效管类型由第一个管子决定。3.3.复合管也称为达林顿管复合管也称为达林顿管半导体三极管与与放大电路基础3.6.2 共基极电路共基极电路1. 静态工作点静态工作点 直流通路与射极直流通路与射极偏置电路相同偏置电路相同CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII 半导体三极管与与放大电路基础 3.6.2 共基极共基极电路电路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：bebirIV 电压增益：电压增益：beLbebLbioVrRrIRIVVA

60、LbLcoRIRIVLcL/ RRR 半导体三极管与与放大电路基础 3.6.2 共基极共基极电路电路2. 动态指标动态指标 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻 1)(1bebbebeiebirIrIIVrR 11/bebeeebeiiirrRrRIVRcoRR 半导体三极管与与放大电路基础3. 三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：beLc)/(rRR 输入电阻：输入电阻：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR 3.6.2 共基极共基极电路电路)/)(1()/()1(LebeLeRRrRR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRRbeLc)/(rRR 1/beer