模拟电子技术基本教程 第4章(14)三极管及放大电路

1、第四章第四章 半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础CNIBNIENICNIBNIENIEIBICICBOECIII CBOBNCBOCNCIIIIICBOBCBOCBOBI )1 (I I)II ( 称为穿透电流称为穿透电流令：令： II )1 ( CEOCBOCEOBCIIIECBOECIIII BCEOBCIIII )1( )1( ) 1(TBEvvESEeIi4.1.3 特性曲线特性曲线1. 共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+1. 输入特性输入特性常常数数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)2

2、04060800.40.8UCE 1VO线性区线性区非线性区非线性区 常常数数 B)(CECIUfI BCII_ BCII 53704051BC.II 400400605132BC .II ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEOBCVV EBVV CBVV EBVV EBVV CEQBEQEQCQBQi)(0UUIIIu、称为静态工作点。记作发射结电压、管压降，时晶体管的各极电流、同时为输出提供能源。，使 :BECECCUUVuiRC 转换为将 :)( oCEcbicuuuiiuR。且有一个合适的，大于使、BonBEbBB :IUURVBQICQICEQU直接耦合电路直接耦合电

3、路阻容耦合电路阻容耦合电路UBEIBICUCE uo = 0uBE = UBEuCE = UCEuBEtOiBtOiCtOuCEtO(ui = 0)？uitOUBEIBICUCEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuotO uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uobCCRVRVVIbBECCBBCIIcCCCCERIVV2B1B1BCCBBRRRVV2B1BbR/RR bBBBBERIVUQBIBEUBEQBQUI和和得：得：CCCCCERIVUCCCRVCCVCQICEQUQCR1斜率为斜率为CECBEBUIUI 、静态值：静态值：oicecbeb、u、u、u、i、ui

4、交流值：交流值：CECBEBuiui、 全包含：全包含：bBIBBBERi)u(VuIBEQBEuUuiIBEbeuuuu等等等等；变化量表示为交流：变化量表示为交流： uu beBEiIuuIubBIBBBERi)u(VuQBiIuBEuCQICEQUQBBQBiIiCiCEuIOOCECBI)(uuAuuiiuu给定LCLL/ 1RRRR ，其中，其中iC 、 uCE ( (uo ) )波形失真波形失真NPN 管截止失真时管截止失真时的输出的输出 uo 波形。波形。uo 波形顶部失真波形顶部失真uo = uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQOIB = 0

5、QtOO NPN 管管 uo波形波形tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib( (不失真不失真) )ICQUCEQb) Q 点过高，引起点过高，引起 iC、uCE的波形失真的波形失真饱和失真饱和失真uo 波形底部失真波形底部失真cCCCCERiVuLCLL/ 1RRRR ，其中，其中CCQRI1CR1/ /CLRRCCEQCQU+IR ,0LCEQCQU+ IR ,0CCCCCERIVUCCVCCCRVCR 1 斜率斜率BCIIcCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC)()(CEBCCEBBEuifiuifu，CECECBBCCCECEBEBBBEBE

6、ddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIUCE22b21CCE12b11be UhIhIUhIhU)()(CEBCCEBBEuifiuifu，beBBE11CEriuhUTICEBE12BuuhCEBC21UiihceiCEC22r1uihBbercerTu)mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26bib)i(1bi)rR(IVbebbibcII ccORIVbebCbebbCbbebbcciOVrRR)rR(IRI)rR(IRIVVAbebiiirRIUR0Ui0b I0b I LS0oooRUIURiOuUUAb

7、CCbBECCBRVRUVIBCIIcCCCCERIVUEmVbeI26)1 (200rbebLCbrI)R/R(IbeLCr)R/R(siiOiiSOUUUUUUUUSOuUUAbebir/RRCORRsiUUAusiisiiRRRRRRsssiUUUUsiiuusRRRAAsUoUOUiUCCbbbBVRRRV212,eBeBEBECRVRVVIICBII BEBBECBVIVVII不变因CI不变因BVBEVBIEVBI)(eCCCCCERRIVV LboRIVLcLR/R= R 其中其中ebebLbiouR)1 (rIRIVVAeebeRIrIV biebeRrI)1 (bebeLRrR

8、)1 (EmVbeI26)1 (200r 其其中中ebebTiR)1 (rIVRi2b1biR/R/RR ebbbebTR)II (rIVebe2b1biR1r/R/RRCORRbeLVrRAbebirRR/CoRR ebeLCuR)1 (r)R/R(Aebe2b1biR1r/R/RRCORReBeEERIRIV)1 (EBEBbCCVVIRVebBECCBRRVVI)1 (BCIIeCCCCERIVVebCCRRV)1 (1)1 ()1 (LbeLioRrRVVAV)II ()R/R(rIVbbLebebi)II)(R/R(VbbLeoTVTITTiIVRLbRR/besebebSTTrRR

9、rRRIVRo/1/iR)1 (LbeiRrRb/iRRTTIVR oeTTRVI )1 (/bSbeTRRrV)/(oLCBRRIVbeBrIViio/VVAvbeLCvr)R/R(A 1rI)(1rIIVRbebbebeii1r1r/R/RRI /VRbebeeieiii本章结束本章结束下一章下一章总目录总目录结束放映结束放映耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1. 静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置2. 动态动态: 传

10、送信号。传送信号。要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，减少压降损失。降损失。 多级阻容耦合放大电路多级阻容耦合放大电路第一级第一级输入级输入级输输 入入 输输 出出第二级第二级放大级放大级第第 n 级级功放级功放级多级阻容耦合放大器的特点：多级阻容耦合放大器的特点：(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。点相互独立，分别估算。(2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4) 总电压放大倍数总电压

11、放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5) 总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1 。(6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。电路的性能。 放大电路由下面两个放大电路组成。已知放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V ，R1=100k ， R2=

12、33k ，RE1=2.5k ，RC=5k ， 1=60，；，； RB=570k ，RE2=5.6k ， 2 =100，RS=20k ，RL=5k +ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1放大电路一放大电路一RB+ECC21C22RE2uiuoT2放大电路二放大电路二举例：举例：1. 求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用放大电路一的放大倍数Au和和Aus。2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数器输出，求放大倍数Au、ri和和ro 。3. 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路

13、一输出，求放大倍数路一输出，求放大倍数Aus 。+ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1RB+ECC21C22RE2uiuoT2ri = R1/ R2/ rbe =1.52 k (1) 由于由于RS大，而大，而ri小，致使放大倍数降低；小，致使放大倍数降低；(2) 放大倍数与负载的大小有关。例：放大倍数与负载的大小有关。例： RL=5k 时时, Au= - 93；RL=1k 时时, Au= - 31 。662052152193.RrrAASiiuus1. 求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用放大电路一的放大倍数Au和和Aus。+ECR1RCC1C2R2CERERLuiuou

14、sRSriT19311beLur RArbe1=1.62 k ， rbe2=2.36 k 2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数输出，求放大倍数Au 、ri和和ro 。 usRSRB+ECC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiriT1rbe2=2.36 k rbe1=1.62 k ro1=RC=5 k k173122221EbeBiL R)(r/RrR731001557036265111/./.r/Rr/RR/Rr/RroBbeESBbeEo1856211735601111./r RAbeLu990112222.

15、 R)(r R)(ALbeLAAAuuuk5211211.r/R/Rrrbeii讨论：讨论：带负载能力。带负载能力。2. 输出不接射极输出器时的带负载能力：输出不接射极输出器时的带负载能力：RL=5k 时：时： Au=-93RL=1k 时：时： Au=-31即：当即：当RL由由5k 变为变为1k 时，放大倍数降低到原来的时，放大倍数降低到原来的92.3%。放大倍数降低到原来的放大倍数降低到原来的30%RL=5 k 时：时： Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173 k Au= Au1 Au2 =-183RL=1 k 时：时： Au1=-174 ，Au2=0.

16、97，ri2=76 k Au= Au1 Au2 =-1691. 输出接射极输出器时的带负载能力：输出接射极输出器时的带负载能力：可见输出级接射极输出器后，可稳定放大倍数可见输出级接射极输出器后，可稳定放大倍数Au。3. 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数输出，求放大倍数Aus 。Au2=-93 ri2=1.52 k Au1=0.98 ri=101 k +ECR1RCC12R2CERE1riuoT1uiRBC21RE2T2usRS76201011019809321.RrrAAASiiuuus662052152193.RrrAASi

17、iuus输入不接射极输出器时：输入不接射极输出器时：可见输入级接射极输出器后，由于从信号源取可见输入级接射极输出器后，由于从信号源取的信号增加，从而可提高整个放大电路的放大的信号增加，从而可提高整个放大电路的放大倍数倍数Aus。 若首级接射极输出器、中间级接共射放大电路若首级接射极输出器、中间级接共射放大电路、末级接射极输出器，射极输出器和共射放大、末级接射极输出器，射极输出器和共射放大电路的参数同前。求该三级放大电路的放大倍电路的参数同前。求该三级放大电路的放大倍数数Au 、 Aus 、 ri和和ro 。RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1us

18、RSC3 1=100， 2=60， 3=100例题例题2：RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3 1=100， 2=60， 3=100rbe1=2.36 k ， rbe2=1.62 k ， rbe3=2.36 k k52122121.r/R/RrRbeiLk523CoSRrR)1 (33332LbeBiL Rr/RrRLEL/RR R23RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3)(112111LEbeBii/RRr/Rrr333231)(beSBEoorR/R/Rrr7310015

19、57036265/./.101k)521.65)(100(12.36570./RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC39805216510136252165101)1 ()1 (12111211././.R/RrR/RALEbeLEuk52122121.r/R/RrRbeiLRB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC36215603232.r/rr/RAibeiCuRL=5 k 时：时： ri2=173 k ， Au2=-185，Au3=0.99RL=1 k 时：时： ri2=76 k

20、， Au2=-174 ，Au3=0.97LbeLu R)(r R)(A333311RL=5 k 时：时： ri2=173 k ， Au2=-185，Au3=0.99RL=1 k 时：时： ri2=76 k ， Au2=-174 ，Au3=0.97101kir，RS=20k ，321uuuuAAAA9801.AuRL=5 k 时：时：RL=1 k 时：时：5179990)185(980.Au4165970)174(980.Au814920101101.AAuus113820101101.AAuusSiiuusRrrAA注意：解题时要严格遵守符号约定小写符号、小写下标小写符号、小写下标 vi ：表

21、示交流电压（电流）瞬时值。表示交流电压（电流）瞬时值。大写符号、大写下标大写符号、大写下标VI ：表示直流电压（电流）表示直流电压（电流）小写符号、大写下标小写符号、大写下标vI ：表示包含有直流的电压（电流）的瞬时值表示包含有直流的电压（电流）的瞬时值大写符号、小写下标大写符号、小写下标Vi ：表示交流电压（电流）有效值表示交流电压（电流）有效值3.7 放大电路的频率特性放大电路的频率特性 阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大

22、电路的输出电率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。f|Au |0.707| Auo |fLfH| Auo |幅频特性幅频特性f 270 180 90相频特性相频特性 放大电路的幅频特性和相频特性，称为频率响放大电路的幅频特性和相频特性，称为频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为从而使输出波形产生失真，称为幅度频率失真幅度频率失真，简，简称幅频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移称幅频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移

23、不同，从而使输出波形产生失真，称为不同，从而使输出波形产生失真，称为相位频率失相位频率失真真，简称相频失真。幅频失真和相频失真是，简称相频失真。幅频失真和相频失真是线性失线性失真真。频率失真产生频率失真的原因 1. 1.放大电路中存在电抗性元件，放大电路中存在电抗性元件，例如例如 耦合电容、旁路电容、分布电容、变压耦合电容、旁路电容、分布电容、变压 器、分布电感等器、分布电感等; ; 2.2.三极管的三极管的 ( ( ) )是频率的函数。是频率的函数。 在研究频率特性时，三极管的低频小信号在研究频率特性时，三极管的低频小信号 模型不再适用，而要采用高频小信号模型。模型不再适用，而要采用高频小信

24、号模型。RC低通电路的频率响应 2H)(11ffAv arctg(Hff) 式中011RC。vA的模、上限截止频率和相角分别为0ioj11j11RCVVvA=RC+-io.VV 电压放大倍数(传递函数)为RCffH210 RC低通电路的频率特性曲线 fH fH f =fH 当 时，相频特性将滞后45，并具有 -45/十倍频的斜率。在0.1 和10 处与实际的频特性有最大的误差，其值分别为+5.7和5.7。 这种折线化画出的频率特性曲线称为波特图,是分析放大电路频率响应的重要手段。幅频特性幅频特性 ffH f =fH fH 幅频特性的X轴和Y轴都是采用对数坐标, 称为上限截止频率上限截止频率。当

25、 时，幅频特性将以十倍频20dB的斜率下降（频率增加十倍，增益下降20dB），或写成-20dB/十倍频。在 处的误差最大，有3dB。)arctg(90LoffRC高通电路RCff21L02LL)(1/ffffAvLLLLio/j1/j/j1/jffffVVvA=L11RC。式中 下限截止频率、模和相角分别为RC高通电路的近似频率特性曲线单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应（1）高频小信号模型 基区体电阻，b是假想的基区内的一个点。bbr 、 发射结电阻和电容。ebrebC 、 集电结电阻和电容。cbrcbC 受控电流源ebmVgCEVEBCmvig 根据这一物理模型可以画出混合型高频小

26、信号模型。高频混合型小信号模型电路 这一模型中用 代替 ，这是因为本身就与频率有关，而gm与频率无关。推导如下: eb.mVg.b0I（2）用 代替eb.mVg.bIebme beb0bo0VgrVIe b0boe bboce bcm/rIVIIVIg 由此可见gm是与频率无关的0和rbe的比，因此gm与频率无关。若IE=1mA，gm=1mA/26mV38mS。gm称为跨导，还可写成TEee00eb0m1)1 (VIrrrg 0反映了三极管内部，对流经rbe的电流 的放大作用。 是真正具有电流放大作用的部分，0 即低频时的。而boIboI 在型小信号模型中，因存在Cbc 和rbc,对求解不便，

27、可通过单向化处理加以变换。首先因rbc很大，可以忽略，只剩下Cbc 。可以用输入侧的C和输出侧的C两个电容去分别代替Cbc ，但要求变换前后应保证相关电流不变。（3）单向化高频混合型小信号电路输入侧 III高频混合型小信号电路CjVVVCjVVI)1 ()(becebecebe cbemceRVgVCjRgVI) 1 (cmbe则定义放大倍数令, cmRgK CK C()1输出侧CjKVCjVVI)11 ()(cebece CKKC1所以 由于C C , 所以可简化为图中C =Cbe+ C 。 简化高频小信号电路几点结论：几点结论：1.放大电路的下限截止频率主要由耦合电容是引起。2.上限截止频

28、率由三极管的结电容和分布电容是引起。3.由于 )/(,)1 (Lcme be be bRRgKCKCCvv 若电压放大倍数K增加，Cbe也增加，上限截止频率就下降，通频带变窄。增益和带宽是一对矛盾，所以常把增益带宽积作为衡量放大电路性能的一项重要指标。4.共基组态放大电路由于输入电容小，所以共基组态放大电路的上限截止频率比共发射极组态要高许多。举例图中已标出各图中已标出各硅硅晶体管电极的电位，判断晶体管的状态。晶体管电极的电位，判断晶体管的状态。1V3V3V0 V0.5V0.7V10V4V9.7V5.3V6V2.3V 放大放大 放大放大 饱和饱和 截至截至IBUBEQICUCEubeibibi

29、cuCE怎么变化怎么变化假设假设uBE静态工作点的基础上静态工作点的基础上有一微小的变化有一微小的变化 ube （1 1）、加入正弦信号时的工作情况）、加入正弦信号时的工作情况2 2、动态工作情况分析、动态工作情况分析uBE=VBB+uI-iBRb步骤步骤输入特性输入特性IOOCECBI)(uuAuuiiuu给定输出特性输出特性输入特性输入特性讨论：1.共射电路输出电压与输入电压反相。 2.工作点Q的位置对Au的影响。（4）求解电压放大倍数（5）失真分析）失真分析 静态工作点合适且输入信号较小的情况下，基本共射放大电路的波形分析(4)输出电阻RooR0eCbSbebRIIRrI由KVL：bSSRRR/CeSbeebIRRrRI0cebCeCbTrIIRIIVeSbeeceCToRRrRrIVR1CooRRR/输出电阻输出电阻 提高了，即提高了电路的恒流特性。CToIVR先算先算例1：解：解：求电路的静态参数（IB、IC、VCE)，及动态参数（AV、Ri、Ro)。根据直流通路求静态参数VVRRRVC