半导体三极管及其放大电路ppt课件

1、3.4.2用用 H 参数的简化模型参数的简化模型(微变等效电微变等效电路分析共射极根本放大电路路分析共射极根本放大电路v1.放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路(以图以图3.4.4为例为例)(1)先画出放大电路的交流通路，先画出放大电路的交流通路，P89图图3.3.3(b)v(2)用晶体管的简化模型替代交流通路中的用晶体管的简化模型替代交流通路中的晶体管。如图晶体管。如图3.4.4(b)所示。所示。v(3)标出图中电压、电流的正方向。如图标出图中电压、电流的正方向。如图3.4.4(b)所示。所示。v2.求电压增益求电压增益vAVV、从而求出、出根据微变等效电路计算io由图可以看出，由图

2、可以看出，LbLcLoLoRRRRIIIIVLbebirIV式中式中RL=Rc /RL所以：所以：)7 . 4 . 3(bebiobeLLcrRRvrIIVVAv例例3.4.1 如图如图3.4.4a的电路，假设的电路，假设BJT为为3DG6，知在，知在Q点上的点上的=40，计算电压增益，计算电压增益 。vAA40k300V12bCCBRVI 解：(1)确定Q点 因知，故可用简单计算法确定Q点： IE ICIB4040A1.6mAVCEVCCICRc 12 V1.6 mA4 k 5.6 V(2)求求 r be，利用式，利用式(3.4.6b)，得，得:k866. 0866)mA(6 . 1)mV(

3、26)401 (200)mA()mV(26)1 (200EbeIrvA92866. 0240/beLcbeLrRRrRvA(3)求求 利用式利用式(3.4.7)，得，得3.输入、输出电阻的计算输入、输出电阻的计算输入电阻计算输入电阻计算由图由图(3.4.5)所示，所示，点：据节点电定律，图中为相应的测试电流，根为外加测试电压，bTTTTiIVIVR转转12由于由于Rbrbe，所以，所以，Rirbe。按图。按图3.4.4(a)所给数据，可得：所给数据，可得：RiRbrbe300k0.866k0.866kbebbebbebibeb/TTTTbTbrRrRrRRrRIVVVIIIR故v(2)输出电阻

4、的计算输出电阻的计算v如图如图3.4.6所示，根据输出电阻的定义式，当所示，根据输出电阻的定义式，当测试电压加在放大电路的输出端时，由于测试电压加在放大电路的输出端时，由于cJ处于反向偏置，故处于反向偏置，故Ib0，所以，所以Ic0,得：得：转转15co0ocTTTTTsRRRRVIVVIv故而因知因知Rc4k，故，故Ro4k。v讨论：讨论：(P100)v对于放大电路来说，普通要求输入电阻高一对于放大电路来说，普通要求输入电阻高一些，特别是在信号源内阻些，特别是在信号源内阻Rs较大的场所，作较大的场所，作为放大电路输入级来说有为重要；对于输出为放大电路输入级来说有为重要；对于输出级来说，那么往

5、往需求输出电阻级来说，那么往往需求输出电阻Ro越小越好，越小越好，从而可以提高放大电路的带负载才干。在分从而可以提高放大电路的带负载才干。在分析、设计放大电路时，应全面的加以思索。析、设计放大电路时，应全面的加以思索。v4.两种分析方法的比较两种分析方法的比较v图解分析法可用来分析放大电路的静态、动图解分析法可用来分析放大电路的静态、动态，主要用于静态分析，可以很方便、直观的设态，主要用于静态分析，可以很方便、直观的设计计Q点；点；v当输入的交流信号幅度较小或晶体管根本任当输入的交流信号幅度较小或晶体管根本任务在线性区时，运用小信号模型务在线性区时，运用小信号模型(微变等效电路微变等效电路)。

6、v当输入的交流信号幅度较大，晶体管任务区当输入的交流信号幅度较大，晶体管任务区延伸到非线性区时，应采用图解分析法。延伸到非线性区时，应采用图解分析法。3.5放大电路任务点的稳定放大电路任务点的稳定v如前所述的固定偏置电路，当基极偏置电阻如前所述的固定偏置电路，当基极偏置电阻Rb确定以后，确定以后，Q点曾经确定，只需点曾经确定，只需Rb选择适选择适宜，即可获得适宜的宜，即可获得适宜的Q点。但是，当改换晶点。但是，当改换晶体管或是环境温度发生变化引起管子参数变体管或是环境温度发生变化引起管子参数变化时，化时，Q点的位置将引起变化，甚至使点的位置将引起变化，甚至使Q点点移到不适宜的位置而使放大电路无

7、法正常任移到不适宜的位置而使放大电路无法正常任务。务。v为使在改换晶体管或是温度变化引起管为使在改换晶体管或是温度变化引起管子参数变化时，不影响放大电路正常任子参数变化时，不影响放大电路正常任务务(即使即使Q点的位置根本不变点的位置根本不变)，必需设计，必需设计能自动调整任务点的偏置电路。能自动调整任务点的偏置电路。3.5.1温度对任务点的影响温度对任务点的影响v1.温度对晶体管参数的影响温度对晶体管参数的影响(观看教学课件：观看教学课件：温度对晶体管温度对晶体管VI 特性的影响特性的影响)v当温度升高时，晶体管的参数将发生以下变化：当温度升高时，晶体管的参数将发生以下变化：v(1)VBE的温

8、度系数为：的温度系数为：(22.5)mVoC。VBE的减小经过的减小经过IB使使Q点的位置上移点的位置上移(此处此处VBE的减小是指的减小是指eJ实践所需的任务电压减小实践所需的任务电压减小)。v(2)温度每升高温度每升高1oC，值将添加值将添加0.5%1.0%左右。左右。值的增大使输出特性曲线的间隔变宽，值的增大使输出特性曲线的间隔变宽，Q点的位点的位置上移。置上移。v(3)温度每升高温度每升高10oC，ICBO增大约一倍增大约一倍( 即即ICEO增大约一倍增大约一倍)。从而使。从而使IC升高，升高，Q点的位置上点的位置上移。但由于移。但由于ICBO较小，其影响可以忽略不计。较小，其影响可以

9、忽略不计。v综上所述：温度的变化将使综上所述：温度的变化将使Q点的位置发生变化，点的位置发生变化，从而影响放大电路的正常任务。从而影响放大电路的正常任务。3.2.5射极偏置电路射极偏置电路(分压式电流负反响偏置电路分压式电流负反响偏置电路)v由上分析可知，稳定任务点其实就是稳由上分析可知，稳定任务点其实就是稳定晶体管的集电极电流定晶体管的集电极电流IC。其稳定电路如图。其稳定电路如图3.5.1所示。所示。v1.电路组成与要求电路组成与要求v(1)组成：在放大电路的基极加一下偏组成：在放大电路的基极加一下偏置电阻置电阻Rb2；在发射极到地之间串联一个电；在发射极到地之间串联一个电阻阻R e。转转

10、24转转27v(2)要求：要使放大电路具有稳定要求：要使放大电路具有稳定Q点功能，点功能，必需满足：必需满足：vI1 IB(I1为流过为流过Rb1、Rb2的直流的直流电流电流)v2.稳定过程稳定过程v由于由于I1 IB，所以，晶体管的基极电位近，所以，晶体管的基极电位近似为：似为：2b1b2bCCBRRRVVv当温度升高时，其稳定过程如下：当温度升高时，其稳定过程如下：从而坚持从而坚持I C根本不便，根本不便，Q点根本稳定。点根本稳定。上述过程，实践上就是第七章要讲的负反上述过程，实践上就是第七章要讲的负反响过程。响过程。v3.实践情况实践情况v在实践运用中，在实践运用中，I1、VBE应满足以

11、下要求：应满足以下要求：vI1 (510) IBv (3.5.1)vVB(35) V v(3.5.2)v4.例例3.5.1 试近似估算图试近似估算图3.5.1的的Q点，并点，并计算它的电压增益、输入电阻和输出电阻。计算它的电压增益、输入电阻和输出电阻。v解：解：v(1)求静态任务点求静态任务点v因因eBeBEBEC2b1b2bCCBRVRVVIIRRRVV而v所以所以vVCEVCCICRcIERcv VCCIC(RcRe) (3.5.3)v IBIC /v 利用上式可以分别求得利用上式可以分别求得Q点处的点处的IC 、IB及及VCE 。v(2)求电压增益求电压增益v在计算之前，应首先画出放大电

12、路的小信号在计算之前，应首先画出放大电路的小信号(微变微变)等效电路等效电路,其过程：其过程：v画出放大电路的交流通路画出放大电路的交流通路(画图画图(3.5.1)的的交流通路交流通路)；v 图中图中RbRb1Rb2，RLRcRL。转转31v画出放大电路的小信号画出放大电路的小信号(微变微变)等效电路等效电路(如图如图3.5.2所示所示)；v计算增益计算增益P104)1 (/ebebeebebiLcLLbLcLLoRrRrVRRRRRRIIIIIIV转转33)4 . 5 . 3()1 ()1 (bbioebeLbeebeLbe所以RrRrRrRrvIIVVA(3)求输入、输出电阻求输入、输出电

13、阻输入电阻计算，如图输入电阻计算，如图3.5.3所示；所示；)1 (/)1 (11ebebTTiebebTbTbRrRRRrRIVVIIIR根据输入电阻的定义 由此可见，参与电阻由此可见，参与电阻Re之后，放大电路的输之后，放大电路的输入电阻提高了。入电阻提高了。v输出电阻计算，如图输出电阻计算，如图3.5.4所示；所示；v先求出先求出Ro，然后再与，然后再与Rc并联并联,即可求得放大即可求得放大电路的输出电阻电路的输出电阻Ro.v在基极回路和集电极回路里，根据在基极回路和集电极回路里，根据KVL(回路回路电压定律电压定律)可得：可得：cesbeebecbcebcTbssecbsbeb*0)(

14、)()/(*0)()(IIIIIIVIIIRRrRRrRRRRRr式得由)6 . 5 . 3()1 ()(*esbeececToeceeceesbeeececTb，故有考虑到在实际情况下得代入将RRrRrRRrRrRRrRRrIVIVIv例如，当例如，当BJT的的 60，rce=100k ，rbe=1k ，v Re=2 k ，Rs =0.5 k ，Rb1=40k，v Rb2=20k，RsRs/Rbl/Rb2=0.48k，那么由式，那么由式(3.5.6)可算可算得得vRo=1001+602/(1+0.48+2)kv =3.55Mv可见可见Ro的数值是很大的。的数值是很大的。v由此例可知，当由此例

15、可知，当BJT的基极电位固定，并在的基极电位固定，并在射极电路里接一电阻射极电路里接一电阻Re，便可提高输出电阻，便可提高输出电阻，亦即提高电路的恒流特性。亦即提高电路的恒流特性。v第第6章所要讨论的微电流源，正是利用这一特章所要讨论的微电流源，正是利用这一特点而构成的。点而构成的。v书中的解法有些复杂，也可以这样解：书中的解法有些复杂，也可以这样解：c0cTocbTs0，0eJcJRRVIVIIV，故上所以不能作用到反偏由于LR3.6共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路v3.6.1共集电极电路共集电极电路(射极输出器射极输出器)v原理电路如图原理电路如图3.6.1(a)所示，所示

16、，v交流通路如图交流通路如图3.6.1(b)所示。所示。NoImagev1.电路分析电路分析v(1)求求Q点点v根据图根据图3.6.1(a)，在基极回路中，按电压方程，在基极回路中，按电压方程式：式：vVCCIBRbVBEVEv式中式中VEIERe(1+)IBRe，为晶体管发射，为晶体管发射极的直流电位。极的直流电位。ebCCBBECCebBECCB)1 ()1 (RRVIVVRRVVI，故有在上式中，一般有此外，再有ICIB及VCEVCCICRe可求出IC和VCE。)2 . 6 . 3()1 ()(o) 1 . 6 . 3()1 (/)(bLbbLLbeibLeLbbLbebi而所以式中II

17、IVVIIIIVRRRrRRRRr(2)电压增益电压增益小信号等效电路如图小信号等效电路如图3.6.2所示。所示。转转50)3 . 6 . 3(1)1 ()1 ()1 ()1 (倍数表达式由此，可求出电压放大LbeLLbeLioiLbeLoRrRRrRRrRVVAVVv将式将式(3.6.1)中的中的 代入式代入式(3.6.2)，得，得bIv普通，普通，R Lrbe，故射极输出器的电压增，故射极输出器的电压增益近似等于益近似等于1，而略小于，而略小于1。v缘由是：缘由是： 的关系，因此的关系，因此 总是总是略小于略小于 。v由于射极输出器的电压增益接近于由于射极输出器的电压增益接近于1，且，且

18、和和 同相位，因此，射极输出器由称为电压同相位，因此，射极输出器由称为电压跟随器。跟随器。oibeVVVoViViVoV (3)输入电阻输入电阻如图如图3.6.3(a)所示。所示。由于由于)4 . 6 . 3(/)1 (11又式中LeLLbbiTbbTTTRRRRrRRReVIIIIV 有因有因1及及R Lrbe，那么，那么)5 . 6 . 3(/LbiTTRRRIV由此可见，射极输出器与共发射极放大电路相比，其输入电阻高得多。0sTToVIVRLRTI(4)输出电阻输出电阻计算输出电阻的等效电路如图计算输出电阻的等效电路如图3.6.3(b)所所示。按输出电阻定义式：示。按输出电阻定义式：TV

19、在测试电压在测试电压 的作用下，相应的测试电流的作用下，相应的测试电流 为：为：)6 . 6 . 3(1/11/11故输出电阻为，由此可得输出电导为式中eeeeRrRRRRrRGRRRRRRRrRrRVIVIIIIbseoebsTobssLeLebsbsbbTTTev上式中，上式中，(Rs+ rbe)(1+)为基极回路电阻为基极回路电阻(Rs+ rbe)折合到射极回路时的等效电阻。通折合到射极回路时的等效电阻。通常有常有vRe (Rs+ rbe)(1+)及及1v所以所以vR o (Rs+ rbe)v例如：例如：v当当BJT的的50，rbe1k，Rs=50，Rb=l00k，Rs=Rs/Rb=50

20、时，算得时，算得Ro=21。这个数值阐明，电压跟随器的输出电。这个数值阐明，电压跟随器的输出电阻是很低的，普通在几十欧到几百欧的范围内。阻是很低的，普通在几十欧到几百欧的范围内。为了降低输出电阻，应选用为了降低输出电阻，应选用较大的较大的BJT。v(5)射极输出器的特点射极输出器的特点v电压增益小于电压增益小于1而近似等于而近似等于1，且输出电压与，且输出电压与输入电压同相位；输入电阻高；输出电阻小输入电压同相位；输入电阻高；输出电阻小低。低。v该电路虽然无电压放大才干，但仍具有电流该电路虽然无电压放大才干，但仍具有电流放大才干，所以该电路仍具有功率放大才干。放大才干，所以该电路仍具有功率放大

21、才干。v2.复合管及其用途复合管及其用途v (1)复合管的构成复合管的构成v a.同类型管的复合同类型管的复合v 如图如图3.6.4所示，为所示，为NPN型复合晶体管，型复合晶体管，v 以图以图(a)为例，复合管的为例，复合管的值和值和rbe计算如下：计算如下：转转61e1b1b2b1c2c1cIIIIIII2121v rberbe1(1+1)rbe2v rbe11rbe22121212121121)()1 (bcbb1b1b1b1IIIIIII所以，PNP型复合晶体管如图3.6.4所示(下页)vb.不同类型管的复合不同类型管的复合(互补型复合管互补型复合管)v如图如图3.6.5所示，以图所示

22、，以图(a)为例，复合管的为例，复合管的值和值和rbe计算如下：计算如下：212112111222)()1 ()1 ()1 (所以，bcbb1c1b2c2cIIIIIIIIrberbe1 转转65v(2)复合管的构成原那么复合管的构成原那么a.把两虽然子构成一只复合管，必需把两虽然子构成一只复合管，必需保证每一虽然子的电流都能顺着各管的保证每一虽然子的电流都能顺着各管的正常电流方向流动，否那么，构成的复正常电流方向流动，否那么，构成的复合管是错误的。合管是错误的。vb. 向内流的复合管为向内流的复合管为NPN型复合管，型复合管， 向向外流的复合管为外流的复合管为PNP型复合管；型复合管； 的流

23、向由的流向由T1的的 决议，即复合管的导电极性取决于第决议，即复合管的导电极性取决于第一虽然子。一虽然子。vc.复合管的复合管的12；vd.同类型复合管同类型复合管,rberbe11rbe2；互补；互补型复合管，型复合管，rberbe1bIbIbIb1Iv(3)复合管的用途复合管的用途va.可以提高单管的输入电阻可以提高单管的输入电阻(同类型复合管同类型复合管)。vb.处理大功率管的配对难的问题。处理大功率管的配对难的问题。vc.处理大功率管处理大功率管值小的问题。值小的问题。v普通大功率晶体管的普通大功率晶体管的值都比较小，在要求任值都比较小，在要求任务电流较大的场所务电流较大的场所(电源调

24、整管电源调整管)，必需使，必需使 Ib较大，但较大，但Ib只需只需A数量级，这时必需采用复数量级，这时必需采用复合管。合管。v复合管因其等效电流放大系数很高，等复合管因其等效电流放大系数很高，等效输入电阻亦很高，特别是当它制成集效输入电阻亦很高，特别是当它制成集成器件时，运用方便而遭到拥护的欢迎。成器件时，运用方便而遭到拥护的欢迎。复合管又称为达林顿管。复合管又称为达林顿管。v3射极跟随器射极跟随器(电压跟随器电压跟随器)的用途的用途va.输入级：减小放大电路对信号输入级：减小放大电路对信号源源(或前级或前级)索取信号电流；索取信号电流；vb.中间变换级：实现前后级的阻中间变换级：实现前后级的

25、阻抗匹配；抗匹配；vc.输出级：提高放大电路的带负输出级：提高放大电路的带负载才干。载才干。3.6.2共基极放大电路共基极放大电路v如图如图3.6.6(a)所示所示(分析图中原件及其作用分析图中原件及其作用)。图图(b)为其交流通路。为其交流通路。v1.求求Q点点v画出直流通路如图画出直流通路如图3.6.7 所示，同于前述的分所示，同于前述的分压式电流负反响偏置电路。压式电流负反响偏置电路。转转74v2.求电压增益、输入电阻、输出电阻求电压增益、输入电阻、输出电阻(P112)v 画出微变画出微变(小信号小信号)等效电路如图等效电路如图3.6.8所示。所示。va.电压放大倍数电压放大倍数bebi

26、LcLLcLoLLorRRRRRRIVIIIV/转转76).(beLbebLbbebLcio863rRrRrRIIIIVVAv由式由式(3.6.8.)可以看出，共基极放大电路可以看出，共基极放大电路与共发射极放大电路的电压放大倍数相比，与共发射极放大电路的电压放大倍数相比，大小相等，只差一个负号，共基极放大电路大小相等，只差一个负号，共基极放大电路是一个同相放大电路。是一个同相放大电路。b.输入电阻输入电阻根据图根据图3.6.8所示，所示，所以，共基接法时，由于，bebebieiiiei)(IIIVIVrR/RRR1，所以：由于)()()(beebiieiiebebbebeiebi111rrR

27、/RRRRRrrrRIIIVvc.输出电阻输出电阻v根据图根据图3.6.8所示，所示，RorcbRc，由于，由于rcb是晶体管集电极到基极的交流电阻，是晶体管集电极到基极的交流电阻，而集电结又是反偏的，所以而集电结又是反偏的，所以rcbR c，故故vRo rcbRc Rcv综上所述：共基极放大电路电压放大倍数综上所述：共基极放大电路电压放大倍数大大(大小与共发射极放大电路一样大小与共发射极放大电路一样)，输出，输出电压与输入电压同相位；输入电阻小；输电压与输入电压同相位；输入电阻小；输出电阻与共发射极放大电路一样；无电流出电阻与共发射极放大电路一样；无电流放大才干放大才干( Ic / Ie1)

28、。3.6.3三种根本组态的性能比较三种根本组态的性能比较v如表3.6.1所示。(P114115)3.7放大电路的频率呼应放大电路的频率呼应v3.7.1单节单节RC电路的频率呼应电路的频率呼应v1.RC低通电路的频率呼应低通电路的频率呼应vRC低通电路有一个电阻和一个电容构成，如低通电路有一个电阻和一个电容构成，如图图3.7.1所示。所示。v(1)高频呼应高频呼应v如式如式(3.7.1)所示所示(推导该式推导该式)，式，式(3.7.1)中的中的s为复变量，为复变量，sj=j2f ，高频，高频电压增益为：电压增益为：HiffjVVAoVH11v上式的幅值上式的幅值AVH和相角分别为：和相角分别为：

29、).()/(arctg).()/(/HHHH57347311ffffAVHa.幅频特性幅频特性(呼应呼应)当当f f H时时ffffAV/)/(/HHH211转转91转转91转转95v用分贝用分贝(dB)表示那么为表示那么为v20lgAVH20lg f Hfv这是一条斜率为这是一条斜率为20dB/十倍频程的斜线，十倍频程的斜线，如图如图3.7.2(a)所示。由上两条直线构成的折线，所示。由上两条直线构成的折线，是近似的幅频特性。是近似的幅频特性。v图中图中f H对应于两条直线的交点，称之为转机对应于两条直线的交点，称之为转机频率。频率。v又有式又有式(3.7.4)可知，当可知，当f = f H

30、时，时，70702111./)/(/HHffAV即在即在fH处，电压放大倍数下降到中频区时的处，电压放大倍数下降到中频区时的1/ (即即0.707)倍，故倍，故fH 又是放大电路的上又是放大电路的上限频率。限频率。2vb.相频特性相频特性(呼应呼应)v如图如图3.7.2(b)所示所示vf fH时，时，90o，得一条，得一条 90o的直线。此时，的直线。此时， 的相位差等于的相位差等于90o。HHioVV与HHioVV与vf fH时，时，45o。v由上三点分析可知，在由上三点分析可知，在0.1 fH 10 fH之间，之间，为一条斜率为为一条斜率为45o/十倍频程的直线。如图十倍频程的直线。如图3

31、.7.2(b)所示。所示。Hv2.RC高通电路的频率呼应高通电路的频率呼应vRC高通电路如图高通电路如图3.7.3所示。所示。v由上式可得低频区电压增益的幅值由上式可得低频区电压增益的幅值AVL 和相和相角角 分别为分别为).( )/(/LioL87311ffjVVAVL).()/(arctg).()/(/LLLL107397311ffffAV如图如图(3.7.4)所示，图所示，图(a)为其幅频呼应为其幅频呼应a.幅频特性幅频特性(呼应呼应)当当f f L时时111)/(/LHffAV用分贝用分贝(dB)表示那么为表示那么为20lg AVH20lg10dB这是一条与横轴平行的零分贝线，如图这是

32、一条与横轴平行的零分贝线，如图(3.7.4)(a)所示；所示；转转99LLH/)/(/ffffAV11当当f fL时，时， 0o，得一条，得一条0o的的直线。此时，直线。此时， 的相位差等于零。的相位差等于零。vf RL，rce也可以忽略不记，这样可得到也可以忽略不记，这样可得到图图3.7.5(a)的简化模型，如图的简化模型，如图3.7.5(b)所示。所示。图图3.7.5(b)又称为混合又称为混合型高频小信号模型。型高频小信号模型。beVv(2)参数的获得参数的获得va.rberbb + rbe、v rbe(1+0)VTIE，(0由由来，这里来，这里主要是加以区别主要是加以区别)vb.gm-称

33、为互导称为互导(跨导跨导)vc.结电容结电容Cbc、Cbe。vCbc，就是手册中的，就是手册中的Cob。Cbe可用可用(3.7.17)式求得。式求得。vCbcgm2fT (3.7.17)(3)BJT的频率参数如图的频率参数如图(3.7.7)所示。所示。va.共发射极截止频率共发射极截止频率fvf ：表示晶体管共发射极联接时，：表示晶体管共发射极联接时，值随频值随频率添加而发生变化，当率添加而发生变化，当值下降到中频区的值下降到中频区的1/ 时所对应的频率，即为共发射极截止频率时所对应的频率，即为共发射极截止频率f 。vb.特征频率特征频率f Tvf T：值下降到值下降到1(0dB)时所对应的频率时所对应的频率,称为称为晶体管的特征频率晶体管的特征频率f T