第3章三极管基本放大电路3.5课件

第3章半导体三极管及放大电路电子技术基础课程组3双极型三极管及放大电路基础3.1双极型三极管3.2放大电路的基本概念

3.3基本共射放大电路的工作原理3.4基本共射放大电路的静态分析3.5小信号模型分析法3.6射极偏置放大电路3.7共集电极放大电路3.8共基极放大电路3.9多级放大电路3.5小信号模型分析法3.5.1指导思想当放大电路的输入信号很小时，在静态工作点附近，把三极管小范围内的特性曲线用直线来代替，从而可以把三极管组成的非线性电路转化为线性电路来处理。小信号模型分析法（也称微变等效电路法）只适用于小信号情况下工作，所谓“微变”，即微小的变化量。微——它不适用于大信号的工作情况，大信号工作情况仍要借助图解法变——静态分析它也不适用，只适用于动态分析。3.5小信号模型分析法3.5.2三极管的H参数及其等效电路三极管的H参数三极管是三端器件；它组成电路有三种组态，共射、共集和共基组态；无论哪种组态三极管在电路中是一个双口网络。非线性电路3.5小信号模型分析法3.5.2三极管的H参数及其等效电路三极管的特性曲线：输入特性输出特性找出管子内部电流和电压微变量之间的关系——使用全微分常量微分为零，变化量即为交变分量3.5小信号模型分析法3.5.2三极管的H参数及其等效电路电阻量纲，三极管的输入电阻，常用rbe表示，约kW无量纲，三极管的反向电压传输比，约10-4无量纲，三极管共射电流放大系数，常用b表示，约102电导量纲，三极管的输出电导，常用1/rce表示，rce约104W由于四个参数的量纲均不相同，故称为混合参数（H参数）3.5小信号模型分析法

等效电路式子（1）表示输入回路方程，它表明输入电压vbe是由两个电压相加。一个是hie·ib——输入电流ib在hie上的压降；一个是受控电压源hre·vce——输出电压对输入回路的反作用+_bec+_hfeib+_hievbeibhreuce1/hoeicvce式子（2）表示输出回路方程，它表明输出电流ic是由两个电流相加。一个是受控电流源hfe·ib——输入电流ib对输出回路的作用；一个是hoe·vce——输出电压在输出电阻上的压降3.5小信号模型分析法等效电路的简化+_bec+_hfeib+_hievbeibhreuce1/hoeicvceb+_hievbeib+_echfeibicvceb+_rbevbeib+_ecb

ibicvcebrbeibecb

ibic3.5小信号模型分析法注意两点：a.b

ib——受控电流源，大小和方向都受ib控制当ib流入基极时，受控源b·ib方向是由c→e，当ib流出基极时，受控源b·ib方向是由e→c。b.微变等效电路讨论对象——变化量不能用它求静态工作点不能用它求某一时间的电压、电流总值。brbeibecb

ibic非线性电路3.5小信号模型分析法4.h参数的确定实际中，H参数b

和rbe可用晶体管图示仪直接测量计算中，通常rbe估算公式如下：基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结的电流方程可求得查阅手册由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！b+_rbevbeib+_ecb

ibicvce3.5.3用H参数分析基本共射放大电路步骤：1）确定静态工作点

估算Q点的微变参数rbe,该参数反映了Q点附近的工作状态2）画小信号模型

画交流通路用H参数线性模型表示BJT标出电压和电流3）求Av,Ri,Ro3.5.3用H参数分析基本共射放大电路步骤1——确定静态工作点为何对电路进行动态分析要先确定静态工作点呢？画直流通路，估算法确定Q点VCE=VCC–ICRC3.5.3用H参数分析基本共射放大电路步骤2——画微变等效电路①画出交流通路②在交流通路上定出三极管的三个电极b、c、e后，再用H参数线性模型表示三极管。③放大电路常用正弦波作为输入信号电压ebcbrbeibecb

ibic交流通路微变等效电路3.5.3用H参数分析基本共射放大电路步骤3——求AV,Ri,Robrbeibecb

ibic记忆3.5.3用H参数分析基本共射放大电路输入电阻Ri什么是输入电阻？放大器结论：输入电阻Ri是衡量放大器向信号源索取信号电压的能力。Ri越大越好。3.5.3用H参数分析基本共射放大电路输出电阻Ro什么是输出电阻？放大器对负载来说就是一个信号源，而该信号源的内阻就是放大器的输出电阻Ro放大器Ro越小，Vo越接近Vo’，所以在实际电路中，Ro越小越好！结论：输出电阻Ro是衡量放大器带负载的能力。Ro越小放大器带负载的能力越强。Ro越小越好。3.5.3用H参数分析基本共射放大电路源电压放大倍数记忆步骤4——求源电压放大倍数AVSbrbeec由于信号源存在内阻Rs，输入信号在Rs上要按损失掉一部分，使放大器实际输入信号Vi<Vs，从而使放大倍数下降。所以Ri越大越好。3.5.3用H参数分析基本共射放大电路基本步骤小结1）确定静态工作点

估算Q点的微变参数rbe,该参数反映了Q点附近的工作状态2）画小信号模型

画交流通路用H参数线性模型表示BJT标出电压和电流3）求Av,Ri,Ro对PNP管其微变等效电路其电流和电压的方向是否要改变呢？不必改变！但要注意受控电流源b

·ib的方向要受ib方向约束。若ib流入基极时，受控源b

·ib方向是由c→e，若ib流出基极时，受控源b

·ib方向是由e→c。3.5小信号模型分析法交流通路输出电阻电路微变等效电路例13.5小信号模型分析法交流通路微变等效电路输出电阻电路例23.5小信号模型分析法例2电路的电压放大倍数为：输出电阻电路3.5小信号模型分析法例2中与电路参数R2RC有关，与负载RL有关，与微变参数β、rbe有关。说明放大倍数——讨论：怎样增加电压放大能力？典型共射放大电路中小信号模型分析法的适用范围

放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其V－T特性曲线的线性范围（即放大区）内。H参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。优点：分析放大电路的动态性能指标(Av

、Ri和Ro等)非常方便，且适用于频率较高时的分析。缺点：在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及BJT的H参数均是针对变化量(交流量)而言的，不能用来分析计算静态工作点。基本共射放大电路的静态分析和动态分析QIBQ≈35μAVBEQ≈0.65V

为什么用图解法求解IBQ和UBEQ？讨论比较阻容耦合放大倍数3.5小信号模型分析法作业：P90:173.6射极偏置放大电路基本共射电路——又称为固定偏流电路它的偏流IB是由偏置电路提供的，电路的工作点往往是通过调节电阻Rb来获得的，这种电路优点是调试方便但若更换管子T，或是环境温度变化将引起管子参数β变化，因此Q点也会移动；若Q点移动到不合适的位置（饱和截止区）将使放大电路无法正常工作。要求直流通路：既能提供合适的Q点又能在环境变化时稳定Q点3.6射极偏置放大电路本节内容首先讨论环境温度对工作点的影响然后介绍能够稳定工作点的射极偏置放大电路（1）引起Q点不稳定的原因温度变化，器件老化，电路中电源电压波动、元件参数的变化等都会影响Q点。3.6.1放大电路的工作点稳定问题Q’

所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变。从元件入手-选择温度性能好、不易老化的元件；从环境入手—恒温从电路入手--采用温度补偿，引入负反馈3.6.1放大电路的工作点稳定问题电路稳定Q点的目标：温度变化时，使IC近似维持恒定温度T上升，将最终导致IC上升，引起Q点变化。（2）温度对Q点的影响T（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不变IBQ↑T稳定原理：

ICIE

VE、VB不变

VBE

IBIC（负反馈控制）T+_（1）

电路组成3.6.2射极偏置电路静态分析射极偏置电路元件Re：用输出回路的电量反过来抑制输入回路的电量。Re取值越大，反馈控制作用越强。这种电路称为直流电流负反馈电路。旁路电容Ce：使Re只对直流信号有反馈，稳定Q点。而对交流信号无反馈。b点电位基本不变的条件：I1>>IBQ，此时，VBQ与温度无关VBQ>>VBEQ（2）静态分析求解Q点+_+_直流通路3.6.2射极偏置电路静态分析（2）静态分析求解Q点3.6.2射极偏置电路静态分析用估算法求静态工作点Q，从VB固定入手记忆+_+_（3）动态分析画微变等效电路3.6.3射极偏置电路动态分析交流通路bce微变等效电路（4）求电压放大倍数3.6.3射极偏置电路动态分析微变等效电路bce（5）求输入电阻和输出电阻3.6.3射极偏置电路动态分析微变等效电路bceRi=Rb1//Rb2//rbe放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻！求输入电阻和输出电阻3.6.3射极偏置电路动态分析输出电阻求解电路Ro=RC放大器brbeec11’放大电路的输出电阻不包含负载电阻！[例]在图示电路中，Rb1=39kΩ，Rb2=10kΩ，RC=2.7kΩ，Re=1kΩ，RL=5.1kΩ，C1=C2=10μF，Ce=47μF，VCC=15V，晶体管的=100，试求：(1)

静态工作点Q(2)AV、Ri、Ro的值。

3.6射极偏置电路VCEQ≈VCC－IEQ（RC+Re）=15－2.36×(2.7＋1)=6.27V解：(1)

估算法求解Q点由得+_+_3.6射极偏置电路Ri=Rb1//Rb2//rbe=39//10//1.3≈1.2kΩRo=Rc=2.7kΩbce(2)动态分析求AV、Ri、Ro的值3.6射极偏置电路讨论问题1：当条件I1>>IBQ不满足时，求静态工作点常用戴维南等效电路法。直流通路中，输入回路用戴维南等效电路法等效变换为电压源和电阻串联。3.6射极偏置电路+_+_等效电路+_+_+_+_Rb

=Rb1//Rb2=7.96kΩ

图中

VBB=IBQRb+VBE+IEQRe求解静态工作点：式中故+_+_+_+_输入回路方程

VBB=IBQRb+VBE+(1+b)IBQRe

VCEQ≈VCC-ICQ(RC+Re)Q点：3.6射极偏置电路3.6射极偏置电路上式表明，分母中的(1+β)Re的物理概念可以用电阻的折合来理解。可以将Re乘以(1+β)折合到基极回路。电阻折合的概念：将发射极回路的电阻折合到基极回路，要乘以(1+β)；将电阻从基极回路折合到发射极回路要除以(1+β)。若电路元件参数同例题，将有关数据代入上式，得

VCEQ≈VCC-ICQ(RC+Re)=15－2.17×(2.7＋1)=6.97V3.6射极偏置电路讨论问题2：当无射极旁路电容Ce时，直流通路不变，静态分析同前；但放大电路的动态分析改变，存在Re。3.6射极偏置电路交流通路bce微变等效电路讨论问题2：当无射极旁路电容Ce时，存在Re。射偏电路动态分析。3.6射极偏置电路bceRi=Rb1//Rb2//[rbe+(1+b)Re]≈7.5kΩRo=Rc=2.7kΩ求AV、Ri、Ro的值运用折合概念有：加入Re后使输入电阻提高了，增强了放大器向信号源索取电压的能力，改善了放大电路的特性。但电压放大倍数有所降低，所以射偏电路是以牺牲电压放大倍数来稳定其Q点的。讨论图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？射极偏置放大电路例：射极偏置电路和3DG4的输出特性曲线如图示，已知b=60(1)分别用估算法和图解法求解静态工作点Q，(2)求输出电压最大不失真幅度。iC(mA)vCE(V)0iB=20mA4060801001510564283DG4射极偏置放大电路解（1）由电路知，使用估算法得：射极偏置放大电路解（1）使用图解法求静态工作点得：iC(mA)vCE(V)0iB=20mA4060801001510564283DG4作直流负载线：连接两点M(0,3.2)和N(16,0)得：M(0,3.2)N(16,0)QQ点iC(mA)vCE(V)0iB=20mA4060801001510564283DG4M(0,3.2)N(16,0)Q射极偏置放大电路解（2）在输出特性曲线上作交流负载线：直流负载线的斜率为：交流负载线的斜率为：点斜式求解交流负载线的方程为：取Vop1和Vop2中的小者，最大不失真输出幅度为3.3V。3.7共集电极放大电路电路组成静态分析动态分析1电路组成3.7共集电极电路

若单级放大电路从基极输入，从射极输出，该电路称为共集电极放大电路。又称为射极输出器或射极跟随器。

共集电极电路由于其输入电阻大，输出电阻小；在实际中得到了广泛的应用，常用于阻抗变换、输入级和输出级。2静态分析——求解Q点3.7共集电极电路直流通路3动态分析——画微变等效电路3.7共集电极电路交流通路ceb微变等效电路3动态分析——3.7共集电极电路求AV、Ri、Ro的值RL'=Re//RL其中

a.电压放大倍数记忆一般电压跟随器则。无电压放大能力b.电流放大倍数由于故3.7共集电极电路ceb通常，Re和RL

同一数量级，

Rb和Ri’同一数量级即射极输出器有电流放大能力和功率放大能力|Ai|>1

Ri=Rb//R'i=Rb//[rbe+(1+β)R'L]

c.输入电阻由于故3.7共集电极电路ceb记忆Ri通常很大，是105~106量级,而基本共射输入电阻约为103量级。所以与基本共射放大电路相比较，射极输出器的输入电阻比较高。3.7共集电极电路cebd.输出电阻Ro记忆β>>1,输出电阻很低，仅有十几~几十欧姆；若想进一步降低输出电阻，应选较大的三极管共集电极电路的特点3.7共集电极电路共集电极电路特点：◆电压增益小于1但接近于1，◆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。应用：1）多级放大电路的输入级；2）多级放大电路的输出级；3）多级放大器的隔离级（缓冲级），实现阻抗变换3.7共集电极电路3.7.4自举放大电路在微弱信号检测及高精度电子测量仪器中，为了提高测量精度往往要求前放电路有足够高的输入电阻。如何进一步提高射极输出器的输入电阻？射极输出器的输入电阻表达式；可见要想提高Ri，可从两个方面考虑，一是提高R’i；另一个是提高偏置电阻Rb，使3.7共集电极电路3.7.4自举放大电路流过Rb3的电流很小。Rb3支路的等效阻值相对变大了。使3.7共集电极电路3.7.4自举放大电路这样的正反馈过程，好象总想把自己“抬举”起来，想使为何称为自举电路呢？因为电路所以当输入端输入输出端之间接有一反馈电阻Rb3；该电阻又把输出端电压变化传给输入所以称它为自举电路。值得注意的是：自举电路往往加在射极跟随器中，因为它的电压放大倍数很低。3.8共基极放大电路3.8共基极放大电路

在射极偏置电路中，信号是从基极输入，集电极输出，属于共射电路。如改为从射极输入信号，从集电极输出信号，则电路的组态变为共基组态。1电路组成

共基电路由于它的输入电阻极低，在低频电路中较少使用；但由于共基电路的频率特性好，常用于高频放大器和宽频带放大器。3.8共基极放大电路共基极放大电路的直流通路与射极偏置电路完全相同2静态分析求解Q点+_+_记忆3.动态分析画微变等效电路3.8共基极放大电路交流通路+_T_++__+ceb微变等效电路3.8共基极放大电路+__+ceba.电压放大倍数记忆与基本共射放大电路相比少了一个负号，说明共基电路是同相放大器。3.8共基极放大电路+__+cebb.输入电阻记忆共基电路输入电阻通常只有几到十几欧姆，这是致命的缺点这个致命的缺点，限制了共基电路在低频放大电路中的使用3.8共基极放大电路求解输出电阻电路c.输出电阻共基电路输出电阻与共射电路相同+__+ceb记忆共基极放大电路的特点：

(1)有电压放大能力,电压放大倍数与共射极放大电路相同。

Vo与Vi同相。(2)

没有电流放大能力。(3)

输入电阻小，输出电阻大。(4)

在低频放大电路很少应用。3.8共基极放大电路放大电路三种组态的比较三种组态的特点及用途共射极放大电路：信号由基极输入，集电极输出Av和Ai都大于1，Ri在三种组态中居中，Ro与集电极电阻Rc有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：信号由基极输入，发射极输出只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，Ri最高，Ro最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。共基极放大电路：信号由发射极输入，集电极输出只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，Ri小，Ro与集电极电阻Rc有关。高频特性较好，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。

图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。讨论一：

电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。1.Q为多少？2.Re有稳定Q点的作用吗？3.电路的交流等效电路？4.V变化时，电压放大倍数如何变化？讨论二改变电压放大倍数讨论二（续）3.9多级放大电路

直接耦合，阻容耦合，变压器耦合

动态分析

一、直接耦合既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻

能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。

当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。第二级第一级Q1合适吗？直接连接输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。3.9.1多级放大电路的耦合方式NPN型管和PNP型管混合使用

在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＜

UCQ1

UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＞

UCQ1

▲优点：▲缺点：

1）由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。

2）由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，因此便于集成。

1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设、计算和调试带来不便。

2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重。二、阻容耦合

Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。共射电路共集电路

利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。3.9.1多级放大电路的耦合方式有零点漂移吗？1）各级的直流工作点相互独立。由于电容器隔直流而通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的，这样就给设计、调试和分析带来很大方便。2）在传输过程中，交流信号损失少。只要耦合电容选得足够