晶体管及其基本放大电路

2.1晶体管2.2放大的概念及放大电路的性能指标2.3共发射极放大电路的组成及工作原理2.4放大电路的图解分析法2.5放大电路的微变等效电路分析法2.6分压式稳定静态工作点电路2.7共集电极放大电路2.8共基极放大电路2.9组合单元放大电路第2章晶体管及其基本放大电路2.1晶体管2.1.1晶体管的结构及类型2.1.2晶体管的三种连接方式2.1.3晶体管的工作方式晶体管即半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管（BipolarJunctionTransistor,简称BJT）。双极型晶体管BJT是由两个PN结组成的。(SemiconductorTransistor)1.结构NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorPPNEBC均由三个掺杂区和两个背靠背的PN结构成，但两类三极管的电压极性和电流方向相反。

集电区：面积较大基区：较薄，掺杂浓度低发射区：掺杂浓度最高2.1.1晶体管的结构及类型三极管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电区体积大外部条件发射结正偏集电结反偏NPN型：Ｖc>ＶB>

ＶE

Si管：ＶBE=0.7V

Ge管：ＶBE=0.2V

PNP型：Ｖc<ＶB<

ＶE

Si管：ＶBE=-0.7V

Ge管：ＶBE=-0.2V

NNPCBEPPNEBC三个区作用：发射区发射载流子、基区传输和控制载流子、集电区收集载流子。PNP型和NPN型三极管表示符号的区别是发射极的箭头方向不同，这个箭头方向表示发射结加正向偏置时的电流方向。使用中要注意电源的极性，确保发射结永远加正向偏置电压，三极管才能正常工作。ECBNPN型PNP型ECB2.符号二﹑分类：按材料分：硅管、锗管按功率分：小功率管<500mW按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管大功率管>1W中功率管0.51W

2.1.2晶体管的三种连接方式

为了发挥晶体管的电流控制作用，把晶体管接入电路时必须涉及两个回路：一个是控制电流所在的输入回路，另一个是受控电流所在的输出回路。晶体管有三个电极，因此在组成放大电路时必有一个电极作为输入端，另一个电极作为输出端，第三个电极作为输入、输出回路的公共端。

2.1.2晶体管的三种连接方式

根据所选择的公共端e、c、b的不同，晶体管在电路中分别有三种不同的连接方式

uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共基极共发射极共集电极

2.1.3晶体管的工作状态晶体管在电路中工作时，依据其两个PN结的偏置情况不同，

工作状态可分为三种：放大状态饱和状态截止状态

1.放大状态（发射结正向偏置、集电结反向偏置）

放大状态（UCE>UBE）晶体管内部载流子传输及电流分配发射区正偏向基区注入多子电子，形成发射极电流IE。ICN多数向BC结方向扩散形成ICN。IE少数与空穴复合，形成IBN。IBN基区空穴来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)I

CBOIBIBN

IB+ICBO即：IB=IBN

–

ICBO2)电子在基区的复合和传输(基区空穴运动因浓度低而忽略)(1)放大状态下晶体管中载流子的传输过程ICNIEIBNI

CBOIB3)集电结反向偏置形成集电极电流ICICIC=ICN+ICBO（2）晶体管的电流分配关系IB=I

BN

ICBO

IC=ICN+ICBO①共射直流电流放大系数

流入NPN管的基极电流与集电极电流之和等于流出晶体管的发射极电流，满足基尔霍夫电流定律。

=IC+IB集电极收集到的电子数与在基区复合掉的电子数之比，意味着基区每复合一个电子，则有个电子扩散到集电区去。穿透电流一般在几十~几百之间

②共基直流电流放大系数

的值小于1且接近于1，一般为0.95~0.99。

的关系③它是集电极收集的电子数与发射极发射的总电子数的比值

(3)晶体管的放大作用

向偏置，集电结反向偏置，此时，各电极电位之间的关系是：NPN型UC＞UB＞UEPNP型UC＜UB＜UE晶体管实现电流放大的外部偏置条件：发射结正

电流放大作用的实质是通过改变基极电流IB的大小，达到控制IC的目的，而并不是真正把微小电流放大了，因此，晶体管称为电流控制型器件。定义：保持工作点处UCE不变，集电极电流变化量与基极电流变化量之比，称为共发射极交流电流放大系数。即

定义：保持工作点处UCB不变，集电极电流变化量与发射极电流变化量之比，称为共基极交流电流放大系数。即

在数值上

≈≈

2.饱和状态

(发射结正向偏置、集电结正向偏置)集电极电位低于基极电位，集电结正向偏置，不利于集电极从基区收集非平衡少数载流子，从发射区扩散到基区的非平衡少子在基区复合的数量增大，而进入集电区的数量减少，集电极电流不再随基极电流的增大而增大，基极电流失去了对集电极电流的控制作用（晶体管失去了放大能力），集电极电流好像饱和了。

2.饱和状态

(发射结正向偏置、集电结正向偏置)IC主要受UCE的控制，随着UCE的增大，集电结由正向偏置向零偏变化过程中，集电区收集电子的能力逐步增强，集电极电流IC随UCE的增大而增大。晶体管工作于饱和状态时的UCE称为集电极饱和电压降，记作UCES。处于深度饱和时，硅管锗管

3.截止状态（发射结反向偏置、集电结反向偏置）晶体管发射结反向偏置或零偏(UBE≤0)，集电结反向偏置(UBC＜0），不利于发射极多数载流子的扩散运动，发射极电流几乎为零，此时，集电极流过反向饱和电流IC=ICBO，基极电流：

IB=–ICBO，ICBO很小可忽略不计，认为晶体管处于截止状态。

【例2-1】测得放大电路中工作在放大状态中的两只晶体管的直流电位如下图所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。【解】

分析

①工作于放大状态的晶体管，发射结正向偏置、集电结反向偏置，有：NPN管UC＞UB＞UE，PNP管UC＜UB＜UE

基极电位总是居中，据此可确定基极；②硅管UBE的约为0.6~0.8V、锗管的UBE约为0.2~0.4V，从而可判断出与基极相差这一数值的电极为发射极，并由这一差值大小判断是硅管还是锗管；③余下一个电极为集电极。④集电极电位最高的为NPN管，集电极电位最低的为PNP管。

【例2-2】

测得工作在放大状态的晶体管两个电极的电流如下图所示。(1)求另一个电极的电流，并在图中标出实际方向。(2)标出e、b、c极，并判断出该管是NPN管还是PNP管。(3)若ICBO均为零，试求及的值。【解】：①晶体管三个电极的电流关系为：其中最小、居中、最大；②工作于放大状态时，对于NPN管：流出晶体管，、流入晶体管。对于PNP管：流入晶体管，、流出晶体管。标出的电流方向及管子类型如下：

由于=0.1mA，=5.0mA，故

2.1.4

晶体管的伏安特性曲线

晶体管伏安特性曲线用来描述晶体管外部各极电流与电压之间的关系。

晶体管的不同连接方式有不同的伏安特性曲线，因共发射极接法应用最为广泛，下面以NPN管共发射极接法为例讨论晶体管的输入特性和输出特性，

共射接法晶体三极管的特性曲线一、输入特性输入回路输出回路与二极管特性相似

①对应不同的UCE，输入特性曲线为一族非线性的曲线，存在一段死区，当外加电压UBE小于阈值电压（或称死区电压）UBE(th)时，晶体管不导通，处于截止状态。硅管UBE(th)约为0.5V，锗管约为0.1V。②当UBE＞UBE(th)时，随着UBE的增大，IB开始按指数规律增加，而后近似按直线上升。晶体管正常工作时，UBE变化不大，硅管导通电压UBE(on)约为0.7V左右，锗管约为0.3V左右。O特性基本重合(电流分配关系确定)导通电压UBE(on)硅管：(0.60.8)

V锗管：

(0.20.3)

V取0.7V取0.3V(2)当uCE=1V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一uBE电压下，iB减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压UBE（th）硅0.5V锗0.1V

2.输出特性在共射接法的晶体管电路中，当IB为参变量时，输出回路中的电流IC与电压UCE之间的关系特性曲线称为输出特性，用函数关系表示为：

现以iB=30uA一条加以说明。

（1）当uCE=0

V时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）uCE↑→Ic

↑

。（3）当uCE＞1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不变。同理，可作出iB=其他值的曲线。

4321iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24682、输出特性iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321截止区：

IB0

IC=ICEO0

由于各极电流都基本上等于零,因而此时三极管没有放大作用。条件：两个PN结反偏截止区ICEO当发射结反向偏置时,发射区不再向基区注入电子,则三极管处于截止状态。

输出特性曲线可以分为三个区域:iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843212.放大区：放大区截止区当ＩＢ一定时,ＩＣ的值基本上不随ＵCE而变化。条件：

发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔ICEO对于ＮＰＮ三极管,工作在放大区时ＵＢＥ≥０.７V,而ＵＢＣ＜０。3.饱和区：uCE

u

BEuBC=u

BE

uCE

>0条件：两个结正偏特点：IC

IB临界饱和时：

uCE

=uBE深度饱和时：ＵCE＜ＵBE0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(锗管)iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321放大区截止区饱和区ICEO此区域中UCE

UBE,集电结正偏，IB>IC，UCE0.3VＵＣＥ较小时,

管子的集电极电流ＩＣ基本上不随基极电流ＩＢ而变化,这种现象称为饱和。

4.击穿区：条件：发射结正偏集电结反偏特点：集电结发生了雪崩击穿

基极开路(IB=0)时，使集电极发生击穿的UCE值，记为U(BR)CEO。输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且

IC

=

IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止区：发射结反偏，集电结反偏。UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO

0

集电结的空间电荷区变窄，内电场减弱，集电结收集载流子的能量降低，ＩC不再随着ＩB作线性变化，出现发射极发射有余，而集电极收集不足现象。

2.1.5晶体管的直流模型

输入特性近似

输出特性近似

截止状态模型放大状态模型

饱和状态模型

2.1.6晶体三极管的主要参数一、电流放大系数1.共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321—直流电流放大系数一般为几十几百Q在分立元件电路中,一般取在20~100范围内的管子,太小电流放大作用差,太大受温度影响大,性能稳定性差.iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843212.共基极电流放大系数1一般在0.98以上。

Q二、极间反向饱和电流CB极间反向饱和电流

ICBO，CE极间反向饱和电流ICEO。

—交流电流放大系数三极管极间反向电流的测量

极间反向饱和电流集基反向饱和电流ICBO,发射极开路时,集电极和基极间的反向饱和电流.ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。锗管：ICBO为微安数量级，硅管：I

CBO为纳安数量级。集射反向饱和电流ICEO,基极开路时，集电极和发射极间的穿透电流.ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。三、极限参数1.ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。3.U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO已知:ICM=20mA,PCM

=100mW，U(BR)CEO=20V，当UCE

=

10V时，IC<

mA当UCE

=

1V，则IC<

mA当IC

=

2mA，则UCE<

V

102020

晶体管的安全工作区

4.频率参数

特征频率fT是当β的模等于1（0dB）时所对应的频率。2.1.7温度对晶体管参数的影响

1.温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1C，UBE

(22.5)mV。OT2>T12.温度升高，输出特性曲线向上移。iCuCET1iB=0T2>iB=0温度每升高1C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。O温度每升高10C，ICBO

约增大1倍。

【例2-3】晶体管VT的特性曲线如下图所示，在其上确定PCM、ICEO、U(BR)CEO。在如下电路中，当开关S接在A、B、C三个触点时，判断晶体管VT的工作状态，确定UCE的值。输出特性曲线

iC/mA0uCE/VIB=100µA20µA12345102030405080µAIC=10µAIB=0µA60µA40µAPCM+VCC-VTRB2RCRB1ABCS20kW200kW1.5kW+UCE1V+6V-+cbe

【解2.3】由图可以计算

在输出特性上PCM与IB1=40µA的特性曲线交于点F（25V，2mA）则PCM=UCE×IC=25V×2mA=50mW(a)特性曲线求

计算临界饱和电流ICS、IBS

输出特性IB1=0的特性曲线所对应的集电极电流为穿透电流ICEO=10µA，该曲线水平部分右端上翘的点所对应的横坐标值为集-射极间反向击穿电压U(BR)CEO=50V

受外电路的限制，晶体管所能提供的最大集电极电流，即集电极临界饱和电流ICS为

基极临界饱和电流IBS为

当IB≤IBS时，IC=IB成立，晶体管处于放大区；当IB＞IBS时，IC＜IB，因为晶体管已进入饱和区，集电极电流不能跟随基极电流的变化而变化。

①S接在触点A时

IB1＜IBSUBE=0.7V、UCE=4.01V、UBE＜UCE，所以晶体管工作于放大状态。(b)S接触点A

(c)S接触点B②S接在触点B时

IB2＞IBS晶体管工作于饱和区，硅管UCE=UCES≈0.3V

③S接在触点C

UBE=-1V，发射结反向偏置，晶体管处于截止状态

RC上无电流，所以RC上也没有电压降，故UCE=6V

(d)S接触点C(1)根据电路对晶体管的要求查阅手册，从而确定选用晶体管的型号，其极限参数ICM、U(BR)CEO和PCM应分别大于电路对管子的集电极最大允许电流、集-射极间击穿电压和集电极最大允许功耗的要求。(2)在维修电子设备时，若发现晶体管损坏，应该用同型号的管子替换。若找不到同型号的管子而需要用其它型号的管子来替换时，应注意：要用同种材料、同种类型的管子替换，替换后管子的参数ICM、U(BR)CEO和PCM一般不得低于原管。1.手册的使用2.1.8晶体管的选用原则(1)当晶体管的型号确定后，应选极间反向电流小的管子，这样的管子温度稳定性好，管子的β值一般选在几十到100以下，β太大的管子性能不稳定。(2)如果要求管子的反向电流小，工作温度高，则应选用硅管；当要求导通电压较低时，应选用锗管。(3)如果电路工作频率高，必须选用高频管或超高频管；如果用于开关电路，则应选用开关管。(4)必须保证管子工作在安全区。工作电压高时，应选用U(BR)CEO大的高反压管。由于U(BR)EBO一般较小，因注意发射结的反向电压不能超过U(BR)EBO。使用大功率管时，要保证相应的散热条件。2.选管的原则2.2.1.放大的基本概念

2.2放大的概念及放大电路的性能指标放大电路是一种用来放大电信号的装置，是电子设备中使用最广泛的一种电路，是现代通信、自动控制、电子测量、生物电子等设备中不可缺少的组成部分。它的主要功能是将微弱的电信号（电压、电流、功率）进行放大，以满足人们的实际需要。2.2.1.放大的基本概念

2.2放大的概念及放大电路的性能指标一.扩音机示意图话筒作为信号源，当人们对着话筒讲话时，声音信号经过话筒（传感器）被转变成微弱的电信号(几个毫伏)，经过电压放大电路放大后得到较大的电压信号（几伏），再经过功率放大电路，得到较大的功率信号，推动扬声器发出清晰、洪亮的声音。放大的实质是能量的控制和转换。在一个能量较小的输入信号作用下，放大电路将直流电源所提供的能量转换成交流能量输出，驱动负载工作。负载（例如扬声器）所获得的这个能量大于信号源所提供的能量，也就是用小的能量来控制大的能量，因此放大电路的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流信号，也可能兼而有之。那么，由谁来控制能量转换呢？答案是具有能量控制作用的有源器件，如晶体管、场效应管等。1)输入量控制输出量2)把直流能量转换成按输入量变化的交流能量二、方框图RS+us–RSis方框图的示意图三、放大电路的四端网络表示１122+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioiius—信号源电压Rs—信号源内阻RL—负载电阻ui—输入电压uo—输出电压ii—输入电流io—输出电流uiuoAu2.2.2放大电路的主要性能指标1122+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioii电压增益

Au(dB)=20lg|Au|1、放大倍数(1)电压放大倍数(2)电流放大倍数

Ai=io/ii电流增益

Ai(dB)=20lg|Ai|（3）互阻放大倍数

Ar=UO/II（4）互导放大倍数(互导增益)Ag=IO/UI（5）功率放大倍数2、输入电阻１1+us–RS+ui–iiRiRi越大，ui与us越接近例us=20mV，Rs=600，比较不同Ri时的ii

、ui。Riiiui60003A18mV60016.7A10mV6030A1.82mV当信号源有内阻时：＝Ui.UO.Ui.Us.3、输出电阻放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。计算：i2211usRS+u–放大电路=0Ro

Uo’—负载开路时的输出电压；uo—带负载时的输出电压，Ro越小，uo’

和uo越接近。输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。

测量：输入信号的频率往往是在一定范围内变化的，要使放大后的信号不失真，就要求放大电路对不同频率的输入信号具有相同的放大能力。频率特性就是指放大电路的放大倍数与频率的关系，电压放大倍数几乎不变的频率范围叫作放大电路频率特性的中频段4.通频带通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线fAAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率

3dB带宽低频段中频段高频段(BandWidth)通频带越宽表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强，但是通频带也不是越宽越好，通频带超出信号所需要的宽度，会增加电路的成本，同时也会把有用信号以外的干扰和噪声信号一起放大，所以，应根据信号的频带宽度来要求放大电路应有的通频带。基本放大电路的组成和工作原理三极管放大电路有三种形式共射放大电路共基放大电路共集放大电路以共射放大电路为例讲解工作原理2.3共发射极电路的组成及工作原理放大电路要具有放大作用，必须满足三个组成原则：①确保晶体管工作于放大区，即满足发射结正向偏置，集电结反向偏置的外部条件。②确保被放大的交流输入信号能够作用于晶体管的输入回路。③确保放大后的交流输出信号能够传送到负载上去。晶体管可以通过控制输入电流来控制输出电流，起到能量控制和转换的作用，从而达到放大的目的。

输出不失真发射结加正向电压集电结加反向电压RBVBBC1+Rs+us-RCVCCTC2RL+uo信号源加到b-e间ui

2.3.1共发射极放大电路的组成RBVBBRCC1C2T放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RL+VCC1.确保晶体管工作于放大区

2.确保输入交流信号作用于发射结使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。RB+VCCVBBRCC1C2TRL基极电源与基极电阻uoui集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+VCCVBBRCC1C2TRL作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F~50F

3.确保输出交流信号作用于负载uiuo(a)双电源供电(b)单电源供电

1.静态：

ui=0.

2.动态：

ui0

，若输入为正弦信号IBQuiOtOtOtuoOtOtICQUCEQＵBEQO2.3.2共发射极放大电路的工作原理符号说明IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQUBEQuBEOt2.3.3、直流通路和交流通路共射放大电路

直流通路

交流通路

+--+VTRS+-RBRLRCUi·Us·Uo·RL+VCC+-++-+C2C1VTRS+-RBRCUi·Us·Uo·+VCCVTRBRC非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。直流通路(ui=0)分析静态。交流通路(ui

0)分析动态，只考虑变化的电压和电流。画交流通路原则：1.固定不变的电压源都视为短路；2.固定不变的电流源都视为开路；3.耦合电容对交流信号短路画直流通路的原则：1、将交流电压源短路2、将电容开路电感短路。画出放大电路的直流通路直流通路的画法：开路开路将交流电压源短路将电容开路。对交流信号(输入信号ui)短路短路置零uo将直流电压源短路，将电容短路。交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法：交流通路放大电路没有输入信号ui=0时的工作状态称为静态。

静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静态值（直流值）UBE、IB、IC

和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。2.4.1静态工作情况分析2.4放大电路的图解分析法Rb+VCCRCC1C2TRL为什么要设置静态工作点？

放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真。开路将交流电压源短路将电容开路。直流通路的画法：开路RB+VCCRCC1C2RLUi=0一、静态工作点的估算1.直流通路RB+VCCRC静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）2.估算（1）估算IB（UBE

0.7V)RB+VCCRCIBUBERB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。（2）估算UCE、ICIC=IBICRB+VCCRCUCE+-例：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：请注意电路中IB和IC的数量级UBE

0.7VRb+VCCRCRＢ+VCCRCTICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)IB++--二、用图解法确定静态工作点1.在输入回路中确定(UBEQ,IBQ)根据输入特性曲线及直流负载线方程：ＵBE=VＣＣＩBRB输入回路图解QuBE/ViB/A静态工作点VCCVCC/RBUBEQIBQO可在输入特性曲线找出静态工作点ＱuCE=VCCIC

RC输出回路图解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCOQUCEQICQIBQ根据输出特性曲线及直流负载线方程：2.在输出回路中确定(UCEQ,ICQ)(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。直流负载线2.4.2用图解法确定动态工作情况一.输出空载时的图解法（RL=∞）1.根据ui在输入特性上画出ib和ube0.7VQuiuBE/VOtiB/AOOtiBIBQibuBE/V2.根据ib在输出特性上画出ic和uce说明uce（即uo）和ui反相，同时可以求出电压放大倍数0.7VQuiOtuBE/ViB/AOOtuBE/ViBIBQQQQOtICQUCEQiBuCE/ViC/mAiCOtuCE/VibicUcemuce各点波形uo比ui幅度放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo＋－－＋二.接上负载为RL时的图解法Rb+VCCRCC1C2RL输出端接入负载RL，不影响Q，影响动态！1.交流通路对交流信号(输入信号ui)短路短路置零1/C0

将直流电压源短路，将电容短路。方法和步骤交流通路RBRCRLuiuo－＋－＋2.交流负载线(1)方程RbRCRLuiuoicuce其中：uce=-ic（RC//RL）=-icRL交流量ic和uce有如下关系：这就是说，交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC//RL）=-icRL或ic=（-1/RL）uce(2).交流负载线的作法：①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。

ICUCEVCCIB交流负载线直流负载线①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。

Qi＝u/R’L直流负载线是用来确定工作点的；交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。

（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。2.4.3电路参数对静态工作点的影响1.改变RB，其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQRB

iBQ趋近截止区；RB

iB

Q趋近饱和区。2.改变RC，其他参数不变RC

Q趋近饱和区。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRCQ’Q’’RC

Q远离饱和区。2.4.4非线性失真1.“Q”过低引起截止失真NPN管：顶部失真为截止失真。PNP管：底部失真为截止失真。不发生截止失真的条件：IBQ>Ibm。2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：

底部失真为饱和失真。PNP管：顶部失真为饱和失真。IBS—基极临界饱和电流。不发生饱和失真的条件：IBQ+IbmIBSuCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC当ui较小时，为减少功耗和噪声，“Q”可设得低一些；为获得最大输出，“Q”可设在交流负载线中点。为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；3.选择工作点的原则：2.4.5最大输出电压幅值

放大电路在电路参数确定的条件下，输出端不发生饱和失真和截止失真的最大输出信号电压的幅值称为最大不失真输出电压幅值(Uom)M放大器最大不失真输出电压的峰值(Uom)M为UF、UR所确定的数值中较小的一个，(1)受截止失真限制最大不失真输出电压UF的幅度(2)受饱和失真限制最大不失真输出电压UR的幅度(Uom)M=min{UR,UF}RB+VCCRCC1C2TRLuo+-++Rs+us-例:硅管，us

=10sint(mV)，RB=176k，RC=1k，RL=1k,VCC=VBB=6V，图解分析各电压、电流值和最大输出电压幅度。[解]令us=0，求静态电流IBQuBE/ViB/AO0.7V30QuiOtuBE/VOtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA41O23iB=10A20304050605Q6直流负载线QQ6OtiCICQUCEQOtuCE/VUcemibicuceuCE=VCCIC

RC当ui=0

uBE=UBEQ

iB=IBQ

iC=ICQ

uCE=UCEQ

当ui=Uimsintib=Ibmsintic=Icmsint

uce=–Ucemsint

uo=uceiB=

IBQ

+IbmsintiC=

ICQ

+IcmsintuCE=

UCEQ

–

Ucemsin

t=

UCEQ

+Ucemsin

(180°–

t)优点:可以直观全面地了解放大电路的工作情况，通过选择电路参数在特性曲线上合理地设置静态工作点，分析最大不失真输出电压、失真情况并估算动态工作范围。缺点:在特性曲线上作图比较繁琐，误差大，信号频率较高时，特性曲线不再适用。因此图解法只适合分析输出幅值比较大且工作频率较低的情况。在分析其他动态指标，如输入电阻、输出电阻等时比较困难。下一节将要讨论更为简便有效的分析方法，微变等效电路分析法。图解法的优缺点2.5微变等效电路分析法2.rbe的求取1.低频H参数电路模型2.5.1晶体管的低频小信号微变等效模型1.低频H参数电路模型

晶体管虽然具有非线性的输入、输出特性，但当它工作于小信号时，工作点只在Q点附近一个很小的范围内移动，即各电量的总瞬时值iB、uBE、iC、uCE在直流分量IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ基础上作变化时，其变化量（即交流分量）ib、ic、ube、uce很小。在这一范围内，可近似认为晶体管的输入、输出特性是线性的，因此，就可以用一个线性的二端口网络来等效非线性的晶体管。2.5.1晶体管的低频小信号微变等效模型根据晶体管端口电压、电流关系可导出晶体管的H参数电路模型。在小信号情况下，对上两式取全微分得对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：uBE=f(iB，uCE)iC=g(iB，uCE)一.求变化量之间的关系用小信号交流分量表示ube=h11eib+h12euceic=h21eib+h22euce说明diB与交流信号的关系输出端交流短路时b和e间的输入电阻；二.H参数的含义和求法能构成电路图吗输入端电流恒定（交流开路）的反向电压传输系数输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导。四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。三﹑H参数小信号模型根据可得小信号模型uBEuCEiBcebiCBJT双口网络H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。ube=h11eib+h12euceic=h21eib+h22euceh21eibicuceibubeh12euceh11eh22eBJT的H参数模型1

模型的简化即rbe=h11e

=h21e

ur=h12e

rce=1/h22e一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为

µr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。

βibicuceibubeµTvcerberce

2.rbe的求取(1)

发射结电阻发射结电流

为发射结的电压，IS为发射结的反向饱和电流，>>UT，所以，

求导得,

发射结电阻为PN结伏安特性曲线在静态工作点处切线斜率的倒数，当用Q点的切线的斜率取代Q点附近的曲线时即

根据输入电阻的定义

实验表明：

IEQ有一定的的适用范围，0.1mA<IEQ<5mA，超越此范围将会给rbe带来较大误差。(2)输入电阻rbe

其中对于低频小功率管rbb’≈(100－300）

步骤：①分析直流电路，求出“Q”，计算rbe。②画电路的交流通路,在交流通路上把三极管画成H参数模型。③

分析计算放大电路的动态性能指标。微变等效电路分析法2.5.2共发射极放大电路的分析1.共发射极放大电路的静态分析共射极放大电路2.5.2共发射极放大电路的分析RB+VCCRCIBUBEIC=IB画微变等效电路2.共发射极放大电路的动态分析1.电压放大倍数的计算负载电阻越小，放大倍数越小。电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。

2.输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。所以：用加压求流法求输出电阻：3.输出电阻的计算：根据定义所有独立电源置零，保留RS断开负载RL保留受控源，加压求流法。4.源电压放大倍数由的定义

总是小于，为了提高可以增大输入电阻，Ri越大，越接近于也越接近于。晶体管放大电路动态分析步骤①分析直流电路，求出“Q”，计算rbe。②画电路的交流通路。③在交流通路上把三极管画成H参数模型。

分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。④

分析计算电压放大倍数,输入,输出电阻及各极交流量。求：1.静态工作点。例2.电压增益AU、输入电阻Ri、输出电阻R0。3.若输出电压的波形出现如下失真，是截止还是饱和失真？应调节哪个元件？如何调节？解：1.IcVCE2.思路：微变等效电路AU、Ri

、R0IcVCE判断非线性失真(1)是截止还是饱和失真？(2)应调节哪个元件？如何调节？

饱和失真,

应减小Rc，增大RB。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRCQ’Q’’uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQ例=100，uS

=10sint(mV)，求叠加在

“Q”点上的各交流量。+uo+–

iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–

+–

RS+uCE+uBE–

12V12V510470k2.7k3.6k[解]令ui=0，求静态电流IBQ①求“Q”，计算rbeICQ=IBQ=2.4mAUCEQ=12

2.42.7=5.5(V)+uo+–

iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–

+–

RS+uCE+uBE–

12V12V510470k2.7k3.6kuce②交流通路+uo+–

iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–

+–

RS+uCE+uBE–

ube③小信号等效电路④分析各极交流量⑤

分析各极总电量uBE=(0.7+0.0072sint

)ViB=(24+5.5sint)AiC=(2.4+0.55sint

)

mAuCE=(5.5–

0.85sint

)V图解法、微变等效电路法

比较

(1)图解法，精度低，繁琐，适合大信号的场合。其要点是：首先确定静态工作点Q，然后根据电路的特点，做出直流负载线，进而画出交流负载线，最后，画出各极电流电压的波形。求出最大不失真输出电压。

(2)微变等效电路法。①首先用直流通路分析静态工作点Q。②画出交流通路，用晶体管的微变模型代替交流通路中的晶体管，得到放大电路的微变等效电路。③通过微变等效电路求解动态性能指标：放大倍数、输入电阻和输出电阻。为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。2.6

分压式偏置稳定静态工作点电路

引起Q不稳定的因素很多，电源电压的波动、元件的老化以及温度的变化都会引起晶体管参数变化，其中温度对晶体管参数的影响最为重要。

对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICBO决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBEICBOQ2.6.1温度对静态工作点的影响1温度对晶体管参数的影响2温度对静态工作点的影响3工作点上移时输出波形分析一、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBICT↑→UBE↓,温度每升高1oC,UBE↓2.5mvIBQ=（Vcc-UBE）/RB→T↑→ICQ↑→Q↑→饱和失真RB+VCCRC二、温度对值及ICBO的影响T、ICBOICiCuCEQQ´总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。T↑→ICBO↑,温度每升高10oC,ICBO↑一倍T↑→β↑,温度每升高1oC,Δβ/β↑0.5%-1%ICQ=βIBQ+(1+β)ICBO“Q”过高引起饱和失真NPN管：

底部失真为饱和失真。ICS集电极临界饱和电流uCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC不接负载时，交、直流负载线重合静态是基础，动态是目的工作点上移时输出波形分析小结：TIC固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。

2.6.2分压式射极偏置稳定电路特点：RB1—上偏流电阻、RB2—下偏流电阻、RE—发射极电阻共发射极电路

﹑电路组成+UBEQ

IBQI1IEQ二稳定静态工作点的原理1.直流通路ICQ直流通路的画法T↑→ICQ↑→ICQ×RE↑→UB固定→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓

2.稳定过程（原理）若电路调整适当，可以使ICQ基本不变。2.稳定过程（原理）T↑→ICQ↑→ICQ×RE↑→UB固定→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓

3.稳定的条件UB固定UB=VCC×RB2/(RB1+RB2)（1）I1>>IB

硅管I1=（5--10）IBQ锗管I1=（10--20）IBQ（2）UB>>UBE

硅管UB=（3--5）V锗管UB=（1--3）V

静态分析

求Q点（IBQ、ICQ、UCEQ）求法：画出直流通路求解

方法有二：

1、估算法

2、利用戴维南定理

说明Q是否合适+VCCRCRERB1RB2+UBEQ

IBQI1IEQICQ+UCEQ

UBQ=VCC×RB2/(RB1+RB2)一估算法二利用戴维南定理（同学自己做）

动态分析求AU、Ri、RO画出放大电路的微变等效电路

1.画出交流通路2.画出放大电路的微变等效电路二计算动态性能指标1.计算Au“-”表示Uo和Ui反相。

Au的值比固定偏置放大电路小了。（2）计算输入电阻Ri↑，同时说明公式的记法和折合的概念。

uo在RE两端的电压可以忽略不计，因此Ro≈Rc。（3）计算输出电阻Ro

Ro=uo/io

Us=0

RL=∞

如何提高电压放大倍数Au？

在RE两端并联一个电容，则放大倍数与固定偏置放大电路相同。举例讨论CE的作用：交流通路中，CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。I1I2IBRB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuo

2.6.3带旁路电容的射极偏置稳定电路为了解决分压式射极偏置电路放大倍数减小的问题，通常在RE上并联一个大容量的电容CE，称为射极旁路交流电容。带旁路电容的射极偏置稳定电路

例

=100，RS=1k，RB1=62k，RB2=20k,RC=3k，RE=1.5k，RL=5.6k，VCC=15V。求：“Q”，Au，Ri，Ro。1)求“Q”+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us+uo[解]微变等效电路＋－Ui＋－UsRsRRrbeIbRcbIb－Uo＋RLB2B1+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us+uoRE两端并联一个电容RE两端并联一个电容＋－Ui＋－UsRsRRrbeIbRcbIb－Uo＋RLB2B1Ro=RC=3k2)求Au，Ri，Ro，

Aus小结分析了固定偏置放大电路产生失真的原因。分析了射极偏置放大电路稳定静态工作点的原理。重点分析计算了分压式偏置放大电路的性能指标。深入讨论了射极电阻对静态和动态的影响，为今后学习反馈建立基础概念。2.7共集电极放大电路2.7.1共集电极放大电路

IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+usIBQ=(VCC

–UBEQ)/[RB+(1+)

RE]ICQ=

IBQUCEQ=VCC–

ICQ

RE一.静态分析IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+usIBQIEQRERB+VCC+ICQUCEQ交流通路RsRB++uoRLibiciiRE小信号等效电路usRB+uoRLibiciirbeibRERs+RL=RE//RL二.动态分析IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+us1.电压放大倍数：12.输入电阻：usRB+uoRLibiciirbeibRERs++ui

–usRB+uoRLibiciirbeibRERs+RBibiciirbeibRERsus=0+uiiRERS=Rs

//RBi=iRE

–

ib–ib3.输出电阻：射极输出器特点:Au1

输入输出同相Ri

高Ro

低用途：输入级、输出级、中间隔离级、电压跟随器共集电极放大电路射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。例

=120，RB=300k，rbb=200，UBEQ=0.7V,RE=RL=Rs=1k，VCC=12V。求：“Q”，Au，Ri，Ro。IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+us[解]1)求“Q”IBQ=(VCC–

UBE)/

[RB

+

(1+

)

RE]=(12

–

0.7)/[300+1211]

27(A)IEQ

IBQ

=3.2(mA)UCEQ=VCC–

ICQ

RE

=12–3.21=8.8(V)2)求Au，Ri，Rorbe=200+26/0.027

1.18(k)Ri=300//(1.18+121/2)=51.2(k)RL=

1

//