第5章晶体三极管及其基本放大电路资料课件

2023/7/24电路与模拟电子技术基础1第5章晶体三级管及其放大电路2023/7/24电路与模拟电子技术基础2BJT：BipolarJunctionTransistor——双极型晶体管——（晶体三极管、半导体三极管）﹡双极型器件两种载流子（多子、少子）2023/7/24电路与模拟电子技术基础3几种常见晶体管的外形2023/7/24电路与模拟电子技术基础45.1.1晶体管的结构及其类型ecb发射极基极集电极发射结集电结基区发射区集电区NPNcbeNPN(a)NPN管的原理结构示意图(b)电路符号（base）（collector

）（emitter）符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时电流的流向。2023/7/24电路与模拟电子技术基础5晶体管的结构2023/7/24电路与模拟电子技术基础6PNPcbe(b)电路符号(a)PNP型三极管的原理结构符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时电流的流向。2023/7/24电路与模拟电子技术基础7图2-3平面管结构剖面图＊结构特点1、三区两结2、基区很薄3、e区重掺杂

c区轻掺杂

b区掺杂最轻4、集电区的面积则比发射区做得大，这是三极管实现电流放大的内部条件。2023/7/24电路与模拟电子技术基础85.1.2晶体管的电流分配与放大作用

（以NPN管为例）一、放大状态下晶体管中载流子的运动BJT处于放大状态的条件：内部条件：发射区重掺杂(故管子e、c极不能互换)基区很薄(几个m)集电结面积大外部条件：发射结正偏集电结反偏2023/7/24电路与模拟电子技术基础9NPN型晶体管的电流关系

2023/7/24电路与模拟电子技术基础10外加偏置电压要求

对NPN管UC＞UB＞UEUCUEUB对PNP管要求UC＜UB＜UEUCUEUB2023/7/24电路与模拟电子技术基础11IE的形成∵UBB使发射结正偏∴发射区电子向基区运动，形成电流IEN，方向b→e

基区空穴向发射区运动，形成电流IEP，方向b→e∴IE=IEN+IEP，方向流出e

∵发射区重掺杂电子较多，基区轻掺杂空穴较少，IEN＞＞IEP∴IE≈IENcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN2023/7/24电路与模拟电子技术基础12IB的形成∵发射区运动基区的电子与空穴复合，形成电流IBN，方向b→e∵UCC＞UBB，集电结反偏∴基区与集电区形成反向饱和电流ICBO，方向c→b∴IB=IBN-ICBO≈IBN，方向流出bcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN2023/7/24电路与模拟电子技术基础13IC的形成∵集电结反偏∴发射区运动到基区的电子继续向集电区运动，形成电流ICN，方向c→b；集电区与基区形成反向饱和电流ICBO，方向c→b，很小∴IC=ICN+ICBO≈ICN，方向流进ccICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN2023/7/24电路与模拟电子技术基础141、发射区向基区注入自由电子(扩散运动)为主。2、电子在基区中复合和继续扩散。3、集电区收集非平衡电子（漂移运动）。cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN载流子传输步骤2023/7/24电路与模拟电子技术基础15二、电流分配关系cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN2023/7/24电路与模拟电子技术基础16晶体管是流控元件晶体管的主要功能：电流控制（基极电流控制集电极电流）电流放大（放大的比例关系一定）ceIENPNIBbIBNIENICNICBOIC2023/7/24电路与模拟电子技术基础17共基极直流电流放大系数一般共射极直流电流放大系数一般1、直流电流放大系数2023/7/24电路与模拟电子技术基础18两者关系：2023/7/24电路与模拟电子技术基础19cICEOeNPNIBRCUCCICBO15VbIBNIENICN=02、IC、IB、IE三者关系同理式中：称为穿透电流。2023/7/24电路与模拟电子技术基础20若忽略ICBO，则2023/7/24电路与模拟电子技术基础215.1.3晶体管的共射特性曲线晶体管特性曲线：描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。icebiBC输出回路输入回路ecbiBiEceiEiCb(a)共发射极(b)共集电极(c)共基极

2023/7/24电路与模拟电子技术基础22下面以共射极电路为测试电路μAmAVViBiCUCCUBBRCRB＋－uBE＋－uCE＋－2023/7/24电路与模拟电子技术基础235.1.3.1共射极输入特性曲线共射组态晶体管的输入特性：μAmAVViBiCUCCUBBRCRB＋－uBE＋－uCE＋－

它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。2023/7/24电路与模拟电子技术基础24cICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC12023/7/24电路与模拟电子技术基础255.1.3.2共射极输出特性曲线共射组态晶体管的输出特性：

它是指一定基极电流IB下，三极管的输出回路集电极电流IC与集电结电压UCE之间的关系曲线。2023/7/24电路与模拟电子技术基础26uCE/V5101501234iC/mAIcCeIENPNIBRCUCCUBBRBbIEPIC1IBNIENICN2023/7/24电路与模拟电子技术基础27uCE/V5101501234iC/mA10A饱和区放大区集电结零偏临界饱和点cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO2023/7/24电路与模拟电子技术基础28uCE/V5101501234iC/mAIB＝40A30A20A10A0AcICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO当IB=0时,2023/7/24电路与模拟电子技术基础29uCE/V5101501234饱和区BIi＝－CBO放大区iC/mAuCE＝uBEIB＝40A30A20A10A0AcICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNIC12023/7/24电路与模拟电子技术基础30共射输出特性曲线uCE/V5101501234饱和区截止区放大区iC/mAIB＝40A30A20A10A0AuCE＝uBEcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbICNIEBOBIi＝－CBO2023/7/24电路与模拟电子技术基础31

共射输出特性曲线2023/7/24电路与模拟电子技术基础32一、放大区★发射结正向偏置，集电结反向偏置1、基极电流iB

对集电极电流iC

的控制作用很强uCE/V5101501234饱和区截止区iB＝－ICBO放大区iC/mAuCE＝uBEIB＝40A30A20A10A0A在数值上近似等于β问题：特性图中β=？β=1002023/7/24电路与模拟电子技术基础332、uCE

变化时,iC

影响很小（恒流特性）uCE/V5101501234饱和区截止区iB＝－ICBO放大区iC/mAuCE＝uBEIB＝40A30A20A10A0A即：iC

仅决定于iB

，与输出环路的外电路无关。放大区2023/7/24电路与模拟电子技术基础34二、饱和区★发射结和集电结均正向偏置uCE/V5101501234饱和区截止区iB＝－ICBO放大区iC/mAuCE＝uBEIB＝40A30A20A10A0A临界饱和：uCE=uBE，uCB=0(集电结零偏)2023/7/24电路与模拟电子技术基础35IcCeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC1饱和区（1）iB一定时，iC比放大时要小

三极管的电流放大能力下降，通常有iC<βiB（2）uCE一定时iB增大，iC基本不变图2-6饱和区载流子运动情况2023/7/24电路与模拟电子技术基础36饱和压降UCE(sat)：饱和时，集电极和发射极之间的电压UCE(sat)=0.3V（小功率Si管）；UCE(sat)=0.1V（小功率Ge管）。（3）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关“导通”。饱和区2023/7/24电路与模拟电子技术基础37三、截止区★发射结和集电结均反向偏置iB=-iCBO

（此时iE=0）以下称为截止区。

工程上认为：iB=0以下即为截止区。2023/7/24电路与模拟电子技术基础38ciCeiENPNiBRCUCCUBBRBICBO15VbIEBO图2-7截止区载流子运动情况※若不计穿透电流ICEO，有iB、iC近似为0；♀三个电极的电流都很小，三极管类似于一个开关“断开”。截止区2023/7/24电路与模拟电子技术基础39四、击穿区

当uCE足够大时，晶体管会发生反向击穿，iC迅速增大。iB越小，出现反向击穿的电压越大，当iB=0时，反向击穿电压最大，此时的击穿电压记作U(BR)CEO。2023/7/24电路与模拟电子技术基础405.1.3.2共射极输入特性曲线共射组态晶体管的输入特性：μAmAVViBiCUCCUBBRCRB＋－uBE＋－uCE＋－

它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。2023/7/24电路与模拟电子技术基础41cICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC12023/7/24电路与模拟电子技术基础42（1）uCE=0时，晶体管相当于两个并联二极管，iB

很大，曲线明显左移。（2）0<uCE<1时，随着uCE

增加，曲线右移，特别在0<uCE<UCE(sat),即工作在饱和区时，移动量将更大一些。（3）uCE>1时，曲线近似重合。输入特性2023/7/24电路与模拟电子技术基础435.1.4晶体管的主要参数一、电流放大系数1、共射直流放大倍数2、共射交流放大倍数由于ICBO、ICEO

很小，因此常认为：2023/7/24电路与模拟电子技术基础44二、极间反向电流ICBOcICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO集电极基极间的反向饱和电流2023/7/24电路与模拟电子技术基础45集电极发射极间的穿透电流ICEOcICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO2023/7/24电路与模拟电子技术基础46发射极基极间的反向饱和电流IEBOcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbICNIEBO2023/7/24电路与模拟电子技术基础47三、极限参数

1、反向击穿电压U(BR)CBO：发射极开路时，集电极—基极间的反向击穿电压。U(BR)CEO：基极开路时，集电极—发射极间的反向击穿电压。U(BR)EBO：集电极开路时，发射极—基极间的反向击穿电压U(BR)EBO<U(BR)CEO<U(BR)CBO2023/7/24电路与模拟电子技术基础48例如：3DG6(NPN)，U(BR)CBO=115V，

U(BR)CEO=60V，U(BR)EBO=8V。

2、集电极最大允许电流ICMICM：β下降到正常值的2/3时的iC。当iC>ICM时，虽然管子不致于损坏，但β值已经明显减小。2023/7/24电路与模拟电子技术基础493、集电极最大允许耗散功率PCM

晶体管的安全工作区

功耗线PCM=iC·uCE2023/7/24电路与模拟电子技术基础505.2放大电路的组成和放大原5.2.1放大电路概述2023/7/24电路与模拟电子技术基础515.2.2.基本共射极放大电路给T提供适当的偏置集电极电阻，将集电极电流转换成集电极电压基极电阻，决定基极电流放大电路的核心输入交流电压信号基极电源，提供适当偏置输出电压信号地2023/7/24电路与模拟电子技术基础52

静止状态（静态）：

ui=0时

电路中各处的电压、电流都是不变的直流。

若UBB和UCC能使T的发射结正偏，集电结反偏

→三极管工作在放大状态，则：2023/7/24电路与模拟电子技术基础53当时ib含有交流分量→ic也有交流分量→uce产生变化→uO变化uO与ui相比：①

uO幅度＞ui幅度

②波形形状相同2023/7/24电路与模拟电子技术基础54＊电压、电流等符号的规定①直流量：大写字母+大写下标，如IB②交流量：小写字母+小写下标，如ib③交流量有效值：大写字母+小写下标，如Ib④瞬时值（直流分量和交流分量之和）：小写字母+大写下标，如iB，iB=IB+ib2023/7/24电路与模拟电子技术基础55uBEube叠加量交流分量tUBE直流分量2023/7/24电路与模拟电子技术基础56

重要：静态工作点的作用静态工作点Q（Quiescent）：静态时，晶体管的IB、IC、UBE和UCE

记作：IBQ、ICQ、UBEQ和UCEQ2023/7/24电路与模拟电子技术基础57静态时（ui=0）：UBB=0→UBEQ=0→发射结不能导通；UBB=0→IB=0→IC=βIB=0→UC>UB

→集电结反偏；→三极管T工作在截止区为什么要设计静态工作点？2023/7/24电路与模拟电子技术基础58•

动态时（ui≠0）：︱ui︱

＜UBE（ON）→发射结无法正偏→三极管一直在截止区→uo=UCE=UCC即使

︱ui︱＞

UBE（ON），

输出仍然严重失真。

只有在信号的整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。2023/7/24电路与模拟电子技术基础59静态工作点的作用：

保证放大电路中的三极管正常工作，保证放大电路输出不产生失真。放大电路的基本要求：①输出不失真②输出能够放大

2023/7/24电路与模拟电子技术基础60

晶体管放大电路的放大原理当ui≠0→iB=IBQ+ib→iC=ICQ+ic=ICQ+βib→uCE=UCEQ+uce→uo=uce

∵ic↑→uCE↓

ic↓→uCE↑∴方向和ic相反2023/7/24电路与模拟电子技术基础612023/7/24电路与模拟电子技术基础62结论设置合适的静态工作点，让交流信号承载在直流分量之上，保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。2023/7/24电路与模拟电子技术基础63

基本放大电路的组成原则RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1UCC：直流电源RB：基极偏置电阻RC：集电极偏置电阻RL：负载电阻Ui：正弦信号源电压及内阻C1、C2：耦合电容2023/7/24电路与模拟电子技术基础64组成放大电路必须遵守的原则设置合适的静态工作点，使三极管偏置于放大状态。输入信号能够作用于的输入回路(基极-发射极回路)。必须设置合理的信号通路。2023/7/24电路与模拟电子技术基础65（1）直流偏置使放大器工作在放大区。（2）当静态工作点设置在放大区后，就要叠加需要放大的交流小信号US，为了使电路的静态工作点不至于不发生漂移。必须选择合理的叠加方式。该图采用阻容耦合连接方式。RCVRBUCCUo＋C2RL＋－Us＋－Rs＋－Ui＋C12023/7/24电路与模拟电子技术基础66直接耦合：电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均直接相连。RCVRBUCCuoRL＋－＋－ui

直接耦合共射放大电路

阻容耦合：电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均通过电容相连。RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

2023/7/24电路与模拟电子技术基础67电容C1、C2（一般几微法到几十微法）：隔离直流通过交流RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

作用：静态工作点与信号源内阻和负载电阻无关，且不受输入交流信号的影响。2023/7/24电路与模拟电子技术基础68RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

（3）选择合适的电容C1、C2使其电容阻抗对交流信号近似短路，这样交流信号可以毫无损耗的送入输入端。而电容对直流信号而言，又近似开路，因此交流信号的加入不会影响直流工作点。2023/7/24电路与模拟电子技术基础69补：直流通路和交流通路直流通路：直流电源作用下直流电流流经的道路画直流通路的原则①C开路②L短路③输入信号为0（保留内阻）RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

2023/7/24电路与模拟电子技术基础70RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

RBUCCRC(a)直流通路直流通路2023/7/24电路与模拟电子技术基础71交流通路：只考虑交流信号的分电路画交流通路的原则①C短路②直流电源对地短路（恒压源处理）RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

交流通路2023/7/24电路与模拟电子技术基础72RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

RCuous＋－RsRBRL＋－IiIo(b)交流通路交流通路2023/7/24电路与模拟电子技术基础73练习：请画出下面电路的直流通路的交流通路。(a)(c)2023/7/24电路与模拟电子技术基础74直流通路交流通路2023/7/24电路与模拟电子技术基础75直流通路交流通路2023/7/24电路与模拟电子技术基础76

由于交流信号均叠加在静态工作点上，且交流信号幅度很小，因此对工作在放大模式下的电路进行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。5.3放大电路的分析直流分析法分析指标：IBQ、ICQ、UCEQ分析方法：图解法、估算法

交流分析法分析指标：Au

、Ri、Ro分析方法：图解法、微变等效电路法

2023/7/24电路与模拟电子技术基础775.3.1放大电路的静态分析1晶体管的直流模型及静态工作点的估算(a)输入特性近似

晶体管伏安特性曲线的折线近似uBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB＝0(b)输出特性近似饱和区放大区截止区2023/7/24电路与模拟电子技术基础78(a)ebc(b)ebcβIBQIBQUBE(on)(c)ebcUBE(on)UCE(sat)(a)截止状态模型；(b)放大状态模型；(c)饱和状态模型晶体管三种状态的直流模型CQIuBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB＝02023/7/24电路与模拟电子技术基础79例1：晶体管电路如图(a)所示。若已知晶体管工作在放大状态，试计算晶体管的IBQ，ICQ和UCEQ。(a)电路ICQ＋－UCEQRBUBBIBQUCCRCeRBUBE(on)bIBQβIBQcICQUCCRC＋－UCEQUBB(b)直流等效电路图：晶体管直流电路分析2023/7/24电路与模拟电子技术基础80

解：因为晶体管工作在放大状态。这时用图(b)的模型代替晶体管，便得到图)所示的直流等效电路。由图可知故有2023/7/24电路与模拟电子技术基础812静态工作点的图解分析法图解法：在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它各元件参数的情况下，利用作图的方法对放大电路进行分析。优点：直观、形象2023/7/24电路与模拟电子技术基础82静态工作点：IBQ、UBEQ和ICQ、UCEQ1、IBQ、UBEQ的求解一般不用图解法确定，而用估算法。

UBEQ=0.7V（硅管）或0.3V（锗管）

RBUCCRC

共射放大器的直流通路2023/7/24电路与模拟电子技术基础832、ICQ、UCEQ的求解输出特性曲线与输出回路方程的交点为静态工作点Q。RBUCCRCiB＝IBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC(a)直流负载线与Q点直流负载线2023/7/24电路与模拟电子技术基础84例2：在图2―20(a)电路中，若RB=560kΩ,RC=3kΩ,UCC=12V，晶体管的输出特性曲线如图2―21(b)所示，试用图解法确定直流工作点。RBUCCRCIBQICQ＋－UCEQ(a)直流通路输出回路满足：UCC=UCEQ+ICQ×RC

放大器的直流图解分析2023/7/24电路与模拟电子技术基础85

放大器的直流图解分析(b)Q点与RB、RC的关系uCE/V21012012340μA30μA20μA10μAiC/mA4684MNQ①②RBQ3Q2Q4RCRBQ1RCRB=560kΩ,RC=3kΩ,UCC=12V直流负载线:UCC=UCEQ+ICQ×RC即:12V=UCEQ+ICQ×3KRBUCCRCIBQICQ＋－UCEQ2023/7/24电路与模拟电子技术基础86解:取UBEQ=0.7V，由估算法可得在输出特性上找两个特殊点：当uCE=0时，iC=UCC/RC=12/3=4mA，得M点；当iC=0时，uCE=UCC=12V，得N点。由图中Q点的坐标可得，ICQ=2mA,UCEQ=6V。

2023/7/24电路与模拟电子技术基础87总结——输出特性曲线，由晶体管的特性决定——直流负载线，由外电路特性决定静态工作点为下面两条曲线的交点：2023/7/24电路与模拟电子技术基础88静态工作点的求解方法：①等效模型法（估算）②图解分析法2023/7/24电路与模拟电子技术基础89补充：晶体管工作状态的判断方法例3电路如下图所示。已知β=50，试求ui分别为０Ｖ和３Ｖ时输出电压uo的值。RＣ3kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图2023/7/24电路与模拟电子技术基础90解：①ui=0V第一步：判断晶体管是否截止∵ui=0V∴ui＜UBE(on)∴e结反偏又∵ui

＜UCC∴c结反偏∴晶体管处于截止区RＣ3kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图此时：

IBQ=ICQ=IEQ=０，

UBEQ=0，

UCEQ=UCC。

2023/7/24电路与模拟电子技术基础91解：②ui=３V第一步：判断晶体管是否截止∵ui=３V∴ui＞UBE(on)∴e结正偏∴晶体管不截止∴判断ｃ结是正偏还是反偏RＣ3kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图2023/7/24电路与模拟电子技术基础92第二步：判断晶体管处于放大状态还是饱和状态方法：假设法设：晶体管处于放大状态则RＣ3kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图RBｕｉRＣUCCUBE(on)βIBQ2023/7/24电路与模拟电子技术基础93R33kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图即：UCEQ＜UBE(on)∴ｃ结正偏与放大区的要求不符∴晶体管处于饱和区RBｕｉRＣUCCUBE(on)βIBQ2023/7/24电路与模拟电子技术基础94R33kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图∵临界饱和时，ｃ结零偏∴UBC=UBE(on)－UCE(sat)临界=0，即UCE(sat)临界=UBE(on)饱和时硅管UCEＱ=0.3V

锗管UCEＱ=0.1V2023/7/24电路与模拟电子技术基础95晶体管工作状态的判断步骤UBE≤UBE(on)且UBE＜UCE，则晶体管截止1、首先判断晶体管是否截止；此时：IBQ=ICQ=IEQ=0，UBEQ=UBB，UCEQ=UCC。若UBB>UBE(on),则发射结正偏，下面关键是判断集电结是正偏还是反偏。2023/7/24电路与模拟电子技术基础962、判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：方法：假设法（假设处于放大区，计算Ｑ点参数）。则晶体管处于放大状态；则晶体管处于饱和状态；硅管UCEＱ=0.3V，锗管UCEＱ=0.1V2023/7/24电路与模拟电子技术基础97补充例题1电路补充例题1、晶体管电路如下图所示。已知β=100，试判断晶体管的工作状态。5VRBUBBRERCUCC500KΩ1KΩ2KΩ12V2023/7/24电路与模拟电子技术基础981.先判断晶体管是否处于截止状态：∴晶体管不处于截止状态；2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：∴晶体管处于放大状态；2023/7/24电路与模拟电子技术基础99补充例题2电路补充例题2晶体管电路如下图所示。已知β=100，试判断晶体管的工作状态。5VRBUBBRCUCC500KΩ50KΩ2KΩ12V2023/7/24电路与模拟电子技术基础1001.先判断晶体管是否处于截止状态：∴晶体管不处于截止状态；2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：∵UBB-UBE(on)=IBQRB2023/7/24电路与模拟电子技术基础101∴晶体管不可能处于放大区，而应工作在饱和区；2023/7/24电路与模拟电子技术基础102

5.3.2共射放大电路的动态分析

1微变等效电路法所谓放大电路的微变等效电路，就是把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路，就是把晶体管等效为一个线性元件。2023/7/24电路与模拟电子技术基础103晶体管的微变等效电路模型2023/7/24电路与模拟电子技术基础1042023/7/24电路与模拟电子技术基础105＊

rbb’：基区体电阻，不能忽略。＊

rb’c：很大（几十M），可做开路处理。＊若rce＞＞RL’或︱UA︱=∞，可忽略rce。gmube＋－ucerce＋－uberb’ebceb′rbb’

共射低频混合π型模型2023/7/24电路与模拟电子技术基础106说明①只适用小信号交流分析（不能用来求Q点）②只针对低频③参数与Q有关先求Q点

Q点变化→参数变化2023/7/24电路与模拟电子技术基础107

等效电路法分析共射放大电路根据直流通路估算直流工作点确定放大器交流通路、交流等效电路计算放大器的各项交流指标2023/7/24电路与模拟电子技术基础108＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RECE＋RLUCCRCRB1＋C2

共射极放大器及其交流等效电路(a)电路2023/7/24电路与模拟电子技术基础109解：首先根据直流通路以及直流大信号等效电路求解出放大器的静态工作点。第二步画放大器的交流通路。然后将通路中的晶体管用等效小信号模型代替。分析各性能指标。主要包括以下性能指标：求Q点

画直流通路画交流通路画等效通路计算交流参数2023/7/24电路与模拟电子技术基础110(b)交流等效电路

共射极放大器及其交流等效电路UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us2023/7/24电路与模拟电子技术基础111一、电压放大倍数------无量纲参数UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us2023/7/24电路与模拟电子技术基础112关于电压放大倍数Au的讨论3.输出电压与输入电压反相。当忽略rbb’时，2023/7/24电路与模拟电子技术基础113

二、输入电阻Ri定义：从放大器输入端看进去的电阻，即：＋－UsAuoUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－UoRi表征放大器从信号源获得信号的能力。2023/7/24电路与模拟电子技术基础114UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us2023/7/24电路与模拟电子技术基础115放大器的Ri的测量电路：2023/7/24电路与模拟电子技术基础116＋－UsAuoUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－Uo三、输出电阻Ro定义：从放大器输出端看进去的电阻。根据戴维南定理，可得：Ro是一个表征放大器带负载能力的参数。2023/7/24电路与模拟电子技术基础117UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us2023/7/24电路与模拟电子技术基础118对于电压输出。Ro越小，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电压基本不变。对于电流输出。Ro越大，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电流基本不变。＋－UsAuoUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－Uo2023/7/24电路与模拟电子技术基础119放大器的Ro的测量电路：打开S，测得Uo’；闭合S，测得Uo。开路电压2023/7/24电路与模拟电子技术基础120四、源电压放大倍数Aus若Ri>>Rs,则：UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us2023/7/24电路与模拟电子技术基础121＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RERLUCCRCRB1＋C2

共射极放大器及其交流等效电路(a)电路

五、带有射极电阻RE时的交流指标CE＋2023/7/24电路与模拟电子技术基础122

发射极接电阻时的交流等效电路Ri=RB1‖RB2‖Ri′Ri′2023/7/24电路与模拟电子技术基础123例：下图电路中，若RB1=75kΩ，RB2=25kΩ,RC=RL=2kΩ，RE=1kΩ,UCC=12V，晶体管的β=80，rbb′=100Ω,信号源内阻Rs=0.6kΩ,试求直流工作点ICQ、UCEQ及Au，Ri，Ro和Aus。＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RECE＋RLUCCRCRB1＋C22023/7/24电路与模拟电子技术基础124

解：按估算法计算Q点：RB2REUCCRCRB1直流通路

2023/7/24电路与模拟电子技术基础125UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us2023/7/24电路与模拟电子技术基础126UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us2023/7/24电路与模拟电子技术基础127＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RE1CE＋RLUCCRCRB1＋C2RE2例：在上例中，将RE变为两个电阻RE1和RE2串联，且RE1=100Ω,RE2=900Ω，而旁通电容CE接在RE2两端，其它条件不变，试求此时的交流指标。2023/7/24电路与模拟电子技术基础1281解：由于RE=RE1+RE2=1kΩ，所以Q点不变。对于交流通路，现在射极通过RE1接地。交流等效电路为：2023/7/24电路与模拟电子技术基础12912023/7/24电路与模拟电子技术基础130可见，RE1的接入，使得Au减小了约10倍。但是，由于输入电阻增大，因而Aus与Au的差异明显减小了。2023/7/24电路与模拟电子技术基础1315.3.2共射放大电路的动态分析2交流图解分析法RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

RCuous＋－RsRBRL＋－IiIo交流通路

RBUCCRC直流通路

2023/7/24电路与模拟电子技术基础132iBIBQtiBIBQuBEuBEtiBmaxiBminQUBEQ(a)输入回路的工作波形uCEiCiB2023/7/24电路与模拟电子技术基础133iB＝IBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRCiB变化时，在输出特性曲线上瞬时工作点（uCE和iC）移动的轨迹称为交流负载线。uCEiCiB2023/7/24电路与模拟电子技术基础134，其中RL’=RC//RL

RCUoUi＋－RBRL＋－ibic＋－uceRL’因此：----交流负载方程交流量瞬时值直流量2023/7/24电路与模拟电子技术基础135uCE-UCEQ=-(iC-ICQ)RL’

特点:RCUoUi＋－RBRL＋－ibic＋－uceRL’2023/7/24电路与模拟电子技术基础136

放大器的交流图解分析(b)输出回路的工作波形QiCiBmaxiBminiCICQtuCEtuCEUCCUCEQICQUCCRCQ1Q2IBQICQRL′A交流负载线k＝－RL′1交流负载线：uCE=UCEQ-(iC-ICQ)RL’2023/7/24电路与模拟电子技术基础137tuBE0QuBEiB0iCuCE0QtiBIBQiCtICQtuCE0-1/RLVCEQibuCEiCiB2023/7/24电路与模拟电子技术基础138uCEiCiBtuBE0QuBEiB0iCuCE0QtiBIBQiCtICQtuCE0-1/RLVCEQib2023/7/24电路与模拟电子技术基础139

共射极放大器的电压、电流波形①叠加交流信号后，晶体管各极电流方向、极间电压极性与静态时相同。②放大器的输出与输入信号是反相（或称倒相）的。结论：2023/7/24电路与模拟电子技术基础140③直流量保证了交流量的不失真。

共射极放大器的电压、电流波形uCEiCiB2023/7/24电路与模拟电子技术基础141两种分析方法特点比较放大电路的图解分析法：其优点是形象直观，适用于Q点分析、非线性失真分析、最大不失真输出幅度的分析，能够用于大、小信号；其缺点是作图麻烦，只能分析简单电路，求解误差大，不易求解输入电阻、输出电阻等动态参数。2023/7/24电路与模拟电子技术基础142

微变等效电路分析法：其优点是适用于任何复杂的电路，可方便求解动态参数如放大倍数、输入电阻、输出电阻等；其缺点是只能用于分析小信号，不能用来求解静态工作点Q。实际应用中，常把两种分析方法结合起来使用。2023/7/24电路与模拟电子技术基础1435.3.3放大电路的动态范围和非线性失真

非线性失真:当输入某一频率的正弦信号时，其输出波形中除基波I1m成分之外，还包含有一定数量的谐波In,n=2,3,…，该失真为非线性失真。它是由于方法电路中的非线性器件引起。非线性失真系数THD2023/7/24电路与模拟电子技术基础144Q交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真Q点过低→动态工作点进入截止区，出现截止失真。对NPN管的共射极放大器，发生截止失真时，其输出电压出现“胖顶”的现象（顶部限幅），ICQRL′UCEQ2023/7/24电路与模拟电子技术基础145Q点不合适产生的非线性失真(b)饱和失真Q交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0Q点过高→动态工作点进入饱和区，出现饱和失真。对NPN管的共射极放大器，发生饱和失真时，其输出电压出现“削底”现象（底部限幅）UCEQUCES2023/7/24电路与模拟电子技术基础146Q交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为ICQRL′UCEQ2023/7/24电路与模拟电子技术基础147Q点不合适产生的非线性失真(b)饱和失真Q交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为UCEQUCES2023/7/24电路与模拟电子技术基础148

Uopp=2Uom放大器输出动态范围：受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为其中较小的即为放大器最大不失真输出电压的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍，即2023/7/24电路与模拟电子技术基础149Q点位置与波形失真：Q点过低，uO负半周易截止失真。PNP管Q点过高，uO正半周易饱和失真。Q点过低，uO正半周易截止失真。NPN管Q点过高，uO负半周易饱和失真。由于PNP管电压极性与NPN管相反，故横轴uCE可改为-uCE。消除饱和失真降低Q点:增大RB，减小IBQ减小RC:负载线变徒。消除截止失真升高Q点:减小RB，增大IBQ2023/7/24电路与模拟电子技术基础150

例：UCC=12V，RC=2kΩ，RL=∞，RB=280kΩ，β=100求：①UOPP=？②调节RB，使ICQ=2mA，UOPP=？③调节RB，使ICQ=3mA，UOPP=？RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

解题思路：第一步：求出ICQ

比较Uom1=ICQRL′和Uom2=UCEQ-UCES临界大小

∵忽略晶体管的饱和压降∴UCES临界=0

2023/7/24电路与模拟电子技术基础151

∴UCEQ-UCES临界=UCEQ

∴比较Uom1和Uom2大小第二步：若Uom1

＜

Uom2，Uopp=2Uom1

若Uom2

＜

Uom1，Uopp=2Uom2

结论：动态范围决定于Uom1、

Uom2

中的小者。当Uom1=Uom2时，动态范围最大。（Q点在有效交流负载线中央）2023/7/24电路与模拟电子技术基础152练习：教材P140例5.3.32023/7/24电路与模拟电子技术基础1535.4晶体管放大电路的三种接法5.4.1静态工作点稳定的共射级放大电路偏流：当电源电压和集电极电阻确定后，放大电路的Q点由基极电流IB来确定，这个电流叫偏流。偏置电路：获得偏流的电路特点：电路结构简单，调试方便偏置下的工作点在环境温度变化或更换管子时，应力求保持稳定，应始终保持在放大区。对信号的传输损耗应尽可能小。2023/7/24电路与模拟电子技术基础154一、固定偏流电路单电源供电。UEE=0，UBB由UCC提供只要合理选择RB，RC的阻值，晶体管将处于放大状态。

固定偏流电路2023/7/24电路与模拟电子技术基础155

固定偏流电路缺点：工作点稳定性差。（∵IBQ固定，当β、ICBO等变化→ICQ、UCEQ的变化→工作点产生较大的漂移→使管子进入饱和或截止区）优点：电路结构简单。2023/7/24电路与模拟电子技术基础1561、分压式电流负反馈偏置电路的分析二、分压式直流电流负反馈偏置电路（a）固定偏流电路（b）直流负反馈偏置电路（c）分压式直流电流负反馈偏置电路

分压式直流电流负反馈偏置电路2023/7/24电路与模拟电子技术基础157（a）固定偏流电路（b）直流负反馈偏置电路负反馈机制的作用：克服Q点的漂移现象，保证Q点的稳定。T↑→β↑→IC↑→UBE↓→UE↑（∵UE=

UBQ﹣UBE，且UBQ基本不变）→IB↓（扩散运动↓）→IC↓(∵IC=βIB)2023/7/24电路与模拟电子技术基础158（b）直流负反馈偏置电路（c）分压式直流电流负反馈偏置电路RB1：上偏置电阻RB2：下偏置电阻为了保证ｂ极电压的稳定若IBQ<<I1、I2，

I1≈I22023/7/24电路与模拟电子技术基础159计算静态工作点Q：前提IBQ<<I1、I2

（c）分压式直流电流负反馈偏置电路2023/7/24电路与模拟电子技术基础160例4：电路如右图所示

已知：

UCC=28V，RC=6.8kΩ,Re=1.2kΩ,

RB1=90kΩ,RB2=10kΩ

求：①β=60的Q点

②β=150的Q点例4电路图结论：β从60变化到150，各个Q点参数值基本没有变化，说明电路的静态工作点Q的稳定性。2023/7/24电路与模拟电子技术基础1612、分压式电流负反馈偏置电路的设计设计注意点：①RB1、RB2选取适当小的数值②RＥ选取足够大的数值（c）分压式直流电流负反馈偏置电路2023/7/24电路与模拟电子技术基础162

为确保UB固定，要求RB1、RB2的取值愈小愈好。但是RB1、RB2过小，将增大电源UCC的无谓损耗，因此要二者兼顾。通常选取并兼顾UCEQ而取（c）分压式直流电流负反馈偏置电路2023/7/24电路与模拟电子技术基础163例5：UCC=12V，β=200要求：ICQ=1mA设计：RB1、RB2

、RE解：取UEQ=2VIEQ=ICQ=1mARE=2kΩ

UBEQ=0.7VUBQ=UEQ+UBEQ=2+0.7=2.7VIBQ=IEQ/β=1m/200=0.005mAI1=I2=10×IBQ=0.05mARB2=

UBQ/I2=54ΩRB1=(UCC－UBQ)/I1=246Ω（c）分压式直流电流负反馈偏置电路2023/7/24电路与模拟电子技术基础164练习：教材P144例5.4.1和P145例5.4.22023/7/24电路与模拟电子技术基础1655.4.2共集放大电路（射极输出器）＋－－＋UoUiUsRsRB2C1RERLUCCRB1＋C2(a)电路2023/7/24电路与模拟电子技术基础166

共集电极放大器及交流等效电路(b)交流等效电路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′IieRL’2023/7/24电路与模拟电子技术基础167一、电压放大倍数Au因而式中：

Au≤1，而且Uo与Ui同相。射极跟随器2023/7/24电路与模拟电子技术基础168

共集电极放大器及交流等效电路(b)交流等效电路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′Iie二、输入电阻RiRL’2023/7/24电路与模拟电子技术基础169Ri显著增大，所以共集电极电路的具有高输入电阻的特性UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′IieRi与RL’有关2023/7/24电路与模拟电子技术基础170

共集电极放大器及交流等效电路(b)交流等效电路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′Iie三、输出电阻Ro2023/7/24电路与模拟电子技术基础171

求共集放大器Ro的等效电路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′Iie2023/7/24电路与模拟电子技术基础172式中：Ro与Rs有关2023/7/24电路与模拟电子技术基础173是基极支路的电阻折合到射极的等效电阻输出电阻小。2023/7/24电路与模拟电子技术基础174共集电路的特点：①电压放大倍数小于1而近于1；②输出电压与输入电压同相；③输入电阻高；④输出电阻低。2023/7/24电路与模拟电子技术基础1755.4.3共基放大电路C1－＋Ui＋RE＋C2RCRB1RB2＋CB－＋UoRLUCC(a)共基极放大电路2023/7/24电路与模拟电子技术基础176

共基极放大器及其交流等效电路(b)交流等效电路Ii－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb2023/7/24电路与模拟电子技术基础177Ii－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb一、1.电压放大倍数Au式中：

Au与共射电路大小相等，但同相。2023/7/24电路与模拟电子技术基础178二、输入电阻Ri三、输出电阻RoIi－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb2023/7/24电路与模拟电子技术基础179

三种基本放大器性能比较2023/7/24电路与模拟电子技术基础1805.5放大电路的频率响应2023/7/24电路与模拟电子技术基础1815.5.1频率响应概述频率响应：放大倍数随信号频率变化的关系称为放大电路的频率特性，也叫频率响应。（1）待放大的信号不一定是单一频率的，而是有一定的频率范围。（2）实际的放大器中存在电抗元件（管子的极间电容：Cb’e，Cb’c，以及电路的耦合电容，分布电容引线电感等）使得放大器对不同频率的信号放大倍数和延迟时间不同。2023/7/24电路与模拟电子技术基础182频率失真：在输入信号的幅度不变而改变其频率时，输出信号的幅度和相位都会随着频率改变，由此产生的失真。属于线性失真。（1）幅频失真：对各频率分量放大倍数不同，使输出信号各频率分量幅度比例与输入信号不同所引起的失真。（2）相频失真：对不同频率分量到达输出端延时不同所引起的失真。2023/7/24电路与模拟电子技术基础183

频率失真现象2023/7/24电路与模拟电子技术基础184原因：电抗元件的阻抗值与f

有关。特点：不产生新的频率分量。非线性失真和线性失真的比较（1）非线性失真原因：伏安特性的非线性如：三极管特点：产生新的频率分量输入正弦输出非正弦（2）线性失真如：L、C饱和失真和截止失真属于那种失真？非线性失真2023/7/24电路与模拟电子技术基础185失真的种类、原因和特征2023/7/24电路与模拟电子技术基础186幅频特性：放大电路放大倍数的幅度与频率的关系。相频特性：放大电路放大倍数的相位与频率的关系。频率响应（频响）幅频特性相频特性2023/7/24电路与模拟电子技术基础187放大电路的幅频响应和幅频失真AuIfAuIfAuI(a)理想幅频特性(b)直接耦合放大电路的幅频特性fH

幅频特性2023/7/24电路与模拟电子技术基础188AuI(c)阻容耦合放大电路的幅频特性中频放大倍数上限频率fH：为高频区放大倍数下降为中频区的1/时所对应的频率。2023/7/24电路与模拟电子技术基础189下限频率fL：为低频区放大倍数下降为中频区的1/时所对应的频率。AuI(c)阻容耦合放大电路的幅频特性2023/7/24电路与模拟电子技术基础190AuI(c)阻容耦合放大电路的幅频特性通频带BW(BandWidth)：fH和fL之间形成的频带为中频区，中频区的频带宽度。BW=fH-fL描述电路对不同频率信号适应能力的动态参数2023/7/24电路与模拟电子技术基础191AuI增益频带积中频区增益AuI与通频带BW是放大器的两个重要指标，希望两者越大越好，但两者往往又是一对矛盾的指标，所以又引进增益频带积来表征放大器的性能。2023/7/24电路与模拟电子技术基础192

放大电路的相频响应和相频失真fH(a)理想相频特性(b)直接耦合电路的相频特性

相频特性2023/7/24电路与模拟电子技术基础193fHfL(c)阻容耦合电路的相频特性延迟时间初始相移理想情况下：2023/7/24电路与模拟电子技术基础194

波特图波特图：采用对数坐标且进行折线化近似的频率特性曲线。波特图对数幅频特性对数相频特性2023/7/24电路与模拟电子技术基础1955.5.2简单RC电路的频率特性（a）高通电路令（以高通电路为例）

高通电路的频响及其波特图2023/7/24电路与模拟电子技术基础196（a）高通电路（b）频率响应

高通电路的频响及其波特图2023/7/24电路与模拟电子技术基础197f0.01fL00.1fLfL10fL-20-40最大误差-3dB斜率为-20dB/十倍频程的直线幅频响应：20dB/十倍频（c）波特图2023/7/24电路与模拟电子技术基础198f0.01fL00.1fLfL10fL-20-4020dB/