电子技术 雷勇 第3章

电子技术基础

四川大学

电气信息学院

电工电子基础教学实验中心第3章双极性晶体管及其应用3.1双极性晶体管的放大和开关作用3.2基本共射极放大电路的组成及各元件的作用3.3放大电路的分析方法3.4放大电路静态工作点的稳定问题3.5放大电路的频率响应3.6射极输出器3.7多级放大电路3.8差分放大电路3.9功率放大电路3.9功率放大电路3.9功率放大电路本章要求：1.理解三极管的电流分配和电流放大作用；了解晶体管的基本结构、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；2.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点。3.掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法。4.理解放大电路输入、输出电阻的概念。5.了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的工作原理，了解差动放大电路的工作原理和性能特点。LED电池R3u2TrD~220VR2S50mA100mADZ6V6V+R5R4R1C+–T镍镉电池恒流充电电路3.1双极性晶体管的放大和开关作用双极型半导体三极管theBipolarJunctionTransistor(BJT)是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个PN结组合而成，是一种CCCS(电流控制电流源)器件。晶体管图片小功率管中功率管大功率管为什么有孔？晶体管的结构示意图和表示符号(a)NPN型晶体管；(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEIC(b)PNP型晶体管CE发射区集电区基区集电结发射结NNP基极发射极集电极BCE发射区集电区基区P发射结P集电结N集电极发射极基极B（Emitter）（Collector）（Base）3.1.1晶体管的基本结构基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点(NPN)：集电区：面积最大方向B→EB→C3.1.2晶体管的电流放大作用1.晶体管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VB<VE集电结反偏VC<VB从电位的角度看：

NPN

发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VB

+

IE=IEN+IEP

且有IEN>>IEP

IEN=ICN+IBN

且有IEN>>IBN

，ICN>>IBN

IC=ICN+ICBO

IB=IEP+IBN－ICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN

=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)

IE=IC+IBICmA

AVVUCEUBERBIBECEB

CBERC2.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.052.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）

IC

IB

把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。

实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。3.晶体管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基区空穴向发射区的扩散可忽略。

发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。

进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。从基区扩散来并到达集电结的电子在集电结反偏电压的作用下，进入集电结而被收集，形成ICE。

集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。3.晶体管内部载流子的运动规律IC=ICE+ICBO

ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBO

IBEICE与IBE之比称为

共发射极电流放大倍数集－射极穿透电流,温度

ICEO

(常用公式)若IB=0,则

IC

ICE0动画由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证晶体管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为晶体管，这是量变引起质变的又一个实例。图电流方向和发射结与集电结的极性（a)NPN型晶体管（b)PNP型晶体管晶体管实现电流放大的条件：内部条件：发射区掺杂浓度高，基区很薄外部条件：发射结正偏，集电结反偏晶体管的三种组态

晶体管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态。

共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;

共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；晶体管的三种组态3.1.3

晶体管的共射特性曲线

即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：

1）直观地分析管子的工作状态

2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路

重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极电路输入回路输出回路

测量晶体管特性的实验线路ICEBmA

AVUCEUBERBIBECV++––––++1.

输入特性特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型锗管

UBE0.2~0.3VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO2.输出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区

在放大区有IC=

IB

，也称为线性区，具有恒流特性。

在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。动画IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止区IB<0以下区域为截止区，有IC0

。

在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区

当UCE

UBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，

IB

IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。

深度饱和时，硅管UCES0.3V，

锗管UCES0.1V。

输出特性曲线的三个区域:饱和区——发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小截止区——发射结反偏，集电结反偏。放大区——发射结正偏，集电结反偏例3.1：测量晶体管三个电极对地电位如图

16.04所示，试判断晶体管的工作状态。

图16.04晶体管工作状态判断

放大截止饱和例：

=50，EC=12V，RB=70k，RC=6k。当EB=-2V，2V，5V时，晶体管的工作状态在哪个区域？EB=-2V，IB=0，IC=0时，工作于截止区

EB=2V，IB=(EB-UBE)/RB=(2-0.7)/70=0.019mAIC最大饱和电流ICS=(EC-UCE)/RC=(12-0)/6=2mA

IC=IB=500.019=0.95mA<

ICS=2mA

，工作于放大区ICUCEIBECRBEBCBERCUBEICUCEIBECRBEBCBERC例：

=50，USC=12V，

RB=70k，RC=6k

当EB=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？EB=5V，IB=(EB-UBE)/RB=(5-0.7)/70=0.061mAIC=IB=500.061=3.05mA>

ICS=2mA

，工作于饱和区(实际上，此时IC和IB已不是的关系）3.1.4

晶体管的主要参数1.电流放大系数，

直流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成共发射极电路时，

表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：

和

的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的

值在20~200之间。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：

=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得2.集-基极反向截止电流ICBO

ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度

ICBO

ICBO

A+–EC3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO

AICEOIB=0+–

ICEO受温度的影响大。温度

ICEO

，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。4.

集电极最大允许电流ICM

集电极电流IC超过一定值时，会导致三极管的

值的下降，当

值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。5.

集-射极反向击穿电压U(BR)CEO

当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，晶体管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)

CEO。6.

集电极最大允许耗散功耗PCMPCM取决于晶体管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏晶体管。

PC

PCM=ICUCE

硅管允许结温约为150C，锗管约为70

90C。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出晶体管的安全工作区ICUCEO集电极最大允许电流集-射极反向击穿电压集电极最大允许耗散功耗晶体管参数与温度的关系1、温度每增加10

C，ICBO增大一倍，ICBO越小越好。硅管在温度稳定性方面优于锗管。2、温度每升高1

C，UBE将减小–(2~2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。3、温度每升高1

C，

增加0.5%~1.0%。3.1.5光电晶体管用入射光强度E的强度来控制集电极电流uCEOicICEOPCME=0E1E2E3E4E51．符号和特性CECEIB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区应用：与发光二极管组成光电耦合放大电路，作光电开关用：R1+ECR3T1R2LEDT光电耦合其中发光二极管是起着把输入电流变换成光信号的作用；而光电晶体管则起着把光信号变换成电(流)信号的作用。

单片机系统的、前向通道和后向通道有时干扰较严重．同时前向通道的模数转换、后向通道有数模转换必须进行电气隔离使模拟地和数字地不共地,将强电和弱电隔离,故采用光电耦合器达到这些要求。3.2基本共射极放大电路的组成及各元件的作用3.2.1放大的概念:

放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。

基本放大电路一般是指由一个晶体管组成的放大电路。放大的实质:

用小能量的信号通过晶体管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。

对放大电路的基本要求：

1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。

2.尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。3.2.2放大电路的性能指标+_放大电路+_+_+_1.放大倍数电压放大倍数源电压放大倍数+_放大电路+_+_+_2.输入电阻源电压放大倍数放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。3输出电阻放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。+_RLro+_定义：

输出电阻是动态电阻，与负载无关。+_放大电路+_+_+_

输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。+_放大电路+_+_+_3.2.3基本共射极放大电路的组成及各元件的作用共发射极基本电路UCCRSesRBUBBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERB+UCCUBBRCC1C2T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+_+_使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。RB+UCCUBBRCC1C2TRL基极电源与基极电阻集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+UCCUBBRCC1C2TRL集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+UCCUBBRCC1C2TRL共射放大电路组成耦合电容：电解电容，有极性，大小为10

F~50

F作用：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。RB+UCCUBBRCC1C2TRL++uiuo+_+_单电源供电可以省去RB+UCCUBBRCC1C2TRL单电源供电RB+UCCRCC1C2TRL单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEUCCRSesRBUBBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE3.3.1共射放大电路的电压放大作用UBEIBICUCE无输入信号(ui

=0)时:

uo

=0uBE

=UBEuCE

=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO3.3放大电路的分析方法ICUCEOIBUBEO结论：无输入信号电压时，晶体管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和

IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)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。QIBUBEQUCEICUBEIB无输入信号(ui

=0)时:

uo

=0uBE

=UBEuCE

=UCE？有输入信号(ui

≠0)时

uCE

=UCC－iC

RC

uo

0uBE

=UBE+uiuCE

=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO有输入信号:结论：(2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析符号规定IB大写字母、大写下标，表示直流量。iB小写字母、大写下标，表示全量。ib小写字母、小写下标，表示交流分量。结论：(3)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。(4)输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO1.实现放大的条件(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结反偏。(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。3.3.2.直、流通路和交流通路

因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB

、IC

、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERBRCuiuORLRSes++–+––对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路

用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE3.3.3

放大电路的静态分析静态：放大电路无信号输入（ui

=0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。设置Q点的目的：

(1)

使放大电路的放大信号不失真；

(2)

使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。——静态工作点Q：IB、IC、UCE

。静态分析：确定放大电路的静态值。1

用放大电路的直流通路确定静态值1.

直流通路估算IB根据电流放大作用2.由直流通路估算UCE、IC当UBE<<UCC时，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以UCE=UCC–

ICRC例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k

，RB=300k，

=37.5。解：注意：电路中IB

和IC

的数量级不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。

由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB2

用图解法确定静态值用作图的方法确定静态值优点：

能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB

直流负载线斜率ICQUCEQUCCUCE/VIC/mA直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点O由直流负载列出方程UCE=UCC－ICRcUCC、UCC/Rc3.在输入回路列方程式UBE=UCC－IBRb,4.5.得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。2.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线步骤：3.3.4

放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入（ui

0）时的工作状态。分析方法：微变等效电路法，图解法。所用电路：放大电路的交流通路。

动态分析:

计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象：各极电压和电流的交流分量。目的：找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。1微变等效电路法

微变等效电路：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。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。

晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。

当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。(1).晶体管的微变等效电路

UBE

IB对于小功率三极管：rbe一般为几百欧到几千欧。输入回路Q输入特性晶体管的输入电阻

晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。IBUBEO输出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性

输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。晶体管的电流放大系数

晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=

ib等效代替，即由

来确定ic和ib之间的关系。

一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。OIB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912OibicicBCEib

ib晶体管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-晶体管的微变等效电路rbeBEC

晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。

晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=

ib等效代替。(2).

放大电路的微变等效电路

将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbe

ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii

分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路

将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbe

ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS（动画）(3)电压放大倍数的计算当放大电路输出端开路(未接RL)时，因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。

式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSrbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：

由例1、例2可知，当电路不同时，计算电压放大倍数Au

的公式也不同。要根据微变等效电路找出ui与ib的关系、uo与ic

的关系。4.放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。定义：输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。+-信号源Au放大电路+-放大电路信号源+-+-1、输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈小，从信号源取得的电流愈大，增加信号源负担；放大电路信号源+-+-2、经Rs、ri分压，ri越小，Ui下降，Uo下降；3、后级放大电路的ri，前级的ro，将使前级Av下降。因此一般总是希望得到较大的输入电阻。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：riri5.输出电阻的计算+_RLro+_+_放大电路+_+_+_?如何确定电路的输出电阻？在电路的计算中求ro有两个方法：（1）、所有的独立电源（包括信号源）置零，保留受控源。然后采用加压求流法。ui~rousoro=u/iuo测量开路电压uo

=uso（2）、开路电压除以短路电流法。~rouso~rousoio测量短路电流io

=uso

/ro输出电阻：uo

/io

=uso

/（uso

/ro

）=ro

rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：

1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.例3：求ro的步骤：1)

断开负载RL3)外加电压4)求外加2)令或rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例4：求ro的步骤：1)

断开负载RL3)外加电压4)求2)令或rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2

图解法

（1）交流负载线（2）图解分析

（3）非线性失真

对放大电路的动态分析也可以应用图解法，就是利用晶体管的特性曲线在静态分析的基础上，用作图的方法来分析各个电压和交流交流分量之间的传输情况和相互关系。

（1）交流负载线1.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为-1/R'L

2.R'L=

RL∥Rc交流负载电阻3.交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。

4.交流负载线与直流负载线相交Q点。放大电路的动态工作状态的图解分析交流负载线确定方法：rbeRBRCRL+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE

交流负载线

0UCEQU'CCUCC

Q直流负载线iCuCEICQ动态分析图解法QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=

由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。RB+ECRCC1C2uiiBiCuCEuo各点波形uo比ui幅度放大且相位相反假设uBE静态工作点的基础上有一微小的变化ui实现放大的条件1、晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4、输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。

注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。

放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，不能产生失真。由于晶体管存在非线性，可能使输出信号产生非线性失真。

(3)非线性失真如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。动画若Q设置过高，由于放大电路的工作点达到了晶体管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。Q2uo

适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE若Q设置过低，动画由于放大电路的工作点达到了晶体管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。

适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE

如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。（动画）通过图解分析，可得如下结论：

1.vi

vBE

iB

iC

vCE

|-vo|

2.vo与vi相位相反；

3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；

4.可以确定最大不失真输出幅度。放大器截止失真和饱和失真(a)截止失真(b)饱和失真（动画）（动画）放大电路的最大不失真输出幅度

放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。

图放大器的最大不失真输出幅度（动画）3.4放大电路静态工作点的稳定问题偏置电流为IB=(UCC

–

UBE)/RB

≈UCC/RB

当RB一经选定，IB也就固定不变，故其电路称为固定偏置电路。

RB+UCCRCC1C2TRLuiuo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。3.4.1静态工作点稳定的必要性

前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、晶体管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC温度变化对静态工作点的影响当温度升高时，UBE

、

、ICBO

。

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温度对值及集-射极反相截止电流ICEO的影响T

、ICEOIC

上式表明，当UCC和

RB一定时，IC与UBE、

以及ICEO有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移。iCuCEQQ´OiCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移Q´

固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使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。结论：

当温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏晶体管。O常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。3.4.2静态工作点稳定电路1.稳定Q点的原理

基极电位基本恒定，不随温度变化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–1.稳定Q点的原理VB

集电极电流基本恒定，不随温度变化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但I2越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。在估算时一般选取：I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE， RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。参数的选择VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–QuCE/VtUCEiC/mAuCE/VOOOQ1Q2uoUOMVCCQ点稳定的过程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定

RE：温度补偿电阻

对直流：RE越大,稳定Q点效果越好；

对交流：RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程VBRB1RCRB2REI1I2IB+UCCIC静态工作点的计算估算法:RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–动态分析对交流：旁路电容CE

将RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同。如果去掉CE，Au，ri，ro

？旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–

去掉CE后的微变等效电路短路对地短路如果去掉CE，Au，ri，ro

?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRCRLEBC+-+-+-RSREri无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小分压式偏置电路ri

提高ro不变rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRCRLEBC+-+-+-RS对信号源电压的放大倍数？信号源考虑信号源内阻RS时RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–放大电路信号源+-+-例1：静态工作点稳定放大器的参数如下：RB1=100k

，RB2=33k

，RE=2.5k

，RC=5k

，RL=5k

，

=60。求：（1）估算静态工作点；（2）空载电压放大倍数、带载电压放大倍数、输入电阻、输出电阻;（3）若信号源有RS=1k

的内阻，带载电压放大倍数将变为多少？RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IBICIEECBRB1=100k

RB2=33k

RE=2.5k

RC=5k

RL=5k

=60EC=15V解：(1)估算静态工作点UB=（3315）/（100+33）=3.7VIC

IE=UE/RE

=(UB-UBE)/RE

=(3.7-0.7)/2.5=1.2mAIB=IC/=1.2/60=0.02mA=20AUCE=EC-ICRC-IERE=12-1.2(5+2.5)=6V+ECRB1RCRB2REICIEIBUCERB1=100k

RB2=33k

RE=2.5k

RC=5k

RL=5k

=60EC=15V解：(2)空载电压放大倍数、带载电压放大倍数、输入电阻、输出电阻=200+61

(26/1.2)=1622=1.62k

rbeRCRLRB1RB2BECI1I2ri=

RB1//RB2//rbe

=100//33//1.62=1.52k

ro=

RC=5k

Au空=-

RC/rbe=-605/1.62=-186

Au载=-

RL/rbe=-60(5//5)/1.62=-93rbeRCRLRB1RB2BECI1I2RL=RC//RLRB1=100k

RB2=33k

RE=2.5k

RC=5k

RL=5k

=60EC=15V解：(3)信号源有RS=1k

的内阻时，带载电压放大倍数为Aus载rbeRCRLRB1RB2BECI1I2RSUSRSUSriBECRLri=RB1//RB2//rbeRL=RC//RLRSUSri=RB1//RB2//rbeBECRLriUi=Usriri

+RS信号源内阻为0时的电压放大倍数：Au载=UoUi信号源内阻为RS时的电压放大倍数：Aus载=UoUsUs=

Uiri

+RSriRL=RC//RLri

+RSriAus载=UoUs=Uo=Au载riri

+RSUiRSUSri=RB1//RB2//rbeBECRLriAus载=Au载riri

+RS=-931.52/(1.52+1)=-56ri=

RB1//RB2//rbe

=1.52k

RS=1k

信号源有内阻时，电压放大倍数Aus减小。输入电阻越大，若ri

RS，则Aus

AuAu载=-

RL/rbe=-93RL=RC//RLRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoBEC例2、静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻RF的放大器RB1=100k

RB2=33k

RE=2.5k

RC=5k

RL=5k

=60EC=15VRFRECERE=2.4k

RF=100

静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器直流通道及静态工作点+ECRB1RCRB2REICIEIBUCERFRE和RF共同起直流负反馈的作用，稳定静态工作点RE+RF=2.5k

静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器微变等效电路及电压放大倍数rbeRCRLRB1RB2BECI1I2IeRFRB1=100k

RB2=33k

RE=2.4k

RF=100

RC=5k

RL=5k

=60EC=15VUi=Ibrbe+IeRF=Ibrbe

+（1+

）IbRF=Ib[rbe

+（1+

）RF]Uo=-Ic（RC//RL）=-

Ib

RL

Au=UoUi=-

Ib

RLIb[rbe

+（1+

）RF]=-

RLrbe

+（1+

）RF=-60

（5//5）/[1.62+(1+60)0.1]=-19rbeRCRLRB1RB2BECI1I2IeRFrbeRCRLRB1RB2BECI1I2Ie=-93静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器微变等效电路及输入电阻输出电阻rbeRCRLRB1RB2BECI1I2IeRFUi=Ib[rbe

+（1+

）RF]Ib=Ui/[rbe

+（1+

）RF]Ii=I1+I2+Ib=Ui

/RB1+Ui

/RB2+Ui/[rbe

+（1+

）RF]输出电阻RO=RC输入电阻静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器微变等效电路及输入电阻输出电阻Ui=Ib[rbe

+（1+

）RF]Ib=Ui/[rbe

+（1+

）RF]Ii=I1+I1+Ib=Ui

/RB1+Ui

/RB2+Ui/[rbe

+（1+

）RF]

ri

=RB1//RB2///[rbe

+（1+

）RF]=5.9k

ri

=Ui/Ii=

Ui

Ui

/RB1+Ui

/RB2+Ui/[rbe

+（1+

）RF]

对比ri

=RB1//RB2///rbe

=1.52k

rbeRCRLRB1RB2BECI1I2IeRF应用举例

镍镉电池恒流充电电路原理:晶体管工作于恒流状态，基极电位恒为6V；调整转换开关Ｓ使充电电流限制在50mA和100mA;性能:正常充电时间7小时左右;充电电流为恒定值；充电电流大小由电池额定容量确定。LED电池R3u2TrD~220VR2S50mA100mADZ6V6V+R5R4R1C+–T

LED发光二极管承受正向电压导通发光,发光强度与通过的电流大小有关。LED与R5串联后，接于R4两端，R4两端电压的大小，反映充电电流的大小，LED发光的亮、暗指示S的位置,R5是LED的限流电阻,使通过LED的电流限制在一定数值。LED电池R3u2TrD~220VR2S50mA100mADZ6V6V+R5R4R1C+–T讨论课

从静态工作点的设置和微变等效电路上，判断各电路对输入的正弦交流信号ui有无放大作用，并说明原因。假设各电容对交流信号均可视为短路。ui

幅度很小，在10mV以内。RB+ECREC1C2Tuiuo无放大作用静态IB、IC=0题1RE+ECRCC1C2TuiuoCE无放大作用。输入信号通过直流电源对地短路题2题3无放大作用。输入信号通过电容C3及直流电源对地短路RE+ECRCC1C2TuiuoCEC3RB题4无放大作用。无RC，输出电压=0RE+ECC1C2TuiuoRB题5RB+ECRCC1C2Tuiuo无放大作用。PNP三极管，无静态电流题6PNP晶体管，接负电源-ECICIEIB电解电容极性倒过来RB+ECRCC1C2Tuiuo++电解电容-EC++题7（PNP晶体管放大器）R1-ECRCC1C2TuiuoR2RE+++RL电解电容3.5

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。频率特性幅频特性：电压放大倍数的模|Au|与频率f

的关系相频特性：输出电压相对于输入电压的相位移

与频率f的关系这些统称放大电路的频率响应。幅频特性偏离中频值的现象称为幅度频率失真;

相频特性偏离中频值的现象称为相位频率失真。

放大电路的幅频特性和相频特性，也称为频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅度频率失真，简称幅频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为相位频率失真，简称相频失真。(动画)

产生频率失真的原因是:1.放大电路中存在电抗性元件，例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等;

2.三极管的

(

)是频率的函数。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。通频带f|Au

|0.707|Auo

|fLfH|Auo

|幅频特性下限截止频率上限截止频率耦合、旁路电容造成。三极管结电容、

造成f–270°–180°–90°相频特性

O共发射极放大电路的频率特性的特点：（1）、在一段频率范围内，电压放大倍数与f无关，相位移φ与f无关。（2）、随着频率的上升或下降，电压放大倍数下降，φ变化。

通频带：fL和fH间的频率范围。

在中频段

三极管的极间电容和导线的分布电容很小，可认为它们的等效电容CO与负载并联。由于CO的电容量很小，它对中频段信号的容抗很大，可视作开路。

由于耦合电容C1、C2和发射极旁路电容Ce的容量较大，故对中频段信号的容抗很小，可视作短路。在中频段可认为电容不影响交流信号的传送，放大电路的放大倍数与信号频率无关。(前面所讨论的放大倍数及输出电压相对于输入电压的相位移均是指中频段的)rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-通频带f|Au

|fLfH|Auo

|幅频特性f–270°–180°–90°相频特性

O

CO的容抗比中频段还大，仍可视作开路。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-C1C2

由于信号的频率较低，耦合电容和发射极旁路电容的容抗较大，其分压作用不能忽略。以至实际送到三极管输入端的电压

比输入信号

要小，故放大倍数降低，并使产生越前的相位移（相对于中频段）。

在低频段：

所以，在低频段放大倍数降低和相位移越前的主要原因是耦合电容和发射极旁路电容的影响。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-C1C2通频带f|Au

|fLfH|Auo

|幅频特性f–270°–180°–90°相频特性

O耦合、旁路电容造成。

由于信号的频率较高，耦合电容和发射极旁路电容的容抗比中频段还小，仍可视作短路。

在高频段：CO的容抗将减小，它与负载并联，使总负载阻抗减小，在高频时三极管的电流放大系数

也下降，因而使输出电压减小，电压放大倍数降低，并使产生滞后的相位移（相对于中频段）。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSCo所以，在高频段放大倍数降低和相位移滞后的主要原因是三极管电流放大系数

、极间电容和导线的分布电容的影响。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSCo通频带f|Au

|fLfH|Auo

|幅频特性f–270°–180°–90°相频特性

O三极管结电容、

造成3.6

射极输出器

因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。因从发射极输出，所以称射极输出器。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS求Q点：3.6.1静态分析直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RSUCC=IBRB+UBE+IERE

=IBRB+UBE+(1+

）IBRE

=IB

RB+(1+

）RE

+UBEIC=IB或IC

IE3.6.2动态分析交流通道及微变等效电路RB+ECC1C2RERLuiuo交流通道及微变等效电路rbeRERLEBCRBRERLuiuoBCE1.

电压放大倍数

电压放大倍数Au

1且输入输出同相微变等效电路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE1、所以2、输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。讨论输出电压与输入电压近似相等，电压未被放大，但是电流放大了，即输出功率被放大了。Au2.

输入电阻Ib=Uirbe+(1+)RLIi=IRB+Ib=UiRB+Uirbe+(1+)RLri=UiIi=UiUiRB+Uirbe+(1+)RL=RB//[rbe+(1+)RL]rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE放大电路信号源+-+-

射极输出器的输入电阻高，对前级有利。

ri

与负载有关rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE3、输出电阻用加压求流法求输出电阻。rbeRERsro置0保留RsrbeRE输出电阻ro=RE//rbe1+

当RS=0时（加压求流法）射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE+_RLro+_共集电极放大电路(射极输出器)的特点：1.

电压放大倍数小于1，约等于1;2.

输入电阻高；3.

输出电阻低；4.输出与输入同相。动画射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。1.

因输入电阻高，从信号源取得的信号大。它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。2.

因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。(所谓带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变)3.

利用ri

大、ro小以及Au

1的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。RB+ECC1C2RERLuiuoRB=570k

RE=5.6k

RL=5.6k

=100EC=12V例：静态工作点估算举例：RB=570k

RE=5.6k

RL=5.6k

=100EC=12VRB+ECREIBIEUBEUCE=12-0.7570+(1+100)

5.6=0.01(mA)=(1+100)0.01=1.01(mA)IC=12-1.01

5.6=6.3(V)动态分析及估算举例：=300+101

(26/1.01)=2.9k

RB=570k

RE=5.6k

RL=5.6k

=100EC=12VrbeRERLEBCIE=1.01mARB=570k

RE=5.6k

RL=5.6k

=100EC=12VrbeRERLEBCAu=(1+100)(5.6//5.6)2.9+(1+100)(5.6//5.6)=0.99rbe=2.9k

(电压放大倍数估算)动态分析及估算举例：=570//2.9+(1+100)(5.6//5.6)=190k

RB=570k

RE=5.6k

RL=5.6k

=