电子电路技术第6章

1、第第6章章 晶体管放大电路基础晶体管放大电路基础 放大电路实际上是一种线性受控能量转换装置，放大电路实际上是一种线性受控能量转换装置， 在输入信号的线性控制下，将电路内的直流电源能量在输入信号的线性控制下，将电路内的直流电源能量 转换为输出信号能量。要实现这个功能，必须含有完转换为输出信号能量。要实现这个功能，必须含有完 成能量转换的有源器件，如：双极型晶体三极管，有成能量转换的有源器件，如：双极型晶体三极管，有 源器件是放大电路的核心。本章首先介绍半导体三极源器件是放大电路的核心。本章首先介绍半导体三极 管的结构和特性，再介绍基本放大电路的工作原理以管的结构和特性，再介绍基本放大电路的工作原

2、理以 及基本的分析方法。及基本的分析方法。 2 放大电路实际上是一种功能模块电路，具有两个外接端口，输入放大电路实际上是一种功能模块电路，具有两个外接端口，输入 端口接受需要放大的信号，输出端口将放大以后的信号送给负载，如端口接受需要放大的信号，输出端口将放大以后的信号送给负载，如 图所示。图所示。 在放大电路中，信号的能量（或功率）得到增强，因此在放大在放大电路中，信号的能量（或功率）得到增强，因此在放大 电路中必须具备能量补充的来源电路中必须具备能量补充的来源直流电源和将直流电源能直流电源和将直流电源能 量转换为信号能量的转换装置或器件。量转换为信号能量的转换装置或器件。 3 n单纯从能量

3、转换的角度看，放大电路本身就是一个实现直流电源能单纯从能量转换的角度看，放大电路本身就是一个实现直流电源能 量转换为信号能量的装置，这其中输入信号是控制量，在它的控制量转换为信号能量的装置，这其中输入信号是控制量，在它的控制 下，放大电路将电源能量转换成信号能量输出给负载。为了描述这下，放大电路将电源能量转换成信号能量输出给负载。为了描述这 种由一个信号控制输出信号的电路装置或器件，提出了受控电源的种由一个信号控制输出信号的电路装置或器件，提出了受控电源的 电路模型。电路模型。 4 6.1.1 线性受控电源模型线性受控电源模型 n受控电源是另一类电源模型，它的输出端具有理想电源的特征，受控电源

4、是另一类电源模型，它的输出端具有理想电源的特征， 但其参数却受到电路中其他变量的控制。但其参数却受到电路中其他变量的控制。 n受控电源是为了描述电子器件的特性而提出的电路元件模型。受控电源是为了描述电子器件的特性而提出的电路元件模型。 n按照受控电源输出端表现的电压源特性或电流源特性，以及控制按照受控电源输出端表现的电压源特性或电流源特性，以及控制 其参数的变量为电压或电流，受控电源共分其参数的变量为电压或电流，受控电源共分4种：种： n电压控制电压源电压控制电压源VCVS； n电压控制电流源电压控制电流源VCCS； n电流控制电压源电流控制电压源CCVS； n电流控制电流源电流控制电流源CC

5、CS。 5 输出特性输出特性控制变量控制变量受控源种类受控源种类 电压源电压源US电压电压U电压控制电压源电压控制电压源VCVS 电压源电压源US电流电流I电流控制电压源电流控制电压源CCVS 电流源电流源IS电压电压U电压控制电流源电压控制电流源VCCS 电流源电流源IS电流电流I电流控制电流源电流控制电流源CCCS 受控电源一般具有两个端口：输入（控制）、输出端口受控电源一般具有两个端口：输入（控制）、输出端口 如果控制变量对受控电源输出端的控制为线性（比例），如果控制变量对受控电源输出端的控制为线性（比例）， 这种受控电源称为线性受控电源。这种受控电源称为线性受控电源。 本课程中，只讨论

6、线性受控电源。因此，今后所说受控源本课程中，只讨论线性受控电源。因此，今后所说受控源 均指线性受控电源。均指线性受控电源。 6 受控电源的符号与特性受控电源的符号与特性 电压控制电压源电压控制电压源VCVS 控制方程控制方程 O1 UU 1 U O U 实际电路分析中的符号实际电路分析中的符号 O U 1 U 电流控制电压源电流控制电压源CCVS 1 I O U O1 Ur I O U 1 r I 为为电压传输（放大）系数，无量纲。电压传输（放大）系数，无量纲。 省去省去开路或短开路或短 路的控制端。路的控制端。 r为为转移电阻，电阻量纲。转移电阻，电阻量纲。 7 受控电源的符号与特性受控电源

7、的符号与特性 电压控制电流源电压控制电流源VCCS 控制方程控制方程 实际电路分析中的符号实际电路分析中的符号 电流控制电压源电流控制电压源CCVS g为为转移电导，电导量纲。转移电导，电导量纲。 为为电流传输（放大）系数，无量纲。电流传输（放大）系数，无量纲。 O1 Ig U O1 II 1 I O I 1 U O I O I 1 g U O I 1 I 控制变量必须在电控制变量必须在电 路其他位置标出！路其他位置标出！ 8 6.1.2 放大电路模型及技术指标放大电路模型及技术指标 n受控电源是理想化的能量转换电路元件，实际上放大电路为了将信受控电源是理想化的能量转换电路元件，实际上放大电路

8、为了将信 号源信号引入，总是要对信号源构成负载，因此，输入端不可能是号源信号引入，总是要对信号源构成负载，因此，输入端不可能是 理想的开路或短路理想的开路或短路 n而在输出端放大器也不能做到理想的电压输出或电流输出，必然会而在输出端放大器也不能做到理想的电压输出或电流输出，必然会 受到负载的影响。受到负载的影响。 n考虑了输入输出端口的非理想情况，在受控电源的基础上增加输入考虑了输入输出端口的非理想情况，在受控电源的基础上增加输入 电阻电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro，得到放大电路模型。，得到放大电路模型。 n根据放大电路输入输出信号变量的不同，可以作出四种放大电路模根据放大电路输入输出信号变

9、量的不同，可以作出四种放大电路模 型。型。 9 电压放大电路模型电压放大电路模型 阻抗放大电路模型阻抗放大电路模型 导纳放大电路模型导纳放大电路模型 电流放大电路模型电流放大电路模型 10 放大电路主要性能指标包括：放大倍数、输入电阻和输出电阻放大电路主要性能指标包括：放大倍数、输入电阻和输出电阻 1. 放大倍数放大倍数 放大倍数是反映放大电路放大能力的关键指标，定义为放大电路输放大倍数是反映放大电路放大能力的关键指标，定义为放大电路输 出信号与输入信号的比值，根据放大电路的输入输出变量不同可以出信号与输入信号的比值，根据放大电路的输入输出变量不同可以 有四种形式的放大倍数：有四种形式的放大倍

10、数： Au=uo/ui电压放大电路的电压放大倍数，电压放大电路的电压放大倍数，Auo为（负载）开路电压放为（负载）开路电压放 大倍数。大倍数。 Ar=uo/ii 阻抗放大电路的转移阻抗，阻抗放大电路的转移阻抗，Aro为（负载）开路转移阻抗。为（负载）开路转移阻抗。 Ag=io/ui导纳放大电路的跨导，导纳放大电路的跨导，Ags为（负载）短路跨导。为（负载）短路跨导。 Ai =io/ii 电流放大电路的电流放大倍数，电流放大电路的电流放大倍数，Ais为（负载）短路电流放为（负载）短路电流放 大倍数。大倍数。 11 2. 输入电阻输入电阻 输入电阻输入电阻Ri反映了放大电路对信号源的影响程度，对于

11、电压信反映了放大电路对信号源的影响程度，对于电压信 号源，希望放大电路的输入电阻越大越好，这样放大电路从信号源吸号源，希望放大电路的输入电阻越大越好，这样放大电路从信号源吸 取电流小，信号源的负载轻，而对于电流信号源，则希望放大电路的取电流小，信号源的负载轻，而对于电流信号源，则希望放大电路的 输入电阻越小越好。因此，在设计放大电路时，应根据其应用场合信输入电阻越小越好。因此，在设计放大电路时，应根据其应用场合信 号源的要求设置输入电路。号源的要求设置输入电路。 3. 输出电阻输出电阻 输出电阻输出电阻Ro反映放大电路输出受负载影响的程度，如果放大电反映放大电路输出受负载影响的程度，如果放大电

12、 路向负载输出电压信号，则希望输出电阻越小越好，这样放大电路输路向负载输出电压信号，则希望输出电阻越小越好，这样放大电路输 出端更接近电压源，如果放大电路向负载输出电流信号，则希望输出出端更接近电压源，如果放大电路向负载输出电流信号，则希望输出 电阻越大越好，这样放大电路输出端更接近电流源。电阻越大越好，这样放大电路输出端更接近电流源。 放大电路放大电路信号源信号源负载负载 直流电源直流电源 + _ ui ii + _ uo io 12 4. 频带范围频带范围 放大电路的放大倍数保持一定数值的工作信号频率范围放大电路的放大倍数保持一定数值的工作信号频率范围. 给出放大电路放大倍数下降到正常值的

13、给出放大电路放大倍数下降到正常值的0.707倍所对应的上下两个频倍所对应的上下两个频 率率fL、fH，分别称为上、下截止频率，在这两个频率之间的输入信号，分别称为上、下截止频率，在这两个频率之间的输入信号， 放大电路能够有效地进行放大。放大电路能够有效地进行放大。 放大电路的放大倍数随频率变化的关系也称放大电路的频率特性，放大电路的放大倍数随频率变化的关系也称放大电路的频率特性， 影响放大电路频率特性的主要因素是电路中有源电子器件的寄生电抗影响放大电路频率特性的主要因素是电路中有源电子器件的寄生电抗 参数和电路中耦合参数和电路中耦合/旁路电容元件。旁路电容元件。 13 5. 不失真输出范围不失

14、真输出范围 用放大电路的最大不失真输出幅度表示其不失真输出范围，输用放大电路的最大不失真输出幅度表示其不失真输出范围，输 入信号经过放大，在最大不失真输出幅度以内的输出信号能与输入信入信号经过放大，在最大不失真输出幅度以内的输出信号能与输入信 号保持线性关系（不失真），这一参数也描述了放大电路输出信号的号保持线性关系（不失真），这一参数也描述了放大电路输出信号的 最大不失真功率。最大不失真功率。 6. 输入信号范围输入信号范围 对于过大的输入信号幅度，可能引起有源电子器件进入非线性对于过大的输入信号幅度，可能引起有源电子器件进入非线性 特性区，从而使放大电路输出信号不再与输入信号保持线性，产生

15、信特性区，从而使放大电路输出信号不再与输入信号保持线性，产生信 号波形失真，严重时甚至会损坏器件，为此，放大电路常规定其输入号波形失真，严重时甚至会损坏器件，为此，放大电路常规定其输入 信号的幅度范围，如信号的幅度范围，如|ui|10mV。 14 n双极型晶体三极管双极型晶体三极管(BJT)结构结构 BJT由两个由两个PN构成，有两种类型构成，有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。 NNP NPN型型 E B C NPP PNP型型 E B C 发射结发射结 集电结集电结 基极，用基极，用B或或b表示表示 发射极，用发射极，用 E或或e表示表示 集电极，用集电极，用 C或或c表示表示 发射区

16、发射区 集电区集电区 基区基区 B E C B E C BJT的电路符号的电路符号 15 BJT结构特点：结构特点： 发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高； 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。 BJT管芯结构剖面图管芯结构剖面图 16 B E C N N P EB RB UC 发射结正偏，发发射结正偏，发 射区电子不断向射区电子不断向 基区扩散，形成基区扩散，形成 发射极电流发射极电流IE。 IE 基区空穴基区空穴 向发射区向发射区 的扩散可

17、的扩散可 忽略。忽略。 IBE 进入进入P区的电子少部分区的电子少部分 与基区的空穴复合，与基区的空穴复合， 形成电流形成电流IBE，多数扩，多数扩 散到集电结。散到集电结。 集电结反偏，有少子集电结反偏，有少子 形成的反向电流形成的反向电流ICBO。 ICBO 从基区扩散来的电子从基区扩散来的电子 在集电结内电场作用在集电结内电场作用 下，漂移进入集电结下，漂移进入集电结 而被收集，形成而被收集，形成ICE。 IC=ICE+ICBO ICE ICE IB=IBE-ICBO IBE IB ICE与与IBE之比称为直流电流放大倍数之比称为直流电流放大倍数 CECCBOC BEBCBOB IIII

18、 IIII 要使三极管能放大电流，必须要使三极管能放大电流，必须 使发射结正偏，集电结反偏。使发射结正偏，集电结反偏。 两者变化之比称为交流电流放两者变化之比称为交流电流放 大倍数大倍数 CE BE i i 17 1. 输入特性曲线：输入特性曲线： 输入特性曲线是指当集输入特性曲线是指当集射极射极 之间的电压之间的电压UCE为某一常数时，输入为某一常数时，输入 回路中的基极电流回路中的基极电流iB与加在基与加在基射射 极间的电压极间的电压uBE之间的关系曲线。之间的关系曲线。 OuBE iB UBE UBE 0.7V(硅硅) 0.3V(锗锗) 0V 1V10V UCE 当当UCE=0，晶体管相

19、当于两个二极管的正向并联，其特，晶体管相当于两个二极管的正向并联，其特 性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似。性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似。 当当UCE 1时，特性曲线的形状并不改变，曲线仅仅右移时，特性曲线的形状并不改变，曲线仅仅右移 一段距离。只要一段距离。只要uBE不变，无论怎样增大不变，无论怎样增大UCE，iB都基本不变，都基本不变， 曲线基本重合。因此，通常将曲线基本重合。因此，通常将UCE=1的特性曲线作为晶体管的特性曲线作为晶体管 的输入特性曲线。的输入特性曲线。 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线 18 2. 输出特性曲线输出特性曲线 OuCE iC NPN IB

20、=0 IB3 IB2 IB1 IB3 IB2 IB10 从输出特性上，可将三极管分为三个工作区（工作状态）：从输出特性上，可将三极管分为三个工作区（工作状态）： 截止截止 饱和饱和 放大放大 截止截止 饱和饱和 放大放大 集电极电流受基极电集电极电流受基极电 流控制，所以晶体三流控制，所以晶体三 极管又称为电流控制极管又称为电流控制 器件。器件。 输出特性曲线是指当基极电流输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，输出电路中为常数时，输出电路中 集电极电流集电极电流iC与集与集射极间的电压射极间的电压uCE之间的关系曲线。之间的关系曲线。 uCE=uBE 19 1）截止区）截止区 IB = 0

21、曲线以下的区域。曲线以下的区域。 条件：发射结零偏或反偏条件：发射结零偏或反偏 B E 0U 集电结反偏集电结反偏 RC UCC T RB UBB IB=0 IC IE IB = 0, IC = IE = ICEO (穿透电流穿透电流) ICEO受温度影响很大受温度影响很大, 温度升高温度升高, ICEO增大。增大。 由于由于ICEO很小，此时很小，此时UCE近似等近似等 于于UCC，C与与E之间相当于断路。之间相当于断路。 OuCE iC IB=0 IB 3 IB2 IB1 IB3 IB2 IB10 截止截止 饱和饱和 放大放大 NPN 20 2）饱和区）饱和区 条件：条件： 发射结正偏，集

22、电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。 即：即：UBE0，UBE UCE , UC IB2 IB10 截止截止 饱和饱和 放大放大 NPN 此时此时IB对对IC失去了控制作用，失去了控制作用， 称管子处于饱和导通状态。称管子处于饱和导通状态。 特性曲线左边特性曲线左边uCE很小的区域。很小的区域。 21 3）放大区）放大区 条件：发射结正偏；条件：发射结正偏； 集电结反偏。集电结反偏。 特点：特点： UCE变化时，变化时，IC基本不变。基本不变。 这就是晶体管的恒流特性。改这就是晶体管的恒流特性。改 变变IC的惟一途径就是改变的惟一途径就是改变IB,而这正是而这正是IB对对IC的控制作用。的控制作

23、用。 特性曲线中，接近水平的部分。特性曲线中，接近水平的部分。 RC UCC T RB UBB IB IC IE OuCE iC IB=0 IB3 IB2 IB1 IB3 IB2 IB10 截止截止 饱和饱和 放大放大 NPN IC= IB，集电极电流与基，集电极电流与基 极电流成正比。因此放大区极电流成正比。因此放大区 又称为线性区。又称为线性区。 特性曲线的均匀间隔反映了晶体管电流放大作用的能力，特性曲线的均匀间隔反映了晶体管电流放大作用的能力， 间隔大，即间隔大，即IC大，因而放大能力（大，因而放大能力（ ）也大。也大。 22 思考题思考题：在：在放大电路放大电路中，如何根据中，如何根据

24、BJTBJT的三个的三个电极的电位电极的电位，来，来判判 断断此此BJTBJT是是锗管锗管还是还是硅管硅管？其中哪个是？其中哪个是基极基极b b、哪个是、哪个是发射极发射极e e、 哪个是哪个是集电极集电极C C？是？是NPNNPN管还是管还是PNPPNP管？管？ 123456 A B C D 654321 D C B A T itle N um berR evisionSize B D ate:28-Jan-2003Sheet of File:C :M y D ocum ents模 电 W 模 电 图 2.schD raw n B y: + _ vB E e b c c e b vB E +

25、 _ 答：答：1 1）Vbe=0.7V为为硅硅管管 Vbe=0.3V为为锗锗管管 2）NPN：VC VB VE PNP：VE VB VC 电压值在中间电压值在中间的是的是基极基极b b，比基极高（或低），比基极高（或低）0.7V（或（或 0.3V）的是的是发射极发射极e，另外的一个电极为集电极另外的一个电极为集电极C C 。 3 3）VB VE ： NPN VE VB ： PNP 23 双极型三极管的主要参数双极型三极管的主要参数 （1）电流放大系数）电流放大系数 C B I I (a)直流直流(静态静态) (b)交流交流(动态动态) C B i i 和和 含义不同，但在输出特性放大区内，曲线

26、接近于含义不同，但在输出特性放大区内，曲线接近于 平行等距，平行等距， 器件手册上给出的是器件手册上给出的是 使用时也作为使用时也作为 。 由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管，由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管， 值也有很值也有很 大差别。常用的晶体管的大差别。常用的晶体管的 值一般在值一般在20500之间。之间。 24 （2）极间反向电流）极间反向电流 (a) 集集基反向饱和电流基反向饱和电流ICBO (b) 集集射穿透电流射穿透电流 ICEO CEOCBO (1)II ICBO是发射极开路时，集是发射极开路时，集基反向饱和电流。基反向饱和电流。 (集电极少子在电场作用下的漂移集电极

27、少子在电场作用下的漂移)。通常希望。通常希望ICBO越越 小越好。在温度稳定性方面，硅管比锗管好。小越好。在温度稳定性方面，硅管比锗管好。 ICEO是基极开路时，从集电极直接穿透三极管到达是基极开路时，从集电极直接穿透三极管到达 发射极的电流。发射极的电流。 25 （3）集）集射反向击穿电压射反向击穿电压U(BR)CEO 当基极开路时，加在集电当基极开路时，加在集电 极和发射极之间的最大允许电极和发射极之间的最大允许电 压。集压。集射极之间电压超过射极之间电压超过 U(BR)CEO时，集电极电流会大幅时，集电极电流会大幅 度上升，此时，三极管被击穿度上升，此时，三极管被击穿 而损坏。而损坏。

28、U(BR)CEO O uCE iC （NPN） （4）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 ICM 集电极电流集电极电流IC超过一定值时，超过一定值时， 值要下降，当值要下降，当 降降 到原来值的到原来值的2/3时，对应的时，对应的IC称为称为ICM ICM 26 （5）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率PCM 两个两个PN结上消耗的功率分结上消耗的功率分 别等于通过结的电流乘以加在别等于通过结的电流乘以加在 结上的电压，一般集电结上消结上的电压，一般集电结上消 耗的功率比发射结大得多，用耗的功率比发射结大得多，用 PCM表示，这个功率将导致集电结发热，结温上升，当结温表示，这个

29、功率将导致集电结发热，结温上升，当结温 超过最高工作温度时，管子性能下降，甚至被烧坏。因此集超过最高工作温度时，管子性能下降，甚至被烧坏。因此集 电结的最高工作温度决定了三极管的最大集电极耗散功率。电结的最高工作温度决定了三极管的最大集电极耗散功率。 由由U(BR)CEO、PCM、ICM共同确定三极管的安全工作区，如共同确定三极管的安全工作区，如 图所示。图所示。 U(BR)CEO O uCE iC （NPN） ICM 安安 全全 工工 作作 区区 UCEIC=PCM 过过 损损 耗耗 区区 27 晶体管工作在截止区时表现为各极电流基本为零，可等效为断开晶体管工作在截止区时表现为各极电流基本为

30、零，可等效为断开 的开关；晶体管工作在放大区时，集电极电流随基极电流变化，可等的开关；晶体管工作在放大区时，集电极电流随基极电流变化，可等 效为电流控制电流源；而晶体管工作在饱和区时，各极之间的电压基效为电流控制电流源；而晶体管工作在饱和区时，各极之间的电压基 本为零，可等效为闭合的开关。本为零，可等效为闭合的开关。 大信号晶体管模型大信号晶体管模型 P N N 28 n大信号模型中，大信号模型中，UBE为晶体管发射结导通电压，一般硅晶体管为为晶体管发射结导通电压，一般硅晶体管为 0.60.7V，UCES为晶体管饱和时为晶体管饱和时CE电压，硅晶体管为电压，硅晶体管为0.30.5V，二，二 极

31、管采用理想二极管。极管采用理想二极管。 n当当B-E输入电压小于输入电压小于UBE且且C E电压大于电压大于UCES时，时，二极管二极管D1 D2截止截止， 晶体管处于晶体管处于截止截止工作状态；当工作状态；当B E输入电压达到输入电压达到UBE且且C E电压电压 大于大于UCES时，时，二极管二极管D1导通导通 D2截止截止，晶体管处于，晶体管处于放大放大工作状态；当工作状态；当 B-E输入电压达到输入电压达到UBE且且C E电压降到电压降到UCES时，时，二极管二极管D1 D2均导通均导通， 晶体管处于晶体管处于饱和饱和工作状态。工作状态。 n大信号电路模型主要用于晶体管静态工作状态分析和

32、晶体管开关电大信号电路模型主要用于晶体管静态工作状态分析和晶体管开关电 路分析。路分析。 29 n放大电路的组成放大电路的组成 1. 放大器件放大器件 2. 偏置电路：使放大器件工作在放大状态偏置电路：使放大器件工作在放大状态 +VCC RB RC 基极偏置电阻，为基极偏置电阻，为 三极管提供适当的三极管提供适当的 偏置电流偏置电流 IB 直流电源为放大直流电源为放大 电路提供能源，电路提供能源， 并为放大器件提并为放大器件提 供正确的偏置供正确的偏置 集电极直流负载电阻将集电极直流负载电阻将 集电极电流的变化转化集电极电流的变化转化 为电压输出。为电压输出。 3. 输入耦合电路：使信号源的信

33、号顺利进入放大电路。输入耦合电路：使信号源的信号顺利进入放大电路。 C1 信号源信号源 RS uS 4. 输出耦合电路：使放大后的信号有效加载到负载。输出耦合电路：使放大后的信号有效加载到负载。 输入耦合输入耦合 电容电容 C2 RL 负载负载 输出耦输出耦 合电容合电容 30 n放大电路的工作原理放大电路的工作原理 +VCC RB RC C1 信信 号号 源源 RS uS RL 负负 载载 uS uBE=UBEQ+ube iB=IBQ+ib ic= ib CQBQ II uCE=UCEQ+uceuo=uce UCEQ=VCC RCICQ iC=ICQ+ic uce= RC/RLic 31 u

34、BE UBEQ iB IBQ iC ICQ uCE UCEQ ib ic uce 反相放大反相放大 uS uBE=UBEQ+ube iB=IBQ+ib ic= ib CQBQ II uCE=UCEQ+uceuo=uce UCEQ=VCC RCICQ iC=ICQ+ic uce= RC/RLic 32 n放大电路的静态工作点的设置放大电路的静态工作点的设置 输入信号输入信号vi0时，放大电路的工作状态称为静态或时，放大电路的工作状态称为静态或 直流工作状态。直流工作状态。 静态时，静态时，BJT各电极的直流电流及各电极间的直流电各电极的直流电流及各电极间的直流电 压压IB、 IC 、 VBE 、

35、 VCE可在可在BJT的特性曲线上确定一个点，的特性曲线上确定一个点， 该点称为该点称为静态工作点静态工作点。 分别用分别用IBQ、 ICQ 、 VBEQ 、 VCEQ表示表示 。其中。其中VBEQ基基 本为定值。硅管约为本为定值。硅管约为0.7V，锗管约为锗管约为0.3V 33 n放大电路的静态工作点的设置放大电路的静态工作点的设置 n为了确保输出波形不失真，要求放大电路中晶体管始终工为了确保输出波形不失真，要求放大电路中晶体管始终工 作在放大区。因此，需要设置合适的静态工作点。作在放大区。因此，需要设置合适的静态工作点。 OuCE iC IB=0 IB3 IB2 IB1 IB3 IB2 I

36、B10 截止截止 饱和饱和 放大放大 NPN UCEQ=VCC RCICQ 34 n放大电路的静态工作点的设置放大电路的静态工作点的设置 n如果静态工作点设置得过高如果静态工作点设置得过高(ICQ过大过大)，靠近饱和区，则加，靠近饱和区，则加 入信号后，晶体管将在输入信号正半周进入饱和，产生饱入信号后，晶体管将在输入信号正半周进入饱和，产生饱 和失真（上述电路表现为输出波形底部失真）。和失真（上述电路表现为输出波形底部失真）。 OuCE iC IB=0 IB3 IB2 IB1 IB3 IB2 IB10 截止截止 饱和饱和 放大放大 NPN UCEQ=VCC RCICQ 35 n放大电路的静态工

37、作点的设置放大电路的静态工作点的设置 n如果静态工作点设置得过低如果静态工作点设置得过低(UCEQ过大过大)，靠近截止区，则加，靠近截止区，则加 入信号后，晶体管将在输入信号负半周进入截止，产生截入信号后，晶体管将在输入信号负半周进入截止，产生截 止失真（上述电路表现为输出波形顶部失真）。止失真（上述电路表现为输出波形顶部失真）。 OuCE iC IB=0 IB3 IB2 IB1 IB3 IB2 IB10 截止截止 饱和饱和 放大放大 NPN UCEQ=VCC RCICQ 36 n放大电路的分析放大电路的分析 放大电路分析放大电路分析 静态分析（确定放大静态分析（确定放大 器件工作状态）器件工

38、作状态） 估算法估算法 图解分析图解分析 动态分析（分析放动态分析（分析放 大电路性能）大电路性能） 图解分析图解分析 微变等效电路分析微变等效电路分析 IB、IC、UCE、UBE Au、ri、ro 等等 37 n放大电路的静态分析（放大电路的静态分析（以共射极固定式偏置放大电路为例以共射极固定式偏置放大电路为例） （1）静态的概念）静态的概念无信号输入，电路中只有直流电源作用。无信号输入，电路中只有直流电源作用。 （2）静态等效电路）静态等效电路直流通路：无输入信号直流通路：无输入信号, 耦合电容开路。耦合电容开路。 +VCC RB RC C1 信号源信号源 RS uS RL 负载负载 +V

39、CC RB RC IBQ ICQ + _ UBE + _ UCE （3）静态分析的目的）静态分析的目的确定三极管的静态工作点确定三极管的静态工作点 （IB、IC、UCE、UBE ） （4）静态分析的方法）静态分析的方法图解法、近似估算法（等效电路法）图解法、近似估算法（等效电路法） 38 n放大电路静态分析的图解法放大电路静态分析的图解法 +VCC RB RC IB IC + _ UBE + _ UCE VCC RB RC IB IC + _ UBE + _ UCE + _ VCC + _ （1）把输入输出回路分开处理）把输入输出回路分开处理 （2）输入回路分析）输入回路分析 VCC UBE

40、IB O UBEQ IBQ 晶体管输入特性晶体管输入特性 偏置电路伏安特性偏置电路伏安特性 直流负载线直流负载线 （3）输出回路分析）输出回路分析 UCE IC O IBQ VCC VCC RC UCEQ ICQ 晶体管输出特性晶体管输出特性 静态工作点静态工作点 静态工作点静态工作点 BECCBB UVR I 偏置电路伏安特性偏置电路伏安特性 直流负载线直流负载线 39 n放大电路静态分析的等效电路法放大电路静态分析的等效电路法 （1）晶体管的静态等效电路（放大状态）晶体管的静态等效电路（放大状态） B C E UBE IB IB B C E （2）放大电路静态等效电路）放大电路静态等效电路

41、 VCC RB RC IB IC + _ UBE + _ UCE + _ VCC + _ VCC RBRC IC + _ UCE + _ VCC + _ UBE IB IB 40 n放大电路静态分析的等效电路法放大电路静态分析的等效电路法(续续) （3）近似条件：）近似条件：UBE 0.7V(硅管硅管)，或，或 0.3V(锗管锗管) （4）近似估算）近似估算 CCBE BQ B VU I R CQBQ II CEQCCCCQ UVRI VCC RBRC IC + _ UCE + _ VCC + _ UBE IB IB （5）检验晶体管是否处于放大状态）检验晶体管是否处于放大状态 CEQCES

42、?( 0.3V)UU 41 n放大电路的动态分析放大电路的动态分析 动态分析的目的：确定动态分析的目的：确定 放大电路的性能指标。放大电路的性能指标。 n放大电路动态分析放大电路动态分析 的等效电路法的等效电路法 (1)放大电路的交流通路放大电路的交流通路 RL RC RB RS us ui uo 直流电源置零直流电源置零(接地接地)、耦合电容短路、耦合电容短路 +VCC RB RC C1 信号源信号源 RS uS RL 负载负载 42 n放大电路动态分析的等效电路法放大电路动态分析的等效电路法(续续) （2）晶体管的小信号）晶体管的小信号(微变微变)等效电路等效电路 b c e be b b

43、e u i r cb ii uce ube ic ib rbe b i T bebbT BQ ; VKT rrV Iq rbb: 三极管基区体电阻，几十三极管基区体电阻，几十几百欧姆（可取几百欧姆（可取10 ） VT: 温度电压当量温度电压当量. 常温常温(27C), VT =25.8 mV K: 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数1.380662 10-23 JK-1 T: 绝对温度值绝对温度值 q: 电子电量电子电量1.6021892 10-19 C 43 n放大电路动态分析的等效电路法放大电路动态分析的等效电路法(续续) （3）放大电路的小信号）放大电路的小信号(微变微变)等效电路等效电路 RL

44、RC RB RS us uiuo rbe b i ib 电压放大倍数：电压放大倍数： OCLL u ibebe |URRR A Urr 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻 iBbebe |rRrr OC rR 源电压放大倍数：源电压放大倍数： OiLi usu siSbeiS UrRr AA UrRrrR RL RC RB RS us ui uo 44 n放大电路动态分析的图解法放大电路动态分析的图解法 UBB uBE iB O UBEQ IBQ uCE iC O IBQ UCC UCC RL UCEQ ICQ t uBE iB t t uCE 电路实现了反相放大。电路实现了反相放大。 可分析

45、指标：可分析指标： 1. 放大倍数放大倍数; 2. 最大不失真输出最大不失真输出 c ema xCEQCESCCCEQ CCCES mi n, 1 () 2 UUUUU UU 为获得最大不失真输出，静为获得最大不失真输出，静 态工作点应设置在交流负载态工作点应设置在交流负载 线的中点。线的中点。 输入电压幅度不能太大，否则输入电压幅度不能太大，否则 输入特性非线性严重输入特性非线性严重 RL RC RB RS us ui uo 45 截止失真的波形截止失真的波形 46 饱和失真的波形饱和失真的波形 47 例例1 电路如图，设电路如图，设VBEQ=0.7V。（。（1）画出该电路的直流通路与）画出

46、该电路的直流通路与 交流通路。（交流通路。（2）估算静态电流）估算静态电流IBQ，并用图解法确定，并用图解法确定ICQ、VCEQ。 （3）写出加上输入信号后，电压）写出加上输入信号后，电压vBE的表达式及输出交流负载线。的表达式及输出交流负载线。 (1)(1)直流通路画法：直流通路画法：电容开路，电容开路， 电感短路电感短路 48 例例1 电路如图，设电路如图，设VBEQ=0.7V。（。（1）画出该电路的直流通路与）画出该电路的直流通路与 交流通路。（交流通路。（2）估算静态电流）估算静态电流IBQ，并用图解法确定，并用图解法确定ICQ、VCEQ。 （3）写出加上输入信号后，电压）写出加上输入

47、信号后，电压vBE的表达式及输出交流负载线。的表达式及输出交流负载线。 (2)(2)交流通路画法：交流通路画法：电电 容短路，直流电源置容短路，直流电源置0 0 49 例例1 电路如图，设电路如图，设VBEQ=0.7V。（。（1）画出该电路的直流通路与）画出该电路的直流通路与 交流通路。（交流通路。（2）估算静态电流）估算静态电流IBQ，并用图解法确定，并用图解法确定ICQ、VCEQ。 （3）写出加上输入信号后，电压）写出加上输入信号后，电压vBE的表达式及输出交流负载线。的表达式及输出交流负载线。 （2）估算静态电流）估算静态电流IBQ， 并用图解法确定并用图解法确定I CQ、 、 VCEQ

48、 CCBEQ BQ b (120.7)12 40 300300 VV VV IA Rkk CQBQ II VCEQ=VCCICQRc=12-4ICQ 50 Q(VCEQ,ICQ) 直流负载线直流负载线,斜率斜率 -1/Rc 交流负载线交流负载线 M(12V,0mA) N(0V,3mA) M N CQ 1.5ImA VCEQ=6V VCEQ=VCCICQRc=12-4ic 51 例例1 电路如图，设电路如图，设VBEQ=0.7V。（。（1）画出该电路的直流通路与交）画出该电路的直流通路与交 流通路。（流通路。（2）估算静态电流）估算静态电流IBQ，并用图解法确定，并用图解法确定ICQ、VCEQ。

49、（。（3） 写出加上输入信号后，电压写出加上输入信号后，电压vBE的表达式及输出交流负载线。的表达式及输出交流负载线。 交流通路交流通路 (a) (3)静态时（静态时（vi=0）：vBE=VBEQ 加输入信号 加输入信号： vBE=VBEQ+vi CECEQo vVv / oceccLcL vviRRi R CECEQo vVv CEQcLCEQCCQL Vi RViIR 交流负载线，斜率交流负载线，斜率-1/RL，必过，必过Q点点 CEQCQLCL VIRi R 52 Q(VCEQ,ICQ) 直流负载线直流负载线,斜率斜率 -1/Rc 交流负载线交流负载线 M(12V,0mA) N(0V,3

50、mA) M N CQ 1.5ImA VCEQ=6V VCEQ=VCCICQRc=12-4ic CEQCQL VIR 53 共射极放大电路共射极放大电路 CCBEQ BQ b (120.7)12 40 300300 VV VV IA Rkk CQBQ 40 40 A1.6mAII VCEQ=VCCICQRc=12-4ICQ=5.6V 54 共射极放大电路共射极放大电路 交流等效电路交流等效电路微变等效电路微变等效电路 55 微变等效电路微变等效电路 EQBQ 40 401.6mAIIA 26mV 1200140866 1.6mA T be bb EQ V rr I / 92.4 bcL oL V

51、 ib bebe iRRvR A vi rr / /866 Tbbe i ibbe TT iRrv RRr ii 56 微变等效电路微变等效电路 / bcL o V ib be iRRv A vi r 0, 00 i bcb v iii OC rR 57 例例3 - -VCC RL 3k RC 4.3k RB C1 C2 ui uo - -6V 图示电路，图示电路，PNP管的参数为：管的参数为： =100, rbb=50 (1) 欲使静态工作点集电极电流为欲使静态工作点集电极电流为1mA, RB=? (2) 计算放大电路的电压放大倍数计算放大电路的电压放大倍数 静态分析静态分析 根据要求，集电

52、极静态电流为根据要求，集电极静态电流为 1mA, 因此，基极电流因此，基极电流 CQ CCBE BQ B 0.01mA IVU I R CCBE B BQ 60.7 530k 0.01 VU R I 58 T bebb BQ 26 502.65k 0.01 V rr I 动态分析动态分析 画出放大电路的微变等效电路画出放大电路的微变等效电路 RLRC RBui uo rbe 100 b i ib 电压放大倍数：电压放大倍数： CL u be |3|4.3 10066.7 2.65 RR A r 例例3图示电路，图示电路，PNP管的参数为：管的参数为： =100, rbb=50 (1) 欲使静态

53、工作点集电极电流为欲使静态工作点集电极电流为1mA, RB=? (2) 计算放大电路的电压放大倍数计算放大电路的电压放大倍数- -VCC RL 3k RC 4.3k RB C1 C2 ui uo - -6V 25.8 2.63k 2.63 -67.2 59 为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的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。但是，温度的变化严重影响静态工作点。静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。 对于固定偏置放大电路，静态工作点与对于固定偏置放大电路，静态工作点与UBE、 和和ICEO有有 关，而这三个参数对温度敏感，它们随着温度的变化将影

54、关，而这三个参数对温度敏感，它们随着温度的变化将影 响静态工作点稳定。响静态工作点稳定。 T UBE ICEO IC 为稳定电路的静态工作点，需要改进偏置电路，当温度升为稳定电路的静态工作点，需要改进偏置电路，当温度升 高、高、IC增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IB，从而抑制静态工作点的变化，从而抑制静态工作点的变化， 保持静态工作点基本稳定。保持静态工作点基本稳定。 60 1 电路结构电路结构 增加增加Rb2和和Re，可稳定，可稳定VB、IC。（。（分压式偏置电路或射极分压式偏置电路或射极 偏置电路偏置电路） 2 稳定稳定Q点的定性分析点的定性分析 (a) 原理电路原理电路(b)

55、直流通路直流通路 VB 61 假定：静态时，假定：静态时，I1 IBQ，则则 VBQ=Rb2VCC （Rb1+Rb2） 基本固定基本固定 调节过程：调节过程： T IC VE=ICRe VBE=VB VE Ib IC | 3 3假定条件的实际应用假定条件的实际应用 I1 IBQ， 硅管：硅管：I1=（510）IBQ；锗管：；锗管：I1=（1020）IBQ。 VBQ VBEQ，硅管：硅管：VBQ=（35）V； 锗管：锗管：VBQ=（24）V。 62 VBQ=Rb2VCC （Rb1+Rb2） IBQ = ICQ I CQ IEQ = (VBQ VBEQ ) ReVCEQ VCC - ICQ(RC

56、+ Re ) 4求求Q点、点、Av、Ri、Ro 1）估算）估算Q点（静态分析）：由直流通路，采点（静态分析）：由直流通路，采 用：用：Rb1 、Rb2 分压来确定分压来确定b极电位极电位 63 CCBEQ BQ b (120.7)12 40 300300 VV VV IA Rkk CQBQ II VCEQ=VCCICQRc=12-4ic 注：注： 对射极偏置电路，由对射极偏置电路，由VB IC VCE 、IB 对固定偏置电路，由对固定偏置电路，由IB IC VCE 来求来求Q Q点。点。 固定偏置电路固定偏置电路 64 2) 电压增益（动态分析）电压增益（动态分析）： 画小信号等效电路画小信号

57、等效电路 交流通路交流通路 交流通路交流通路 65 画小信号等效电路画小信号等效电路 66 输出回路：输出回路：)/( Lcbo RRi v 输入回路：输入回路： ebbebeebebi )1(RiriRiri v ebe Lc ebeb Lcb i o )1( )/( )1( )/( Rr RR Rri RRi A v v v 确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求rbe )mA( )mV( 8 .25 )1 ( EQ be I rr bb 电压放大倍数电压放大倍数 可作为可作为 公式用公式用 67 )1( ebebi Rri v b2 i b1 i e i )1( RRRr iii v

58、vv be bi b R 68 则输入电阻则输入电阻 放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻 b2b1e i i i 11 )1( 1 1 RRRr i R be v )1(| ebeb2b1 RrRR 69 co RR 70 例：共发射极放大电路如图，分析该电路的特性。例：共发射极放大电路如图，分析该电路的特性。 VCC RL RC RB1 C1 C2 ui uo RE2 RB2 CE RE1 +12V 4.7k 6.8k 160k 51k 2k 51 =100 680 RS uS 1. 静态分析：静态分析： BBBE CQ E1E2 2.90.7 1.07

59、mA 20.051 VU I RR B2CC BB B1B2 51 12 2.9V 51 160 RV V RR CEQCCCCQE1E2EQ ()2.53V0.3VUVR IRRI VBQ 71 2. 动态分析：动态分析： ui rbe b i RL uo RE1 RB beTCQ /2.43krVI iB1B2beE1 |(1)6.3krRRrR i usu Si 33.4 r AA Rr CL u beE1 | 37 (1) RR A rR VCC RL RC RB1 C1 C2 ui uo RE2 RB2 CE RE1 +12V 4.7k 6.8k 160k 51k 2k 51 =10

60、0 680 RS uS 72 小信号模型小信号模型 分析：分析： 1、估算、估算Q点点 2、求、求v 3、求、求Ri 4、求、求Ro 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:12-Mar-2003Sheet of File:C:My Documents模 电 W模 电 图 3-2.schDrawn By: Rb1Rc Re1 Re2 Rb2 C1 C2 Ce +Vcc RL + + + + + _ _ Vi Vo . . 例例2：电路：电路1 73 小信号模型小信号模型 分析：分析： 1、估算、估算Q点（略）；