第04章 半导体三极管及放大电路基础

1、1 湖南科技大学信息与电气工程学院湖南科技大学信息与电气工程学院 第四章第四章 2 3 4 NNP B E C B E C IB IE IC B E C IB IE IC ( (Semiconductor Transistor） collector base emitter 4 5 小功率管小功率管 中功率管中功率管 大功率管大功率管 5 6 半导体三极管的型号 国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下: : 3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管

2、、K开关管 材料材料 器件的种类器件的种类 同种器件型号的序号同种器件型号的序号 同一型号中的不同规格同一型号中的不同规格 三极管三极管 7 7 8 8 9 9 10 (3)(3)晶体管的工作状态晶体管的工作状态 上一页上一页下一页下一页返返 回回下一节下一节上一节上一节 10 1111 12 双极三极管性载流子运动双极三极管性载流子运动 1313 14 CBOB CBOC BE CE II II I I 14 15 CEOBCBOBC )(1 IIIII BC CEO III ，有，有忽略忽略 集射极穿透电流集射极穿透电流 (常用公式常用公式) 若若IB =0, 则则 CEOCBO )(1

3、C III 温度温度ICEO 15 16 CEOBC III BCE III BC II BE )1(II CEOBE )1(III 16 1717 1818 19 常数常数 CE )( BEB u ufi 0 CE u 19 20 BE u B i O 0 CE u V 1 CE u 0 CE u V 1 CE u特性基本特性基本重合重合( (电流分配关系确定电流分配关系确定) ) 特性右移特性右移( (因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子) ) 导通电压导通电压 UBE( (on) ) 硅管：硅管： (0.6 0.8) V 锗管：锗管： (0.2 0.3) V 取取 0.7 V 取取

4、0.2 V 20 21 三极管输入特性曲线三极管输入特性曲线 上一页上一页下一页下一页返返 回回下一节下一节上一节上一节 21 22 常数常数 B )( CEC i ufi 对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。 22 23 CEOBC III 23 2424 25 三极管输出特性曲线三极管输出特性曲线 上一页上一页下一页下一页返返 回回下一节下一节上一节上一节 25 26 BE u B i 26 2727 28 B C CBOB CBOC BN CN I I II II I I B i iC 82 A1030 A1045. 2 6 3 80 10 8

5、. 0 A1010 A10)65. 145. 2( 6 3 28 29 11 BC C E C II I I I 988. 0 180 80 29 30 3）U( (BR) )CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。极间反向击穿电压。 U( (BR) )EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。极间反向击穿电压。 U( (BR) )CBO U( (BR) )CEO U( (BR) )EBO U( (BR) )CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。极间反向击穿电压。 30 31 例例1：UCE= 6 V时，时， 在在 Q1 点点IB=4

6、0 A, IC=1.5mA； 在在 Q2 点点IB=60 A, IC=2.3mA。 537 040 51 B C . . . I I 40 040060 5132 B C . . I I 在以后的计算中，一般作近似处理在以后的计算中，一般作近似处理： = = 。 IB=0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 36 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V) 912 0 Q1 Q2 在在 Q1 点，有点，有 由由 Q1 和和Q2点，得点，得 上一页上一页下一页下一页返返 回回下一节下一节上一节上一节 31 32 （1）V1=3.5V， V2=2.8V， V3=12V。 例例2：

7、 测得工作在放大电路中几个晶体管三个极电位测得工作在放大电路中几个晶体管三个极电位 值值V1、V2、V3，判断管子的类型、材料及三个极。判断管子的类型、材料及三个极。 NPN型硅管型硅管，1、2、3依次为依次为B、E、C （2）V1=3V， V2=2.7V， V3=12V。 （3）V1=6V， V2=11.3V， V3=12V。 （4）V1=6V， V2=11.7V， V3=12V。 NPN型型鍺鍺管管，1、2、3依次为依次为B、E、C PNP型硅管型硅管，1、2、3依次为依次为C、B、E PNP型型鍺鍺管，管，1、2、3依次为依次为C、B、E 上一页上一页下一页下一页返返 回回下一节下一节上

8、一节上一节 32 33 基本放大电路一般是指由一个三极管与基本放大电路一般是指由一个三极管与 相应元件组成的相应元件组成的三种基本三种基本组态组态放大电路。放大电路。 1.1.放大电路主要用于放大微弱信号，输放大电路主要用于放大微弱信号，输 出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信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。号的能量得到了加强。 2.2.输出信号的能量实际上是由直流电源输出信号的能量实际上是由直流电源 提供的，只是经过三极管的控制，使之转换提供的，只是经过三极管的控制，使之转换 成信号能量，提供给负载。成信号能量，提供给负载。 放大的概念放大的概念 34 放大电路

9、的结构示意框图见图放大电路的结构示意框图见图06.0106.01。 图图06.01 放大概念示意图放大概念示意图 35 基本放大电路的放大作用基本放大电路的放大作用 36 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + uBE uCE iC iB iE 37 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + uBE uCE iC iB iE 4. 2 共发射极基共发射极基 本电路组成本电路组成 38 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + u

10、o + + uBE uCE iC iB iE 39 +UCC RS es RB RC C1 C2 T + + + RL ui + uo + + uBE uCE iC iB iE EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + uBE uCE iC iB iE 40 41 4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 4.3.2 图解分析法图解分析法 4.3.3 小信号模型分析法小信号模型分析法 静态工作情况分析静态工作情况分析 动态工作情况分析动态工作情况分析 BJT的小信号建模的小信号建模 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小

11、信号模型分析 4.3.1 直流通路与交流通路直流通路与交流通路 42 提出问题：提出问题： 2.如何用近似法、图解法求静态工作点？如何用近似法、图解法求静态工作点？ 1.直流通路、交流通路如何绘制？直流通路、交流通路如何绘制？ 3.如何用图解法判断输出信号失真类型？如何用图解法判断输出信号失真类型？ 43 符号规定符号规定 大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。 如：如： UA 小写字母、大写下标，表示全量。如：小写字母、大写下标，表示全量。如： uA 小写字母、小写下标，表示交流分量。如：小写字母、小写下标，表示交流分量。如： ua uA ua 全量全量 交流分量交

12、流分量 t UA直流分量直流分量 大写字母、小写下标，表示大写字母、小写下标，表示交流分量有效值交流分量有效值。 如：如： Ua 44 45 直流通路直流通路 ( IB 、 IC 、 UCE ) 对直流而言电容对直流而言电容 C 可看作开路（即将电容断开）可看作开路（即将电容断开） 断开断开 断开断开 +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB IE +UCC RS es RB RC C1 C2 T + + + RL ui + uo + + uBE uCE iC iB iE 46 RB RC ui uORL RS es + + + XC 0，C 可看作短路。可看作短路。 忽略

13、直流电源的内阻，电忽略直流电源的内阻，电 源的端电压恒定，直流电源的端电压恒定，直流电 源对交流可看作短路。源对交流可看作短路。 短路短路 短路短路 对地短路对地短路 +UCC RS es RB RC C1 C2 T + + + RL ui + uo + + uBE uCE iC iB iE 47 放大电路无信号输入（放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。）时的工作状态。 估算法、图解法。估算法、图解法。 各极电压电流的直流分量。各极电压电流的直流分量。 放大电路的直流通路。放大电路的直流通路。 静态工作点静态工作点Q：IB、IC、UCE 。 4.3.2 图解分析法图解分析法 48

14、（ UBE 0.7V) B BECC B R UU I 所所以以 B CC B R U I 根据电流放大作用根据电流放大作用 CEOBC III BB II +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 49 已知：已知：UCC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。 解：解： mAmA B CC B 040 300 12 . R U I mAmA BC 51040537. II VV CCCCCE 645112 . RIUU +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 50 EECCCECC RIRIUU EB BECC B ) 1(RR U

15、U I BC II EEBEBBCC RIURIU EBBEBB ) 1 (RIURI 由由KVL可得：可得： 由由KVL可得：可得： IE +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB RE EECCCCCE RIRIUU 由例由例1 1、例、例2 2可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算静态值的公静态值的公 式也不同。式也不同。 51 常常数数 B )( CEC I UfI UCE = UCC ICRC +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 52 UCE=VCCICRC 1.直流负载线直流负载线 VCC IC UCE C CC R V Q

16、IB 静态静态UCE 静态静态IC +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 2.由估算法求出由估算法求出IB，IB对应的输出特性对应的输出特性 与直流负载线的交点就是工作点与直流负载线的交点就是工作点Q 53 4、电路参数对静态工作点的影响、电路参数对静态工作点的影响 1. 改变改变 RB，其他参数不变，其他参数不变 uBE iB uCE iC VCC VBB VBB RB Q Q R B iB Q 趋近截止区；趋近截止区； R B iB Q 趋近饱和区。趋近饱和区。 2. 改变改变 RC ，其他参数不变，其他参数不变 RC Q 趋近饱和区。趋近饱和区。 iC uBE i

17、B uCE VCC UCEQ QQ ICQ VCC RC R I - U U , CCCCCE B CC B BC II R U I 54 设设 RB = 38 k ，图解法，图解法求求 VBB = 0 V、3 V 时的时的 iC、uCE。 解解 uCE/V iC/mA iB= 0 10 A 20 A 30 A 40 A 50 A 60 A 4 1 O 2 3 5 当当VBB= 0 V：IB 0， IC 0， 5 V UCE 5 V 当当VBB = 3 V： B BB B R UV I BE mA 0.06 0.3 UCE 0.3 V 0， IC 5 mA 例例 3 55 Rb RCRL ui

18、 uo ic uce 其中：其中： CLLRRR/ uce=-ic（RC/RL） = -ic RL 输出端接入负载输出端接入负载RL：不影响不影响Q 影响动态！影响动态！ 1）交流负载线 交流量交流量ic和和uce有如下关系：有如下关系： 这就是说，交流负载线的斜这就是说，交流负载线的斜 率为：率为： L R 1 5、 用图解法确定动态工作情况用图解法确定动态工作情况 56 IC UCE VCC C CC R V Q IB 交流负载线交流负载线 直流负载线直流负载线 斜斜 率为率为- -1/RL 。 （ RL= RLRc ） 经过经过Q点。点。 注意：注意： （1）交流负载线是有交流）交流负载

19、线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。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。）空载时，交流负载线与直流负载线重合。 交流负载线的作法：交流负载线的作法： 57 IB UBE Q IC UCE ui ib ibic 2）交流放大原理（设输出空载）交流放大原理（设输出空载） 假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号 ui 静态工作点静态工作点 uCE UCE与与Ui反相！反相！ 各点波形各点波形 ceCECE cCC bBB iBEbeBEBE uUu iIi iIi uUuUu 58 59 Q2 uo UCE

20、 Q uCE/V t t iC C/mA IC iC C/mA uCE/V O O O Q1 60 ui uo t iB B/ A iB B/ A uBE/V t uBE/V UBE OO O QQ uCE/V t iC C/mA uCE/V O O UCE 61 62 63 4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法 BJT的小信号建模的小信号建模 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小信号模型分析 H参数的引出参数的引出 H参数小信号模型参数小信号模型 模型的简化模型的简化 H参数的确定参数的确定 （意义、思路）（意义、思路） 利用直流通路求利用直流通路求Q点点 画小信号等效电

21、路画小信号等效电路 求放大电路动态指标求放大电路动态指标 64 建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义 建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管 小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三 极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分 析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性析非常困难

22、。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性 化处理，从而简化放大电路的分析和设计。化处理，从而简化放大电路的分析和设计。 一、一、 BJT的小信号建模的小信号建模 65 1. H参数的引出参数的引出 ),( CEBBE vifv 在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得 CE CE BE B B BE BE BCE dv v v di i v dv IV 用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce 对于对于BJT双口网络，我们已双口网络，我们已 经知道输入输出特性曲线如下：经知道输入输出特性曲线如下

23、： iB=f(vBE) vCE=const iC=f(vCE) iB=const 可以写成：可以写成：),( CEBC vifi CE CE C B B C BCE dv v i di i i di IVC vBE vCE iB c e b iC BJT双口网络双口网络 66 CE B BE ie V i v h 输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的输入电阻； 输出端交流短路时的正向电流传输比或电输出端交流短路时的正向电流传输比或电 流放大系数；流放大系数； 输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的反向电压传输比； 输入端交流开路时的输出电导。输入端交流开路时的输出电导。

24、 其中：其中： 四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H H参数）。参数）。 1. H参数的引出参数的引出 vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce CE B C fe V i i h B CE BE re I v v h B CE C oe I v i h 67 2. H参数小信号模型参数小信号模型 根据根据 可得小信号模型可得小信号模型 BJT的的H参数模型参数模型 hfeib ic vce ib vbehrevce hie hoe vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce vBE vCE

25、 iB c e b iC BJT双口网络双口网络 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H H参数与工作点有关，在放大区基本不变。参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。 68 3. 模型的简化模型的简化 hfeib ic vce ib vbehrevce hie hoe 即即 rbe= hie = hfe uT = hre rce= 1/hoe 一般采用习惯符号一般采用习惯符号 则则BJT的的H参数模型为参数模型为 ib ic vce ib v

26、beuT vce rbe rce uT很小，一般为很小，一般为10-3 10-4 ， rce很大，约为很大，约为100k 。故一故一 般可忽略它们的影响，得到般可忽略它们的影响，得到 简化电路简化电路 ib 是受控源是受控源 ，且为电流，且为电流 控制电流源控制电流源(CCCS)。 电流方向与电流方向与ib的方向是关联的方向是关联 的。的。 69 4. H参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出； rbe 与与Q点有关，可用图点有关，可用图 示仪测出。示仪测出。 一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ ) re 其中对于低频小功率管其中对于低频小功

27、率管 rb200 则则 )mA( )mV(26 )1(200 EQ be I r )mA( )mV( )mA( )mV( EQEQ T e II V r 26 而而 (T=300K) 70 二、二、 用用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路参数小信号模型分析共射极基本放大电路 共射极放大电路共射极放大电路 1. 利用直流通路求利用直流通路求Q点点 b BECC B R VV I 一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V， 已知已知。 BC II cCCCCE RIVV 71 b I c I b I b I c I b I 2. 画出小信号等效电路画出小信号等效电路 Rb

28、b I c I b I vi Rb i V b I c I O V b I Rb vi Rci V b I c I O V b I 共射极放大电路共射极放大电路 ic vce + - 交流通路交流通路 Rb vi RcRL i V b I c I O V b I H参数小信号等效电路参数小信号等效电路 72 3. 求电压增益求电压增益 根据根据 Rb vi RcRL i V b I c I O V b I bebi rIV bc II )/( LccO RRIV 则电压增益为则电压增益为 be Lc beb Lcb beb Lcc i O )/()/( )/( r RR rI RRI rI R

29、RI V V AV （可作为公式）（可作为公式） 73 4. 求输入电阻求输入电阻 RbRcRL i V b I c I O V b I Ri i I beb i i i /rR I V R 5. 求输出电阻求输出电阻 RbRcRL i V b I c I O V b I Ro 令令0 i V 0 b I 0 b I Ro = Rc 所以所以 74 1. 电路如图所示。电路如图所示。试画出试画出 其小信号等效模型电路。其小信号等效模型电路。 -VCC Rc RL Re Rb2 Rb1 Cb2 Cb1 + - vo + - vi + + c e b b I b I rbe e bc b I b

30、I Re rbe e bc b I i I i V b I Rb2 Re rbe + - e bc b I i I i V b I Rb1 Rb2 Re rbe + - e bc b I i I i V b I Rb1 Rb2 Rc Re rbe + - e bc b I i I i V b I o V Rb1 Rb2 Rc Re RL rbe + - + - e bc 解：解： 例例1 75 解解（1）求）求Q点，作直流通路点，作直流通路 VRIVU mAII uA KR UV I 42412 4)40(100 40 300 )7 . 0(12 cCCCCE BC b BECC B （1 1

31、）试求该电路的静态工作点；试求该电路的静态工作点； （2 2）画出简化的小信号等效电路；）画出简化的小信号等效电路； （3 3）求该电路的电压增益）求该电路的电压增益A AV V， 输出电阻输出电阻R Ro o、输入电阻输入电阻R Ri i。 例例2 2如图，已知如图，已知BJTBJT的的=100=100，U UBE BE=-0.7V =-0.7V。 I IB B I IC C U UCE CE 76 2. 画出小信号等效电路画出小信号等效电路 3. 求电压增益求电压增益 )mA( )mV(26 )1(200 EQ be I r 200+（1+100）26/4 =865欧欧 Rb vi RcR

32、L i V b I c I O V b I U Ui i U Uo o 6 .155 )/()/( )/( be Lc beb Lcb beb Lcc i O r RR rI RRI rI RRI U U A V 77 4. 求输入电阻求输入电阻 5. 求输出电阻 Ro = Rc = 2K RbRcRL i V b I c I O V b I Ri i I U Ui i U Uo o 865 / beb i i i rR I U R 78 例例 3: = 100，uS = 10sin t (mV)，求，求叠加在叠加在 “Q” 点上的各交流量。点上的各交流量。 2.7 k 470 k 3.6 k

33、 12 V 12 V 510 79 解解 令令 ui = 0，求静态电流，求静态电流 IBQ 求求“Q”，计算，计算 rbe mA)( 024. 0 470 7 . 012 BQ I EQ be 26 )1(200 I r ICQ = IBQ = 2.4 mA UCEQ = 12 2.4 2.7 = 5.5 (V) )( 2831 024. 0 26 200 80 uce 交流通路交流通路+ uo + iB iC RB VCC VBB RC RL C1 C2 uS + + RS + uCE + uBE ube 小信号等效小信号等效 + uo + RB RL RS rbe E ib ic ic

34、BC us RC + ube 81 分析各极交流量分析各极交流量 be BS be BS be / )/( rRR rRu u )A( sin5 . 5 be be b t r u i )mA( sin55. 0 b c tii oce uu cCL (/ /)0.85sin (V)i RRt 分析各极总电量分析各极总电量 uBE = (0.7 + 0.0072sin t )V iB = (24 + 5.5sin t) A iC = ( 2.4 + 0.55sin t ) mA uCE = ( 5.5 0.85sin t ) V )mV( sin2 . 7t 82 小信号模型小信号模型等效电路

35、法的步骤等效电路法的步骤： 1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电路首先利用图解法或近似估算法确定放大电路 的静态工作点的静态工作点 Q 。 2. 求出静态工作点处的微变等效电路参数求出静态工作点处的微变等效电路参数 和和 rbe 。 3. 画出放大电路的微变等效电路。可先画出三画出放大电路的微变等效电路。可先画出三 极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交 流通路。流通路。 4. 列出电路方程并求解。列出电路方程并求解。 83 4.4 放大电路静态工作点的稳定问放大电路静态工作点的稳定问 题题 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响 温度

36、变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响 温度变化对温度变化对 的影响的影响 稳定工作点原理稳定工作点原理 放大电路指标分析放大电路指标分析 固定偏流电路与射极偏置电路的比较 4.4.1 温度对工作点的影响温度对工作点的影响 4.4.2 射极偏置电路射极偏置电路 84 Q vCE/V iC/mA iB =0 IB Q1 4.4.1 温度对工作点的影响温度对工作点的影响 1. 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响 2. 温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响 温度温度T 输出特性曲线上移输出特性曲线上移 )( )C25CBO(CBO 0 0 TTk T eII

37、V102 . 2)( 3 0)C25BE(BE 0 TTVV T 温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移 3. 温度变化对温度变化对 的影响的影响 温度每升高温度每升高1 C ， 要增加要增加0.5% 1.0% 温度温度T 输出特性曲线族间距增大输出特性曲线族间距增大 Q vCE/V iC/mA iB =0 IB Q1 总之：总之： ICBO ICEO T VBE IB IC 85 86 4.4.2 射极偏置电路射极偏置电路 1. 稳定工作点原理稳定工作点原理 目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使I IC C维持恒定。维持恒定。 如果温度变化时，如果温度变化时，b b点电位能基点电位

38、能基 本不变本不变，则可实现静态工作点的稳，则可实现静态工作点的稳 定。定。 T 稳定原理：稳定原理： IC IE IC VE 、VB不变不变 VBE IB （反馈控制）（反馈控制） b点电位基本不变的条件：点电位基本不变的条件： I1 IB ， CC b2b1 b2 B V RR R V 此时，此时， 不随温度变化而变化。不随温度变化而变化。 VB VBE 且且Re可取可取 大些，反馈控制作用更强。大些，反馈控制作用更强。 一般取一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 87 2. 放大电路指标分析放大电路指标分析 静态工作点静态工作点 CC b2b1 b2 B V RR R V

39、 e BEB EC R VV II )( ecCCCeEcCCCCE RRIVRIRIVV C B I I 88 2. 放大电路指标分析放大电路指标分析 电压增益电压增益 输出回路：输出回路： )/( Lcbo RRIV 输入回路：输入回路： ebbebeebebi )1(RIrIRIrIV 电压增益：电压增益： ebe Lc ebeb Lcb i o V )1( )/( )1( )/( Rr RR RrI RRI V V A 画小信号等效电路画小信号等效电路 确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbe be )mA( )mV(26 )1(200 EQ be I r 增益增益 89

40、2. 放大电路指标分析放大电路指标分析 输入电阻输入电阻 )1(/ ebeb2b1 T T i RrRR I V R bRT b III ebbebeebebT )1(RIrIRIrIV )/( b2b1RT b RRIV 根据定义根据定义 由电路列出方程由电路列出方程 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 T T i I V R 90 2. 放大电路指标分析放大电路指标分析 输出电阻输出电阻 输出电阻输出电阻 oco / RRR 求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零网络内独立源置零 负载开路负载开路 输出端口加测

41、试电压输出端口加测试电压 对回路对回路1和和2列列KVL方程方程 r rce ce对分析过程影响很大，此处不能忽略 对分析过程影响很大，此处不能忽略 0)()( ecbsbeb RIIRrI 0)()( ebccebcT RIIrIIV 其中其中 b2b1ss /RRRR 则则)1( esbe e ce c T o RRr R r I V R 当当 co RR 时，时， co RR 一般一般 cceo RrR （） 91 3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 共射极放大电路共射极放大电路 静态：静态： b BECC B R VV I BC II cCCCCE

42、RIVV CC b2b1 b2 B V RR R V e BEB EC R VV II )( ecCCCCE RRIVV C B I I 92 3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路 电压增益：电压增益： be Lc )/( r RR A V ebe Lc V )1( )/( Rr RR A Rb vi RcRLi V b I c I O V b I 固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路 输入电阻：输入电阻： beb i i i /rR I V R ebeb2b1i )1(/RrRRR 输出电阻：输出电阻：

43、Ro = Rc co RR 93 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路 电路分析电路分析 复合管复合管 静态工作点静态工作点 动态指标动态指标 三种组态的比较三种组态的比较 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路 4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路 94 4.5.1 共集电极电路共集电极电路 1. 电路分析电路分析 共集电极电路共集电极电路 结构如图示结构如图示 该电路也称为该电路也称为 射极输出器射极输出器 求静态工作点求静态工作点 eb BECC B )1(RR VV I eCCCeECCCE RIVRIVV BC II eEBEbBCC R

44、IVRIV BE )1(II 由由 得得 95 电压增益电压增益 输出回路：输出回路： 输入回路：输入回路： LbbebLbbbebi )1( )(RIrIRIIrIV 电压增益：电压增益： 1 )1( )1( )1( )1( Lbe L Lbe L Lbeb Lb i o V Rr R Rr R RrI RI V V A 画小信号等效电路画小信号等效电路 确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbe be )mA( )mV(26 )1(200 EQ be I r 增益增益 1. 电路分析电路分析 其中其中 LeL / RRR LbLbbo )1()(RIRIIV 一般一般 beL r

45、R ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，1 V A 即即同同相相与与 io VV 电压跟随器电压跟随器 96 输入电阻输入电阻 )1(/ Lbeb T T i RrR I V R bRT b III LbbebT )1(RIrIV bRT b RIV 根据定义根据定义 由电路列出方程由电路列出方程 则输入电阻则输入电阻 T T i I V R LeL / RRR 当当 beL rR 1 ，时，时， Lbi /RRR 1. 电路分析电路分析 输入电阻大输入电阻大 输出电阻输出电阻 由电路列出方程由电路列出方程 e RbbT IIII )( sbebT RrIV eRT e RIV 其中其

46、中 bss / RRR 则则输出电阻输出电阻 1 / bes e T T o rR R I V R 当当 1 bes e rR R， 1 时，时， bes o rR R 输出电阻小输出电阻小 共集电极电路特点：共集电极电路特点： 同同相相与与 io VV 电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强 97 2. 复合管复合管 作用：提高电流放大系数，增大电阻作用：提高电流放大系数，增大电阻r rbe be 复合管也称为复合管也称为达林顿管达林顿管 98 4.5.2 共基极电

47、路共基极电路 1. 静态工作点静态工作点 直流通路与射极直流通路与射极 偏置电路相同偏置电路相同 CC b2b1 b2 B V RR R V e BEB EC R VV II )( ecCCCeEcCCCCE RRIVRIRIVV C B I I 99 2. 动态指标动态指标 电压增益电压增益 输出回路：输出回路： 输入回路：输入回路： bebi rIV 电压增益：电压增益： be L beb Lb i o V r R rI RI V V A LbLco RIRIV LcL / RRR 100 2. 动态指标动态指标 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻 1)(1 be b beb e i eb

48、i r I rI I V rR 11 / bebe eebe i i i rr RrR I V R co RR 101 三种基本组态的比较三种基本组态的比较 大大( (数值同共射数值同共射 电路，但同相电路，但同相) ) 小小( (小于、近于小于、近于 1 ) )大大( (十几十几 一几百一几百) ) 小小 大大 ( (几十几十 一百以上一百以上) ) 大大 ( (几十几十 一百以上一百以上) ) 电电 路路 组态组态 性能性能 共共 射射 组组 态态共共 集集 组组 态态共共 基基 组组 态态 C1C2 O U VCC Rb2 Rb1 + + + + + _ Re Cb RL i U C1

49、Rb +VCC C2 RL + Re + + i U O U C1 Rb +VCC C2 RL + + + + i U O U Rc i A u A )1( be L r R ebe e )1( )1( Rr R be L r R 102 三种基本组态的比较三种基本组态的比较 频率频率 响应响应 大大 ( (几百千欧几百千欧 几兆几兆 欧欧) ) 小小 ( (几欧几欧 几十欧几十欧) ) 中中 ( (几十千欧几十千欧几百千几百千 欧欧) ) rce 小小 ( (几欧几欧 几十欧几十欧) ) 大大 ( (几十千欧以上几十千欧以上) ) 中中 (几百欧几百欧几千欧几千欧) rbe 组态组态 性能性

50、能 共共 射射 组组 态态 共共 集集 组组 态态共共 基基 组组 态态 i R o R 1 sbe Rr ce )1(r 1 be r ebe )1(Rr 差差较好较好好好 103 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 2k ，晶体管，晶体管=60， UBE=0.6V, 信号源内阻信号源内阻RS= 100， 试求试求: : (1) 静态工作点静态工作点 IB、IE 及及 UCE； 画出微变等效电路；画出微变等效电路； (3) Au、ri 和和 ro 。 RB +UCC C1 C2 RRL ui + uo + + + es +

51、 RS 104 +UCC RB R + UCE + UBE I IB IC RB +UCC C1 C2 RRL ui + uo + + + es + RS 105 mA035. 0mA 260)(1200 7 . 012 ) (1 EB BECC B RR UU I mA14. 2 0.035mA60)(1 )(1 BE II V727 V142212 EECCCE . . RIUU +UCC RB R + UCE + UBE I IB IC 106 3 .17 60 10094. 0 Sbe o Rr r k94. 0 24. 1 26 61200 26 ) (1200 E be I r L

52、beBi ) 1 (/RrRr k7 .41 Lbe L ) 1( )(1 Rr R Au 98.0 rbe RB RL E B C + + - - + + - - + + - - RS i U b I c I o U b I S E e I RE 107 例例 2: =120，RB = 300 k ，r bb= 200 ， UBEQ = 0.7 V, RE = RL = Rs = 1 k ，VCC = 12V。 求：求：“Q ”，Au，Ri，Ro。 IBQ IEQ + C1 RS + ui RE RB+VCC C2 RL + + uo + us 解解 1) )求求 “Q” IBQ = (VC

53、C UBE) / RB + (1+ ) RE = (12 0.7) / 300 +121 1 27 ( A) IEQ I BQ = 3.2 (mA) UCEQ = VCC ICQ RE = 12 3.2 1 = 8.8 (V) 108 2) ) 求求 Au，Ri，Ro rbe = 200 + 26 / 0.027 1.18 (k ) 98. 0 )1( )1( Lbe L Rr R Au Ri = 300/(1.18 121) = 51.2 (k ) )( 18 1 )( / Sbe Eo Rr RR RL = 1 / 1 = 0.4 (k ) 109 阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发

54、射极旁路电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。相位都将发生变化。 )()( ffAA uu Au( f ) 幅频特性幅频特性 ( f ) 相频特性相频特性 110 f |Au | 0.707| Auo | fLfH | Auo | 幅频特性幅频特性 f 270 180 90 相频特性相频特性 111 1、RC 低通电路的频率响应低通电路的频率响应 1）

55、. 频率特性的描述频率特性的描述 R Co U i U j1 1 j/1 j/1 i o RCCR C U U A u H j1 1 f f 令令 1/RC = H 则则 fH = 1/2 RC 112 )/(1 1 2 H ff Au H arctan f/f 滞后滞后 90 0 H ；时时， u Aff 0 1 , 0 ；时时 u Af 45 0.707 2 1 H ；时时， u Aff f O |Au | 1 0.707 O 45 90 fH f 幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 H j1 1 f f A U 113 2）. 频率响应的波特图频率响应的波特图 f / fH 0 20lg

56、|Au |/dB 20 0 45 90 fH 40 0.1 1 10 100 0.1 1 10 f / fH 频率特性频率特性 波特图波特图 90 f 0 |Au | 1 0.70 7 0 45 fH f 0 dB 20 dB/十倍频十倍频 45 /十倍频十倍频 f f ff Aff H H u 2 H )/(1 1 时时， 1 )/(1 1 2 H H u ff Aff 时时， 0dB20lg1 lg20 u A )dB( f f 20lg lg20 H u A 114 2、RC 高通电路的频率响应高通电路的频率响应 RCCR R U U A u 1/j1 1 j/1 i o f fL j1

57、 1 令令 1/RC = L 则则 fL = 1/2 RC 超前超前f/f arctan L )/(1 1 2 L ff Au f 10 fL 20lg|Au| = 0 dB 0 f = fL 20lg|Au| = 20lg0.7071 = 3 dB 45 f 0.1 fL20lg|Au| = 20lg f / fH 90 R C o U i U 115 例例求已知一阶低通电路的上限截止频率。求已知一阶低通电路的上限截止频率。 0.01 F 1 k 1 k 1/1 k 0.01 F RC f 2 1 H F01. 0k5 . 014. 32 1 kHz)(8 .31 例例已知一阶高通电路的已知

58、一阶高通电路的 fL = 300 Hz，求电容，求电容 C。 500 C 2 k Rf C L 2 1 2500Hz30014. 32 1 F)(212. 0 戴维宁定理等效戴维宁定理等效 116 i U b I c I o U b I S E rbe RB RCRL E B C + + - - + + - - + + - - RS be U + + - - 二、二、 单级放大电路的频率特性单级放大电路的频率特性 117 +VCC RC C1 C2 V RL + + RB1 RB2 RS US 1. 中频特性中频特性 C1、C2 可视为短路可视为短路 极间电容可视为开路极间电容可视为开路 s0

59、 sbe L s uu A Rr R A 180 118 o U be U i U 119 b I S R S U be r C R L R 1 C 2 C B R c I b I S U S R be r C R L R 1 C 2 Cb I C RIb o I i U o U 2 L s0 s )/ (1 ff A A u u )/(arctan180 L ff ),(max L2 L1 L fff : 频率降低频率降低, Aus 随之减小随之减小, 输出比输入电压输出比输入电压 相位超前。相位超前。 )(2 1 1beS 1L ； CrR f 2L L2 )(2 1 CRR f C R

60、B rbe ff A A u u /j1 L s0 s 120 o U i U b I c I o U b I S E rbe RB RCRL E B C + + - - + + - - + + - - RS Co 2、单级放大器的高频性单级放大器的高频性 121 因因 值随频值随频 率升高而降率升高而降 低，高频下低，高频下 不能采用不能采用 H 参数等效电参数等效电 路。路。 1）. 晶体三极管的混合晶体三极管的混合 型等效电路型等效电路 B E B C rbb rb e rb c Cb c Cb e Cb e ：不恒定，不恒定， 与工作状态有关与工作状态有关 Cb c ：几几 pF，限制