第5章晶体三极管及其基本放大电路

1、2021-10-15电路与模拟电子技术基础1第第5 5章章 晶体三级管及其晶体三级管及其放大电路放大电路2021-10-15电路与模拟电子技术基础2 BJT：Bipolar Junction Transistor双极型晶体管晶体管（晶体三极管、半导体三极管三极管）双极型双极型器件两种两种载流子（多子、少子）2021-10-15电路与模拟电子技术基础3几种常见晶体管的外形 2021-10-15电路与模拟电子技术基础45.1.1 晶体管的结构及其类型晶体管的结构及其类型ecb发射极发射极基极基极集电极集电极发射结发射结集电结集电结基区基区发射区发射区集电区集电区NPNcbeNPN(a) NPN管的

2、管的原理结构原理结构示意图示意图(b) 电路符号电路符号（base） （collector ）（emitter）符号中发射极上的符号中发射极上的箭箭头方向，头方向，表示表示发射结发射结正偏时电流的流向。正偏时电流的流向。2021-10-15电路与模拟电子技术基础5晶体管的结构2021-10-15电路与模拟电子技术基础6PNPcbe(b) 电路符号电路符号(a) PNP型三极管的型三极管的原理结构原理结构符号中发射极上的符号中发射极上的箭箭头方向，头方向，表示表示发射结发射结正偏时电流的流向。正偏时电流的流向。2021-10-15电路与模拟电子技术基础7P集电极基极发射极集电结发射结发射区集电区

3、(a)NPNcebPNPcebb基区ec(b)N衬底N型外延PNcebSiO2绝缘层集电结基区发射区发射结集电区(c)NN图图2-3 平面管结构剖面图平面管结构剖面图结构特点结构特点1、三区两结、三区两结2、基区很、基区很薄薄3、e区区重重掺杂掺杂 c区区轻轻掺杂掺杂 b区掺杂区掺杂最轻最轻4、集电区集电区的的面积面积则比发射区做得则比发射区做得大大，这是，这是三极管实现电流放大的内部条件。三极管实现电流放大的内部条件。2021-10-15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晶体管的电流分配与放大作用 （以（以NPNNPN管为例）管为例）一、放大状态下晶体管中载流子的

4、运动一、放大状态下晶体管中载流子的运动BJT BJT 处于放大状态的条件：处于放大状态的条件：内部条件：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：外部条件：发射结正偏集电结反偏2021-10-15电路与模拟电子技术基础9NPN型晶体管的电流关系 2021-10-15电路与模拟电子技术基础10外加偏置电压要求外加偏置电压要求 对对 NPN管管UC UB UE UC UEUB对对 PNP管管 要求要求 UC UB UE UC UEUB2021-10-15电路与模拟电子技术基础11IE的形成U UBBBB使发射结正偏使发射结正偏发射区电子向基区运动，发

5、射区电子向基区运动， 形成电流形成电流I IENEN，方向，方向bebe 基区空穴向发射区运动，基区空穴向发射区运动， 形成电流形成电流I IEPEP，方向，方向bebeI IE E=I=IENEN+I+IEPEP，方向流出方向流出e e 发射区重掺杂电子较多，基区轻掺杂空穴较少，发射区重掺杂电子较多，基区轻掺杂空穴较少，I IENENI IEPEPIIE EIIENENcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN2021-10-15电路与模拟电子技术基础12IB的形成发射区运动基区的发射区运动基区的电子与空穴复合，电子与空穴复合，形成电流形成电流I IB

6、NBN，方向，方向bebeU UCCCCUBBBB，集电结反偏集电结反偏基区与集电区形成反向饱和电流基区与集电区形成反向饱和电流I ICBOCBO，方，方向向cbcbIIB B=I=IBNBN-I-ICBOCBOIBN，方向流出，方向流出b b cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN2021-10-15电路与模拟电子技术基础13IC的形成集电结反偏集电结反偏发射区运动到基区发射区运动到基区的电子继续向集电区的电子继续向集电区运动，形成电流运动，形成电流I ICNCN，方向方向cbcb；集电区与基区形成反向饱和电流集电区与基区形成反向饱和电流I ICB

7、OCBO，方向，方向cbcb，很小，很小IIC C=I=ICNCN+I+ICBOCBOICN，方向流进方向流进ccICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN2021-10-15电路与模拟电子技术基础141、发射区向基区注注入自由电子入自由电子( (扩散扩散运动运动) )为主。2、电子在基区中复复合合和继续扩散继续扩散。3、集电区收集非平非平衡电子（漂移运衡电子（漂移运动）动）。cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN载流子传输步骤载流子传输步骤2021-10-15电路与模拟电子技术基础15二、电流分配关系二、电流分

8、配关系CNBNENEIIIICBOBNBIIICBOCNCIIICBEIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN2021-10-15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：电流控制电流控制（基极电流控制集电极电流）电流放大电流放大（放大的比例关系一定）ceIENPNIBbIBNIENICNICBOIC2021-10-15电路与模拟电子技术基础17共基极直流电流放大系数ECECBOCENCNIIIIIII一般99. 097. 0共射极直流电流放大系数BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII一般200201 1、直流电流放大系数

9、、直流电流放大系数2021-10-15电路与模拟电子技术基础18两者关系：两者关系：1EEECNECNBNCNIIIIIIII1)1 (CNCNECNENCNIIIIII2021-10-15电路与模拟电子技术基础19cICEOeNPNIBRCUCCICBO15VbIBNIENICN= 02 2、I IC C、I IB B、I IE E三者关系三者关系CBOBNCBOCNCIIIIICBOCBOBIII)(CBOBII)1 (CEOBII 同理CEOBEIII)1 (式中：CBOCEOII)1 (称为穿透电流。2021-10-15电路与模拟电子技术基础20若忽略ICBO，则BCIIBEII)1(

10、ECIIEBII)1(CBEIII2021-10-15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 2021-10-15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下面以共射极电路为测试电路AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE2021-10-15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极输入特性曲线共射组态晶体共射组态晶体管的输入特性：管的输入特性：常数CEuB

11、EBufi)(AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE 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。2021-10-15电路与模拟电子技术基础24iB/AuBE/V060900.50.70.930UCE0 UCE1cICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC12021-10-15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。常数BiCECufi2021-10-1

12、5电路与模拟电子技术基础26uCE/ V5101501234iC/ mAIcCeIENPNIBRCUCCUBBRBbIEPIC1IBNIENICN2021-10-15电路与模拟电子技术基础27uCE/ V5101501234iC/ mA10 A 饱饱和和区区放放大大区区集电结零偏集电结零偏临界饱和点临界饱和点cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO2021-10-15电路与模拟电子技术基础28uCE/ V5101501234iC/ mAIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNIC

13、BO当当 IB=0时时, CBOCBOCBOBNCBOCNCBOCIIIIIIII12021-10-15电路与模拟电子技术基础29uCE/ V5101501234饱饱和和区区BIi CBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNIC12021-10-15电路与模拟电子技术基础30共射输出特性曲线共射输出特性曲线uCE/ V5101501234饱饱和和区区截止区截止区放放大大区区iC/ mAIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A uCEuBEcICeIENPNIBRCU

14、CCUBBRBICBO15VbICNIEBOBIi CBO2021-10-15电路与模拟电子技术基础31 共射输出特性曲线2021-10-15电路与模拟电子技术基础32一、放大区一、放大区发射结正向偏置，发射结正向偏置， 集电结反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饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 常数CEuBCII在数值上近似等于在数值上近似等于 问题：问题：特性图中特性图中=？=1002021-10-15电路与模拟电子技术基础332

15、、uCE 变化时, iC 影响很小（恒恒流特性流特性）uCE/ V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 即即： iC 仅决定于iB ，与输出环路的外电路无关。 放大区放大区2021-10-15电路与模拟电子技术基础34二、饱和区二、饱和区发射结和集电发射结和集电结均正向偏置结均正向偏置uCE/ V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 临界饱和：临界饱和：uCE=uBE，uCB=0(集电

16、结零偏集电结零偏)2021-10-15电路与模拟电子技术基础35uCE/V5101501234饱和区截止区IB40A30A20A10A0AiBICBO放大区iC/mAuCEuBEIcCeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC1饱和区饱和区（1） iB一定时，一定时，iC比放大时要小比放大时要小 三极管的电流放大能力下降，通常有iCiB（2）uCE 一定时一定时iB增大，增大，iC基本不变基本不变图2-6 饱和区载流子运动情况2021-10-15电路与模拟电子技术基础36饱和压降饱和压降U UCE(sat)CE(sat)：饱和时，集电极和发射饱和时，集电极和发射极之间的

17、电压极之间的电压 UCE(sat) = 0.3V （小功率（小功率Si管）管） ； UCE(sat) = 0.1V（小功率（小功率Ge管）管） 。uCE/V5101501234饱和区截止区IB40A30A20A10A0AiBICBO放大区iC/mAuCEuBE（3）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管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类似于一个开关“导通导通”。饱和区饱和区2021-10-15电路与模拟电子技术基础37三、截止区三、截止区发射结和集电结发射结和集电结均反向偏置均反向偏置uCE/V5101501234饱和区截止区IB40A30A20A10A0AiBICBO放大

18、区iC/mAuCEuBEiB =-iCBO （此时（此时iE =0 ）以下称为截止区。）以下称为截止区。 工程上认为：工程上认为：iB =0 以下即为截止区。以下即为截止区。2021-10-15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若不计穿透电流ICEO，有有iB、iC近似为近似为0；三个电极的电流都很三个电极的电流都很小，三极管类似于一小，三极管类似于一个开关个开关“断开断开”。截止区截止区2021-10-15电路与模拟电子技术基础39四、击穿区四、击穿区 当uCE足够大时，晶体管会发生反向击穿

19、，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。2021-10-15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极输入特性曲线共射组态晶体共射组态晶体管的输入特性：管的输入特性：常数CEuBEBufi)(AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE 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。2021-10-15电路与模拟电子技术基础41iB/AuBE/V060900.50.70.930UCE0 UCE1cICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbI

20、BNIEPIENICNC12021-10-15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。iB/AuBE/V060900.50.70.930UCE0 UCE1（2）0 uCE 1 时，随着 uCE 增加，曲线右移，特别在 0uCE1 时，曲线近似重合。输入特性输入特性2021-10-15电路与模拟电子技术基础435.1.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1、共射直流放大倍数2、共射交流放大倍数BCIIBCii由于由于ICBO、ICEO 很小，因此很小，因此常认为：常认为：2021-10-15电路与模

21、拟电子技术基础44二、极间反向电流二、极间反向电流ICBOcICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO集电极基极间的反向饱和电流2021-10-15电路与模拟电子技术基础45集电极发射极间的穿透电流 CBOCEOII 1ICEOcICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO2021-10-15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IEBOcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbICNIEBO2021-10-15电路与模拟电子技术基础47三、极限参数三、极限参数 1 1、反向击穿电压、反向击穿电压U(B

22、R)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 ICM时，虽然管子不致于损坏，但值已经明显减小。2021-10-15电路与模拟电子技术基础493 3、集电极最大允许耗散功率、集电极最大允许耗散功率P PCMCM 晶体管的安全工作区 uCE工作区iC0安全ICMU(BR)CEOPCM功耗线PCM =iCuCE2021-10-15电路与模拟电子技术基础505.2 放大电路的组成和放大原放大电路的组成和放大原 5.2.1 放大电路概述放大电路

23、概述2021-10-15电路与模拟电子技术基础515.2.2. 基本共射极放大电路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2021-10-15电路与模拟电子技术基础52 静止状态（静态）静止状态（静态）：u ui i=0=0时时电路中各处的电压、电流都是不变的直流。电路中各处的电压、电流都是不变的直流。若UBB和和UCC能使T的发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏三极管工作在放大状态三极管工作在放大状态，则：0iuBBEBBBRUUIBCIICCCCCERIUU2

24、021-10-15电路与模拟电子技术基础53当 时ib含有交流分量含有交流分量BCIICCCCCERIUU0iuic也有交流分量也有交流分量 uce产生变化产生变化 uO变化变化uO与与ui相比相比： uO幅度幅度 ui幅度幅度 波形形状相同波形形状相同2021-10-15电路与模拟电子技术基础54电压、电流等符号的规定电压、电流等符号的规定直流量：直流量： 大写字母+大写下标，如IB交流量：交流量： 小写字母+小写下标，如ib交流量有效值：交流量有效值： 大写字母+小写下标，如Ib瞬时值（直流分量和交流分量之和）：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+

25、 ib2021-10-15电路与模拟电子技术基础55uBEube叠加量叠加量交流分量交流分量tUBE直流分量直流分量 2021-10-15电路与模拟电子技术基础56 重要：静态工作点的作用重要：静态工作点的作用静态工作点静态工作点Q Q（QuiescentQuiescent）：）：静态时，晶体管的IB、IC、UBE和UCE 记作：IBQ、ICQ、UBEQ和UCEQBBEQBBBQRUUIBQCQIICCQCCCEQRIUU2021-10-15电路与模拟电子技术基础57 静态时（静态时（ui=0）：）：UBB=0UBEQ=0发射结不能导通；发射结不能导通；UBB=0 IB=0IC=IB=0 UC

26、UB 集电结反偏；集电结反偏；三极管三极管T工作在截止区工作在截止区为什么要设计静态工作点？为什么要设计静态工作点？2021-10-15电路与模拟电子技术基础58 动态时（动态时（ui0） ：ui UBE（ON） 发射结无法正偏发射结无法正偏三极管一直在截止区三极管一直在截止区 uo= UCE = UCC即使即使 u ui i U UBEBE（ONON）， 输出仍然严重失真。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。放大状态，输出信号才不会产生失真。2021-10-15电路与模拟电子技术基础59静态工作点的

27、作用：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中的三极管正常工作 ，保证放大电路输出不产生失真。保证放大电路输出不产生失真。放大电路的基本要求：放大电路的基本要求：输出不失真输出不失真输出能够放大输出能够放大 2021-10-15电路与模拟电子技术基础60 晶体管放大电路的放大原理晶体管放大电路的放大原理当ui0iB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=ICQ+ibuCE=UCEQ+uceuo=uce ic uCE ic uCE方向和方向和ic相反相反2021-10-15电路与模拟电子技术基础612021-10-15电路与模拟电子技术基础62结结 论论 设置合适的静态工作点，

28、让交流信号承载在直流分量之上，保证晶体管在输入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，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。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，并依靠依靠RC将将电流的变化转化成电压的变化来实现的。电流的变化转化成电压的变化来实现的。2021-10-15电路与模拟电子技术基础63 基本放大电路的组成原则基本放大电路的组成原则RCVRBUCCuoC2RLuiC1UCC：直流电源直流电源RB：基极偏置电阻基极偏置电阻RC：集电极偏置电阻集电极偏置电阻RL：负载电阻负载电阻Ui：正弦

29、信号源电压正弦信号源电压及内阻及内阻C1、C2 ：耦合电容耦合电容2021-10-15电路与模拟电子技术基础64组成放大电路必须组成放大电路必须遵守的原则遵守的原则设置合适的静态工作点，使三极管偏置设置合适的静态工作点，使三极管偏置于于放大状态放大状态。输入信号能够作用于的输入回路输入信号能够作用于的输入回路(基极基极-发射极回路发射极回路)。必须设置合理的信号通路。必须设置合理的信号通路。2021-10-15电路与模拟电子技术基础65（1）直流偏置使放大）直流偏置使放大器工作在放大区。器工作在放大区。（2）当静态工作点设置）当静态工作点设置在放大区后，就要叠加在放大区后，就要叠加需要放大的交

30、流小信号需要放大的交流小信号US，为了使电路的静态，为了使电路的静态工作点不至于不发生漂工作点不至于不发生漂移。必须选择合理的叠移。必须选择合理的叠加方式。该图采用加方式。该图采用阻容阻容耦合连接方式耦合连接方式。RCVRBUCCUoC2RLUsRsUiC12021-10-15电路与模拟电子技术基础66 直接耦合直接耦合：电路中信电路中信号源与放大电路，放号源与放大电路，放大电路与负载电阻均大电路与负载电阻均直接直接相连相连。RCVRBUCCuoRLui 直接耦合共射放大电路 阻容耦合阻容耦合：电路中信电路中信号源与放大电路，放号源与放大电路，放大电路与负载电阻均大电路与负载电阻均通过通过电容

31、电容相连。相连。RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 2021-10-15电路与模拟电子技术基础67电容电容C1、C2（一般几微法到几十微法）（一般几微法到几十微法）： 隔离直流隔离直流 通过交流通过交流RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 作用：作用：静态工作点与信静态工作点与信号源内阻和负号源内阻和负载电阻无关，载电阻无关，且不受输入交且不受输入交流信号的影响。流信号的影响。2021-10-15电路与模拟电子技术基础68RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 （3）选择合适的电容）选择合适的电容C1、C2使其电容阻抗对使其电容

32、阻抗对交流信号近似短路，这交流信号近似短路，这样交流信号可以毫无损样交流信号可以毫无损耗的送入输入端。而电耗的送入输入端。而电容对直流信号而言，又容对直流信号而言，又近似开路，因此交流信近似开路，因此交流信号的加入号的加入不会影响直流不会影响直流工作工作点。点。2021-10-15电路与模拟电子技术基础69补：补： 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 直流通路：直流通路：直流电源作用下直流电流流直流电源作用下直流电流流经的道路经的道路 画直流通路的原则画直流通路的原则C C开路开路L L短路短路输入信号为输入信号为0 0（保留内阻）（保留内阻）RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共

33、射放大电路 2021-10-15电路与模拟电子技术基础70RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 RBUCCRC (a)直流通路直流通路直流通路直流通路2021-10-15电路与模拟电子技术基础71 交流通路：交流通路：只考虑交流信号的分电路只考虑交流信号的分电路 画交流通路的原则画交流通路的原则C C短路短路直流电源对地短路直流电源对地短路（恒压源处理）（恒压源处理）RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 交流通路交流通路2021-10-15电路与模拟电子技术基础72RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 RCuousRsRBRLI

34、iIo (b)交流通路交流通路交流通路交流通路2021-10-15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。练习：请画出下面电路的直流通路的交流通路。(a) (c)2021-10-15电路与模拟电子技术基础74直流通路直流通路交流通路交流通路2021-10-15电路与模拟电子技术基础75直流通路直流通路交流通路交流通路2021-10-15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

35、分析。行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。直流分析法直流分析法分析指标：分析指标：IBQ、ICQ、UCEQ分析方法：分析方法：图解法、估算法图解法、估算法 交流分析法交流分析法分析指标：分析指标：Au 、Ri 、Ro分析方法：分析方法：图解法、微变等效电路法图解法、微变等效电路法 2021-10-15电路与模拟电子技术基础775.3.1 放大电路的静态分析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晶体管的直流模型及静态工作点的估算估算(a) 输入特性近似输入特性近似 晶体管伏安特性曲线的折线近似晶体管伏安特性曲线的折线近似uBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)

36、IB 0(b) 输出特性近似输出特性近似饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区2021-10-15电路与模拟电子技术基础78(a)ebc(b)ebcIBQIBQUBE(on)(c)ebcUBE(on)UCE(sat)(a)截止状态模型；截止状态模型；(b)放大状态模型；放大状态模型；(c)饱和状态模型饱和状态模型 晶体管三种状态的直流模型晶体管三种状态的直流模型CQIuBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB 02021-10-15电路与模拟电子技术基础79例例1： 晶体管电路如图晶体管电路如图 (a)所示。若已知晶体所示。若已知晶体管工作在放大状态，试计算晶体管的管工作在放大状

37、态，试计算晶体管的IBQ，ICQ和和UCEQ。(a) 电路电路ICQUCEQRBUBBIBQUCCRCeRBUBE(on)bIBQIBQcICQUCCRCUCE QUBB (b)直流等效电路直流等效电路图图 ：晶体管直流电路分析：晶体管直流电路分析2021-10-15电路与模拟电子技术基础80 解：解： 因为晶体管工作在放大状态。这时用图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，便得到图的模型代替晶体管，便得到图)所示的直流等所示的直流等效电路。由图可知效电路。由图可知)(onBEBBQBBURIUVRIUUmIImRUUICCQCCCEQBQCQBonBEBBBQ63212

38、202. 010002. 02707 . 06)(故有故有VRIUUmIImRUUICCQCCCEQBQCQBonBEBBBQ63212202. 010002. 02707 . 06)(VRIUUmIImRUUICCQCCCEQBQCQBonBEBBBQ63212202.010002.02707.06)(2021-10-15电路与模拟电子技术基础812 静态工作点的图解分析法静态工作点的图解分析法图解法：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：优点：直观、形象直观、形象2021-10-15电路与模拟电子技术基础82静

39、态工作点：静态工作点：IBQ、UBEQ和和ICQ、UCEQ1、 IBQ、UBEQ的求解的求解一般不一般不用图解法确定，用图解法确定，而用估算法。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BonBECCBQRUUI)(2021-10-15电路与模拟电子技术基础832、 ICQ、UCEQ的求解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输出特性曲线与输出回路方程的交点为静态工作点Q。RBUCCRCiBIBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRCCR1:斜率为(a)直流负载线与直流负载线与Q点点直流负载线直流负载线CCCCCER

40、iUu2021-10-15电路与模拟电子技术基础84例例2： 在图在图220(a)电路中，若电路中，若RB=560k, RC=3k,UCC=12V，晶体管的输出特性曲线如图，晶体管的输出特性曲线如图221(b)所示，试用图解法确定直流工作点。所示，试用图解法确定直流工作点。RBUCCRCIBQICQUCEQ(a)直流通路输出回路满足：输出回路满足：UCC=UCEQ+ICQRCuAK.RUUIB)on(BECCBQ205607012 放大器的直流图解分析2021-10-15电路与模拟电子技术基础85 放大器的直流图解分析放大器的直流图解分析(b)Q点与点与RB、RC的关系的关系uCE/V2101

41、2012340A30A20A10AiC/mA4684MNQRBQ3Q2Q4RCRBQ1RCRB=560k, RC=3k,UCC=12V 直流负载线直流负载线:UCC=UCEQ+ICQRC 即即:12V=UCEQ+ICQ3KRBUCCRCIBQICQUCEQuAIBQ20 2021-10-15电路与模拟电子技术基础86umRUUIBBEQCCBQ2002. 05607 . 012解解: 取取UBEQ=0.7V，由估算法可得，由估算法可得在输出特性上找两个特殊点：在输出特性上找两个特殊点：当当uCE=0时，时，iC=UCC/RC=12/3=4mA，得，得M点点；当当iC =0时，时，uCE=UCC

42、=12V，得，得N点点。由图中由图中Q点的坐标可得，点的坐标可得，ICQ=2mA,UCEQ=6V。 2021-10-15电路与模拟电子技术基础87BQBCEcIiufi)(总总 结结输出特性曲线，由晶体管的特输出特性曲线，由晶体管的特性决定性决定CCCCCERiUu直流负载线，由外电路特直流负载线，由外电路特性决定性决定静态工作点为下面两条曲线的交点：静态工作点为下面两条曲线的交点：2021-10-15电路与模拟电子技术基础88静态工作点的求解方法：静态工作点的求解方法：等效模型法（估算）等效模型法（估算）图解分析法图解分析法2021-10-15电路与模拟电子技术基础89补充：补充： 晶体管工

43、作状态的判断方法晶体管工作状态的判断方法例例3 电路如下图所示。已知电路如下图所示。已知=50，试求，试求ui分别分别为和时输出电压为和时输出电压uo的值。的值。R3kUCC5VRB39kuiuo 例电路图2021-10-15电路与模拟电子技术基础90解：解：ui=0V第一步：判断晶体管第一步：判断晶体管是否截止是否截止 ui=0V uiUBE(on)e结反偏结反偏又又 ui UCC c结反偏结反偏晶体管处于晶体管处于截止区截止区R3kUCC5VRB39kuiuo 例电路图 此时：此时： IBQ=ICQ=IEQ=，UBEQ= 0，UCEQ=UCC。 2021-10-15电路与模拟电子技术基础9

44、1解：解：ui=V第一步：判断晶体管是否截止第一步：判断晶体管是否截止 ui=V uiUBE(on)e结正偏结正偏晶体管不截止晶体管不截止判断结是正偏还是反偏判断结是正偏还是反偏R3kUCC5VRB39kuiuo 例电路图2021-10-15电路与模拟电子技术基础92第二步：判断晶体管处于第二步：判断晶体管处于放大状态还是饱和状态放大状态还是饱和状态方法：假设法方法：假设法设：晶体管处于放大状态设：晶体管处于放大状态则则mAkRUuIBonBEiBQ06. 0397 . 03)(R3kUCC5VRB39kuiuo 例电路图RBRUCCUBE(on)IBQ2021-10-15电路与模拟电子技术基

45、础93R33kUCC5VRB39kuiuo 例电路图mAIIBQCQ306. 050VRIUUCCQCCCEQ4335即：即：UCEQUBE(on)结正偏结正偏与放大区的要求不符与放大区的要求不符晶体管处于晶体管处于饱和区饱和区VUUUCEQonBEBC3 . 3)4(7 . 0)(RBRUCCUBE(on)IBQ2021-10-15电路与模拟电子技术基础94R33kUCC5VRB39kuiuo 例电路图mAkRUUIIConBECCsatCCQ4 . 137 . 05)()(临界临界饱和时，结零偏UBC=UBE(on)UCE(sat)临界=0，即UCE(sat)临界=UBE(on)VUuCE

46、Q3 . 00饱和时硅管UCE=0.3V 锗管UCE=0. 1V2021-10-15电路与模拟电子技术基础95晶体管工作状态的判断步骤晶体管工作状态的判断步骤UBEUBE(on)且且UBEUCE，则晶体管截止，则晶体管截止1、首先判断晶体管是否截止；、首先判断晶体管是否截止；此时：此时：IBQ=ICQ=IEQ=0，UBEQ=UBB，UCEQ=UCC。 若若UBBUBE(on),则发射结正偏，下面关键是判则发射结正偏，下面关键是判断集电结是正偏还是反偏。断集电结是正偏还是反偏。2021-10-15电路与模拟电子技术基础962、判断晶体管是处于、判断晶体管是处于放大放大状态还是状态还是饱和饱和状态

47、：状态：方法：假设法（假设处于放大区，计算方法：假设法（假设处于放大区，计算点参数）。点参数）。)(onBECEQUU若)(onBECEQUU若则晶体管处于放大状态；则晶体管处于放大状态；则晶体管处于饱和状态；则晶体管处于饱和状态；ConBECCsatCCQRUUII)()(临界硅管UCE=0.3V，锗管UCE=0. 1V2021-10-15电路与模拟电子技术基础97补充例题补充例题1电路电路补充例题补充例题1、 晶体管电路如下图所示。已知晶体管电路如下图所示。已知=100，试判断晶体管的工作状态。，试判断晶体管的工作状态。5VRBUBBRERCUCC500K1K2K 12V2021-10-1

48、5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：先判断晶体管是否处于截止状态：CCBBonBEBBUUUU且,)(晶体管不处于晶体管不处于截止状态截止状态；2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：mARRUUIEBOnBEBBBQ2)(1072. 01015007 . 05)1 (mAIIBQCQ72. 01072. 01002VRRIUUECCQCCCEQ10372. 012)()(onBECEQUU晶体管处于放大状态；晶体管处于放大状态；2021-10-15电路与模拟电子技术基础99补充例题补充例题2电路电路补充例题补充例题2 晶体

49、管电路如下图所示。已知晶体管电路如下图所示。已知=100，试判断晶体管的工作状态。，试判断晶体管的工作状态。5VRBUBBRCUCC500K50K2K 12V2021-10-15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：先判断晶体管是否处于截止状态：CCBBonBEBBUUUU且,)(晶体管不处于晶体管不处于截止状态截止状态；2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态： UBB - UBE(on) =IBQRBmARUUIBOnBEBBBQ2)(106 . 8507 . 052021-10-15电路与模拟电子技术基础1010CEQU晶

50、体管不可能处于放大区，而应工作在饱和区；晶体管不可能处于放大区，而应工作在饱和区；mAIIBQCQ6 . 8106 . 81002VRIUUCCQCCCEQ2 . 526 . 8122021-10-15电路与模拟电子技术基础1025.3.2 共射放大电路的动态分析共射放大电路的动态分析1 微变等效电路法微变等效电路法所谓放大电路的微变等效电路，就是把非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个线性电路，就是把晶体管等效为一个线性元件。元件。2021-10-15电路与模拟电子技术基础10

51、3晶体管的微变等效电路模型2021-10-15电路与模拟电子技术基础104 1TBEUuSEeIieebebbeberriuriurrbbbbbb)1 (1mAImVrIUQiurEQeEQTEBEe26 室温下2021-10-15电路与模拟电子技术基础105 rbb ：基区体电阻，不能忽略。：基区体电阻，不能忽略。 rbc：很大：很大（几十（几十M），可做开路处理。，可做开路处理。若若rceRL或或UA= ，可忽略，可忽略rce。gmubeucerceuberbebcebrbb 共射低频混合共射低频混合型模型型模型2021-10-15电路与模拟电子技术基础106说明说明只适用小信号交流分析（

52、不能用来求只适用小信号交流分析（不能用来求Q Q点）点）只针对低频只针对低频参数与参数与Q Q有关有关 先求先求Q Q点点 Q Q点变化点变化参数变化参数变化2021-10-15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计算放大器的各项交流指标2021-10-15电路与模拟电子技术基础108UoUiUsRsRB2C1RECERLUCCRCRB1C2 共射极放大器及其交流等效电路共射极放大器及其交流等效电路(a)电路电

53、路2021-10-15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：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。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。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：分析各性能指标。主要包括以下性能指标： 求求Q点点 画直流通路画直流通路画交流通路画交流通路画等效通路画等效通路计算交流参数计算交流参数2021-10-15电路与模拟电子技术基础110(b)交流等效电路交流等效电路 共射极放大器及其交流等

54、效电路共射极放大器及其交流等效电路UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us2021-10-15电路与模拟电子技术基础111beLbeLCiouLCbLCcecobebirRrRRUUARRIRRrIUrIU)()()(一、电压放大倍数一、电压放大倍数iouUUA -无量纲参数无量纲参数UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us2021-10-15电路与模拟电子技术基础112关于电压放大倍数关于电压放大倍数Au的讨论的讨论成正比；成正比；无关，而与无关，而与与与CQI . 1CQLLmbeLuImVRRgrRA)(

55、26由于成正比，与LR. 23.输出电压与输入电压输出电压与输入电压。当忽略当忽略rbb时，时，2021-10-15电路与模拟电子技术基础113 二、输入电阻二、输入电阻Ri定义：从放大器输入端看进去的电阻，即：定义：从放大器输入端看进去的电阻，即： iiiIUR UsAuoUiRLRsUiRiRoUoRi表征放大器从信号源获得信号的能力。表征放大器从信号源获得信号的能力。2021-10-15电路与模拟电子技术基础114bebeBBiiirrRRIUR 21ssiiiURRRUUiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us2021-10-15电路与模拟电子技

56、术基础115放大器的放大器的Ri的测量电路的测量电路 ：UsRsUiRIiUiRi 放 大 器RL(a )UsRsSUo 放 大 器RL(b )UoRoRUUUIURRUURUIiiiiiiiiRi 2021-10-15电路与模拟电子技术基础116UsAuoUiRLRsUiRiRoUo三、输出电阻三、输出电阻Ro定义：从放大器输出端看进去的电阻。定义：从放大器输出端看进去的电阻。 根据戴维南定理，可得：根据戴维南定理，可得： LSoooRUIUR且0Ro是一个表征放大器带负载能力的参数。是一个表征放大器带负载能力的参数。2021-10-15电路与模拟电子技术基础117CCceOOORRrIUR

57、UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us2021-10-15电路与模拟电子技术基础118对于对于电压输出电压输出。Ro越小，带负载能力越强，即负越小，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。载变化时放大器输出给负载的电压基本不变。 对于对于电流输出电流输出。Ro越大，带负载能力越强，即负越大，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。载变化时放大器输出给负载的电流基本不变。 UsAuoUiRLRsUiRiRoUo2021-10-15电路与模拟电子技术基础119放大器的放大器的Ro的测量电路的测量电路 ：UsRsUi

58、RIiUiRi 放 大 器RL(a )UsRsSUo 放 大 器RL(b )UoRo打开打开S，测得，测得Uo；闭合；闭合S，测得，测得Uo。 LooooLoLoRUURURRRU 1开路电压2021-10-15电路与模拟电子技术基础120四、四、 源电压放大倍数源电压放大倍数AusuisiiosisousARRRUUUUUUAuusAA 若若RiRs ,则：则：uusAA UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us2021-10-15电路与模拟电子技术基础121UoUiUsRsRB2C1RERLUCCRCRB1C2 共射极放大器及其交流等效电路共射极放

59、大器及其交流等效电路(a)电路电路 五、带有射极电阻五、带有射极电阻RE时的交流指标时的交流指标CE2021-10-15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发射极接电阻时的交流等效电路EmLmEbeLiouRgRgRrRUUA 1)1( 时时）当当beEELurRRRA )1( EbeiRrR)1( Ri=RB1RB2RicUooORIURS 0UsRsUiRb2Rb1RErbeIbRCRLUoIbRi2021-10-15电路与模拟电子技术基础123例：例： 下图电路中，若下图电路中，若RB1=75k，RB2=25k, RC=RL=2k，RE=1k,UCC=12V，晶体管

60、的，晶体管的=80，rbb=100,信号源内阻信号源内阻Rs=0.6k,试求直流工作点试求直流工作点ICQ、UCEQ及及Au，Ri，Ro和和Aus。UoUiUsRsRB2C1RECERLUCCRCRB1C22021-10-15电路与模拟电子技术基础124VRRIUUmARUUIIVURRRUECCQCCCEQEBEQBEQCQCCBBBB1 . 5) 12(3 . 212)(3 . 217 . 03312257525212 解：解： 按估算法计算按估算法计算Q点：点： RB2REUCCRCRB1直流通路直流通路 2021-10-15电路与模拟电子技术基础125UiRiRsRB2rbeIiRCR