第4章晶体三极管及其基本放大电路

1、第四章第四章 晶体三极管及其基本放大电路晶体三极管及其基本放大电路4.1 4.1 晶体三极管晶体三极管4.2 4.2 放大电路的组成原则放大电路的组成原则4.3 4.3 放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法4.4 4.4 晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法4.5 4.5 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.1 4.1 晶体三极管一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号二、晶体管的电流放大作用二、晶体管的电流放大作用三、晶体管的共射特性曲线三、晶体管的共射特性曲线四、温度对晶体管特性的影响四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数五、主要参数Bipolar Juncti

2、on Transistors (BJTs) 晶体管又称三极管、双极型晶体管。晶体管又称三极管、双极型晶体管。一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号结构、符号和分类结构、符号和分类NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C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emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。（2）基区要制造得很薄且掺杂浓度很低。基区要制造得很薄且掺杂浓度很低。三极管的结构特点三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。发射区

3、的掺杂浓度集电区掺杂浓度。（3）集电结面积较大，便于收集载流子和散热。集电结面积较大，便于收集载流子和散热。晶体管实现电流放大的内部条件。晶体管实现电流放大的内部条件。分类分类：按材料分：按材料分： 硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W1. 三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏2. 满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极

4、共发射极共集电极共集电极共基极共基极二、二、 电流分配与放大原理电流分配与放大原理3. 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程少数载流少数载流子的运动子的运动基区空穴基区空穴的扩散的扩散因集电区面积大，在外电场作用下大因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区部分扩散到基区的电子漂移到集电区因基区薄且多子浓度低，使极少因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合数扩散到基区的电子与空穴复合因发射区多子浓度高使大量电子从因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区发射区扩散到基区 ，ENI基区空穴扩散到发射区形成电流基区空穴扩散到发射区形成电流I

5、EP；I C = ICN + ICBO EPBNCNEPENEIIIIIICBOEPBNBIIII 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电，复合运动形成基极电流流IB，漂移运动形成集电极电流，漂移运动形成集电极电流IC。各区的多子及少子？各区的多子及少子？4. 三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBOBNCNII CEOBCBOBC)1

6、(IIIII CBOBCBOCIIII 集电结反向电流集电结反向电流穿透电流穿透电流直流电流直流电流放大系数放大系数IE = IC + IBCEOBCIII BCEIII BC II BE )1(II CEOBE )1(III 电流分配：电流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E扩散运动形成的电流扩散运动形成的电流 I IB B复合运动形成的电流复合运动形成的电流 I IC C漂移运动形成的电流漂移运动形成的电流交流电流放大系数交流电流放大系数三、三、 晶体三极管的共射特性曲线晶体三极管的共射特性曲线1、输入特性、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路常数常数 CE)(B

7、EBuufi0CE u与二极管特性相似与二极管特性相似0CE uV 1CE 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 0.2 V为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？为什么为什么UCE增大到一定值曲线增大到一定值曲线右移就不明显了？右移就不明显了？ 对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入

8、特性曲线的一条输入特性曲线可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。2、输出特性、输出特性常数常数 B)(CECiufiiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43211. 截止区：截止区： IB 0 IC = ICEO 0条件：条件：两个结反偏两个结反偏截止区截止区ICEO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。iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 放大区：放大区：CEOBCIII 放大区放大

9、区截止区截止区条件：条件： 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点： 水平、等间隔水平、等间隔ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43213. 饱和区：饱和区：uCE u BEuCB = uCE u BE 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时： uCE = uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V ( (硅管硅管) )UCE( (SAT) )= =0.1 V ( (锗管锗管) )ICEO截止区截止区放大区放大区饱和区饱和区 为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变

10、化很变化很大？为什么进入放大状态曲线几大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？乎是横轴的平行线？晶体管的三个工作区域 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅几乎仅仅决定于输入回路的电流决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源控制的电流源iC 。状态状态uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 UoniB uBE3、温度对特性曲线的影响、温度对特性曲线的影响（1） 温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。温度每升高温度每升

11、高 1 C，UBE (2 2.5) mV。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。BEuBiOT2 T1BEBBBECEO )(uiiuIT不变时，即不变时（2） 温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。温度每升高温度每升高 1 C， (0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。四、四、 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数1、电流放大系数、电流放大系数1. 共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流

12、电流放大系数BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII 交流电流放大系数交流电流放大系数 BiiC一般为几十一般为几十 几百几百Q82A1030A1045. 263 80108 . 0A1010A10)65. 145. 2(63 iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 共基极电流放大系数共基极电流放大系数 11BCCECIIIII 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。 Q988. 018080 2、极间反向饱和电流、极间反向饱和电流CB 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICBO，CE 极极间反向饱和电流间反向饱和电

13、流 ICEO。3、极限参数、极限参数（1） ICM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。（2） PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗 PC = iC uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区CECCMuiPU（BR）CEOuCE=1V时的时的iC就是就是ICMCEBCUiiU( (BR) )CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。（3） U( (BR) )CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U( (BR) )EBO 集电

14、极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U( (BR) )CBO U( (BR) )CEO U( (BR) )EBO讨论：利用利用Multisim测试晶体管的输出特性测试晶体管的输出特性五、五、 光敏晶体管和耦合器件光敏晶体管和耦合器件 普通晶体管是用普通晶体管是用基极电流的大小来基极电流的大小来控制集电极电流，控制集电极电流，而光敏晶体管是用而光敏晶体管是用入射光照度入射光照度E来控制来控制集电极电流的。集电极电流的。1、光敏晶体管、光敏晶体管五、五、 光敏晶体管和耦合器件光敏晶体管和耦合器件 光照时，集电极电流光照时，集电极电流ICEO很小，称为很小，称为暗电

15、流暗电流。由光照时，。由光照时，ICBO和和ICEO增大，这时的集电极电流称为增大，这时的集电极电流称为光电流光电流。符号符号2、光耦合器件、光耦合器件 常用的光耦合器件由发光二极管与光敏晶体管组合而成。常用的光耦合器件由发光二极管与光敏晶体管组合而成。输入信号由发光二极管转换为光信号，再经光敏晶体管转换输入信号由发光二极管转换为光信号，再经光敏晶体管转换为电信号输出。由于输入与输出之间没有直接的电连接，实为电信号输出。由于输入与输出之间没有直接的电连接，实现输入、输出之间的电隔离，抗干扰能力强。现输入、输出之间的电隔离，抗干扰能力强。小小 结结第第 1 章章三、两种半导体放大器件三、两种半导

16、体放大器件双极型半导体三极管双极型半导体三极管( (晶体三极管晶体三极管 BJT) )单极型半导体三极管单极型半导体三极管( (场效应管场效应管 FET) )两种载流子导电两种载流子导电多数载流子导电多数载流子导电晶体三极管晶体三极管1. 形式与结构形式与结构NPNPNP三区、三极、两结三区、三极、两结2. 特点特点基极电流控制集电极电流并实现基极电流控制集电极电流并实现放大放大放放大大条条件件内因：发射区载流子浓度高、内因：发射区载流子浓度高、 基区薄、集电区面积大基区薄、集电区面积大外因：外因：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏3. 电流关系电流关系IE = IC + IBIC

17、= IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE = IC + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 4. 特性特性iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB / AuBE / V60402080死区电压死区电压( (Uth) )：0.5 V ( (硅管硅管) ) 0.1 V ( (锗管锗管) )工作电压工作电压( (UBE(on) ) ) ：0.6 0.8 V 取取 0.7 V ( (硅管硅管) ) 0.2 0.3 V 取取 0.3 V ( (锗管锗管) )饱饱和和区区截止

18、区截止区iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321放大区放大区饱饱和和区区截止区截止区放大区特点：放大区特点：1) )iB 决定决定 iC2) )曲线水平表示恒流曲线水平表示恒流3) )曲线间隔表示受控曲线间隔表示受控5. 参数参数特性参数特性参数电流放大倍数电流放大倍数 = /(1 ) = /(1 + )极间反向电流极间反向电流ICBOICEO极限参数极限参数ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安安 全全 工工 作作 区区= (1 + ) ICBO四、晶体管电路的基本问题和分析方法四、晶

19、体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态三种工作状态状态状态电流关系电流关系 条条 件件放大放大I C = IB发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏饱和饱和 I C IB两个结正偏两个结正偏ICS = IBS 集电结零偏集电结零偏临界临界截止截止IB U(th) 则则导通导通以以 NPN为为 例：例：UBE UB UE放大放大UE UC UB饱和饱和PNP 管管UC UB UC U B饱和饱和2. 电流判别法电流判别法IB IBS 则则饱和饱和IB UBEQ时，时，bCCBQRVI已知：已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？直流通路直流通路阻容耦合单管共射放大电

20、路的直流通路和交流通路开路开路画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路3 3、静态工作点的估算、静态工作点的估算将交流电压源短路将交流电压源短路 将电容开路。将电容开路。直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路RB+VCCRCC1C2RLUi=0RB+VCCRC直流通路直流通路用估算法分析放大器的静态工作点用估算法分析放大器的静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE）（1）估算）估算IB（ UBE 0.7V)Rb+VCCRCIBUBEbBECCBRUVIbCC7 . 0RVbRVCCRb称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称称为为偏置电流偏置电流。（2）估算）估算UCE、ICCCCCCERIVU

21、IC= IBICRb+VCCRCUCE+-例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K ，Rb=300K ， =37.5。解：解：A400.04mA30012RVIbCCBmAIIBC5 . 104. 05 .376V41.512RIVUCCCCCE请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级UBE 0.7VRb+VCCRC二、图解法bBBBBERiVucCCCCERiVu输入回输入回路负载路负载线线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载负载线线1. 1. 静态分析静态分析：图解二元方程：图解二元方程 确定静态工作点确定静态工作点R

22、B+VCCRCIBICUCE+-UBE+-(IB,UBE)( IC,UCE )利用外电路方程在特性曲线上作图来分析放大电路的工作状态利用外电路方程在特性曲线上作图来分析放大电路的工作状态2、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uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQR 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。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC（1） 输出空载时的图解法输出空载时

23、的图解法 3、 用图解法确定动态工作情况用图解法确定动态工作情况30IBQuBE/ViB/ A0.7 VQuit tuBE/VtiBOO+VCCRCC1C2Tuiuo+-+根据根据ui在输入特性上画出在输入特性上画出ibibuCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流负载线直流负载线Q Q 6tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcemibicuceOOOO30IBQuBE/ViB/ A0.7 VQuit tuBE/VtiBOO根据根据ib在输出特性上画出在输出特性上画出ic和和uce说明说明uce和和ui反向，同时可以求出电压放大倍数反向，同时可以求出电压放大

24、倍数（2）电压放大倍数的分析符号为“”。反相，与给定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(bBIBBBERiuVuIuBBQBiIICiCEu斜率不变斜率不变各点波形各点波形uo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuoceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu4. 波形非线性失真分析波形非线性失真分析(1) “Q”过低引起截止失真过低引起截止失真NPN 管：管： 顶部顶部失真为截止失真。失真为截止失真。PNP 管：管： 底部底部失真为截止失真。失真为截止失真。不发生截止失真的条件：不发生截止失真的条件：IBQ Ib

25、m 。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce截止失真是在输入回路首先产生失真！截止失真是在输入回路首先产生失真！(2)“Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管：管：底部底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。PNP 管：管：顶部顶部失真为饱和失真。失真为饱和失真。IBS 基极临界饱和电流。基极临界饱和电流。不发生饱和失真的条件：不发生饱和失真的条件： IBQ + I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQV CC饱和失真是输出回路产生失真。饱和失真是输出回路产生失真。消除方法：增大消

26、除方法：增大Rb，减小减小Rc，减小减小，减小减小VBB，增大增大VCC。2最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom ：比较：比较UCEQ与（与（ VCC UCEQ ），取其），取其小者，除以小者，除以5.接上负载接上负载RL时的动态工作情况时的动态工作情况Rb+VCCRCC1C2RL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！对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+VCCRCC1C2RLuiuo1/ C 0交流通路交流通路分析动态工作情况分析动态工作情况(1) 交流通路的画法：交流通路的画法： 将直流电压源短路，将电容短路。将直

27、流电压源短路，将电容短路。RBRCRLuiuo交流通路交流通路(2) 交流负载线交流负载线RbRCRLuiuoicuce其中：其中：CLLR/RR uce=-ic（RC/RL） = -ic RL交流量交流量ic和和uce有如下关系：有如下关系：这就是说，交流负载线的斜率为：这就是说，交流负载线的斜率为：LR1 uce=-ic（RC/RL）= -ic RL或或ic=（-1/ RL） uce交流负载线的作法：交流负载线的作法：斜斜 率为率为- -1/RL 。（ RL= RLRc ）经过经过Q点。点。 ICUCEVCCCCCRVIB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

28、 。（ RL= RLRc ）经过经过Q点。点。 Quiu/RL直流负载线是用来确定工作点的；直流负载线是用来确定工作点的；交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。注意：注意：（1）交流负载线是有交流）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运输入信号时工作点的运 动轨迹。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。选择工作点的原则：选择工作点的原则：当当 ui 较小时，为减少功耗和噪声，较小时，为减少功耗和噪声，“Q” 可设得低一些；可设得低一些；为获得最大输出，为获得最大输出，“Q” 可设在交流负载线中点。可

29、设在交流负载线中点。为提高电压放大倍数，为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；可以设得高一些；1、 建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大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，就是在电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是在一定的条件下（工作点附近）将非线性器件做线一定的条件下（工作点附近）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。性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。 由于研究对象的多样性和复杂性，往往把对由于研究对象的多样性和复杂性，往往把对象的某些特征提取出来，用已知的、相对明了的象的某些特

30、征提取出来，用已知的、相对明了的单元组合来说明，并作为进一步研究的基础，这单元组合来说明，并作为进一步研究的基础，这种研究方法称为建模。种研究方法称为建模。三、微变等效电路分析法三、微变等效电路分析法 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以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，把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作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。线性电路来处理。2、 建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。半导体器件的

31、非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。3. 3. 直流模型直流模型：适于：适于Q点的分析点的分析理想二极管理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。cCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC输入回路等效为输入回路等效为恒压源恒压源输出回路等效为电流控制的电流源输出回路等效为电流控制的电流源4. 晶体管的h参数等效模型（交流等效模型） 在交流通路中可将晶体管看成在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、为一个二端口

32、网络，输入回路、输出回路各为一个端口。输出回路各为一个端口。)()(CEBCCEBBEuifiuifu，低频小信号模型低频小信号模型ce22b21cce12b11be UhIhIUhIhU在低频、小信号作用下在低频、小信号作用下对上两式取全微分得对上两式取全微分得 CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIU交流等效模型（按式子画模型）交流等效模型（按式子画模型）电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导h参数的物理意义参数的物理意义beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihib-e间

33、的间的动态电阻动态电阻内反馈内反馈系数系数电流放大系数电流放大系数c-e间的电导间的电导分清主次，合理近似！什么情况下分清主次，合理近似！什么情况下h12和和h22的作用可忽略不计？的作用可忽略不计？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；输入端电流恒定（交流开路）的反向电压传输比输入端电流恒定（交流开路）的反向电压传输比输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导。输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导。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

34、数（H H参数）。参数）。能构成电能构成电路图吗路图吗CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIUbeBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihi（1 1） 模型的简化模型的简化即即 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 uT很小，一般为很小，一般为10-3 10-4 ，rce很大，很大，约为约为100k 。故故 一般可忽略它们的影响，一般可忽略它们的影响， 得到简化电路得到简化电路 ib

35、 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。 （2） H 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率管 rb(100300） 则则 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而而 (T=300K) 基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射

36、区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得在输入特性曲线上，在输入特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！5 5、阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析beLbebLcio )(rRrIRRIUUAcubebebirrRRuuARRRUUUUUUAisiiosisoscoRR 输入电输入电阻中不阻中不应含有应含有Rs!输出电输出电阻中不阻中不应含有应含有RL!bebirIU LboRIU beLurRA LCLR/RR 负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。画微变等效电路画微变等效电路rbeRbRCRLiU

37、iI bI cI oU BI (1)(1)电压放大倍数的计算：电压放大倍数的计算：iiIURibeb/rRber电路的输入电阻越大，从信号源取电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。较大的的输入电阻。rbeRbRCRLiU iI bI cI oU BI (2) (2) 输入电阻的计算：输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：根据输入电阻的定义：当信号源有内阻时：当信号源有内阻时：Ui.UO.Ui.Us.coooRIUR所以：所以：用加压求用加压求流法求输流法求输出电阻：出电阻：(3) 输出电阻的计算：输出电阻的计算：0U,

38、R.o.ooSLIU=R根据定义根据定义oU oI rbeRbRCiI bI cI bI 006. 微变等效电路微变等效电路分析步骤分析步骤 分析直流电路，求出分析直流电路，求出“Q”，计算，计算 rbe。 画电路的交流通路画电路的交流通路 。 在交流通路上把三极管画成在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。参数模型。 分析计算叠加在分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。点上的各极交流量。讨论一1. 在什么参数、如何变化时在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？2. 从输出电压上看，哪个从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪点下最易产生截止失真？哪个个Q点下最易产生饱和失真？哪个

39、点下最易产生饱和失真？哪个Q点下点下Uom最大？最大？3. 设计放大电路时，应根据什么选择设计放大电路时，应根据什么选择VCC？2. 空载和带载两种情况下空载和带载两种情况下Uom分别为多少？分别为多少？3. 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？带上负载后这种失真消除？4. 增强电压放大能力的方法？增强电压放大能力的方法？讨论二beLc )( rRRAu 已知已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空载情况下，当输在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？现饱和

40、失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？若带负载的情况下呢？EQTbbbe)1 (IUrr讨论三：基本共射放大电路的静态分析和动态分析：基本共射放大电路的静态分析和动态分析11)(bebLcrRRRAuk3coRR20080bbrQIBQ35AUBEQ0.65VV8 . 3mA8 . 2cCQCCCEQBQCQRIVUII 为什么用为什么用图解法求解图解法求解IBQ和和UBEQ？k11bebirRR952)1 (EQTbbbeIUrr60)( 120)(beLcisiiosisosbeLcrRRRRRUUUUUUArRRAuu讨论四：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析：阻容耦合共射放大电路

41、的静态分析和动态分析k180ber，V2 . 7mA6 . 1A20cCQCCCEQBQCQbCCbBEQCCBQRIVUIIRVRUVI3k 1kcobebebiRRrrRR4.4 静态工作点的稳定一、温度对静态工作点的影响一、温度对静态工作点的影响二、静态工作点稳定的典型电路二、静态工作点稳定的典型电路三、稳定静态工作点的方法三、稳定静态工作点的方法一、温度对静态工作点的影响 所谓所谓Q点稳定，是指点稳定，是指ICQ和和UCEQ在温度变化时基本不变，在温度变化时基本不变，这是靠这是靠IBQ的变化得来的。的变化得来的。 若温度升高时要若温度升高时要Q回到回到Q，则只有减小则只有减小IBQT（

42、 ）ICQQICEO若若UBEQ不变不变IBQQ1 1 温度对晶体管参数的影响温度对晶体管参数的影响TITICBOCBO,温度每升高温度每升高1010o oC, IC, ICBOCBO一倍一倍TUUBEBE,温度每升高温度每升高1 1o oC, UC, UBEBE2.5mv2.5mvT,T,温度每升高温度每升高1 1o oC,/ 0.5C,/ 0.51%1% 2 2 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响I ICQCQ=I=IB BQ Q+(1+) I+(1+) ICBOCBOI IBQBQ= =（Vcc- UVcc- UBEBE）/ R/ RB B TI TICQCQQQ饱和失真饱和失

43、真 3 工作点上移时输出波形分析工作点上移时输出波形分析“Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管：管：底部底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。uCEiCt OOiCO tuCEQV CC不接负载时，交、直流负载线重合不接负载时，交、直流负载线重合静态是基础，动态是目的静态是基础，动态是目的二、静态工作点稳定的典型电路 Ce为旁路电容，在交流为旁路电容，在交流通路中可视为短路通路中可视为短路1 1. . 电路组成电路组成分压式电流负反馈工作点稳定电路分压式电流负反馈工作点稳定电路CCb21b1bBQVRRRUeBEQBQEQ RUUI2. 稳定原

44、理 为了稳定为了稳定Q点，通常点，通常I1 IB，即，即I1 I2；因此；因此基本不随温度变化。基本不随温度变化。设设UBEQ UBEUBE，若，若UBQ UBEUBE，则，则IEQ稳定。稳定。若电路调整适当，可以使若电路调整适当，可以使I ICQCQ基本不变。基本不变。3.3.稳定过程（原理）稳定过程（原理）TITICQCQIICQCQR RE EUUB B固定固定U UBEBEIIBQBQIICQCQ 4. 4.稳定的条件稳定的条件 UB固定固定 UB=VCCRB2 / (RB1+RB2)（1）I I1 1 I IB B 硅管硅管I I1 1= =（5-105-10）I IBQBQ 锗管锗

45、管I I1 1= =（10-2010-20）I IBQBQ（2 2）U UB B U UBEBE 硅管硅管U UB B= =（3-53-5）V V 锗管锗管U UB B= =（1-31-3）V V 5 5、R Re e 的作用的作用T()ICUE UBE（UB基本不变）基本不变） IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。点越稳定。关于反馈的一些概念：关于反馈的一些概念： 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。施称为反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。直流通路中

46、的反馈称为直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。为正反馈。Re有上限值吗？有上限值吗？IC通过通过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大，反馈的结果使之减小增大，反馈的结果使之减小6. Q 点分析b21bbCCb21b1bBBRRRVRRRVeBEQBQEQCCb21b1bBQRUUIVRRRU)( ecEQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU1EQBQII分压式电流负反馈工作点稳定电路分压式电流负反馈工作点稳定电路Rb上静态电压是上静态电压是否可忽略不计？否可忽略不计？eEQBEQb

47、BQBBRIURIV?)1 (eb2b1RRR判断方法：判断方法：7. 动态分析beLio rRUUAubeb2b1irRRRcoRR ee)1 ( )( beLebebLcbioRrRRIrIRRIUUAu)1 (ebeb2b1iRrRRR利利?弊弊?eLbee)1 (RRArRu，则若无旁路电容无旁路电容Ce时：时：如何提高电压如何提高电压放大能力？放大能力？“- -”表示表示UoUo和和UiUi反相。反相。 AuAu的值比固定偏流放大电路小了。的值比固定偏流放大电路小了。ERberLRuAiuouuA)1(/ （1 1）计算）计算AuAu（2 2）计算输入电阻）计算输入电阻iiiiuR/

48、 )1 (/21EbeBBiRrRRRR Ri i，同时说明公式的记法和折合的概念。，同时说明公式的记法和折合的概念。 uo在在RE两端的电压可以忽略不计，因此两端的电压可以忽略不计，因此RoRc 。（3 3） 计算输出电阻计算输出电阻Ro Ro= Ro=u uo/o/i io o Us=0Us=0 R RL L= 三、稳定静态工作点的方法 引入直流负反馈引入直流负反馈 温度补偿：利用对温度敏温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。直接影响输入回路。 例如，例如，Rb1或或Rb2采用热敏采用热敏电阻。电阻。 它们的它们的温度系数？温度系数？Bb1CB

49、BEEC )(URIIUUIT 清华大学 华成英 讨论一图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？若采用了措施，则是什么措施？SI4.5 4.5 晶体管放大电路的三种接法一、基本共集放大电路一、基本共集放大电路二、基本共基放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较三、三种接法放大电路的比较一、基本共集放大电路eEQCEQCCeEQBEQbBQBBRIUVRIURIVeEQCCCEQBQEQebBEQBBBQ)1 ()1 (RIVUIIRRUVI1. 1. 静态分析静态分析2. 动态分析：电压放大倍数：电压

50、放大倍数ebebeeebebbeeio)1 ()1 ( )(RrRRRIrRIRIUUAu。，即，则）若（ 1 1iobebeUUArRRu故称之为射故称之为射极跟随器极跟随器Uo Ui2. 动态分析：输入电阻的分析：输入电阻的分析ebebbiiii)1 (RrRIUIURRi与负载有关！与负载有关！RL)/)(1 (LebebiRRrRR带负载电阻后带负载电阻后从基极看从基极看Re，被增，被增大到（大到（1+）倍）倍2. 动态分析：输出电阻的分析：输出电阻的分析1 )1 (bebebeboeooeooooerRRrRURUUIIUIURRRo与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！3. 特点：特

51、点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！压；在一定条件下有电压跟随作用！ oU令令Us为零，保留为零，保留Rs，在输出端加，在输出端加Uo，产生，产生Io, 。oooIUR 从射极看基极回路电阻，被减从射极看基极回路电阻，被减小到（小到（1+）倍）倍二、基本共基放大电路eBEQBBEQRUVI1EQBQIIBEQcEQCCCEQURIVUCCBEQCEQeCQBBeEQBEQVUURIVRIU1. 1. 静态分析静态分析2. 动态分析3. 3. 特点特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！输入电阻小，

52、频带宽！只放大电压，不放大电流！1beeirRRcoRR ebecbebeeccio)1 ( RrRrIRIRIUUAu三、三种接法的比较：空载情况下空载情况下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽讨论一： 图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。输出电阻的表达式。接法接法共射共射共集共集共基共

53、基输入输入bbe输出输出cec电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。1. Q为多少？为多少？2. Re有稳定有稳定Q点的作用吗？点的作用吗？3. 电路的交流等效电路？电路的交流等效电路？4. V 变化时，电压放大倍数如何变化？变化时，电压放大倍数如何变化？讨论二清华大学 华成英 )(1 ()(DebeLcRrRrRRAuuuArVrrRRArRRDDbeLcDe)1 ()(，时，当讨论二改变电压放大倍数改变电压放大倍数4.6 放大电路的频率响应Frequency Response of Amplifier Circuits4.6 放大电路的频率响应

54、一一. . 频率响应的基本概念频率响应的基本概念二二. . 晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路三三. . 单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应一一. .频率响应的基本概念1. 本节要研究的问题本节要研究的问题2. 高通电路和低通电路高通电路和低通电路3. 放大电路中的频率参数放大电路中的频率参数1.研究的问题 放大电路对信号频率的适应程度，即放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。信号频率对放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电容由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放大倍、半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函

55、数。数为频率的函数。 在使用一个放大电路时应了解其信号在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。满足信号频率的范围要求。)()(ffAAu fAu f LHbwfff 频率响应特性的表达典型放大电路的频率响应典型放大电路的频率响应2. 高通(high pass)电路和低通(low pass)电路12LfRC11LRC令令，11111LLLLfjfAffjfjjfRCjCjRRA11111 1） 高通电路高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。信号频率越高，输出电压越接近输入电压。高通电路的幅频和相频特

56、性高通电路的幅频和相频特性21()LuLffAff90arctanoLff1LLfjfAfjfUi.Uo.I.。超前，时；，当超前900 0 iooioUUUfUUCjRCjAu 11RCj 11111/1uHHAjj ff 11HRC12HfRC，2 2）低通电路）低通电路:信号频率越低，输出电压越接近输入电压。信号频率越低，输出电压越接近输入电压。arctanHff 211HuffA /HuffjA11低通电路的幅频和相频特性低通电路的幅频和相频特性Ui.Uo.I.。滞后，时；，当滞后900 iooioUUUfUU90arctanoLff220lg20lg20lg 1 ()uLLffAff

57、3） 波特图波特图 Bode PlotHffarctg 212020HuffAlglg4） 结论3.放大电路中的频率参数 在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通高通电路电路低通低通电路电路 在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。损失，放大能力下降。下限频率下限频率上限

58、频率上限频率LHbwfff结电结电容容二. 晶体管的高频等效模型1. 1.混合混合 模型模型2. 电流放大倍数的频率响应电流放大倍数的频率响应3. 晶体管的频率参数晶体管的频率参数1 1）模型的建立）模型的建立：由结构而建立，形状像由结构而建立，形状像，参数量纲各不相同。，参数量纲各不相同。 gm为跨导，它不随信为跨导，它不随信号频率的变化而变。号频率的变化而变。阻值小阻值小阻值大阻值大连接了输入回路连接了输入回路和输出回路和输出回路1. 混合模型2）混合模型的单向化（使信号单向传递）（使信号单向传递）Lmebceeb)1 (RgkXUkXUUICCCLmeb 1RgXIUXCCCLm)1 (

59、CRgC 1CkkC同理可得，等效变换后电流不变等效变换后电流不变3）晶体管简化的高频等效电路EQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可从手册查得、TEQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgI？如何得到模型中的参数？为什么不考虑 C？2.电流放大倍数的频率响应CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因为)( 21j1 )( j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg为什么短路？为什么短路？1 1）适于频率从）适于频率从0 0至无穷大的表达式至无穷大的表达式2）电流放大倍数的频率特性曲线ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -45 707. 02 0000，时，；

60、时，；，时，；时，fffffffffo3）电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系采用对数坐标系71. 5， lg20 采用对数坐标系，横轴为采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为，可开阔视野；纵轴为 单位为单位为“分贝分贝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg20注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差20dB/十倍频十倍频折线化近似画法折线化近似画法3.晶体管的频率参数 1 0TTffff 时的频率为使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止频率止频率共基截共基截止频率止频率特征特征频率频率集电结电容集电结电容通过以上