模拟电子电路 第二章双极型晶体管及其放大电路

1、2021年12月2日星期四1第二章第二章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路2-1 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理2-1-1 放大状态下晶体管中载流子的传输过程放大状态下晶体管中载流子的传输过程一、发射区向基区注入电子一、发射区向基区注入电子二、电子在基区中边扩散边复合二、电子在基区中边扩散边复合三、扩散到集电结的电子被集电区收集三、扩散到集电结的电子被集电区收集2-1-2 电流分配关系电流分配关系一、直流电流放大系数一、直流电流放大系数二、二、IC、 IE、 IB、三者关系、三者关系2021年12月2日星期四222 晶体管伏安特性曲线及参数晶体管伏安特性曲线及参数

2、221 晶体管共发射极特性曲线晶体管共发射极特性曲线一、共发射极输出特性曲线一、共发射极输出特性曲线1. 放大区2. 饱和区3. 截止区二、共发射极输入特性曲线二、共发射极输入特性曲线三、温度对晶体管特性曲线的影响三、温度对晶体管特性曲线的影响2021年12月2日星期四32-2-2 晶体管的主要参数晶体管的主要参数 一、电流放大系数一、电流放大系数二、极间反向电流二、极间反向电流三、三、 结电容结电容四、晶体管的极限参数四、晶体管的极限参数23 晶体管直流工作状态分析及偏置电路晶体管直流工作状态分析及偏置电路231晶体管的直流模型晶体管的直流模型232晶体管直流工作状态分析晶体管直流工作状态分

3、析2021年12月2日星期四4233 放大状态下的偏置电路放大状态下的偏置电路一、固定偏流电路一、固定偏流电路二、电流负反馈型偏置电路二、电流负反馈型偏置电路三、分压式偏置电路三、分压式偏置电路24放大器的组成及其性能指标放大器的组成及其性能指标241 基本放大器的组成原则基本放大器的组成原则242 直流通路和交流通路直流通路和交流通路2021年12月2日星期四5243放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标一、放大倍数一、放大倍数A二、输入电阻二、输入电阻 Ri三、输出电阻三、输出电阻Ro四、非线性失真系数四、非线性失真系数THD五、线性失真五、线性失真25 放大器图解分析法放大器图解分析法

4、251 直流图解分析直流图解分析252 交流图解分析交流图解分析253 直流工作点与放大器非线性失真的关系直流工作点与放大器非线性失真的关系2021年12月2日星期四626 放大器的交流等效电路分析法放大器的交流等效电路分析法261 晶体管交流小信号电路模型晶体管交流小信号电路模型一、混合一、混合型电路模型型电路模型二、低频二、低频H参数电路模型参数电路模型262 共射极放大器的交流等效电路分析法共射极放大器的交流等效电路分析法27 共集电极放大器和共基极放大器共集电极放大器和共基极放大器271共集电极放大器共集电极放大器272共基极放大器共基极放大器273 三种基本放大器性能比较三种基本放大

5、器性能比较2021年12月2日星期四728 放大器的级联放大器的级联 281级间耦合方式级间耦合方式282级联放大器的性能指标计算级联放大器的性能指标计算283 组合放大器组合放大器一、一、CCCE和和CECC组合放大器组合放大器二、二、CECB组合放大器组合放大器作业作业2021年12月2日星期四模拟电子技术8（1）掌握双极型晶体管的工作原理、特性和参数。）掌握双极型晶体管的工作原理、特性和参数。（2）掌握双极型晶体管的大信号和小信号模型。了）掌握双极型晶体管的大信号和小信号模型。了解模型参数的含义。解模型参数的含义。（3）掌握晶体管基本放大器的组成、工作原理及性）掌握晶体管基本放大器的组成

6、、工作原理及性能特点。能特点。（4）掌握静态工作点的基本概念和偏置电路的估算。）掌握静态工作点的基本概念和偏置电路的估算。（5）掌握图解分析方法和小信号等效电路分析方法，）掌握图解分析方法和小信号等效电路分析方法，掌握动态参数（掌握动态参数（ ）的分析方法。）的分析方法。（6）掌握多级放大电路动态参数的分析方法。）掌握多级放大电路动态参数的分析方法。omoiURRAu、第二章第二章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路2021年12月2日星期四模拟电子技术9ecb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NPNcbeNPNPNPcbe(

7、a) NPN管的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2-1 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理Base collector emitter BJT(Bipolar Junction Transistor)，简称晶体管晶体管或三极管。三极管。2021年12月2日星期四10P集电极基极发射极集电结发射结发射区集电区(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(c)平面管结构剖面图平面管结构剖面图图图2-1 晶体管的结构与符号晶体管的结构与符号2021年12月2日星期四11结构特点结构特点 1

8、.三区二结三区二结2.基区很薄（几个微米至几十个微米）基区很薄（几个微米至几十个微米）3.e区重掺杂、区重掺杂、 c区轻掺杂、区轻掺杂、 b区掺杂最轻区掺杂最轻4.Sc结结Se结结2021年12月2日星期四12 2-1-1放大状态下晶体管中载流子的传输过程放大状态下晶体管中载流子的传输过程一、发射区向基区一、发射区向基区注入注入电子电子二、电子在基区中边二、电子在基区中边扩散扩散边复合边复合三、扩散到集电结的电子被集电区三、扩散到集电结的电子被集电区收集收集（发射结正偏，集电结反偏）（发射结正偏，集电结反偏）基区从厚变薄，两个基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量结演变为三极管，这是量变

9、引起质变的一个实例。变引起质变的一个实例。 2021年12月2日星期四13图图22 晶体管内载流子的运动和各极电流晶体管内载流子的运动和各极电流cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN双极型三极管的电流传输关系双极型三极管的电流传输关系.avi2021年12月2日星期四142-1-2 电流分配关系电流分配关系CBOEPBNBIIIIENEPEIIICBOCNCIIICBEIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICNIBICIEENI跨越两个跨越两个PN节，体现了放大作用节，体现了放大作用2021年12月2日星期四1

10、5 一、直流电流放大系数一、直流电流放大系数ECBOCEBEENENCNECNIIIIIIIII 一般99.097.0cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICN共基直流电流放大系数CBOEPBNBIIIIENEPEIIICBOCNCIIICBEIII2021年12月2日星期四16一般20020CBOBCBOCEPBNCNCNECNIIIIIIIIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICN共射直流电流放大系数 CBOEPBNBIIIIENEPEIIICBOCNCIIICBEIII2021年12月2日星期四171EEECNEC

11、NIIIIII1)1 (CNCNECNIIII共射、共基直流电流放大系数 、 间关系112021年12月2日星期四18 若忽略 ICBO , 则,BCIIBEII)1(,ECIIEBII)1(二、二、IC、 IE、 IB、三者关系三者关系：CBOBCBOCIIIIECBOCIII 2021年12月2日星期四1922 晶体管伏安特性曲线及参数晶体管伏安特性曲线及参数全面描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。图23晶体管的三种基本接法（组态）(a)cebiBiC输出回路输入回路(a)共发射极；(b)共集电极；(c)共基极 输入回路输入回路（接信号源，加入信号）输出回路输出回路（接负载，取出信号）

12、(b)ecbiBiEceiEiCb(c)2021年12月2日星期四20 221 晶体管共发射极特性曲线晶体管共发射极特性曲线一、共发射极输出特性曲线一、共发射极输出特性曲线图24共发射极特性曲线测量电路 常数BiCECufi)(AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE2021年12月2日星期四21uCE/V5101501234饱和区截止区IB40A30A20A10A0AiBICBO放大区iC/mAuCEuBE图25 共射输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线.avi2021年12月2日星期四22cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIE

13、NICN1. 放大区（发射结正偏， 集电结反偏）（1）uCE 变化时, IC 影响很小（恒流特性）（2）基极电流 iB 对集电极电流 iC 的控制作用很强（3）交流电流放大倍数常数CEuBCII2021年12月2日星期四23cICeIENPNIBRCUCCUBBRBb2. 饱和区（发射结和集电结均处于正向偏置）E结正偏结正偏C结零偏的正向传输结零偏的正向传输（1） i B 一定时，i C 比放大时要小（2）U CE 一定时 i B 增大，i C 基 本不变C结正偏结正偏E结零偏的反向传输结零偏的反向传输内部载流子的传输过程分解为内部载流子的传输过程分解为2021年12月2日星期四24临界饱和：

14、UCE = UBE，即UCB=0（C结零偏）。饱和压降（一般饱和|深度饱和） UCE(sat) = 0.5V|0.3V（小功率Si管）； UCE(sat) = 0.2V|0.1V（小功率Ge管）。关于饱和区的说明关于饱和区的说明2021年12月2日星期四25cICeIENPNIBRCUCCUBBRBb3. 截止区（发射结和集电结均处于反向偏置）三个电极均为反向电流，所以数值很小。（1）i B =-i CBO （此时i E =0 ）以下称为截止区（2）工程上认为：i B =0 以下即为截止区。因为在i B =0 和i B =-i CBO 间，放大作用很弱ICBOIEBO2021年12月2日星期四

15、26 c 结结e 结结正偏正偏反偏反偏正偏正偏 反偏反偏晶体管的工作状态总结晶体管的工作状态总结饱和饱和放大放大截止截止倒置放大倒置放大2021年12月2日星期四27 二、共发射极输入特性曲线二、共发射极输入特性曲线（1）U CE = 0 时，晶体管相当于两个并联二极管，i B 很大，曲线明显左移。（2）0 UCE 1 时，随着 UCE 增加，曲线右移，特别在 0 UCE1 时，曲线近似重合。 2021年12月2日星期四28三、温度对晶体管特性曲线的影响三、温度对晶体管特性曲线的影响T ，uBE：CmVmVTuBE)/5 . 22(T ， ICBO ：1012122TTCBOCBOIIT ，

16、：CT/) 15 . 0(CBOBCIII)1 (T ， IC ：结结 论论 2021年12月2日星期四292-2-2 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. 共射直流放大系数反映静态时集电极电流与基极电流之比。2. 共射交流放大系数反映动态时的电流放大特性。在以后的计算中，不必区分。由于 ，呈线性关系CEOBCBOBCIIIII)1 (因此2021年12月2日星期四304.共基交流放大系数 3.共基直流放大系数常数CBECuII在以后的计算中，不必区分。由于 ，呈线性关系CBOECIII因此31二、极间反向电流二、极间反向电流1 ICBO发射极开路时，集电极基

17、极间的反向电流，称为集电极反向饱和电流。2 ICEO基极开路时，集电极发射极间的反向电流，称为集电极穿透电流。3. IEBO集电极开路时，发射极基极间的反向电流。cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICNCBOEPBNBIIIIENEPEIIICBOCNCIIICBEIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICN1. ICBO2. ICEO3. IEBO由于 ，呈线性关系CEOBCBOBCIIIII)1 (2021年12月2日星期四33三、三、 结电容结电容包括发射结电容Ce 和集电结电容Cc 四、晶体管的极限参数四、晶体管

18、的极限参数 1 击穿电压U(BR)CBO指发射极开路时，集电极基极间的反向击穿电压。U(BR)CEO指基极开路时，集电极发射极间的反向击穿电压。U(BR)CEO ICM时，虽然管子不致于损坏，但值已经明显减小。例如：3DG6(NPN)， U(BR)CBO =115V， U(BR)CEO =60V，U(BR)EBO=8V。2021年12月2日星期四353 集电极最大允许耗散功率PCM PCM 表示集电极上允许损耗功率的最大值。超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。PCM与管芯的材料、大小、散热条件及环境温度等因素有关。 PCM =ICUCE2021年12月2日星期四36uCE工作区iC0安全ICMU

19、(BR)CEOPCM图27 晶体管的安全工作区 功耗线过损耗区击穿区过流区2021年12月2日星期四3723 晶体管直流工作状态分析及偏置电路晶体管直流工作状态分析及偏置电路直流工作状态分析（静态分析）将输入、输出特性曲线线性化（即用若干直线段表示）等效电路（模型）静态：由电源引起的一种工作状态2021年12月2日星期四38(a) 输入特性近似 图28晶体管伏安特性曲线的折线近似uBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB 0(b) 输出特性近似 231晶体管的直流模型晶体管的直流模型2021年12月2日星期四39 图29晶体管三种状态的直流模型(a)截止状态模型；(b)放大状态

20、模型；(c)饱和状态模型 (b)ebcIBIBUBE(on)(a)ebc(c)ebcUBE(on)UCE(sat)2021年12月2日星期四40例例1 晶体管电路如图210(a)所示。若已知晶体管工作在放大状态，=100，试计算晶体管的IBQ，ICQ和UCEQ。ICQUCEQ270kRBUBB6VIBQUCC12VRC3k(a) 电路2021年12月2日星期四41 (b)直流等效电路图210晶体管直流电路分析eRBUBE(on)bIBQIBQcICQUCCRCUCEQ2021年12月2日星期四42 解解 因为UBB使e结正偏，UCC使c结反偏，所以晶体管可以工作在放大状态。这时用图29(b)的

21、模型代替晶体管，便得到图2-10(b)所示的直流等效电路。由图可知)(onBEBBQBBURIUVRIUUmIImRUUICCQCCCEQBQCQBonBEBBBQ63212202. 010002. 02707 . 06)(故有2021年12月2日星期四43 232晶体管工作状态分析晶体管工作状态分析RBUBBUEERERCUCC(a)电路2021年12月2日星期四44RBUBBRCUCCUEEREUBE(on)IB(b)放大状态下的等效电路2021年12月2日星期四45 图211晶体管直流分析的一般性电路RBUBBRCUCCUEEREUBE(on)(c)饱和状态下的等效电路UCE(sat)2

22、021年12月2日星期四461.先判断晶体管是否处于截止状态：CCBBonBEEEBBUUUUU且若,)(则晶体管处于截止状态；EECCCEEEBBBEUUUUUU,此时，2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：晶体管工作状态的判断方法晶体管工作状态的判断方法RBUBBUEERERCUCC(a)电路2021年12月2日星期四47 UBB - UEE - UBE(on) =IBQRB+(1+)IBQRE)()1 ()(ECCQEECCCEQEQBQCQEBOnBEEEBBBQRRIUUUIIIRRUUUI)(onBECEQUU若方法1：则晶体管处于放大状态；则晶体管处于饱和状态；)(onBE

23、CEQUU若RBUBBUEERERCUCC(a)电路2021年12月2日星期四48ECOnBEEECCsatCRRUUUI)()(BQsatCII)(若方法2：则晶体管处于放大状态；则晶体管处于饱和饱和状态；BQsatCII)(若RBUBBUEERERCUCC(a)电路2021年12月2日星期四49ECQBQsatCECCQEECCECQBQonBEBBQEEBBRIIURIUURIIURIUU)()()()(晶体管处于饱和状态时：RBUBBUEERERCUCC(a)电路联立求解, 得出相应电流值2021年12月2日星期四50补充例题1电路补充例题补充例题1 晶体管电路如下图所示。已知=100

24、，试判断晶体管的工作状态。5VRBUBBRERCUCC500K1K2K 12V511.先判断晶体管是否处于截止状态：CCBBonBEBBUUUU且,)(晶体管不处于截止状态；2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态： UBB - UBE(on) =IBQRB+(1+)IBQREmARRUUIEBOnBEBBBQ2)(1072. 01015007 . 05)1 (5VRBUBBRERCUCC500K1K2K12V2021年12月2日星期四52)(onBECEQUU晶体管处于放大状态；mAIIBQCQ72. 01072. 01002VRRIUUECCQCCCEQ10372. 012)(5VRBU

25、BBRERCUCC500K1K2K12V2021年12月2日星期四53补充例题2电路补充例题补充例题2 晶体管电路如下图所示。已知=100，试判断晶体管的工作状态。5VRBUBBRCUCC50K2K 12V541.先判断晶体管是否处于截止状态：CCBBonBEBBUUUU且,)(晶体管不处于截止状态；2.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 . 055VRBUBBRCUCC50K2K 12V则VUsatCE5 . 0)(设0CEQU晶体管不可能处于放大区，而应工作在饱和区；mAIIBQCQ6

26、. 8106 . 81002VRIUUCCQCCCEQ2 . 526 . 812mARUUICsatCECCCQ75. 525 . 012)(VUCEQ5 . 05VRBUBBRCUCC50K2K 12V2021年12月2日星期四56例例2 晶体管电路及其输入电压ui的波形如图2-12(a),(b)所示。已知=50，试求ui作用下输出电压uo的值，并画出波形图。 R33kUCC5VRB39kuiuo(a)电路2021年12月2日星期四5705tuo/V0.3(c) uo波形图03tui/V(b) ui波形图58 解解当ui=0时，UBE=0，则晶体管截止。此时，ICQ=0,uo=UCEQ=UC

27、C=5V。当ui =3V时，晶体管导通且有mImIsatCBQ028. 0504 . 106. 0)( 而集电极临界饱和电流为 因为 mRUuIBonBEiBQ06. 0397 . 03)(mRUUIConBECCsatC4.137.05)()(R33kUCC5VRB39kuiuo(a)电路)(satCBQII即59所以晶体管处于饱和。ICQIC(sat)=1.4mA，uo=UCEQ=UCE(sat)=0.3V。uo波形如图212(c)所示。R33kUCC5VRB39kuiuo05tuo/V0.3(c) uo波形图03tui/V(b) ui波形图2021年12月2日星期四60 233 放大状态

28、下的偏置电路放大状态下的偏置电路 一、固定偏流电路一、固定偏流电路图213固定偏流电路RBUCCRCBCCBonBECCBQRURUUI)(只要合理选择RB，RC的阻值，晶体管将处于放大状态。,BQCQIICCQCCCEQRIUU2021年12月2日星期四61CBOBCIII)1 (若 T ， 则IC 导致 UCEQ CCCCCEQRIUU即：电路的静态工作点Q(UCEQ,ICQ)不稳定。RBUCCRC固定偏流电路的缺点固定偏流电路的缺点2021年12月2日星期四62二、电流负反馈型偏置电路二、电流负反馈型偏置电路图214 电流负反馈型偏置电路RBUCCRCRE若 ICQEBonBECCBQR

29、RUUI)1 ()(IEQUEQ(=IEQRE)UBEQ(= UBQ - UEQ)IBQICQ)(ECCQCCCEQRRIUUBQCQII2021年12月2日星期四63三、分压式偏置电路三、分压式偏置电路(a)电路RB1UCCRCRERB2图215分压式偏置电路1I锗管）硅管）()2010()105(BQBQII兼顾UCEQCCBUU)3151(为确保UB固定I1 I2 IBQRB1、RB2的取值愈小愈好增大电源UCC的无谓损耗取I1I2UB=?2021年12月2日星期四64RB1UCCRCRERB2(b)用戴维南定理等效后的电路UCCRCRERBUBB图215分压式偏置电路baRCRERB1

30、UCCRB2baCCBBBBBBURRRUU212 RB=RB1RB22021年12月2日星期四65EBQBEQBQRIUU)1 (时）（当BERR )1 (EEBonBEBBBEQRRRUUU)1 ()1 ()(BBUUCCRCRERBICQUBBIBQI1 I2 IBQBERR )1 (与等价I1 I2 IBQ当时BBBQUU所以CCBBBBBBURRRUU212 RB=RB1RB22021年12月2日星期四66RB1UCCRCRERB2 UEQ(=IEQRE)ICQ分压式偏置电路如何稳定Q点?若 ICQIEQUBEQ(= UBQ -UEQ)IBQ2021年12月2日星期四67例例3 电路

31、如图215(a)所示。已知=100, UCC=12V,RB1=39k,RB2=25k,RC=RE=2k，试计算工作点ICQ和UCEQ。kRRRBBB15253921 解解 RB1UCCRCRERB2VRRIUUECCQCCCEQ4 . 4)22(9 . 112)(VURRRUCCBBBBB7 . 412253925212mARRUUIEBonBEBBBQ019. 02101157 . 07 . 4)1 ()(mAIIBQCQ9 . 1019. 01002021年12月2日星期四68若按估算法直接求ICQ，则：mARUUIEonBEBQCQ227 . 07 . 4)(BERR )1 (RB1UC

32、CRCRERB2误差：%3 . 59 . 19 . 12时，误差很小。按估算法求CQI2021年12月2日星期四6924放大器的组成及其性能指标放大器的组成及其性能指标 图216共射极放大电路RCUoVUsRsUiC1RB(UCC)C2RLUS、RS：正弦信号源电压及内阻正弦信号源电压及内阻UCC：直流电源直流电源RB：基极偏置电阻基极偏置电阻RC：集电极负载电阻集电极负载电阻RL：负载电阻负载电阻C1(C2)：耦合电容耦合电容UCC2021年12月2日星期四70（1）直流偏置使放大器工作在放大区。）直流偏置使放大器工作在放大区。（2）当静态工作点设置在放大区后，就要叠加需）当静态工作点设置在

33、放大区后，就要叠加需要放大的交流小信号要放大的交流小信号US，为了，为了不影响电路的直流工不影响电路的直流工作作(静态工作点静态工作点)。必须选择合理的叠加方式。该图。必须选择合理的叠加方式。该图采用采用阻容耦合连接方式阻容耦合连接方式。（3）选择合适的电容）选择合适的电容C1、C2使其电容阻抗对交流使其电容阻抗对交流信号近似短路，这样交流信号可以无损耗的送入输信号近似短路，这样交流信号可以无损耗的送入输入端。而电容对直流信号而言，又近似开路。入端。而电容对直流信号而言，又近似开路。放大电路中各元件的作用放大电路中各元件的作用2021年12月2日星期四71 241基本放大器基本放大器的组成原则

34、的组成原则(1) 晶体管偏置在放大状态，且有合适的工作点。(2) 输入信号必须加在基极发射极回路。(3) 须有合理的信号通路。只有一个放大管的放大器，共有三种组态。需进行交流分析需进行直流分析RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCC)1e(TBESEUuIi2021年12月2日星期四72 242直流通路和交流通路直流通路和交流通路分析对象：直流成份、直流通路（偏置电路）分析对象：直流成份、直流通路（偏置电路） 直流（静态）分析：直流（静态）分析：交流（动态）分析交流（动态）分析 ：加入交流信号，加入交流信号，即即ui0当放大器没有送入交流信号时，即当放大器没有送入交流信号时，即u

35、i=0=0分析对象：交流成分、交流通路分析对象：交流成分、交流通路2021年12月2日星期四73（1）画直流通路的原则C开路L短路（2）画交流通路的原则C短路 直流电源对地短路（恒压源处理）2021年12月2日星期四74图217共射放大器的交、直流通路RBUCCRC (a)直流通路RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCC(b)交流通路RCUoUsRsRBRLIiIo习惯用有效值画交、直流通路练习题几种常见的偏置电路图217共射放大器的交、直流通路RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCC2021年12月2日星期四752021年12月2日星期四76 243放大器的主要性

36、能指标放大器的主要性能指标线性放大器IoRLUoUiIi图218 放大器等效为有源二端口网络的框图放大的基本概念幅度增大（放大）频谱不变（波形）线性放大器Io+_Uo+_UiIi信号源信号源负负 载载信号源信号源负负 载载放大器二端口网络通用模型UoIoUiIi2021年12月2日星期四77电压放大器电压放大器互导放大器互导放大器互阻放大器互阻放大器电流放大器电流放大器2021年12月2日星期四78UsAuoUiRLRsUiRiRoUoIsAisIiRLRsRiRoIoIiAroIiRLRiRoUoIsIiRoAgsUiRLRiRoIoUsRsUi 图219放大器二端口网络模型(a)电压放大器

37、(b)电流放大器(c)互导放大器(d)互阻放大器低频小信号放大器的三个主要指标:放大倍数放大倍数 、输入电阻、输入电阻、输出电阻、输出电阻2021年12月2日星期四79 一、放大倍数一、放大倍数AiouUUA 电压放大倍数电流放大倍数互导放大倍数 互阻放大倍数ioiIIA iogUIA iorIUA 其中，Au和Ai为无量纲的数值，而Ag的单位为西门子(S)，Ar的单位为欧姆()。有时为了方便，Au和Ai可取分贝(dB)为单位，即),(lg20),(lg20dBIIAdBUUAioiiou2021年12月2日星期四80二、输入电阻二、输入电阻 RiiiiIUR UsAuoUiRLRsUiRiR

38、oUo(a)电压放大器Ii三、输出电阻三、输出电阻Ro00sIUooosIUR或UsAuoUiRLRsUiRiRoUo(a)电压放大器IiIo加压求流法2021年12月2日星期四812021年12月2日星期四82 四、非线性失真系数四、非线性失真系数THDmnnmIITHD122 由于小信号非线性失真很小，一般只在大信号工作时才考虑THD指标。普通功放THD在（110%） ，高保真功放在1%之内。当输入某一频率的正弦信号时，其输出波形中除基波I1m成分之外，还包含有一定数量的谐波In,n=2,3,，该失真为非线性失真。它是由放大电路中的非线性器件引起。2021年12月2日星期四83放大器对输入

39、信号中的不同频率分量具有不同的放大倍数和附加相移，输出波形相对输入波形产生畸变，称为放大器的线性失真或频率失真。这是由于放大器中含有线性电抗元件引起。 五、线性失真五、线性失真两种失真的区别 线性失真仅使信号中各频率分量的幅度和相位发生相对变化，但不会产生新的频率分量；非线性失真则产生了新的频率分量。 下次课预习要求下次课预习要求.预习预习25 放大器图解分析法放大器图解分析法.什么叫直流负载线？什么叫交流负载线？它们的斜什么叫直流负载线？什么叫交流负载线？它们的斜率如何确定？率如何确定？.如何确定放大器的输出动态范围？如何确定放大器的输出动态范围？2021年12月2日星期四842-82-10

40、2-13作作 业业2021年12月2日星期四8525 放大器图解分析法放大器图解分析法 251直流图解分析直流图解分析直流负载线方程特性曲线方程CCCCCEIiCECRiUuufiBQB)(RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCCRBUCCRCIBQICQUCEQRCUoUiRBRLiBiCUCE2021年12月2日星期四模拟电子技术87图220共射放大器的直流、交流通路RBUCCRCIBQICQUCEQRCUoUiRBRLiBiCUCE(a)直流通路(b)交流通路2021年12月2日星期四模拟电子技术88iBIBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC(a)直流负载线

41、与Q点CR1:斜率为由于UCC，导致收音机声音混浊不清。图221放大器的直流图解分析2021年12月2日星期四模拟电子技术89图221放大器的直流图解分析(b)Q点与RB、RC的关系uCE/V21012012340A30A20A10AiC/mA4684MNQRBQ3Q2Q4RCRBQ1RC2021年12月2日星期四模拟电子技术90例例4 在图220(a)电路中，若RB=560k, RC=3k,UCC=12V，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。umRUUIBBEQCCBQ2002. 05607 . 012解解 取UBEQ=0.7V，由估算法可得在输出特性上找两个

42、特殊点：当uCE=0时，iC=UCC/RC=12/3=4mA，得M点；当iC =0时，uCE=UCC=12V，得N点。由图中Q点的坐标可得，ICQ=2mA,UCEQ=6V。 2021年12月2日星期四模拟电子技术91252交流图解分析交流图解分析LCECRuik1即：ceCEQCEcCQCuUuiIi,由交流通路知：LCQCCEQCEcCQCRIiUuiIi)(,瞬时值 直流值 交流值RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCCRBUCCRCIBQICQUCEQRCUoUiRBRLiBiCUCE2021年12月2日星期四模拟电子技术93iBIBQtiBIBQuBEuBEtiBmaxi

43、BminQUBEQ(a)输入回路的工作波形图222放大器的交流图解分析2021年12月2日星期四模拟电子技术94图222放大器的交流图解分析(b)输出回路的工作波形QiCiBmaxiBminiCICQttuCEuCEUCCUCEQICQRLICQUCCRC交流负载线 kRL1Q1Q2IBQA放大电路的动态图解分析放大电路的动态图解分析.avi2021年12月2日星期四模拟电子技术95tuituBEUBEQiBtIBQiCtICQuCEtUCEQuo000000t图223共射极放大器的电压、电流波形2021年12月2日星期四模拟电子技术962-5-3直流工作点与放大器非线性失真的关系直流工作点与

44、放大器非线性失真的关系Q交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真图224 Q点不合适产生的非线性失真2021年12月2日星期四模拟电子技术97图224 Q点不合适产生的非线性失真(b)饱和失真Q交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0放大器的截止失真和饱和失真放大器的截止失真和饱和失真.avi2021年12月2日星期四模拟电子技术98LCQomRIUCESCEQomUUU Uopp=2Uom 放大器输出动态范围：受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为其中较小的即为放大器最大不失真输出电压的幅度，而输出动态范围Uopp则为该

45、幅度的两倍，即放大器的最大不失真输出幅度放大器的最大不失真输出幅度.avi2021年12月2日星期四模拟电子技术9926 放大器的交流等效电路分析法放大器的交流等效电路分析法261 晶体管交流小信号电路模型晶体管交流小信号电路模型交流工作状态分析（动态分析）在Q点处对输入、输出特性曲线线性化（即用直线段表示）Q点处的交流小信号等效电路（线性等效模型）便于交流参数计算，适用于小信号状态。2021年12月2日星期四模拟电子技术100 一、混合一、混合型电路模型型电路模型 图225晶体管放大过程分析及电路模型uceibubeicgmubeubeucerbercerbcbce(a)共发射极晶体管(b)

46、电路模型2021年12月2日星期四模拟电子线路101eQBEEBEQBBEbbeberiiiuiuiur)1 (. 1ceCEQCEcCQCbBQBbeBEQBEuUuiIiiIiuUu,beQBEebeQEBEeiiiiiuiur1,式中：因为，在Q点处，将输入、输出特性曲线线性化ebeQEBEQEBEeiuiuiur所以2021年12月2日星期四模拟电子线路102TBEUuSEeIi EQTUUSTQBEEeIUeIUuirTBEQ/1112. ic =gmube beQBEBBCQBECbecmruiiiuiuigTCQTEQeemUIUIrrg)1 (bcQBCiiii式中：2021年

47、12月2日星期四模拟电子线路103QCCEcceceiuiur. 3ceQBCCCEQBCEbcebcriiiuiuiur. 4晶体管电路模型见图225（b）gmubeubeucerbercerbcbce2021年12月2日星期四模拟电子线路104cebrbbrccPNNNCb cCb ereeb 图226平面管结构示意图b：基区的理 论 基 极r bb通常取值2002021年12月2日星期四模拟电子线路105gmub eubeucercebcerbbCb crb ebrb cCb e(a)高频时的电路模型图227完整的混合型电路模型2021年12月2日星期四模拟电子线路106(b)低频时的电

48、路模型图227完整的混合型电路模型gmub eubeucercebcerbbrb ebrb c2021年12月2日星期四模拟电子线路107 二、低频二、低频H参数电路模型参数电路模型适用范围：线性四端网络uBEuCEiBiC等；其中：beBEQBEuUu取iB和uCE为自变量，则有：电路的网络参数很多，如：Z参数，Y参数，A参数，H参数等。低频、小信号（振幅低频、小信号（振幅2.6mV左右）交流信号。左右）交流信号。2021年12月2日星期四模拟电子线路108),(),(21CEBCCEBBEuifiuifuCEQCECBQBCCCEQCEBEBQBBEBEduuidiiididuuudiiu

49、ducecebfeccerebiebeuhihiuhihu因为，在Q点处，将输入、输出特性曲线线性化所以，duBE、 diC等式成立 uBE 、 iC等式成立ube 、ic等式成立 Ube 、Ic等式成立cecebfeccerebiebeUhIhIUhIhU交流值有效值（正弦量）BEQbeBEQBEUuUu)(2021年12月2日星期四模拟电子技术1090000bcebceIcecQCECoeUbcQBCfeIcebeQCEBEreUbbeQBBEieUIuihIIiihUUuuhIUiuh输出交流短路时的输入电阻输入交流开路时的反向电压传输系数输出交流短路时的电流放大系数输入交流开路时的输出

50、电导2021年12月2日星期四模拟电子技术110UbeUcebcehiehoe1hfeIbIcIbhreUce图228 共发射极晶体管H参数电路模型2021年12月2日星期四模拟电子技术111图229在特性曲线上求H参数的方法uBEQIBQuBEiB(a)iB0UBEQuCEUCEQ0ceUbbeQBBEieIUiuh输入电阻2021年12月2日星期四模拟电子技术112uBEQIBQuBEiB(b)0uBE1uCE1uCE2uCEuBE2图229在特性曲线上求H参数的方法0bIcebeQCEBEreUUuuh反向电压传输系数2021年12月2日星期四模拟电子技术1130iCuCE(c)QUCE

51、QIB2IB1IBiC1iC2iC图229在特性曲线上求H参数的方法0ceUbcQBCieIIiih电流放大系数2021年12月2日星期四模拟电子技术1140iCuCE(d)QUCEQIBQiC2iC1iCuCE2uCE1uCE图229在特性曲线上求H参数的方法0bIcecQCECoeUIuih输出电导2021年12月2日星期四模拟电子技术115ACQICEQACQQCECoeUIUUIuihBQiCUA0UCEQuCEICQuCEQ iCIBQ图230利用厄尔利电压求hoe2021年12月2日星期四模拟电子技术116Uce 0UbercebcerbbrbebrbcIbgmUb e Ic图23

52、1求H参数用的混合型电路(a)输出交流短路的混合型电路 2021年12月2日星期四模拟电子技术117图231求H参数用的混合型电路 (b)输入交流开路的混合型电路Ubercebcerbbrbebrb cgmUb e IcIb 0Uce2021年12月2日星期四模拟电子技术118cbebebIceberecbebebmceIcceoecbebmUbcfecbebbbUbbeierrrUUhrrrgrIUhrrgIIhrrrIUhbbcece000011)()(2021年12月2日星期四模拟电子技术119如果忽略r bc的影响，则式(240)可简化为01)1 (receoeebmfebeebbie

53、hrhrghrrrh1K左右2020010-510-310-42021年12月2日星期四模拟电子技术120UbeUce(rce)bcehie(rbe)hoe1hfeIbIcIb(Ib)图232 实用的低频H参数电路模型2021年12月2日星期四模拟电子技术121 2-6-2 共射极放大器的交流等效电路分析法共射极放大器的交流等效电路分析法根据直流通路估算直流工作点确定放大器交流通路、交流等效电路计算放大器的各项交流指标2021年12月2日星期四模拟电子技术122UoUiUsRsRB2C1RECERLUCCRCRB1C2图233共射极放大器及其交流等效电路(a)电路2021年12月2日星期四模拟

54、电子技术123(b)交流等效电路图233共射极放大器及其交流等效电路UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB12021年12月2日星期四模拟电子技术1241.电压放大倍数AubeLbeLCiouLCbLCcobebirRrRRUUARRIRRIUrIU)()()(输出、输入电压反相LCLCQbbebbbeRRRmVImVrrrr)()()(26)1 (2021年12月2日星期四模拟电子技术125关于电压放大倍数Au的讨论成正比；无关，而与时，与当CQI. 1CQLLmbeLuImVRRgrRA)(26由于成正比。与LR. 22021年12月2日星期四模拟电子

55、技术126 2.电流放大倍数AiiLCCbeBBioiBbeBbiLCCbLCCcoARRRrRRIIARrRIIRRRIRRRII2021年12月2日星期四模拟电子技术127 3.输入电阻RibebeBBiiirrRRIUR214.输出电阻RoCUoooRIURs05.源电压放大倍数AusuisiiosisousARRRUUUUUUA2021年12月2日星期四模拟电子技术128 6.发射极接有电阻RE时的情况EbbebiRIrIU)1 (UsRsUiRb2Rb1RErbeIbRCRLUoIb 图235 发射极接电阻时的交流等效电路2021年12月2日星期四模拟电子技术129EmLmEbeLi

56、ouRgRgRrRUUA1)1 (时）当beEELurRRRA)1 (EbebiiRrIUR)1 (Ri=RB1RB2R2021年12月2日星期四模拟电子技术130例例5 在图233(a)电路中，若RB1=75k，RB2=25k,RC=RL=2k,RE=1k,UCC=12V，晶体管采用3DG6管，=80, r bb=100,Rs=0.6k,试求该放大器的直流工作点ICQ、UCEQ及Au,Ri,Ro和Aus等项指标。VRRIUUmARUUIIVURRRUECCQCCCEQEBEQBEQCQCCBBBB1 . 5) 12(3 . 212)(3 . 217 . 03312257525212 解解 按

57、估算法计算Q点： 2021年12月2日星期四模拟电子技术131kRRRkIrrrRUUALCLCQbbbebeLiou12213 . 2268010026式中：50)80(16 . 01211157580118021uisisousCobeBBiuARRRUUAkRRkrRRRA的阻值代入上式，得，将LbeRr2021年12月2日星期四模拟电子技术132例例6 在上例中，将RE变为两个电阻RE1和RE2串联，且RE1=100,RE2=900，而旁通电容CE接在RE2两端，其它条件不变，试求此时的交流指标。解解 由于RE=RE1+RE2=1k，所以Q点不变。对于交流通路，现在射极通过RE1接地。

58、此时，各项指标分别为2021年12月2日星期四模拟电子技术1338)8 . 8(66 . 0626 1 . 0811 2575)1 (8 . 81 . 0811180)1 (1211uisisousCoEbeBBiEbeLiouARRRUUAkRRkRrRRRRrRUUA可见，RE1的接入，使得Au减小了约10倍。但是，由于输入电阻增大，因而Aus与Au的差异明显减小了。2021年12月2日星期四模拟电子技术13427 共集电极放大器和共基极放大器共集电极放大器和共基极放大器 271共集电极放大器共集电极放大器UoUiUsRsRB2C1RERLUCCRB1C2(a)电路2021年12月2日星期

59、四模拟电子技术135图236共集电极放大器及交流等效电路(b)交流等效电路UiRiRsUsRB1IbRoRB2rbeIbbcIcIeRERLIoRiIie2021年12月2日星期四模拟电子技术1361.电压放大倍数AuLELLbeLiouLbbebobebiLbLEeoRRRRrRUUARIrIUrIURIRRIU)1 ()1 ()1 ()1 ()(因而 式中： 2021年12月2日星期四模拟电子技术137 2.电流放大倍数Ai在图236(b)中，当忽略RB1、RB2的分流作用时，则Ib=Ii，而流过RL的输出电流Io为LEEbLEEeoRRRIRRRII)1 (由此可得 LEEioiRRRI

60、IA)1 (2021年12月2日星期四模拟电子技术1383.输入电阻RiiBBiRRRR21LbeiRrR)1 (KRKrLbe1,100,1若KRi102则：2021年12月2日星期四模拟电子技术1394.输出电阻RoUorbeRsRB2RB1IbRoRERoIoIeIoIb 图237求共集放大器Ro的等效电路)(sbeboRrIU式中：而beoIII)1 (21BBssRRRR 1sbeoooRrIUR2021年12月2日星期四模拟电子技术140所以，输出电阻10sbeEoEUbooRrRRRIURsKRKrSbe1,100,2若7 .29oR则：UorbeRsRB2RB1IbRoRERo