模拟电路第三章

1、 4-1 BJT第第4章章 双极结型三极管及双极结型三极管及放大电路基础放大电路基础 4-2 基本放大电路基本放大电路4-4 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4-3 组合放大电路组合放大电路 半导体三极管有两大类型，半导体三极管有两大类型， 一是一是双极型半导体三极管双极型半导体三极管 二是二是场效应半导体三极管场效应半导体三极管第第4 4章章 双极结型三极管及双极结型三极管及放大电路基础放大电路基础第第5 5章章 场效应管放大电路场效应管放大电路 双极型半导体三极管是由两种载双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两流子参与导电的半导体器件，它由两个个 PN 结组合而成

2、，是一种结组合而成，是一种CCCS器件。器件。 场效应型半导体三极管仅由一种场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。器件。4.1.1 BJT的结构4.1.2 BJT电流的分配与控制4.1.3 BJT的电流关系4.1.4 BJT的V-I特性曲线4.1.5 BJT的参数4.1.6 BJT的型号 4.1 4.1 双极结型三极管双极结型三极管BJTBJT4.1.1 BJT4.1.1 BJT的结构的结构 双极型半导体三极管的结构示意图如图双极型半导体三极管的结构示意图如图03.01所示。所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。 图图 03

3、.01 03.01 两种极性的双极型三极管两种极性的双极型三极管e-b间的间的PN结称为结称为发射结发射结(Je) c-b间的间的PN结称为结称为集电结集电结(Jc) 中间部分称为基区，连上电极称为中间部分称为基区，连上电极称为基极基极，用用B或或b表示（表示（Base）；）； 一侧称为发射区，电极称为一侧称为发射区，电极称为发射极发射极，用用E或或e表示（表示（Emitter）；）； 另一侧称为集电区和另一侧称为集电区和集电极集电极，用用C或或c表示（表示（Collector）。）。 双极型三极管的符号在图的下方给出，发双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。

4、射极的箭头代表发射极电流的实际方向。 从外表上看两个从外表上看两个N区区,(或两个或两个P区区)是对称的，是对称的，实际上实际上发射区的掺杂浓度大发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度集电区掺杂浓度低低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。厚度一般在几个微米至几十个微米。4.1.2 BJT BJT的的电流分配与控制电流分配与控制 双极型半导体三极管在工作时一定要加上双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。适当的直流偏置电压。 若在放大工作状态：发射结加正向电压，若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压

5、。集电结加反向电压。 现以现以 NPN型三型三极管的放大状态为极管的放大状态为例，来说明三极管例，来说明三极管内部的电流关系，内部的电流关系， 见图见图03.02。(动画动画2-1)图图 03.02 双极型三极管的电双极型三极管的电流传输关系流传输关系 发射结加正偏时，从发射区将有大量发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为的电子向基区扩散，形成的电流为IEN。与。与PN结中的情况相同。结中的情况相同。 从基区向发射区也有空穴的扩散运动，从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为但其数量小，形成的电流为IEP。这是因为这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺

6、杂浓度。发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。 进入基区的电子流因基区的空穴浓度进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快停留的时间很短，很快就运动到了集电结就运动到了集电结的边上，进入集电的边上，进入集电结的结电场区域，被集结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流电极所收集，形成集电极电流ICN。在基区在基区被复合的电子形成的电流是被复合的电子形成的电流是 IBN。 另外因集电结反偏，另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成使集电结区的

7、少子形成漂移电流漂移电流ICBO。于是可于是可得如下电流关系式得如下电流关系式: IE= IEN+ IEP 且有且有IENIEP, IE IEN IEN=ICN+ IBN 且有且有IEN IBN ，ICNIBN IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBNICBO, IB IBNICBO,IE IEN = ICN+ IBN =(ICN+ICBO)+(IBNICBO) IE =IC+IB 以上关系在图以上关系在图03.02的动画中都给予的动画中都给予了演示。由以上分析可知，发射区掺杂了演示。由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流

8、放大的关键。若两个实现电流放大的关键。若两个PN结对接结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例极管，这是量变引起质变的又一个实例。问题：除了从三极管的电流分配关系可以问题：除了从三极管的电流分配关系可以 证明证明 IE=IC+IB 。还可以通过什么方。还可以通过什么方 法加以说明？法加以说明？4.1.3 BJT4.1.3 BJT的电流关系的电流关系 (1) (1)三种组态三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入以

9、作为输入, 两个可以作为输出，这样必然两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态组态，见图，见图03.03。 共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示表示; 共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；图图 02.03 02.03 三极管的三种组态三极管的三种组态(2)(2)三极管的电流放大系数三极管的电流放大系数 对于集电极电流对于集电极电流IC和发射极电流和发射极电流

10、IE之间的之间的关系可以用系数来说明，定义关系可以用系数来说明，定义: EC/ II 称为称为共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数。它表示集。它表示集电极的电流电极的电流IC与发射极电流与发射极电流IE的比值。其值小的比值。其值小于于1, 但接近但接近1。由此可得。由此可得:CBBC)1(,1IIII 定义定义: =IC /IB称为称为共发射极接法直流电流放大系数共发射极接法直流电流放大系数。于是于是因因 1, 所以所以 14.1.4 BJT4.1.4 BJT的的V-IV-I特性曲线特性曲线 电流电压都得到了放大，应用最广泛。电流电压都得到了放大，应用最广泛。本节介绍共发射极接法三极管

11、的特性曲线，即本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即 共发射极接法的供电电路和电压共发射极接法的供电电路和电压-电流电流关系如图关系如图03.0403.04所示所示。图图0 04.04 4.04 共发射极接法的电压共发射极接法的电压- -电流关系电流关系 这里，这里，B表示输入电极，表示输入电极，C表示输出电极，表示输出电极，E表示公共电极。所以这两条曲线是共发射极表示公共电极。所以这两条曲线是共发射极接法的特性曲线。接法的特性曲线。 iB是输入电流，是输入电流，vBE是输入电压是输入电压，加在，加在B、E两电极之间。两电极之间。 iC是输出电流，是输出电流，vCE是输出电压是输出电压，从，

12、从C、E 两电极取出。两电极取出。 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const 输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即 简单地看，输入特性曲线类似于发射简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论结的伏安特性曲线，现讨论iB和和vBE之间的之间的函数关系函数关系。因为有集电结电压的影响，。因为有集电结电压的影响，它它与一个单独的与一个单独的PN结的伏安特性曲线不同。结的伏安特性曲线不同。 为了排除为了排除vCE的影响，在讨论输入特性曲线的影响，在讨论输入特性

13、曲线时，应使时，应使vCE=const(常数常数)。(1) (1) 输入特性曲线输入特性曲线 vCE的变化引起基区有效变化，致使基的变化引起基区有效变化，致使基极电流极电流iB 变化的效应称为基区宽度调制效应。变化的效应称为基区宽度调制效应。 共发射极接法的输入特性曲线见图共发射极接法的输入特性曲线见图03.0503.05。其。其中中vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当当vCE1V时，时， vCB= vCE - - vBE0，集电结已进反，集电结已进反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，偏状态，开始收集电子，且基区复合减少， IC / IB

14、增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但vCE再增再增加时，曲线右移很不明加时，曲线右移很不明显。曲线的右移是三极显。曲线的右移是三极管内部反馈所致，右移管内部反馈所致，右移不明显说明内部反馈很不明显说明内部反馈很小。小。输入特性曲线的分输入特性曲线的分区：区：死区死区 非线性区非线性区 线性区线性区 图图0 04.05 4.05 共射接法输入特性曲线共射接法输入特性曲线 (2)(2)输出特性曲线输出特性曲线 共发射极接法的输出特性曲线如图共发射极接法的输出特性曲线如图03.0603.06所示，它是以所示，它是以iB为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说

15、明，为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，当当vCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。当当vCE稍增大时，稍增大时，发射结虽处于正向电压发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电之下，但集电结反偏电压很小，如压很小，如 vCE 1 V vBE=0.7 V vCB= vCE- - vBE集电区收集电子的能力集电区收集电子的能力很弱，很弱，iC主要由主要由vCE决定。决定。 图图0 04.06 4.06 共发射极接法输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线（动画动画2-2） 当当vCE增加到使集电结反偏电压较大时，如增加到使集电结反偏电压较大时，如 vCE 1

16、 V vBE 0.7 V运动到集电结的电子运动到集电结的电子基本上都可以被集电基本上都可以被集电区收集，此后区收集，此后vCE再增再增加，电流也没有明显加，电流也没有明显的增加，特性曲线进的增加，特性曲线进入与入与vCE轴基本平行的轴基本平行的区域区域 (这与输入特性曲这与输入特性曲线随线随vCE增大而右移的增大而右移的 图图0 04.06 4.06 共发射极接法输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线原因是一致的原因是一致的) 。（。（动画动画2-2） 输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区饱和区iC受受vCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内vCE的的

17、数值较小，一般数值较小，一般vCE0.7 V(硅管硅管)。此时。此时 发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏集电结正偏或反偏电压很小或反偏电压很小。截止区截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。的曲线的下方。 此时，此时，发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏。放大区放大区iC平行于平行于vCE轴的区域，轴的区域， 曲线基本平行等距。曲线基本平行等距。 此时，此时，发发射结正偏，射结正偏，集电结反偏，集电结反偏，电压大于电压大于0.7 V左右左右(硅管硅管) 。此区也叫。此区也叫线性区线性区Ic与与Ib成线性关系。成线性关系。典型数据如下：见教案典型数据如下：见

18、教案例例4.14.1：测量三极管三个电极对地电位如图：测量三极管三个电极对地电位如图 0 04.094.09所示，试判断三极管的工作状态。所示，试判断三极管的工作状态。 图 04.09 三极管工作状态判断 放大截止截止饱和饱和4.1.5 BJTBJT的参数的参数 半导体三极管的参数分为三大类半导体三极管的参数分为三大类: 直流参数直流参数 交流参数交流参数 极限参数极限参数 (1)(1)直流参数直流参数 直流电流放大系数直流电流放大系数 1.1.共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =IC / IB vCE=const 在放大区基本不变。在共发射极输出特性在放大区基本不变。在共发射

19、极输出特性曲线上，通过垂直于曲线上，通过垂直于X轴的直线轴的直线(vCE=const)来求来求取取IC / IB ，如图，如图04.07所示。在所示。在IC较小时和较小时和IC较大较大时，时， 会有所减小，这一关系见图会有所减小，这一关系见图04.08。图图04.08 值与值与IC的关系的关系图图 04.07 在输出特性曲在输出特性曲线上决定线上决定 2.共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =IC/IE 显然显然 与与 之间有如下关系之间有如下关系: = IC/IE= IB/ 1+ IB= / 1+ 极间反向电流极间反向电流 1.集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICB

20、O ICBO的下标的下标CB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O是是Open的字头，代表第三个电极的字头，代表第三个电极E开开路。它相当于路。它相当于集电结的反向饱和电流。集电结的反向饱和电流。 2.集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO和和ICBO有如下关系有如下关系 ICEO=（1+ ）ICBO 相当基极开路时，集电极和发射极间的反向相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应那条曲线所对应的的Y坐标的数值，温度稳定性差。如图坐标的数值，温度稳定性差。如图03.09所示所示 图图04.09 ICE

21、O在输在输出特性曲线上的位置出特性曲线上的位置(2)(2)交流参数交流参数交流电流放大系数交流电流放大系数 1.共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 = IC/ IB vCE=const 在放大区在放大区 值基本不变，可在共射接法输出值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂特性曲线上，通过垂直于直于X 轴的直线求取轴的直线求取 IC/ IB。或在图。或在图04.08上通过求某一点的上通过求某一点的斜率得到斜率得到 。具体方具体方法如图法如图04.10所示。所示。 图图04.10 在输出特性曲线上求在输出特性曲线上求 2.共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = IC/

22、 IE VCB=const当当ICBO和和ICEO很小时，很小时， 、 ，可以不加区分。，可以不加区分。 特征频率特征频率fT 三极管的三极管的 值不仅与工作电流有关，而且与值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的增加时，三极管的 将会下降。将会下降。当当 下降到下降到1时所对时所对应的频率称为特征频率，用应的频率称为特征频率，用fT表示。表示。 (3)极限参数极限参数 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 如图如图04.08所示，当集电极电流增加时，所示，当集电极电流增加时， 就就要下降，当要下降，

23、当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值的值的7030时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流流ICM。至于至于 值值下降多少，不同型号的三极管，下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有不同的厂家的规定有所差别。可见，当所差别。可见，当ICICM时，并不表时，并不表示三极管示三极管会损坏。会损坏。 图图04.08 值与值与IC的关系的关系集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICVCBICVCE， 因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中因发射

24、结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用在集电结上。在计算时往往用VCE取代取代VCB。 提高提高PCM，加散热装置。加散热装置。 反向击穿电压反向击穿电压 反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力，其测试时的原理电路如图压的能力，其测试时的原理电路如图0 04.114.11所示。所示。 图图0 04.11 4.11 三极管击穿电压的测试电路三极管击穿电压的测试电路 1.V(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。发射极开路时的集电结击穿电压。下标下标BR代表击穿之意，是代表击穿之意，是Breakdown的字头，的字头，CB代表集

25、电极和基极，代表集电极和基极，O代表第三个电极代表第三个电极E开路。开路。 2.V(BR) EBO集电极开路时发射结的击穿电压集电极开路时发射结的击穿电压。 3.V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的基极开路时集电极和发射极间的 击穿电压。击穿电压。 对于对于V(BR)CER表示表示BE间接有电阻，间接有电阻，V(BR)CES表示表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系系 V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEO 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区

26、和击穿区，见图确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图04.12。 图图0 04.12 4.12 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区 4.1.6 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：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、 G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种

27、类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管 表03.01 双极型三极管的参数 参 数型 号 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126* 83BX31C 125 125 40 246* 83 3CG101CCG101C 100 30 450.1 1003 3DG123CDG123C 500 50 40 300.353 3DD101DDD101D 5A 5A 300 25042mA3 3DK100BDK1

28、00B 100 30 25 150.1 3003DKG23 250W 30A 400 325 8注：*为 f 3.2.1 放大电路的基本概念 3.2.2 双极型三极管放大电路的基本分析方法 3.2 3.2 基本放大电路基本放大电路3.2.1 放大电路的基本概念 1 1 放大的概念放大的概念 2 2 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标 3 3 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理1 1 放大的概念放大的概念 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三种基本组态放大电路。相应元件组成的三种基本组态放大电路。 1.1.放大电路主要用于放大微

29、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。共发射极、共集电极、共基极共发射极、共集电极、共基极放大电路的结构示意框图见图放大电路的结构示意框图见图03.0103.01。图图03.01 放大概念示意图放大概念示意图2 2 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标 (1)(1)放大倍

30、数放大倍数 (2)(2)输入电阻输入电阻Ri (3)(3)输出电阻输出电阻Ro (4)(4)通频带通频带(1) 放大倍数 输出信号的电压和电流幅度得到了放大，输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有有电压放大倍数、电流放大倍数电压放大倍数、电流放大倍数和和功率放大倍功率放大倍数数, ,通常它们都是按正弦量定义的。放大倍数通常它们都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图定义式中各有关量如图03.0203.02所示。所示。图图03.02 放大倍数的定义放大倍数的定义功率放大倍数功率放大倍数定义为定义为 (03.0

31、3)iiooio/IVIVPPAp电压放大倍数电压放大倍数定义为定义为 (03.01)io/VVAv电流放大倍数电流放大倍数定义为定义为 (03.02)io/IIAi(2) 输入电阻 Ri 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取输入电阻是表明放大电路从信号源吸取信号大小的参数。信号大小的参数。Ri的定义见图的定义见图03.0303.03和式和式(03.04)(03.04)(03.04)iiiIVR图 03.03 输入电阻的定义(3) 输出电阻Ro 输出电阻是表明放大电路带负载输出电阻是表明放大电路带负载的能力的能力。Ro的定义见图的定义见图03.0403.04和式和式(03.05)(03.05)。

32、 (03.05) 0,.o.ooSL=VRIVR 图图( (a) )是从输出端加假想电源是从输出端加假想电源V o求求Ro， 图图(b)是通过放大电路的负载特性曲线求是通过放大电路的负载特性曲线求Ro。Vo =RL / ( RoRL) Vo Ro =( Vo/ Vo) 1 RL (03.06)(a) 从假想的 求Ro (b)从负载特性曲线求Ro图 03.04 输出电阻的定义 oV)05.03()b(04.03oooL根据式。开路时的输出为，、，测得时，在带根据图VIVR 注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处

33、于放大在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。状态且输出不失真的条件下才有意义。(4) 通频带00HL7.02)()(AAfAfA(03.06)相应的频率相应的频率fL称为下限频率，称为下限频率，fH称为上限频率称为上限频率。图 03.05 通频带的定义 放大电路的增益放大电路的增益A(f) 是频率的函数。在低是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降下降到中频电压放大倍数到中频电压放大倍数A0的的 1/ 时时，即，即2问题问题1 1：放大电路的输出电阻小，对：放大电路的输出电阻小，对放大电路输出电压的

34、稳定性是否有利？放大电路输出电压的稳定性是否有利？问题问题2 2：有一个放大电路的输入信号：有一个放大电路的输入信号的频率成分为的频率成分为100100 Hz10 kHz，那么那么放大电路的通频带应如何选择？放大电路的通频带应如何选择？ 如果放大电路的通频带比输入信号的如果放大电路的通频带比输入信号的频带窄，那么输出信号将发生什么变频带窄，那么输出信号将发生什么变化？化？ 3 3 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理(1) (1) 共发射极组态交流基本放大电路的共发射极组态交流基本放大电路的 组成组成(2) (2) 静态和动态静态和动态(3) (3) 直流通道和交流通道直流通道和交流通

35、道(4) (4) 放大原理放大原理基本组成如下：基本组成如下： 三三 极极 管管T 负载电阻负载电阻Rc 、RL 偏置电路偏置电路VCC 、Rb 耦合电容耦合电容C1 、C2起放大作用。起放大作用。将变化的集电极电流转换为电压输出。提供电源，并使三极管工作在线性区。输入耦合电容输入耦合电容C1保证信号加到保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容输出耦合电容C2保证信号输送保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。到负载，不影响集电结偏置。(1) (1) 共发射极组态交流基本放大电路的组成共发射极组态交流基本放大电路的组成 图图 03.06 共发射极组态交流基本放

36、大电路共发射极组态交流基本放大电路 (2) (2) 静态和动态静态和动态 静态静态 时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称直流工作状态直流工作状态。0iv 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。动态，正确地区分直流通道和交流通道。 动态动态 时，放大电路的工作状时，放大电路的工作状态，也称态，也称交流工作状态交流工作状态。0iv 直流通道直流通道 交流通道交流通道 直流电源和耦合电容对交流相当于短路直流电源和耦合电容对交

37、流相当于短路 即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻， Rc 、Rb 。 能通过交流的电路通道。如从C、B、E向外看，有等效的交流负载电阻， Rc/RL和偏置电阻Rb 。 若直流电源内阻为零，交流电流流过直若直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。设流电源时，没有压降。设C1、 C2 足够大，对足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。在交信号而言，其上的交流压降近似为零。在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。(3) (3) 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 (a)直流通道直流通道 (b)交流通道交流通道 图图 03.

38、07 基本放大电路的直流通道和交流通道基本放大电路的直流通道和交流通道(4) (4) 放大原理放大原理 输入信号通过耦合电容加在三极管输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结于是有下列过程：的发射结于是有下列过程：o2ccc)b(cbbe1ivCvRiiiivCv三极管放大作用三极管放大作用 变化的变化的 通过通过 转变为转变为变化的输出变化的输出cicR3.2.2 3.2.2 双极型三极管放大电路的基本分析双极型三极管放大电路的基本分析 方法方法1 1 放大电路的静态分析放大电路的静态分析2 2 放大电路的动态图解分析放大电路的动态图解分析3 3 三极管的低频小信号模型三极管的低频小信号模型4

39、 4 共射组态基本放大电路微变等效共射组态基本放大电路微变等效 电路分析法电路分析法5 5 共集组态基本放大电路共集组态基本放大电路6 6 共基组态基本放大电路共基组态基本放大电路1 1 放大电路的静态分析放大电路的静态分析 静态分析有静态分析有计算法计算法和和图解分析法图解分析法两种。两种。（1 1）静态工作状态的计算分析法）静态工作状态的计算分析法（2 2）静态工作状态的图解分析法）静态工作状态的图解分析法 静态工作状态的计算分析法静态工作状态的计算分析法cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVVI IB、IC和和VCE这些量代表的工作状态称为这些量代表的工作状态称为静静态工作点态工作

40、点，用用Q表示。在测试基本放大电路时，表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位往往测量三个电极对地的电位VB、VE和和VC即可即可确定三极管的静态工作状态确定三极管的静态工作状态。根据直流通道可对放大电路的静态进行计算根据直流通道可对放大电路的静态进行计算静态工作状态的图解分析法静态工作状态的图解分析法图 03.08 放大电路静态工作状态的图解分析 放大电路的静态工作状态的图解分析如放大电路的静态工作状态的图解分析如图图03.08所示。所示。 直流负载线的确定方法直流负载线的确定方法：1. 在输入回路列方程式在输入回路列方程式VBE =VCCIBRb2. 在输入特性曲线上，作出输

41、入负载线，两在输入特性曲线上，作出输入负载线，两 线的交点即是线的交点即是Q。3. 由直流负载列出方程由直流负载列出方程 VCE=VCCICRc4. 在输出特性曲线上确定在输出特性曲线上确定两个特殊点两个特殊点,即可即可 画出直流负载线。画出直流负载线。 直流负载线的确定方法直流负载线的确定方法：VCC 、 VCC /Rc5. 得到得到Q点的参数点的参数IBQ、ICQ和和VCEQ。2 放大电路的动态图解分析放大电路的动态图解分析 （1）交流负载线）交流负载线 （2）交流工作状态的图解分析）交流工作状态的图解分析 （3）最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度 （4）非线性失真非线性失真 （5）输出

42、功率和功率三角形输出功率和功率三角形（1）交流负载线）交流负载线 交流负载线确定方法：交流负载线确定方法： 1.通过输出特性曲线上的通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，点做一条直线，其斜率为其斜率为- -1/RL 。 图图 03.11 放大电路的动态放大电路的动态 工作状态的图解分析工作状态的图解分析2.RL= RLRc， 是交流负载电阻。是交流负载电阻。 3.交流负载线与直流交流负载线与直流 负载线相交负载线相交Q点。点。（1）交流负载线）交流负载线4.交流负载线是有交流交流负载线是有交流 输入信号时输入信号时Q点的运点的运 动轨迹。动轨迹。 图图 03.11 放大电路的动态放大电路的动态

43、工作状态的图解分析工作状态的图解分析（动画动画3-1）图图 03.12 放大电路的动态图解分析放大电路的动态图解分析通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论： 1. 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. 2. vo与与vi相位相反；相位相反； 3. 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 4. 可以确定最大不失真输出幅度。可以确定最大不失真输出幅度。(2)(2)交流工作状态的图解分析交流工作状态的图解分析波形的失真波形的失真饱和失真饱和失真截止失真截止失真 由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电路的工作点达到了三极

44、管的饱和区而引起的非线性失真。对于的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，管，输出电压表现为底部失真。输出电压表现为底部失真。 由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，管，输出电压表现为顶部失真。输出电压表现为顶部失真。(3) (3) 最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度 注意：对于注意：对于PNP管，由于是负电源供管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。管正好相反。图 03.13 放大器截止失真和饱和失真 （动画3-2） (a) 截止失真(b) 饱和失真

45、（动画3-3）放大电路的最大不失真输出幅度放大电路的最大不失真输出幅度 放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要： 1.工作点工作点Q要设置在输出特性曲线放要设置在输出特性曲线放 大区的中间部位；大区的中间部位； 2.要有合适的交流负载线。要有合适的交流负载线。 图图 03.14 放大器的最大不放大器的最大不失真输出幅度失真输出幅度（动画动画3-4） （4）非线性失真非线性失真%10012322VVVTHD 放大器要求输出信号与输入信号之间是线性放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，不能产生失真。关系，不能产生失真。 由于三极管存在非线性，使输出

46、信号产生了由于三极管存在非线性，使输出信号产生了非线性失真非线性失真。 非线性失真系数的定义：非线性失真系数的定义：在某一正弦信号输在某一正弦信号输入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比，用量的总有效值与基波分量之比，用THD表示，表示，即即 (5) (5) 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形omomomomo2122IVIVP 要想要想PO大，就要使功率三角形的面积大，大，就要使功率三角形的面积大，即必须使即必须使Vom 和和Iom 都要大。都要大。 图图 03.15 功率三角形功率三角形放大电路向电阻性负载提供的

47、放大电路向电阻性负载提供的输出功率输出功率 在输出特性曲线上，在输出特性曲线上，正好是三角形正好是三角形 ABQ的面的面积，这一三角形称为积，这一三角形称为功率功率三角形三角形。3 三极管的低频小信号模型三极管的低频小信号模型 （）模型的建立（）模型的建立 （）（） h h参数参数 （）（）h h参数微变等效电路简化模型参数微变等效电路简化模型 （）主要参数（）主要参数 (1)(1)模型的建立模型的建立 1.1.三极管可以用一个模型来代替。三极管可以用一个模型来代替。 2. 2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。对于低频模型可以不考虑结电容的影响。 3. 3.小信号意味着三极管在线性条件下工

48、作，微变也小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也 具有线性同样的含义。具有线性同样的含义。三极管的低频小信号模型如图三极管的低频小信号模型如图03.1603.16所示。所示。图图 03.16 03.16 双极型三极管双极型三极管h h参数模型参数模型 (2) (2) h h参数参数),(),(CEBCCEBBEvifivifvCE0BCECB0CEBCCCE0BCEBEB0CEBBEBEvviiiiivvviivviviv 0CE)/(BBE11vivh，称为，称为输入电阻输入电阻，即，即 rbe。0B)/(CEBE12ivvh，称为，称为电压反馈系数电压反馈系数。0CE)/(BC21vi

49、ih，称为，称为电流放大系数电流放大系数，即，即 。0B)/(CEC22ivih ，称为，称为输出电导输出电导，即，即1/rce。三极管的模型也可以用网络方程导出三极管的模型也可以用网络方程导出。三极管的输入和输出特性曲线如下：三极管的输入和输出特性曲线如下： 图图03.17 03.17 h h1111和和h h1212的意义的意义h h参数的物理含义见图参数的物理含义见图03.1703.17和图和图03.1803.18。 图图 03.18 h21和和h22的意的意义义 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

50、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。 (3) (3) h h参数微变等效电路简化模型参数微变等效电路简化模型 简化的三极管简化的三极管h h参数模型，如图参数模型，如图03.1903.19所示。所示。 图中作了两处忽略图中作了两处忽略 h h1212反映三极管内部的电反映三极管内部的电压反馈，因数量很小，一般压反馈，因数量很小，一般可以忽略。可以忽略。 h h2222具有电导的量纲，与具有电导的量纲，与电流源并联时，分流极小，电流源并联时，分流极小，可作开路处理。可作开路处理。图图 03.

51、19 03.19 三极管简化三极管简化h h参数模型参数模型rbe= rbb + rb e 300 +(1+ ) 26 / IEQ（4)4)模型中的主要参数模型中的主要参数 r rbebe三极管的交流输入电阻三极管的交流输入电阻 根据二极管的方程式根据二极管的方程式1)e (T/SVvIi对于三极管的发射结对于三极管的发射结TE BTE B/ES/ESEe1)e (VvVvIIi求发射结的动态电导，求发射结的动态电导，b b 相当基区内一个点，相当基区内一个点，b b是基极。是基极。TE/ESTE BE eTE Be1dd1ViIVvirVv reVT / iE re QVT /IEQ=26

52、(mV)/ IEQ ( mA) rbe Q= rbb + rb e 300 +(1+ ) 26 / IEQ （03.11） i iB B输出电流源输出电流源 表示三极管的电流放大作用。表示三极管的电流放大作用。反映了三极管具有电流控制电流源反映了三极管具有电流控制电流源CCCS的特性的特性。rb e re归算到基极回路的电阻。归算到基极回路的电阻。rbb 相当于基相当于基区的体电阻区的体电阻, 对于小功率三极管对于小功率三极管rbb 300 ，。，。 4 共射组态基本放大电路共射组态基本放大电路 微变等效电路分析法微变等效电路分析法 (1) (1) 共射组态基本放大电路共射组态基本放大电路 (

53、2) (2) 直流计算直流计算 (3) (3) 交流计算交流计算(1) (1) 共射组态基本放大电路（共射组态基本放大电路（固定偏置电路）固定偏置电路）共发射极交流基本放大电路如图共发射极交流基本放大电路如图03.20（a）所示。所示。 (a) 共射基本放大电路共射基本放大电路 (b) h参数微变等效电路参数微变等效电路 图图 03.20 共射组态交流基本放大电路共射组态交流基本放大电路及其微变等效电路及其微变等效电路 Rb系偏置电阻。系偏置电阻。C1是耦合电容，将输入信是耦合电容，将输入信号号vi耦合到三极管的基耦合到三极管的基极。极。 Rc是集电极负载电是集电极负载电阻。阻。 C2是耦合电

54、容，将是耦合电容，将集电极的信号耦合到负集电极的信号耦合到负载电阻载电阻RL上。上。 Rb和和Rc处于直流通处于直流通道中。道中。Rc 、RL相并联，相并联，处于输出回路的交流通处于输出回路的交流通道之中。道之中。（动画3-7）(2) (2) 直流计算直流计算 图图03.2003.20电路的直流通道如图电路的直流通道如图03.2103.21所示所示。 因此因此静态计算静态计算如下：如下：图 03.21 基本放大电路的直流通道 cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVVI(3) (3) 交流计算交流计算根据图根据图03.20(b)的微变等效电路，有的微变等效电路，有Ebbbebebi/ mV

55、26)1 (IrrrIVbcII = LbLcoRIRIVLcL/= RRR输入电阻输入电阻 = rbe / Rbrbe = rbb +(1+)26 mV/ IE =300+(1+)26 mV/ IE (03.17)iii/ IVR电压放大倍数电压放大倍数 = RL / rbe (03.16)io/VVAv 根据图根据图03.04(a)求输出电阻的原理，求输出电阻的原理，应将图应将图03.20(b)微变等效电路的输入端短微变等效电路的输入端短路，将负载路，将负载开路。在输开路。在输出端加一个出端加一个等效的输出等效的输出电压电压Vo 。于是于是输出电阻输出电阻RoRo = RC (03.18)

56、 温度对工作点的影响温度对工作点的影响（动画动画3-8）固定偏置电路存在的问题：固定偏置电路存在的问题：(1) (1) 共射组态基本放大电路（射极偏置电路）共射组态基本放大电路（射极偏置电路）共发射极交流基本放大电路如图共发射极交流基本放大电路如图03.20（a）所示。所示。 (a) 共射基本放大电路共射基本放大电路 (b) h参数微变等效电路参数微变等效电路 图图 03.20 共射组态交流基本放大电路共射组态交流基本放大电路及其微变等效电路及其微变等效电路 Rb1和和Rb2系偏置电系偏置电阻。阻。C1是耦合电容，将是耦合电容，将输入信号输入信号vi耦合到三极耦合到三极管的基极。管的基极。 R

57、c是集电极负载电是集电极负载电阻。阻。Re是发射极电阻，是发射极电阻，Ce是是Re的旁路电容。的旁路电容。 C2是耦合电容，将是耦合电容，将集电极的信号耦合到负集电极的信号耦合到负载电阻载电阻RL上。上。 Rb1、Rb2、Rc和和Re处处于直流通道中。于直流通道中。Rc 、RL相并联，相并联，处于输出回路处于输出回路的交流通道之中。的交流通道之中。（动画动画3-5）（动画动画3-5）(2) (2) 直流计算直流计算 图图03.2003.20电路的直流通道如图电路的直流通道如图03.2103.21所示所示。 图 03.21 基本放大电路的直流通道 V B= VCC Rb2 / (Rb1+Rb2)

58、 IC IE =( VBVBE)/ ReIB = IC/ VCE= VCC ICRcIERe= VCC IC(Rc+Re) 因此因此静态计算静态计算如下：如下：(3) (3) 交流计算交流计算根据图根据图03.20(b)的微变等效电路，有的微变等效电路，有Ebbbebebi /mV26)1(IrrrIV bcII = LbLcoRIRIV LcL/= RRR输入电阻输入电阻 = rbe / Rb1/ Rb2rbe = rbb +(1+)26 mV/ IE =300+(1+)26 mV/ IE (03.17)iii/ IVR 电压放大倍数电压放大倍数 = RL / rbe (03.16)io/V

59、VAv 根据图根据图03.04(a)求输出电阻的原理，求输出电阻的原理，应将图应将图03.20(b)微变等效电路的输入端短微变等效电路的输入端短路，将负载路，将负载开路。在输开路。在输出端加一个出端加一个等效的输出等效的输出电压电压Vo 。于是于是输出电阻输出电阻RoRo = RC (03.18) 例题例题IBCI一、根据直流通路图求解静态参数一、根据直流通路图求解静态参数 IBCI mA45. 12 .2460A2 .24 2)601 (4707 . 0151BC1e1bBECCB IIRRVVI V75. 72)(31.45-15 1eCCCCCE RRIVV二、根据二、根据h参数微变等效

60、电路求解动态参数参数微变等效电路求解动态参数 (1)求电压放大倍数求电压放大倍数 k39. 1mV261300EbeIrk5 . 13333/LCL RRR7 .6439. 15 . 160 beLbebLbioV rRrIRIVVA二、根据二、根据h参数微变等效电路求解动态参数参数微变等效电路求解动态参数 (2)求输入电阻求输入电阻 k39. 1bebiirIVR k39. 139. 147039. 1470/i1biRRR二、根据二、根据h参数微变等效电路求解动态参数参数微变等效电路求解动态参数 (3)求输出电阻求输出电阻 在输出端开路，输入电压为零的条件下，求在输出端开路，输入电压为零的