半导体三极管及放大电路

1、模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3.1 半导体半导体 BJT3.2 放大电路的基本知识放大电路的基本知识3.3 基本共射放大电路及放大电路的分析基本共射放大电路及放大电路的分析方法方法3.4 放大电路的静态工作点稳定问题放大电路的静态工作点稳定问题3.5 BJT单级放大电路的三种组态单级放大电路的三种组态3.6 放大电路的频率响应放大电路的频率响应模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 半导体三极管又称半导体三极管又称晶体三极管晶体三极管，简称，简称晶体管晶体管或或三极三极管管。在三极管内，有两种载流子：电子与空穴，它们同。在三极管内，有两种

2、载流子：电子与空穴，它们同时参与导电，故晶体三极管又称为时参与导电，故晶体三极管又称为双极型三极管双极型三极管，简记，简记为为BJT（英文（英文Bipo1ar Junction Transistor的缩写）。它的缩写）。它的基本功能是具有电流放大作用。的基本功能是具有电流放大作用。三极管属于三极管属于电流控制型器件电流控制型器件。 3.1 双极型双极型BJT模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 N NN NP P集电极集电极c基极基极b发射极发射极eNPNP PP PN N集电极集电极c基极基极b发射极发射极ePNP符号符号: :注：符号中箭头的方向表示发射结正偏时发射

3、极电流的方向。注：符号中箭头的方向表示发射结正偏时发射极电流的方向。基区基区，电极称为，电极称为基极基极 b（Base）发射区发射区，电极称为，电极称为发发射极射极 e（Emitter）集电区集电区，电极称为，电极称为集电集电极极 c（Collector）集电结Jc发射结Je一、一、BJT的结构的结构模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 三极管结构特点：三极管结构特点：为了保证三极管具有良好的电流放大作用，在制造三为了保证三极管具有良好的电流放大作用，在制造三极管的工艺过程中，必须作到：极管的工艺过程中，必须作到：1.1. 使发射区的掺杂浓度最高，以有效地发射载流子；使

4、发射区的掺杂浓度最高，以有效地发射载流子；2.2. 使基区掺杂浓度最小，且基区最薄，以有效地传输使基区掺杂浓度最小，且基区最薄，以有效地传输载流子；载流子；3.3. 使集电区面积最大，且掺杂浓度小于发射区，以有使集电区面积最大，且掺杂浓度小于发射区，以有效地收集载流子。效地收集载流子。以上三条实际上是三极管放大作用的内部条件。以上三条实际上是三极管放大作用的内部条件。模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 三极管放大作用的外部条件三极管放大作用的外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。三极管在工作时要加上适三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。当的直流

5、偏置电压。若在放大工作状态：若在放大工作状态：发射结正偏发射结正偏：集电结反偏集电结反偏：由由VEE保证保证由由VCC、 VEEEE保证保证UCB=UCE - UBE 0共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区NNPVEEVCCRbRcebc+UCE UBEUCB3.1.1 BJT的工作原理与电流分配关系的工作原理与电流分配关系模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 NNPBBVCCVRbRCebcRcVCCRbVEE（1）发射区向基区注入电子发射区向基区注入电子 因为发射结正偏，所以发射区向基区因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子注入电子 ，形成了扩散电流，形成了

6、扩散电流IEN 。同时从。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为的电流为IEP。但其数量小，可忽略。但其数量小，可忽略。 所所以发射极电流以发射极电流I E = I EN + IEP I EN 。（2）电子在基区中扩散与复合电子在基区中扩散与复合 发射区的电子注入基区后，变成了少发射区的电子注入基区后，变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，复数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，复合掉的空穴由电源合掉的空穴由电源VEE提供，形成提供，形成IBN。所。所以基极电流以基极电流I B I BN 。大部分到达了集电。大部分到达了集电区的边缘。区的边缘。2

7、. BJT2. BJT内部载流子的运动规律内部载流子的运动规律IENEPIIEBI模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 （3）集电区收集扩散过来的电子。集电区收集扩散过来的电子。 因为集电结反偏，收集扩散到集电因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，形成电流区边缘的电子，形成电流ICN 。另外，。另外，集电结区的少子形成漂移电流集电结区的少子形成漂移电流ICBO。3 3电流分配关系电流分配关系CBOBCBOEPBNBCBOCNCCBOBNCNEPENEIIIIIIIIIIIIIII从内部看：从内部看：从外部看：从外部看：BCEIIINNPBBVCCVRbRCebcR

8、cVccRbVEEIENEPIIEBICNICICBOI动画演示动画演示CBOCNCIII模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 1. 1. 基本概念：基本概念：（1 1）放大的含义（实质）：）放大的含义（实质）：用较小的量控制较大的量。用较小的量控制较大的量。（2 2） 三极管放大电路的基本连接方法：三极管放大电路的基本连接方法：共发射极电路共发射极电路 共基极电路共基极电路 共集电极电路共集电极电路ivivivovovovBJTBJT的电流分配与放大作用的电流分配与放大作用模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 发射极电流与集电极电流分配关系：发

9、射极电流与集电极电流分配关系：由发射区扩散到基区的载流子绝大部分能够被集电区收集，形成电流由发射区扩散到基区的载流子绝大部分能够被集电区收集，形成电流，一小部分在集区复合，形成电流一小部分在集区复合，形成电流。BJT共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 ：与发射极电流与发射极电流IE的比。近似为的比。近似为1体现体现IE转化为转化为ICN的能力。的能力。1ECNIIECBOECIIIICBOCNCIII共基极时输出共基极时输出电流电流IC受输入电受输入电流流IE控制的电流控制的电流分配关系。分配关系。BJT共基极电流放大系数共基极电流放大系数 ：常数CBvEiiC模拟电子 双极结型BJ

10、T及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 CEOBII CBOECIII1111其中BJT共发射极时，输出电流共发射极时，输出电流IC受输入电流受输入电流IE控制的电流分配关系：控制的电流分配关系：CBOCBOCEOIII)1 (11称为共发射极直流电流放大系数称为共发射极直流电流放大系数 集电极与发射极之间的反向饱和电流，常称为穿透电流。集电极与发射极之间的反向饱和电流，常称为穿透电流。数值小常忽略数值小常忽略模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数BCCBOBCBOCBCNIIIIIIII常数基极复合电流传输到集电极的电流

11、体现基极电流体现基极电流IB对集对集电极电流电极电流IC的控制的控制引入引入、后电流分配关系：后电流分配关系：简化简化说明：说明：ICBO为集电结反向饱和电流，其大小决定于少子的浓度，对放大为集电结反向饱和电流，其大小决定于少子的浓度，对放大没有贡献，且受温度影响大使管子工作不稳定，应尽量减小。没有贡献，且受温度影响大使管子工作不稳定，应尽量减小。CBEIII CEOBEIII )1( CEOBCIII CBOCEOII)1 ( BEII)1( BCII CBEIII 1 共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数：1模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3.1.2 3.

12、1.2 BJT的特性曲线（的特性曲线（共射极接法共射极接法）三极管的特性（三极管的特性（输入特性、输出特性输入特性、输出特性）曲线描述各电极之）曲线描述各电极之间电压，电流之间的关系，用于对三极管的性能、参数和三极间电压，电流之间的关系，用于对三极管的性能、参数和三极管电路的分析估算。管电路的分析估算。(1)(1) 输入特性曲线：输入特性曲线： 描述了在管压降描述了在管压降vCE一定的情况下，基极电流一定的情况下，基极电流 iB与发射结与发射结压降压降 vBE之间的函数关系，即之间的函数关系，即BBE()CEuconstif u模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 0.

13、40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VvCEvBE(V) uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。 uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。 当当uCE=1V时，时， 集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，减少， 在同一在同一vBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压死区电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通压降导通压降硅硅 0.7V锗锗 0.3V+iC-vBE+-vCET+iB=1VCEv模拟电子 双

14、极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 当当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。 uCE ic 。 当当uCE 1V后，收集电子的能后，收集电子的能 力足够强。这时，发射到基区力足够强。这时，发射到基区 的的 电子都被集电极收集，形成电子都被集电极收集，形成iC。所以所以vCE再增加，再增加，iC基本保基本保 持不变。持不变。同理，可作出同理，可作出iB=其它值的曲线。其它值的曲线。 (2) 输出特性曲线输出特性曲线： 描述基极电流描述基极电流 iB为一常量时，集电极电流为一常量时，集电极电流 iC与管压降与管压降vCE之间的函数关系。之间的函数关

15、系。现以现以iB=60uA一条加以说明。一条加以说明。BCCEconst()iif uiCCE(V)(mA)=60uAIBv=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 三极管工作的三个区域：三极管工作的三个区域：I.放大区：发射结正偏，集电结反偏。放大区：发射结正偏，集电结反偏。(1) 当当IB一定时，一定时，iC几乎不随几乎不随vCE变化，变化， 具有恒流特性；具有恒流特性；(2) iC随随iB变化线性变化，变化线性变化，iC=iB， iC受受iB控制。控制。uCEiCIB= 0 mAIB=20mAIB=40

16、mAIB=60mAIB=80mA0截止区截止区放大区放大区饱和区饱和区工作条件工作条件：UBEUon，UCEUBE 特点特点： iC=iB，Ics为集电极（饱和电流）为集电极（饱和电流） 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 三极管工作的三个区域：三极管工作的三个区域：II. 截止区：发射结反偏，集电结反偏。截止区：发射结反偏，集电结反偏。IB对对IC无控制作用。无控制作用。IB=0，IC=ICEO 很小。很小。ICEO=（1+ ）ICBO 受温度影响大，受温度影响大，故故ICEO温度系数大。温度系数大。uCEiCIB= 0 mAIB=20mAIB=40mAIB=60m

17、AIB=80mA0截止区截止区放大区放大区饱和区饱和区工作条件工作条件：UBE uBE 特点：特点：IB=00CiCECCUU模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 三极管工作的三个区域：三极管工作的三个区域：III.饱和区：发射结正偏，集电结正偏。饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 IC基本恒定，不随基本恒定，不随IB变化，无放大作用，变化，无放大作用， IB对对IC控制作用消失。控制作用消失。注：放大电路中三极管工作区域可通过三个电极的电位来判断。注：放大电路中三极管工作区域可通过三个电极的电位来判断。uCEiCIB= 0 mAIB=20mAIB=40mAIB=60mA

18、IB=80mA0截止区截止区放大区放大区饱和区饱和区输出特性动画演示输出特性动画演示工作条件工作条件: :CSBIi 特点特点: :CB;CCCCSCECESCUiiiIUUR;BEonCEBEUUuu模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 例例 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 三极管工作状态判断 放大放大截止截止饱和饱和模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 在放大电路中，如何根据三极管的电位判断三极管的材在放大电路中，如何根据三极管的电位判断三极管的材料

19、，型号及其基极，集电极和发射极料，型号及其基极，集电极和发射极? ?具有放大作用的工作条件：具有放大作用的工作条件：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏如果满足放大作用则：如果满足放大作用则：NPN UBUE UCUB UCUBUE0 PNP UBUE UCUB UCUBUE0例例: :某放大电路中某放大电路中, ,三极管三个电极的电位分别是三极管三个电极的电位分别是V V1 1=-9V,V=-9V,V2 2=-6V,V=-6V,V3 3=-6.3V=-6.3V为为PNPPNP管管 11集电极集电极 22发射极发射极 33基极基极 材料为锗管材料为锗管模拟电子 双极结型BJT及放大电路

20、 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 1. 1. 电流放大系数电流放大系数（2 2）共基极电流放大系数：）共基极电流放大系数： BCIIBCii ECII ECii 一般取一般取20-20020-200之间之间38A60mA32BC .II40A40)-(60mA5132BC ).(ii（1 1）共发射极电流放大系数：）共发射极电流放大系数：20uA(mA)40uAuCE0(V)80uAIB =100uAiBC60uAi2.31.5iC四、四、BJT的主要参数的主要参数模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 2.2.极间反向电流极间反向电流（2）集电极发射极间的穿透电流）集电极发射

21、极间的穿透电流ICEO 基极开路时，集电极到发射极间的电流基极开路时，集电极到发射极间的电流穿透电流穿透电流 。 其大小与温度有关。其大小与温度有关。 （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ICBO 发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。结的反向电流。其大小与温度有关。 锗管：锗管：I CBO为微安数量级；为微安数量级； 硅管：硅管：I CBO为纳安数量级。为纳安数量级。CEOCBO(1)IIAICBOA AICEOPNN反偏反偏正偏正偏复合复

22、合ICBOICEO ICBO和和ICEO都是衡量三极管质量的重要都是衡量三极管质量的重要参数，参数，ICEO比比ICBO大得多，测量容易，常把大得多，测量容易，常把测量测量ICEO作为判断管子质量的重要依据。作为判断管子质量的重要依据。模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 IC在很大的范围内变化时在很大的范围内变化时基本不变，但当基本不变，但当IC超过一定超过一定值时，值时， 明显下降，当明显下降，当下降到正常时的下降到正常时的2/32/3或或1/21/2时，此时时，此时的集电极电流为的集电极电流为ICM。 3. 极限参数极限参数（1）集电极最大允许电流）集电极最大允许

23、电流ICM集电极电流通过集电结集电极电流通过集电结时所产生的功耗，时所产生的功耗， PC= iCuCE T1 温度升高，输出特性曲线向上移。温度升高，输出特性曲线向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0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。O模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3.2.1 放大电路的组成及放大的本质放大电路的组成及放大的本质1.1.放大电路的组成放大电路的组成2.2.放大的本质放大的本质 放大的本质是功率的放大，放大的本质是功率的放大，BJTBJT晶体管或晶体管或FETF

24、ET场效场效应管则是能够控制能量转换的有源元件应管则是能够控制能量转换的有源元件。模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 信号源的两种等效电路：信号源的两种等效电路：电流源等效电路SISRiR电子系统戴维南戴维南诺顿等效诺顿等效适用： Rs Ri+-SVSRiR电子系统 电压源等效电路模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 放大电路的符号放大电路的符号+-放大电路放大电路+-Ui.Ii.Io.RLRSUO.US.+-SU信号源电压信号源电压SR信号源内阻信号源内阻LR负载电阻负载电阻 iU输入电压输入电压 iI输入电流输入电流输出电压输出电压 oI输

25、出电流输出电流oU模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1.1.输入阻抗和输出阻抗输入阻抗和输出阻抗 (1)(1)输入阻抗输入阻抗放大电路输入端看进去的等效阻抗，用放大电路输入端看进去的等效阻抗，用Z Zi i来表示来表示. .iiiUZI放大电路为纯阻性网络放大电路为纯阻性网络: :iiiURI放大电路的输入电压放大电路的输入电压 : :isisiRUURR模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标计算输出电阻常用两种方法计算输出电阻常用

26、两种方法 (1) (1) 外加电压法外加电压法Lso,0RUURI (2)(2)实验法实验法ooLo(1)URRU 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2.2.增益增益源电压增益源电压增益电流增益电流增益互阻互阻增益增益互导互导增益增益ouiUAUoiiIAIoriUAIogiIAUooiiususisisUUURAAUUURRoosiisisisisIIRIAAIIIRR源电流增益源电流增益电压增益电压增益模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的

27、主要性能指标3. 3. 通频带通频带 HLBWff通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力也越强。通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力也越强。 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4.4.非线性失真非线性失真 5.5.最大输出幅度最大输出幅度6.6.最大输出功率与效率最大输出功率与效率oD CPP模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 一个简单的共发射放大电路是由一个简单的共发射放大电路是由三极管、电阻、三极管、电阻、电容电容等元件通过等元件通过共发射极连接方式共发射极连

28、接方式连接组成的。连接组成的。图4.2.1 基本共射放大电路3.3 3.3 基本共射放大电路及放大电路的分析方法基本共射放大电路及放大电路的分析方法放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。3.3.1 3.3.1 基本共射放大电路的组成和工作原理基本共射放大电路的组成和工作原理模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 三极管三极管T（NPN）：起放大作用。）：起放大作用。 图4.2.1 基本共射放大电路使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的静并提供适当的静态态IB和和UBE。集电极电源，为电集电极

29、电源，为电路提供能量。并保路提供能量。并保证集电结反偏。证集电结反偏。集电极电阻集电极电阻RC，将将变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电压。变化的电压。 偏置电路偏置电路VBB、Rb：使：使UBEUon(发射结发射结正偏正偏)，提供一个合适的，提供一个合适的IB电流，使三电流，使三极管工作在线性区。极管工作在线性区。 VCC：使：使UCEUBE（集电结反偏），同（集电结反偏），同时提供电路工作的能量。时提供电路工作的能量。 负载电阻（集电极电阻）负载电阻（集电极电阻）RC：将变化：将变化的集电极电流转换为电压输出。的集电极电流转换为电压输出。 地：输入回路与输出回路的公共端。地：输入回路与

30、输出回路的公共端。 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理 放大电路中的电压或电流既含有直流成分放大电路中的电压或电流既含有直流成分,又含有交流成分又含有交流成分.其交流信号叠加在直流信号上。计算时，分别加以分析。其交流信号叠加在直流信号上。计算时，分别加以分析。： ui0时，放大电路的工作状时，放大电路的工作状态，也称态，也称。 ：ui0 0时，放大电路的工作状时，放大电路的工作状态，也称态，也称。图4.2.1 基本共射放大电路在动态工作情况下，放大电路的放大原理：在动态工作情况下，放大电路的放大原理： )( o

31、CEcbicuuiiiuR模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 通常，放大电路中交流信号的作用和直流电源的作用共通常，放大电路中交流信号的作用和直流电源的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，引入直流通路存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，引入直流通路和交流通路。和交流通路。 求一个电路的直流通路，有以下三点：求一个电路的直流通路，有以下三点： 电容视为开路；电容视为开路； 电感视为短路；电感视为短路； 信号源视为短路，保留内阻。信号源视为短路，保留内阻。1 1直流通路直流通路在直流电源的作用下直流电流（静态电流）流过的通路，在直流电源的作用下直流电流（静态

32、电流）流过的通路，用于研究电路的静态工作点。用于研究电路的静态工作点。模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 2 2交流通路：交流通路：输入信号作用下交流信号流经的通路，用于研究电路的动态参数。输入信号作用下交流信号流经的通路，用于研究电路的动态参数。 容量大的电容（耦合电容）视为短路；容量大的电容（耦合电容）视为短路； 无内阻的直流电源视为短路。无内阻的直流电源视为短路。求一个电路的交流通路，有以下两点：求一个电路的交流通路，有以下两点：模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 注意：注意

33、： 在分析放大电路时，应遵循在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态先静态，后动态”的原则的原则，求解静态工作点利用直流通路，求解动态参数时应利用交，求解静态工作点利用直流通路，求解动态参数时应利用交流参数，两种通路不可混淆，但二者也是不可分割的。流参数，两种通路不可混淆，但二者也是不可分割的。 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 三三. 共发射极放大电路的工作原理共发射极放大电路的工作原理+-+-vivoVCCRCRbCb1Cb2iBiC+-vCEt0uit0iBt t0iCt t0uCEt t0uobBQBiIi)iI (iIibBQcCQCCECEQceuUuo

34、ceuu模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 +-+-vivoVCCRCRbCb1Cb2iBiC+-vCEt0uit0iBt t0iCt t0uCEt t0uo12()ibebcbcccoCCuuiiii Ruu 交流信号放大过程：交流信号放大过程：三极管放大作用三极管放大作用 变化的变化的 ic通过通过Rc转变为转变为变化的电压输出变化的电压输出结论：放大作用的实质上是放大器件的控制作用；放大器结论：放大作用的实质上是放大器件的控制作用；放大器是一种能量控制部件。同时还要注意放大作用是针对变化量而言的。是一种能量控制部件。同时还要注意放大作用是针对变化量而言的。模拟电

35、子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 放大电路的组成原则放大电路的组成原则 静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。得放大了的动态信号。 对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少。对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少。 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3 静态（直流工作状态）静态（直流工作状态）图.2.1 基本共射放大电路静态时，静态时， ui0 ，三

36、极管的各极电流、，三极管的各极电流、发射结电压、管压降均为一个恒定的直流发射结电压、管压降均为一个恒定的直流量。记作：量。记作： CEQBEQEQCQBQ)(UUIII、(IBQ，UBEQ) 和和( ICQ，UCEQ )分别对应于输分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为入、输出特性曲线上的一个点，所以称为（Q点）。点）。 UCEUCEICIBQICIBUBEQIBUBE模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 设置静态工作点的必要性设置静态工作点的必要性放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，

37、以保证信号不失真。区，以保证信号不失真。 图示为没有设置合适静态工图示为没有设置合适静态工作点电路，该电路在输入信号作点电路，该电路在输入信号uiUon ，三极管发射结不导通，三极管发射结不导通，无输出信号，输出失真。，无输出信号，输出失真。 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 静态工作点的估算静态工作点的估算画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路在放大电路中，三极管的发射结始终在放大电路中，三极管的发射结始终是正偏的，其发射结压降可以近似为一常是正偏的，其发射结压降可以近似为一常量，量， UBEQ=0.7V （硅），（硅），0.V（锗）。（锗）。根据回路方程，

38、可以得到静态工作点的表达式：根据回路方程，可以得到静态工作点的表达式： CCQCCCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRUVI图.2.1 基本共射放大电路IBQICQIEQ模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 例例4.2.1 设图设图4.2.1所示电路中的所示电路中的UBB=4V，VCC=12V，Rb=220k，Rc=5.1k， ，UBEQ=0.7V。试求。试求该电路中的电流该电路中的电流IBQ，ICQ，电压，电压UCEQ,并说明并说明BJT的工作状态。的工作状态。BJT处于放大状态。处于放大状态。80图.2.1 基本共射放大电路A15k220V7 . 0V4RV

39、VIbBEQBBBQ解解：mA2 . 1A1580IIBQCQ5.9CEQCCCQcUVIRV模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 几点说明：几点说明：1. 放大电路中电压、电流符号意义说明放大电路中电压、电流符号意义说明直流信号：如直流信号：如IB，VBE等。等。xy大写大写大写大写交直流信号：如交直流信号：如iB，vBE等。等。xy小写小写大写大写交流信号：如交流信号：如ib，vbe等。等。xy小写小写小写小写相量：如相量：如 等。等。xy大写大写小写小写ib,VI2. 放大电路的参考电位点（放大电路的参考电位点（）：电路中某点的电位为该点与参考点间）：电路中某点的

40、电位为该点与参考点间 的电压的电压。3. 放大电路中电压、电流参考方向：放大电路中电压、电流参考方向：电压的正方向一般以公共端（参考电位点）为负端，其他端为正端；电压的正方向一般以公共端（参考电位点）为负端，其他端为正端；电流：电流：iC、iB以流入电极为正，以流入电极为正，iE以流出电极为正。以流出电极为正。4. 放大电路中电解电容的接法。电容正极接高电位点。放大电路中电解电容的接法。电容正极接高电位点。有效值：如有效值：如Ib，Vbe等。等。xy大写大写小写小写模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 1 1 静态工作情况分析静态工作情况分析3.3.3 3.3.3 放大

41、电路的图解分析法放大电路的图解分析法VCCRCRbTIB+VBE-+VCE-ICIE1. 近似估算近似估算Q点点（只考虑直流通路）（只考虑直流通路）硅硅0.7V；锗；锗0.2VUV BECCBbRI bRCCV BCII CCCCCERIVU Rb称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏置电流偏置电流。 构成计算放大电路静态工作点（构成计算放大电路静态工作点（Q点）的基本公式。点）的基本公式。固定偏置电路固定偏置电路模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 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 ，

42、 =37.5。 解：解：请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级VCCRCRbT0.7BEUVA40mA04. 030012RVIbCCBmA5 . 104. 05 .37IIBC121.546CECCCcUVI RV模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 2. 图解分析法求静态工作点（图解分析法求静态工作点（Q点）点） 将放大电路分成非线性和线性两部分；将放大电路分成非线性和线性两部分； 作出电路非线性部分的作出电路非线性部分的V-I 特性特性BJT的的输出特性输出特性 作出线性部分的作出线性部分的V-I 特性特性直流负载线直流负载线步骤：步骤： 由电路的线

43、性与非线性两部分由电路的线性与非线性两部分V-I 特性的特性的交点交点确定确定Q Q点点（静态工作点：（静态工作点：IB，IC，UCE）40()BCCEiAif uCECCCCuVI R直流负载线的斜率为：直流负载线的斜率为：1CR两个特殊点两个特殊点：VCC 、 VCC /Rc+-+-uiuoVCC12VRC4KVBB12VRb300KCb1Cb2iCiB+-uCE非线性部分非线性部分线性部分线性部分ic/mAAIB40A20A60A800 2 4 6 8 10 124321uCE/VUCEICQ模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 uCE /ViC/mA0 3 6

44、9 124321QuBE/V0604020iB/AQ2 2 动态图解分析动态图解分析1. 放大电路接入正弦信号时的工作情况放大电路接入正弦信号时的工作情况（无负载（无负载RL） 根据根据vi在输入特性上求在输入特性上求iB； 根据根据iB在输出特性上求在输出特性上求iC 、vCE ； tiB0ibvituBE060IB=4020tiC0ictuCE0vo步骤：步骤：+-+-uiuoVCC12VRC4KRb300KCb1Cb2iBiC+-vCEQQ模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 小结：小结：. 没有输入信号时，三极管各电极的电压和电流均是恒定的没有输入信号时，三极管

45、各电极的电压和电流均是恒定的（IB，IC，VCE），当加入输入信号后，各电极的电压电流），当加入输入信号后，各电极的电压电流都在原来静态直流量上基础上叠加了一个交流量，即都在原来静态直流量上基础上叠加了一个交流量，即 因此，放大电路中电压、电流包含两个分量：一个是静态工因此，放大电路中电压、电流包含两个分量：一个是静态工作情况决定的直流成分；另一个是由输入电压引起的交流成分。虽作情况决定的直流成分；另一个是由输入电压引起的交流成分。虽然这些电流，电压的瞬时值是变化的，但它们的方向始终不变。然这些电流，电压的瞬时值是变化的，但它们的方向始终不变。 uCE中的交流分量中的交流分量uo（uce）的幅

46、度原比）的幅度原比ui大，且同为正弦信大，且同为正弦信号，体现了放大电路的放大作用，通过图解法，可以求出号，体现了放大电路的放大作用，通过图解法，可以求出电路的增益。电路的增益。 uo（uce ）与）与vi相位相反。这种现象称为放大电路的反相作用，相位相反。这种现象称为放大电路的反相作用， 因而共射极放大电路又叫因而共射极放大电路又叫反相反相电压放大器。电压放大器。 ceCECEcCCbBBuUuiIiiIi模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 2. 放大电路的交流负载线（有负载放大电路的交流负载线（有负载RL）+-+-uiuoRCRbTRL 当没有负载电阻当没有负载电

47、阻RL时，电路中集电极电流时，电路中集电极电流iC=IC+ic只通过电阻只通过电阻RC，此时，对交流信号而言，负载电阻只有此时，对交流信号而言，负载电阻只有RC 。 此时，在输出特性曲线上，其负载线（此时，在输出特性曲线上，其负载线（交流负载线交流负载线）的斜率为：）的斜率为： 当输出端接入电阻当输出端接入电阻RL后，此时，对交流信号而言，交流信号的负载后，此时，对交流信号而言，交流信号的负载电阻将不再是电阻将不再是RC，而是，而是RC和和RL并联后的等效电阻（如右图）：并联后的等效电阻（如右图）：+-+-uiuoUCC12VRC4KRb300KCb1Cb2iBiC+-uCERL4KRRCLC

48、LLCLRRRR RLR 1模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 uCE/Vic/mAAIB40A20A60A800 2 4 6 8 10 124321UCEICQ直流负载线直流负载线 由于在输入信号过零点时，输入信号由于在输入信号过零点时，输入信号ui=0，此时电路相当于工作，此时电路相当于工作在静态情况下，故交流负载线必过在静态情况下，故交流负载线必过Q点。即交流负载线和直流负载线点。即交流负载线和直流负载线在在Q点必然相交。点必然相交。思考题：当负载电阻思考题：当负载电阻RL=（电路不带负载）时，交流负载线是什么？（电路不带负载）时，交流负载线是什么？交流负载线交

49、流负载线 因此通过因此通过Q点作一条斜率为点作一条斜率为 的直线就可以得到交流负载的直线就可以得到交流负载线，如图所示。线，如图所示。LR 1模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3 放大电路的非线性失真放大电路的非线性失真（1） 截止失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区截止失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区（静态工（静态工作点太低，作点太低，IB太小）太小）而引起的失真。对于而引起的失真。对于NPN管，输出电压管，输出电压表现为表现为顶部顶部失真；对于失真；对于PNP管，输出电压表现为管，输出电压表现为低部低部失真。失真。解决方法：减小基极偏置电

50、阻解决方法：减小基极偏置电阻Rb，提高静态工作点。，提高静态工作点。Je反偏，反偏，Jc反偏，反偏，IB=0， IC0，UCE VCC，BJT如同工作在断开状态。如同工作在断开状态。模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 解决方法：增大基极偏置电阻解决方法：增大基极偏置电阻Rb，降低静态工作点。，降低静态工作点。（2） 饱和失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区饱和失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区（静态工作（静态工作点太高，点太高，IB太大）太大）而引起的失真。对于而引起的失真。对于NPN管，输出电压表现管，输出电压表现为为低部低部失真；对于失真；对

51、于PNP管，输出电压表现为管，输出电压表现为顶部顶部失真。失真。Je正偏，正偏，Jc正偏，正偏，IB= IC，UCE VCES，BJT如同工作在短路状态。如同工作在短路状态。模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 （3） 放大电路最大输出不失真幅度放大电路最大输出不失真幅度uCE/Vic/mAAIB40A20A60A800 2 4 6 8 10 124321Q交流负载线交流负载线UCEUCES uom+uom-最大输出不失真幅度最大输出不失真幅度 放大电路要想获得最大的不失真放大电路要想获得最大的不失真输出幅度，需要：输出幅度，需要： 工作点工作点Q要设置在输出特性曲线放

52、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； 要有合适的交流负载线。要有合适的交流负载线。=min(uom-，uom） 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3.3.4 3.3.4 放大电路的微变等效电路分析法放大电路的微变等效电路分析法思路：思路：将非线性的将非线性的BJT等效成一个线性电路等效成一个线性电路条件：条件：交流小信号交流小信号1 1、BJTBJT的的H H参数及微变等效电路信号建模参数及微变等效电路信号建模iC-uBE+-uCE+iBecbbucei+-+icube- 双口有源器件模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 B

53、JT H 参数的引出参数的引出根据网络参数理论：根据网络参数理论：求变化量：求变化量：在小信号情况下：在小信号情况下：),(CEB1BEuifu iC-vBE+-vCE+iBecb),(CEB2Cuifi CECEBEBBBEBEBCEduuudiiuduIU. . . CECECBBCBCEduuidiidiIU. . . . Ci cerebiebeuhihu ceoebfecuhihi 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 各各H参数的物理意义：参数的物理意义：输出端输出端交流短路交流短路时的输入电阻，用时的输入电阻，用rbe表示。表示。输入端输入端交流开路交流开

54、路时的反向电压传输比，用时的反向电压传输比，用r表示。表示。iBuBE uBE uCEBBECEiuhieU CEBEBuuI rehiBuBEQ iB uBE模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 iC iBiCuCE输出端交流短路时的电流放大输出端交流短路时的电流放大 系数，用系数，用表示。表示。输入端交流开路时的输出电导，用输入端交流开路时的输出电导，用1/rce表示。表示。iCuCE iC vCEBCEihfeU Ci CECBuihoeI 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 Srrhhhhhcerbeoefereie5243310101

55、010101（1）r10-3，忽略。，忽略。（2）rce105，忽略。，忽略。H参数的数量级参数的数量级icbebe r c-ceu+bi+-beu ib简化模型简化模型该式可写为：该式可写为：由此画出三极管的由此画出三极管的H参数等效电路：参数等效电路：cerebiebeuhihu ceoebfecuhihi cerbbebeuiru cecebc/ruii 2. H 参数微变等效电路参数微变等效电路icbecrcebe+r-ceu+bi+-beuruce ibH 参数小信号模型参数小信号模型模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 1 1、可采用、可采用H参数测试仪，或

56、利用参数测试仪，或利用BJTBJT特性图示仪测量特性图示仪测量. . 2 2、也可以借助下面的公式进行估算：、也可以借助下面的公式进行估算： 所以：所以：)mA(mV)UT)(1200EbeIr)(1rbberre式中：式中：rb为基区体电阻，低频小功率管的为基区体电阻，低频小功率管的rb约为约为200 左右。左右。 re为发射结电阻。为发射结电阻。re的值为的值为UT（mV）/IE（mA）。）。 式中：在室温（式中：在室温（300K）时，）时，VT的值为的值为26mV。此式的适用。此式的适用 范围为范围为0.1mAIE5mA。 3. 参数的计算参数的计算模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主

57、讲：刘童娜主讲：刘童娜 关于小信号模型的讨论关于小信号模型的讨论： 模型中电流源的性质：模型中电流源的性质：电流源电流源 ib实质上只是代表实质上只是代表BJT的电的电流控制作用，它受控于流控制作用，它受控于ib，称为受控电源。，称为受控电源。 模型的对象是变化量：模型的对象是变化量：小信号模型中所讨论电压、电流也小信号模型中所讨论电压、电流也都是变化量，因此不能利用小信号模型来求都是变化量，因此不能利用小信号模型来求Q点，或者利用它点，或者利用它来计算某一时间的电压和电流总值。来计算某一时间的电压和电流总值。 模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 二、用二、用H参数小

58、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 +Cb1TRbVCC+vsRL-vi+-Cb2RcRs+vo-+300K4K4K12Vebc1.1.画出小信号等效电路画出小信号等效电路 (1) 画出放大电路的交流通路。画出放大电路的交流通路。 (2) 用三极管的微变等效电路代替交流通路中的三极管用三极管的微变等效电路代替交流通路中的三极管,画出放大画出放大 电路的微变等效电路。电路的微变等效电路。+-ui+-uoRCRbTRLRs+-usIb.Ic. Ib.bcRcRL+_uo+_uiRsusRbrbe+_e模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 2

59、2、电压放大倍数的计算、电压放大倍数的计算负载电阻越小，负载电阻越小，放大倍数越小。放大倍数越小。Ib.Ic. Ib.bcRcRL+_uo+_uiRsusRbrbe+_eLboRU I. .LCLRRR/ 其中：其中：bebirIU . .，.UberA LR iUoU.（负号表示输入电压和输出电压反相）（负号表示输入电压和输出电压反相）当当RL时，时，ber cRUA.模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 定义：定义：信号源的放大倍数：信号源的放大倍数：所以：所以：放大+iUR+US-S电路iRRL+OU-.UAiU.oU.USASU.oU.由图知：由图知：ssiii

60、URRRU .USASU.oU.iU.oU.SU.iU.= =由图知：由图知：UsiiARRR = =.模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3 3、计算计算输入电阻输入电阻根据输入电阻的定义：根据输入电阻的定义：Ib.Ic. Ib.bcRcRL+_vo+_viRsvsRbrbe+_eRi.Ib.Ic. Ib.bcRcRL+_uoRbrbeUT+_eIT.RiITUTRi.beb/rRber模拟电子 双极结型BJT及放大电路 主讲：刘童娜主讲：刘童娜 3 3、计算计算输入电阻输入电阻根据输入电阻的定义：根据输入电阻的定义： 电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因