半导体三极管放大

1、2021-12-2612.1 BJT2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题2.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路2.5 多级放大电路多级放大电路2.6 其他放大电路其他放大电路2021-12-2622.1.1 BJT的结构简介的结构简介2.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理2.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线2.1.4 BJT的主要参数的主要参数2.1.5 三极管放大的三种组态三极管放大的三种组态3.1 BJT2021-12-2632.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a) 小功率管小功

2、率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管外形2021-12-264半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为，简称晶体管或三极管。 两个PN结，把半导体分成三个区域。这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：和。2021-12-265BJT和TTL概念BJT：Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管，简称晶体三极管。TTL(逻辑门电路)全称Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT逻辑门电路，是数

3、字电子技术中常用的一种逻辑门电路，应用较早，技术已比较成熟。TTL主要有BJT和电阻构成，具有速度快的特点。最早的TTL门电路是74系列，后来出现了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。但是由于TTL功耗大等缺点，正逐渐被CMOS电路取代。 2021-12-266 半导体三极管的结半导体三极管的结构示意图如图所示。构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型型和和PNP型。型。(a) NPN型管结构示意图型管结构示意图(b) PNP型管结构示意图型管结构示意图(c) NPN管的电路符号管的电路符号(d) PNP管的电路符号管的电路符号BJT的结构简介的结构简介2

4、021-12-267集成电路中典型集成电路中典型NPNNPN型型BJTBJT的截面图的截面图BJT的结构剖面的结构剖面NNPe b c内部： （内构造）发射区杂质浓度基区和集电区基区很薄发射区面积集电区面积2021-12-268NPN型PNP型箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向三极管结构及符号NNPe b c2021-12-269（1）产生放大作用的条件使内部载流子三个传输过程正常进行的条件：使内部载流子三个传输过程正常进行的条件：内部： （内构造） 发射区杂质浓度基区和集电区 基区很薄 发射区面积集电区面积外部：(外加电压） 发射结正偏 集电结反偏2.1.2 放大状态下BJT的工作原理

5、2021-12-2610（2）三极管内部载流子的传输过程n发射结正偏发射结正偏（多子扩散）：（多子扩散）：发射区（发射区（N区电子浓度大）向基区电子浓度大）向基区发射多子电子的过程，区发射多子电子的过程，电子在电子在（薄的）基区扩散和复合过程（薄的）基区扩散和复合过程（复合很少部分，大部分到集电区复合很少部分，大部分到集电区边缘边缘）n集电结反偏集电结反偏（少子漂移）（少子漂移）：电子被（大面积、掺杂少）集电电子被（大面积、掺杂少）集电区吸引和收集的过程（同时区吸引和收集的过程（同时少少子有漂移）子有漂移）2021-12-2611三极管内部电流的流向 提问？为什么少子只考虑提问？为什么少子只考

6、虑 I CBO，因为集电结反偏，少子不可忽视因为集电结反偏，少子不可忽视发射区向基区注入电子，形成发射极电流 iE电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流 iB (因为基区很薄，掺杂少， iB小)集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流 iC少子的漂移形成集电极饱和电流少子的漂移形成集电极饱和电流 I ICBOCBO2021-12-2612 iE = iC + iB 放大原理小结放大原理小结实验表明iC比iB大数十至数百倍。iB虽然很小，但对iC有控制作用，iC随iB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大

7、作用（本质是直流能转换成交流能）。（本质是直流能转换成交流能）。（3）电流分配关系（含大小）：2021-12-2613输入特性曲线输入特性曲线（UCE为常数时，从输入方向看的为常数时，从输入方向看的VAR）与二极管类似2.1.3 BJT的V-I 特性曲线1. iB=f(vBE) vCE=const. (2) 当vCE1V时， vCB= vCE - - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。 (1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接输入特性曲线2021-12-2615特性曲

8、线三特性曲线三个区个区讲清左右两图区别，左边是电源电压和偏置电阻固定，IB一定时的图讲清三个区的条件和特性，详细见下页。2021-12-2616（1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置BECEBEBuuui, 0, 0BCii0, 0CBii（2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置 （3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置 此时此时 输出特性三个区条件和特性输出特性三个区条件和特性模拟电路中三极管一般工作在放大区，也称电流控制器件模拟电路中三极管一般工作在放大区，

9、也称电流控制器件此时，UCB0,集电结正向偏置,示意图见下：cebcebceb饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，该区控制的区域，该区域内，一般域内，一般vCE0.7V (硅管硅管)。此时，。此时，发发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。iC=f(vCE) iB=const.输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域: :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的曲线的下的曲线的下方。此时，方。此时， vBE小于死区电压小于死区电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，轴的区域，曲线基

10、本平行等距。此时，发射发射结正偏，集电结反偏结正偏，集电结反偏。输出特性曲线文字描述2021-12-26182.1.4 2.1.4 三极管的参数用来表示管子的性能，是选择和使用三极管的重要依据。 其主要参数有下面几个：1、电流放大系数、电流放大系数：iC= iB电流放大倍数是表示三极管的电流放大能力的参数。 由于制造工艺的离散性，即使同一型号的三极管，其值也有很大差别。常用三极管的值一般在20200之间。若三极管的值小，则电流放大效果差。但值太大的三极管，性能不稳定。2021-12-2619 三极管的主要参数-2.反向电流2、极间反向电流、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO=（1+ ）i

11、CBO穿透电流iCEO基极开路时, 集电极与发射极之间加反向电压时的集电极电流称作穿透电流。由于这个电流由集电极穿过基区流到发射极，故称穿透电流。性能良好的管子iCEO比较小。iCEO受周围温度影响较大。温度升高时，iCEO急剧增大，这对三极管的稳定性会产生很不利的影响。2021-12-2620(1) 温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。 (2) 温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1， 值约增大值约增大0.5%1%。 (3) 温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时

12、，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。 2. 温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响1. 温度对温度对BJT参数的影响参数的影响end3. 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响2021-12-26214、极限参数、极限参数（1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 ICM： 下降到额定值下降到额定值的的2/3时所允许的最大集电极电流。时所允许的最大集电极电流。 （2）反向击穿电压）反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压。电极、发射极间的最大允许电压。（3）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗P

13、CM 。 电流太大时，集电结会发热，易烧坏（因为发射结电流小，所以一般不考虑ICM极限参数）书P1132021-12-2622 综上所述，三极管的放大作用，主要是依综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。达集电极而实现的。电流放大系数电流放大系数 ：iC= iB 实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。区杂质浓度，且基区很薄。 （2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结发射结正向偏

14、置，集电结反向偏置。反向偏置。放大作用小结2021-12-2623(c) 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。(b) 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；(a) 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；BJT的三种组态的三种组态2.1.5 三极管放大的三种组态2021-12-26242.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成2.2.2 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2.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路

15、2021-12-2625基本共射极放大电路基本共射极放大电路 2.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成2021-12-2626基本放大电路的组成及工作原理如果一个电路或设备具有把外界送给它的弱小电信号加以放大并送给负载的能力，那么这个电路或设备就称为放大器，如扩音机（核心器件由晶体管、集成电路或场效应管等器件组成）。是将微弱的电信号（电压、电流或功率）放大到所需要的数据，从而使电子设备的终端执行元件（如继电器、仪表、扬声器等）有所动作或显示。信号源：信号源：可以将不同特性的信号源等效成电压源或电流源。电源：电源：向放大器提供能量。负载：负载：经放大后，较强的信号输入到的终端

16、执行元件。放大电路的实质：就是在输入信号控制下把直流电源的能量转换成输出信号能量的装置。2021-12-2627如：扩音机就是一个典型放大器放大器uiuoRLKU 电源信号源负载扩音机信号源负载2021-12-2628放大电路的性能指标评价一个放大电器性能好坏的标准主要有：评价一个放大电器性能好坏的标准主要有：放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压、非线性失真系数、通频带、最大输出功率、效率等。、非线性失真系数、通频带、最大输出功率、效率等。2021-12-2629 Rs RB us + + ui + UBB RL + uo + UCC

17、 RC C1 C2 V + + 一般放大电路的组成 放大电路的组成原则：保证晶体管工作在放大区放大电路的组成原则：保证晶体管工作在放大区即：满足放大的外部条件，使即：满足放大的外部条件，使i ib b控制控制i ic c，输入信号能输入信号能被足够地放大和顺利地传送（不失真）。被足够地放大和顺利地传送（不失真）。（原因：（原因：C是为了避免前是为了避免前后级工作点互相影响）后级工作点互相影响）2021-12-2630一般放大电路的各元件的作用：（1）晶体管T。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。（2）电源UCC和UBB。使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大

18、电路的能量来源，提供电流iB和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。（3）偏置电阻RB。用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。2021-12-2631一般放大电路的各元件的作用：（4）集电极负载电阻RC。将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧（提供合适的集电结偏置）。（5）电容Cl、C2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。2021-12-2632Rsus+uiRL+uo+U

19、CCRCC1C2VRB+右下是共发射极放大电路的实用电路（原因：两个电源浪费，这里R RB B比R RC C大，使V VB B比V VC C低，C C是为了避免前后级工作点互相影响） Rs RB us + + ui + UBB RL + uo + UCC RC C1 C2 V + + 332021-12-26341. 静态静态(直流工作状态直流工作状态) 输入信号输入信号vi0时，时，放大电路的工作状态称放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。为静态或直流工作状态。 直流通路直流通路 VCEQ=VCCICQRc 3.2.2 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2021-1

20、2-26352. 动态动态 输入正弦信号输入正弦信号vs后，电路后，电路将处在动态工作情况。此时，将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号静态值的基础上随输入信号作相应的变化。作相应的变化。 交流通路交流通路 end2.2.2 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2021-12-2636动态：有交流输入，放大电路各处电压、电流均为直流量加交流量。RsRBus+ui+UBBRL+uo+UCCRCC1C2V+一般放大电路总的状态一般放大电路总的状态动态动态静态和动态好比人的静止和运动状态时的脉动，运动静态和动态好比人的静止

21、和运动状态时的脉动，运动状态时的脉动叠加在静止值之上。状态时的脉动叠加在静止值之上。2021-12-2637是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。2021-12-2638ictIB0iB0tib0t(b) 基极电流波形tui0(a)输入信号电压波形一般放大电路的工作过程2021-12-2639(c)集电极电流波形ic0ttIC0iC0t(d)RC上压降的波形urc0ttURC0uRC0一般放大电路的工作过程t2021-12-2640(e)三极管管

22、压降的波形t0 UCEt0 uCE0tui0uot(f) 输出信号电压波形（与输入波形是反向的）一般放大电路的工作过程uCE=VCC- uRC uceRsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+2021-12-2641RbRcuitOOiBIBQiBtiCICQtuBEtUBEQbeciCuCEUCEQOuotO UCCC1C2OtO 图 放大电路的动态工作情况 i0ii放大电路的波形示意图输入与输出电压的方向相反，看清何时有直流，何时只有交流。输入与输出电压的方向相反，看清何时有直流，何时只有交流。2021-12-2642放大电路工作原理实质(1) 输出电压的波形和输入信号电压的波形

23、相同， 只是输出电压幅度比输入电压大（有时示意图一样，但单位分别为微伏和毫伏）。 (2) 输出电压与输入信号电压相位差为180。 通过以上分析可知, 放大电路工作原理实质是用微弱的信号电压ui通过三极管的控制作用去控制三极管集电极电流iC，iC在RL上形成压降作为输出电压。iC是直流电源UCC提供的。因此三极管的输出功率实际上是利用三极管的控制作用，直流电能转化成交流电能的功率。 2021-12-2643字符的含义（小写字母带小写下缀表示交流瞬时值，符号及下标均大写是直流分量，小写符号加大写下标是总的瞬时值。如iB=IB+ib ）晶体管集电极-发射极间的管压降为UCE=UCC-ICRc当ui=

24、0时，放大电路处于静态或叫处于直流工作状态， 这时的基极电流IB、集电极电流IC和集电极发射极电压UCE用IB、 ICQ、UCEQ表示。它们在三极管特性曲线上所确定的点就称为静态工作点，其习惯上加Q表示。uBE=UBE+ui（当在放大器的输入端加入正弦交流信号电压ui时，信号电压ui将和静态正偏压UBE相串连作用于晶体管发射结上）；iB=IB+ib（基极电流iB由两部分组成, 一个是固定不变的静态基极电流IB；一个是作正弦变化的交流基极电流ib。 ）iC=IC+ic（一个是固定不变的静态集电极电流IC；一个是作正弦变化的交流集电极电流ic）。2021-12-26442.3 放大电路的分析方法放

25、大电路的分析方法放大电路的分析方法主要有两种：放大电路的分析方法主要有两种：图解法：图解法：计算分析法：计算分析法：2021-12-26452.3.1 图解分析法图解分析法2.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.3.1 图解分析法-1、静态2021-12-2646图解分析可以用来分析静

26、态工作点、图形失真。图解分析可以用来分析静态工作点、图形失真。采用该方法分析，必须已知三极管的输入输出特性曲线。采用该方法分析，必须已知三极管的输入输出特性曲线。2021-12-2647幅度较大而工作频率不太高的情况幅度较大而工作频率不太高的情况优点：优点： 直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。工作情况。缺点：缺点： 不

27、能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围48图解法举例 曲线图已知，分别求E=1.5V；3V时的I和U 0.5 1 1.5 3 U解题思路： I=f(U)（由曲线）;E=U+I103（由拓扑外结构）最后画图，求得交点求得I和U（见上图）（也可以解联立方程。两个二元一次方程），I31.52021-12-26491. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 列输入回路方程列输入回路方程 列输出回路方程（直流负

28、载线）列输出回路方程（直流负载线）VCE=VCCiCRc 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路 2.3.1 图解分析法图解分析法- 静态分析步骤静态分析步骤2021-12-2650 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与，与IBQ曲曲线的交点即为线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点，两线的交点即是即是Q点，得到点，得到IBQ。静态分析步骤静态分析步骤5152画直流通路和交流通路在画直流通路和交流通路时， 应遵循下列原则： （1）对直流

29、通路， 电感可视为短路， 电容可视为开路； (2) 对交流通路， 若直流电源内阻很小(理想电压源) ， 则其上交流压降很小，可把它看成短路；若电容在交流通过时，交流压降很小，可把它看成短路。实际的输出由直流和交流输出合成。53RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQ：无交流输入时电路的工作状态。此时交流电压源可视为短路，耦合电容可视为开路。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+542. 求静态值图解法步求静态值图解法步骤骤图解步骤：（1）用估算法求出基极电流IBQ（如40A）（2）根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。（3）作直流负载线。根据集电极电流IC与集、射

30、间电压UCE的关系式UCE=UCCICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为UCC/RC，在横轴上的截距为UCC，其斜率为1/ RC ，只与集电极负载电阻RC有关，称为直流负载线。BBEQccBQRUUIRC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQ55图解法图解法步骤（4）求静态工作点Q，并确定UCEQ、ICQ的值。晶体管的ICQ和UCEQ既要满足IB=40A的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ和UCEQ。56IB=00UCE/V20A40A60A80AIC/mAQICQUCEQUCCR

31、CUCCIB=40A的输出特性曲线由UCE=UCCICRC所决定的直流负载线两者的交点Q就是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为ICQ图解法图解法57图解法举例已知上图，求电路的静态工作点， 在输出特性曲线图中作直流负载线MN。 58例题 可以看书上P123124例4.3.1在输出特性曲线图中作直流负载线MN。 iB=40A的输出特性曲线与直流负载线MN交于Q(9, 1.8)，Q即为静态工作点，静态值为IBQ=40A； ICQ=1.8mA UCEQ=9V 59例题2021-12-26602.3.1图解分析法图解分析法-2、动态、动态是指有交流信号输

32、入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含直流和交流两个分量。2021-12-2661动态工作情况的图解分析步骤动态工作情况的图解分析步骤图解步骤：（1）根据静态分析法，求出静态工作点Q。（2）根据ui在输入特性曲线上求uBE和iB。（3）由拓扑结构作交流负载线。（4）输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。62 (a) 输入回路uBEiB0uBEtiBt0QQQIBQUBEQ02021-12-2663 根据根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上

33、画出iC和和vCE 的波形的波形输出回路的动态图64：ui单独作用下的电路-由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），若直流电源内 阻 很 小 ( 理 想 电 压源) ， 则其上交流压降很小，可把它看成对地短路直流电源UCC去掉（短接）。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+650uCEiCQICQUCCiCt0tQQuCEUCEQ直流负载线交流负载线0列输出回路方程列输出回路方程直流负载线直流负载线VCE=VCCiCRc交流负载线交流负载线VCE=VCCiCRcuCE为0时, ic=VCC/Rc上升上升2021-12-2666 共射极放大电路中共射极放大电路中的电压

34、、电流波形的电压、电流波形动态工作情况的波形动态工作情况的波形2021-12-2667RbRcuitOOiBIBQiBtiCICQtuBEtUBEQbeciCuCEUCEQOuotO UCCC1C2OtO动态时的波形定性分析动态时的波形定性分析（输入与输出电压方向相反）（输入与输出电压方向相反）2021-12-2668截止失真的电流和电压波形截止失真的电流和电压波形 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响-截止失真截止失真进入截止区域而引起的失真进入截止区域而引起的失真2021-12-2669饱和失真的饱和失真的电流和电压波形波形静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影

35、响-饱和失真进入进入饱和饱和区域而引起的失真区域而引起的失真70几个重要结论：从图解分析过程，可得出如下几个重要结论：（1）放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成。（2）由于C2的隔直作用，uC E中的直流分量UCEQ被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相。（3）放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小，交流负载电阻RL也越小，交流负载线就越陡，使Uom减小，电压放大倍数下降。71几个重要结论：（4）静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律

36、变化时，Q进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。可以通过实验验证2021-12-2672建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极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，从而可以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线性电路来

37、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。处理。 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的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，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信号模型，就是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。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。2.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法73把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用

38、直线段近似地代替晶体管的特性曲线。小信号等效模型的条件( (适用范围) )74UBEIB0IBUBEQ输入特性曲线在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。当uBE有一微小变化UBE时，基极电流变化IB，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，用rbe表示，即：bbeBBEbeiuIUr模型（1 1）晶体管微变输入等效模型)mA(mV)(26)1 (300EQbeIr一般750UCEICIBICQ输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化IC仅与基极电流的微小变化IB有关，而与电压uCE无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源，即：bcii（2 2）微变输出等效模型

39、76+ube+uceicibCBErbe+uceicibCBE+ubeib (a) 三极管 (b) 三极管的微变等效电路（3 3）微变等效图77Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+78：（ui单独作用下的电路）。由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源UCC去掉（短接）。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+交流等效电路的画法79rbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU （4 4）放大电路微变等效电路把晶体管微变等效模型代入交流等效电路得到80rbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU 1. 电压放大倍数

40、beLbbebLbbecLorRIrIRIrIRUUAiu三、主要性能指标的计算 1 电压放大倍数LCL/ RRR 81式中RL=RC/RL。当RL=（开路）时beCrRAu放大倍数也可以用增益来表示。单位：分贝（dB)uuAdBAlg20)(1 电压放大倍数显然有RL时,Au小,见下图.0uCEiCQICQUCCiCt0tQQuCEUCEQ直流负载线交流负载线082beB/rRIURiiirbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU iIRi2. 输入电阻83输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，较

41、大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在下式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。2. 2. 输入电阻含义84rbe+UcIbICBEbIRCRBRsICoRIUR3. 输出电阻Ro的计算方法是：信号源短路，断开负载RL，在输出端加电压，求出由产生的电流，则输出电阻Ro为：sUI85对于负载而言，放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。3. 输出电阻含义86Rsus

42、+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+例题：图示电路，已知，RB为300k，其他电阻均为3k，电源为12V，电容足够大，三极管的为50，试求： （1）用估算法求静态工作点 （2）RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数； （3）输入电阻Ri和输出电阻Ro； （4）输出端开路时的源电压放大倍数 求解步骤：2021-12-2687（1）利用直流通路求）利用直流通路求Q点点（2）画小信号等效电路）画小信号等效电路（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标beB/rRIURiiiCoRIUR88解：（解：（1）先求静态工作点先求静态工作点 40A30012BCCBBEQCCBQRURUUIA

43、 mA204. 050BQCQII V63212CCQCCCEQRIUU 再求三极管的动态输入电阻 963)mA(2mV)(26)501 (300)mA(mV)(26)1 (300EQbeIr963. 0k RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQ例题89显然接显然接RL后后的的Au降低降低例题2021-12-2690 放大电路的输入信号幅度较小，放大电路的输入信号幅度较小，BJTBJT工作在其工作在其V-T特性曲特性曲线的线性范围（即放大区）内。线的线性范围（即放大区）内。H H参数的值是在静态工作点参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值上求得

44、的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。的大小及稳定性密切相关。优点优点： 分析放大电路的动态性能指标分析放大电路的动态性能指标(Av 、Ri和和Ro等等)非常方便，非常方便，且适用于频率较高时的分析。且适用于频率较高时的分析。缺点缺点： 在在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及电量及BJT的的H参数均是针对变化量参数均是针对变化量(交流量交流量)而言的，不能用而言的，不能用来分析计算静态工作点。来分析计算静态工作点。小信号模型分析法小结小信号模型分析法小结2021-12-2691共射极放大电路共射极放大

45、电路 放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k ， Rc=2k ， VCC= +12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k 时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）A40300k2V1bBECCBQ RVVI（2）当Rb=100k 时，3.2mAA4080BQCQ II5.6V3.2mA2kV12CQcCCCEQ IRVV静态工作点为Q（40 A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：A120100k2V1bCCBQ RVImA6 . 9A12080BQ

46、CQ II V2 . 79.6mA2k-V12CQcCCCEQ IRVVmA62k2V1cCESCCCM RVVICMBQ II 由由于于，所以BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），end例题2021-12-26922.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响2.4.2 射极偏置电路射极偏置电路1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路2. 含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路3. 含有恒流源的射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路2.4 放大电路静态工作点的稳定问放大电路静态工作点的稳定问题题2021-12-2693 温度

47、上升时，温度上升时，BJT的反向电流的反向电流ICBO、ICEO及电流放大系数及电流放大系数 或或 都会增大，而发射结正向压降都会增大，而发射结正向压降VBE会减小。这些参数随会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流ICQ随温随温度升高而增加度升高而增加（ICQ= IBQ+ ICEO） ，从而使，从而使Q点随温度变化。点随温度变化。 要想使要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流能自动地适当减小基极电流IBQ 。2.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工

48、作点的影响2021-12-2694（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理 目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使IC维持恒定。维持恒定。 如果温度变化时，如果温度变化时，b点电点电位能基本不变位能基本不变，则可实现静，则可实现静态工作点的稳定。有负态工作点的稳定。有负反馈反馈控制作用时更稳定控制作用时更稳定T 稳定原理：稳定原理： IC IE VE 、VB不变不变 VBE IB IC （反馈控制）（反馈控制）基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路(a) 原理电路原理电路 (b) 直流通路直流通路2.4.2 射极偏置电路射极偏置电路2021-12-2695b点电位基本不变的条件点电位基

49、本不变的条件：I1 IBQ ，CCb2b1b2BQVRRRV 此时，此时，VBQ与温度无关与温度无关VBQ VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强取值越大，反馈控制作用越强一般取一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V （1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理基极分压式射极偏置电路分析基极分压式射极偏置电路分析2021-12-26961. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析静态工作点静态工作点CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ

50、 指标注意:这里有了Re2021-12-2697电压增益电压增益画小信号等效电路画小信号等效电路放大电路指标分析放大电路指标分析2021-12-2698电压增益电压增益输出回路：输出回路：)|(LcboRRi v输入回路：输入回路：ebbebeebebi)1(RiriRiri v电压增益：电压增益：ebeLcebebLcbio)1()|()1()|(RrRRRriRRiA vvv画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益（可作为公式用）（可作为公式用）放大电路指标分析放大电路指标分析2021-1

51、2-2699输入电阻输入电阻则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻)1(ebebiRri vb2ib1iei)1( RRRriiivvv bebibRb2b1eiii11)1(11RRRriR bev)1(|ebeb2b1RrRR 放大电路指标分析放大电路指标分析2021-12-26100输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻oco| RRR 求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零网络内独立源置零 负载开路负载开路 输出端口加测试电压输出端口加测试电压0)()(ecbsbeb RiiRri0)()(ebccebct Riiri

52、iv其中其中b2b1ss|RRRR 则则)1(esbeecectoRRrRriR v当当coRR 时，时，coRR 一般一般cceoRrR （）放大电路指标分析放大电路指标分析实用的稳定电路分析Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+ UC CRCVRB 1RB 2REUBI1I2IC QIB QUE+UC EQ+ UB EQ 加了RB2,Re和Ce, Ce的作用是使发射极的交流信号旁路,Re对交流信号无负反馈.)(ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2BRRIUUIIRUUIIURRRUCQ实用的稳定电路分析103例：例：图示电路（接CE），已知

53、UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：解：（1）用估算法计算静态工作点例题104例题105（2）求电压放大倍数681 . 1333350k1 . 1110065. 126)501 (30026)1 (300beLEQberRAIru例题 106（3）求输入电阻和输出电阻k3k994. 01 . 1/10/20/obeB2B1CiRRrRRR例题1073.5 3.5 多级放大电路Au1Au2+-Uo1+Uo2-Aun+-Uon -1RoIo+-UiIiRi+-Uo多级放大电路动态指标

54、的计算108+-C1T1Rb1Rc1Rb2T2Rc2C3RL+UCC+-uoC2ui+109电路特点 各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。 优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。 缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。11021o1oo1ouuiiuAAUUUUUUA阻容耦合多级放大电路分阻容耦合多级放大电路分析析（1）静态分析：各级单独计算。（2）动态分析 电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的

55、电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。输入电阻就是第一级的输入电阻。输出电阻就是最后一级的输出电阻。111AuAum0.707AumfHfLf通频带共发射级放大电路的幅频特性阻容耦合多级放大的阻容耦合多级放大的频率特性和频率失真频率特性和频率失真(a)0.707 Aum1Aum10.707 Aum2Aum2Aum1Aum2OfLfHfOfL1fH1fOfL2fH2fAum0.707 Aum0.49 Aum2uAuAAumAum1 Aum21uA 图 多级放大电路的通频带 （a）两个单级放大电路分别的通频带; （b）耦合后,放大电路的通频带变窄 112AuAum0.707AumfHfL

56、f通频带共发射级放大电路的幅频特性：电压放大倍数近似为常数。：耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小。：晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。幅频特性113除了电压放大倍数会随频率而改变外，在低频和高频段，输出信号对输入信号的相位移也要随频率而改变。所以在整个频率范围内，电压放大倍数和相位移都将是频率的函数。电压放大倍数与频率的函数关系称为，相位移与频率的函数关系称为，二者统称为。放大电路呈现带通特性。图中fH和fL为电压放大倍数下降到中频段电压放大倍数的0.707倍时所对应的两个频率，分别称为和，其差

57、值称为。114一般情况下，放大电路的输入信号都是非正弦信号，其中包含有许多不同频率的谐波成分。由于放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同，相位移也不一样，所以当输入信号为包含多种谐波分量的非正弦信号时，若谐波频率超出通频带，输出信号uo波形将产生失真。这种失真与放大电路的频率特性有关，故称为。115+uiRC1V1RB1+uo+UCCRC2V2RE2+uo1二、直接耦合多级放大电路116直接耦合多级放大电路的特点优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。缺点：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。：放大电路在无输入信号的情况下，输出电

58、压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。117变压器耦合 我们把级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合。其电路如图所示。118T2Rb11Rb21RLRb12Re1Rb22Re2C1T1V1V2uo UCCuiC2Ce图2.39 变压器耦合放大电路119三、三种耦合方式的比较比较项目阻容耦合直接耦合变压器耦合特点1.各级Q点互不影响1.能放大直流信号;1.各级Q点互不影响2.性能比较稳定2.能放大缓慢变化的交流信号;2.性能比较稳定3.结构简单3.不需大电容耦合,易于小型化和集成化3.结构简单适用场合一般分立元件交流放大集成电路一般分立元件低频

59、放大存在问题1.不能放大直流信号;1.各级静态工作点相互影响,计算复杂;容易失真1.不能放大高频信号;2.不适于集成化2.有零点漂移现象2.不适于集成化120直接耦合放大器存在的问题 由于集成电路大电容难做和兼顾低频的原因，仍需直接耦合 耦合工作点的相互影响耦合工作点的相互影响 在直接耦合放大器中, 由于级与级之间无隔直(流)电容, 因此各级的静态工作点相互影响, 从而要求在设计电路时, 合理安排, 使各级都有合适的静态工作点。 若将直接耦合放大器的输入端短路（ui=0）, 理论上讲, 输出端应保持某个固定值（直流）不变。 然而, 实际情况并非如此, 输出电压往往偏离初始静态值, 出现了缓慢的

60、、无规则的漂移, 这种现象称为零点漂移。121 .其他放大其他放大3.6.1 放大电路的三种接法-+UoUiC1ReRLUCCRb1+C2122一、共集电路-交流通路UoRbRe+RL-+Ui-bce123ECQCCEEQCCCEQBQCQEBBEQCCBQEBQBEQBBQEEQBEQBBQCC)1 ()1 (RIURIUUIIRRUUIRIURIRIURIU（1 1）静态分析+UCCVRB1REICQIBQ+UCEQ+ UBEQ 124LbeLoLbbebobebLbLo)1 ()1 ()1 ()1 (RrRUUARIrIUrIURIRIUiuie求电压放大倍数（2 2）动态分析bIRbR