模拟电子技术模电之三极管和基本放大电路课件

1、4.1 BJT4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.4 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4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路4.6 组合放大电路组合放大电路4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.1 BJT(半导体三极管半导体三极管)4.1.1 BJT的结构简介的结构简介4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理4.1.3 BJT的的VI特性曲线特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数4.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响4.1

2、 双极型三极管双极型三极管BJT一个一个PNPN结结二极管二极管单向导电性单向导电性二个二个PNPN结结三极管三极管电流放大（控制）电流放大（控制）4.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管三极管的不同封装形式三极管的不同封装形式金属封装金属封装塑料封装塑料封装大功率管大功率管中功率管中功率管 半导体三极管的结构有两种类型半导体三极管的结构有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。4.1.1 BJT的结构简介的结构简介1. NPN型型NPN管的电路符号管的电路符号2.PNP型型PNP管的电路符号管的

3、电路符号正常放大时外加偏正常放大时外加偏置电压的要求置电压的要求发射区向基区注入载流子发射区向基区注入载流子集电结应加反向电压集电结应加反向电压（反向偏置）（反向偏置）发射结应加正向电压发射结应加正向电压（正向偏置）（正向偏置）集电区从基区接受载流子集电区从基区接受载流子4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理2.2.电子在基区中的扩散与复合（电子在基区中的扩散与复合（I IBNBN）3.3.集电区收集扩散过来的电子（集电区收集扩散过来的电子（I ICNCN）另外另外, ,基区集电区本身存在的少子，基区集电区本身存在的少子，在集电结上存在漂移运动，由此形成电流在集电结上存在漂

4、移运动，由此形成电流I ICBOCBO三极管内有两种载流子参与导电，故称此种三极管三极管内有两种载流子参与导电，故称此种三极管为双极型三极管，记为为双极型三极管，记为BJT BJT (Bipolar Junction Transistor)1.1.发射区向基区注入电子（发射区向基区注入电子（I IENEN、I IEPEP小）小）1.三极管内载流子的传输过程三极管内载流子的传输过程发射区发射区：发射载流子：发射载流子集电区集电区：收集载流子：收集载流子基区基区：传送和控制载流子：传送和控制载流子 放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程2. 2. 电流分配关系电流分配

5、关系发射极注入电流发射极注入电流传输到集电极的电流传输到集电极的电流设设 ECN II即根据传输过程可知根据传输过程可知 I IC C= = I ICNCN+ + I ICBOCBO通常通常 I IC C I ICBOCBOECII 则有 为电流放大系数。它只与为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般关，与外加电压无关。一般 = 0.9= 0.9 0.99 0.99 。I IE E= =I IB B+ + I IC C放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程 所以所以 I IC C= = I IE E+ +

6、I ICBOCBO1 设CEOBCIII 则 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般一般 1 。又：把又：把 IE=IB+ IC 代入代入 IC= IE+ ICBO且令且令BCIIII CEOC时，当ICEO= (1+ ) ICBO（穿透电流）（穿透电流）整理得：整理得：CBOBCIII1113. 3. 三极管的三种组态三极管的三种组态(c) (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CCCC表示。表示。(b) (b) 共发射极

7、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CECE表示；表示；(a) (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CBCB表示；表示；BJTBJT的三种组态的三种组态集电结应加反向电压集电结应加反向电压（反向偏置）（反向偏置）发射结应加正向电压发射结应加正向电压（正向偏置）（正向偏置）共基极放大电路共基极放大电路4. 4. 放大作用放大作用若若 v vI I = 20mV= 20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IO vvvA使使 i iE E = -1 mA= -1 mA，则则 i iC C = = i iE E = -0.

8、98 mA= -0.98 mA， v vO O = - = - i iC C R RL L = 0.98 V= 0.98 V，当 = 0.98 = 0.98 时，时，共基极放大电路只实现电压放大，电流不放大（控制作用）共基极放大电路只实现电压放大，电流不放大（控制作用）三极管的放大作用三极管的放大作用, ,主要是依靠它的主要是依靠它的I IE E能通过基区传输能通过基区传输, ,然后顺利到达集电极然后顺利到达集电极而实现的。故要保证此传输而实现的。故要保证此传输, ,一方面要一方面要满足满足内部条件内部条件, ,即发射区掺杂浓度要远即发射区掺杂浓度要远大于基区掺杂浓度大于基区掺杂浓度, ,基区

9、要薄基区要薄; ;另一方另一方面要满足面要满足外部条件外部条件, ,即发射结正偏即发射结正偏, ,集集电结要反偏。电结要反偏。输入电压的变化输入电压的变化, ,是通过其改变输入电是通过其改变输入电流流, ,再通过输入电流的传输去控制输出再通过输入电流的传输去控制输出电压的变化电压的变化, ,所以所以BJTBJT是一种是一种电流控制器电流控制器件。件。两个要点两个要点特性曲线是指各特性曲线是指各电电极之间的电压与电极之间的电压与电流之间的关系流之间的关系曲线。曲线。将将BJTBJT看作一双口网看作一双口网络，我们主要考察：络，我们主要考察：输入特性曲线输入特性曲线输出特性曲线输出特性曲线4.1.

10、3 BJT4.1.3 BJT的的V V- -I I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const. . (2) (2) 当当vCE1V时，时， vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反偏状态，集电结已进入反偏状态，开始收集电子开始收集电子，基区复合减少，同样的，基区复合减少，同样的vBE下下iB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。当当vCE1V时，保持时，保持vBE不变，发射区扩散到基区电子数目不变，曲线不变，发射区扩散到基区电子数目不变，曲线基本重合。基本重合。 (1) (1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.

11、 1. 输入特性曲线输入特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接管子正常工作时，管子正常工作时，BEv0.7V(0.7V(硅管）硅管）- 0.2V(- 0.2V(锗管）锗管）饱和区：饱和区：vCE很小，很小，iC iB，三极管，三极管如同工作于短接状态，如同工作于短接状态，一般一般vCE vBE，此管压降称为饱和压降。此管压降称为饱和压降。此时，此时，发射发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。iC=f(vCE) iB=const.2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线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

12、区：iB=0，iC iCEO 0，三极管三极管如同工作于断开状态，如同工作于断开状态，此时，此时， vBE小小于死区电压于死区电压。放大区：放大区： vBE Vth，vCE反电压大于反电压大于饱和压降，饱和压降， 此时，此时，发射结正偏，集发射结正偏，集电结反偏电结反偏。再次注意：管子正常工作时，再次注意：管子正常工作时，BEv0.7V(0.7V(硅管）硅管）0.2V(0.2V(锗管）锗管） ( (1) 1) 共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数 = =（I IC CI ICEOCEO）/ /I IB BI IC C / / I IB B v vCECE=const.=const.1.

13、 1. 电流放大系数电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数与与i iC C的关系曲线的关系曲线 (2) (2) 共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数 = = i iC C/ / i iB B v vCE=const.=const.在在i iC C一定范围内一定范围内为常数为常数 ( (3) 3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 = =（I IC CI ICBOCBO）/ /I IE EI IC C/ /I IE E ( (4) 4) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = = i iC C/ / i iE E v vCBCB=const.=cons

14、t.当当I ICBOCBO和和I ICEOCEO很小时，很小时， 、 ，可以不加，可以不加区分。区分。1)1 (eebciiii1与与间的关系：间的关系： 2. 2. 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ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。发射极开路时，集电结的反向饱和电流。 与单个与单个PNPN结的反偏电结的反偏电流相同，流相同，T T一定时为常一定时为常数（取决于温度和少子数（取决于温度和少子浓度）浓度） I ICBOCBO越小越好越小越好小功率硅管小功率硅管11 A A小功率锗管小功率锗管10 10 A A左右左右 (2) 集电极发射

15、极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO I ICEOCEO越小越好越小越好小功率硅管几小功率硅管几微安以下微安以下小功率锗管几十小功率锗管几十微安以上微安以上温度变化大的场合宜选用硅管温度变化大的场合宜选用硅管(1) (1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM三极管正常工作时集电三极管正常工作时集电极所允许的最大工作电流，极所允许的最大工作电流，不宜过小不宜过小(2) (2) 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 3. 极限参数极限参数P PCMCM值与环境温度有关，值与环境温度有关，温度愈高，则温度愈高

16、，则P PCMCM值愈小。值愈小。当超过此值时，管子性当超过此值时，管子性能将变坏或烧毁。能将变坏或烧毁。结温：硅管结温：硅管150C，锗，锗管管70C(3) 反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR) EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO4.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响

17、参数及特性的影响(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，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end1、测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图图P1.9所示。在圆圈中画出管子，并说明它们是硅管还是锗管。4.2

18、基本共射极放大电路基本共射极放大电路4.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成4.2.2 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基本放大电路：基本放大电路：共射极放大电路共射极放大电路静态工作点静态工作点Q（IB，IC，VCE）电压增益电压增益Av输入电阻输入电阻Ri共集电极放大电路共集电极放大电路共基极放大电路共基极放大电路分析方法：分析方法：图解法图解法小信号模型分析法小信号模型分析法待求量：待求量：输出电阻输出电阻Ro4.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成VBB , Rb:使发使发射极正偏，射极正偏，并提供合适的并提供合适的基极偏

19、置电流基极偏置电流VCC :通过通过Rc使使T集电极反偏集电极反偏三极管三极管 T 起放大作用。起放大作用。RC: 将集电极电流信号将集电极电流信号转换为电压信号，转换为电压信号，限流限流分析方法：分析方法：叠加叠加前提：前提：BJT工作在线性放大区工作在线性放大区 4.2.2 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1. 静态静态(直流工作状态直流工作状态)输入信号输入信号vs0时，放大时，放大电路的工作状态称为静电路的工作状态称为静态或直流工作状态。态或直流工作状态。 直流通路直流通路 电容开路电容开路所有电量大写所有电量大写画直流通路原则：画直流通路原则： 短路，短路，

20、开路开路svsi电流关系：电流关系：直流通路直流通路 bBEQBBBQRVVIBQCEOBQCQIIII VCEQ=VCCICQRc 硅硅:VBEQ=0.7V锗锗:VBEQ=0.2VIB、IC和和VCE 是是静态工作状态静态工作状态的三个量的三个量，用用Q表示，称为表示，称为静静态工作点态工作点Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ）。）。点及工作状态求QVVkRckRVVccVVBEQb.7 . 0,80,1 . 5,220,12,4BBuARVVI15bBEQBBBQmAIIII2 . 1BQCEOBQCQVCEQ=VCCICQRc =5.9V2. 动态动态 输入正弦信号输入正弦信号vs后，电路

21、后，电路将处在将处在动态工作情况动态工作情况。此时，。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。 三极管放大作用 s控制控制vbeBEQBEvVvbBQBiIicCQCiIicRceCEQCEvVv且且svbicicev电容短路电容短路所有电量小写所有电量小写画交流通路原则：画交流通路原则： ， 短路短路BBVCCV交流通路交流通路 分析动态参数时，使用交流通路分析动态参数时，使用交流通路4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.3.1 图解分析法图解分析法4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法1

22、. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3. 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4. 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型2. 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3. 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4.3.1 图解分析法图解分析法1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 vS=0，求，求Q（ IBQ、ICQ和和VCEQ ）线性线性线性线性非线性非线性(1) 输入回路输入回路线性部分：线性部分： 非线

23、性部分：非线性部分：bBBBBERiV vCVBEBCEvfi)(称为输入直流负称为输入直流负载线载线(2) 输出回路输出回路 非线性部分：非线性部分：BQBIiCECvfi)( 得出得出Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ）线性部分：线性部分：CCCCCERiVv称为输出直流负称为输出直流负载线载线2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析tVsinsms vcCCCCERiV v2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 共射极放大电路中的电压、共射极放大电路中的电压、电流波形电流波形1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与与vi相位相反；相位相反；3.

24、 可测量出放大电路的电压增益。可测量出放大电路的电压增益。3. 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Q Q点过低点过低截止失真截止失真Q Q点过高点过高饱和失真饱和失真最大不失真输出幅度的获取：最大不失真输出幅度的获取：Q点较高点较高Q点不允许动点不允许动上取到饱和区，下取等长度上取到饱和区，下取等长度Q点较低点较低下取到截止区，上取等长度下取到截止区，上取等长度Q点允许动点允许动把把Q点取到负载线的中间点取到负载线的中间C1 、C2：耦合电容耦合电容RL：负载电阻负载电阻Rb=300K RC=4K VCC=12V基极直流电源和集电极直流电源合并耦合电容，阻容耦合共射放大电路1

25、. 静态静态(直流工作状态直流工作状态)输入信号输入信号vs0时，放大时，放大电路的工作状态称为静电路的工作状态称为静态或直流工作状态。态或直流工作状态。 直流通路直流通路 电容开路电容开路所有电量大写所有电量大写画直流通路原则：画直流通路原则： 短路，短路， 开路开路svsi电容短路电容短路所有电量小写所有电量小写画交流通路原则：画交流通路原则： ， 短路短路BBVCCV交流通路交流通路 分析动态参数时，使用交流通路分析动态参数时，使用交流通路 (a)直流通路 (b)交流通路(1)静态工作情况静态工作情况bCCRVRVVIbBECCBBCIIcCCCCERIVV 得出得出Q（ IBQ，ICQ

26、，VCEQ ） =Q（40 A，1.5mA，6V）称为交流负载线称为交流负载线(2)动态工作情况动态工作情况cCCiIiLCCLcceoRIiRivv)(LRceCECEvVv又LCCCERIiV)()(11LCCELCELCRIVRvRi1.从从Q点做一条斜率为点做一条斜率为- -1/RL 的的直线。直线。作法：作法： 2.截距法截距法可得如下结论：可得如下结论：直流负载线和交流负载线相交于直流负载线和交流负载线相交于Q点；点；不接不接RL时，两根线重合；时，两根线重合；1. RLRC，即交流负载线比直流负载线陡，相同输入即交流负载线比直流负载线陡，相同输入电压条件下，带负载后输出电压幅度下

27、降，电压放电压条件下，带负载后输出电压幅度下降，电压放大倍数下降。大倍数下降。4. 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围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

28、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。 主 讲 人：谌雨章 课程名称：模拟电子电路 时 间： 2013年5月7日(周二)第3节（9：50-10：35） 地 点：3号教学楼206教室4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型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

29、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。1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的引出参数的引出),(CEB1BEvvif 在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEBBBEB

30、EdddBCEvvvvv IVii用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 对于对于BJT双口网络，已知输入双口网络，已知输入输出特性曲线如下：输出特性曲线如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：可以写成：),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBCEvv IViiiiiBJT双口网络双口网络CEBBEie Vih v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

31、；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。输入端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，故称为混合参数（H参数）。参数）。vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEBCfe Viih BCEBEre Ihvv BCECoe Iihv 1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的引出参数的引出 (1)(1)模型的建立模型的建立H 参数模型cerebiebevhihvceoebfecvhihi（2)2)模型中的主要参数模型中的主要参数表示三极

32、管的表示三极管的电流放大作用电流放大作用hie为输入电阻，即为输入电阻，即 rbehre为电压反馈系数，为电压反馈系数，即即rhfe为为电流放大系数电流放大系数，即，即 hoe为输出电导，即为输出电导，即 1/rce。注意：注意： 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。（1） ib 和和 rvce 都是受控源，都是受控源，只表示电流电压间的控制作用；只表示电流电压间

33、的控制作用；（2）应注意）应注意受控源的方向问题。受控源的方向问题。 模型的简化模型的简化 hre和和hoe都很小，常忽都很小，常忽略它们的影响。略它们的影响。 BJT在共射极连接时，其在共射极连接时，其H参数的数量级一般为参数的数量级一般为 S101010101052433oefereieehhhhh 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，一般用公式估算点有关，一般用公式估算 rbe= rbb + (1+ ) re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 基区体电阻基区体电阻 rbb200 仅与惨杂仅与惨杂浓度和制造工艺相关浓度和制造工艺相关 则则

34、 )mA()mV(26)1(200EQbeIr eEQEQ(mV)26(mV)(mA)(mA)TVrII(T=300K) 发射结电阻发射结电阻（1）画小信号等效电路）画小信号等效电路H参数小信号等效电路参数小信号等效电路2. 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（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标根据根据)(bebbirRi vbcii )/(LccoRRi v则电压增益为则电压增益为bebLcbebbLcbbebbLccio)/()()/()()/(rRRRrRiRRirRiRRiA vvv（可作为公式）（可作为公式）电压增益电压增益H参数小

35、信号等效电路参数小信号等效电路2. 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（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻令令0i v0b i0b iRo = Rc 所以所以bebbbebbbiiiirRirRiiiR )( vv LsR,0ttovviR3. 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 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 VT T特性特性曲线的线性范围（即放大区）内。曲线的线性范围（即放大区）内。H H参数的值是在静态工作参数的值是在静态工作点上求

36、得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。值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。4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法缺点缺点： 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

37、静态工作点。共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k ， Rc=2k ， VCC= +12V，求：，求：（1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？（2）当）当Rb=100k 时，放大电路的时，放大电路的Q点。此时点。此时BJT工工作在哪个区域？（忽略作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）的饱和压降）解：解：（1）A40300k2V1bBECCBQ RVVI（2）当）当Rb=100k 时，时，3.2mAA4080BQCQ II 5.6V3.2mA2k-V12CQcCCCEQ IRVV静

38、态工作点为静态工作点为Q（40 A，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：A120100k2V1bCCBQ RVImA6 . 9A12080BQCQ II V2 . 79.6mA2k-V12CQcCCCEQ IRVVmA62k2V1cCESCCCM RVVICMBQ II 由由于于，所以，所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），），end4.4 放大电路静态工作点放大电路静态工作点的稳定问题的稳定问题4.4.1 温度对静态

39、工作点的影响温度对静态工作点的影响4.4.2 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 ( (1) 1) 共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数 = =（I IC CI ICEOCEO）/ /I IB BI IC C / / I IB B v vCECE=const.=const.1. 1. 电流放大系数电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数与与i iC C的关系曲线的关系曲线 (2) (2) 共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大

40、系数 = = i iC C/ / i iB B v vCE=const.=const.在在i iC C一定范围内一定范围内为常数为常数 ( (3) 3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 = =（I IC CI ICBOCBO）/ /I IE EI IC C/ /I IE E ( (4) 4) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = = i iC C/ / i iE E v vCBCB=const.=const.当当I ICBOCBO和和I ICEOCEO很小时，很小时， 、 ，可以不加，可以不加区分。区分。1)1 (eebciiii1与与间的关系：间的关系： 2. 2.

41、 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ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。发射极开路时，集电结的反向饱和电流。 与单个与单个PNPN结的反偏电结的反偏电流相同，流相同，T T一定时为常一定时为常数（取决于温度和少子数（取决于温度和少子浓度）浓度） I ICBOCBO越小越好越小越好小功率硅管小功率硅管1IBQ ，CCb2b1b2BQVRRRV 此时，此时，VBQ与温度无关与温度无关VBQ VBEQ一般取一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作

42、点原理1. 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 电压增益电压增益画小信号等效电路画小信号等效电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析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

43、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（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析（可作为公式用）（可作为公式用）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（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析)1(ebebiRri vb2ib1iei)1( RRRriiivvv bebibRb2b1eiii11)1(11RRRriR bev)1(|ebeb2b1RrRR 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

44、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 Riiriiv其中其中b2b1ss/RRRR 则则)1(esbeecectoRRrRriR v当当coRR 时，时，coRR 一般一般cceoRrR （）（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析 电路如图图所示，晶体管=100， =100。 (1)求电路的Q点、 和 ； (2)若改用=200的晶体管，则Q点如何变化？uAiRoRbbr (1)静态分析： 动态分析： 1122bBQCCbbRVVVRR1BQBEQEQfeVVImAR

45、R101EQBQIIAe(R )5.7CEQCCEQcfVVIRRV26(1)2.73bebbEQmVrrkI(/)7.7(1)cLubefRRArR 12/(1)3.7ibbbefRRRrRk5ocRRk (2) =200时， （不变）； （不变）； （减小）； （不变）。 1122bBQCCbbRVVVRR1BQBEQEQfeVVImARR51EQBQIIAe(R )5.7CEQCCEQcfVVIRRV2. 含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路（1 1）阻容耦合阻容耦合静态工作点静态工作点00EEEe2e1BEBb )()(VIRRVIRECII )()(e1e1EcCEECC

46、CERRIRIVVV CBII BE1II)( 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（2 2）直接耦合直接耦合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静态工作点由恒流源提供静态工作点由恒流源提供分析该电路的分析该电路的Q点及点及、 、 vAiRoRend4.5 共集电极放大电路和共集电极放大电路和共基极放大电路共基极放大电路4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路1.1.静态分析静态分析共集电极电路结构如图示共集电极电路

47、结构如图示该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器ebBEQCCBQ)1(RRVVI eCQCCeEQCCCEQRIVRIVV BQCQII eEQBEQbBQCCRIVRIV BQEQ)1(II 由由得得直流通路直流通路 小信号等效电路小信号等效电路4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析交流通路交流通路 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：LbbebLbbbebi)1( )(RiriRiiri v电压增益：电压增益：1)1()1()1()1(LbeLLbeLLbebLbi

48、o RrRRrRRriRiAvvv其中其中LeL/ RRR LbLbbo)1()(RiRii v一般一般beLrR ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，同相同相与与iovv电压跟随器电压跟随器1 vA即即。4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析输入电阻输入电阻当当1 ，beLrR 时，时，Lbi/RRR 输入电阻大输入电阻大)1(| )1(LbLibiiiiiRrRRrRiR bebevvvv输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程ebbtRiiii )(sbebtRri veteRiR v其中其中bss/ RRR 则则输出电阻输出电阻rRRiR 1/

49、besettov当当 1beserRR，1 时，时， besorRR 输出电阻小输出电阻小4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析rRRR 1/beseo共集电极电路特点：共集电极电路特点：同相同相与与iovv 电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强)1(/LbebiRrRR 1 vA。4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路1.1.静态工作点静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏

50、置电路相同CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 2.2.动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：LcL/ RRR 交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 LboRi vbebiri vbeLiorRA vvv 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻coRR 2.2.动态指标动态指标小信号等效电路小信号等效电路 beeeiiiiiRR)1(i eeRiR/iv bebri/iv beieiiiii)1(/rRiRvvvvrR 1|bee4.

51、5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较1.1.三种组态的判别三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据： 信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路共集电极放大电路 信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出共基极电路共基极电路 2.2.三种组态的比较三种组态的比较3.3.三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途共射极放大电路：共射极放大电路： 电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输出

52、电阻与集，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：共集电极放大电路： 只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。级。共基极放大电路：共基极放大电路： 只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输只有电压放大作用，没有电流放大

53、，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。 4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较end4.6 组合放大电路组合放大电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路共射共基放大电路共射共基放大电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路21o1oio1iovvvvvvvvvAAA

54、 )1(2be1be21be1L11rrrRA vbe2Lc22be2L222)|(rRRrRA v其中其中 be2Lc22be12be21)|()1(rRRrrA v所以所以 12因为因为be1Lc21)|(rRRA v因此因此 组合放大电路总的电压增益等于组合放大电路总的电压增益等于组成它的各级单管放大电路电压增益组成它的各级单管放大电路电压增益的乘积。的乘积。 前一级的输出电压是后一级的输前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻是前一级入电压，后一级的输入电阻是前一级的负载电阻的负载电阻RL。电压增益电压增益2be2L1rR 4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路输入电

55、阻输入电阻RiiiivRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻输出电阻Ro Rc2 T T1 1、T T2 2构成复合管，可等效为一个构成复合管，可等效为一个NPNNPN管管(a) (a) 原理图原理图 (b)(b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路1. 复合管的主要特性复合管的主要特性两只两只NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 两只两只PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路1. 复合管的主要特性复合管的主要特性PNP与与NPN型

56、型BJT组成的复合管组成的复合管 NPN与与PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe14.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路end2. 共集共集 共集放大电路的共集放大电路的Av、 Ri 、Ro iovvvA LbeL11RrR 1|bebseorRRRR式中式中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1 )R L 4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级

57、共射极放大电路的频率响应4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化的响应。号频率变化的响应。增益的大小和相位随频率的变化 幅频响应 相频响应 每只电容只对频谱一段影响较大： 中频：耦合电容短路，极间电容开路； 低频：耦合电容不能短路，增益随频率降低减小，相移减小； 高频：极间电容不能开路，增益随频率增加减小，相移增大。4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应1. RC低通电路的频

58、率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV fsj2j 且令且令11H21CRf 又复又复变量变量)/j(11HioHffVVAV 电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角)/(arctanHHff （相频响应）（相频响应）增益频率函数增益频率函数RC低通电路低通电路 最大误差最大误差 -3dB频率响应曲线描述频率响应曲线描述幅频响应幅频响应2HH)/(1

59、1ffAV 1. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应相频响应相频响应)/(arctanHHff 2. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应RC电路的电压增益：电路的电压增益：22222ioL/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅频响应幅频响应2LL)/(11ffAV 相频响应相频响应)/(arctanLLff 输出超前输入输出超前输入RC高通电路高通电路 CRf21L4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型模型的引出模型的引出 rbe-发射结电阻发射结电阻re归算到基极回路的电阻归算到基极回路

60、的电阻 -发射结电容发射结电容-集电结电阻集电结电阻rbc -集电结电容集电结电容 Cbc rbb -基区的体电阻，基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点是假想的基区内的一个点互导互导CECEEBCEBCmVViig vvBJT的高频小信号模型的高频小信号模型 发射结电压对受控电流的控制能力简化模型简化模型混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型 cecbrr和和忽忽略略 1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型2. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H参数参数模型等价模型等价ebbbbe rrrEQbbebbbe