半导体三极管及放大电路

1、模拟电子技术模拟电子技术电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程第第三三章章 半导体三极管及放大电路半导体三极管及放大电路武汉理工大学武汉理工大学信息工程学院信息工程学院电子技术基础课程组电子技术基础课程组上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础本章主要内容本章主要内容v介绍半导体的基本知识；介绍半导体的基本知识；v半导体器件的核心环节半导体器件的核心环节PNPN结的形成结的形成及其特性；及其特性；v简介半导体二极管的结构及主要参数；简介半导体二极管的结构及主要参数；v半导体二极管的几种常用等效电路及其半导体二极管的几种常用等效电路及其应用；应用

2、；v简介几种特殊二极管（除简介几种特殊二极管（除“稳压管稳压管”外外均作为一般了解内容）均作为一般了解内容）上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础本章主要内容本章主要内容v半导体三极管（半导体三极管（BJTBJT）的结构、工作原理、特）的结构、工作原理、特性曲线和主要参数；性曲线和主要参数； v共射极放大电路的结构、工作原理和改进电共射极放大电路的结构、工作原理和改进电路；路；v放大电路的两种分析方法放大电路的两种分析方法 图解法求Q点（IBQ、ICQ、VCEQ） 小信号模型分析法求AV、Ri、RO上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基

3、础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础本章主要内容本章主要内容v放大电路工作点稳定问题及常用稳定工作点放大电路工作点稳定问题及常用稳定工作点的电路；的电路；v介绍共基极放大电路和共集电极放大电路，介绍共基极放大电路和共集电极放大电路，并将三种组态的放大电路进行比较；并将三种组态的放大电路进行比较；v放大电路的频率响应（这部分内容推导过程放大电路的频率响应（这部分内容推导过程 不要求必须掌握，记住最终结果会求不要求必须掌握，记住最终结果会求fH和和fL即即可）可）上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.1 3.1 半导体半导体BJT返回半导

4、体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT）。BJT是由两个PN结组成的。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础一一.BJT.BJT的结构简介的结构简介 【分类】 按频率分按频率分高频管高频管低频管低频管 按功率分按功率分大功率管大功率管中功率管中功率管小功率管小功率管 按半导按半导 体材料分体材料分硅管硅管锗管锗管 按结构按结构 不同分不同分NPN型型PNP型型上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模

5、拟电子技术基础模拟电子技术基础NPNNPN型型发射区发射区集电区集电区基区基区发射结（发射结（Je）集电结（集电结（Jc）e 【Emitter】c 【Collector】b发射极发射极集电极集电极基极基极NNP【Base】代表符号:箭头方向：由P区N区上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础PNPPNP型型发射区发射区集电区集电区基区基区发射结（发射结（Je）集电结（集电结（Jc）ecb发射极发射极集电极集电极基极基极PPN代表符号:箭头方向：由P区N区上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础比如：

6、NPN型三极管剖面图结构制作要求：结构制作要求： 发射区：高杂质掺杂浓度；发射区：高杂质掺杂浓度； 基区：很薄（通常为几微米几十微米），基区：很薄（通常为几微米几十微米），低掺杂浓度；低掺杂浓度； 集电区：集电区：掺杂浓度要比掺杂浓度要比发射区低；发射区低；结面积比结面积比发射区大；发射区大；上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础晶体管的几种常见外形晶体管的几种常见外形上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础几种常见三极管实物图几种常见三极管实物图大功率三极管大功率三极管功率三极管功率三极管普通塑

7、封三极管普通塑封三极管上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础半导体三极管的型号半导体三极管的型号A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管管C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 表示材料：表示材料：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开关管开关管表示器件的种类：表示器件的种类：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表示同一型号中的不同规格表示同一型号中的不同规格三极管三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下

8、：3DG110B上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础二二.BJT.BJT的电流分配与放大作用的电流分配与放大作用bNNPeccbe为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部条件两方面的要求。条件两方面的要求。对其内部结构要求：发射区进行高掺杂，发射区进行高掺杂，因而其中的多数载流子因而其中的多数载流子浓度很高。浓度很高。基区很薄，且掺杂比基区很薄，且掺杂比较少，则基区中多子的较少，则基区中多子的浓度很低。浓度很低。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础

9、二二.BJT.BJT的电流分配与放大作用的电流分配与放大作用bNNPeccbe为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部条件两方面的要求。条件两方面的要求。从外部条件来看：发射结正向偏置发射结正向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置要求外加电源电压的极要求外加电源电压的极性必须满足：性必须满足：上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础即在满足内部结构要求的前提下，三极管要实现放大，必须连接成如下形式：即在满足内部结构要求的前提下，三极管要实现放大，必须连接成如下形式：e区区c区区b区区JeJcecbNNPVB

10、BVCCRbRcVBEVCBVCE例：共发射极接法例：共发射极接法三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。集电结反偏：由由VBB保证保证由由VCC、 VBB保证保证VCB=VCE - VBE 0发射结正偏：上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：三极管内部载流子运动分为三个过程：BJTBJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IENIEP（1 1）发射区向基区注入）发射区向基区注入电子，从而形成发电子，从而形成发射极电流射极电流I IE

11、E。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：三极管内部载流子运动分为三个过程：BJTBJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程（1 1）发射区向基区注入）发射区向基区注入电子，从而形成发电子，从而形成发射极电流射极电流I IE E。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IE=IEN+IEPIEN上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：三极管内部载流子运动分为三个过程：BJTBJT内部载流子的传输

12、过程内部载流子的传输过程（1 1）发射区向基区注入电子，从）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流而形成发射极电流I IE E。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IE（2 2）在基区中）在基区中电子继续向集电电子继续向集电结扩散；结扩散；少数电子与基区少数电子与基区空穴相复合，形成空穴相复合，形成I IB B电流。电流。IB复合IBEIBE上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：三极管内部载流子运动分为三个过程：BJTBJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程（1 1）

13、发射区向基区注入电子，从）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流而形成发射极电流I IE E。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IE（2 2）在基区中）在基区中电子继续向集电结扩散；电子继续向集电结扩散；少数电子与基区空穴相复少数电子与基区空穴相复合，形成合，形成I IB B电流。电流。IB（3 3）集电区收集大部）集电区收集大部分的电子，形成分的电子，形成I IC C电流。电流。ICICNICNIBE上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：三极管内部载流子运动分为三个过程

14、：BJTBJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程（1 1）发射区向基区注入电子，从）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流而形成发射极电流I IE E。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IE（2 2）在基区中）在基区中电子继续向集电结扩散；电子继续向集电结扩散；少数电子与基区空穴相复少数电子与基区空穴相复合，形成合，形成I IB B电流。电流。IB（3 3）集电区收集大部分的电子，）集电区收集大部分的电子，形成形成I IC C电流。电流。IC另外，集电区的少子形另外，集电区的少子形成反向饱和电流成反向饱和电流ICBOICBOICNIBE上页上页下页

15、下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：三极管内部载流子运动分为三个过程：BJTBJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IEIBICICBOICNIBE实际上：实际上：IC=ICN+ICBOIE=IEN+IEPIENICNIB+ICBO=IBE由由KCL，有：，有：IB=IBE-ICBOIBE上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础电流分配关系电流分配关系由载流子的传输过程可知，由于电子在由载流子的传

16、输过程可知，由于电子在基区的复合，发射区注入到基区的电子并非基区的复合，发射区注入到基区的电子并非全部到达集电极，管子制成后，复合所占的全部到达集电极，管子制成后，复合所占的比例就定了。也就是由发射区注入的电子传比例就定了。也就是由发射区注入的电子传输到集电结所占的百分比是一定的，这个百输到集电结所占的百分比是一定的，这个百分比用分比用表示，称为表示，称为共基极电流放大系数共基极电流放大系数。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础发发射射极极注注入入的的电电流流传传输输到到集集电电极极的的电电流流 CBOCNCIIIECBOCECNIIIII

17、ECII 上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IEIBICICBOICIBIE可简化为上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础ICIBIEIE=IC+IBICIEIB=IE-IC=IE-IE=(1-)IE故集电极与基极电流的关系为：故集电极与基极电流的关系为： 11EEBCIIII=共射电流放大倍数共射电流放大倍数上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础注：和和是两种电流放大系

18、数，它们的值是两种电流放大系数，它们的值主要取决于基区、集电区和发射区的杂主要取决于基区、集电区和发射区的杂质浓度以及器件的几何结构。质浓度以及器件的几何结构。基极电流是电子在基区与空穴复合的基极电流是电子在基区与空穴复合的电流，复合过程对电流，复合过程对和和的值有影响。的值有影响。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础利用BJT组成的放大电路，其中一个电极作为信号输入端，一个电极作为输出端，另一个电极作为输入、输出回路的共同端。根据共同端的不同，BJT可以有三种连接方式（称三种组态）： 共基极接法共基极接法 共发射极接法（最为常用！）共发射极

19、接法（最为常用！） 共集电极接法共集电极接法上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础三三.BJT.BJT的特性曲线的特性曲线BJT的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线，它是BJT内部载流子运动的外部表现。由于BJT也是非线性元件，它有三个电极，故要通过它的伏安特性曲线来对它进行描述，但它的伏安特性并不向二极管那样简单。工程上最常用的是BJT的输入特性和输出特性曲线。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础RL+-vObcevIiB=IB+iBiC=IC+iCiE=IE+iEvBE+-+-vC

20、E以共射放大电路为例：以共射放大电路为例：输入特性：输入特性：常数常数CEvBEBvfi输出特性：输出特性：常数常数BiCECvfi上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础共射极电路特性曲线的实验线路共射极电路特性曲线的实验线路微安表毫安表上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论iB与vBE之间的函数关系。因为有集电结电压的影响，它与一个单独的PN结的伏安特性曲线不同。为了排除vCE的影响，在讨论输入特性曲线时，应使vCE=常数。vCE的影响，

21、可以用三极管的内部反馈作的影响，可以用三极管的内部反馈作用解释，即用解释，即vCE对对iB的影响。的影响。输入特性曲线输入特性曲线上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础BJT共射接法的输入特性曲线分三部分：分三部分： 死区死区 非线性区非线性区 线性区线性区iB /AvBE /VvCE =1VvCE 1VvCE =0V记住：当vCE1时，各条特性曲线基本重合。当vCE增大时特性曲线相应的右移。25上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础输出特性曲线输出特性曲线BJT共射接法的输出特性曲线vCE/V

22、iC /mA25=20A=40A=60A=80A它是以它是以iB为参变量的一族特性曲线。为参变量的一族特性曲线。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础现以现以iB=40=40uA一条加以说明：一条加以说明：vCE /ViC /mA25=20A=40A=60A=80A（1 1）当）当vCE= =0V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0=0。（2 2）当）当vCE稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压很小，如：但集电结反偏电压很小，如：vCE1VvBE=0.7VvCB= vCE-

23、vBE0.7V集电区收集电子的集电区收集电子的能力很弱，能力很弱，iC主要由主要由vCE决定：决定：vCEic上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础vCE /ViC /mA25=20A=40A=60A=80A现以现以iB=40=40uA一条加以说明：一条加以说明：（3 3）当）当uCE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：vCE1V vCB0.7V运动到集电结的电子基本上都可以被集电区运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收集，此后收集，此后vCE 再再增加，电流也没有增加，电流也没有明显得增加，特性明显得增加，特

24、性曲线进入与曲线进入与vCE轴轴基本平行的区域。基本平行的区域。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲线。其他值的曲线。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础vCE /ViC /mA25=20A=40A=60A=80A输出特性曲线可以划分为三个区域：输出特性曲线可以划分为三个区域：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的数值较小，一般的数值较小，一般vCE0.7V（硅管）。此时（硅管）。此时Je正偏，正偏，Jc正偏正偏或反偏电压很小。或反偏电压很小。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模

25、拟电子技术基础模拟电子技术基础vCE /ViC /mA25=20A=40A=60A=80A输出特性曲线可以划分为三个区域：输出特性曲线可以划分为三个区域：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的数值较的数值较小，一般小，一般vCE0.7V（硅管）。此时（硅管）。此时Je正偏，正偏，Jc正偏正偏或反偏电或反偏电压很小。压很小。截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0=0的曲线的的曲线的下方。此时下方。此时J Je e反偏，反偏，J Jc c反偏反偏。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础vCE /

26、ViC /mA25=20A=40A=60A=80A输出特性曲线可以划分为三个区域：输出特性曲线可以划分为三个区域：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的数值较的数值较小，一般小，一般vCEV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEO上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础一电子系统与信号一电子系统与信号n 什么是电子系统？所谓所谓“电子系统电子系统”，通常是指由若干相互，通常是指由若干相互联接、相互作用的基本电路组成的具有特联接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。定功能的电路整体。注：

27、电子系统在绝大多数情况下必须和物理系统相结合，才能构成完整的实用系统。3.2 3.2 共射极放大电路共射极放大电路上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础n放大的本质：是实现能量的控制和转换。n放大电路放大的对象：是变化量。n组成放大电路的核心元件：是三极管。n电子电路放大的基本特征：是功率放大。n放大的前提：是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。二二. .放大的概念放大的概念上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础 放大放大是最基本的模拟信号处理功能。三放大电路的基本知识三放大电路的基本知

28、识模拟电子中研究的最主要电路：放大电路这里的这里的“放大放大”是指把微小的、微弱的电信号是指把微小的、微弱的电信号的幅度的幅度不失真的不失真的进行放大。进行放大。所谓“不失真”：就是一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅度得到了放大，但它随时间变化的规律不能变。具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、手机、扩音器等等。手机、扩音器等等。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础一般来说，放大电路就是一个双端口网络。iVoVoI放大电路（放大器）SV+-Rs+-+-RLiI信号源负载SV信号源电压信号

29、源电压iV输入电压输入电压oV输出电压输出电压Rs信号源内阻信号源内阻RL负载电阻负载电阻iI输入电流输入电流oI输出电流输出电流上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础四四. .共射放大电路的构成共射放大电路的构成首先交代各物理量表示方法及其含义：首先交代各物理量表示方法及其含义： VBE，VCE，VI，VO IB，IC，IE，II vi，vo，vbe， ib，ic，ie，ii表示“直流量”：大写字母大写下标表示“交流量”的瞬时值：小写字母小写下标 vBE，vCE，vI，vO iB，iC，iE，iI，iO表示“直流量交流量”：小写字母大写下标上

30、页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础 Vc，Vb，Ve，Vi Ib，Ic，Ie，Ii表示“交流量的向量形式”：大写字母小写下标头上点表示“交流量”的有效值：大写字母小写下标，iebciebcIIIIVVVV上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础共射极基本放大电路共射极基本放大电路VcRTVBBCCbR-+BEU-UCE+ICIBvBEvCET+vi+voiBiCiEbceCb1+Cb2+上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础（1 1）输入部分）输

31、入部分VBB：基极直流电源，保证：基极直流电源，保证Je正向偏置，正向偏置，VBEVonRb：限流电阻：限流电阻Cb1：隔直电容或耦合电容，是电解电容，有极性：隔直电容或耦合电容，是电解电容，有极性Cb1作用：隔直流通交隔直流通交流流，故不会，故不会影响电路的影响电路的直流特性。直流特性。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础（2 2）输出部分）输出部分VCC：集电极直流电源：集电极直流电源Rc：限流电阻：限流电阻作用：作用： 为输出信号提供能量为输出信号提供能量 保证保证Jc反偏，反偏，VCB0作用：作用： 限流限流 信号转换信号转换CcCC

32、oRiVv上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础（2 2）输出部分）输出部分Cb2：隔直电容或耦合电容：隔直电容或耦合电容作用：作用：隔直流通交流隔直流通交流 给到负载给到负载RL上的量一定是经过放大的变化量（或上的量一定是经过放大的变化量（或称交流量）。称交流量）。 有有Cb2输出端的存在输出端的存在iC=iB单管单管：5050100100间间上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础（3 3）工作原理）工作原理 当vi0时，称放大电路处于静态。tviotIBoiBtiCoICtvCEoVCEtv

33、oo上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础（3 3）工作原理）工作原理 当viVisint时tviotoiBIBibtiCoICictvCEoVCEvcetvoovo与vi相比幅值加大且反相了上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础共射放大电路改进电路共射放大电路改进电路+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcRvivo交直交直交需要使RbRc（一般为几十倍）改成唯一的直流电源上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础本节小结本节小结根据本节内

34、容的分析可以归纳组成放大电根据本节内容的分析可以归纳组成放大电路时必须遵循的原则应该有：路时必须遵循的原则应该有：外加直流电源的极性必须使三极管的发射结正偏，而集电结反偏，以保证三极管工作在放大区。此时，若基极电流有一个微小的变化量ib，将控制集电极电流产生一个较大的变化量ic，二者之间的关系为icib上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础本节小结本节小结电阻取值得当，与电源配合，使放大管有合适的静态工作电流。输入回路的接法应该使输入电压的变化量vi能够传送到三极管的基极回路，并使基极电流产生相应当变化量ib。输出回路的接法应使集电极电流的变化

35、量ic能够转化为集电极电压的变化量vce，并传送到放大电路的输出端。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.3 3.3 图解分析法图解分析法为解决放大器件的非线性问题，常用的方法有两个：第一：图解法。第二：小信号模型分析法（也叫做微变等效电路法）。把放大器件特性曲线的非线性作为前提，把放大器件特性曲线的非线性作为前提，在其上作图求解。在其上作图求解。把放大器件的特性曲线在一个较小的范围把放大器件的特性曲线在一个较小的范围内近似线性化，然后求解。内近似线性化，然后求解。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟

36、电子技术基础一一. .静态工作情况分析静态工作情况分析何谓“静态”？ 所谓所谓“静态静态”是指：当放大电路没有输入是指：当放大电路没有输入信号（信号（vi0 0）时，电路中各处的电压、电流都）时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流。是不变的直流。 静态分析时讨论的对象：静态分析时讨论的对象：直流分量直流分量故称为故称为直流工作状态直流工作状态或或静止状态静止状态，简称，简称“静态静态”。【关键】求Q点静态工作点IBQICQVCEQ上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础直流通路直流通路IB 画直流通路vivoCb1Cb2断开断开确定Q点常用的方

37、法有两种： 近似估算法 图解法偏置电阻偏置电流上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础近似估算近似估算Q Q点点IBQ+-VBE+-VCEQICQ V VCCCCV VBEBE 输入端用恒压降模型等效，则：输入端用恒压降模型等效，则：BEbBQCCVRIVbBECCBQRVVI)(BECCbCCVVRV BQCQII CCQCCCEQRIVV上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础IBQ+-VBE+-VCEQICQ 用图解法确定用图解法确定Q Q点点非线性电路部分线性电路部分步骤：步骤：（1 1）把

38、放大电路分成非线性和线性两）把放大电路分成非线性和线性两个部分个部分（2 2）作出非线性部分的伏安）作出非线性部分的伏安特性，即特性，即BJTBJT的输出特性的输出特性先求先求I IBQBQ，仍用上，仍用上面近似估算法：面近似估算法：bCCBQRVI上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础IBQ+-VBE+-VCEQICQ 用图解法确定用图解法确定Q Q点点线性电路部分步骤：步骤：（3 3）作出线性部分的）作出线性部分的V-I特性特性直直流负载线流负载线线性部分的电压、电流关系为：线性部分的电压、电流关系为：CcCCCERiVv 为一直线为一直线

39、ic0 0时，时，vCE=VCC M点点vCE0 0时，时，CCCcRVi 且斜率为且斜率为-1/RCN点点（4 4）由线性与非线性两部分）由线性与非线性两部分V-I特性的交点确定特性的交点确定Q Q点点上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础为什么要设置静态工作点？为什么要设置静态工作点？见下图：见下图：静态时将输入端静态时将输入端A与与B短路，必然有：短路，必然有：IBQ=0ICQ=0VCEQ=VCCBJTBJT处于处于截止状态截止状态，不在放大区，因而不在放大区，因而不能正常放大。不能正常放大。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基

40、础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础二二. .动态工作情况分析（即求交流量）动态工作情况分析（即求交流量）动态分析讨论的对象：交流成分（即变化的量）放大电路在接入正弦信号时的工作情况设输入电压设输入电压vi=0.02=0.02sint(V)(V)vBE=VBE+vbe iB=IB+ibvCE=VCE+vce iC=IC+ic各分量都在原来静态直流量的基础上叠加了一各分量都在原来静态直流量的基础上叠加了一个交流量，如下：个交流量，如下：上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础（1）根据vi在输入特性上求iBviQ Q1 1Q Q2 2已知Q点

41、已知2020606040=40=上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础（2）根据iB在输出特性上求iC和vCEQ Q1 1Q Q2 2VCESVCEQvovCENM动态工作范围=40A=40Aib=60A=60Aib=20A=20A上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础交流负载线交流负载线vivoCb1Cb2vivo交流通路交流通路ibieic非线性部分线性部分短路短路V=0 直流电源相当于对地短路上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础动态时负载

42、电阻RL对Q点会产生影响。vivoibieicLCLCLCLRRRRRRR /RLLcceoRivv LocRvi 1（斜率）（斜率）我们把斜率由我们把斜率由LR 1定出的负载线称为定出的负载线称为交流负载线交流负载线。它由。它由交流通路决定。交流通路决定。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础MNA交流负载线与直流负载线交流负载线与直流负载线当放大电路不带负载RL时，交流负载线是什么？交流负载线与直流负载线重合！上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础MNA为什么交流负载线和直流负载线必然会在Q

43、点相交？交流负载线与直流负载线交流负载线与直流负载线上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础AiCuCEvo可输出的最大不失真信号 合适的静态工作点合适的静态工作点三三. .关于关于Q Q点选择时的注意事项点选择时的注意事项将将Q Q点选在交流负点选在交流负载线载线ABAB的中央，的中央，可以获得最大的可以获得最大的不失真输出，即不失真输出，即可以得到最大的可以得到最大的动态工作范围动态工作范围即：即：BQ=AQBQ=AQBQibVCESVCEA上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础iCvCEvo

44、 Q Q点过低点过低信号进入截止区信号进入截止区Q截止失真上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础iCvCEvo Q Q点过高点过高信号进入饱和区信号进入饱和区截止失真和饱和失真统称“非线性失真”Q饱和失真上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础对对Q Q点的选择：除非为了要得到最大不失真输出，点的选择：除非为了要得到最大不失真输出，往往可以采用比较灵活的原则。往往可以采用比较灵活的原则。若若Q Q点设置时不在交流负载线的中央，即点设置时不在交流负载线的中央，即BQAQ，则最大不失真输出电压则最大不

45、失真输出电压Vom应该取二者中较小的，应该取二者中较小的，即：即：Vommin(vCEQ-vCES,vCEA-vCEQ)比如：当信号幅度不大时，为了降低直流电源比如：当信号幅度不大时，为了降低直流电源V VCCCC的的能量消耗，在不产生失真和保证一定的电压增益的能量消耗，在不产生失真和保证一定的电压增益的前提下，常常可以把前提下，常常可以把Q Q点选得低一些。点选得低一些。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.4 3.4 小信号模型分析法小信号模型分析法 思路：思路：将非线性的将非线性的BJT等效等效成一个线性电路成一个线性电路 适用范围：

46、适用范围：放大电路的输入放大电路的输入信号是变化量且电压很小时信号是变化量且电压很小时适用适用上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础vCE=VCEQVBEQvBEvBEiB一一. . 三极管的等效电路三极管的等效电路Q 分析输入特性BBEbeivr把输入回路等把输入回路等效成：效成：ib-vbeb be erbeib-vbe上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础vCEVCEQiBiCQ 分析输出特性分析输出特性iC=iB(或或ic=ib)ic-vce把输出回路等把输出回路等效成：效成：c ce

47、eic=ib-vce上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础综上分析，可得三极管等效模型如下：综上分析，可得三极管等效模型如下：ic-vceib-vbevbeibicvceibbec称为简化的H参数小信号模型（或微变等效电路）上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础 rbe的计算的计算iCiBiEb b、e e间电阻由三部分间电阻由三部分组成：组成：基区的体电阻基区的体电阻bbr基射间的结电阻基射间的结电阻ebr发射区的体电阻发射区的体电阻er其中，其中，bbr可取可取100100300300之间，

48、常取之间，常取200200上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础iBiEiB由PN结的电流公式：) 1TBE/SE(eVvIiBEEdvdireb1)TBE/TS(eVvVI对对vBE求导数，有：求导数，有：BEVvSdveIdTBE)(TEVi)(26mAImVIVrEQEQTeb)（常温下）（常温下）在在Q点附近一个小的变点附近一个小的变化范围内，可认为化范围内，可认为iEIEQ, ,又有又有IEQICQ，则则mAImVCQ)(26上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础iBiEiB而eebE

49、bbBBErririver可忽略可忽略ebEbbBBEririv又又BEii 1ebBbbBBEririv 1对对iB求导，可有：求导，可有：ebbbBBEberrdidvr 1CQTebIVr已知：已知：mAImVVrrCQTbbbe 1常温时常温时mVVT26200bbr上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础二二. .用用H H参数小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即：利用简化的H参数小信号模型（或称微变等效电路）来计算单管共射放大电路的以下三个参数输入电阻输入电阻Ri输出电阻输出电阻RoVA电压放大倍数电

50、压放大倍数上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础vivoCb1Cb2vivo交流通路交流通路ibieic画出放大电路的微变等效电路画出放大电路的微变等效电路（1 1）画出放大电路）画出放大电路的交流通路的交流通路上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础vbeibicvceibbecvivo交流通路交流通路ibieic画出放大电路的微变等效电路画出放大电路的微变等效电路（2 2）将交流通路中的三极管用）将交流通路中的三极管用H H参数等效电路代替参数等效电路代替上页上页下页下页电子技术基础精品课程电

51、子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础vbeibicvceibbecvivo交流通路交流通路ibieic画出放大电路的微变等效电路画出放大电路的微变等效电路（2 2）将交流通路中的三极管用）将交流通路中的三极管用H H参数等效电路代替参数等效电路代替Rb+vi上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础vbeibicvceibbecvivo交流通路交流通路ibieic画出放大电路的微变等效电路画出放大电路的微变等效电路（2 2）将交流通路中的三极管用）将交流通路中的三极管用H H参数等效电路代替参数等效电路代替Rb+viRc+voRL上页

52、上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础SViVoVcI小信号等效电路（微变等效电路）如下：小信号等效电路（微变等效电路）如下：求电压增益求电压增益ioVVVAbebirIVLcoRIVbeLioVrRVVA bcII LboRIV LCLRRR/ 式中式中负号表示输出电压与输入电压反相上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础SViVoVcI 求输入电阻求输入电阻R Ri iRiiiiIVRbRIbRiIIIbbeibirVRVbebebirrRR/电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总

53、是希望得到较大的的输入电阻。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础定义：定义：当信号源有内阻时：当信号源有内阻时：ioVVAVsoVVAVS由图知：由图知：SiVRRRVsii所以：所以：siiosoVVVVVVAVSVARRRsii放大+iuR+uS-S电路iRRL+Ou-SViVoV上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础cibbeRricbibRiioRcoooRIVR所以：所以： 求输出电阻Ro根据定义：根据定义：oI0,ooosL=VRIVRoV+-iIbI0cI上页上页下页下页电子技术

54、基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础分析时为什么要讨论分析时为什么要讨论R Ri i和和R Ro o？iVoVoISV+-Rs+-+-RLiI放大电路Ro+-OV RiRiRo用来评价放大电路对信号源和负载的作用用来评价放大电路对信号源和负载的作用如图：输入端如图：输入端SiSiiVRRRV当当R Ri iR RS S时，时，SiVV假设某一值，如假设某一值，如RiRs，则，则SiVV21上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础分析时为什么要讨论分析时为什么要讨论R Ri i和和R Ro o？iVoVoISV+-Rs+

55、-+-RLiI放大电路Ro+-OV Ri输出端输出端oLoLoVRRRV当当R Ro oR RL L时，时，ooVV若若RoRL，则，则ooVV21故对于放大电路而故对于放大电路而言，一般情况希望言，一般情况希望Ri越大越好越大越好Ro越小越好越小越好上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础三三. . 归纳等效电路法的步骤归纳等效电路法的步骤先确定Q点（IBQ、ICQ、VCEQ）方法：方法： 近似估算法近似估算法 图解法图解法求Q点处的和rbe通常会给出通常会给出mAImVVrrEQTbbbe 1常温时常温时mVVT26200bbrIEQ=IBQ

56、+ICQICQ上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础三三. . 等效电路法的步骤等效电路法的步骤画出放大电路的微变等效电路列出电路方程并求解【一般要求增益、输入电阻和输出电阻】上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础本节小结本节小结小信号模型分析法就是把非线性的三极管线性化，这样具有非线性元件的放大电路就转化成为我们熟悉的线性电路了。经过线性化的三极管等效电路为：经过线性化的三极管等效电路为：称为简化的称为简化的H H参数小信号模型（或微变等效电路）参数小信号模型（或微变等效电路）上页上页下页下页

57、电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础利用等效电路可以对放大电路进行分析，分析时具体步骤如前所述。最终往往是要求出其Q点、微变等效电路、 、Ri和Ro。VA本节小结本节小结将前面讲过的两种分析方法对比如下： 图解法 既能分析放大电路的静态工作情况既能分析放大电路的静态工作情况 也能分析放大电路的动态工作情况也能分析放大电路的动态工作情况（较繁琐，不常用！）（较繁琐，不常用！）上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础本节小结本节小结 主要优点：直观、形象直观、形象 适用范围：（A）一般多适用于分析输出幅值比较大一般

58、多适用于分析输出幅值比较大而工作频率不太高时的情况，即在大信号而工作频率不太高时的情况，即在大信号分析时（功率放大时）；分析时（功率放大时）；（B）分析分析Q点的位置，即可以直观判断点的位置，即可以直观判断Q点是否位于交流负载线的中点；点是否位于交流负载线的中点；（C）求最大不失真输出电压（有效值！）求最大不失真输出电压（有效值！）上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础本节小结本节小结 缺点：（A）从手册上查到的特性曲线与实际管从手册上查到的特性曲线与实际管子的特性之间常常会有较大的差别，这在子的特性之间常常会有较大的差别，这在使用该方法时会受

59、到一定的制约。使用该方法时会受到一定的制约。（D）讨论失真情况讨论失真情况截止失真截止失真饱和失真饱和失真上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础本节小结本节小结（D）当信号频率较高时，特性曲线已经当信号频率较高时，特性曲线已经不能正确代表管子的特性，因此图解法也不能正确代表管子的特性，因此图解法也就不适用了。就不适用了。（C）对于较复杂的电路，无法直接由图对于较复杂的电路，无法直接由图解法求得电压放大倍数，如：接有发射极解法求得电压放大倍数，如：接有发射极电阻电阻R Re e的电路就是如此。的电路就是如此。（B）作图过程比较麻烦，容易带来作图作

60、图过程比较麻烦，容易带来作图误差。误差。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础模拟电子技术基础本节小结本节小结小信号模型分析法（微变等效电路法） 主要优点：由于将非线性的三极管转化成为由于将非线性的三极管转化成为我们熟悉的线性电路，分析过程无需作图，因我们熟悉的线性电路，分析过程无需作图，因此比较简单方便。此比较简单方便。 适用范围：（A）适用于分析任何简单或复杂的电路，适用于分析任何简单或复杂的电路，只要其中的放大器件基本上工作在线性范只要其中的放大器件基本上工作在线性范围即可。围即可。上页上页下页下页电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程模拟电子技术基础