半导体三极管

1、2022-3-1614.1 半导体三极管半导体三极管4.3 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 共射极放大电路的工作原理共射极放大电路的工作原理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第第4章章 三极管及放大电路基础三极管及放大电路基础2022-3-1624.1 半导体三极管半导体三极管4.1.1 BJT的结构简介4.1.2 放大状态下BJT的工作原理4.1.3 BJT的VI特性曲线4.1.4 BJT的主要参数202

2、2-3-1634.1.1 BJT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2022-3-164 半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。(a) NPN型管结构示意图(b) PNP型管结构示意图(c) NPN管的电路符号(d) PNP管的电路符号2022-3-165集成电路中典型集成电路中典型NPN型型BJT的截面图的截面图2022-3-166 由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴)参与导电，故参与导电，故称为双极型三极管或称为双极型三极管或BJT (Bip

3、olar Junction Transistor)。 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：发射结正偏 集电结反偏4.1.2 放大状态下BJT的工作原理1. 内部载流子的传输过程发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子 （以NPN为例） IC= ICN+ ICBOIE=IB+ IC放大状态下放大状态下BJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程2022-3-167BJT的载流子运动示意发射结正偏发射结正偏UBE0集电结反偏集电结反偏UBC 1 。根据根据IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBOCNE CEIIII且令且令BCCEOC

4、IIII 时时，当当ICEO= (1+ ) ICBO（穿透电流）（穿透电流）电流放大系数电流放大系数2022-3-16103. 三极管的三种组态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；BJT的三种组态的三种组态2022-3-1611共基连接的电流分配共基连接的电流分配(1)CCNCBOECBOEBBECBOECNCBOEECBOEIIIIIIIIIIIIIIII ECNBECCBOB

5、CBOBCIIIIIIIII研究：)()(EBECIfIIfIQ1Q740ECEBIBICIE2022-3-1612共基极放大电路的共基极放大电路的放大作用 若若 vI = 20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IO vvvA使使 iE = -1 mA，则则 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，当 = 0.98 时，时，2022-3-1613共射连接的电流分配共射连接的电流分配 ECNBECCBOBCBOBCIIIIIIIII研究：)()(BEBCIfIIfI()(1)11(1)(1)CC NC B OEC B OCBC B O

6、C B OCBBC B OBC E OC B OECBBBC E OBIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII穿透电流Q1Q 740ECEBIBICIE2022-3-1614 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。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区发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。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，集电结反发

7、射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。2022-3-16154.1.3 BJT的V-I 特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const(2) 当当vCE1V时，时， vCB= vCE - - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，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。(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. 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2022-3-1616饱和区：

8、饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般该区域内，一般vCE0.7V (硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集电结正偏或反发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小偏电压很小。iC=f(vCE) iB=const2. 输出特性曲线输出特性曲线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的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时， vBE小于死区小于死区电压电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲轴的区域，曲线基本平行等距。此时，线基本平行等距。此时，发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏。2022-3-1617

9、I IC C= = I IB BU UCECE 0.3V0.3VI IC C 0 02022-3-1618CICECCUBEBBCEUfIUfI)()( IC IB RB EB EC RC V V A mA + UCE + UBE 0.4 0.8 UBE /V 40 30 20 10 IB /mA 0 UCE1V 测量三极管特性的实验电路 三极管的输入特性曲线 晶体管输入输出特性曲线实验电路晶体管输入输出特性曲线实验电路与二极管类似2022-3-1619q晶体管输入特性曲线晶体管输入特性曲线演示BJT12022-3-1620q晶体管输出特性曲线晶体管输出特性曲线演示BJT22022-3-162

10、11. 电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数 (1) 共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const与与iC的关系曲线的关系曲线 (2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const2022-3-16221. 电流放大系数 (3) 共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基极交流电流放大系数 =IC/IEvCB=const 当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。2022-3-1623 2. 极间反向电流 (1) 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。 2022-3-

11、1624 (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 ICEO=（1+ ）ICBO 2022-3-1625（1） 集电极最大允许电流ICM（2） 集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 3. 极限参数2022-3-1626(3) 反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反 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)CE

12、OV(BR) EBO2022-3-16274.1.5 温度对BJT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2022-3-16284.2 共射极放大电路的工作

13、原理4.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路基本共射极放大电路 2022-3-16292022-3-1630电路简化电路简化(仿真图仿真图)0RB300kVCCVCCRL4KRS500C210u0Rc4KC110uVSFREQ = 1khzVAMPL = 20mvVOFF = 0OUTEC12VdcQ4Q3DG6UiUo=49VBVCVINIBIC2022-3-1631 Rs us + + ui RL + uo +VCC RC C1 C2 T RB + + 共发射极放大电路的实用电路2022-3-16324.2.2 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

14、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 bBEQBBBQRVVI BQCEOBQCQIIII VCEQ=VCCICQRc 2022-3-16334.2.2 基本共射极放大电路的工作原理2. 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 2022-3-16344.3 放大电路的分析方法4.3.1

15、图解分析法4.3.2 小信号模型分析法1. 静态工作点的图解分析2. 动态工作情况的图解分析3. 非线性失真的图解分析4. 图解分析法的适用范围1. BJT的H参数及小信号模型2. 用H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2022-3-16354.3.1 图解分析法1. 静态工作点的图解分析 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。 共射极放大电路共射极放大电路2022-3-16364.3.1 图解分析法1. 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（直流负载线）列输出回路方程（直流负载线）VCE=VCCiCRc 首

16、先，画出直流通路直流通路直流通路 bBBBBERiV v2022-3-1637 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。bBBBBERiV v2022-3-1638 根据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的波形2. 动态工作情况的图解分析tsinsmsV vbBsBBBERiV vv2022-3-1639 根据iB的变化

17、范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE 的波形cCCCCERiV v2022-3-1640 共射极放大电路中的电压、电流波形2022-3-16413. 静态工作点对波形失真的影响截止失真的波形截止失真的波形 2022-3-1642饱和失真的波形饱和失真的波形2022-3-1643单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路 Rs us + + ui RL + uo +VCC RC C1 C2 T RB + + 直流通路直流通路2022-3-16444. 环境与电路参数的改变对Q点的影响o电路参数的改变对电路参数的改变对Q点的影响点的影响RB 的改变直接影响的改变直接影响Q点的位置，但不点的位置，但

18、不影响负载特性。影响负载特性。RC 的改变影响负载线的斜率的改变影响负载线的斜率。VCC的改变使负载线产生平移的改变使负载线产生平移。o温度的改变对温度的改变对Q点的影响具有随机性点的影响具有随机性。2022-3-1645RC 的改变影响负载线的斜率的改变影响负载线的斜率2022-3-1646Vcc的改变使负载线产生平移的改变使负载线产生平移2022-3-1647温度的改变对温度的改变对Q点的影响点的影响2022-3-1648 Rs RB us + + ui RL + uo T RC ib ic ：（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VCC去

19、掉（短接）。带负载RL时的情况分析2022-3-1649带负载时对负载特性的影响：带负载时对负载特性的影响：LcceLCLLRiuRRRRtg动态时：其中：斜率：1)(2022-3-1650 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Q点做一条直线，其斜 率为-1/RL 。具体可采用两点法作图。 (2) RL= RLRc， 是交流负载电阻。是交流负载电阻。 (3)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。 (4)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。 放大电路的动态放大电路的动态 工作状态的图解

20、分析工作状态的图解分析(5) 负载开路时（负载开路时（ RL=） 表现为交流负载线与直流表现为交流负载线与直流 负载线重叠。负载线重叠。2022-3-1651OiBuBECEUV10iCuCE2112108642VmAB1IICQIBQuBEtOiBtQB2IB1IB2IUCEQOiCtC1IC2ICQIOtOuCEVLc/1RRIBQQUBEQIBQC1IC2I1 12 23 34 4带负载带负载RL工作状态的图解分析工作状态的图解分析1. 首先画出输入电压波形uBE(t)2. 根据输入特性曲线和uBE(t)画出iB波形3.根据iB波形和交流负载线画出iC波形4.根据交流负载线和iC波形画出

21、uCE波形ubeibicuce交流负载线2022-3-1652(a) 饱和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ02022-3-1653(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCE2022-3-1654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： 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。 （动画动画）2022-3-1655图解步骤：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据ui在输入特性上求

22、uBE和iB。（3）作交流负载线。（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。0 (a) 输入回路 (b) 输出回路uCEiCQICQUCCuBEiB0uBEtiBt0iCt0tQQQQQIBQUBEQuCEUCEQ直流负载线交流负载线002022-3-16564. 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

23、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。2022-3-16574.3.2 小信号模型分析法1. BJT的H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思路 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。 由于三极管是非线性器件，这样就使

24、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线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。2022-3-16581. BJT的H参数及小信号模型 H参数的引出),(CEB1BEvvif 在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEBBBEBEdddBCEvvvvv IVii用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 对于BJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBCEvv IViiiiiBJT双口网络

25、2022-3-1659CEBBEie 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；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 2022-3-1660 H

26、参数小信号模型根据可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceBJT双口网络2022-3-1661 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。 受控电流源受控电流源h hfefei ib b ，反，反映了映了BJTBJT的基极电流对集电的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源极电流的控制作用。电流源的流向由的流向由i

27、b的流向决定。的流向决定。 hrevce是一个受控电压是一个受控电压源。反映了源。反映了BJT输出回路电输出回路电压对输入回路的影响。压对输入回路的影响。2022-3-1662 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在共射连接时，其在共射连接时，其H参数的数量级一般为参数的数量级一般为 S101010101052433oefereieehhhhh2022-3-1663 H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，可用图示仪测出。点有关，可用图示仪测出。rbe= rbb + (1+ ) re其中对于低频小功率管其中对于

28、低频小功率管 rbb200 则则 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV(26)mA()mV(EQEQeIIVrT 而而 (T=300K) 一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe （忽略（忽略 re ）2022-3-16644.3.2 小信号模型分析法2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路（1）利用直流通路求Q点 共射极放大电路共射极放大电路bBEBBBRVVI 一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V， 已知已知。BCII LCcCECCCE)(RIRVVV 2022-3-1665（2）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

29、这里这里 Rb 可以看做信号源内阻可以看做信号源内阻Rs 2022-3-1666（3）求放大电路动态指标根据)(bebbirRi vbcii )/(LccoRRi v则电压增益为)()/()()/()()/(bebLcbebbLcbbebbLcciorRRRrRiRRirRiRRiA vvv（可作为公式）电压增益H参数小信号等效电路参数小信号等效电路2022-3-1667（3）求放大电路动态指标输入电阻输出电阻令令0i v0b i0b iRo = Rc 所以所以bebbbebbbiiiirRirRiiiR )( vv LsR,0ttovviR2022-3-16683. 小信号模型分析法的适用范

30、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。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

31、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。2022-3-1669共射极放大电路共射极放大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：解：（1）A40300k2V1bBECCBQ RVVI（2）当Rb=100k时，3.2mAA4080BQCQ II 5

32、.6V3.2mA2k-V12CQcCCCEQ IRVV静态工作点为Q（40A，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 . 9A12080BQCQ 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）， 例题例题2022-3-16704.4 放大电路静态工作点的稳定问题4.4.1 温度对静态工作点的影响4.4.2 射极偏置电路1. 基极分压式射极

33、偏置电路2. 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2022-3-16714.4.1 温度对静态工作点的影响 4.1.6节讨论过，温度上升时，节讨论过，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。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电会减小。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极静态电流ICQ随温度升高而增加随温度升高而增加（ICQ= IBQ+ ICEO） ，从，从而使而使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

34、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 。2022-3-16724.4.2 射极偏置电路（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。态工作点的稳定。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）1. 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2022-3-1673b点电

35、位基本不变的条件点电位基本不变的条件：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. 基极分压式射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理2022-3-1674（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 2022-3-1675电压增益电压增益画小信号等效电路

36、画小信号等效电路2022-3-1676计算：计算：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）2022-3-1677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 vb2i

37、b1iei)1( RRRriiivvv bebibRb2b1eiii11)1(11RRRriR bev)1(|ebeb2b1RrRR 2022-3-1678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 Riiriiv其中其中b2b1ss/RRRR 则则)1(esbeecectoRRrRriR v当当coRR 时，时，coRR 一般一般cceoRrR （）2022-3-16792. 含有双电源的射极

38、偏置电路（1）阻容耦合）阻容耦合静态工作点00EEEe2e1BEBb )()(VIRRVIRECII )()(e1e1EcCEECCCERRIRIVVV CBII BE1II)( 2022-3-1680（2）直接耦合）直接耦合2022-3-16813. 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、 、 vAiRoRend2022-3-16824.5 共集电极放大电路和共基极放大电路4.5.1 共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路4.5.3 放大电路三种组态的比较2022-3-16834.5.1 共集电极放大电路1.1.静态分析静

39、态分析共集电极电路结构如图示共集电极电路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 2022-3-1684小信号等效电路2.动态分析动态分析交流通路交流通路 2022-3-1685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(LbeLLbeLLbebLbio RrRRrRRriRiAvvv其中其中Le

40、L/ 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。2022-3-1686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 bebevvvv2022-3-1687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/besettov当当 1beserRR，1 时，时， besorRR

41、输出电阻小输出电阻小2022-3-1688rRRR 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。2022-3-16894.5.2 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置电路相同CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 2

42、022-3-16902.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 vvv2022-3-1691 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻coRR 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|bee2022-3-16924.5.3 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

43、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 2022-3-1693三种组态的比较三种组态的比较2022-3-16943.三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，输出电阻与，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

44、级。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。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、输出级或缓冲级。级或缓冲级。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，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输出电阻与集电

45、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。入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。 2022-3-16954.6 组合放大电路4.6.1 共射共基放大电路4.6.2 共集共集放大电路2022-3-16964.6.1 共射共基放大电路共射共基放大电路共射共基放大电路2022-3-1697共射共基放大电路计算21o1oio1iovvvvvvvvvAAA )1(2be1be21be1L11rrrRA vbe2Lc22be2L222)|(rRRrRA v其中其中 be2Lc22be12be21)|()1(rRRrrA v所以所以 12因

46、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 2022-3-1698输入电阻输入电阻RiiiivRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻输出电阻Ro Rc2 2022-3-1699T 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(

47、a) (a) 原理图原理图 (b)(b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集放大电路2022-3-161001. 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 2022-3-16101PNP与与NPN型型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 rberbe12022-3-161022. 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 rberb

48、e1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1 )R L 2022-3-161034.7 放大电路的频率响应4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应4.7.2 BJT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4.7.4 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2022-3-16104 放大电路的输入信号往往不是单一频率的信号，放大电路的输入信号往往不是单一频率的信号，而是包含一系列的频率成分，或者说占有一定的频而是包含一系列的频率成分，或者说占有一定的频率范围的信号。例如，测量仪表的输入信号，广播率范围的信号。例如，测量仪

49、表的输入信号，广播中的语言和音乐信号，电视中的图像和伴音信号等。中的语言和音乐信号，电视中的图像和伴音信号等。由于放大电路中一般都存在电抗性元件，如耦合电由于放大电路中一般都存在电抗性元件，如耦合电容、旁路电容、晶体管的结电容和电路的分布电容容、旁路电容、晶体管的结电容和电路的分布电容等，等，它们的容抗它们的容抗Xc(=1c)随频率而变化，因而使放随频率而变化，因而使放大电路对不同频率信号的输入产生不同的输出响应大电路对不同频率信号的输入产生不同的输出响应。也就是说，也就是说，放大电路的电压放大倍数放大电路的电压放大倍数Au是频率的函是频率的函数，这种函数关系叫做数，这种函数关系叫做“频率响应

50、频率响应”或或“频率特频率特性性”。 研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。变化时的响应。2022-3-16105 幅度频率特性 相位频率特性 幅频特性是描绘输入信号幅度幅频特性是描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即而变化的规律。即 = =Aio/VVf () 相频特性是描绘输出信号与输入相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即的规律。即)(iofVVA电压放大倍数与频率的关系可表示为电压放大倍数与频率的关系可表示

51、为: :)()()(uuAjA幅频特性相频特性2022-3-16106上限频率；相频特性；）（幅频特性；）（所以：则：令：HHHuHHuHHioufffarctgffAffjjARCfRCRCjCjRCjVVA21111112111111；时，当：；时，当：；时，当：707. 021010uHuuAffAfAf低通电路4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应1. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应2022-3-16107RC 低通电路的频率特性图解低通电路的频率特性图解显然：）（度即而相频特性的单位仍为）其单位为分贝（）（转换成对数形式则有）（将HHuHuffarctgdBffAffA1

52、lg101lg20lg201122-20dB/10倍频程2022-3-16108幅频特性幅频特性-20dB/10-20dB/10倍频程倍频程相频特性相频特性-45-45 /10/10倍频程倍频程RC低通电路的波特（低通电路的波特（Bode）图）图2022-3-16109下限频率；相频特性；）（幅频特性；）（所以：则：令：LHLLuLLLLuLLioufffarctgffffAffjffjjjARCfRCRCjRCjCjRRVVA90111211112；时，当：；，当：；时，当：707. 021001uLuuAffAfAf2. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应2022-3-16110RC

53、高通电路的频率特性图解高通电路的频率特性图解显然：）（度即而相频特性的单位仍为）其单位为分贝（）（转换成对数形式则有）（将LLLuLLuffarctgdBffffAffffA901lg10)lg(20lg20122倍频程的直线；是近似斜率为范围内，在；时，倍频程的直线；时，特性是斜率为当：；，时，当：；，时，当：10/45101 . 0901 . 010/204503lg2000lg20LLLLuLufffffdBffdBdBAffdBAf2022-3-16111RC高通电路的波特（高通电路的波特（Bode）图）图幅频特性幅频特性20dB/1020dB/10倍频程倍频程相频特性相频特性-45-

54、45 /10/10倍频程倍频程2022-3-16112波特（波特（Bode）图的绘制举例）图的绘制举例1lg10lg20lg20lg209011)(21)(1)()(1)()(1)()(12231313313131313131313313）（）（）（）（）（）（）（则：令：）（LLuuLLLuuLLuiouLuiouiiioffffAjAffarctgffffAjAffjffjAUUjARRCfKARRRKRRCjRRCjKUUjARRCjRRCjKURRCjRRCjRRRURRCjCRjUUUiCR1UiR2R3UoC0R30UoRCjRRRUUio13132022-3-1611320lgA

55、u20lgf/fL-10lg1+（f/fL)220lgAu +20lgf/fL-10lg1+（f/fL)2fL200-20+107dB2022-3-161144.7.2 BJT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归算到归算到基极回路的电阻基极回路的电阻 -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是假是假想的基区内的一个点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 双极

56、型三极管 物理模型2022-3-16115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 2022-3-161162. 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)1()1( IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr2022-3-16117又因为又因为ebbeb rIVbebmIVg Tmeb2 fgC 从手册中查出从手册中查出 TcbfC和和 所以所以TVIrgEQebm 2022-3-1611

57、83. BJT的频率参数的频率参数由由H参数可知参数可知CEBCfeViih 即即0bcce VII 根据混合根据混合 模型得模型得cbebebmc1/j CVVgI )/()/(cbebebbebj1j1 CCrIV 低频时低频时ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 当当cbm Cg 时，时，ebcbeb0)(j1 rCC 2022-3-16119ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)( 的幅频响应的幅频响应201)/(ff 共发射极截止频率共发射极截止频率f特征频率特征频率Tfebmcbebm0T22 CgCCgff)( Tf

58、ff 共基极截止频率共基极截止频率 farctgff 的相频响应的相频响应f (1 0)f f fT 2022-3-16120放大电路频率特性研究放大电路频率特性研究INC210u0TQ3DG6RL3KUin1VacRC3KRB300KC110uVCCOUTUiUo结间电容2022-3-16121幅频特性和相频特性低频段高频段中频段通频带fLfHfBW2022-3-161224.7.3 单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路2022-3-16123 型高频等效电路型高频等效电路对节点对节点 c 列列KCL得得0j )(cbeboLoebm CVVRVV

59、g 由于输出回路电流比较大，所由于输出回路电流比较大，所以可以以可以cb C忽略忽略 的分流，得的分流，得ebLmo VRgVcboebj )( cb CVVIC 又又因因为为称为称为密勒电容密勒电容M1CcbLmebMj )1(1cb CRgIVZC 则则表示表示若用若用之间存在一个电容之间存在一个电容和和相当于相当于 e b M1,C cbLmM1)1( CRgC而输入回路电流比较小，所以而输入回路电流比较小，所以不能不能cb C忽略忽略 的电流。的电流。目标：断开输入输出之间的连接目标：断开输入输出之间的连接2022-3-16124密勒电容等效手册可查（特征频率）和）（可忽略）（）（现：

60、（原阻抗）uttmCmuuuuCmuuuCmuCmuCmebCebmebOuuuCffgCRgCCCCCCCRgCCCjRgCjRgCjZRgVRVgVVACjZAZZ211111111111 CuCC 2022-3-16125cbLmM1)1( CRgC同理，在同理，在c、e之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且，且cbM2 CC等效后断开了输入输出之间的联系等效后断开了输入输出之间的联系 型高频等效电路型高频等效电路2022-3-16126目标：简化和变换目标：简化和变换cbLmM1)1( CRgC 输出回路的时间常数输出回路的时间常数远小于输入回路时间常数，远小于