模拟电子技术03双极结型三极管及其放大电路(4)

1、模拟电子技术基础孝大宇中荷生物医学与信息工程学院2022-3-25东北大学 孝大宇 2模拟电子技术基础模拟电子技术基础考核方式考核方式本课程成绩分为三部分：一、平时（20%）出勤（10%）作业（10%）二、课题设计（30%）（以DCL方式）分组（一共分为20组）时间16周-18周，19周答辩提交内容：小论文、仿真程序、答辩PPT三、期末考试（50%）时间：20周方式：闭卷笔试第1章 绪论第2章 二极管及其基本电路第3章 双极结型三极管及其放大电路第4章 场效应三极管及其放大电路第5章 理想运算放大器第6章 频率响应第7章 模拟集成电路第8章 反馈放大电路第9章 功率放大电路第10章 信号处理与

2、信号产生电路第11章 直流稳压电源教学内容教学内容2022-3-25孝大宇 33 3 双双极结型三极管及其放大电路极结型三极管及其放大电路3.1 双极结型三极管（Bipolar Junction Transistor）BJT3.2 基本共射极放大电路3.3 BJT放大电路的分析方法3.4 BJT放大电路静态工作点的稳定问题3.5 共集电极放大电路和共基极放大电路3.6 多级放大电路3.7 光电三极管2022-3-25孝大宇 42022-3-25孝大宇 53.1 3.1 双双极结型极结型三极管三极管( (BJTBJT) )3.1.1 BJT的结构简介3.1.2 放大状态下BJT的工作原理3.1.

3、3 BJT的V-I 特性曲线3.1.4 BJT的主要参数3.1.5 温度对BJT参数及特性的影响2022-3-25孝大宇 6(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3.1.1 3.1.1 BJTBJT的结构简介的结构简介2022-3-25孝大宇 73.1.1 3.1.1 BJTBJT的结构简介的结构简介 半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型：型：NPNNPN型和型和PNPPNP型。型。 NPNNPN型型PNPPNP型型 2022-3-25孝大宇 8多子浓度高多子浓度高多子浓度很多

4、子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。3.1.1 3.1.1 BJTBJT的结构简介的结构简介2022-3-25孝大宇 9 结构特点：结构特点： 发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高； 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。最低。集成电路集成电路中典型中典型NPN型型BJT的截面图的截面图3.1.1 3.1.1 BJTBJT的结构简介的结构简介2022-3-25孝大宇 103.1.2

5、 3.1.2 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理载流子的传输过程载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，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。通过载流子传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏1. 1. 内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以以NPNNPN为为例）例） 由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子( (自由自由电子和空穴电子和空穴) )参与导电，故

6、称为双极型参与导电，故称为双极型三极管或三极管或BJTBJT ( (Bipolar Junction Transistor) )。 IC= ICN+ ICBOIE=IB+ IC2022-3-25孝大宇 112. 2. 电流分配关系电流分配关系载流子的传输过程载流子的传输过程发射极注入电流传输到集电极的电流设 ECN即II 根据传输过程可知根据传输过程可知 IC= ICN+ ICBO通常通常 IC ICBOEC则有II 为电流放大系数。它为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。浓度有关，与外加电压无关。一般一般 =0.9=0.9 0.990.9

7、9。IE=IB+ IC2022-3-25孝大宇 122. 2. 电流分配关系电流分配关系1又设 BCEOC则III 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 1 。根据根据IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBOECNII 且令且令BCCEOC时，当IIII ICEO= (1+ ) ICBO（穿透电流）（穿透电流）2022-3-25孝大宇 133. 3. 三极管的三种组态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，简称，集电极作为公共电

8、极，简称CC，如，如图图c。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，简称，基极作为公共电极，简称CB，如图，如图a；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，简称，发射极作为公共电极，简称CE，如图，如图b；iEiCiBiCiBiEiC = iEiC = iBiE = (1+ ) iB输输出出口口输输入入口口输输出出口口输输入入口口输输出出口口输输入入口口2022-3-25孝大宇 144. 4. BJTBJT在电压放大电路中的应用举例在电压放大电路中的应用举例共基极放大电路共基极放大电路若若 vI = 20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IO vvvA使使 iE = -

9、1 mA，则则 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，当当 = 0.98 时时，2022-3-25孝大宇 153.1.2 3.1.2 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理 综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的综上所述，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，然后到达集电极而实发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。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杂质浓度，发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。且基区很薄。

10、（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。2022-3-25孝大宇 16+-bce共射极放大电路共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB= f (vBE) vCE=const(2) 当当vCE1V时，时， vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反偏状态，收集载流，集电结已进入反偏状态，收集载流子能力增强，基区复合减少，同样的子能力增强，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. 1. 输入特性

11、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）3.1.3 3.1.3 BJTBJT的的V-IV-I特性曲线特性曲线为什么像为什么像PNPN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？为什么为什么UCE增大到一增大到一定值曲线右移就不定值曲线右移就不明显了？明显了？2022-3-25孝大宇 172. 输出特性B)(CECIufi 是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ?对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。 为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变变化很大？为什么

12、进入放大状态化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？曲线几乎是横轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区BiCi常量CEBCUii3.1.3 3.1.3 BJTBJT的的V-IV-I特性曲线特性曲线2022-3-25孝大宇 18晶体管的三个工作区域 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入几乎仅仅决定于输入回路的电流回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源控制的电流源iC 。状态状态uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 Uon

13、iB uBE3.1.3 3.1.3 BJTBJT的的V-IV-I特性曲线特性曲线2022-3-25东北大学 孝大宇 193.1.3 3.1.3 BJTBJT的的V-IV-I特性曲线特性曲线Pspice仿真设置两个扫描变量Vcc和Ib2022-3-25孝大宇 20 (1) 共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 1. 1. 电流放大系数电流放大系数 constBCBCEOCCE vIIIII(2) 共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 = IC/ IB vCE=const3.1.4 3.1.4 BJTBJT的主要参数的主要参数2022-3-25孝大宇 213.1.4 3.1

14、.4 BJTBJT的主要参数的主要参数 (3) 共基极直流电流放大系数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共基极交流电流放大系数 = IC/ IE VCB=const当当ICBO和和ICEO很小时，很小时， 、 ，可以不加区分。，可以不加区分。1. 1. 电流放大系数电流放大系数 2022-3-25孝大宇 22 (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。随。随温度增加而增大温度增加而增大 + b c e - A IE=0 VCC ICBO 2. 2

15、. 极间反向电流极间反向电流3.1.4 3.1.4 BJTBJT的主要参数的主要参数2022-3-25孝大宇 23 (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 即输出特性曲线即输出特性曲线IB=0那那条曲线所对应的条曲线所对应的Y坐标的数坐标的数值。值。 ICEO也称为集电极发射也称为集电极发射极间穿透电流。极间穿透电流。 + b c e - VCC ICEO mA 2. 2. 极间反向电流极间反向电流3.1.4 3.1.4 BJTBJT的主要参数的主要参数 ICEO越越小，受温度影响就越小，受温度影响就越小。小。2022-3-25孝

16、大宇 24(1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(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(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。3.1.4 3.1.4 BJTBJT的主要参数的主要参数2022-3-25孝大宇 25 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在

17、输出特性曲线上可以确定在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区过流区过流区过过压压区区3.1.4 3.1.4 BJTBJT的主要参数的主要参数2022-3-25孝大宇 261、温度对BJT参数的影响BEBBBECEO )(uiiuIT不变时，即不变时3.1.5 3.1.5 温度对温度对BJTBJT参数及特性的影响参数及特性的影响2、温度对BJT特性曲线的影响2022-3-25东北大学 孝大宇 273.1 3.1 习题习题P213 5.1.1, 5.1.2, 5.1.4该文件夹中所列作业均采用

18、网上提交。其中解题过程均在网上完成，题中所涉及的图，可以采用附件提交。（注：题中的图也可以采用手动在纸上绘制后，拍照完成，那么纸上的图中一定表明学生姓名和学号。）2022-3-25孝大宇 283.2 3.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路3.2.1 基本共射极放大电路的组成3.2.2 基本共射极放大电路的工作原理2022-3-25孝大宇 293.2.0 3.2.0 放大电路基本概念放大电路基本概念u放大的对象：变化量u放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电1、放大的概念2022-3-25孝大宇

19、30ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1. 放大倍数：输出量与输入量之比：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。3.2.0 3.2.0 放大电路基本概念放大电路基本概念2、性能指标2022-3-25孝大宇 312. 输入电阻和输出电阻 将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。LooLoooo) 1(RUURUUUR空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值iiiIUR 输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻3.2.0 3.2.0 放大

20、电路基本概念放大电路基本概念2022-3-25孝大宇 323. 通频带4. 最大不失真输出电压Uom：交流有效值。 由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率LHbwfff5. 最大输出功率Pom和效率：功率放大电路的参数3.2.0 3.2.0 放大电路基本概念放大电路基本概念2022-3-25孝大宇 333.2.1 3.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成核心元件：具有电流放大作用的BJTVBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。VCC：使UCEUB

21、E，同时作为负载的能源。Rc：将iC转换成uCE(uo) 。)( oCEcbscvvviivR动态信号作用时： 输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。共射2022-3-25孝大宇 343.2.2 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1 1. . 静态静态 输入信号输入信号vi0时，时，放大电路的工作状态称为放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。静态或直流工作状态。 直流通路直流通路 bBEQBBBQRVVIBQCEOBQCQIIIIVCEQ=VCCICQRc VB

22、B越大，VBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。 列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQIBQ，可估算出静态工作点。2022-3-25孝大宇 353.2.2 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设置静态工作点的必要性 输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！ 为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？2022-3-25孝大宇 362. 2. 动态动态 输入正弦信号输入正弦信号vs后，电路将处在后，电路将处在动态工作情况动态工作情况。交流通路交流通路

23、 3.2.2 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 在在vs的正半周，的正半周， 将在静将在静态工作点的基础上增加，态工作点的基础上增加， 减小减小VBEBQICQIVCE 在在vs的负半周，相反。的负半周，相反。 因此，输入与输出是反相的。因此，输入与输出是反相的。 画交流通路的原则：画交流通路的原则： （1）电路中容量较大的电容可视为短路）电路中容量较大的电容可视为短路 （2）直流电压源为短路，电流源为开路）直流电压源为短路，电流源为开路2022-3-25东北大学 孝大宇 37t tuCEUCEQVCCOt tuCEUCEQVCCO饱和失真底部失真截止失真顶

24、部失真输出和输入反相！动态信号驮载在静态之上与iC变化方向相反 要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！ 3、基本共射放大电路的波形分析3.2.2 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2022-3-25孝大宇 384、放大电路的组成原则 静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。路参数。 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负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。载上能够获得放大了的动态信号。 对实用放大电路的要求：对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类共地、

25、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。尽可能少、负载上无直流分量。3.2.2 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2022-3-25东北大学 孝大宇 39两种实用放大电路：（1 1）直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题：1. 两种电源2. 信号源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，b1BEQRUU动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失 UBEQ3.2.2 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2022-3-25东北大学 孝大宇 40两种实用放大电路：（2 2）阻

26、容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。静态时，C1、C2上电压？CEQC2BEQC1UUUU，动态时，C1、C2为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。3.2.2 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2022-3-25东北大学 孝大宇 413.2.2 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5.2 习题：P213 5.2.1, 5.2.2, 5.2.32022-3-25孝大宇 423.3 3.3 BJTBJT放大

27、电路的分析方法放大电路的分析方法3.3.1 BJT放大电路的图解分析法3.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法2022-3-25孝大宇 431. 1. 静态工作点的图解分析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。出特性曲线。 共射极放大电路共射极放大电路 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路 3.3.1 3.3.1 BJTBJT放大电路的图解分析放大电路的图解分析 vs=0，；，；电容开路；电容开路； 电感相当于短电感相当于短路（线圈电阻近似为路（线圈电阻近似为0）。）。2022-3-

28、25孝大宇 443.3.1 3.3.1 BJTBJT放大电路的图解分析放大电路的图解分析 列输入回路方程列输入回路方程vBE =VBBiBRb 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直流通路直流通路 1. 1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析2022-3-25孝大宇 45 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 vBE =VBBiBRb，两线的交点即，两线的交点即是是Q点，得到点，得到IBQ。 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，

29、从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ3.3.1 3.3.1 BJTBJT放大电路的图解分析放大电路的图解分析1. 1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析2022-3-25孝大宇 462. 2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析tVsinsms vbBsBBBERiV vv 根据根据vs的波形，在的波形，在BJT的输入特的输入特性曲线图上画出性曲线图上画出vBE、iB的波形的波形3.3.1 3.3.1 BJTBJT放大电路的图解分析放大电路的图解分析2022-3-25孝大宇 472. 2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析cCCCCERiV v 根据根据iB的

30、变化范的变化范围在输出特性曲线围在输出特性曲线图上画出图上画出iC和和vCE 的波形的波形3.3.1 3.3.1 BJTBJT放大电路的图解分析放大电路的图解分析2022-3-25孝大宇 483. 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静态工作点太高容易出现饱和失真静态工作点太高容易出现饱和失真饱和失真的波形饱和失真的波形3.3.1 3.3.1 BJTBJT放大电路的图解分析放大电路的图解分析2022-3-25孝大宇 493. 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静态工作点太低容易出现截止失真静态工作点太低容易出现截止失真截止失真的波形截止失真的波形

31、3.3.1 3.3.1 BJTBJT放大电路的图解分析放大电路的图解分析2022-3-25孝大宇 50sv例例5.3.1 5.3.1 阻容耦合共射极放大电路图解阻容耦合共射极放大电路图解与前一个电路相比，静态时输与前一个电路相比，静态时输入回路方程略有差别入回路方程略有差别vBE =VCCiBRb输出回路方程相同输出回路方程相同 vCE=VCCiCRc动态时，输入信号动态时，输入信号vi叠加叠加Cb1上已充的上已充的静态电压静态电压VBEQ，然后加在，然后加在BJT的的b-e间，间，即即 且电容且电容Cb1充电完成后，其充电完成后，其电压等于电压等于VBEQ vBE=VBEQ+ vi3.3.1

32、 3.3.1 BJTBJT放大电路的图解分析放大电路的图解分析2022-3-25孝大宇 51sv例例5.3.1 阻容耦合共射极放大电路图解阻容耦合共射极放大电路图解由于输出端有隔直电容，所以动态和由于输出端有隔直电容，所以动态和静态时有差别。静态时有差别。由交流通路可得交流负载线：由交流通路可得交流负载线：交流通路交流通路vce= -ic (Rc | RL) 因为交流信号过零时，电路中因为交流信号过零时，电路中电压、电流值就等于静态值，所以电压、电流值就等于静态值，所以交流负载线必过交流负载线必过Q点，即点，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令同时，令R L

33、= Rc | RL则交流负载线为则交流负载线为iC = (-1/R L) vCE + (1/R L) VCEQ+ ICQ3.3.1 3.3.1 BJTBJT放大电路的图解分析放大电路的图解分析2022-3-25孝大宇 52斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1Rc斜率斜率1Rc/ RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 交流负载线是有交流输入信交流负载线是有交流输入信号时号时Q点的运动轨迹。点的运动轨迹。 交流负载线交流负载线例例5.3.1 阻容耦合共射极放大电路图解阻容耦

34、合共射极放大电路图解iC = (-1/R L) vCE + (1/R L) VCEQ+ ICQ3.3.1 3.3.1 BJTBJT放大电路的图解分析放大电路的图解分析2022-3-25孝大宇 531. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 当当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把放大电路的输入信号电压很小时，就可以把BJT小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把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。理。3.3.2 3.3.2 BJTBJT放大电路的放大电路的小小信号模

35、型分析法信号模型分析法2022-3-25孝大宇 54 H参数的引出参数的引出),(CEB1BEvvif 在小信号情况下，对上在小信号情况下，对上两式取全微分得两式取全微分得CECEBEBBBEBEdddBCEvvviivvIV 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，已知输入输出特性双口网络，已知输入输出特性曲线如下：曲线如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：可以写成：),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBCEvviiiiiIV BJ

36、TBJT双口网络双口网络1. 1. BJTBJT的的H H参数及小信号模型参数及小信号模型2022-3-25孝大宇 55CEBBEie Vivh 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）。CEBCfe Viih BCEBEre Ivvh BCECoe Ivih

37、 H参数的引出参数的引出vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce1. 1. BJTBJT的的H H参数及小信号模型参数及小信号模型2022-3-25孝大宇 56 H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型BJTBJT双口网络双口网络vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 受控受控电流源电流源h hfefei ib b ，反映了，反映了BJTBJT的基极电流对集电极电流的的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由控制作用。电流源的流向由ib的的流向决定。流向决定。 hrevce

38、是一个受控电压源。反是一个受控电压源。反映了映了BJT输出回路电压对输入回输出回路电压对输入回路的影响。路的影响。1. 1. BJTBJT的的H H参数及小信号模型参数及小信号模型2022-3-25东北大学 孝大宇 57 H参数小信号模型参数小信号模型 H H参数都是小信号参数，即微参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。变参数或交流参数。 H H参数与工作点有关，在放大参数与工作点有关，在放大区基本不变。区基本不变。 H H参数都是微变参数，所以只参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。适合对交流信号的分析。 模型的简化模型的简化 hre和和hoe都很小，常忽略都很小，常忽略它们的影

39、响。常用习惯符号它们的影响。常用习惯符号rbe= hie ， = hfeBJT的的H参数数量级一般为参数数量级一般为 S101010101052433oefereieehhhhh*放大电路的交流等效电路1. 1. BJTBJT的的H H参数及小信号模型参数及小信号模型2022-3-25东北大学 孝大宇 58 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，可用图示仪测出点有关，可用图示仪测出一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe （忽略（忽略 r e ）= rb + (1+ ) re对于低频小功率管对于低频小功率管 rb200 则则 )mA()mV(26)1(2

40、00EQbeIr )mA()mV(26)mA()mV(EQEQeIIVrT 而而 (T=300K) bebbbbbebe)1(iririivr (估算公式估算公式) # # 若用万用表的若用万用表的“欧姆欧姆”档测量档测量b b、e e两极之间的电阻，是否为两极之间的电阻，是否为r rbebe? ?1. 1. BJTBJT的的H H参数及小信号模型参数及小信号模型2022-3-25东北大学 孝大宇 592. 2. 用用H 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（1）利用直流通路求）利用直流通路求Q点点 共射极放大电路共射极放大电路bBEBBBRVVI 一般硅

41、管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V， 已知已知。BCII LCcCECCCE)(RIRVVV vs=03.3.2 3.3.2 BJTBJT放大电路的放大电路的小小信号模型分析法信号模型分析法2022-3-25东北大学 孝大宇 60（2）画小信号等效电路）画小信号等效电路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H参数小信号等效电路参数小信号等效电路3.3.2 3.3.2 BJTBJT放大电路的放大电路的小小信号模型分析法信号模型分析法2022-3-25东北大学 孝大宇 61（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标已知已知 ，估算

42、，估算rbe则电压增益为则电压增益为（可作为公式）（可作为公式）电压增益电压增益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根据根据)mA()mV(26)1(200EQbeIr )(bebbirRi vbcii )/(LccoRRi vbebLcbebbLccio)/()()/(rRRRrRiRRiA vvv3.3.2 3.3.2 BJTBJT放大电路的放大电路的小小信号模型分析法信号模型分析法2022-3-25东北大学 孝大宇 62输入电阻输入电阻（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标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

43、分析基本共射极放大电路bebbbebbbiiiirRirRiiiR )( vv令令0i v0b i0b iRo = Rc 所以所以 LsR,0ttovviR输出电阻输出电阻3.3.2 3.3.2 BJTBJT放大电路的放大电路的小小信号模型分析法信号模型分析法63 1. 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工作在哪个区域？（忽略工作在哪个

44、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

45、 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），），64 解：解：（1）4Vk4mA2V12cCCCCE RIVVmA2A4050BC IIA40k300V12bCCbBECCB RVRVVI（2） 863)mA()mV(26)1(200)mA()mV(26)1(200CEbeIIr 87.115)|(beLcio rRRvvAv 863|bebebirrRR k4coRRiovvAv sosvvAv 2. 放大电路如图所示。试求：（放大电路如图所示。试求：（1）Q点；点；（2）、oi RR 、。已知。已知

46、=50。 +VCC + RC + 300k +12V 4k Cb2 + Rb RL vo vi 500 Rs vs 50 F Cb1 50 F e b c T 4k + + 65iovvAv sosvvAv 2. 放大电路如图所示。试求：（放大电路如图所示。试求：（1）Q点；点；（2）、oi RR 、。已知。已知 =50。36.73)87.115(500863863siiiosiso vvsARRRvvvvvvA Rs + vs vi + 放大电路放大电路 Ri +VCC + RC + 300k +12V 4k Cb2 + Rb RL vo vi 500 Rs vs 50 F Cb1 50 F

47、 e b c T 4k + + 66662022-3-25东北大学 孝大宇 3.3 3.3 BJTBJT放大电路的分析方法放大电路的分析方法习题：P214 5.3.2，5.3.5，5.3.6， 5.3.8，5.3.9，5.3.113.4 BJT放大电路静态工作点的稳定问题3.4.1 温度对静态工作点的影响3.4.2 射极偏置电路683.4.1 3.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响3.13.1节曾讨论过，温度变化将导致下列结果：节曾讨论过，温度变化将导致下列结果： 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

48、极电流能自动地适当减小基极电流IBQ 。温度温度T (内部内部)VBE ICBO、ICEO 、 、 ICQ 693.4.2 3.4.2 射极偏置电路射极偏置电路（1 1）稳定工作点的原理）稳定工作点的原理目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使ICQ维持恒定维持恒定 如果温度变化时，如果温度变化时，b点电位能基本点电位能基本不变不变，则可实现静态工作点的稳定。，则可实现静态工作点的稳定。T 稳定原理：稳定原理： ICQ IEQ VE 、VB不变不变 VBEQ IBQ ICQ （反馈控制）（反馈控制）1. 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路703.4.2 3.4.2 射极偏置电路

49、射极偏置电路b点电位基本不变的条件点电位基本不变的条件：I1 IBQ ，CCb2b1b2BVRRRV 此时，此时，VB与温度无关与温度无关VB 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， VB =35V （1 1）稳定工作点的原理）稳定工作点的原理1. 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路直流通路直流通路713.4.2 3.4.2 射极偏置电路射极偏置电路（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CCb2b1b2BVRRRV eBEQBEQCQRVVII )(ecCQCCeEQcCQCCCEQRR

50、IVRIRIVV CQBQII 1. 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路直流通路直流通路723.4.2 3.4.2 射极偏置电路射极偏置电路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1. 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路73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：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）)|(LcboRRi vebb

51、ebeebebi)1(RiriRiri vebeLcebebLcbio)1()|()1()|(RrRRRriRRiA vvv74输入电阻输入电阻)1(|ebeb2b1iiiRrRRiR vbRibiii ebbebeebebi)1(RiriRiri v)|(b2b1RibRRi v根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程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iiiiRv 2R1RRbbbiii （2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析75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

52、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对回路对回路1和和2列列KVL方程方程为便于分析考虑为便于分析考虑rce的影响的影响其中其中b2b1ss|RRRR 当当coRR 时，时，coRR 一般一般cceoRrR （）12oR 0)()(ecbsbeb RiiRri0)()(ebccebct Riiriiv则则)1(esbeecectoRRrRriR v（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析763.4.2 3.4.2 射极偏置电路射极偏置电路2. 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稳定工作点作用？稳定工作点作用？（1 1）阻容耦合阻容耦合静态

53、工作点静态工作点0)()(0EEEQe2e1BEQBQb VIRRVIREQCQII )()(e2e1EQcCQEECCCEQRRIRIVVV CQBQII BQEQ)1(II 773.4.2 3.4.2 射极偏置电路射极偏置电路电压增益电压增益小信号等效电路小信号等效电路2. 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（1 1）阻容耦合阻容耦合783.4.2 3.4.2 射极偏置电路射极偏置电路（2 2）直接耦合直接耦合电路如图所示，求：电路如图所示，求：（1 1）静态工作点）静态工作点（2 2）画出小信号等效电路）画出小信号等效电路（3 3）电压增益）电压增益（A Av v=

54、=vo o/ /vi i）、输入、输入电阻和输出电阻电阻和输出电阻Re2. 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793.4.2 3.4.2 射极偏置电路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、 、 vAiRoR3. 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恒流源对交流信号恒流源对交流信号而言相当于开路而言相当于开路805.4 5.4 习题习题802022-3-25东北大学 孝大宇 P 216 5.4.1， 5.4.5， 5.4.8 3.5 共集电极放大电路和共基极放大电路3.5.1 共集电极放大电路3.5.2

55、共基极放大电路3.5.3 BJT放大电路三种组态的比较82三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 +VCCRcRb1ebcTviC1C2voRb2Re+VCCRcRb1C1ebcTC2voRb2Revi+VCCRcRb1viC1ebcTC2voRb2Re833.5.1 3.5.1 共集电极

56、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直流通路直流通路 ebBEQCCBQ)1(RRVVI eCQCCeEQCCCEQRIVRIVV BQCQII eEQBEQbBQCCRIVRIV BQEQ)1(II 由由得得843.5.1 3.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路小信号等效电路小信号等效电路2.2.动态分析动态分析853.5.1 3.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路电压增益电压增益输入回路：输入回路：2.2.动态分析动态分析输出回路：输出回路：LbbebLbbbebi)1( )(R

57、iriRiiri v电压增益：电压增益：1)1()1()1()1(LbeLLbeLLbebLbio 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，同同相相与与iovv电压跟随器电压跟随器1 vA即即。863.5.1 3.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路输入电阻输入电阻)1(|LbebiiiRrRiR vbibiiiR LbbebT)1(Riri vbTbRiR v根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程则输入电阻则输入电阻iiiiRv LeL| RRR 当当1 ，beLrR 时

58、，时，Lbi|RRR 输入电阻大输入电阻大2.2.动态分析动态分析bRi873.5.1 3.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程当当 1beserRR，1 时，时， besorRR 输出电阻小输出电阻小2.2.动态分析动态分析ebbtRiiii )(sbebtRri veteRiR v其中其中bss| RRR 则则输出电阻输出电阻rRRiR 1|besettov883.5.1 3.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路rRRR 1|beseo # # 既然共集电极电路的电压增益小于既然共集电极电路的电压增益小于1 1（接近于（接近于1 1），）

59、，那么它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？那么它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？共集电极电路特点：共集电极电路特点：同同相相与与io VV 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 vA893.5.2 3.5.2 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置电路相同CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQCCCEQ

60、RRIVRIRIVV IICQBQ 903.5.2 3.5.2 共基极放大电路共基极放大电路2.2.动态指标动态指标交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路913.5.2 3.5.2 共基极放大电路共基极放大电路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 LboRi vbebiri vbeLiorRA vvv 输入电阻输入电阻 1)(1bebbebeiebiririirRvrrRrRiR 11|bebeeebeiiiv923.5.2 3.5.2 共基极放大电路共基极放大电路 # # 共基极电路的输入电阻很小，最适合