三极管及放大电路基础1ppt课件

1、4.1 半导体三极管半导体三极管BJT4.2 共射极放大电路共射极放大电路4.3 图解分析法图解分析法4.4 小信号模型分析法小信号模型分析法4.5 放大电路的任务点稳定问题放大电路的任务点稳定问题4.6 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路4.7 放大电路的频率呼应放大电路的频率呼应图图4.1.1 几种几种BJT的外形的外形4.1 半导体三极管半导体三极管BJT4.1.1 BJT的构造简介的构造简介4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 Jc反偏反偏 4.1.1 BJT的构造简介的构造

2、简介 N P N N P N c b e 基区基区发射区发射区集电区集电区 发射极Emitter集电极集电极Collector 基极Base1、构造和符号、构造和符号发射结发射结(Je) 集电结(Jc) c b e PNP c b e NPN发射载流子发射载流子(电子电子)搜集载流子搜集载流子(电子电子)复合部分电子复合部分电子 控制传送比例控制传送比例由构造展开联想由构造展开联想2、任务原理、任务原理3、实现条件、实现条件外部条件外部条件内部条件内部条件 构造特点：构造特点：Je正偏正偏掺杂浓度最高掺杂浓度最高掺杂浓度低于发射掺杂浓度低于发射区且面积大区且面积大掺杂浓度远低于发掺杂浓度远低于

3、发射区且很薄射区且很薄 4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理发发射射结结正正偏偏发发射射区区发发射射载载流流子子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子集集电电区区搜搜集集 载载流流子子本质本质:电流分配电流分配集集电电结结反反偏偏4.1.2 BJT的电流分配的电流分配与放大原理与放大原理RLecb1kVEEVCCIBIEICVEB+ vEB放大电路放大电路+ iEii+- vI+ iC+ iB vO+-io放大作用？放大作用？原理原理关键：关键： iC与与 iE的关系的关系 三极管的放大作用是经过载流三极管的放大作用是经过载流子传输表达出来的。子传输表达出来的。 本

4、质：电流分配关系本质：电流分配关系 外部条件：外部条件： 发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。根据传输过程可知根据传输过程可知IE=IB+ IC(1)IC= InC+ ICBO(2)IB= IB - ICBO(3)发发射射极极注注入入电电流流传传输输到到集集电电极极的的电电流流 定义定义ECBOCEnCIIIII 通常通常 IC ICBO那么有那么有ECII 所以所以 为共基极电流放大系为共基极电流放大系数，它只与管子的构造尺数，它只与管子的构造尺寸和掺杂浓度有关，与外寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。普通加电压无关。普通 = 0.9 0.99硅硅: 0.1A锗锗: 10A IE与

5、与IC的关系：的关系： vI = 20mV iE = -1mARLecb1kVEEVCCIBIEICVEB+vEB放大电路放大电路+iEii+- vI+iC+ iB vO+-io图图 3.1.5 共基极放大电路共基极放大电路 = 0.98 iC = iE vO = - iC RL vO = 0.98 V)1(/ESEBE TVveIi非线性非线性 iC = -0.98mA iB = -20 A电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOV vvARi= vI / iE =20输入电阻输入电阻共集电极接法，集电极作为公共电极，用共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示表示;共基极接法

6、，基极作为公共电极，用共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；如何判别组态？如何判别组态？外部条件：发射结正偏，集电结反偏外部条件：发射结正偏，集电结反偏 VBB VCC VBE IB IC c e + b IE RL VCE + 问题问题(1)：如何保证？：如何保证？发射结正偏发射结正偏VBE =VBBVBC = VBE - VCE VBE + I +vBE+iE+iC+iB+iE+vBE+vI+iB+iC+vO本质一样！本质一样！但希望但希望 vI = 20mV iB = 20 A iC =0.

7、98mA vO = -0.98 V4920mVV98. 0IOV vvARi= vI / iB =1k + O 放大电路放大电路 IC与与IB的关系：的关系： ECBOCEnCIIIII 由由的定义：的定义： 即即 IC = IE + ICBO = (IB + IC) + ICBOCBOBC111III 整理可得整理可得: 1令：令：IC = IB + (1+ )ICBOIC = IB + ICEO 穿透电流穿透电流IC IB IE = IC + IB (1+)IB 是共射极电流放大系数，只与管子的构造尺寸和掺杂浓是共射极电流放大系数，只与管子的构造尺寸和掺杂浓度有关，度有关， 与外加电压无关

8、。普通与外加电压无关。普通 110100CBOBC111III ICBO 硅硅: 0.1A锗锗: 10A 综上所述，三极管的放大作用，主要是依托它综上所述，三极管的放大作用，主要是依托它的发射极电流可以经过基区传输，然后到达集电极的发射极电流可以经过基区传输，然后到达集电极而实现的。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：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。度，且基区很薄。2外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分

9、配与放大原理 4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线vCE = 0V+-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，集电结已进入反偏形状，开场搜集电子，基区复合减少，同样的形状，开场搜集电子，基区复合减少，同样的vBE下下IB减减小，特性曲线右移。小，特性曲线右移。vCE = 0VvCE 1V(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。以共射极放大电路为例以共射极放大电路为例iC=f(vCE) i

10、B=constiC=f(vCE) iB=const 4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线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:饱和区饱和区: iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域， 普通普通vCE0.7V(硅管硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。放大区放大区: iC平行于平行于vCE轴的区域，曲线根本平行等距。轴的区域，曲线根本平行等距。 此时，发射结正偏，集电结反偏。此时，发射结正偏，集电结反偏。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。的曲线

11、的下方。 此时，此时，vBE小于死区电压小于死区电压(发射结反偏发射结反偏)。 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数结电容结电容 Cbc 、 Cbe 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM反向击穿电压反向击穿电压极间反向电流极间反向电流ICBO 、 ICEO交流电流放大系数交流电流放大系数 、直流电流放大系数直流电流放大系数 、特征频率特征频率fT(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 = (ICICEO)/IBIC / IB (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 / IBvCE=const

12、 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数在放大区且当在放大区且当ICBO和和ICEO很小时，很小时， ，可以不加区分。，可以不加区分。 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数(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 O 发射极开路发射极开路 + b c e - uA Ie=0 VCC ICBO (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 ICEOCBOCEO)1(II + b c e - VCC ICEO uA ICEO 即输出特性曲即输出特性曲线线IB=0那条曲线所那条曲线所对应的对应的Y坐标的数坐标的数值。值。 ICEO也称为也称为集电极发射

13、极间穿集电极发射极间穿透电流。透电流。 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数(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 = iCvCE (3) 反向击穿电压反向击穿电压V(BR)CEO 、V(BR) EBO 、V(BR)CBO V(BR)CEO 基极开路时集电极和发射极间的击穿电压基极开路时集电极和发射极间的击穿电压4.2 共射极放大电路共射极放大电路4.2 共射极放大电路共射极放大电路 iB iC T iE iB iC VBB Rb 300k T 12V iE vBE + iB iC VBB Rb 300k T + vCE

14、RC 4k VCC 12V 12V iE vBE + 三极管三极管T : 中心，电流分配、放大作用中心，电流分配、放大作用 iB iC VBB Rb 300k T + vCE RC 4k VCC 12V 12V iE vBE + + vi + Cb1 iB iC VBB Rb 300k T + vCE RC 4k + Cb2 VCC 12V + vo 12V iE vBE + + vi VBB Je正偏正偏Rb: 基极偏置电阻基极偏置电阻VCC Jc反偏反偏Rc：集电极偏置电阻：集电极偏置电阻 ic vcevi 接入问题？接入问题？ 串入串入Je回路回路 直接衔接直接衔接 电容衔接电容衔接Cb

15、1、Cb2:隔离直流，传送交流隔离直流，传送交流 bBECCBRVVI 固定偏流固定偏流CjZ 1C 直流直流 =0 ZC= 交流交流、CZC 0隔直电容隔直电容耦合电容耦合电容接地接地 零电位点零电位点4.2 共射极放大电路共射极放大电路耦合方式耦合方式阻容耦合阻容耦合变压器耦合变压器耦合直接耦合直接耦合 + vs b c Rc vo Rs Re + + +15V e RL -15V 直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合负电负电源源习题习题3.5.54.2 共射极放大电路共射极放大电路习惯画法习惯画法小结小结:放大电路组成原那放大电路组成原那么么 iB iCvo vBE vCE信号通路：信号通路

16、： vi适宜的静态任务点适宜的静态任务点(Je(Je正偏正偏JcJc反偏反偏) )正确的耦合方式正确的耦合方式 共射极根本放大电路共射极根本放大电路vi=0vi=Vimsin t既有直流、又有交流既有直流、又有交流 ！动动态态静静态态分析分析思绪思绪# 放大电路为什么要建立正确的静态？放大电路为什么要建立正确的静态？确定静态任务点确定静态任务点QIBQ 、ICQ、VCEQ确定性能目的确定性能目的AV 、Ri 、Ro 等叠加原理？等叠加原理？任务点适宜任务点适宜任务点偏低任务点偏低适宜的适宜的 静态任务点静态任务点保证保证JeJe正偏，正偏， Jc Jc反偏反偏保证有较大的线性任务范围保证有较大

17、的线性任务范围4.2 共射极放大电路共射极放大电路4.3 图解分析法图解分析法1. 近似估算近似估算Q点点2. 用图解法确定用图解法确定Q点点2. 交流负载线交流负载线4.3.1 静态任务情况分析静态任务情况分析4.3.2 动态任务情况分析动态任务情况分析 1. 放大电路在接入正弦信放大电路在接入正弦信号时的任务情况号时的任务情况3. BJT的三个任务区域的三个任务区域(4)交流通路与交流负载线交流通路与交流负载线(3)直流通路和交流通路直流通路和交流通路1. 图解法确定图解法确定Q点点(静态静态)2. 图解法动态分析图解法动态分析3. 几个重要概念几个重要概念(2)叠加原理？叠加原理？4.

18、近似估算法求近似估算法求Q点点(1)非线性失真与线性任务区非线性失真与线性任务区 1. 图解法确定图解法确定Q点点4.3 图解法分析法图解法分析法 + Cb1 iB iC VBB Rb 300k T + vCE RC 4k + Cb2 VCC 12V + vo 12V iE vBE + + vi 分析步骤：分析步骤：(1) vi =0短路短路Cb1、Cb2开路被充电开路被充电开路开路开路开路(2) 把电路分为线性和非线性把电路分为线性和非线性非线性非线性线性线性线性线性(3) 写出线性部分直线方程写出线性部分直线方程直流通路直流通路 输入回路输入回路Je方程方程: 输出回路输出回路Jc方程方程

19、:vBE = VCC iBRbvCE = VCC iCRc 直流负载线直流负载线(4) 作图：画直线，与作图：画直线，与BJT特性曲线的交点为特性曲线的交点为Q点点VCb1 = VBEQ ; VCb2 = VCEQ4.3 图解法分析法图解法分析法1. 图解法确定图解法确定Q点点vCEiC作图过程作图过程斜率斜率 -1RcRcVCCVCCvCEiC 斜率斜率 - 1 Rc IBQ Rc VCC VCC vCE iC 斜率斜率 - 1 Rc Q IBQ Rc VCC VCC vCE iC 斜率斜率 - 1 Rc Q ICQ IBQ Rc VCC VCC vCE iC 斜率斜率 - 1 Rc Q V

20、CEQ ICQ IBQ Rc VCC VCC vCE iC 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 = VCC iBRb 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 = VCC iCRccCCCEcCRVvRi 1即：即： 与特性曲线的交点即为与特性曲线的交点即为Q点，点， IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ。 2. 图解法动态分析图解法动态分析4.3 图解法分析法图解法分析法 + Cb1 iB iC VBB Rb 300k T + vCE RC 4k + Cb2 VCC 12V + vo 12V iE vBE + + vi 输

21、入特性输入特性输出特性输出特性暂令暂令 RL=开路开路直流负载线不变直流负载线不变Q点沿负载线上下挪动点沿负载线上下挪动输入特性不变输入特性不变Q点沿输入特性上下挪动点沿输入特性上下挪动输入回路输入回路vBE = VCb1 + vi = VBEQ + vi iB iCvo vBE vCE信号通路：信号通路： vi 分析思绪：分析思绪：设设、C 电容电压不能突变电容电压不能突变2. 图解法动态分析图解法动态分析4.3 图解法分析法图解法分析法作图过程作图过程QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t

22、iBiCvovBEvCE信号通路：信号通路：viQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060 Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA 可得如下结论：可得如下结论：1.Q点沿负载线点沿负载线上下挪动

23、上下挪动Q点沿输入特性上点沿输入特性上下挪动下挪动2. vo 与与vi 相位相反反相电压放大器；相位相反反相电压放大器；3. 可以丈量出放大电路的电压放大倍数；可以丈量出放大电路的电压放大倍数；4. 可以确定最大不失真输出幅度。失真可以确定最大不失真输出幅度。失真?2. 图解法动态分析图解法动态分析4.3 图解法分析法图解法分析法作图过程作图过程QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t QQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvB

24、E/ViB/uA204060 Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA 几个问题：几个问题：Q点沿负载线点沿负载线上下挪动上下挪动Q点沿输入特性上点沿输入特性上下挪动下挪动 几个重要概念！几个重要概念！1. 静态任务点静态任务点Q的位置的位置 非线性失真非线性失真2. 最大不失真输出幅度最大不

25、失真输出幅度 线性范围动态范围线性范围动态范围3. 接入负载对放大有无影响？思索输出电压接入负载对放大有无影响？思索输出电压4. 能否运用叠加原理？如何运用？能否运用叠加原理？如何运用？ 3. 几个重要概念几个重要概念饱和失真饱和失真截止失真截止失真QQ1Q2vCE/ViC/mA放放大大区区0iB=40uA80uA120uA160uA200uA饱饱和和区区截截止止区区当任务点到达了饱和区而引起的非线性失真。当任务点到达了饱和区而引起的非线性失真。 NPNNPN管管 输出电压为底部失真输出电压为底部失真当任务点到达了截止区而引起的非线性失真。当任务点到达了截止区而引起的非线性失真。 NPNNPN

26、管管 输出电压为顶部失真。输出电压为顶部失真。饱和区特点：饱和区特点： iC不再随不再随iB的添加而线性添加，即的添加而线性添加，即BCii 此时此时CBii ，vCE= VCES ，典型值为，典型值为0.3V截止区特点：截止区特点：iB=0， iC= ICEO非线性失真非线性失真留意：对于留意：对于PNPPNP管，失真的表现方式，与管，失真的表现方式，与NPNNPN管正好相反。管正好相反。发射结正偏发射结正偏 集电结正偏集电结正偏发射结反偏发射结反偏4.3 图解法分析法图解法分析法 线性范围线性范围 (动态范围动态范围)线性范围线性范围 用最大不失真输出幅度用最大不失真输出幅度VomVom来

27、衡量来衡量Q点偏高点偏高 易出现饱和失真，易出现饱和失真， Vom为为Q点到饱和区边沿的间隔点到饱和区边沿的间隔Q点偏低点偏低 易出现截止失真，易出现截止失真， Vom为为Q点到截止区边沿的间隔点到截止区边沿的间隔 Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA QQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060vBE = VBEQ + vi iB = IBQ + ib iC = ICQ + icvCE = VCEQ + vceVCC作用的分量作用的分量vi作用的分量作用的分量叠加原理运用条件叠加原理

28、运用条件 小信号小信号输入特性输入特性: 范围小范围小输出特性输出特性: 不超出放大区不超出放大区否那么，非线性失真否那么，非线性失真3. 几个重要概念几个重要概念3. 几个重要概念几个重要概念叠加原理叠加原理 + Cb1 iB iC VCC Rb 300k T + vCE RC 4k + Cb2 VCC 12V + vo 12V iE vBE + + vi RL 4k 直流通路直流通路+- + vi Rb Rc RL + vo ic ib + vce vbe + 交流通路交流通路Cb1、Cb2等电容等电容 隔离直流，传送交流隔离直流，传送交流VCC = 0(短短路路)Cb1、Cb2等电容短路

29、等电容短路静态分析静态分析求求VCC作用分量作用分量vi = 0Cb1、Cb2等电等电容开路容开路动态分析动态分析求求vi作用分量作用分量3. 几个重要概念几个重要概念斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1Rc斜率斜率1Rc/ RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC由交流通路有由交流通路有: vce= -ic (Rc /RL)由于交流负载线必过由于交流负载线必过Q点，点，即即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令同时，令RL = Rc/RLvC

30、E - VCEQ= -(iC - ICQ ) RL iC =0: vCE =VCEQ + ICQ RL icvce+-交流通路交流通路线性范围线性范围动态范围动态范围放大电路要想放大电路要想获得大的不失获得大的不失真输出幅度，真输出幅度，要求要求: 任务点任务点Q Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；要设置在输出特性曲线放大区的中间部位； 要有适宜的交流负载线。要有适宜的交流负载线。 4. 近似估算法求近似估算法求Q点点 共射极放大电路共射极放大电路直流通路直流通路+-bBECCBRVVI 根据直流通路可知：根据直流通路可知：普通硅管普通硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V。B

31、CII cCCCCERIVV 求求IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ4.3 图解法分析法图解法分析法 共射极放大电路共射极放大电路 知知 =80，Rb=300k，Rc=2k，VCC= +12V，VCES 0。求：。求：1放大电路的放大电路的Q点。此时点。此时BJT任务任务在哪个区域？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任务在哪个区域？任务在哪个区域？斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC解解:1uA40300k2V1bBECCB RVVI3.2mAuA4080BC II 5.6V3.2mA2k-V12 CcCCC

32、E IRVVBJT任务在放大区。任务在放大区。 共射极放大电路共射极放大电路 知知 =80，Rb=300k，Rc=2k，VCC= +12V，VCES 0。求：。求：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任务在哪个区域？任务在哪个区域？斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC解解:2uA120100k2V1bCCB RVImA6 . 9uA12080BC II V2 . 79.6mA2k-V12 CCCCCE IRVV？VCE最小值也只能为最小值也只能为0，mA62k2V1cCESCCCS RVVICSB :II 判判断断条条件件所以所

33、以BJT任务在饱和区。任务在饱和区。Q120uA，6mA，0V2.6 电路如图电路如图P2.6所示，知晶体管所示，知晶体管50，在以下情况下，用直流电压表测晶体管的集电极电位，应分别，在以下情况下，用直流电压表测晶体管的集电极电位，应分别为多少？设为多少？设VCC12V，晶体管饱和管压降，晶体管饱和管压降UCES0.5V。 (1)正常情况正常情况;(2)Rb1短路短路;(3)Rb1开路开路;(4)Rb2开路开路;(5)RC短路。短路。解解: 设设UBE0.7V。那么。那么 V4 . 6mA022. 0cCCCCb1BEb2BECCB RIVURURUVI(1)UBE=0V T截止截止 UC=1

34、2V。 (2)mA045. 0 cCESCCBS RUVI mA22. 0 b2BECCB RUVI由于由于IBIBS，故，故T饱和，饱和，UCUCES0.5V。 (3)T截止，截止，UC12V。 UCVCC12V (4)(5)4.3 小信号模型分析法小信号模型分析法4.3.1 BJT的小信号建模的小信号建模4.3.2 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小信号模型分析 + vi Rb Rc RL + vo ic ib + vce vbe + 交流通路交流通路4.3.1 BJT的小信号建模的小信号建模建立小信号模型的根据建立小信号模型的根据(1) 小信号微变小信号微变 图解根本满足叠

35、加原理！图解根本满足叠加原理！ 输入特性：任务点在输入特性：任务点在Q附近挪动范围小，切线替代曲线附近挪动范围小，切线替代曲线 输出特性：不超出放大区，不产生非线性失真输出特性：不超出放大区，不产生非线性失真(2) 双口有源网络的双口有源网络的H参数模型参数模型 + v1 + v2 i1 i2 双双口口 有有源源器器件件 v1= h11i1+ h12v2i2= h21i1+ h22v2 + v1 i2 + v2 + h12v2 h11 i1 h22 1 h21i1 01111 2 vivh02112 1 ivvh01221 2 viih02222 1 iivh4.3.1 BJT的小信号建模的小

36、信号建模 知端口瞬时值之间的关系即知端口瞬时值之间的关系即输入输出特性曲线如下：输入输出特性曲线如下：vBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const),(CEBBEvifv ),(CEBCvifi 欲求变化量之间的关系，那么对上两式取全微分得欲求变化量之间的关系，那么对上两式取全微分得CECEBEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV CECECBBCCBCEdvvidiiidiIV 在小信号线性条件下：在小信号线性条件下：vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcedvBE vBE vb

37、e h参数的物理意义及图解方法参数的物理意义及图解方法CEBBEie Vivh CEBCfe Viih BCEBEre Ivvh BCECoe Ivih 输出端交流输出端交流短路时的输短路时的输入电阻入电阻输出端交流输出端交流短路时的正短路时的正向电流传输向电流传输比或电流放比或电流放大系数大系数输入端交流输入端交流开路时的反开路时的反向电压传输向电压传输比；比；输入端交流输入端交流开路时的输开路时的输出电导。出电导。四个参数量纲各不一样，故称为混合参数四个参数量纲各不一样，故称为混合参数H H参数参数rbe rceurvbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce4.

38、3.1 BJT的小信号建模的小信号建模vbevceibcebicBJT双口网络双口网络vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce ibicvceibvbe ur vcerberce H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与任务点有关，在放大区根本不变。 H参数都是微变参数，所以只适宜对交流信号的分析。留意：留意：普通采用习惯符号普通采用习惯符号即即 rbe= hie rbe= hie = = hfehfe ur = hre rce= ur = hre rce= 1/hoe1/hoe ibicvceibvbe ur vcerberce4.3.1 BJT的

39、小信号建模的小信号建模 ur很小，普通为10-310-4 ， rce很大，约为100k。 故普通可忽略它们的影响，得到简化电路。 ib 是受控源是受控源 ，且为电流，且为电流控制电流源控制电流源(CCCS)。 电流方向与电流方向与ib的方向是关的方向是关联的。联的。 4.3.1 BJT的小信号建模的小信号建模 测试仪给定测试仪给定 rbe 与与Q点有关，公式估算。点有关，公式估算。rbe= rb + (1+ ) re其中：其中：rb200 低频小功率管低频小功率管)mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而而 (T=300K) 那么那么 )mA()mV(26)1(200EQbeI

40、r 4.3.2 用用H参数小信号模型分析参数小信号模型分析共射极根本放大电路共射极根本放大电路求解步骤：求解步骤：4.3.2 用用H参数小信号模型分析参数小信号模型分析共射极根本放大电路共射极根本放大电路 共射极放大电路共射极放大电路bBECCBRVVI 普通硅管普通硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V， 知。知。BCII cCCCCERIVV 4.3.2 小信号模型分析小信号模型分析共射极放大电路共射极放大电路icvce+-交流通路交流通路bIcIbIbIcIbIRbbIcIbIviRbiVbIcIOVbIRbviRciVbIcIOVbIH参数小信号等效电路参数小信号等效电路Rb

41、viRcRLiVbIcIOVbI4.3.2 小信号模型分析小信号模型分析RbviRcRLiVbIcIOVbI iB iCvo vBE vCE信号通路：信号通路： vi根据根据bebirIV bcII )/(LccORRIV 那么电压增益那么电压增益为为beLcbebLcbbebLcciO)/()/()/(rRRrIRRIrIRRIVVAV 可作为公式？可作为公式？共射极放大电路共射极放大电路4.3.2 小信号模型分析小信号模型分析共射极放大电路共射极放大电路Rs+VsVi+RiIi放放大大电电路路iiiIVR RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbeb/rR 4.3.2 小信号模型分析小信

42、号模型分析共射极放大电路共射极放大电路放放大大电电路路IT+VTRo+Vs=00TTos VIVRRbRcRLiVbIcIOVbIRiiI令令0i V LR0b I0b I Ro = Rc 所以所以例题例题1放大电路如下图，知放大电路如下图，知=50。试求。试求:1Q点点;2oisoVSioVRRVVAVVA、 解：解：1求求Q点点4Vk4mA212cCCCCE RIVVmA2uA4050BC IIuA40k300V12bCCbBECCB RVRVVI 863)mA()mV(26)1(200CbeIr Q点适宜吗？点适宜吗？2115.87)/(beLcioV rRRVVA 863/bebebi

43、rrRR k4coRR36.73 )87.115(500863863 VsiiiosisoVS ARRRVVVVVVA Rs + Vs Vi + 放大电路放大电路 Ri 电路如下图。电路如下图。 试画出其小信号等效模型电路。试画出其小信号等效模型电路。-VCCRcRLReRb2Rb1Cb2Cb1+-vo+-vi+cebbIbI rbeebcbIbI RerbeebcbIiIiVbI Rb2Rerbe+-ebcbIiIiVbI Rb1Rb2Rerbe+-ebcbIiIiVbI Rb1Rb2RcRerbe+-ebcbIiIiVbI oVRb1Rb2RcReRLrbe+-+-ebc例题例题2例题例题

44、3 + vs b c Rc vo Rs Re + + +15V e RL -15V 直接直接耦合耦合共射共射负电负电源源vi + vs b c Rc vo Rs Re + + +15V e RL -15V + vs b c Rc vo Rs Re e RL 交流通路交流通路 习题习题4.4.5静态分析静态分析V15)1(EBBEsB RIVRI )(30VecCCERRIV 动态分析动态分析soVSVVA beirR coRR )()/(beSbLcbrRIRRI + e Vi rbe b Ib Ic Rc + Rs c Ib (1+)Ib Vo Vs + RL 例题：放大电路如以下图所示，估

45、算例题：放大电路如以下图所示，估算Q Q点。点。 VCC Rc RL Rb Cb2 Cb1 + - vo + - vi + + c e b + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e + vi iB Rb b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Cb1 + Cb2 + e 射极偏置电路射极偏置电路固定偏流电路固定偏流电路分压式射极偏置电路分压式射极偏置电路集电极基极偏置电路集电极基极偏置电路共射共射 + vi iB Rb b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Cb1 + Cb2 +

46、e 例例1 1：放大电路如以下图所示，：放大电路如以下图所示，估算估算Q Q点。点。射极偏置射极偏置固定偏流固定偏流BEbBCCVRIV Je回路回路KVL方程方程解：解：eEBEbBCCRIVRIV 即：即：bCCbBECCBRVRVVI ebBECCB)1(RRVVI )( ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV BC II cCCCCERIVV Jc回路回路KVL方程直流负载线方程直流负载线T放大放大BC II 例例1 1：放大电路如以下图所示，：放大电路如以下图所示，估算估算Q Q点。点。解：解：b22b1B2CC)(RIRIIV eEBEb22BRIVRIV 对对Je回路，有

47、回路，有b2b1b2CCBBRRRVV + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 分压式射极偏置电路分压式射极偏置电路方法一：方法一：方法二：方法二：从从b极向左侧求戴维南等效电路极向左侧求戴维南等效电路 IB VBB Rb T Re IE b2b1b/ RRR 那么那么Je回路回路KVL方程方程eEBEbBRIVRIVBB ebBEB)1(RRVVIBB VCC Rc RL Rb Cb2 Cb1 + - vo + - vi + + c e b 集电极基极偏置电路集电极基极偏置电路例例1 1：放大电路如以下图

48、所示，：放大电路如以下图所示，估算估算Q Q点。点。解：解：Je回路回路KVL方程方程Jc回路回路KVL方程直流负载线方程直流负载线BEbBcBCCC)(VRIRIIV cbBECCB)1(RRVVI cCCCcBCCCCE )(RIVRIIVV BC II T放大放大小结：近似估算法求小结：近似估算法求Q点点T放大的根本条件放大的根本条件 Je正偏；正偏；Jc反偏反偏3个方程解个方程解3个变量个变量IBQ、ICQ、VCEQ关键方程关键方程Je回路回路KVL方程方程4.5 放大电路的任务点稳定问题放大电路的任务点稳定问题 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响 温度变化对输入特性曲线的影响温

49、度变化对输入特性曲线的影响 温度变化对温度变化对 的影响的影响 稳定任务点原理稳定任务点原理 放大电路目的分析放大电路目的分析 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较4.5.1 温度对任务点的影响温度对任务点的影响4.5.2 射极偏置电路射极偏置电路4.5.1 温度对任务点的影响温度温度T 少子浓度少子浓度IC ICBO , ICEO IC = IB +(1+)ICBOIB VBE 载流子运动加剧，载流子运动加剧，发射一样数量载流发射一样数量载流子所需电压子所需电压bBECCBRVVI 输入特性曲线左移输入特性曲线左移 载流子运动加剧，载流子运动加剧，多子穿过基区的速

50、多子穿过基区的速度加快，复合减少度加快，复合减少 IC IB输出特性曲线上移输出特性曲线上移输出特性曲线族输出特性曲线族间隔加宽间隔加宽4.5.1 温度对任务点的影响温度对任务点的影响beLcioV)/(rRRVVA Q点上移点上移 rbe AV 例题：放大电路如以下图所示，估算例题：放大电路如以下图所示，估算Q Q点。点。 VCC Rc RL Rb Cb2 Cb1 + - vo + - vi + + c e b + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e + vi iB Rb b c iC Rc VCC + vo

51、RL iE Re Cb1 + Cb2 + e 射极偏置电路射极偏置电路固定偏流电路固定偏流电路分压式射极偏置电路分压式射极偏置电路集电极基极偏置电路集电极基极偏置电路共射共射4.5.2 射极偏置电路1. 稳定任务点原理稳定任务点原理目的：温度变化时，使目的：温度变化时，使IC维持恒定。维持恒定。 + vi iB Rb b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Cb1 + Cb2 + e 射极偏置电路射极偏置电路固定偏流电路固定偏流电路 + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 分压式射极偏置电路

52、分压式射极偏置电路BEbBCCVRIV eEBEbBCCRIVRIV bBECCBRVVI beEBECCBRRIVVI eEBEbBRIVRIVBB beEBEBRRIVVIBB 只能单向设置只能单向设置具有检测具有检测Q Q点位置，并自动调整的功能点位置，并自动调整的功能T IC IE IC VE = IE Re IB 反响控制反响控制 + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 分压式射极偏置电路分压式射极偏置电路 假设温度变化时，假设温度变化时，b b点电位能根本点电位能根本不变，那么可实现静态任务点的

53、稳定。不变，那么可实现静态任务点的稳定。T IC IE IC VE VBE eEBEBBERIVVVV 利用利用稳定稳定Q思绪思绪那么可实现如下自动调整过程那么可实现如下自动调整过程b点电位根本不变的条件：点电位根本不变的条件：I1 IBVB VBEI1=(510)IB (硅硅)I1=(1020)IB(锗锗)VB =3V5V (硅硅)VB =1V3V (锗锗)CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII eCCb2b1b2eBRVRRRRV 求求Q点方法三点方法三2. 放大电路目的分析放大电路目的分析4.5.2 射极偏置电路

54、射极偏置电路 + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 确定静态任务点确定静态任务点CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII Je回路回路KVL方程方程普通采用方法三普通采用方法三画小信号等效电路画小信号等效电路并确定模型参数并确定模型参数)mA()mV(26)1(200EQbeIr e rbe b Ib c Ib Ic e rbe b Ib c Ib Ie Re Ic + e Vi Rb1 rbe b Ib c Ib Rb2 Ie Rb Re Ic + e Vi Rb1 rbe b Ib Rc

55、+ Vo RL c Ib Rb2 Ie Rb Re Ic 2. 放大电路目的分析放大电路目的分析4.5.2 射极偏置电路射极偏置电路输出回路：输出回路：)/(LcboRRIV 输入回路：输入回路：eebebiRIrIV 电压增益：电压增益：ebeLcebebLcbioV)()/( )()/(R1rRRR1rIRRIVVA 电压增益电压增益 + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 ioVVVA ebbeb)(R1IrI (1+ )Re rbe 1假设：假设：eLcioV/RRRVVA )(/ebeb2b1iR

56、1rRRR 输入电阻输入电阻coRR 输出电阻输出电阻 + e Vi Rb1 rbe b Ib Rc + Vo RL c Ib Rb2 Ie Rb Re Ic )(/ebeb2b1iR1rRRR 输入电阻输入电阻2. 放大电路目的分析放大电路目的分析4.5.2 射极偏置电路射极偏置电路 + e Vi Rb1 rbe b Ib Rc + Vo RL c Ib Rb2 Ie Rb Re Ic ebbebi)(R1IrIV RiRi证明如下：证明如下：ib2b1i/RRRR ebebii)(R1rIVR 从从b b极看极看e e极的电阻，要扩展极的电阻，要扩展(1+(1+) )倍！倍！那从那从e e

57、极看极看b b极的电阻，要？极的电阻，要？coRR 输出电阻输出电阻Ro 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路目的分析放大电路目的分析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求求Ro，可对回路，可对回路1和和2列列KVL方程方程rcerce对分析过程影响很大，此处不能忽略对分析过程影响很大，此处不能忽略0)()(ecbsbeb RIIRrI0)()(ebccebcT RIIrIIV 其中其中b2b1ss/RRRR 那那么么)1(esbeececTo

58、RRrRrIVR 当当coRR 时，时，coRR 普通普通cceoRrR 3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较 共射极放大电路共射极放大电路静态：静态：bBECCBRVVI BCII cCCCCERIVV CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCCERRIVV CBII 4.5.2 射极偏置电路射极偏置电路 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路电压增益：电压增益：beLc)/(rRRAV ebeLcV)1()/(RrRRA RbviRcRLiVbIc

59、IOVbI固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路输入电阻：输入电阻：bebiii/rRIVR ebeb2b1i)1(/RrRRR 输出电阻：输出电阻：Ro = Rc coRR 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路beLcebeLcV)/()1()/(rRRRrRRA beb2b1ebeb2b1i/)1(/rRRRrRRR + +VCC C2 + C1 Ce + Rc Re2 RL vo T Rb1 + Re1 Rb2 + vi 1e1beLcV)1()/(RrRRA e1beb2b1i)1(/RrRRR 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路beLce

60、beLcV)/()1()/(rRRRrRRA beb2b1ebeb2b1i/)1(/rRRRrRRR 4.5 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路 电路分析电路分析 复合管复合管 静态任务点静态任务点 动态目的动态目的 三种组态的比较三种组态的比较4.5.1 共集电极电路共集电极电路4.5.2 共基极电路共基极电路4.5.1 共集电极电路共集电极电路 Rb vi Re +VCC + vo RL T vs e Rs b c + + + + 构造特点构造特点也称为射极输出器也称为射极输出器求静态任务点求静态任务点ebBECCB)1(RRVVI eCCCeECCCERIVRIVV BCI