第二章半导体三极管及其放大电路

1、P PN负极（阴极）负极（阴极）正极（阳极）正极（阳极）1、PN结的正偏和反偏概念结的正偏和反偏概念UPUN时，时，PN结正偏结正偏UP 0NNPBBVCCVRbRCebc共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区 （1 1）因为发射结正偏，所以发）因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子射区向基区注入电子 ，形成了扩形成了扩散电流散电流IEN 。同时从基区向发射区。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流也有空穴的扩散运动，形成的电流为为IEP。但其数量小，可忽略但其数量小，可忽略。 所所以发射极电流以发射极电流I E I EN 。 （2）发射区的电子注入）发射区的电子注入基区后，变

2、成了少数载流子。基区后，变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，少部分遇到的空穴复合掉，形成形成IBN。所以。所以基极电流基极电流I B I BN 。大部分到达了集电区。大部分到达了集电区的边缘。的边缘。1BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI（3）因为集电结反偏，）因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘收集扩散到集电区边缘的电子，形成电流的电子，形成电流ICN 。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集电结区另外，集电结区的少子形成漂移的少子形成漂移电流电流ICBO。2022-5-92电流分配

3、关系电流分配关系三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系:IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定义：定义：ECNII ECBOECIIII(1)(1)IC与与I E之间的关系之间的关系:所以所以:ECII其值的大小约为其值的大小约为0.90.90.990.99。 (2)IC与与I B之间的关系：之间的关系：联立以下两式联立以下两式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得： 1令令：CBOCEO11II NNPBBVCCVRbRCebcIENEP

4、IIECNICICBOIBI三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用1、 三极管的工作电压三极管的工作电压NPNNPN型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管VccVBBNPNNPN型三极管型三极管分组讨论处于放大状态的分组讨论处于放大状态的PNP型三极管其发射结和集电结分别是正偏还是反偏，型三极管其发射结和集电结分别是正偏还是反偏，以及三个电极电位之间的关系。以及三个电极电位之间的关系。VccVBBNPN型三极管：型三极管：UCUBUEPNP型三极管：型三极管：UEUBUC三极管实现三极管实现电流放大电流放大的外部的外部条件条件： 发射结正偏发射结正偏，集电结，集电结反偏反偏PNPPNP

5、型三极管型三极管NPNUbUe发射结正发射结正偏偏UcUb集电结反偏集电结反偏 UbUe发射结正偏发射结正偏UcU1 U3,所以该三极管为所以该三极管为NPN型三极管。型三极管。最后确定剩余的管脚为最后确定剩余的管脚为集电极集电极。解：解：四四. BJTBJT的主要参数的主要参数1.电流放大系数电流放大系数（2 2）共基极电流放大系数：）共基极电流放大系数： BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi一般取一般取20200之间之间2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40

6、)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii（1 1）共发射极电流放大系数：）共发射极电流放大系数： 2.极间反向电流极间反向电流（2）集电极发射极间的穿透电流）集电极发射极间的穿透电流ICEO 基极开路时，集电极到发射极间的电流基极开路时，集电极到发射极间的电流穿透电流穿透电流 。其大小与温度有关。其大小与温度有关。 （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，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是它实际上就是一个一个PNPN结的反向电流。结的反向电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。

7、锗管：锗管：I CBO为微安数量级，为微安数量级， 硅管：硅管：I CBO为纳安数量级。为纳安数量级。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO 3.极限参数极限参数 Ic增加时，增加时， 要下降。当要下降。当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值值的的70时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流电流ICM。（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）集电极最大允许 功率损耗功率损耗PCM 集电极电流通过集电结集电极电流通过集电结时所产生的功耗时所产生的功耗 PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100u

8、AB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM 0 0; ;集电集电结反偏结反偏 U UBCBC 0 0; ;第二，输入信号第二，输入信号U Ui i( (I Ii i) ) 能有效能有效地输入到三极管的输入端进行放地输入到三极管的输入端进行放大；而放大后的输出信号大；而放大后的输出信号U UO O( (I IO O ) )能有效地从输出端取出。能有效地从输出端取出。基本放大电路元器件的作用基本放大电路元器件的作用bceCieiVBEUbiBCU 基本放大电路的组成基本放大电路的组成三种三极管三种三极管放大电路放大电路共射极放大电路共射极放大电路共基极放大电路共基

9、极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路以共射极以共射极放大电路放大电路为例讲解为例讲解工作原理工作原理电路中各元件的作用如下：电路中各元件的作用如下：C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iB+ uBE iC+uCE T晶体管晶体管 T 晶体管是放大元件，利用它的电流放大作用，晶体管是放大元件，利用它的电流放大作用，在集电极电路获得放大了的电流在集电极电路获得放大了的电流 iC，该电流受输入信号的控制。，该电流受输入信号的控制。集电极电源电压集电极电源电压 UCC电源电压电源电压 UCC 除为输除为输出信号提供能量外，出信号提供能量外，它还保证集电结处于它还保证集电结处

10、于反向偏置，以使晶体反向偏置，以使晶体管具有放大作用。管具有放大作用。 2-2 2-2 基本共射级放大电路基本共射级放大电路集集电极负载电阻电极负载电阻 RC集电极负载电阻简称集电极电阻，它集电极负载电阻简称集电极电阻，它主要是将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。主要是将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。 偏置电阻偏置电阻 RB它的作用是提供大小适当的基极电流，以使它的作用是提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。耦合电容耦合电容 C1 和和 C2它们一方面起到隔直作用，它们一方面起到隔

11、直作用，C1 用来隔用来隔断放大电路与信号源之间的直流通路，而断放大电路与信号源之间的直流通路，而 C2 用来隔断放大电路用来隔断放大电路与负载之间的直流通路，使三者之间无直流联系互不影响。另与负载之间的直流通路，使三者之间无直流联系互不影响。另一方面又起到交流耦合的作用，其电容值应足够大，以保证在一方面又起到交流耦合的作用，其电容值应足够大，以保证在一定的频率范围内，耦合电容上的交流压降小到可以忽略不计，一定的频率范围内，耦合电容上的交流压降小到可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。即对交流信号可视为短路。返回返回基本放大电路的组成基本放大电路的组成放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区

12、，工作在放大区，要保证集电结反要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。uiuo输入输入输出输出RB+ECEBRCC1C2T耦合电容耦合电容隔离输入输隔离输入输出与电路直出与电路直流的联系，流的联系，同时能使信同时能使信号顺利输入号顺利输入输出。输出。RB+ECEBRCC1C2T集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2TRC的值一般为几的值一般为几千欧到几十千欧。千欧到几十千欧。使发射结正偏，使发射结正

13、偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点。静态工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2TRB的值一般为几的值一般为几十千欧到几百千十千欧到几百千欧。欧。放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。单管共单管共射射极放大电路的结构及各元件的作用极放大电路的结构及各元件的作用+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV各元件作用：各元件作用：使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的静并提供适当的静IB和和UBE。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻+b2b-iuC+R-b1RuToL+

14、CcRVCCBBV集电极电源，为电路提供能量。并集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。保证集电结反偏。集电极电阻集电极电阻RC，将，将变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电压。变化的电压。+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性，电解电容，有极性，大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔直通交隔直通交隔离隔离输入输出与电路直流输入输出与电路直流的联系，同时能使信的联系，同时能使信号顺利输入输出。号顺利输入输出。+各元件作用：各元件作用：可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T单电

15、源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRBRB需要需要相应地相应地提高阻提高阻值。值。参考点参考点在晶体管电路中，在晶体管电路中，通常将输入电压、通常将输入电压、输出电压以及电输出电压以及电源的公共端称为源的公共端称为“地地”用用表示，表示，但并不见得真的但并不见得真的接到大地，只是接到大地，只是以以“地地”端为零端为零电位，作为电路电位，作为电路中各点电位的参中各点电位的参考点。换句话说，考点。换句话说，电路中各点电位电路中各点电位的极性和数值，的极性和数值，如不特殊注明，如不特殊注明，都是指该点相对都是指该点相对于于“地地”的电位的电位差。差。 符号规定符号规定UA大写字母、大写下标

16、，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示交直流量。小写字母、大写下标，表示交直流量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua交直流量交直流量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 基本放大电路的习惯画法基本放大电路的习惯画法+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法直流通路和交流通路直流通路和交流通路

17、放大电路中各点的电压或电流都是在静态直放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。直流所走的通道是不同的。交流通路：交流通路：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通路：直流通路：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。信号的不

18、同分量可以分别在不同的通路分析。 放大电路的静态工作点放大电路的静态工作点 放大电路没有输入信号时的工作状放大电路没有输入信号时的工作状态称为态称为直流工作状态或静止状态直流工作状态或静止状态，简称，简称静态。静态。 静态分析的目的就是确定放大电路静态分析的目的就是确定放大电路的静态（直流）值，的静态（直流）值，IB、IC和和UCE。 这些值可以在晶体管特性曲线上确这些值可以在晶体管特性曲线上确定一个点，称为定一个点，称为静态工作点静态工作点(quiescent point)，用，用Q表示，分别记为表示，分别记为IBQ、ICQ和和UCEQ。开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通

19、道RB+ECRC1. 1. 用直流通路法确定静态工作点用直流通路法确定静态工作点直流直流通道通道RB+ECRCCCQCCEOBQCEOBQCQBCBBECBQRIEUIIIIRERUEI画直流通路：画直流通路：+TRb1RCCVcRb称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏置电流偏置电流。用估算法分析放大器的静态工作点用估算法分析放大器的静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE）IC= IBbBECCBRUVI bCCV7 . 0RV CCCCCERIVU -u+TRb2Lb1oCRCub1+R+CC-.iVc开路开路画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路将交流电压源短路，将电容开路。将

20、交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路 在本放大电路中，电源电压在本放大电路中，电源电压EC和和集电极电阻集电极电阻RC的大小确定后，静态的大小确定后，静态工作点的位置就仅取决于偏置电流工作点的位置就仅取决于偏置电流IBQ的大小。的大小。 而而IBQECRB，因此当，因此当RB一经一经选定，选定，IBQ也就固定不变，故该电路也就固定不变，故该电路又称为又称为固定偏置电路固定偏置电路。 对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路 放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法 放大电

21、路没有输入信号时的工作状态称为放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态静态。静态分析。静态分析是要确定放大电路的静态值是要确定放大电路的静态值( (直流值直流值) ) IB ， IC ， UBE 和和 UCE。返回返回1. 用放大电路的直流通路确定静态值用放大电路的直流通路确定静态值 可用右图所示的直流通路来计可用右图所示的直流通路来计算静态值算静态值RCRB+UCCIB+ UBE IC+UCE TBCCBBECCBRURUUI BCII CCCCCEIRUU 硅管的硅管的 UBE 约为约为 0.6 V，比，比UCC 小得多，可以忽略不计。小得多，可以忽略不计。放大电路的静态分析放大电路的静态

22、分析 例例 1 在在共发射极基本交流放大电路中，已知共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V，RC = 4 k ，RB = 300 k ， ，试求，试求放大电路的静态值。放大电路的静态值。5 .37 解解 mA5 . 1mA04. 05 .37BC II A40A10300123BCCB RUIV6V)105 . 110412(33CCCCCE IRUU例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K ，Rb=300K ， =37.5。解：解：A400.04mA30012bCCB RVImA5 . 104. 05 .37BC II 6V

23、41.512CCCCCE RIVU请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR 结论：结论：（1）放大电路中的信号是交直流）放大电路中的信号是交直流 共存，可表示成：共存，可表示成：ceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu 虽然交流量可正负变化，但虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变瞬时量方向始终不变（2 2）输出）输出u uo o与输入与输入u ui i相比，幅度相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。被放大了，频率不变，但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot2. 用图解法确定静态值用图解法确

24、定静态值根据根据CCCCCEIRUU 可得出：可得出：时时0C ICCCEUU 时时0CE UCCCCRUI 在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直流负载线，与晶体管的某条流负载线，与晶体管的某条( (由由 IB 确定确定) )输出特性曲线的交输出特性曲线的交点点 Q 称为称为放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电压和电流的静态值。压和电流的静态值。 基极电流基极电流 IB 的大小不同，静态工作点在负载线上的位的大小不同，静态工作点在负载线上的位置也就不同，改变置也就不同，改变 IB 的大小，可

25、以得到合适的静态工作点，的大小，可以得到合适的静态工作点， IB 称为偏置电流，简称偏流。通常是改变称为偏置电流，简称偏流。通常是改变 RB 的阻值来调整的阻值来调整 IB 的大小。的大小。OIB = 0 A20 A40 A60 A80 A123UCCRCN24681012UCCMQ直流负载线直流负载线图解过程图解过程:IC / mAUCE /VQ1Q2 例例 2 在在共发射极基本交流放大电路中，已知共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V，RC = 4 k ， RB = 300 k ，晶体管的输出特性曲线如晶体管的输出特性曲线如上图。上图。( (1) )作出直流负载线，作出直流负

26、载线，( (2) )求求静态值。静态值。 解解 ( (1) ) 由由 IC = 0 时，时， UCE = UCC = 12 V，和，和 UCE = 0 时，时，mA3A104123CCCC RUI可作出直流负载线可作出直流负载线( (2) ) 由由得出静态工作点得出静态工作点 Q，静态值为静态值为A40B ImA1.5C IV6CE UA40A10300123BCCB RUIOIB = 0 A20 A40 A60 A80 A1231.524681012MQ静态工作点静态工作点求得静态值为求得静态值为 : IB = 40 A ，IC = 1.5 mA , UCE = 6VIC / mAUCE /

27、V对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)交流通路交流通路分析动态工作情况分析动态工作情况交流通路的画法：交流通路的画法：-u+T+b2V-uRc.ob1RLC+b1CCCRi将直流电压源短路，将电容短路。将直流电压源短路，将电容短路。短路短路短路短路置零置零 放大电路的动态态分析放大电路的动态态分析放大电路的交流模型分析法放大电路的交流模型分析法思路：将非线性的思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路等效成一个线性电路条件：交流小信号条件：交流小信号+i-ube+-ubTce+ci+bucei+-+ibecu-二端口网络交流通路交流通路+R-uoTuRbRLic+放大电路的动态态分析放大

28、电路的动态态分析 放大电路有输入信号时的工作状态称为动态，动态分析放大电路有输入信号时的工作状态称为动态，动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情况，确定放大电路的是在静态值确定后，分析信号的传输情况，确定放大电路的电压放大倍数电压放大倍数 Au ，输入电阻，输入电阻 ri 和输入电阻和输入电阻 ro 晶体管在小信号晶体管在小信号( (微变量微变量) )情况下工作时，可以在静态工作情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶极管就可以等效为一个线性

29、元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。1. 微变等效电路法微变等效电路法( (1) ) 晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路OIB UBE UCEIB Q IB UBE 在晶体管的输入特性曲线上，将工在晶体管的输入特性曲线上，将工作点作点 Q 附近的工作段近似地看成直线，附近的工作段近似地看成直线，当当 UCE 为常数时，为常数时， UBE 与与 IB 之比之比CECEbbeBBEbeUUiuIUr 称为晶体管的输入电阻，在小信号的称为晶体管的输入电阻，在小信号的条件下，条件下，rbe是一常数，由它确定是一常数，由它确

30、定 ube和和 ib 之间的关系。因此，晶体管的输之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用入电路可用 rbe 等效代替。等效代替。放大电路的动态态分析放大电路的动态态分析低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算)mA()mV(26)1()(200EbeIr Rbe 是对交流而言的一个动态电阻。是对交流而言的一个动态电阻。QIC UCE IB ICICUCE 晶体管输出特性曲线的线性工作区是一组近似等距离的晶体管输出特性曲线的线性工作区是一组近似等距离的平行直线，当平行直线，当 UCE 为常数时，为常数时， IC 与与 IB 之比之比CECEbcBCUUiiII

31、 即为晶体管的电流放大系即为晶体管的电流放大系数，在小信号的条件下，数，在小信号的条件下， 是一常数，由它确定是一常数，由它确定 ic受受 ib 的控制关系。因此，的控制关系。因此，晶体管的输出电路可用一晶体管的输出电路可用一受控电流源受控电流源 ic = = ib 等效等效代替。代替。rbe的计算：的计算：由由PN结的电流公式：结的电流公式：其中：其中：rbb=300+bceberbbrBICIIEber)mA(mV26)(1300EbeIr所以：所以：QIC UCE IBICICUCEUCE 晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当 IB 为常数为常

32、数时，时， UCE 与与 IC 之比之比BBcceCCEceIIiuIUr 称为晶体管的输出称为晶体管的输出电阻，在小信号的条件下，电阻，在小信号的条件下，rce 也是一常数，在等效也是一常数，在等效电路中与电路中与 ib 并联，由于并联，由于rce 的阻值很高，可以将的阻值很高，可以将其看成开路。其看成开路。由以上分析可得出晶体管的微变等效电路由以上分析可得出晶体管的微变等效电路ubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效cbeEBCrceicrbe ib ib+uc

33、e +ube CBE+ube +uce icibT( (2) ) 放大电路放大电路的微变等效电路的微变等效电路 先画出下图所示放大电路的交流通路，对交流分量而言，先画出下图所示放大电路的交流通路，对交流分量而言，电容可视作短路；一般直流电源的内阻很小，可忽略不计，电容可视作短路；一般直流电源的内阻很小，可忽略不计，对交流讲直流电源也可以认为是短路的。对交流讲直流电源也可以认为是短路的。将将交流通路中的三交流通路中的三极管用其极管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效的微变等效电路。电路。 C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iB

34、iCT基本放大电路基本放大电路+ube TRCiiibicRLRSRBEBC+ui +es +uo +uce 交流通路交流通路基本放大基本放大电路的电路的微变等效电路微变等效电路rbe EBCRCRLRBRSiiib+ui +es +uo ui = ubeuo = uceic ib当输入的是当输入的是正弦信号时，正弦信号时，各电压和电各电压和电流都可用相流都可用相量表示。量表示。( (3) ) 电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算rbe EBCRCRLRBRSoUbIcIbIiI+ + SE+ LR iUbbeiIrU bLcLoIRIRU 由上图可列出由上图可列出故放大故放大电路的电路的电压

35、放大倍数电压放大倍数当放大当放大电路电路输出端开路输出端开路( (未接未接 RL ) )时时比接比接 RL 时高，可见时高，可见 RL 越小，电压放大倍数越低。越小，电压放大倍数越低。beLiorRUUAu 式中式中LCL/ RRR beCrRAu 例例 3 在在共发射极基本交流放大电路中，已知共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12 V，RC = 4 k ， RB = 300 k ， ，试求电压放大，试求电压放大倍数倍数 Au。5 .37 解解 在例在例 1 中已求出中已求出ECmA1.5II k867. 0)mA(5 . 1)mV(26)15 .37()(200ber5 .868

36、67. 025 .37beL rRAu k2/LCLRRR( (4) ) 放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算IUr i如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用较大如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻 Rs 和和 ri 的的分压，使实际加到放大电路的输入电压分压，使实际加到放大电路的输入电压 Ui 减小，从而减小输减小，从而减小输出电压；第三，后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电出电压；第三，后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放

37、大倍数。路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放大倍数。因此，因此，通常希望放大电路的输入电阻能高一些通常希望放大电路的输入电阻能高一些。 放大电路对信号源放大电路对信号源( (或对前级放大电路或对前级放大电路) )来说，是一个负来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻阻，也就是放大电路的输入电阻 ri ，即，即它是对交流信号而言的一个动态电阻。它是对交流信号而言的一个动态电阻。以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为bebeBi/rrRr 共发

38、射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的。阻，是不高的。注意：注意： ri 与与 rbe 意义不同不能混淆。意义不同不能混淆。( (5) ) 放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算 如果放大电路的输出电阻较大如果放大电路的输出电阻较大( (相当于信号源的内阻较相当于信号源的内阻较大大) )，当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电，当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。因此，路带负载的能力较差。因此，通常通常希望放大电路输出级的输希望放大电路输出级的输出电阻低一些。出电阻低一些。

39、 放大电路对负载放大电路对负载( (或对后级放大电路或对后级放大电路) )来说，是一个信号来说，是一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻源，其内阻即为放大电路的输出电阻 ro ，它也是一个动态电，它也是一个动态电阻。阻。输出电阻的计算输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法：(1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。源的电路不适用）。(2)

40、 所有独立电源置零，保留受控源，加压求所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。流法。CoooRIUr所以：所以：用加压求流法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻：oUrbeRBRCiIbIcIbI00oI 放大电路的输出电阻可在信号源短路放大电路的输出电阻可在信号源短路( )( )，和输出，和输出端开路的条件下求得。从基本放大电路的微变等效电路看，端开路的条件下求得。从基本放大电路的微变等效电路看，当当 ，电流源相当于开路，故，电流源相当于开路，故0i U000bcbi IIIU 时，时，CoRr 2. .图解法图解法RC一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。一般为几千欧，因此，

41、共发射极放大电路的输出电阻较高。 首先在输入特性上作图，由输入信号首先在输入特性上作图，由输入信号 ui 确定基极电流的变确定基极电流的变化量化量 ib ，再在输出特性上作图，得到交流分量，再在输出特性上作图，得到交流分量 ic 和和 uce 即即( (uo) )。由图解分析可得出由图解分析可得出:( (1) )交流信号的传输情况：交流信号的传输情况：) )即即( () )即即( (ceocbbeiuuiiuuOuBE/VQ1QQ2604020OO6040200.580.60.62UBEttiB / A在输入特性上作图在输入特性上作图(ui )uBE/ViB / AIB(ib)OIB = 40

42、 A2060803Q1. 5612N0MtOOQ22.250.752.251.50.75IC39369交流负载线交流负载线Q1接负载后，接负载后，Uom减小减小, Au下降。下降。 tQ1Q2空载输出电压空载输出电压iC / mAuCE/VuCE/ViC / mA(ic)UCEuo = uce( (2) )电压和电流都含有直流分量和交流分量，即电压和电流都含有直流分量和交流分量，即beBEBEuUu bBBiIi ceCECEuUu cCCiIi ( (3) )输入信号电压输入信号电压 ui 和输出电压和输出电压 uo 相位相反。相位相反。 此外，还要求放大电此外，还要求放大电路输出信号尽可能

43、不失真，路输出信号尽可能不失真，所谓失真所谓失真,是指输出信号的是指输出信号的波形不像输入信号的波形。波形不像输入信号的波形。引起失真最常见的原因是引起失真最常见的原因是由于静态工作点不合适或由于静态工作点不合适或者信号太大，使放大电路者信号太大，使放大电路的工作范围超出了晶体管的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围。特性曲线上的线性范围。这种通常称为非线性失真。这种通常称为非线性失真。OQ15ibOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / A( (a) ) 工作点工作点偏低引起偏低引起 ib 失真失真 工作点偏低引起截止失真工作点偏低引起截止失真(ui )OIB = 5 A2060

44、8031. 5612tOOQ 2.250.752.251.50.7539400( (b) )工作点偏低引起工作点偏低引起 ic、uce ( (uo) )失真失真0.250.25正半周正半周变平变平t截止截止失真失真uo 波形波形iC / mAuCE/VuCE/ViC / mA(iC)uo = uceO20 A40 A80 A123IB = 0QtOO 静态工作点偏高引起饱和失真静态工作点偏高引起饱和失真iC正正半周被削平半周被削平 IB = 60 A uo波形波形tuce负负半周被削平半周被削平饱和失真饱和失真iC / mAuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib(不失真）不失真

45、）返回返回 对于前面的电路（固定偏置电路）而言，对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由静态工作点由UBE、 和和ICEO决定，这三个参决定，这三个参数随温度而变化。数随温度而变化。Q变变UBE ICEO变变T变变IC变变1. 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 2-3 2-3 射极偏置放大电路射极偏置放大电路1）、温度对）、温度对UBE的影响的影响iBuBE25 C50CTUBEIBIC2）、温度对）、温度对 值及值及ICEO的影响的影响T 、 ICEOICiCuCEQQ 温度上升时温度上升时，输出特性，输出特性曲线上移，曲线上移，造成造成

46、Q点上点上移。移。总之：总之：TICI1I2IBCCb2b1b2BRRRVU 2. 静态工作点稳定的放大器静态工作点稳定的放大器选选I2=（510）IB I1 I2ICIE+b2Rb1b1C CTCRRVRu+-Lo-+uiCb2Rce（1） 结构及工作原理结构及工作原理静态工作点稳定过程：静态工作点稳定过程：TUBEICICIEUECCb2b1b2BRRRVU UBE=UB-UE =UB - IE ReUB稳定稳定IB由输入特性曲线由输入特性曲线+b2Rb1b1CCTCRRVRu+-Lo-+uiCb2RceI1I2IBICIE（2）直流通道及静态工作点估算）直流通道及静态工作点估算:CCb2

47、b1b2BVRRRU IB=IC/ UCE = VCC - ICRC - IEReIC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re 电容开路电容开路,画出直流通道画出直流通道+b2cReVRRRb1TCC 将电容短路将电容短路,直流电源短路，画出电路的交直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路流小信号等效电路（3）动态分析：）动态分析：+ebbciRiRRb1berRuoC+-LRi-+ub2RRiicbiii电压放大倍数：电压放大倍数：RL= RC / RL+ebbciRiRRb1berRuoC+-LRi-+ub2RRiicbiiiebeLebebLbiou)(1)(1RrRRri

48、RiuuA ebbebi)1(Ririu )/(LCboRRiu 输入电阻：输入电阻：ebebii)(1RriuR b2b1ii/RRRR b2b1ebe/)(1RRRr 输出电阻：输出电阻：coRR +ebbciRiRRb1berRuoC+-LRi-+ub2RRiicbiiioR思考：思考：若在若在Re两端并电容两端并电容Ce会对会对Au、Ri、Ro有有 什么影响？什么影响？+b2Rb1b1CCTCRRVRu+-Lo-+uiCb2RceCe 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 放大电路不仅要有合适的静态工作点，而且要保持静态放大电路不仅要有合适的静态工作点，而且要保持静态工作点的稳定。由于某种

49、原因，例如温度的变化，将使集电工作点的稳定。由于某种原因，例如温度的变化，将使集电极电流的静态值极电流的静态值 IC 发生变化，从而影响静态工作点的稳定。发生变化，从而影响静态工作点的稳定。上一节所讨论的基本放大电路偏置电流上一节所讨论的基本放大电路偏置电流BCCBBECCBRURUUI 当当 RB 一经选一经选定后，定后，IB 也就固定也就固定不变，这种称为固不变，这种称为固定偏置放大电路，定偏置放大电路，它不能稳定静态工它不能稳定静态工作点。为此，常采作点。为此，常采用分压式偏置放大用分压式偏置放大电路。电路。+UCCRCC1C2TRLRE+CE+RB1RB2RS+ui +es +uo i

50、BiC+uCE + uBE 分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路+UCCRCTRERB1RB2IBIC+UCE + UBE I1I2IE直流通路直流通路由直流通路可列出由直流通路可列出B21III 若使若使B2II 则则B2B1CC21RRUII 基极电位基极电位CCB2B1B22B2BURRRIRV 可认为可认为VB 与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为RB1和和RB2 的分压电路所固定。的分压电路所固定。EEBEBBEIRVVVU 若使若使BEBUV EBEBEBECRVRUVII 则则 因此，只要满足因此，只要满足 和和 两个条件，两个条件，V

51、B 和和 IE 或或 IC 就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，使静就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，使静态工作点能得以基本稳定。对硅管而言，在估算时一般可取态工作点能得以基本稳定。对硅管而言，在估算时一般可取 I2 =( (5 10) ) IB 和和 VB = ( (5 10) )UBE 。B2II BEBUV 这种电路稳定工作点的实质是：当温度升高引起这种电路稳定工作点的实质是：当温度升高引起 IC 增大时，增大时，发射极电阻发射极电阻 RE 上的压降增大，使上的压降增大，使 UBE 减小，从而使减小，从而使 IB 减小，减小，以限制以限制 IC 的增大，工作点得以稳

52、定。的增大，工作点得以稳定。 电容电容 CE 的作用是使交流旁路，防止的作用是使交流旁路，防止 RE 上产生交流压降降上产生交流压降降低电压放大倍数，低电压放大倍数， CE 称为交流旁路电容。称为交流旁路电容。 例例 1 在在分压式偏置放大电路中，已知分压式偏置放大电路中，已知 UCC = 12 V，RC = 2 k ， RE = 2 k ，RB1 = 20 k ， RB2 = 10 k ， RL = 6 k ，晶体管的晶体管的 。( (1) )试求静态值；试求静态值；( (2) )画出微变等效电路；画出微变等效电路；( (3) )计算该电路的计算该电路的 Au， ri 和和 ro 。37.5

53、 解解 ( (1) )V412102010CCB2B1B2B URRRVmA7 . 1A1026 . 043EBEBEC RUVIImA045. 0mA5 .377 . 1CB II V2 . 5107 . 110)22(12)(33CECCCCE IRRUU( (2) )rbe EBCRCRLRB2RSoUbIcIbIiI+ + SE+ RB1iU( (3) ) k79. 0mA7 . 1mV26)5 .371(200 mAmV26)1(200EbeIr 2717906262537beL.rRAu k0.79bebeB2B1ir/r/RRr k2CoRr返回返回射极输出器是从发射极输出。在接

54、法上是一个共集电极电路。射极输出器是从发射极输出。在接法上是一个共集电极电路。静态分析静态分析RERB+UCCIB+ UBE +UCE TICIE直流通路直流通路C1RS+ui RERB+UCCC2RL+es +uo +iB+ uBE iE+uCE T射极输出器射极输出器用直流通路确定静态值：用直流通路确定静态值：BBBCBE)(1IIIIII 2-4 2-4 共集电极、基极放大电路共集电极、基极放大电路EBBECCB)(1RRUUI EECCCEIRUU 动态分析动态分析由射极输出器的微变等效电路可得出由射极输出器的微变等效电路可得出1. 电压放大倍数电压放大倍数bLbbeeLbbei)1(

55、IRIrIRIrU bLeLo)(IR1IRU LEL/ RRR 式中式中rbe EBRERLRBRSoUbIcIbIiI+ + SE+ CeIiULeoRIULELRRR/LbRI）（1LebebiRIrIULbbebRIrI)1 (LbbebLbuRIrIRIA)1 ()1 (LbeLRrR)1 (1）（电压放大倍数电压放大倍数rbeiUbIRERLRBoUcIbIiI1.,)1 (LbeRr所以所以，1uA但是，输出电流但是，输出电流Ie增加了。增加了。2. 输入输出同相，输出电压跟随输入电压，输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称故称电压跟随器电压跟随器。结论：结论：LbeLuR)(

56、rRA11）（输入电阻输入电阻)1 (/LbeBiRrRrrbeiUbIRERLRBoUcIbIiI输入电阻较大，作为前一级的负载，对前输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。一级的放大倍数影响较小。输出电阻输出电阻用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。robIiIrbeRERBcIbISURSrbeRERBRSbIcIbIiIeIUIebbIIIIEsbesbeRURrURrUBssRRR/:设电源置电源置0IUro)11/(1EsbeRRr1/sbeERrR一般：一般：1sbeERrR所以：所以：1sbeoRrr射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出

57、器的输出电阻很小，带负载能力强。IUro)11/(1EsbeRRr1/sbeERrRLbeLbLbbebLio)1()1()1()1(RrRIRIrIRUUAu 2. 输入电阻输入电阻 LbeBi)1(/RrRr 射极输出器的输入电阻很高。射极输出器的输入电阻很高。3. 输出电阻输出电阻rbe EBRERBRSoUbIoIbI+ eI计算计算ro的等效电路的等效电路C 可用右图计算输出电阻，可用右图计算输出电阻，将信号源短路，保留其内阻将信号源短路，保留其内阻RS ，RS 与与 RB并联后的等效并联后的等效电阻为电阻为 。在输出端将。在输出端将 RL 取去，外加一交流电压取去，外加一交流电压

58、，产生电流产生电流 。oUoISR 因因 rbe Ri2，则：，则： 表明：表明：CC-CB 组合放大电路的电压放大倍数只是单组合放大电路的电压放大倍数只是单管管CE放大器的一半；但由于放大器的一半；但由于CC和和CB组态的高频性组态的高频性能都优于能都优于CE状态。所以，它们的组合放大电路的高状态。所以，它们的组合放大电路的高频特性会比频特性会比CE放大器好。放大器好。be2LC2i2E1be1i2E1v2v1iov)/()/)(1 ()/)(1 (rRRRRrRRAAvvA2be2i21rRbe2LC2i21be1i21v2v1iov)/()1 ()1 (rRRRrRAAvvAbe2LC2

59、v)/(21rRRA3. 共射共射-共集（共集（CECC）组合放大电路）组合放大电路输入电阻输入电阻be11 ib2b1B/rRRRR，1 iBiii/ RRrvR输出电阻输出电阻其中其中电压放大倍数电压放大倍数其中其中Le2L/ RRR 2v1viovAAvvA1vbe1L2be2b3C11)1 (/(/ArRrRRL2be2L2be1L2be2b3C11)1 ()1 ()1 (/(/RrRrRrRRo2sL/e20ttoRRivRvR2b3c1be1/o2RRrR4. 共集共集-共射（共射（CC-CE）组合放大电路）组合放大电路CC组态组态大的大的Ri1提高源电压增益提高源电压增益CC组态

60、小的组态小的Ro1减小减小CE组态的时间常数组态的时间常数扩展了通频带扩展了通频带例例3.6 为提高放大电路信号电压的利用率和带负载的能为提高放大电路信号电压的利用率和带负载的能 力，多级放大电路的第一级和最末级常采用共集力，多级放大电路的第一级和最末级常采用共集 电路。图电路。图3.41是是CC-CE-CC三级直接耦合放大器。三级直接耦合放大器。 已知已知BJT的的 k5 . 1,k2,k3,1003be2be1berrr求：该放大器的求：该放大器的Ri、Ro和和Av。分析分析电路采用了正、负电源电路采用了正、负电源是是为了保证输入和输出为了保证输入和输出端的直流电位为零；端的直流电位为零；