第3章 双极型晶体管及其基本放大电路

1、 双极型晶体管又称为半导体三极管、晶体三极管。它双极型晶体管又称为半导体三极管、晶体三极管。它由两个由两个 PN 结组合而成，有两种载流子参与导电，是一种结组合而成，有两种载流子参与导电，是一种电流控制电流源器件电流控制电流源器件（CCCS）。晶体管英文为晶体管英文为Transister，有两大类型，有两大类型: 双极型晶体管双极型晶体管(BJT)； 场效应晶体管场效应晶体管(FET)。3.1 引言引言 场效应型晶体管仅由一种载流子参与导电，是一种场效应型晶体管仅由一种载流子参与导电，是一种电压控制电流源器件电压控制电流源器件（VCCS）。第第3章章 双极型晶体管双极型晶体管 及其基本放大电路

2、及其基本放大电路 本章本章主要介绍主要介绍双极型晶体管的结构及其放大作用、特双极型晶体管的结构及其放大作用、特性曲线及主要参数，阐述了放大电路的组成、工作原理及性曲线及主要参数，阐述了放大电路的组成、工作原理及主要技术指标，主要技术指标，重点介绍重点介绍双极型晶体管三种组态基本放大双极型晶体管三种组态基本放大电路的分析方法。电路的分析方法。bNP型PNP型NPNeebccPNNPceecbb型NPN型PNP晶体管的两种结构晶体管的两种结构3.2.1 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型NPN型PNP型这是基极b这是发射极e这是集电极c这是发射结Je这是集电结Jc 晶体管符号中的晶体管符号中的短

3、粗线代表基极短粗线代表基极，发射极的箭头方发射极的箭头方向，代表发射极加正向偏置时电流的方向向，代表发射极加正向偏置时电流的方向。 双极型晶体管有两种结构，双极型晶体管有两种结构，NPN型型和和PNP型。型。这是基区这是发射区这是集电区3.2 双极型晶体管双极型晶体管3.2.2 晶体管的三种组态晶体管的三种组态双极型晶体管有三个电极，其中两个可以作为输入，两个双极型晶体管有三个电极，其中两个可以作为输入，两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态，法也称三种组态，如共发射极接法，也称共

4、发射极组态，简称共射组态，发射极是公共电极。简称共射组态，发射极是公共电极。晶体管的三种组态晶体管的三种组态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；表；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。 双极型晶体管在制造时，要求双极型晶体管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大发射区的掺杂浓度大，基区掺杂浓度低并要制造得很薄基区掺杂浓度低并要制造得很薄，集电区掺杂浓度低，且集电区掺杂浓度低，且集电结面积较大集电结面积较大。从结构上看双极型晶体

5、管是对称的，但。从结构上看双极型晶体管是对称的，但发射极和集电极不能互换。发射极和集电极不能互换。 双极型晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置电双极型晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反发射结加正向电压，集电结加反向电压。向电压。现以现以 NPN型晶体管的放大状态为例，来说明晶型晶体管的放大状态为例，来说明晶体管内部的电流关系。体管内部的电流关系。1. 晶体管内部载流子的传输晶体管内部载流子的传输3.2.3 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用IENIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN + IEP且IEN

6、 IEPIC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN IB= IEP + IBN - ICBO 注意：注意：图中画的是载流子的运动方向，图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流空穴流与电流方向相同方向相同；电子流与电流方向相反电子流与电流方向相反。由此可确定三个电极。由此可确定三个电极的电流。的电流。ICN如何保证注入的载流如何保证注入的载流子尽可能地到达集电区？子尽可能地到达集电区？ 发射极电流：发射极电流：IE= IEN+IEP 且有且有IENIEP 集电极电流：集电极电流：IC=ICN+ICBO ICN=IEN- -IBN 且有且有IEN IBN ， ICNIBN 基极电流：

7、基极电流： IB=IEP+IBN- -ICBO 2. 晶体管电极电流的关系晶体管电极电流的关系所以，发射极电流又可以写成所以，发射极电流又可以写成 IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)=IC+IB IENIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN + IEP且IEN IEPIC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN IB= IEP + IBN - ICBOICN 称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流的电子电流ICN与总发射极电流与总发射极电流IE的比

8、值。的比值。3. 晶体管的电流放大系数晶体管的电流放大系数 (1) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数ECNII IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= (IC+IB)+ICBO 111BCBOBCIIII11且ICN与与IE相比，因相比，因ICN中没有中没有IEP和和IBN，所以，所以 (2) 共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 称为称为共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数。 1CEOBCBOBC1IIIII）（则则其中其中CEOI称为称为晶体管的穿透电流晶体管的穿透电流 CBOCEO1II）（CBIICEOI其中其中 很小，可以忽略很小，可以忽略 ，它，

9、它描述了晶体管的电流放大作用描述了晶体管的电流放大作用。1 令令 3.2.4 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线 iB是输入电流，是输入电流，uBE是输入电压。是输入电压。 iC是输出电流，是输出电流，uCE是输出电压。是输出电压。 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const 输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const共发射极接法晶体管的特性曲线包括：共发射极接法晶体管的特性曲线包括：共发射极接法的电压共发射极接法的电压-电流关系电流关系1. 输入特性曲线输入特性曲线 (1) UCE=0V，iB和和uBE和呈指和呈指数关系，类似于半导体数关系，类

10、似于半导体二极管的特性。二极管的特性。(2) 当当UCE增加时，集电结收增加时，集电结收集电子能力增加，曲线集电子能力增加，曲线右移。右移。(3) UCE1V，曲线右移不明，曲线右移不明显。近似用显。近似用UCE=1V曲线曲线代替代替 。 输入特性曲线可分为输入特性曲线可分为：死区死区 非线性区非线性区 近似线性区近似线性区NPN型晶体管的共射输入特性曲线型晶体管的共射输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const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。NPN型晶体管的共射输出特性曲线型晶体管的共射输出特性曲线2. 输出特性曲线输出特性曲线

11、当当UCE稍增大时，稍增大时，IC随着随着UCE增加而增加。增加而增加。现以一条曲线为例：当现以一条曲线为例：当UCE=0 V时，集电极无收集作用，时，集电极无收集作用，IC=0。当当UCE继续增加使集电结反继续增加使集电结反偏电压较大时，偏电压较大时， UCE再增再增加，电流也没有明显的增加，电流也没有明显的增加。加。输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区饱和区iC受受uCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内uCE的的 数值较小，一般数值较小，一般UCE0.7 V(硅管硅管)。此时。此时 发

12、射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。或反偏电压很小。截止区截止区iC接近零的区接近零的区域，相当域，相当iB=0的曲线的下的曲线的下方。此时，方。此时，发射结反偏，发射结反偏， 集电结反偏。集电结反偏。放大区放大区iC平行于平行于uCE轴的区域，曲线基本平行轴的区域，曲线基本平行等距。等距。 此时，此时，发射结正发射结正偏，集电结反偏，偏，集电结反偏，电压大电压大于于0.7 V左右左右(硅管硅管) 。区大放输出特性曲线的分区输出特性曲线的分区截止区截止区饱和区饱和区 晶体的参数分为三大类晶体的参数分为三大类: 直流参数、交流参数、极限参数直流参数、交流参数、极限参数 (1

13、) 直流电流放大系数直流电流放大系数 共发射极组态直流电流放大系数共发射极组态直流电流放大系数 1. 直流参数直流参数CONSTBQCQBQCEOCQCEuIIIII对共射组态的电流放大系数，对共射组态的电流放大系数，在在UCE不变的条件下，输出不变的条件下，输出集电极电流集电极电流ICQ与输入基极与输入基极电流电流IBQ之比，定义：之比，定义：3.2.5 晶体管的主要参数晶体管的主要参数输出特性曲线输出特性曲线EQCQEQCEOCQIIIII共基极组态直流电流放大系数共基极组态直流电流放大系数 称为共基极直流电流放大系数。称为共基极直流电流放大系数。 集电结的反向饱和电流集电结的反向饱和电流

14、ICBOICBO是发射极开路时集电结的反向饱和电流。是发射极开路时集电结的反向饱和电流。 穿透电流穿透电流ICEO ICEO是基极开路时集电极与发射极之间的穿透电流。是基极开路时集电极与发射极之间的穿透电流。 ICEO=（1+ ）ICBO(2) 极间反向电流极间反向电流 在共射接法输出特在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于性曲线上，通过垂直于X 轴的直线求取轴的直线求取 iC/ iB。b0ICUCE2112108642VmAA10BIA20A30A50A40A60acdefIBIC在输出特性曲线上求在输出特性曲线上求2. 交流参数交流参数(1) 交流电流放大系数交流电流放大系数共发射极交流电流

15、放大系数共发射极交流电流放大系数 CONSTBCCEuIIQ 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 (2) 特征频率特征频率fT 晶体管的晶体管的 值不仅仅与工作电流有关，而且与工作值不仅仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，晶频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，晶体管的体管的 值值将会下降。将会下降。当当 下降到下降到 1 时所对应的频率称为时所对应的频率称为特征频率特征频率，用，用fT表示。表示。当当ICBO和和ICEO很小时，很小时， 、 ，可以不加区分。，可以不加区分。CONSTECCB Uii (3) 共射截止频率共射截止频率f低

16、频时共发射极交流电流放大系数为低频时共发射极交流电流放大系数为 0。 下降到下降到 0/ 时时所对应的信号频率称为晶体管的所对应的信号频率称为晶体管的共射截止频率共射截止频率，用用f表示表示。2(4) 共基截止频率共基截止频率f低频时共基极交流电流放大系数为低频时共基极交流电流放大系数为0。 下降到下降到0/ 时时所对应的信号频率称为晶体管的所对应的信号频率称为晶体管的共基截止频率共基截止频率，用用f表示表示。20Tfff特征频率、共射截止频率和共基截止频率三者之间大特征频率、共射截止频率和共基截止频率三者之间大致满足如下关系：致满足如下关系：(1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 IC

17、M3. 极限参数极限参数当集电极电流增加到一定程度，当集电极电流增加到一定程度， 就要下降，使就要下降，使 值明显值明显减小所对应的减小所对应的IC称为称为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PCMpC= iCuCE ，PCM表示集电结上最大允许耗散功率表示集电结上最大允许耗散功率。 (3) 反向击穿电压反向击穿电压 反向击穿电压表示晶体管电极间承受反向电压的能力。反向击穿电压表示晶体管电极间承受反向电压的能力。晶体管击穿电压的测试电路晶体管击穿电压的测试电路 1.U(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。下标发射极开路时的集电结

18、击穿电压。下标BR代表击穿之意，是代表击穿之意，是Breakdown的字头，的字头，CB代表集电极和代表集电极和基极，基极，O代表第三个电极代表第三个电极E开路。开路。 2.U(BR) EBO集电极开路时发射结的击穿电压。集电极开路时发射结的击穿电压。 3.U(BR)CEO基极开路集电极和发射极间的击穿电压。基极开路集电极和发射极间的击穿电压。 mAV限流电阻cbe+-+-U(BR)CBO限流电阻cbe+-+-mAVU(BR)EBOU(BR)CEOcbemAV限流电阻+-对于对于U(BR)CER表示表示BE间接有电阻，间接有电阻，U(BR)CES表示表示BE间是短间是短路的。几个击穿电压在大小

19、上有如下关系路的。几个击穿电压在大小上有如下关系 U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEOU(BR) EBO 由晶体管的极限参数由晶体管的极限参数PCM、ICM和和U(BR)CEO确定了晶体确定了晶体管的过损耗区、过流区和击穿区。使用晶体管时，应避免管的过损耗区、过流区和击穿区。使用晶体管时，应避免使其进入上述三个区域，保证晶体管工作在安全工作区。使其进入上述三个区域，保证晶体管工作在安全工作区。OuCE / ViC/ mA饱饱和和区区截截止止区区安安全全工工作作区区输出特性曲线的安全工作区输出特性曲线的安全工作区 过电流区过电流区是集电极电流达到是集电极电流达到ICM

20、和超过和超过ICM以上的部分。以上的部分。过过损损耗耗区区PCM过过流流区区ICM过损耗区过损耗区由晶体管的集电极由晶体管的集电极最大功率损耗值确定，是一最大功率损耗值确定，是一条曲线。条曲线。 过电压区过电压区由由U (BR)CEO决定。决定。电电压压区区过过曲线中间部分为安全工作区。曲线中间部分为安全工作区。1. 温度对温度对ICBO的的影响的的影响温度升高，半导体的本征激发增大，漂移电流增大，温度升高，半导体的本征激发增大，漂移电流增大，ICBO随之增大。经验数据表明，温度每升高随之增大。经验数据表明，温度每升高10， ICBO增加约增加约一倍。一倍。3.2.6 晶体管的温度特性晶体管的

21、温度特性2. 温度对输入特性曲线的影响温度对输入特性曲线的影响当温度升高时，输入特性曲线左移，当温度升高时，输入特性曲线左移， uBE减小，大约温度减小，大约温度每增加每增加1，uBE的绝对值减小的绝对值减小22.5mV。3. 温度对输出特性曲线的影响温度对输出特性曲线的影响当温度升高时，晶体管的输出特性曲线上移且间距变大，当温度升高时，晶体管的输出特性曲线上移且间距变大，穿透电流穿透电流 ICEO增加，增加， 增加，增加， IC增加。增加。国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下: :3 D G 110 B 第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、 C

22、硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：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开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母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用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管3.2.7 晶体管的型号及封装晶体管的型号及封装1. 晶体管的型号晶体管的型号双极型晶体管的型号和主要参数双极型晶体管的型号和主要参数 小、中功率晶体管图片小、中功率晶体管图片(金属圆壳封装金属圆壳封装)2. 晶体管

23、的封装晶体管的封装小、中功率晶体管图片小、中功率晶体管图片(塑封塑封)大功率晶体管图片大功率晶体管图片 基本放大电路基本放大电路一般是指一般是指由晶体管与其它电路元件所由晶体管与其它电路元件所组成的放大电路组成的放大电路。 1. 放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。2. 输出信号不能失真，即输出信号与输入信号之间在形状输出信号不能失真，即输出信号与输入信号之间在形状上不能变样。上不能变样。3. 输出信号的能量是由直流电源提供的，只是经过晶体管输出信号的

24、能量是由直流电源提供的，只是经过晶体管的控制，使之转换成输出信号的能量，提供给负载。的控制，使之转换成输出信号的能量，提供给负载。放大放大的本质是能量的控制与转换的本质是能量的控制与转换。3.3.1 放大的概念放大的概念3.3 放大的概念和放大电路的性能指标放大的概念和放大电路的性能指标放大电路结构框图放大电路结构框图 可将放大电路看成是一个含有受控源的双端口网络。可将放大电路看成是一个含有受控源的双端口网络。它由信号源、放大电路、直流电源组成，放大电路一般都它由信号源、放大电路、直流电源组成，放大电路一般都包括负载，但负载不是放大电路的必须组成部分。包括负载，但负载不是放大电路的必须组成部分

25、。信号源suRsiuou负载直流电源放大电路LRA 3.3.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标放大电路的性能指标是衡量其性能优劣的标准。放大电路的性能指标是衡量其性能优劣的标准。放大电路的放大电路的性能指标性能指标主要包括主要包括放大倍数放大倍数（增益）、（增益）、输入输入电阻电阻、输出电阻输出电阻和和通频带通频带等。等。1. 放大倍数放大倍数(增益增益) 输出信号在电压或电流的幅度上会得到放大，即输出输出信号在电压或电流的幅度上会得到放大，即输出功率会有所放大。功率会有所放大。 放大电路的增益包括放大电路的增益包括电压增益电压增益、电流增益电流增益、互阻增益互阻增益、互导增益互导增益和

26、和功率增益功率增益。放大电路结构示意图放大电路结构示意图(1)电压增益电压增益定义为定义为ouui=UAUoiii=IAI(2)电流增益电流增益定义为定义为oiii=IAI(3)功率增益功率增益定义为定义为ooopii i=PU IAPU I(4)互阻增益互阻增益定义为定义为ouii=UAI(5)互导增益互导增益定义为定义为oiui=IAU2. 输入电阻输入电阻 Ri输入电阻是从放大电路的输入端看进去的等效电阻。输输入电阻是从放大电路的输入端看进去的等效电阻。输入电阻是描述放大电路从信号源吸取电流大小的参数。入电阻是描述放大电路从信号源吸取电流大小的参数。Ri大，放大电路从信号源吸取的电流小，

27、反之则大。大，放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。iiiIUR输入电阻的定义输入电阻的定义输出电阻是从放大电路的输出端看进去的信号源等效内输出电阻是从放大电路的输出端看进去的信号源等效内阻。输出电阻是描述放大电路带负载能力的参数。阻。输出电阻是描述放大电路带负载能力的参数。Ro大大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。表明放大电路带负载的能力差，反之则强。输出电阻输出电阻Ro有两种求法。方法一根据输出电阻有两种求法。方法一根据输出电阻的定义。的定义。方法二通过实验的方法。方法二通过实验的方法。3. 输出电阻输出电阻Ro输出电阻的定义输出电阻的定义此时，应此时，应将信号源源电压将信号源源电压

28、 短路短路，但保留信号源内阻，但保留信号源内阻 ，同时同时将负载将负载 开路开路。在。在输出端加假想电源输出端加假想电源 ，求出，求出 ，即可计算出即可计算出 。sUsRLRoUoIoRSLoo0oURURI方法一方法一求求Ro的实验电路的实验电路方法二方法二ooLo(1)URRU 注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。不失真的条件下才有意义。通过实验的方法求放大电路的输出电阻通过实验的方法求放大电路的输出电阻。先

29、测试负载开路先测试负载开路时的输出电压时的输出电压 ，再测试负载电阻为，再测试负载电阻为RL时的输出电压时的输出电压 。 OUOU放大电路在正弦输入信号的作用下，输出电压信号的谐放大电路在正弦输入信号的作用下，输出电压信号的谐波成分总量与基波分量之比，即为非线性失真系数，其波成分总量与基波分量之比，即为非线性失真系数，其表达式为表达式为4. 非线性失真系数非线性失真系数%10012322UUUTHD式中式中 U1为基波分量有效值为基波分量有效值 U2、U3为各次谐波分量的有效值为各次谐波分量的有效值5. 最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度放大电路的最大不失真输出幅度是指放大电路的输出信号放大

30、电路的最大不失真输出幅度是指放大电路的输出信号非线性失真系数不超过额定值时的输出信号最大值，一般非线性失真系数不超过额定值时的输出信号最大值，一般用用 或或 表示。表示。ommaxUommaxI00HL7.02)()(AAfAfA放大电路的增益放大电路的增益A( f ) 是频率的函数。在低频段和高频段是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当放大倍数都要下降。当A( f )下降到中频电压放大倍数下降到中频电压放大倍数A0的的 1/ 时所对应的频率时所对应的频率，即，即2放大电路电压增益的幅频特性放大电路电压增益的幅频特性OfALfHf0A07 . 0A中频段高频段低频段6. 通频带通频

31、带相应的频率相应的频率fL称为称为下限截止频率下限截止频率，fH称为称为上限截止频率上限截止频率。放大电路电压增益的幅频特性放大电路电压增益的幅频特性通频带通频带BW（bandwidth）：）： BW=fH- -fL fHOfALfHf0A07 . 0A中频段高频段低频段3.4.1 共射基本放大电路的组成共射基本放大电路的组成 共射基本放大电路由一个共射接法的晶体管加相应的共射基本放大电路由一个共射接法的晶体管加相应的电阻、电容等元件和直流电源组成的。电阻、电容等元件和直流电源组成的。1. 共射放大电路的组成共射放大电路的组成(a) (b) 共射基本放大电路共射基本放大电路3.4 共射基本放大

32、电路的组成共射基本放大电路的组成 及工作原理及工作原理固定偏置共射组态基本固定偏置共射组态基本放大放大电路由以下几部分构成：电路由以下几部分构成：固定偏置共射基本放大电路固定偏置共射基本放大电路晶体管晶体管VT：放大的核心，起：放大的核心，起能量控制和转换的作用；工能量控制和转换的作用；工作在放大区。作在放大区。偏置电阻偏置电阻Rb ：为放大电路：为放大电路提供合适的基极偏置电压，提供合适的基极偏置电压，使发射结正偏，集电结反使发射结正偏，集电结反偏。偏。负载电阻负载电阻Rc 、RL ：将变化的集电极电流转换为电压输出。：将变化的集电极电流转换为电压输出。耦合电容耦合电容C1、 C2：“隔直通

33、交隔直通交”的作用。使输入交流信号无的作用。使输入交流信号无损耗地加到基极，输出交流信号无损耗地输送到负载上。损耗地加到基极，输出交流信号无损耗地输送到负载上。直流电源直流电源VCC：为电路提供合适的偏置电流和能量。：为电路提供合适的偏置电流和能量。 通过对晶体管共射基本放大电路组成的分析，可以得通过对晶体管共射基本放大电路组成的分析，可以得到晶体管基本放大电路的组成原则：到晶体管基本放大电路的组成原则： (1) 晶体管工作在放大状态，晶体管工作在放大状态，建立合适的静态工作点建立合适的静态工作点，保证电路输出电压不失真。保证电路输出电压不失真。 (2) 输入回路的设置应能够使输入回路的设置应

34、能够使输入信号有效地作用于输入信号有效地作用于晶体管的发射结晶体管的发射结。 (3) 输出回路的设置应能够使输出回路的设置应能够使输出信号有效地作用于输出信号有效地作用于负载上负载上。2. 放大电路的组成原则放大电路的组成原则输入信号通过耦合电容加输入信号通过耦合电容加在晶体管的发射结，经过在晶体管的发射结，经过下列过程得到放大的电压下列过程得到放大的电压信号：信号：o2cLc)b(cbbe1iuCuRiiiiuCu晶体管放大作用晶体管放大作用 变化的变化的 通过通过 转转变为变化的输出电压变为变化的输出电压ciLc/RR1. 放大原理放大原理共射放大电路共射放大电路3.4.2 共射基本放大电

35、路的工作原理共射基本放大电路的工作原理2. 放大电路中的电压波形放大电路中的电压波形在放大电路中变化的交流信号是叠加在静态的直流信号之在放大电路中变化的交流信号是叠加在静态的直流信号之上的。静态时的直流信号用上的。静态时的直流信号用UBE、 UCE表示；交流信号用表示；交流信号用ube、 uce表示；交流直流叠加在一起用表示；交流直流叠加在一起用uBE、 uCE表示。表示。放大电路的电压和电流信号放大电路的电压和电流信号3. 静态和动态静态和动态 静态静态 时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称直流工作状态直流工作状态。0iu放大电路建立正确的放大电路建立正确的静态，是保证动

36、态工作的前提静态，是保证动态工作的前提。分。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路直流通路和交流通路。 动态动态 时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称交流工作状态交流工作状态。0iu 直流通路：直流通路：直流量传递的路径。由晶体管、直流量传递的路径。由晶体管、Rc、Rb、Vcc构成。构成。 原则：原则：耦合电容、旁路电容视为开路，信号源视为短耦合电容、旁路电容视为开路，信号源视为短路路。 4. 直流通路和交流通路直流通路和交流通路固定偏置共射放大电路的固定偏置共射放大电路的直流通路直流通路直流通路

37、直流通路交流通路交流通路:交流量传递的路径。由晶体管、交流量传递的路径。由晶体管、Rc、RL和和Rb构成。构成。原则：原则：直流电源、耦合电容和旁路电容相当于短路直流电源、耦合电容和旁路电容相当于短路。交流通路交流通路固定偏置共射放大电路的固定偏置共射放大电路的交流通路交流通路 晶体管基本放大电路的分析包括晶体管基本放大电路的分析包括静态分析静态分析和和动态分析动态分析。分析放大电路时，必须根据分析放大电路时，必须根据先静态、后动态先静态、后动态的原则。的原则。 放大电路的动态分析用放大电路的放大电路的动态分析用放大电路的交流通路交流通路来分析。来分析。具体的分析方法有具体的分析方法有图解法图

38、解法和和微变等效电路微变等效电路法。法。 放大电路的静态分析用放大电路的放大电路的静态分析用放大电路的直流通路直流通路来分析。来分析。具体的分析方法有具体的分析方法有计算法计算法和和图解法图解法。 3.5 基本放大电路的分析方法基本放大电路的分析方法 由于晶体管的特性曲线是非线性的，不能用数学表由于晶体管的特性曲线是非线性的，不能用数学表达式来描述，只能用特性曲线来表示。在分析放大电路达式来描述，只能用特性曲线来表示。在分析放大电路时可采用图解的方法。时可采用图解的方法。 在放大电路的输入回路，可以用晶体管的输入特性在放大电路的输入回路，可以用晶体管的输入特性曲线和直流通路的输入回路方程式来描

39、述。曲线和直流通路的输入回路方程式来描述。 在放大电路的输出回路，可以用晶体管的输出特性在放大电路的输出回路，可以用晶体管的输出特性曲线和直流通路的输出回路方程式来描述。曲线和直流通路的输出回路方程式来描述。1. 静态分析静态分析3.5.1 图解法图解法对分压偏置共射基本放大电路进行静态图解分析，求解对分压偏置共射基本放大电路进行静态图解分析，求解静态工作点。静态工作点。其求解过程如下：其求解过程如下：分压偏置共射放大电路分压偏置共射放大电路+ + +LReRcRb2Rb1R+ +CCV2C1CeCiUoUVTeRcRb2Rb1RCCVVT直流通路直流通路先画出分压偏置共射放大电路的直流通路先

40、画出分压偏置共射放大电路的直流通路对基极偏置回路对基极偏置回路用戴维南定理进行变换用戴维南定理进行变换，使基极偏置电，使基极偏置电路只具有一个网眼，以方便列出输入回路方程。路只具有一个网眼，以方便列出输入回路方程。(1) 输入回路的图解输入回路的图解用戴维宁定理进行等效变换用戴维宁定理进行等效变换用戴维南定理用戴维南定理进行变换进行变换/1BI A /VBEUO变换后的等效直流通路变换后的等效直流通路CCb2CCb1b2VRVRR b2b1b2b1bRRRRRBbBEBeCC(1)I RUI RVBbBECCI RUVbbe(1)RRR晶体管的输入特性曲线：晶体管的输入特性曲线：QIBQV b

41、CCRBE()If UB过过(0， )点，作斜率为点，作斜率为 的直线的直线称为称为输入直流负载线输入直流负载线。CCbVRb1RBEUQR斜率斜率1b其与晶体管的输入特性曲线交于静态工其与晶体管的输入特性曲线交于静态工作点作点Q，对应坐标为，对应坐标为IBQ和和UBEQ。列输入回路方程列输入回路方程/VCEUO/mACICCVQUCEQICQIBQ)(CECUfI晶体管的输出特性曲线为：晶体管的输出特性曲线为：过过M点点(VCC，0)和和N点点(0，VCC/(Rc+ Re)确定的直线称确定的直线称为输出回路的为输出回路的直流负载线直流负载线。与与IBQ输出特性曲线交于输出特性曲线交于Q点，点

42、，坐标为坐标为 ICQ和和 UCEQ。 (2) 输出回路的图解输出回路的图解ecCCRRVec1RR 斜率直流负载线直流负载线输出回路的图解分析输出回路的图解分析列输出回路方程列输出回路方程CcCEEeCCI RUI RVCceCECC()IRRUV化简得化简得(3) 列输出回路方程式列输出回路方程式 UCE=VCC IC (Rc +Re)(4) 在输出特性曲线上确定在输出特性曲线上确定两个特殊点两个特殊点(VCC ，0)； (0，VCC / (Rc + Re) ) ，即可画出输出直流负载线。，即可画出输出直流负载线。 直流负载线的确定方法：直流负载线的确定方法：(1) 列输入回路方程式列输入

43、回路方程式 V CC= IBRb + UBE(2) 在输入特性曲线上，作出输入直流负载线，两线的在输入特性曲线上，作出输入直流负载线，两线的交点即是交点即是Q，由此可确定，由此可确定IBQ ，UBEQ 。(5) 得到得到Q点的参数点的参数IBQ、 UBEQ、ICQ和和UCEQ。放大电路的动态分析是在有输入信号作用下的求解过程，放大电路的动态分析是在有输入信号作用下的求解过程，先做出放大电路的交流通路。先做出放大电路的交流通路。 + + +LReRcRb2Rb1R+ +CCV2C1CeCiUoUVT交流通路交流通路根据交流通路，可得交流输出电压根据交流通路，可得交流输出电压放大电路集电极输出回路

44、的交流负载电阻是放大电路集电极输出回路的交流负载电阻是RL = Rc/ RL 。2. 共射放大电路的动态图解分析共射放大电路的动态图解分析 (1) 交流负载线交流负载线ocecLuui R 放大电路的动态是建立在静态的基础上的，放大电路的动态是建立在静态的基础上的，动态时工作点动态时工作点的运动轨迹一定通过静态工作点的运动轨迹一定通过静态工作点Q。交流负载线描述交流负载线描述动态动态信号的信号的运动轨迹。它运动轨迹。它在输出特性曲线上要在输出特性曲线上要比直流负载线陡，因比直流负载线陡，因为交流负载电阻小于为交流负载电阻小于直流负载电阻。直流负载电阻。 交流负载线交流负载线/VCEUO/mAC

45、ICCVQUCEQICQIBQecCCRRVLc/1RR斜率辅助线过静态工作点过静态工作点Q做一条直线，斜率等于交流负载做一条直线，斜率等于交流负载电阻的倒电阻的倒数，即为数，即为交流负载线交流负载线。交流负载线 交流负载线确定步骤：交流负载线确定步骤：(3) 交流负载线与直交流负载线与直流负载线相交流负载线相交Q点。点。交流负载线交流负载线/VCEUO/mACICCVQUCEQICQIBQecCCRRVLc/1RR斜率辅辅助助线线(1) 作出放大电路的交流通路。作出放大电路的交流通路。 (2) 确定输出回路交流通路的交流负载电阻为：确定输出回路交流通路的交流负载电阻为： RL= RLRc (

46、4) 交流负载线是有交交流负载线是有交流输入信号时动态工作流输入信号时动态工作点的运动轨迹。点的运动轨迹。通过通过Q点做一条直线，令其斜点做一条直线，令其斜为为-1/R L ，该直线即为，该直线即为交流负载线。交流负载线。交流负载线(2) 电压放大倍数分析电压放大倍数分析 用用UBE表示直流量、表示直流量、 ube 表示交流量、表示交流量、 uBE表示交直流表示交直流量的总合。量的总合。 放大电路的交流工作状态可以通过图解的方法来表放大电路的交流工作状态可以通过图解的方法来表示。动态时，电路中的电流和电压将在静态直流量的基示。动态时，电路中的电流和电压将在静态直流量的基础上叠加交流量。可以采用

47、交、直流分开的分析方法，础上叠加交流量。可以采用交、直流分开的分析方法，即先分析静态，再分析动态，然后再把它们叠加起来。即先分析静态，再分析动态，然后再把它们叠加起来。UBEubeuBEOOttbeuBEuOtBEU放大电路中直流、交流和交直流的表示放大电路中直流、交流和交直流的表示OiBuBECEUV10iCuCE2112108642VmAB1IICQIBQuBEtOiBtQB2IB1IB2IUCEQOiCtC1IC2ICQIOtOuCEVLc/1RRIBQQUBEQIBQC1IC2I1 12 23 34 4放大电路的动态图解分析放大电路的动态图解分析动态图解分析的过程如下：动态图解分析的过

48、程如下：1. 首先画出输入首先画出输入电压波形电压波形ube(t)2. 根据输入特性曲线和根据输入特性曲线和ube(t)画出画出ib波形波形3. 根据根据ib波形和交流波形和交流负载线画出负载线画出ic波形波形4. 根据交流负载线和根据交流负载线和ic波形画出波形画出uce波形波形ubeibicuce交流负载线交流负载线通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论：(1) ui ube ib ic uce |-uo| (2) uo与与ui相位相反；相位相反；OiBuBECEUV10iCuCE2112108642VmAB1IICQIBQuBEtOiBtQB2IB1IB2IUCEQOiC

49、tC1IC2ICQIOtOuCEViubebicuceLc/1RRIBQQUBEQIBQC1IC2I1 12 23 34 4测量出测量出ube的幅度的幅度测量出测量出uce的幅度的幅度三极管的电流三极管的电流放大作用放大作用 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；可以测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可以确定最大不失真输出幅度。oceuibeuuAuu(3) 输出波形失真分析输出波形失真分析饱和失真饱和失真：截止失真截止失真：0iCuCE2112108642VmAB1IIBQQB2IUCEQOiCtC1IC2ItOuCEVicuceC1IC2I交流负载线截止失真

50、abcdeabcde*CQIICQ0uCE2112108642VICQQB2IUCEQOtC1IC2ICQItOuCEVicuceC1IC2I交流负载线饱和失真abddccbeea*IBQB1IiCiCmA由晶体管特性曲线的非线性引起的输出信号失真，称为非线由晶体管特性曲线的非线性引起的输出信号失真，称为非线性失真，主要有饱和失真和截止失真。性失真，主要有饱和失真和截止失真。 由于放大电路的工作点达到了晶体管由于放大电路的工作点达到了晶体管的饱和区而引起的非线性失真。对于的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，管，输出电压表现为底部失真。输出电压表现为底部失真。 由于放大电路的工作点达到了晶

51、体管由于放大电路的工作点达到了晶体管的截止区而引起的非线性失真。对于的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，管，输出电压表现为顶部失真。输出电压表现为顶部失真。放大器截止失真和饱和失真放大器截止失真和饱和失真(NPN晶体管晶体管)(a)饱和失真饱和失真(b)截止失真截止失真(4) 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ommaxCEQCESCQL=min,UUUIR放大电路的最大不失真输出幅度是指放大电路的输出信号放大电路的最大不失真输出幅度是指放大电路的输出信号在不失真的情况下所能达到的最大值，一般用在不失真的情况下所能达到的最大值，一般用Uommax或或Iommax表示

52、。表示。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 (5) 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形omomomomo2122IUIUP 要想要想Po大，就要使功率三大，就要使功率三角形的面积大，即必须使角形的面积大，即必须使Uom 和和Iom 都要大。都要大。功率三角形功率三角形放大电路向电阻性负载提供的放大电路向电阻性负载提供的输出功率输出功率: 在输出特性曲线上，正好在输出特性曲线上，正好是三角形是三角形 ABQ的面积，这一的面积，这一三角形称为三角形称为功率三角形功率三角形。A AB B/VCEuO/mACiIBQCCVQ交流负载线ICQUCEQUCES3.5.2 微变等

53、效电路法微变等效电路法 微变等效电路法：微变等效电路法：在在小信号条件小信号条件下，把下，把非线性的晶体非线性的晶体管管用用线性模型线性模型来来代替代替，用线性电路的分析方法来计算基本，用线性电路的分析方法来计算基本放大电路。放大电路。1. 晶体管低频小信号模型晶体管低频小信号模型在低频小信号下，将晶体管看成在低频小信号下，将晶体管看成一个线性有源双端口网络。一个线性有源双端口网络。根据晶体管的输入和输出特性曲线，根据晶体管的输入和输出特性曲线，端口特性表示为：端口特性表示为：),(),(CEBCCEBBEuifiuifu在低频正弦信号作用下，上式可写成复数形式：在低频正弦信号作用下，上式可写

54、成复数形式：be11b12cec21b22ceddUhIhUIhIhU 在低频小信号作用下，在静态工作点在低频小信号作用下，在静态工作点Q对上式取全微分：对上式取全微分：),(),(CEBCCEBBEuifiuifuCEBCEBBEBEBEBCEBCECCCBCEBCEddddddUIUIuuuiuiuiiiiuiu式中出现的四个系数，分别为：式中出现的四个系数，分别为：CEBBE11Uiuh称为输入电阻称为输入电阻rbe量纲为量纲为。BCEBE12Iuuh称为电压反馈系数称为电压反馈系数根据根据PN结的内部结构，并利用结的内部结构，并利用PN结的电流方程可以推导出结的电流方程可以推导出Tbe

55、bbEQ(1)UrrIbbr是晶体管的基区体电阻，一般在是晶体管的基区体电阻，一般在200 300 之间之间 CEBC21Uiih称为称为电流放大电流放大系数，即系数，即 BCEC22Iuih称为输出电导称为输出电导即即1 / rce，量纲为量纲为Sh11、h12、h21和和h22称为晶体管的称为晶体管的H参数，其大小与参数，其大小与Q有关。有关。 cbbeUbI12ceh U11h21 bh I221hcIceUcbbeUbIbercIbIceUh12很小，很小， rce很大，很大，h12和和h22可忽略，得到晶体管的简化可忽略，得到晶体管的简化H参数等效电路。参数等效电路。晶体管的晶体管的

56、H参数等效电路如图所示。参数等效电路如图所示。晶体管低频小信号模型没有考虑结电容的晶体管低频小信号模型没有考虑结电容的影响。只适用于放大电路的低频和中频段，影响。只适用于放大电路的低频和中频段，不适用于高频放大电路。不适用于高频放大电路。2. 采用微变等效电路法对共射基本放大电路进行分析采用微变等效电路法对共射基本放大电路进行分析(1) 静态分析静态分析对分压偏置共射基本放大电路进行静态分析，先画出直对分压偏置共射基本放大电路进行静态分析，先画出直流通路。流通路。分压偏置共射放大电路分压偏置共射放大电路+ + +LReRcRb2Rb1R+ +CCV2C1CeCiUoUVTeRcRb2Rb1RC

57、CVVT直流通路直流通路 用用戴维南定理进行变换：戴维南定理进行变换：计算求解法计算求解法CCb2CCb1b2VRVRR b2b1b2b1bRRRRRBbBEEeCCI RUI RVEB(1)IICCBEBbe(1)VUIRRBE0.7VUCBIICcCEEeCCI RUI RVCECCCce()UVIRR列输入回路方程：列输入回路方程： 晶体管的管压降：晶体管的管压降： 基极电流为：基极电流为： 集电极电流为：集电极电流为： 列输出回路方程：列输出回路方程： 对于硅管：对于硅管：估算法估算法当当I1=(510) IB时，时，可忽略可忽略IB，基极电位为：，基极电位为： CCb2Bb1b2VR

58、URRBEBEUUUEBBEEeeUUUIRRBE0.7VU对于硅管：对于硅管：CEIIEB1IICcCEEeCCI RUI RV列输出回路方程：列输出回路方程： CECCCce()UVIRR+ + +LReRcRb2Rb1R+ +CCV2C1CCiUoUVTe分压偏置射放大电路交流微变等效电路分压偏置射放大电路交流微变等效电路(2) 动态分析动态分析对分压偏置共射基本放大电路进行动态分析，先画出交流对分压偏置共射基本放大电路进行动态分析，先画出交流通路。通路。将耦合电容和旁路电容短路将耦合电容和旁路电容短路将直流电源交流短路。将直流电源交流短路。将晶体管用低频将晶体管用低频小信号模型代替小信

59、号模型代替得到微变等效电路。得到微变等效电路。 电压放大倍数电压放大倍数occL(/ /)UIRR 由输入回路：由输入回路：bebirIU电压放大倍数为：电压放大倍数为：beLbeLcbebLcbiou)/()/(rRrRRrIRRIUUA根据放大电路的微根据放大电路的微变等效电路，可求变等效电路，可求出其电压放大倍数出其电压放大倍数由输出回路：由输出回路：式中：式中：beE26mV3001(mA)rILCL/RRR 输入电阻输入电阻beb2b1iii/rRRIUR输入电阻是从放大电路的输入端看进去的等效电阻，其输入电阻是从放大电路的输入端看进去的等效电阻，其表达式为：表达式为： 输出电阻输出

60、电阻sURsRLIobI00oU共射放大电路求输出电阻共射放大电路求输出电阻输出电阻是从放大电路的输出端看进去的信号源等效内输出电阻是从放大电路的输出端看进去的信号源等效内阻，其表达式为：阻，其表达式为：SLoo0oURURIcR【例【例3.5.1】 电路如图电路如图3.5.1所示，设所示，设VCC15V，Rb1=60k、Rb2=20k 、Rc=3k 、Re=2k 、Rs=600 ，电容，电容C1、C2和和Ce都足够大，都足够大， 60，UBE=0.7V，RL=3 k 。试计算：。试计算：(1) 电路的静态工作点；电路的静态工作点；(2) 电路的中频电压放大倍数电路的中频电压放大倍数 、输入电