第3章 半导体三极管及其放大电路2课件

2022/11/12第3章212022/11/11第3章212022/11/12第3章222022/11/11第3章222022/11/12第3章232022/11/11第3章232022/11/12第3章24(3)标出图中电压、电流的正方向。如图3.4.4(b)所示。2.求电压增益由图可以看出，2022/11/11第3章24(3)标出图中电压、电流的正2022/11/12第3章25式中R’L=Rc//RL所以：2022/11/11第3章25式中R’L=Rc//2022/11/12第3章26例3.4.1如图3.4.4a的电路，若BJT为3DG6，已知在Q点上的β=40，计算电压增益。

解：(1)确定Q点因已知β，故可用简单计算法确定Q点：2022/11/11第3章26例3.4.1如图3.4.42022/11/12第3章27IE≈IC＝βIB＝40×40μA＝1.6mA

VCE＝VCC－ICRc＝12V－1.6mA×4k＝5.6V(2)求r

be，利用式(3.4.6b)，得:2022/11/11第3章27IE≈IC＝βIB＝40×2022/11/12第3章28(3)求利用式(3.4.7)，得2022/11/11第3章28(3)求利用式(3.42022/11/12第3章293.输入、输出电阻的计算输入电阻计算由图(3.4.5)所示，［转12］2022/11/11第3章293.输入、输出电阻的计算［转2022/11/12第3章2102022/11/11第3章2102022/11/12第3章211由于Rb>>rbe，所以，Ri≈rbe。按图3.4.4(a)所给数据，可得：

Ri＝Rb∥rbe＝300kΩ∥0.866kΩ≈0.866kΩ2022/11/11第3章211由于Rb>>rbe，所以，R2022/11/12第3章212(2)输出电阻的计算如图3.4.6所示，根据输出电阻的定义式，当测试电压加在放大电路的输出端时，由于cJ处于反向偏置，故Ib＝0，所以Ic＝0,得：［转15］2022/11/11第3章212(2)输出电阻的计算［转12022/11/12第3章2132022/11/11第3章2132022/11/12第3章214因已知Rc＝4kΩ，故Ro＝4kΩ。2022/11/11第3章214因已知Rc＝4kΩ，故Ro＝2022/11/12第3章215讨论：(P100)对于放大电路来说，一般要求输入电阻高一些，特别是在信号源内阻Rs较大的场合，作为放大电路输入级来说有为重要；对于输出级来说，则往往需要输出电阻Ro越小越好，从而可以提高放大电路的带负载能力。在分析、设计放大电路时，应全面的加以考虑。2022/11/11第3章215讨论：(P100)2022/11/12第3章2164.两种分析方法的比较①图解分析法可用来分析放大电路的静态、动态，主要用于静态分析，可以很方便、直观的设计Q点；②当输入的交流信号幅度较小或晶体管基本工作在线性区时，应用小信号模型(微变等效电路)。③当输入的交流信号幅度较大，晶体管工作区延伸到非线性区时，应采用图解分析法。2022/11/11第3章2164.两种分析方法的比较2022/11/12第3章2173.5放大电路工作点的稳定如前所述的固定偏置电路，当基极偏置电阻Rb确定以后，Q点已经确定，只要Rb选择合适，即可获得合适的Q点。但是，当更换晶体管或是环境温度发生变化引起管子参数变化时，Q点的位置将引起变化，甚至使Q点移到不合适的位置而使放大电路无法正常工作。2022/11/11第3章2173.5放大电路工作点的稳定2022/11/12第3章218为使在更换晶体管或是温度变化引起管子参数变化时，不影响放大电路正常工作(即使Q点的位置基本不变)，必须设计能自动调整工作点的偏置电路。2022/11/11第3章218为使在更换晶体管或是温度变化2022/11/12第3章219

3.5.1温度对工作点的影响1.温度对晶体管参数的影响(观看教学课件：温度对晶体管V－I特性的影响)当温度升高时，晶体管的参数将发生下列变化：(1)

VBE的温度系数为：－(2~2.5)mV／oC。VBE的减小通过IB使Q点的位置上移(此处VBE的减小是指eJ实际所需的工作电压减小)。2022/11/11第3章2193.5.1温度对工作点的2022/11/12第3章220(2)

温度每升高1oC，β值将增加0.5%~1.0%左右。β值的增大使输出特性曲线的间隔变宽，Q点的位置上移。(3)温度每升高10oC，ICBO增大约一倍(即ICEO增大约一倍)。从而使IC升高，Q点的位置上移。但因为ICBO较小，其影响可以忽略不计。综上所述：温度的变化将使Q点的位置发生变化，从而影响放大电路的正常工作。2022/11/11第3章220(2)温度每升高1oC，β2022/11/12第3章221

3.2.5射极偏置电路

(分压式电流负反馈偏置电路)由上分析可知，稳定工作点其实就是稳定晶体管的集电极电流IC。其稳定电路如图3.5.1所示。1.电路组成与要求

(1)组成：在放大电路的基极加一下偏置电阻Rb2；在发射极到地之间串联一个电阻R

e。［转24］2022/11/11第3章2213.2.5射极偏置电路2022/11/12第3章222［转27］2022/11/11第3章222［转27］2022/11/12第3章223(2)要求：要使放大电路具有稳定Q点功能，必须满足：

I1>>IB

(I1为流过Rb1、Rb2的直流电流)2.稳定过程因为I1>>IB，所以，晶体管的基极电位近似为：2022/11/11第3章223(2)要求：要使放大电路具2022/11/12第3章224当温度升高时，其稳定过程如下：从而保持IC基本不便，Q点基本稳定。

上述过程，实际上就是第七章要讲的负反馈过程。2022/11/11第3章224当温度升高时，其稳定过程如下2022/11/12第3章2253.实际情况在实际应用中，I1、VBE应满足下列要求：

I1

＝(5~10)IB(3.5.1)

VB＝(3~5)V

(3.5.2)2022/11/11第3章2253.实际情况2022/11/12第3章2264.例3.5.1试近似估算图3.5.1的Q点，并计算它的电压增益、输入电阻和输出电阻。解：(1)求静态工作点

因2022/11/11第3章2264.例3.5.1试近似2022/11/12第3章227所以

VCE＝VCC－ICRc－IERc≈VCC－IC(Rc＋Re)

(3.5.3)IB＝IC/β

利用上式可以分别求得Q点处的IC

、IB及VCE

。2022/11/11第3章227所以2022/11/12第3章228(2)求电压增益在计算之前，应首先画出放大电路的小信号(微变)等效电路,其过程：①画出放大电路的交流通路(画图(3.5.1)的交流通路)；图中Rb＝Rb1∥Rb2，R'L＝Rc∥RL。［转31］2022/11/11第3章228(2)求电压增益［转31］2022/11/12第3章2292022/11/11第3章2292022/11/12第3章230②画出放大电路的小信号(微变)等效电路(如图3.5.2所示)；③计算增益P104［转33］2022/11/11第3章230②画出放大电路的小信号(微2022/11/12第3章2312022/11/11第3章2312022/11/12第3章232(3)求输入、输出电阻①输入电阻计算，如图3.5.3所示；2022/11/11第3章232(3)求输入、输出电阻2022/11/12第3章2332022/11/11第3章2332022/11/12第3章234

由此可见，加入电阻Re之后，放大电路的输入电阻提高了。2022/11/11第3章234由此可见，加入电阻Re2022/11/12第3章235②输出电阻计算，如图3.5.4所示；先求出R'o，然后再与Rc并联,即可求得放大电路的输出电阻Ro.在基极回路和集电极回路里，根据KVL(回路电压定律)可得：2022/11/11第3章235②输出电阻计算，如图3.52022/11/12第3章2362022/11/11第3章2362022/11/12第3章2372022/11/11第3章2372022/11/12第3章2382022/11/11第3章2382022/11/12第3章239例如，当BJT的＝60，rce=100k

，rbe=1k

，

Re=2k

，Rs=0.5k

，Rb1=40kΩ，

Rb2=20kΩ，R's＝Rs//Rbl//Rb2=0.48kΩ，则由式(3.5.6)可算得R'o=100[1+60×2/(1+0.48+2)]kΩ=3.55MΩ可见R'o的数值是很大的。2022/11/11第3章239例如，当BJT的＝60，r2022/11/12第3章240由此例可知，当BJT的基极电位固定，并在射极电路里接一电阻Re，便可提高输出电阻，亦即提高电路的恒流特性。第6章所要讨论的微电流源，正是利用这一特点而构成的。书中的解法有些复杂，也可以这样解：2022/11/11第3章240由此例可知，当BJT的基极电2022/11/12第3章2412022/11/11第3章2412022/11/12第3章2423.6共集电极电路和共基极电路3.6.1共集电极电路(射极输出器)原理电路如图3.6.1(a)所示，交流通路如图3.6.1(b)所示。2022/11/11第3章2423.6共集电极电路和共基极2022/11/12第3章2432022/11/11第3章2432022/11/12第3章2442022/11/11第3章2442022/11/12第3章2451.电路分析(1)

求Q点根据图3.6.1(a)，在基极回路中，按电压方程式：VCC＝IBRb＋VBE＋VE式中VE＝IERe＝(1+β)IBRe，为晶体管发射极的直流电位。2022/11/11第3章2451.电路分析2022/11/12第3章246

此外，再有IC＝βIB及VCE＝VCC—ICRe可求出IC和VCE。2022/11/11第3章246此外，再有IC＝βIB及2022/11/12第3章247(2)电压增益小信号等效电路如图3.6.2所示。［转50］2022/11/11第3章247(2)电压增益［转50］2022/11/12第3章2482022/11/11第3章2482022/11/12第3章249将式(3.6.1)中的代入式(3.6.2)，得2022/11/11第3章249将式(3.6.1)中的2022/11/12第3章250一般，βR‘L>>rbe，故射极输出器的电压增益近似等于1，而略小于1。原因是：的关系，因此总是略小于。由于射极输出器的电压增益接近于1，且和同相位，因此，射极输出器由称为电压跟随器。2022/11/11第3章250一般，βR‘L>>rbe，2022/11/12第3章251

(3)输入电阻

如图3.6.3(a)所示。

由于2022/11/11第3章251(3)输入电阻

如图2022/11/12第3章252

有因β>>1及βR'L>>rbe，则

由此可见，射极输出器与共发射极放大电路相比，其输入电阻高得多。2022/11/11第3章252有因β>>1及βR'L2022/11/12第3章253(4)输出电阻

计算输出电阻的等效电路如图3.6.3(b)所示。按输出电阻定义式：在测试电压的作用下，相应的测试电流为：2022/11/11第3章253(4)输出电阻

计算输出2022/11/12第3章2542022/11/11第3章2542022/11/12第3章255上式中，(R's+rbe)／(1+β)为基极回路电阻(R's+rbe)折合到射极回路时的等效电阻。通常有Re>>(R's+rbe)／(1+β)及β>>1所以

R

o≈(R's+rbe)／β2022/11/11第3章255上式中，(R's+rbe)2022/11/12第3章256例如：当BJT的β＝50，rbe＝1kΩ，Rs=50Ω，Rb=l00kΩ，R's=Rs//Rb=50Ω时，算得Ro=21Ω。这个数值表明，电压跟随器的输出电阻是很低的，一般在几十欧到几百欧的范围内。为了降低输出电阻，应选用β较大的BJT。2022/11/11第3章256例如：2022/11/12第3章257(5)射极输出器的特点电压增益小于1而近似等于1，且输出电压与输入电压同相位；输入电阻高；输出电阻小低。该电路虽然无电压放大能力，但仍具有电流放大能力，所以该电路仍具有功率放大能力。2022/11/11第3章257(5)射极输出器的特点2022/11/12第3章2582.复合管及其用途

(1)复合管的构成

a.同类型管的复合如图3.6.4所示，为NPN型复合晶体管，以图(a)为例，复合管的β值和rbe计算如下：［转61］2022/11/11第3章2582.复合管及其用途［转612022/11/12第3章2592022/11/11第3章2592022/11/12第3章260

rbe＝rbe1＋(1+β1)rbe2≈rbe1＋β1rbe2PNP型复合晶体管如图3.6.4’所示(下页)2022/11/11第3章260rbe＝rbe1＋(1+β2022/11/12第3章2612022/11/11第3章2612022/11/12第3章262b.不同类型管的复合(互补型复合管)如图3.6.5所示，以图(a)为例，复合管的β值和rbe计算如下：rbe＝rbe1

［转65］2022/11/11第3章262b.不同类型管的复合(互补2022/11/12第3章2632022/11/11第3章2632022/11/12第3章264(2)复合管的构成原则

a.把两只管子构成一只复合管，必须保证每一只管子的电流都能顺着各管的正常电流方向流动，否则，构成的复合管是错误的。2022/11/11第3章264(2)复合管的构成原则

a2022/11/12第3章265b.向内流的复合管为NPN型复合管，向外流的复合管为PNP型复合管；的流向由T1的决定，即复合管的导电极性取决于第一只管子。c.复合管的β≈β1β2；d.同类型复合管,rbe≈rbe1＋β1rbe2；互补型复合管，rbe＝rbe12022/11/11第3章265b.向内流的复合管为NP2022/11/12第3章266(3)复合管的用途a.可以提高单管的输入电阻(同类型复合管)。b.解决大功率管的配对难的问题。c.解决大功率管β值小的问题。一般大功率晶体管的β值都比较小，在要求工作电流较大的场合(电源调整管)，必须使Ib较大，但Ib只有μA数量级，这时必须采用复合管。2022/11/11第3章266(3)复合管的用途2022/11/12第3章267复合管因其等效电流放大系数很高，等效输入电阻亦很高，特别是当它制成集成器件时，使用方便而受到拥护的欢迎。复合管又称为达林顿管。2022/11/11第3章267复合管因其等效电流放大系数很2022/11/12第3章2683射极跟随器(电压跟随器)的用途

a.

输入级：减小放大电路对信号源(或前级)索取信号电流；

b.

中间变换级：实现前后级的阻抗匹配；

c.

输出级：提高放大电路的带负载能力。2022/11/11第3章2683射极跟随器(电压跟随器)2022/11/12第3章269

3.6.2共基极放大电路如图3.6.6(a)所示(分析图中原件及其作用)。图(b)为其交流通路。1.求Q点画出直流通路如图3.6.7所示，同于前述的分压式电流负反馈偏置电路。［转74］2022/11/11第3章2693.6.2共基极放大电路2022/11/12第3章2702022/11/11第3章2702022/11/12第3章2712022/11/11第3章2712022/11/12第3章2722022/11/11第3章2722022/11/12第3章2732.求电压增益、输入电阻、输出电阻(P112)

画出微变(小信号)等效电路如图3.6.8所示。a.电压放大倍数［转76］2022/11/11第3章2732.求电压增益、输入电阻、输2022/11/12第3章2742022/11/11第3章2742022/11/12第3章275由式(3.6.8.)可以看出，共基极放大电路与共发射极放大电路的电压放大倍数相比，大小相等，只差一个负号，共基极放大电路是一个同相放大电路。2022/11/11第3章275由式(3.6.8.)可以2022/11/12第3章276

b.输入电阻

根据图3.6.8所示，2022/11/11第3章276b.输入电阻

根据图32022/11/12第3章2772022/11/11第3章2772022/11/12第3章278c.输出电阻根据图3.6.8所示，Ro＝rcb∥Rc，由于rcb是晶体管集电极到基极的交流电阻，而集电结又是反偏的，所以rcb>>Rc，故Ro

＝rcb∥Rc≈Rc2022/11/11第3章278c.输出电阻2022/11/12第3章279综上所述：共基极放大电路电压放大倍数大(大小与共发射极放大电路相同)，输出电压与输入电压同相位；输入电阻小；输出电阻与共发射极放大电路相同；无电流放大能力(α＝Ic/Ie≈1)。2022/11/11第3章279综上所述：共基极放大电路电压2022/11/12第3章2803.6.3三种基本组态的性能比较如表3.6.1所示。(P114~115)2022/11/11第3章2803.6.3三种基本组态的性2022/11/12第3章2812022/11/11第3章2812022/11/12第3章2822022/11/11第3章2822022/11/12第3章2833.7放大电路的频率响应3.7.1单节RC电路的频率响应1.

RC低通电路的频率响应RC低通电路有一个电阻和一个电容构成，如图3.7.1所示。2022/11/11第3章2833.7放大电路的频率响应32022/11/12第3章2842022/11/11第3章2842022/11/12第3章285(1)高频响应如式(3.7.1)所示(推导该式)，式(3.7.1)中的s为复变量，s＝jω=j2πf

，高频电压增益为：2022/11/11第3章285(1)高频响应2022/11/12第3章286上式的幅值AVH和相角分别为：a.幅频特性(响应)①当f<<fH时2022/11/11第3章286上式的幅值AVH和相角分2022/11/12第3章287用分贝(dB)表示则为20lgAVH≈20lg1＝0dB这是一条与横轴平行的零分贝线，如图3.7.2(a)所示。②当f>>f

H时［转91］2022/11/11第3章287用分贝(dB)表示则为［转92022/11/12第3章288［转91］2022/11/11第3章288［转91］2022/11/12第3章289［转95］2022/11/11第3章289［转95］2022/11/12第3章290用分贝(dB)表示则为20lgAVH≈20lgfH／f这是一条斜率为－20dB/十倍频程的斜线，如图3.7.2(a)所示。由上两条直线构成的折线，是近似的幅频特性。图中f

H对应于两条直线的交点，称之为转折频率。2022/11/11第3章290用分贝(dB)表示则为2022/11/12第3章291又有式(3.7.4)可知，当f=f

H时，即在fH处，电压放大倍数下降到中频区时的1/

(即0.707)倍，故fH

又是放大电路的上限频率。2022/11/11第3章291又有式(3.7.4)可知，当2022/11/12第3章292b.相频特性(响应)如图3.7.2(b)所示①f<<fH时，→0o，得一条＝0o的直线。此时，的相位差等于零。②f>>fH时，→－90o，得一条＝－90o的直线。此时，的相位差等于－90o。2022/11/11第3章292b.相频特性(响应)2022/11/12第3章293③

f

＝fH时，＝－45o。由上三点分析可知，在0.1fH~10fH之间，为一条斜率为－45o/十倍频程的直线。如图3.7.2(b)所示。2022/11/11第3章293③f＝fH时，＝－42022/11/12第3章2942.

RC高通电路的频率响应RC高通电路如图3.7.3所示。2022/11/11第3章2942.RC高通电路的频率响应2022/11/12第3章295由上式可得低频区电压增益的幅值AVL

和相角分别为如图(3.7.4)所示，图(a)为其幅频响应2022/11/11第3章295由上式可得低频区电压增益的幅2022/11/12第3章296a.幅频特性(响应)①当f>>fL时用分贝(dB)表示则为20lgAVH≈20lg1＝0dB这是一条与横轴平行的零分贝线，如图(3.7.4)(a)所示；［转99］2022/11/11第3章296a.幅频特性(响应)用分贝2022/11/12第3章2972022/11/11第3章2972022/11/12第3章298②当f<<f

L时用分贝(dB)表示则为20lgAVH≈20lgf/fL这是一条斜率为20dB/十倍频程的斜线，如图3.7.4(a)所示。由上两条直线构成的折线，是近似的幅频特性。2022/11/11第3章298②当f<<fL时用分2022/11/12第3章299图中f

L对应于两条直线的交点，称之为转折频率。又有式(3.7.9)可知，当f=f

L时，即在fL处，电压放大倍数下降到中频区时的1/

(即0.707)倍，故fL又是放大电路的下限频率。2022/11/11第3章299图中fL对应于两条直线的交2022/11/12第3章2100b.相频特性(响应)如图3.7.4(b)所示①f>>fL时，→0o，得一条＝0o的直线。此时，的相位差等于零。②f<<fL时，→90o，得一条＝90o的直线。此时，的相位差等于90o。2022/11/11第3章2100b.相频特性(响应)2022/11/12第3章2101③f

＝fL时，＝45o。由上三点分析可知，在0.1fH~10fH之间，为一条斜率为－45o/十倍频程的直线。如图3.7.4(b)所示。2022/11/11第3章2101③f＝fL时，＝42022/11/12第3章21022022/11/11第3章21022022/11/12第3章21033.7.2单级放大电路的频率特性(响应)1.

BJT的小信号建模(1)模型的引出如图3.7.5(a)所示。(了解等效电路中的各元件)。2022/11/11第3章21033.7.2单级放大电路的2022/11/12第3章21042022/11/11第3章21042022/11/12第3章2105rbb'：基区的体电阻，通常约为50~300Ω；rb'e：为发射结的小信号交流电阻，实际值约为几十Ω；Cb'e：为发射结结电容，小功率管约为几十~几百pF；rb'c：集电结小信号时的交流电阻，此值一般约为100kΩ~10MΩ；2022/11/11第3章2105rbb'：基区的体电阻，通2022/11/12第3章2106Cb'c：为集电结结电容，约为2~10pF；gm

：受控电流源，iC受控于。在高频的情况下，rb‘c的数值很大，与Cb’c并联时可以忽略不记；而rce与负载并联，而rce>>RL，rce也可以忽略不记，这样可得到图3.7.5(a)的简化模型，如图3.7.5(b)所示。图3.7.5(b)又称为混合π型高频小信号模型。2022/11/11第3章2106Cb'c：为集电结结电容，2022/11/12第3章21072022/11/11第3章21072022/11/12第3章2108(2)参数的获得a.

rbe＝rbb'+rb'e、

rb'e＝(1+β0)VT／IE，(β0由β来，这里主要是加以区别)b.

gm---称为互导(跨导)c.结电容Cb'c、Cb'e。

Cb‘c，就是手册中的Cob。Cb’e可用(3.7.17)式求得。Cb‘c＝gm／2πfT(3.7.17)2022/11/11第3章2108(2)参数的获得2022/11/12第3章2109

(3)

BJT的频率参数如图(3.7.7)'所示。2022/11/11第3章2109(3)BJT的频率参数2022/11/12第3章2110a.共发射极截止频率fβfβ

：表示晶体管共发射极联接时，β值随频率增加而发生变化，当β值下降到中频区的1/时所对应的频率，即为共发射极截止频率fβ

。b.特征频率f

Tf

T：β值下降到1(0dB)时所对应的频率,称为晶体管的特征频率f

T

。2022/11/11第3章2110a.共发射极截止频率fβ2022/11/12第3章2111

2.共发射极放大电路的频率特性

共发射极放大电路的幅频特性如图所示。(1)中频特性(响应)在中频区，放大电路中的耦合电容对交流信号可视为短路，晶体管的极间电容对交流信号可视为开路，其放大倍数(增益)是一个常数，此时：AVm＝－βR'L/Ri

＝－βR'L/rbe［转114］2022/11/11第3章21112.共发射极放大电路的2022/11/12第3章21122022/11/11第3章21122022/11/12第3章2113(2)高频特性(响应)在高频区，放大电路中的耦合电容对交流信号仍可视为短路，晶体管的极间电容对交流信号不可视为开路，极间电容对交流信号具有削弱作用，使其放大倍数(增益)随着频率的增加而降低。上限频率fH：当放大电路的放大倍数下降到中频区的1／(0.707)倍时所对应的高端频率，称为放大电路的上限频率fH。2022/11/11第3章2113(2)高频特性(响应)2022/11/12第3章2114(3)低频特性(响应)在低频区，晶体管的极间电容对交流信号可视为开路，而放大电路中的耦合电容对交流信号不可视为短路，耦合电容对交流信号具有削弱作用，使其放大倍数(增益)随着频率的减小而降低。下限频率

fL：当放大电路的放大倍数下降到中频区的1／(0.707)倍时所对应的低端频率，称为放大电路的下限频率fL

。2022/11/11第3章2114(3)低频特性(响应)2022/11/12第3章2115(4)放大电路的通频带BWBW＝fH－fL≈fH2022/11/11第3章2115(4)放大电路的通频带B2022/11/12第3章2116

3.7.3多级放大电路的频率特性(响应)(3.7.4)多级放大电路的总增益为：因为幅频特性随着级数的增加而使通频带BW变窄(如下页图所示)；相位移增加(略)。2022/11/11第3章21163.7.3多级放大电路2022/11/12第3章21172022/11/11第3章21172022/11/12第3章2118第三章作业：P140~150：3.1.1、3.1.2、3.1.3、3.2.1、3.2.2、3.3.6、3.4.1、3.4.2、3.4.3、3.4.4、3.4.5、3.5.3、

3.7.1。

2022/11/11第3章2118第三章作业：P140~152022/11/12第3章21192022/11/11第3章212022/11/12第3章21202022/11/11第3章222022/11/12第3章21212022/11/11第3章232022/11/12第3章2122(3)标出图中电压、电流的正方向。如图3.4.4(b)所示。2.求电压增益由图可以看出，2022/11/11第3章24(3)标出图中电压、电流的正2022/11/12第3章2123式中R’L=Rc//RL所以：2022/11/11第3章25式中R’L=Rc//2022/11/12第3章2124例3.4.1如图3.4.4a的电路，若BJT为3DG6，已知在Q点上的β=40，计算电压增益。

解：(1)确定Q点因已知β，故可用简单计算法确定Q点：2022/11/11第3章26例3.4.1如图3.4.42022/11/12第3章2125IE≈IC＝βIB＝40×40μA＝1.6mA

VCE＝VCC－ICRc＝12V－1.6mA×4k＝5.6V(2)求r

be，利用式(3.4.6b)，得:2022/11/11第3章27IE≈IC＝βIB＝40×2022/11/12第3章2126(3)求利用式(3.4.7)，得2022/11/11第3章28(3)求利用式(3.42022/11/12第3章21273.输入、输出电阻的计算输入电阻计算由图(3.4.5)所示，［转12］2022/11/11第3章293.输入、输出电阻的计算［转2022/11/12第3章21282022/11/11第3章2102022/11/12第3章2129由于Rb>>rbe，所以，Ri≈rbe。按图3.4.4(a)所给数据，可得：

Ri＝Rb∥rbe＝300kΩ∥0.866kΩ≈0.866kΩ2022/11/11第3章211由于Rb>>rbe，所以，R2022/11/12第3章2130(2)输出电阻的计算如图3.4.6所示，根据输出电阻的定义式，当测试电压加在放大电路的输出端时，由于cJ处于反向偏置，故Ib＝0，所以Ic＝0,得：［转15］2022/11/11第3章212(2)输出电阻的计算［转12022/11/12第3章21312022/11/11第3章2132022/11/12第3章2132因已知Rc＝4kΩ，故Ro＝4kΩ。2022/11/11第3章214因已知Rc＝4kΩ，故Ro＝2022/11/12第3章2133讨论：(P100)对于放大电路来说，一般要求输入电阻高一些，特别是在信号源内阻Rs较大的场合，作为放大电路输入级来说有为重要；对于输出级来说，则往往需要输出电阻Ro越小越好，从而可以提高放大电路的带负载能力。在分析、设计放大电路时，应全面的加以考虑。2022/11/11第3章215讨论：(P100)2022/11/12第3章21344.两种分析方法的比较①图解分析法可用来分析放大电路的静态、动态，主要用于静态分析，可以很方便、直观的设计Q点；②当输入的交流信号幅度较小或晶体管基本工作在线性区时，应用小信号模型(微变等效电路)。③当输入的交流信号幅度较大，晶体管工作区延伸到非线性区时，应采用图解分析法。2022/11/11第3章2164.两种分析方法的比较2022/11/12第3章21353.5放大电路工作点的稳定如前所述的固定偏置电路，当基极偏置电阻Rb确定以后，Q点已经确定，只要Rb选择合适，即可获得合适的Q点。但是，当更换晶体管或是环境温度发生变化引起管子参数变化时，Q点的位置将引起变化，甚至使Q点移到不合适的位置而使放大电路无法正常工作。2022/11/11第3章2173.5放大电路工作点的稳定2022/11/12第3章2136为使在更换晶体管或是温度变化引起管子参数变化时，不影响放大电路正常工作(即使Q点的位置基本不变)，必须设计能自动调整工作点的偏置电路。2022/11/11第3章218为使在更换晶体管或是温度变化2022/11/12第3章2137

3.5.1温度对工作点的影响1.温度对晶体管参数的影响(观看教学课件：温度对晶体管V－I特性的影响)当温度升高时，晶体管的参数将发生下列变化：(1)

VBE的温度系数为：－(2~2.5)mV／oC。VBE的减小通过IB使Q点的位置上移(此处VBE的减小是指eJ实际所需的工作电压减小)。2022/11/11第3章2193.5.1温度对工作点的2022/11/12第3章2138(2)

温度每升高1oC，β值将增加0.5%~1.0%左右。β值的增大使输出特性曲线的间隔变宽，Q点的位置上移。(3)温度每升高10oC，ICBO增大约一倍(即ICEO增大约一倍)。从而使IC升高，Q点的位置上移。但因为ICBO较小，其影响可以忽略不计。综上所述：温度的变化将使Q点的位置发生变化，从而影响放大电路的正常工作。2022/11/11第3章220(2)温度每升高1oC，β2022/11/12第3章2139

3.2.5射极偏置电路

(分压式电流负反馈偏置电路)由上分析可知，稳定工作点其实就是稳定晶体管的集电极电流IC。其稳定电路如图3.5.1所示。1.电路组成与要求

(1)组成：在放大电路的基极加一下偏置电阻Rb2；在发射极到地之间串联一个电阻R

e。［转24］2022/11/11第3章2213.2.5射极偏置电路2022/11/12第3章2140［转27］2022/11/11第3章222［转27］2022/11/12第3章2141(2)要求：要使放大电路具有稳定Q点功能，必须满足：

I1>>IB

(I1为流过Rb1、Rb2的直流电流)2.稳定过程因为I1>>IB，所以，晶体管的基极电位近似为：2022/11/11第3章223(2)要求：要使放大电路具2022/11/12第3章2142当温度升高时，其稳定过程如下：从而保持IC基本不便，Q点基本稳定。

上述过程，实际上就是第七章要讲的负反馈过程。2022/11/11第3章224当温度升高时，其稳定过程如下2022/11/12第3章21433.实际情况在实际应用中，I1、VBE应满足下列要求：

I1

＝(5~10)IB(3.5.1)

VB＝(3~5)V

(3.5.2)2022/11/11第3章2253.实际情况2022/11/12第3章21444.例3.5.1试近似估算图3.5.1的Q点，并计算它的电压增益、输入电阻和输出电阻。解：(1)求静态工作点

因2022/11/11第3章2264.例3.5.1试近似2022/11/12第3章2145所以

VCE＝VCC－ICRc－IERc≈VCC－IC(Rc＋Re)

(3.5.3)IB＝IC/β

利用上式可以分别求得Q点处的IC

、IB及VCE

。2022/11/11第3章227所以2022/11/12第3章2146(2)求电压增益在计算之前，应首先画出放大电路的小信号(微变)等效电路,其过程：①画出放大电路的交流通路(画图(3.5.1)的交流通路)；图中Rb＝Rb1∥Rb2，R'L＝Rc∥RL。［转31］2022/11/11第3章228(2)求电压增益［转31］2022/11/12第3章21472022/11/11第3章2292022/11/12第3章2148②画出放大电路的小信号(微变)等效电路(如图3.5.2所示)；③计算增益P104［转33］2022/11/11第3章230②画出放大电路的小信号(微2022/11/12第3章21492022/11/11第3章2312022/11/12第3章2150(3)求输入、输出电阻①输入电阻计算，如图3.5.3所示；2022/11/11第3章232(3)求输入、输出电阻2022/11/12第3章21512022/11/11第3章2332022/11/12第3章2152

由此可见，加入电阻Re之后，放大电路的输入电阻提高了。2022/11/11第3章234由此可见，加入电阻Re2022/11/12第3章2153②输出电阻计算，如图3.5.4所示；先求出R'o，然后再与Rc并联,即可求得放大电路的输出电阻Ro.在基极回路和集电极回路里，根据KVL(回路电压定律)可得：2022/11/11第3章235②输出电阻计算，如图3.52022/11/12第3章21542022/11/11第3章2362022/11/12第3章21552022/11/11第3章2372022/11/12第3章21562022/11/11第3章2382022/11/12第3章2157例如，当BJT的＝60，rce=100k

，rbe=1k

，

Re=2k

，Rs=0.5k

，Rb1=40kΩ，

Rb2=20kΩ，R's＝Rs//Rbl//Rb2=0.48kΩ，则由式(3.5.6)可算得R'o=100[1+60×2/(1+0.48+2)]kΩ=3.55MΩ可见R'o的数值是很大的。2022/11/11第3章239例如，当BJT的＝60，r2022/11/12第3章2158由此例可知，当BJT的基极电位固定，并在射极电路里接一电阻Re，便可提高输出电阻，亦即提高电路的恒流特性。第6章所要讨论的微电流源，正是利用这一特点而构成的。书中的解法有些复杂，也可以这样解：2022/11/11第3章240由此例可知，当BJT的基极电2022/11/12第3章21592022/11/11第3章2412022/11/12第3章21603.6共集电极电路和共基极电路3.6.1共集电极电路(射极输出器)原理电路如图3.6.1(a)所示，交流通路如图3.6.1(b)所示。2022/11/11第3章2423.6共集电极电路和共基极2022/11/12第3章21612022/11/11第3章2432022/11/12第3章21622022/11/11第3章2442022/11/12第3章21631.电路分析(1)

求Q点根据图3.6.1(a)，在基极回路中，按电压方程式：VCC＝IBRb＋VBE＋VE式中VE＝IERe＝(1+β)IBRe，为晶体管发射极的直流电位。2022/11/11第3章2451.电路分析2022/11/12第3章2164

此外，再有IC＝βIB及VCE＝VCC—ICRe可求出IC和VCE。2022/11/11第3章246此外，再有IC＝βIB及2022/11/12第3章2165(2)电压增益小信号等效电路如图3.6.2所示。［转50］2022/11/11第3章247(2)电压增益［转50］2022/11/12第3章21662022/11/11第3章2482022/11/12第3章2167将式(3.6.1)中的代入式(3.6.2)，得2022/11/11第3章249将式(3.6.1)中的2022/11/12第3章2168一般，βR‘L>>rbe，故射极输出器的电压增益近似等于1，而略小于1。原因是：的关系，因此总是略小于。由于射极输出器的电压增益接近于1，且和同相位，因此，射极输出器由称为电压跟随器。2022/11/11第3章250一般，βR‘L>>rbe，2022/11/12第3章2169

(3)输入电阻

如图3.6.3(a)所示。

由于2022/11/11第3章251(3)输入电阻

如图2022/11/12第3章2170

有因β>>1及βR'L>>rbe，则

由此可见，射极输出器与共发射极放大电路相比，其输入电阻高得多。2022/11/11第3章252有因β>>1及βR'L2022/11/12第3章2171(4)输出电阻

计算输出电阻的等效电路如图3.6.3(b)所示。按输出电阻定义式：在测试电压的作用下，相应的测试电流为：2022/11/11第3章253(4)输出电阻

计算输出2022/11/12第3章21722022/11/11第3章2542022/11/12第3章2173上式中，(R's+rbe)／(1+β)为基极回路电阻(R's+rbe)折合到射极回路时的等效电阻。通常有Re>>(R's+rbe)／(1+β)及β>>1所以

R

o≈(R's+rbe)／β2022/11/11第3章255上式中，(R's+rbe)2022/11/12第3章2174例如：当BJT的β＝50，rbe＝1kΩ，Rs=50Ω，Rb=l00kΩ，R's=Rs//Rb=50Ω时，算得Ro=21Ω。这个数值表明，电压跟随器的输出电阻是很低的，一般在几十欧到几百欧的范围内。为了降低输出电阻，应选用β较大的BJT。2022/11/11第3章256例如：2022/11/12第3章2175(5)射极输出器的特点电压增益小于1而近似等于1，且输出电压与输入电压同相位；输入电阻高；输出电阻小低。该电路虽然无电压放大能力，但仍具有电流放大能力，所以该电路仍具有功率放大能力。2022/11/11第3章257(5)射极输出器的特点2022/11/12第3章21762.复合管及其用途

(1)复合管的构成

a.同类型管的复合如图3.6.4所示，为NPN型复合晶体管，以图(a)为例，复合管的β值和rbe计算如下：［转61］2022/11/11第3章2582.复合管及其用途［转612022/11/12第3章21772022/11/11第3章2592022/11/12第3章2178

rbe＝rbe1＋(1+β1)rbe2≈rbe1＋β1rbe2PNP型复合晶体管如图3.6.4’所示(下页)2022/11/11第3章260rbe＝rbe1＋(1+β2022/11/12第3章21792022/11/11第3章2612022/11/12第3章2180b.不同类型管的复合(互补型复合管)如图3.6.5所示，以图(a)为例，复合管的β值和rbe计算如下：rbe＝rbe1

［转65］2022/11/11第3章262b.不同类型管的复合(互补2022/11/12第3章21812022/11/11第3章2632022/11/12第3章2182(2)复合管的构成原则

a.把两只管子构成一只复合管，必须保证每一只管子的电流都能顺着各管的正常电流方向流动，否则，构成的复合管是错误的。2022/11/11第3章264(2)复合管的构成原则

a2022/11/12第3章2183b.向内流的复合管为NPN型复合管，向外流的复合管为PNP型复合管；的流向由T1的决定，即复合管的导电极性取决于第一只管子。c.复合管的β≈β1β2；d.同类型复合管,rbe≈rbe1＋β1rbe2；互补型复合管，rbe＝rbe12022/11/11第3章265b.向内流的复合管为NP2022/11/12第3章2184(3)复合管的用途a.可以提高单管的输入电阻(同类型复合管)。b.解决大功率管的配对难的问题。c.解决大功率管β值小的问题。一般大功率晶体管的β值都比较小，在要求工作电流较大的场合(电源调整管)，必须使Ib较大，但Ib只有μA数量级，这时必须采用复合管。2022/11/11第3章266(3)复合管的用途2022/11/12第3章2185复合管因其等效电流放大系数很高，等效输入电阻亦很高，特别是当它制成集成器件时，使用方便而受到拥护的欢迎。复合管又称为达林顿管。2022/11/11第3章267复合管因其等效电流放大系数很2022/11/12第3章21863射极跟随器(电压跟随器)的用途

a.

输入级：减小放大电路对信号源(或前级)索取信号电流；

b.

中间变换级：实现前后级的阻抗匹配；

c.

输出级：提高放大电路的带负载能力。2022/11/11第3章2683射极跟随器(电压跟随器)2022/11/12第3章2187

3.6.2共基极放大电路如图3.6.6(a)所示(分析图中原件及其作用)。图(b)为其交流通路。1.求Q点画出直流通路如图3.6.7所示，同于前述的分压式电流负反馈偏置电路。［转74］2022/11/11第3章2693.6.2共基极放大电路2022/11/12第3章21882022/11/11第3章2702022/11/12第3章21892022/11/11第3章2712022/11/12第3章21902022/11/11第3章2722022/11/12第3章21912.求电压增益、输入电阻、输出电阻(P112)

画出微变(小信号)等效电路如图3.6.8所示。a.电压放大倍数［转76］2022/11/11第3章2732.求电压增益、输入电阻、输2022/11/12第3章21922022/11/11第3章2742022/11/12第3章2193由式(3.6.8.)可以看出，共基极放大电路与共发射极放大电路的电压放大倍数相比，大小相等，只差一个负号，共基极放大电路是一个同相放大电路。2022/11/11第3章275由式(3.6.8.)可以2022/11/12第3章2194

b.输入电阻

根据图3.6.8所示，2022/11/11第3章276b.输入电阻

根据图32022/11/12第3章21952022/11/11第3章2772022/11/12第3章2196c.输出电阻根据图3.6.8所示，Ro＝rcb∥Rc，由于rcb是晶体管集电极到基极的交流电阻，而集电结又是反偏的，所以rcb>>Rc，故Ro

＝rcb∥Rc≈Rc2022/11/11第3章278c.输出电阻2022/11/12第3章2197综上所述：共基极放大电路电压放大倍数大(大小与共发射极放大电路相同)，输出电压与输入电压同相位；输入电阻小；输出电阻与共发射极放大电路相同；无电流放大能力(α＝Ic/Ie≈1)。2022/11/11第3章279综上所述：共基极放大电路电压2022/11/12第3章21983.6.3三种基本组态的性能比较如表3.6.1所示。(P114~115)2022/11/11第3章2803.6.3三种基本组态的性2022/11/12第3章21992022/11/11第3章2812022/11/12第3章22002022/11/11第3章2822022/11/12第3章22013.7放大电路的频率响应3.7.1单节RC电路的频率响应1.

RC低通电路的频率响应RC低通电路有一个电阻和一个电容构成，如图3.7.1所示。2022/11/11第3章2833.7放大电路的频率响应32022/11/12第3章22022022/11/11第3章2842022/11/12第3章2203(1)高频响应如式(3.7.1)所示(推导该式)，式(3.7.1)中的s为复变量，s＝jω=j2πf

，高频电压增益为：2022/11/11第3章285(1)高频响应2022/11/12第3章2204上式的幅值AVH和相角分别为：a.幅频特性(响应)①当f<<fH时2022/11/11第3章286上式的幅值AVH和相角分2022/11/12第3章2205用分贝(dB)表示则为20lgAVH≈20lg1＝0dB这是一条与横轴平行的零分贝线，如图3.7.2(a)所示。②当f>>f

H时［转91］2022/11/11第3章287用分贝(dB)表示则为［转92022/11/12第3章2206［转91］2022/11/11第3章288［转91］2022/11/12第3章2207［转95］2022/11/11第3章289［转95］2022/11/12第3章2208用分贝(dB)表示则为20lgAVH≈20lgfH／f这是一条斜率为－20dB/十倍频程的斜线，如图3.7.2(a)所示。由上两条直线构成的折线，是近似的幅频特性。图中f

H对应于两条直线的交点，称之为转折频率。2022/11/11第3章290用分贝(dB)表示则为2022/11/12第3章2209又有式(3.7.4)可知，当f=f

H时，即在fH处，电压放大倍数下降到中频区时的1/

(即0.707)倍，故fH

又是放大电路的上限频率。2022/11/11第3章291又有式(3.7.4)可知，当2022/11/12第3章2210b.相频特性(响应)如图3.7.2(b)所示①f<<fH时，→0o，得一条＝0o的直线。此时，的相位差等于零。②f>>fH时，→－90o，得一条＝－90o的直线。此时，的相位差等于－90o。2022/11/11第3章292b.相频特性(响应)2022/11/12第3章2211③

f

＝fH时，＝－45o。由上三点分析可知，在0.1fH~10fH之间，为一条斜率为－45o/十倍频程的直线。如图3.7.2(b)所示。2022/11/11第3章293③f＝fH时，＝－42022/11/12第3章22122.

RC高通电路的频率响应RC高通电路如图3.7.3所示。2022/11/11第3章2942.RC高通电路的频率响应2022/11/12第3章2213由上式可得低频区电压增益的幅值AVL

和相角分别为如图(3.7.4)所示，图(a)为其幅频响应2022/11/11第3章295由上式可得低频区电压增益的幅2022/11/12第3章2214a.幅频特性(响应)①当f>>fL时用分贝(dB)表示则为20lgAVH≈20lg1＝0dB这是一条与横轴平行的零分贝线，如图(3.7.4)(a)所示；［转99］2022/11/11第3章296a.幅频特性(响应)用分贝2022/11/12第3章22152022/11/11第3章2972022/11/12第3章2216②当f<<f

L时用分贝(dB)表示则为20lgAVH≈20lgf/fL这是一条斜率为20dB/十倍频程的斜线，如图3.7.4(a)所示。由上两条直线构成的折线，是近似的幅频特性。2022/11/11第3章298②当f<<fL时用分2022/11/12第3章2217图中f

L对应于两条直线的交点，称之为转折频率。又有式(3.7.9)可知，当f=f

L时，即在fL处，电压放大倍数下降到中频区时的1/

(即0.707)倍，故fL又是放大电路的下限频率。2022/11/11第3章299图中fL对应于两条直线的交20