模拟电子技术教学课件

2.1集成电路运算放大器2运算放大器2.2理想运算放大器2.3基本线性运放电路2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用模电12.1集成电路运算放大器1.集成电路运算放大器的内部组成单元图2.1.1集成运算放大器的内部结构框图22.1集成电路运算放大器1.集成电路运算放大器的内部组成单元图2.1.2运算放大器的代表符号（a）国家标准规定的符号（b）国内外常用符号32.运算放大器的电路模型图2.1.3运算放大器的电路模型通常：开环电压增益Avo的≥105（很高）输入电阻ri≥106Ω（很大）输出电阻ro≤100Ω（很小）

vO＝Avo(vP－vN)（V－＜vO＜V＋）

注意输入输出的相位关系42.运算放大器的电路模型当Avo(vP－vN)≥V＋时

vO＝

V＋

当Avo(vP－vN)≤

V-时

vO＝

V-电压传输特性

vO＝

f

(vP－vN)线性范围内vO＝Avo(vP－vN)Avo——斜率end52.2理想运算放大器1.

vO的饱和极限值等于运放的电源电压V＋和V－

2.运放的开环电压增益很高

若（vP－vN）＞0

则vO=+Vom=V＋

若（vP－vN）＜0

则vO=–Vom=V－

3.若V－<vO<V＋

则（vP－vN）0

4.输入电阻ri的阻值很高

使iP≈0、iN≈0

5.输出电阻很小，ro

≈0理想：ri≈∞

ro≈0

Avo→∞vO＝Avo(vN－vP)图2.2.1运放的简化电路模型end62.3基本线性运放电路2.3.1同相放大电路2.3.2反相放大电路72.3.1同相放大电路（a）电路图（b）小信号电路模型图2.3.1同相放大电路1.基本电路

82.3.1同相放大电路2.负反馈的基本概念开环闭环反馈：将放大电路输出量，通过某种方式送回到输入回路的过程。瞬时电位变化极性——某时刻电位的斜率电路有vo

＝Avo(vp－vn)引入反馈后vn0，vp(vi)不变→

(vp－vn)↓→

vo↓使输出减小了，增益Av＝vo/vi下降了，这时的反馈称为负反馈。92.3.1同相放大电路3.虚假短路

图中输出通过负反馈的作用，使vn自动地跟踪vp，即vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0。这种现象称为虚假短路，简称虚短。

由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的ip＝-in＝(vp－vn)/ri≈0，这种现象称为虚断。

由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念，是分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌握。102.3.1同相放大电路4.几项技术指标的近似计算（1）电压增益Av

根据虚短和虚断的概念有

vp≈vn，ip＝-in＝0所以（可作为公式直接使用）112.3.1同相放大电路4.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri

输入电阻定义根据虚短和虚断有

vi＝vp，ii＝ip≈0所以（3）输出电阻Ro

Ro→0122.3.1同相放大电路5.电压跟随器根据虚短和虚断有vo＝vn≈vp＝vi（可作为公式直接使用）13电压跟随器的作用无电压跟随器时负载上得到的电压电压跟随器时ip≈0，vp＝vs根据虚短和虚断有vo＝vn≈vp＝vs142.3.2反相放大电路（a）电路图（b）由虚短引出虚地vn≈0

图2.3.5反相放大电路1.基本电路

152.几项技术指标的近似计算（1）电压增益Av

根据虚短和虚断的概念有

vn≈

vp＝

0

，ii＝0所以i1＝i2

即（可作为公式直接使用）2.3.2反相放大电路162.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri

（3）输出电阻Ro

Ro→02.3.2反相放大电路17当R2>>R3时，（1）试证明VS＝(R3R1/R2)IM

解:（1）根据虚断有II

=0所以I2

=IS

=VS

/

R1

例2.3.3直流毫伏表电路（2）R1＝R2＝150k，R3＝1k，输入信号电压VS＝100mV时，通过毫伏表的最大电流IM(max)＝？又根据虚短有VP

=

VN

=0R2和R3相当于并联，所以–I2R2

=R3(I2-IM)所以当R2>>R3时，VS＝(R3R1/R2)IM

（2）代入数据计算即可end182.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用2.4.1求差电路2.4.2仪用放大器2.4.3求和电路2.4.4积分电路和微分电路192.4.1求差电路从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。当则若继续有则根据虚短、虚断和n、p点的KCL得：202.4.1求差电路从放大器角度看时，增益为（该电路也称为差分电路或减法电路）212.4.1求差电路一种高输入电阻的差分电路222.4.2仪用放大器232.4.3求和电路根据虚短、虚断和n点的KCL得：若则有（该电路也称为加法电路）242.4.4积分电路和微分电路1.积分电路式中，负号表示vO与vI在相位上是相反的。根据“虚短”，得根据“虚断”，得因此电容器被充电，其充电电流为设电容器C的初始电压为零，则（积分运算）252.4.4积分电路和微分电路当vI为阶跃电压时，有vO与t成线性关系1.积分电路262.4.4积分电路和微分电路2.微分电路end27第三章半导体二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识3.3半导体二极管3.4二极管基本电路及其分析方法3.5特殊二极管3.2PN结的形成及特性283.1半导体的基本知识

3.1.1

半导体材料

3.1.2

半导体的共价键结构

3.1.3

本征半导体

3.1.4

杂质半导体29导体(conductor)：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体(semiconductor)：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体(insulator)：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，典型的有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs和一些硫化物、氧化物等。3.1.1半导体的材料30半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：

当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。

往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。3.1.1半导体的材料31GeSi3.1.1半导体的材料323.1.2半导体的共价键结构硅晶体的空间排列原子结构简化模型333.1.2半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构T=0K和没有外界激发时，共价键内的电子被束缚，不能成为载流子；常温下，共价键对电子的束缚不象绝缘体中束缚的那么紧；34电子空穴对35在室温（300K）下,被束缚的价电子获得足够能量挣脱共价键,成为自由电子——本征激发；价电子走后剩下的空位——空穴载流子此时外加电压，本征半导体内将有电流流过，但导电能力远不如良好导体；硅材料的原子密度为5×1022/cm3，本征激发自由电子浓度ni≈1.45×1010/cm3;即室温下，每3.45×1012个原子中只有一个价电子成为自由电子。1.载流子——自由电子3.1.3本征半导体36空穴的移动372.载流子——空穴

电子挣脱共价键束缚成为自由电子，共价键中留下一个空位,带一个正电,叫做空穴；在外电场的作用下，附近的价电子被吸引填补空穴，同时又会产生一个新的空穴；似乎空穴也能”移动”,但其移动的方向与电子相反;且空穴带正电；空穴是载流子本征半导体内,自由电子和空穴总是成对出现的;任何时候都有ni=pi

空穴3.1.3本征半导体383.载流子的产生与复合共价键获得热能以一定速率产生自由电子空穴温度愈高,产生率愈高自由电子空穴以一定速率相遇结合成新共价键浓度愈高,载流子数目愈高,复合率愈高结论:一定的温度下,载流子的复合率等于产生率,达到动态平衡浓度越高，导电能力越高；即本征半导体的导电率随温度的增加而增加；3.1.3本征半导体393.1.3本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。本征激发——热激发空穴——共价键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。403.1.4杂质半导体

在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。其中分为P型和N型

N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。

P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。411.P型半导体P型半导体中空穴是多子，电子是少子。3价硼原子相邻共价键上的电子获得能量，就有可能填补空位,使硼原子成了不能移动的负离子（得到一个电子）留下了可移动的空穴NA（硼原子浓度）+n（少子浓度）=p（多子浓度）硼原子称为受主原子3.1.4杂质半导体422.N型半导体掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。5价磷原子获得能量，易挣脱原子核的束缚成为自由电子ND（磷原子浓度）+p（少子浓度）=n（多子浓度）留下一个固定的、不能移动的正离子磷原子称为施主原子3.1.4杂质半导体433.杂质对半导体导电性的影响

掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:

T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:

n=p=1.4×1010/cm31以上两个浓度基本上相差106/cm3

。

2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:

n=5×1016/cm3

443.2PN结的形成及特性

3.2.1PN结的形成

3.2.2PN结的单向导电性

3.2.3PN结的反向击穿

3.2.4PN结的电容效应45

热能的激发,半导体内的载流子将作随机的无定向运动,载流子在任意方向的平均速度为零

若有电场加到半导体上,内部载流子将受电场力做定向移动;空穴的移动方向与电场方向相同，自由电子的移动方向与电场方向相反

由于电场作用导致载流子的运动称为漂移漂移3.2.1PN结的形成46

基于载流子的浓度差异和随机热运动,载流子由浓度高区域向浓度低的区域扩散,形成电流【扩散电流】.扩散3.2.1PN结的形成47多数载流子向对方区域进行扩散3.2.1PN结的形成48多数载流子向对方区域进行扩散并复合掉扩散结果使交界处的电中性遭到破坏,仅剩下不能移动带电杂质离子;称为空间电荷区,又称耗尽区或PN结；空间电荷区(PN结/耗尽区)漂移使得PN结变窄扩散使得PN结变宽内电场扩散运动与漂移运动互相联系又互相对立,当达到动态平衡时PN结的宽度确定阻止多子扩散使少子漂移3.2.1PN结的形成49PN结的形成P区N区3.2.1PN结的形成503.2.1PN结的形成

对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。

PN结中离子不参与导电。在空间电荷区，由于空穴和电子的复合，缺少了载流子，所以也称耗尽层。513.2.1PN结的形成

因浓度差空间电荷区形成内电场

内电场促使少子漂移

内电场阻止多子扩散

最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区52空间电荷区(PN结/耗尽区)P型区N型区内电场E0势垒电位V0电位0x势垒区3.2.1PN结的形成53内电场E0P型N型外电场EF总电场E=E0-EFPN结平衡状态被打破,有利于多子扩散多子进入PN结,中和了PN结内的带电离子,PN结区空间电荷量减少,PN结变薄有利于多子的扩散运动，形成扩散电流，此时扩散电流大、漂移电流很小而忽略，因此电流由扩散电流决定。PN结(PNjunction)正向偏置正向电流电流称为正向电流，PN结阻值小。称为PN结导通。

3.2.2PN结的单向导电性54PN结加正向偏置55PN结(PNjunction)反向偏置内电场E0P型N型外电场ER总电场E=E0+ERPN结平衡状态被打破,阻碍了多子扩散,耗尽区厚度加宽扩散运动被抑制,扩散电流趋近于零。漂移运动被加强PN结表现为阻值极大的电阻,认为PN结截止

反向电流是由少子漂移形成,而少子由本征热激发产生,故浓度很低,反向电流很小,μA级。该电流也称为反向饱和电流.

3.2.2PN结的单向导电性56PN结加反向偏置57温度的电压当量硅二极管PN结的V-I特性正向偏置特性反向偏置特性发射系数,与尺寸/材料及电流有关PN结V-I特性PN结两端外加电压玻耳兹曼常数

(1.38×10-23J/K)热力学温度电子电荷

(1.6×10-19C)常温下为26mV反向饱和电流

3.2.2PN结的单向导电性58如果加到PN结的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然增加，称为PN结的反向击穿；PN结的反向击穿反向击穿电压3.2.3PN结的反向击穿59

电击穿(可逆)

热击穿(不可逆)击穿雪崩击穿(avalanchebreakdown):

碰撞,载流子倍增效应。齐纳击穿(zenerbreakdown):

局部电场增强,分离整流二极管（多数）稳压二极管（多数）VBR反向击穿电压

击穿后的反向电流急剧增大,易使PN结发热,升温从而烧毁PN结3.2.3PN结的反向击穿60PN结的两种电容效应：扩散电容CD和势垒电容CBPN结处于正向偏置时，多子的扩散导致在P区（N区）靠近结的边缘有高于正常情况的电子（空穴）浓度，这种超量的浓度可视为电荷存储到PN结的邻域PN结的电容效应直接影响半导体器件的高频和开关性能1.扩散电容3.2.4PN结的电容效应61PN结反向偏置时，载流子数目很少，扩散电容可忽略。1.扩散电容3.2.4PN结的电容效应PN结正向偏置电压越大，存储的电荷越多，扩散电容越大。62势垒区是积累空间电荷的区域，当反向偏置电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化2.势垒电容类似于平板电容器两极板上电荷的变化3.2.4PN结的电容效应63PN结的电容效应是扩散电容和势垒电容的综合反映，在高频运用时，须考虑PN结电容的影响PN结电容的大小与本身的结构和工艺及外加电压有关。正偏时，结电容较大（主要决定于扩散电容）；反偏时，结电容较小（主要决定于势垒电容）3.2.4PN结的电容效应643.3半导体二极管

3.3.1

半导体二极管的结构

3.3.2

二极管的伏安特性

3.3.3

二极管的参数65半导体二极管图片66

在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。(1)点接触型二极管(a)点接触型

二极管的结构示意图PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。

3.3.1半导体二极管的结构67(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型

3.3.1半导体二极管的结构68(3)平面型二极管(c)平面型(4)二极管的代表符号(symbol)anodecathode

往往用于集成电路制造艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。

3.3.1半导体二极管的结构69正向压降变化范围不大,近似等于常数;Si≈0.7V;Ge≈0.2V少数载流子的漂移形成反向饱和电流,一般硅管远小于锗管.该电流对温度非常敏感.硅二极管2CP10的V-I特性锗二极管2AP15的V-I特性正向特性正向电压不大,电流相对很大。Vth:门坎电压/死区电压正向压降正向压降反向特性反向击穿特性Si≈0.5V;Ge≈0.1V3.3.2二极管的伏安特性703.3.3二极管的参数1.最大整流电流

IF

二极管长期运行时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.反向击穿电压VBR

二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半。3.反向电流

IR

指管子未击穿时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。714.二极管的极间电容（parasiticcapacitance）

二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容(barrier（depletion）capacitance)CB和扩散电容(diffusioncapacitance)CD。势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。3.3.3二极管的参数724.二极管的极间电容扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入P区的电子在P

区有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P区有电子的积累。同理，在N区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容CD。P+-N势垒电容CB在高频和反向偏置时明显。扩散电容CD在正向偏置时明显。3.3.3二极管的参数735.微变电阻rDiDvDIDVDQiDvDrd是二极管特性曲线上工作点Q附近电压的变化与电流的变化之比：显然，rd是对Q附近的微小变化区域内的电阻。3.3.3二极管的参数743.4

二极管基本电路及其分析方法

3.4.1

简单二极管电路的图解分析方法

3.4.2

二极管电路的简化模型分析方法75理想二极管V-I特性理想二极管代表符号正向压降为0反向电阻为无穷大正向偏置电路模型反向偏置电路模型应用条件:实际的电路中,当电源电压远大于二极管的管压降时,可以利用理想模型进行近似分析.3.4.2二极管电路的简化模型分析方法1.理想模型（idealdiode)76恒压降模型V-I特性正向压降为恒定值反向电阻为无穷大电路模型该模型提供了更合理的近似,应用较广泛.应用条件:流过二极管电流iD近似等于或大于1mA时.Si≈0.7V;Ge≈0.2V2.恒压降模型（offsetmodel)3.4.2二极管电路的简化模型分析方法773.折线模型(piecewiselineardiodemodel)正向压降不是恒定的，而是随着二极管电流的增加而增加，用一个电池与一个电阻的串联来近似。rD近似为200Ω。Vth≈0.5V折线模型V-I特性反向电阻为无穷大电路模型3.4.2二极管电路的简化模型分析方法78此时电路中只有直流量,即电路处于直流工作状态,也称静态,Q点称为静态工作点.

此时电路中除了直流量,还有交流量作用的结果;工作点沿V-I特性曲线,在Q附近小范围内变化,可把二极管V-I特性曲线近似为一条线性直线处理.4.小信号模型(smallsignalmodel)3.4.2二极管电路的简化模型分析方法794.小信号模型(smallsignalmodel)

当二极管在其伏安特性的某一小范围内工作，可以把伏安特性看出一条直线。小信号模型的微变等效电阻rd＝26（mv）/ID。vDiDΔvDΔiDΔiDΔvDrd3.4.2二极管电路的简化模型分析方法80

应用举例1.整流电路二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零（忽略二极管正向压降），反向电阻为无穷大DRvOvs+-vsvO（P78例题）81

2.二极管的静态工作情况分析理想模型（R=10k）（1）VDD=10V时恒压模型（硅二极管典型值）折线模型（硅二极管典型值）设（2）VDD=1V时（自看）+-iDVDDvDR求ID，VD

应用举例823.限幅电路有一限幅电路如图所示，R=1k，VREF=3V,二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解以下两问：（１）vI=0V、4V、6V时，求相应的输出电压vO的值；（２）当vI=６sinωt(V)时，绘出相应的输出电压波形．

应用举例理想模型恒压降模型834.开关电路&+5VvI1vI2VCC4.7kvO5.低电压稳压电路

应用举例846.小信号工作情况分析求vD、iDvi=

0.1sintVVDD=

5V，VD0.7VID=(5-0.7)/5k=0.86mA静态分析vi=0动态分析VDD=0叠加原理

应用举例853.5特殊体二极管

3.5.1

齐纳二极管

3.5.2

变容二极管

3.5.4

光电子器件1.光电二极管2.发光二极管3.激光二极管863.5.1齐纳二极管vZ/ViZ/mAIZIZmaxVZIZ稳压误差曲线越陡，电压越定。+－VZ动态电阻：rz越小，稳压性能越好。87（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗稳压管（zenerdiode)的参数:（1）稳定电压

VZ（2）电压温度系数U（%/℃）

稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻3.5.1齐纳二极管越小，稳压性能越好883.稳压电路正常稳压时VO=VZ#

稳压条件是什么？IZmin

≤IZ≤IZmax#不加R可以吗？#上述电路VI为正弦波，且幅值大于VZ

，VO的波形是怎样的？3.5.1齐纳二极管89小结:PN结的形成及特性。二极管应用电路的分析与计算。稳压电路的设计原则。90练习题1、（1）在图所示的电路中，当电源V=5V时，测得I=1mA。若把电源电压调整到V=10V，则电流的大小将是_____。

A.I=2mA

B.I<2mA

C.I>2mA2、图中D1-D3为理想二极管，A，B，C灯都相同，试问哪个灯最亮？

913、设硅稳压管Dz1和Dz2的稳定电压分别为5V和10V，求图中电路的输出电压Uo。已知稳压管的正向压降为0.7V。4、图所示电路，设Ui=sinωt(V)，V=2V，二极管具有理想特性，则输出电压Uo的波形应为图示_______图。

练习题9293944.1BJT4.2基本共射极放大电路

4.3放大电路的分析方法4.4放大电路静态工作点的稳定问题4.5共集电极放大电路和共基极放大电路4.6组合放大电路4.7放大电路的频率响应

第四章

双极结型三极管及其放大电路基础94954.1.1BJT的结构简介4.1BJT4.1.2放大状态下BJT的工作原理4.1.3BJT的V-I特性曲线4.1.4BJT的主要参数4.1.5温度对BJT参数及特性的影响954.1.1BJT的结构简介96964.1.1BJT的结构简介979798BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型4.1.1BJT的结构简介9899BECNPN型三极管BECPNP型三极管三极管符号NPNCBEPNPCBE4.1.1BJT的结构简介99100BECNNP基极发射极集电极基区(base)：很薄，一般在几个微米至几十个微米，掺杂浓度最低集电区(collector)：掺杂浓度低于发射区，面积较大发射区(emitter)：掺杂浓度最高4.1.1BJT的结构简介100101发射结集电结BECNNP基极发射极集电极++++++++++____________________++++++++++4.1.1BJT的结构简介101102集电结外加反压发射结外加正压BECNNPVBBRBVCCIE由于基区掺杂浓度很低，基区空穴向发射区的扩散电流可忽略。IBN进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN

，多数扩散到集电结。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。

4.1.2放大状态下BJT的工作原理BJT起放大作用的条件：内部条件和外部条件1.BJT内部载流子的传输过程102103BECNNPVBBRBVCCIE集电结反偏，有少子形成反向电流ICBO。ICBOIC=ICN+ICBOICNIBNICN从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICN。

4.1.2放大状态下BJT的工作原理103104IB=IBN-ICBOIBNIBBECNNPVBBRBVCCIEICBOICNIC=ICN+ICBO

ICNIBN反向饱和电流ICBO，这个电流对放大没有贡献

4.1.2放大状态下BJT的工作原理IE=IEN+IEP≈IEN=ICN+IBN=IC+IB

104

4.1.2放大状态下BJT的工作原理105105内部载流子的传输过程

三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子

4.1.2放大状态下BJT的工作原理106

以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

4.1.2放大状态下BJT的工作原理107107BJT的三种组态共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；BJT的三种组态

4.1.2放大状态下BJT的工作原理108108109IC与IB之比称为共射极直流电流放大倍数：集电结收集的电子流是发射结的总电子流的一部分：共基极直流电流放大倍数一般在0.98以上，共射极直流电流放大倍数一般为10～1002.BJT的电流分配关系称为共基极直流电流放大倍数

4.1.2放大状态下BJT的工作原理109110IC与IB之比称为共射极直流电流放大倍数

：对于正向偏置的发射结：集电结收集的电子流是发射结的总电子流的一部分：共基极直流电流放大倍数一般在0.98以上，共射极直流电流放大倍数一般为10～1002.BJT的电流分配关系

4.1.2放大状态下BJT的工作原理1101113.BJT在电压放大电路中的应用举例RLecb1kVEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB若vI=20mV，电压放大倍数使iE=-1mA，则iC=iE=-0.98mA，当

=0.98时，

4.1.2放大状态下BJT的工作原理1114.共射放大+-bceRL1k共射极放大电路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iBvI=20mV

设若则电压放大倍数iB=20uAvO=-iC•

RL=-0.98V，=0.98使

4.1.2放大状态下BJT的工作原理1121121131.共射极连接时的V－I特性曲线4.1.3BJT的特性曲线mAAVVvCEvBERBiBVCCVBB共射极接法的实验线路113vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE

iB=f(vBE)

vCE=const(2)当vCE≥1V时，vCB=vCE

-vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下IB减小，特性曲线右移。vCE=0VvCE

1V(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线（以共射极放大电路为例）4.1.3BJT的特性曲线114(3)输入特性曲线的三个部分①死区

②非线性区③线性区

1.输入特性曲线4.1.3BJT的特性曲线115115输出特性曲线116116117IC(mA)1234VCE(V)3691240A60AQQ’=IC/

IB=2mA/40A=50=IC/

IB

=(3-2)mA/(60-40)A=50=IC/

IB=3mA/60A=50（2）输出特性(outputcharacteristic)iC=f(vCE)

iB=常数4.1.3BJT的特性曲线117118（2）输出特性(outputcharacteristic)对共射极电路有：vBE不变，vCE→vCB反压→集电结的空间电荷区宽度→基区的有效宽度→基区内的载流子复合的机会→增大在基极电流不变的情况下，集电极电流将随vCE的增大而增大，输出特性比较平坦的部分随着vCE的增加略向上倾斜，称为Early效应基区宽度调制效应4.1.3BJT的特性曲线118119（2）输出特性(outputcharacteristic)饱和区特点：

iC不再随iB的增加而线性增加，即此时截止区特点：iB=0，iC=ICEOvCE=VCES，典型值为0.3V放大区特点：

iC随iB的增加而线性增加，即截止区饱和区放大区4.1.3BJT的特性曲线119120输出特性三个区域的特点：a.放大区(amplifierregion)

发射结正偏，集电结反偏，IC=IB,且

IC=

IB。b.饱和区(saturationregion)发射结正偏，集电结正偏，即VCEVBE

，

IB>IC，VCE0.3V。

c.截止区(cut-offregion)VBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO0

。（2）输出特性(outputcharacteristic)4.1.3BJT的特性曲线120121

iE=f(vBE)

vCB=constiC=f(vCB)

iE=const2.共基极电路的特性曲线4.1.3BJT的特性曲线121(1)共发射极直流电流放大系数

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const1.电流放大系数

4.1.4BJT的主要参数122122(2)共发射极交流电流放大系数

=IC/IBvCE=const1.电流放大系数

4.1.4BJT的主要参数123123(3)共基极直流电流放大系数

=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

(4)共基极交流电流放大系数α

α=IC/IE

VCB=const

当ICBO和ICEO很小时，≈、≈，可以不加区分。1.电流放大系数

4.1.4BJT的主要参数124124125（1）集-基极反向饱和电流ICBOAICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度变化的影响。2.极间反向电流4.1.4BJT的主要参数125126ECNNPIB=0B由BJT的电流分配规律，此处电流为ICBO集电结反偏，空穴漂移到基区。发射结正偏，电子扩散到基区。复合形成ICBO（1＋β）ICBO（2）集-射极反向饱和电流ICEO2.极间反向电流4.1.4BJT的主要参数126127（1）集电极最大允许电流ICMBJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流即为ICM。当电流超过时，管子的性能将显著下降，甚至有烧坏管子的可能。3.极限参数4.1.4BJT的主要参数127128

集电结上允许损耗功率的最大值。

PCPCMICVCEICVCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作区（2）集电极最大允许功耗PCM3.极限参数练习：P1864.1.34.1.4BJT的主要参数128129（3）反向击穿电压3.极限参数V(BR)EBO，集电极开路时，发射极－基极间的反向击穿电压。V(BR)CBO，发射极开路时，集电极－基极间的反向击穿电压。V(BR)CEO，基极开路时，集电极－发射极间的反向击穿电压。4.1.4BJT的主要参数几个击穿电压有如下关系

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO129130当VCEICEO集电结出现雪崩击穿V(BR)CEO<<V(BR)CBOV(BR)CBO>V(BR)CES>V(BR)CER>V(BR)CEO射－基间有电阻时射－基间短路时基极开路时（3）反向击穿电压3.极限参数V(BR)CEO与ICEO的大小有关：4.1.4BJT的主要参数1301314.1.5温度对BJT参数及特性的影响（1）温度对ICBO的影响（2）温度对的影响温度每升高1oC，增加0.5%1%1.温度对BJT参数的影响温度每升高10oC，ICBO约增加一倍（3）温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响集电结的反向击穿为雪崩击穿，具有正的温度系数，温度升高，反向击穿电压提高1311322.温度对BJT特性曲线的影响温度T输出特性曲线上移，曲线族间距增大温度T

输入特性曲线左移温度每升高1oC，vBE减小2mV~2.5mV4.1.5温度对BJT参数及特性的影响1323.1BJT1.既然BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只BJT，试说明其理由。思考题2.能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什么？3.为什么说BJT是电流控制器件？思考题？1331331344.2基本共射极放大电路

电路组成

工作原理1341351.电路组成4.2共射极放大电路放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。+++iBb2b-ivC+R-b1vTo+CcRVCCBBViCiEcommon－emitterconfiguration1351361.电路组成+++iBb2b-ivC+R-b1vTo+CcRVCCBBViCiE基极电源与基极电阻使发射结正偏，并提供适当的静态IB和VBE。集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。4.2共射极放大电路136共射电路组成137输入回路（基极回路）输出回路（集电极回路）1.电路组成4.2共射极放大电路138习惯画法共射极基本放大电路简化电路及习惯画法4.2共射极放大电路1391402.基本共射极放大电路的工作原理根据直流通路可知：采用该方法，必须已知三极管的值。一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。+CTb1CCRbV+vov+ib2CcRa.静态(直流工作状态)4.2共射极放大电路140141

放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：

（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）（2）当Rb=100k时，静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：所以BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），

例题+++CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR++1411422.基本共射极放大电路的工作原理b.动态+++CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR++++TRbL+voR-v+-icR输入信号不为零时，放大电路的工作状态，即交流工作状态耦合电容：通交流、隔直流直流电源：内阻为零直流电源和耦合电容对交流相当于短路4.2共射极放大电路142交流通路++TRbL+voR-v+-icR2.基本共射极放大电路的工作原理4.2共射极放大电路143144vi=0vi=Vsint先静态：确定静态工作点Q（IBQ、ICQ、VCEQ）后动态：确定性能指标（AV

、Ri、Ro

等）放大电路为什么要建立正确的静态？2.基本共射极放大电路的工作原理4.2共射极放大电路1441452.基本共射极放大电路的工作原理工作点合适工作点偏低合适的静态工作点保证Je正偏，Jc反偏保证有较大的线性工作范围4.2共射极放大电路145(a)(b)(c)(d)(f)(e)？思考题下列a~f电路哪些具有放大作用？1461474.3放大电路的分析方法

静态工作点的图解分析动态工作情况的图解分析

BJT的H参数及小信号模型用小信号模型分析共射极放大电路

小信号模型分析法的适用范围

4.3.1

图解分析法

4.3.2

小信号模型分析法静态工作点对波形失真的影响1471484.3放大电路的分析方法放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法计算机仿真放大电路性能指标的定义放大电路中各个元件的作用放大电路的直流通路与交流通路本节重点148149

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。

共射极放大电路+CTb1CCRbV+vov+ib2CcR直流通路TCCRbVcRVBEVCEIBIC+－+－1.静态工作点的图解分析4.3.1图解分析法1491501.静态工作点的图解分析VCE=VCC–ICRC直流负载线由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q直流通路TCCRbVcRVBEVCEIBIC+－+－4.3.1图解分析法1501512.动态工作情况的图解分析斜率1Rc//RL+++CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR++由交流通路得纯交流负载线：vce=-ic(Rc//RL)

因为交流负载线必过Q点，则交流负载线为++TRbL+voR-v+-icR4.3.1图解分析法1511522.动态工作情况的图解分析通过图解分析，可得如下结论：

1.vo与vi相位相反；

2.可以测量出放大电路的电压放大倍数；

3.可以确定最大不失真输出幅度。4.3.1图解分析法1521533.静态工作点对波形失真的影响在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。4.3.1图解分析法1533.静态工作点对波形失真的影响4.3.1图解分析法放大电路产生非线性失真1543.静态工作点对波形失真的影响4.3.1图解分析法饱和失真与截止失真1551563.静态工作点对波形失真的影响iCvCEvoiCvCEvo对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。即饱和失真在波峰，截止失真在波谷。Vom=ICQRcVom=VCEQ-VCES4.3.1图解分析法156157放大电路的动态范围iCvCEvo可输出的最大不失真信号工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位要有合适的交流负载线信号幅度不大，不产生失真和保证一定的电压增益，Q可选得低些4.3.1图解分析法157放大电路的动态范围4.3.1图解分析法158159？思考题1.试分析下列问题：

共射极放大电路（1）增大Rc时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？（2）增大Rb时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？（3）减小VCC时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？（4）减小RL时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？159160

共射极放大电路？思考题2.放大电路如图所示。当测得BJT的VCE

接近VCC=的值时，问管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？截止状态答：故障原因可能有：•Rb支路可能开路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC

Rc=VCC

。•C1可能短路，

VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC

Rc=VCC

。1601614.图解分析法的适用范围特别适用于分析信号幅度较大而工作频率不太高的情况直观、形象，有助于一些重要概念的建立和理解，如交直流共存、静态和动态等能全面分析放大电路的静态、动态工作情况，有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性不能分析信号幅值太小或工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标4.3.1图解分析法1611624.3.2小信号模型分析法BJT的H参数及小信号建模共射极放大电路的小信号模型分析

H参数的引出H参数小信号模型小信号模型的简化利用直流通路确定Q点画小信号等效电路H参数的确定求放大电路动态指标小信号模型分析法的适用范围162163BJT的H参数及小信号建模建立小信号模型(smallsignalmodel)的意义建立小信号模型(smallsignalmodel)的思路

当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管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理。

由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件作线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。1631641.H参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce

对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE)

vCE=constiC=f(vCE)

iB=const可以写成：vBEvCEiBcebiCBJT双口网络T+-+-164165iBvBEvBEiB——输出端交流短路时的输入电阻，用rbe表示。——输入端开路时的电压反馈系数，用uT表示。iBvBEvBEvCE1.H参数的引出165166iCiBiCvCE——输出端交流短路时的电流放大系数，用β表示。——输入端开路时的输出电导，用1/rce表示。iCvCEiCvCE1.H参数的引出1661672.H参数小信号模型根据可得小信号模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络++T+-++-H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。BJT的H参数模型v-+ceebccbiiiehv-+be+-hfeibhrevce167168即rbe=hie

=hfe

uT=hre

rce=1/hoe一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为uT很小，一般为10-310-4，

rce很大，约100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路v-+ceebccbiiberv-+beceuT

vcev-+ebccbiiberv-+becer+-3.小信号模型的简化1681694.H参数的确定

一般用万用表测出；

rbe

与Q点有关，可用示波器测出。一般也用公式估算rbe

rbe=rb+(1+

)re其中对于低频小功率管rb≈200

则

而

(T=300K)

v-+ceebccbiiberv-+be169170

用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路1.

利用直流通路求Q点一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。+++CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR++1701712.

画小信号等效电路共射极放大电路..H参数小信号等效电路.+ebcVo-i-+VcbI+.IcLbbeRrRR+++CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR++交流通路++TRbL+voR-v+-icR1711723.

求放大电路动态指标根据则电压增益为...+ebcVo-i-+VcbI+.IcLbbeRrRR172173对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：是动态电阻。电路的输入电阻越大，从信号源取得的电压越大。共射电路具有较大的输入电阻的特点。3.

求放大电路动态指标ebccbII..cLbbeRrRRV-+T.TI.Ri1731743.

求放大电路动态指标V-+T.ebccbII..cbbeRrRTRsI.Ro

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，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。

计算输出电阻的方法：所有独立电源置零，保留受控源，加压求电流法。174175

小信号模型分析法的适用范围用图解法定出静态工作点当输入电压幅度较小或BJT基本工作在线性区，放大电路较复杂，可用小信号模型分析当输入电压幅度较大，BJT的工作点延伸到特性曲线的非线性部分，需要采用图解法。分析放大电路输出电压的最大幅值等应用图解法较方便175176

例题放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（2）（已知=40）176177空载时的电压放大系数：有载时的电压放大系数：

例题1771784.4放大电路工作点的稳定问题温度变化对ICBO的影响温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对的影响基极分压式射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路4.4.1温度对工作点的影响4.4.2射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路178温度对Q点的影响1791804.4.1温度对工作点的影响1.温度变化对ICBO的影响2.温度变化对输入特性曲线的影响温度T

输出特性曲线上移温度T

输入特性曲线左移3.温度变化对的影响温度每升高1°C，

要增加0.5%1.0%温度T

输出特性曲线族间距增大QvCE/ViC/mAiB

=0IBQ1180181小结：

固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。

ICBO

ICEO

T

VBE

IB

IC4.4.1温度对工作点的影响181182

4.4.2射极偏置电路（1）稳定工作点原理目标：温度变化时，使IC维持恒定。

如果温度变化时，b点电位能基本不变，则射极偏置电路(four-resistorcircuit)可实现静态工作点的稳定。T稳定原理：

ICIEIC

VE、VB不变

VBE

IB（反馈控制）+++CTb1CCRb1VL+voR-v+-ib2CcR++eRb2R1.基极分压式射极偏置电路182183（2）放大电路指标分析①静态工作点+++CTb1CCRb1VL+voR-v+-ib2CcR++eRb2R

4.4.2射极偏置电路183

4.4.2射极偏置电路②电压增益小信号等效电路图184184185②电压增益...Voi-+VcbI.I+++ebcRRb1berRc+-LRb2ReeI.

4.4.2射极偏置电路185186③输入电阻根据定义则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻VcbII.+ebcRRb1berRcLRb2ReRbI.Rib-+TR.TI..

4.4.2射极偏置电路186

4.4.2射极偏置电路④输出电阻187188④输出电阻输出电阻其中当时，一般（）

可见三极管电流源的内阻比三极管的输出电阻rce还要大。coRR».IRc.cbII.ebcRRsberRcbResV-+TR'.TI.rceoRoR'

4.4.2射极偏置电路例题4.4.11881892.含有双电源的射极偏置电路RcRsReRLvs+VCCT+--VEERcRsCb1Cb2RbRe1RLvs+VCCT+--VEERe2Ce

4.4.2射极偏置电路1891903.含有恒流源的射极偏置电路+VCCRcRsCbRbRLvsT+--VEECerbeRbRCRLib+-voicib-+-vi

4.4.2射极偏置电路1901914.5共集电极电路和共基极电路

静态分析动态分析

静态分析

动态分析4.5.1共集电极电路4.5.2共基极电