模拟电子技术第四章双极结型三极管及放大电路基础

第四章三极管及放大电路基础BJT的简介共射极放大电路放大电路的分析方法放大电路静态工作点的稳定问题共集电极放大和共基极放大电路组合放大电路放大电路的频率响应§4.1半导体BJT一、BJT结构(BipolarJunctionTransistor)形成:将两个PN结结合到一起;由于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);2个PN结的相互作用，使得三极管具有电流放大作用；三极管包括NPN与PNP两种类型。基本概念1、几种BJT的外形(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管半导体三极管图片N集电区N发射区P基区ebc集电结发射结集电极发射极基极2.三极管的结构与符号ebcNPN管的结构及符号结面积大杂质浓度低，且很薄杂质浓度高，自由电子浓度高箭头表示BJT导通时的电流方向2个PN结不是简单的组合，每个区有各自的特点。P集电区P发射区N基区ebc集电结发射结集电极发射极基极PNP管的结构及符号bec结面积大杂质浓度低，且很薄杂质浓度高，空穴浓度高箭头表示BJT导通时的电流方向二、BJT的电流分配与放大原理1.放大的条件内部条件：发射区掺杂浓度高；基区薄且掺杂浓度低;集电区的面积大。外部条件：发射结正偏；集电结反偏。

扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴的扩散2.BJT内部载流子的传输（以NPN为例）

IBbVEEVCCecIEICNNP电子流ICBOICN3.电流分配关系设：发射结、基极与集电极电流分别用IE、IB、IC表示。集电极收集的电子流基极复合电流基极-集电极反相饱和电流由于，因而，为发射电流被集电极收集的比例系数忽略，令，发射极-集电极反相饱和电流，或称穿透电流也被称为发射极电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般

=0.90.99。称为基极电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。由于，，因而一般

>>1。三极管的集电极电流对基极电流具有很好的放大作用4.三三极极管管的的三三种种基基本本连连接接电电路路(c)共共集集电电极极接接法法。(b)共共发发射射极极接接法法；(a)共共基基极极接接法法；基极极作作为为公公共共电电极极发射射极极作作为为公公共共电电极极集电电极极作作为为公公共共电电极极输入入输入入输入入输出出输出出输出出结论论BJT满足足内内部部条条件件和和外外部部条条件件，，具具有有放放大大作作用用；；电流流放放大大系系数数发射极电流放大系数：或，基极电流放大系数：或，α与β满足：BJT的放大作用，按电流分配实现，称之为电流控制元件；晶体体管管具具有有电电流流放放大大作作用用时时的的管管脚脚电电压压：：NPN管：

UBE>0

UBC<0即VC>VB>VEPNP管：：UBE<0UBC>0即VC<VB<VEebcbec对于于硅硅管管，，UBE≈0.7;对于于锗锗管管，，UBE≈0.2,各电电极极电电流流关关系系及及电电流流放放大大作作用用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05结论论:1））三三电电极极电电流流关关系系IE=IB+IC2））ICIB，ICIE3））ICIB把基基极极电电流流的的微微小小变变化化能能够够引引起起集集电电极极电电流流较较大大变变化化的的特特性性称称为为晶晶体体管管的的电电流流放放大大作作用用。。实质质:用用一一个个微微小小电电流流的的变变化化去去控控制制一一个个较较大大电电流流的的变变化化，，是是CCCS器件件。。BECNNPEBRBECRC例1在晶晶体体管管放放大大电电路路中中，，测测得得三三个个晶晶体体管管的的各各个个电电极极的的电电位位如如图图。。试试判判断断各各晶晶体体管管的的类类型型（是是NPN管还还是是PNP管，，是是硅硅管管还还锗锗管管），，并区区分分e、、b、、c三个个电电极极。。2V2.7V6V2.2V5.3V6V4V1.2V1.4V(a)(b)(c)解：：(1)依|VBE|=0.7V(或|VBE|=0.2V)确定定硅硅还还是是锗锗。。(2)找找出出c极：：极极间间电电压压不不是是0.7V或0.2V的为为c极。。(3)VB、VE、VC三个个电电位位中中，，VC最低低，，是是PNP管；；VC最高高，，是是NPN管。。(4)PNP管管：：VC<VB<VE；NPN管：：VC>VB>VE。以以确确定定b,e极。。2V2.7V6V2.2V5.3V6V4V1.2V1.4V(a)(b)(c)CCCPNPPNPNPNebbeeb硅硅锗例2：：测测得得放放大大电电路路中中六六只只晶晶体体管管的的直直流流电电位位如如图图所所示示在圆圆圈圈内内画画出出管管子子，，说说明明管管型型，，标标明明极极性性，，并并判判别别是是锗锗管管还还是是硅硅管管。。硅PNP硅NPN硅NPN锗NPN锗PNP锗PNP特性性曲曲线线即管管子子各各电电极极电电压压与与电电流流的的关关系系曲曲线线，，是是管管子子内内部部载载流流子子运运动动的的外外部部表表现现，，反反映映了了晶晶体体管管的的性性能能，，是是分分析析放放大大电电路路的的依依据据。。由于于BJT为为双双端端口口网网络络，，因因而而包包括括输入入V-I特特性性与输出出V-I特特性性。为什什么么要要研研究究特特性性曲曲线线：：1））直直观观地地分分析析管管子子的的工工作作状状态态2））合合理理地地选选择择偏偏置置电电路路的的参参数数，，设设计计性性能能良良好好的的电电路路重点点讨讨论论应应用用最最广广泛泛的的共共发发射射极极接接法法的的特特性性曲曲线线三、、BJT的的V-I特特性性曲曲线线（（以以共共射射电电路路为为例例））发射射极极是是输输入入回回路路、、输输出出回回路路的的公公共共端端共发发射射极极电电路路（（共共射射电电路路））输入入回回路路输出出回回路路测量量晶晶体体管管特特性性的的实实验验线线路路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++特性性曲曲线线为什什么么VCE增大大曲曲线线右右移移？？对于于小小功功率率晶晶体体管管，，UCE大于于1V的的一一条条输输入入特特性性曲曲线线可可以以取取代代VCE大于于1V的的所所有有输输入入特特性性曲曲线线。。为什什么么像像PN结结的的伏伏安安特特性性？？为什什么么VCE增大大到到一一定定值值曲曲线线右右移移就就不不明明显显了了？？1.输入特特性曲线在C-E之间间接固定电压压时，基极电电流与B-E之间的电压压之间的变化化关系，称为为共射电路的的输入特性。。即：1.输入特特性曲线vBE(V)iB(A)802040600.20.40.60.8OvCE=0VVCE=1VvCE=0，没有有电子被集电电极收集，相当于二极管管的正向特性性。vCE>1V后，vCE，iC基本不变，iB亦基本不变，，因而，一般般使用vCE=1V的曲线作为输输入特性。vCE=1V，集电结反偏，，电子大部分分被集电区收收集引起iB，需要更大的的B-E电压压才能产生同同样的基极电电流，曲线右移在C-E之间间接固定电压压时，基极电电流与B-E之间的电压压之间的变化化关系，称为为共射电路的的输入特性。。即：VCE>1VvCE(V)iC(mA)432102468ICE02.输出特特性曲线100806020iB=0iB=40(A)改变iB，得到一组曲线簇当vCE很小时，曲线线很陡，由于于集电结反偏偏小，收集载载流子能力弱弱，此时，βiB≥iC值，称为饱和区。。vCEiC当vCE>1V后，iC大致与横轴平平行，β基本不变，为为线性放大区区；在基极电流一一定时，集电电极电流与C-E之间的的电压之间的的变化关系，，称为共射电电路的输出特特性。即：饱和区线形放大区截止区2.输出特特性对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。。为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为为什么进入放放大状态曲线线几乎是横轴轴的平行线？？饱和区放大区截止区晶体管的三个个工作区域晶体管工作在在放大状态时时，输出回路路的电流iC几乎仅仅决定定于输入回路路的电流iB，即可将输出出回路等效为为电流iB控制的电流源源iC。四、BJT的的主要参数1.电流放放大系数若IC>>ICEO则交流时，用表示对于共射电路路，直流电流流放大系数为为：对于共基电路路，直流电流流放大系数为为：交流时，用α表示β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下?vCE(V)iC(mA)4321024682.31.5iCiBQ100806040iB=20(A)例电流放大系数不是固定不变的值，只有在特性曲线较平坦的部分，基本保持不变，可以看作为常数直流放大系数反映的是静态工作时的放大倍数，而交流放大系数是动态工作时的放大倍数。只有在忽略ICEO且工作在线性区时，直流放大系数与交流放大系数接近。由于ICEO较小，工程上放大器一般工作在线性区，因而一般认为：结论2.集电极极－基极反向向饱和电流ICBO由三极管的集集电极-基极极之间的PN结的少数载载流子的反向向漂移引起的的电流；可以通过在c、b间加上一定反反向电压进行行测试；VCCeA+–cb

ICBOICBO随温度度升升高高而而升升高高；；硅管管的的ICBO较小小，，<1A锗管管：：约约为为10A。。3.集集电电极极－－发发射射极极反反向向饱饱和和电电流流ICE0（穿穿透透电电流流））基极极开开路路，，c、、e间加加一一定定反反向向电电压压时时的的集集电电极极电电流流VCCecb

ICEOAICEO也可可通通过过外外加加电电压压测测试试；ICEO随温度度升升高高而而升升高高；；4.极极限限参参数数a.集电电极极最最大大允允许许电电流流ICM三极极管管的的参参数数变变化化不不超超过过允允许许值值时时集集电电极极允允许许的的最最大大电电流流。。当电电流流超超过过ICM，管管子子性性能能下下降降，，甚甚至至烧烧坏坏。。（几几十十毫毫安安～～几几百百安安培培））b.集电电极极最最大大允允许许功功率率PCM集电电结结上上允允许许损损耗耗功功率率的的最最大大值值，，超超过过此此值值会会使使管管子子性性能能变变坏坏或或烧烧毁毁。。因此此，，集集电电极极电电流流与与C-E间间的的电电压压必必须须满满足足：：安全全工工作作区区c.反向向击击穿穿电电压压VBRV(BR)EBO:集集电电极极开开路路时时，，e-b间间的的反反向向击击穿穿电电压压。。V(BR)CBO:发发射射极极开开路路时时，，c-b间间的的反反向向击击穿穿电电压压。。V(BR)CEO:基基极极开开路路时时，，c-e间间的的反反向向击击穿穿电电压压。。设计放大电路时，应选择合适的三极管与电路参数，保证工作在BJT的安全工作区域。五、、温温度度对对BJT参参数数的的影影响响(1)温温度度对对ICBO的影影响响温度度每每升升高高10℃℃，，ICBO约增增加加一一倍倍。。(2)温温度度对对的影影响响温度度每每升升高高1℃℃，，值约约增增大大0.5%~1%。。(3)温温度度对对反反向向击击穿穿电电压压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影影响响温度度升升高高时时，，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会会有有所所提提高高。。五、、温温度度对对BJT参参数数的的影影响响一、、电电路路的的组组成成及及各各元元件件的的作作用用VBB、Rb：使使UBE＞Uon，且且有有合合适适的的IB。VCC：使使UCE≥UBE，同同时时作作为为负负载载的的能能源源。。Rc：将将ΔiC转换换成成ΔuCE(uo)。动态信号作用时：输入入电电压压ui为零零时时，，晶晶体体管管各各极极的的电电流流、、b-e间间的的电电压压、、管管压压降降称称为为静静态态工工作作点点Q，记记作作IBQ、ICQ（IEQ）、、UBEQ、UCEQ。共射射§4.2共共射射极极放放大大电电路路二.共共射射放放大大电电路路的的电电压压放放大大作作用用UBEIBICUCE（1））无无输输入入信信号号(ui=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO结论论：：(1)无无输输入入信信号号电电压压时时，，三三极极管管各各电电极极都都是是恒恒定定的的电压压和和电电流流:IB、UBE和IC、UCE。(IB、UBE)和(IC、UCE)分别别对对应应于于输输入入、、输输出出特特性性曲曲线线上上的的一一个个点点，，称称为为静态态工工作作点点。QIBUBEQUCEICUBEIB无输输入入信信号号(ui=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输输入入信信号号(ui≠0)时uCE=UCC－iCRCuo0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO（2））输输入入信信号号(ui≠0)时:结论论：：(2)加加上上输输入入信信号号电电压压后后，，各各电电极极电电流流和和电电压压的的大大小均均发发生生了了变变化化，，都都在在直直流流量量的的基基础础上上叠叠加加了了一个个交交流流量量，，但但方方向向始始终终不不变变。。+集电电极极电电流流直流流分分量量交流流分分量量动态态分分析析iCtOiCtICOiCticO静态态分分析析结论论：：(3)若若参参数数选选取取得得当当，，输输出出电电压压可可比比输输入入电电压压大大，，即电电路路具具有有电电压压放放大大作作用用。。(4)输输出出电电压压与与输输入入电电压压在在相相位位上上相相差差180°°，，即共共发发射射极极电电路路具具有有反反相相作作用用。。uitOuotO符号号规规定定UA大写写字字母母、、大大写写下下标标，，表表示示直直流流量量。。uA小写写字字母母、、大大写写下下标标，，表表示示交交直直流流量量。。ua小写写字字母母、、小小写写下下标标，，表表示示交交流流分分量量。。uAua交直直流流量量交流流分分量量tUA直流流分分量量三、、设设置置静静态态工工作作点点的的必必要要性性输出出电电压压必必然然失失真真！！设置置合合适适的的静静态态工工作作点点，，首首先先要要解解决决失失真真问问题题，，但但Q点几几乎乎影影响响着着所所有有的的动动态态参参数数！！为什什么么放放大大的的对对象象是是动动态态信信号号，，却却要要晶晶体体管管在在信信号号为为零零时时有有合合适适的的直直流流电电流流和和极极间间电电压压？？四、、放放大大电电路路的的组组成成原原则则静态态工工作作点点合合适适：：合合适适的的直直流流电电源源、、合合适适的的电电路路参参数数。。动态态信信号号能能够够作作用用于于晶晶体体管管的的输输入入回回路路，，在在负负载载上上能能够够获获得得放放大大了了的的动动态态信信号号。。对实实用用放放大大电电路路的的要要求求：：共地地、、直直流流电电源源种种类类尽尽可可能能少少、、负负载载上上无无直直流流分分量量。。两种种实实用用放放大大电电路路：：（1））直接接耦耦合合放放大大电电路路问题题：：1.两两种种电电源源2.信信号号源源与与放放大大电电路路不不““共共地地””共地地，，且且要要使使信信号号驮驮载载在在静静态态之之上上静态时，动态态时时，，VCC和uI同时时作作用用于于晶晶体体管管的的输输入入回回路路。。将两两个个电电源源合合二二为为一一有直直流流分分量量有交交流流损损失失－＋＋UBEQ两种种实实用用放放大大电电路路：：（2））阻容容耦耦合合放放大大电电路路耦合合电电容容的的容容量量应应足足够够大大，，即即对对于于交交流流信信号号近近似似为为短短路路。。其其作作用用是是““隔隔离离直直流流、、通通过过交交流流””。。静态态时时，，C1、C2上电电压压？？动态态时时，，C1、C2为耦耦合合电电容容！！电电解解电电容容，，有有极极性性。。大大小小为为10F~50F＋－UBEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信信号号驮驮载载在在静静态态之之上上。。负载载上上只只有有交交流流信信号号。。简化化电电路路————电路路的的习习惯惯画画法法采用用单单电电源源供供电电，，即即：：VBB=VCC，省省略略电电源源VCC的符符号号，，只只标标出出VCC的非非接接地地端端的的电电压压数数值值及及极极性性。。公共共端端用用““⊥”表表示示，，称称为为参考考点点或或信信号号地地。。Cb1RbRcCb2VCCIBICec(b)v0vi++Cb1Cb2ViVBBVCCRCRBV0放大电路分析，包括动态分析与静态分析；BJT静态分析主要分析BJT在直流工作状态下的电路状态：IB，VBE，IC与VCE；BJT动态分析主要分析BJT在交流输入作用下的电路的动态变化量：ib，vbe，ic与vce；根据叠加原理，电路各信号可为直流与交流信号之和，即：iB=

IB+ib，vBE=VBE+vbe，iC=IC+ic，vCE=VCE+vce。1、、基基本本概概念念4.3放放大大电电路路的的分分析析方方法法直流流通通路路直流流通通路路用用来来计计算算静静态态工工作作点点Q(IB、IC、UCE)断开开断开开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE直流流通通路路：：无信信号号时时电电流流（（直直流流电电流流））的的通通路路，，用用来来计计算算静态态工工作作点点。。将交交流流电电压压源源短短路路，，将将电电容容开开路路。。2、、静静态态分分析析当放放大大电电路路vi=0时，，直流流工工作作状状态态，简简称称静态态。例画出出图图示示电电路路的的直直流流通通路路，，并并近近似似估估计计静静态态工工作作点点解：(a)+RLRcRb1+VCC–+Rb2Cb2Cb1TRe+VCCRcRb1Rb2TRe(b)+VCC+RcRb1–+TCb2Cb1Rb2ceb(b)+VCCRcRb1TRb2eb(c)+Rb1+VCC–+TCb2Cb1Rb3Rb2Re2Re1Rb1TRb3Rb2Re2Re1+VCC(d)+Rb1Rc+VCC–+TC3C1Rb2ReC2Rb1Rc+VCCTRb2Re+Rb1+VCC–TCb2Rb3Rb2Re2Re1RsVs(e)Rb1TRb3Rb2Re2Re1+VCCRs例：：用估估算算法法计计算算静静态态工工作作点点。。（a））已已知知：：VCC=12V，，RC=4K，，Rb=300K，，=37.5。。解：：VBE0.7VRb+VCCRC采用用近似似法法，由直直流流通通路路可可估估算算静静态态工工作作点点。。+VCCRcRb1TRb2eb（b））已已知知：：VCC=12V，，RC=4K，，Rb1=Rb2=100K，，=100。。解：：VBE0.7V（c））已已知知：：VCC=12V，，RC=4K，，Rb1=Rb1=100K,Re=4K,=100。。解：：VBE0.7VRb1Rc+VCCTRb2ReCb1RbviVBBVCCRc+vCECb2+iBiC+vBEv0+放大大电电路路接接入入正正弦弦信信号号时时的的工工作作情情况况vCEttiCv0ttvitiB3、、动动态态分分析析当放放大大电电路路输输入入信信号号后后（（vi0）），，电电路路中中各各处处的的电电压压、、电电流流处处于于变变动动状状态态，，这这时时电电路路处处于于动动态态工工作作情情况况，，简简称称动态态。动态态分分析析主要要是是通通过过分分析析放放大大器器的的交流流通通路路，来来研研究究在在输输入入信信号号作作用用下下，，电电路路各各状状态态的的变变化化量量：：ib，vbe，ic，vce交流流通通路路是指指不不考考虑虑直直流流，，只只考考虑虑动动态态变变化化量量（（交交流流量量））时时电电流流流流过过的的通通路路。。画交交流流通通路路的的原原则则：a、将将隔直直电电容容视视为为短短路路；；b、、不不考考虑虑直直流流，，设设电电压压源源电电压压为为0V,电电流流源源电电流流为为0A,即即：：电电压压源源短短路路，，而而电电流流源源开开路路动态态分分析析的的目目的的：得出出v0与vi的关关系系及及电电路路动态态范范围围变化化量量，实实际际值值还还要要叠叠加加静静态态值值++VCC+12V4kRLCb2+iC20FCb120FRc4kRb300kiBviv0Rb+ibviRLRc+v0ic短路路短路路与地地短路路置置零零例（a））(b)+RLRcRb1+VCC–+Rb2Cb2Cb1TRe+RLRcRb1–+Rb2TRe(c)+VCC+RcRb1–+TCb2Cb1Rb2ceb+RcRb1–+TRb2eb(d)+Rb1Rc+VCC–+TC3C1Rb2ReC2+Rc–+TReiV&一、静静态工工作点点的图图解分分析二、动动态工工作情情况的的图解解分析析三、非非线性性失真真的图图解分分析四、图图解分分析法法的适适用范范围4.3.1图图解分分析法法（以以共射射电路路为例例）一、静静态工工作点点的图图解分分析基本思思路：：将电路路分成成线性性与非非线性性两部部分；；列出出线性性部分分的输输入与与输出出回路路方程程；在在三极极管(非线线性部部分)的输输入、、输出出特性性曲线线（非非线性性部分分）上上求Q点。。+Cb1300kRbviVBB12VVCC12V4kRc+vCECb2+v0iBiC20F20F非线性电路部分线性电路部分线性电路部分2、列列输入入回路路方程程3、列输出出回路路方程程（直直流负负载线线）VCE=VCC－ICRc1、画出直直流通通路基本步步骤：：Rb+VCCRC5、在输出出特性性曲线线上，，作出出直流流负载载线VCE=VCC-ICRc，与IBQ曲线的的交点点即为为Q点，从从而得得到VCEQ和ICQ。4、在输入特性曲线上，作出直线

，两线的交点即是Q点，得到IBQ及IEQ。直流负负载线线ib(A)tiB(A)vBE(V)2040600.20.40.60.8OIBQQQvbe(V)tA、根根据vi曲线在在输入入特性性上求求iB的曲线线设vbe=vi=0.02sint(V)二、动动态工工作情情况分分析ib=20sint(μA)vCE(V)O36912100iC(mA)8060IB=40201432MNB、根根据iB在输出出特性性上求求iC和vCE（无外外接负负载时时）tvce(V)VCEOtic(mA)ICOQQQ直流负负载线线v0=vce=3sint(V)tib(uA)Oib=20sint(μA)C、带带交流流负载载的动动态分分析输出端端接负负载，，由于于Cb2的隔直直作用用，不不影响响静态态工作作点，，但动动态工工作情情况会会发生生变化化。++VCC+12V4kRLCb2+iC20FCb120FRc4kRb300kiBviv0即输出出回路路发生生了变变化，，必须须通过过交流流通路路，重重新求求输出出回路路方程程。由交流流通路路得到到：RbRCRLuiuoicuceuce=-ic（RC//RL）=-icRL'画交流流通路路：Q1.5交流负负载线线vCE(V)036912100iC(mA)8060IB=40A20143256在输出出特性性曲线线上作作交流流负载载线过Q点点作一一条斜斜率率为-1/R‘L的曲线线，称称为交交流负负载线线Q’Q’’’tvce(V)VCEOtic(mA)ICO由图解解法对对共射射电路路分析析得到到如下下结论论：b.v0是与vi同频率率的正正弦波波；c.v0与vi反相，，因此此共射射电路路具有有反相相作用用。1.BJT的的三个个工作作区域域截截止区区IB=0以下下部分分为截截止区区发射结结零偏偏或反反偏IC=ICEO≈0VCE≈VCC管子c、e间如同同断开开O123456

1234vCE(V)iC(mA)40(A)080120160200Q2QQ1NM饱和区放大区截止区三、静静态态工作作点的的选择择饱和区区输出特特性的的上升升和弯弯曲部部分发射结结正偏偏，集集电结结正偏偏IB>IC深度饱饱和时时电压压VCE为：VCES=0.3V(硅)VCES=0.1V(锗)管子c、e间如同同短接接O123456

1234vCE(V)iC(mA)40(A)080120160200Q2QQ1NM饱和区放大区截止区放大区区(线性性区)平坦部部分IC=IBO123456

1234vCE(V)iC(mA)40(A)080120160200Q2QQ1NM饱和区放大区截止区2.静静态态工作作点对对波形形失真真的影影响截止失失真的的波形形Q点设设置太太低，，引起起截止止失真真饱和失失真的的波形形Q点设设置太太高，，引起起饱和和失真真iCuCEuo可输出出的最最大不不失真真信号号（3））合适适的静静态工工作点点ib保证信信号不不失真真，必必须始始终工工作在在放大大区，，对NPN硅硅管：Vce>1V；Ib>0（（PNP管管符号号相反反）。。静态工工作点点位于于截止止边界界与饱和和边界界中间间位置置时，，动态范范围最最大。。Q点选择择原则则：Q点应选选在交交流负负载线线的中中央Q点选得得太低低，容容易出出现截截止失失真；；Q点选得得太高高，容容易出出现饱饱和失失真。。小结：：晶体管管三个个工作作区的的特点点:放大区:发射结正偏,集电结反偏有电流放大作用,IC=βIB输出曲线具有恒流特性截止区:发射结、集电结处于反偏失去电流放大作用,IC≈0晶体管C、E之间相当于开路饱和区:发射结、集电结处于正偏失去放大作用晶体管C、E之间相当于短路选择Q点的原则：使放大电路始终工作在线形区例判断下下列管管子的的工作作状态态02V3V(a)00.7V3V(b)2.3V3V2.6V(c)03V(d)0.7V解：(a)发射结结反偏偏管子截截止(b)发射结结正偏偏，集集电结结反偏偏,Vce>1V管子放放大(c)发射结结正偏偏，集集电结结正偏偏,Vce=0.3V,管子饱饱和(d)发射结结正偏偏，集集电结结反偏偏,Vce<-1V,管子放放大图解分分析法法的特特点优点：：直观、、形象象。有助助于建建立和和理解解交、、直流流共存存，静静态和和动态态等重重要概概念；；有助助于理理解正正确选选择电电路参参数、、合理理设置置静态态工作作点的的重要要性。。能全全面地地分析析放大大电路路的静静态、、动态态工作作情况况。缺点：：不能分分析工工作频频率较较高时时的电电路工工作状状态，，也不不能用用来分分析放放大电电路的的输入入电阻阻、输输出电电阻等等动态态性能能指标标。一.BJT的的H参参数及及小信信号模模型建立小小信号号模型型的意意义建立小小信号号模型型的思思路当放大电路路的输入信信号很小时时，在小范范围内将三三极管的特特性曲线局部线性化化，从而把三三极管这个个非线性器器件所组成成的电路当当作线性电电路来近似似处理。由于三极管管是非线性性器件，这这样就使得得放大电路路的分析非非常困难。。图解分析析法具有局局限性。§4.3.2小信信号模型分分析法1.H参数的引出出BJT是一一个双口网网络BJT的输输入端口特特性：BJT的输输出端口特特性：vBE=f1(iB,vCE)iC=f2(iB,vCE)+－+－vBEiBiCvCEvBE(V)iB(A)802040600.20.40.60.8OVCE=1VvCE(V)iC(mA)432102468100806020iB=40(A)在静态工作作点附近的的微变量，，可通过对对输入、输输出特性进进行微分，，得到：记：则：称为H参数数混合参数电阻电导无量纲无量纲dvBE、dvCE、diB及diC表示为在工工作点（Q点）附近近无限小的的信号变化化量。当放大器工工作在线性性区，信号号量较小时时，可分别别用vbe、vce、ib与ic代替，得到到BJT在在Q点附近近的局部线线性化模型型：vbe=hie·ib+hre·vceic=hfe·ib+hoe·vceH参数的物物理意义hie:，反映在Q点附近，vCE不变，基极电流iB微小变化引起B-E间的电压vBE变化量的程度，单位为，可用等效电阻表示，习惯符号为rbe，约1k左右vBEiBiBvBEQ过Q点切线线的斜率的倒数为hieiCvCEvCEiCQhoe:，反映在Q点附近，输入电流iB不变，C-E间电压vCE变化引起集电极电流ic变化的程度，单位为(西门子，s)，可表示为等效电导，习惯符号，1/rce，10–5级过Q点切线线的斜率的为hoehfe:,反映Q点附近，vCE不变，输入电流iB变化引起的输出电流变化的比值，即：Q点附近的电流放大倍数，习惯符号：βhre:，反映在Q点附近，输入电流iB不变，输出vCE变化引起输入电压vBE变化的比值，即：反向电压传输比，习惯符号：μr，无量纲，10–4级2.BJT的H参数小信号号模型及等等效电路将局部线性性化表达式式用习惯符号代代替，得：：从而可画出出基于小信信号输入的的H参数小信信号等效电电路+–vbe+–vcebcerceibrbervce+–ibic(a)–注意方向PNP与NPN具有有相同的等等效电路。。+–vbe+–vcebceibrbeibic(b)–—+–vbe+–vcebcerceibrbervce+–ibic(a)—r很小，rbeib>>rvce可忽略rvce而rce很大,rce>>RL可忽略rce的影响。从而，得到到简化的BJT小信号号等效电路路由于：因而：3.H参数的确定定通过H参数测测试仪，或利利用BJT特特性图求β参数与rbe。参数rbe可以用经验公公式求得：常温(300K)时,VT=26mv，，小功率管的的rb=200Ω注意！！！1.小信号参数模型是基于信号变化量的动态模型，不能使用小信号参数模型或等效电路求Q点。2.由于小信号参数模型是Q点附近的近似线性化模型，不同Q点对应不同参数。二、用H参数小信号模模型分析共射射极放大电路路++12V4kRLCb2+20FCb120FRc4kRb300kviv0VCCbce1b1221.画电路路的小信号模模型画BJT的小信号模型型，标出e,b,c；按直流电电压源短路、、电流源开路路及隔直电容容短路的原则则画其他元件件；用相量标标出各电压、、电流(测测试时常用正正弦波作输入入信号)22RcRL+–11Rb+–bcerbe—+RLCb2+Cb1RcRbviv0VCCbce1b122短路短路短路2.求电压压放大倍数负号说明反相22RLRc+–Rb11+–bcerbe—（可作为公式式）3.计算输输入电阻和输输出电阻a.输入电阻对信号源而言言，放大器为为它的负载，，这个负载即即放大器的输输入电阻Ri(从11'看看进去的等效效电阻)22RLRc+–Rb11+–bcerbe—Ri对负载而言，，放大器可等等效为一个内内阻为Ro电压源Vo，这个Ro即放大器的输输出电阻。在在输入短路，输输出开路，输出端加入测测试电压，得得b.输出电阻阻22RcRb11+–bcerbe—Ro+–用H参数分析析小信号电路路的步骤：1、静态分析析求IE2画出三极极管的H参数数小信号模型型等效电路，，并标出三个电极（C，B，E））及电流方向向；2、根据交流流信号通路画画出其它元件件；3、将图中的的变量用相量量表示；4、利用等效效电路求解各各参数。小结例画出图示电路路的微变等效效电路，图中中设各电容的的容抗均可忽忽略(注意标标出电压电流流的正方向)。Rb2+–+–解：(a)RcRe+RLRcRb1+VCC–+Rb2Cb2Cb1TRb1RLrbebec–Re(b)+VCC+RcRb1–+TCb2Cb1Rb2ceb(b)Rb2Rb1+–+–RCbrbeec–(c)+Rb1+VCC–+TCb2Cb1Rb3Rb2Re2Re1Re1Rb3Rb2Rb1+–rbebec–例如图所示电路路T为3DG6，已知工作点处处的=40(1)求(2)若Rs=500,求源电压放大倍数++12V4kRLRc4kRb300k+VCC+–Rs+–解：(1)静态态分析，求IE++12V4kRLRc4kRb300k+VCC+–Rs+–+12VRc4kRb300k+VCC由原图可画出出电路的直流流通路，由直直流通路，得得：解：(2)画交交流通路，求求等效电路+–RL+–Rsrbe+–RbbecRc—取rbe=200，VT=26mv++12V4kRLRc4kRb300k+VCC+–Rs+–(3)求Ri=Rb//rbe≈rbe=0.866k由于信号源内阻Rs的存在，输入信号在Rs上损失了一部分，使，从而使放大倍数下降。+–RL+–Rsrbe+–RbbecRc—§4.4放放大电路的工工作点稳定问问题一、温度对工工作点的影响响BJT具有热热敏性，温度度主要对BJT产生三个个影响：TICBO:T本证激化电子空穴对ICBO，ICEO2.TVBE:T载流子运动PN结的阻档正向结电阻VBE。（硅大约为–2.2mV/C）3.T:T基区载流子运运动加快加快了向集电电极的漂移。结温每升高1℃，增加0.5%~1%（硅）温度对三个因因素的影响的的结果将导致致静态工作点点（Q点）的的漂移，TICQ点上移，稳定且合适的的静态工作点点(Q点)是是放大电路正正常工作的基基本前提。因因此，温度的的变化将影响响放大电路的的性能。解决办法尽量保持温度度不变；选择高质量的的晶体管；采取技术措施施，利用温度负反馈原原理，随着温度的的变化自动调调整电路参数数，从而减小小温度影响，，以稳定Q点。针对ICBO的影响，可使使IB随温度的升高自自动而自动减减小；针对VBE的影响，可使使发射结的电电压随温度的的升高而而自动减小；；共射电路稳定定Q点的常用用方法：射级级偏置。二、射极偏置置电路Q点稳定的过程RLCb2Cb1RcRb1+VCCIB+ICI1ICIBbcevivo+–+–Rb2Re1.基极分分压式射极偏偏置电路加入基极偏置置电路，稳定定基极电压，，当I1>>IBb.加入射射极偏置电阻阻，随温度自自动调节，稳稳定Q点。基极偏置射极偏置TICIEIEReVEVBEIBIC例已知，估算射极偏置置电路的Q点,并计算解：(1)求求Q点RLCb2Cb1RcRb1+VCCIB+ICI1ICIBbcevivo+–+–Rb2Re(2)画小小信号模型+–RLrbe+–Rb2becRcRbRb1Re—(3)求Av´RLCb2Cb1RcRb1+VCCIB+ICI1ICIBbcevivo+–+–Rb2Re射极偏置电阻阻使得放大倍倍数下降！(4)求Ri,R0+–RLrbe+–RiRb2becRcRbRb1Re—射极偏置电阻阻使得输入阻阻抗变大！2、带旁路电电容的射极偏偏置电路射极偏置电路Re的接入，虽稳定了Q点，但使下降，为了两全其美，在Re两端并一个电容CeCb1+VCC–++–Cb2CeRLReRb1Rb2RcCe为交流信号提提供一条旁路路，称为旁路路电容，使得得放大倍数不不受Re的影响。+–RLrbe+–Rb2becRcRbRb1—类似的方法求求得（静态Q点与输出电阻阻Ro与前一致）：Ri=Rb1//Rb2//rbe小信号等效电电路为：3.含有双双电源的射极极偏置电路（1）阻容耦合阻容耦合的特特点：基极电电压稳定，静静态工作点不不受信号源内内阻、负载电电阻影响，适适应于交流输输入信号。2.含有双双电源的射极极偏置电路（2）直接耦合直接耦合电路路的特点：静静态工作点受受信号源内阻阻、负载电阻阻影响，适合合于直流（如如压力传感信信号）或低频频放大电路4.含有恒恒流源的射极极偏置电路特点：静态工工作点电流由由恒流源直接接提供，因而而，具有较稳稳定的静态工工作电流。小信号等效电电路：§4.5共共集电极电路路和共基极电电路一、共集电极极电路(也也称射极电压压跟随器)Cb1+–Cb2RbRLRs+––+RebceT+VCC从交流通路知知：输入加在在基极与集电电极之间，输输出电压为发射极与集集电极之间的的电压，称为为共集电极电路路。交流通路静态分析首先画出直流流通路，RbIB+VBE+ReIE=VccIC=IBVCE=VCC－IeRe≈VCC－ICRe直流通路2.动动态态分析析a.小小信号号模型型b.求因此共共集放放大电电路电电压增增益约约等于于1，，且为为同相相放大大。Ri'=rbe+(1+)RL'Ri=Rb//Ri'=Rb//[rbe+(1+)RL']c.求求Ri当β>>1时，，输入入电阻阻很大大列电路路方程程：其中则当，时，输出电电阻很很小d.求求Ro结论：：共集集电极极电路路特点点电压增益小于1但接近于1，输入与输出同相，常称为射极电压跟随器；输入电阻大，对电压信号源衰减小；输出电阻小，带负载能力强；用途：：Ri大常用用作多多级放放大器器的第第一级级(输入入级)R0小常用用作多多级放放大器器的最最后一一级(驱动极极)也可作作中间间级，，以隔隔离前前后级级的影影响(缓冲级级)。Cb1Cb2－++－+－CBRb2Rb1ReRLRc+VCCTRs二、共共基极极电路路(common—baseamplifier)交流通路从交流流通路路知：：输入入加在在基极极与发发射极极之间间，输输出电电压为基极极与集集电极极之间间的电电压，，称为为共基基极电电路。。静态分分析Rb2Rb1ReRc+VCCT首先画画出直直流通通路，，2.动动态态分析析a.小小信号号模型型小信号等效电路小信号等效电路Ri'输入电电阻小小，是是共基基极放放大电电路最最显著著特征征。由于输输入电电阻小小，因因而具具有较较宽的的带宽宽，常常用于于高频频电路路。三、放放大电电路三三种组组态的的比较较1.三三种组组态的的判别别以输入入、输输出信信号的的位置置为判判断依依据：：信号由由基极极输入入，集集电极极输出出——共射极极放大大电路路信号由由基