第5章晶体三极管及其基本放大电路

第5章晶体三极管及其基本放大电路第1页/共217页2023/4/222BJT：BipolarJunctionTransistor——双极型晶体管——（晶体三极管、半导体三极管）﹡双极型器件两种载流子（多子、少子）第2页/共217页2023/4/223几种常见晶体管的外形第3页/共217页2023/4/2245.1.1晶体管的结构及其类型ecb发射极基极集电极发射结集电结基区发射区集电区NPNcbeNPN(a)NPN管的原理结构示意图(b)电路符号（base）（collector

）（emitter）符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时电流的流向。第4页/共217页2023/4/225晶体管的结构第5页/共217页2023/4/226PNPcbe(b)电路符号(a)PNP型三极管的原理结构符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时电流的流向。第6页/共217页2023/4/227图2-3平面管结构剖面图＊结构特点1、三区两结2、基区很薄3、e区重掺杂

c区轻掺杂

b区掺杂最轻4、集电区的面积则比发射区做得大，这是三极管实现电流放大的内部条件。第7页/共217页2023/4/2285.1.2晶体管的电流分配与放大作用

（以NPN管为例）一、放大状态下晶体管中载流子的运动BJT处于放大状态的条件：内部条件：发射区重掺杂(故管子e、c极不能互换)基区很薄(几个m)集电结面积大外部条件：发射结正偏集电结反偏第8页/共217页2023/4/229NPN型晶体管的电流关系

第9页/共217页2023/4/2210外加偏置电压要求

对NPN管UC＞UB＞UEUCUEUB对PNP管要求UC＜UB＜UEUCUEUB第10页/共217页2023/4/2211共射极直流电流放大系数一般1、直流电流放大系数第11页/共217页2023/4/22125.1.3晶体管的共射特性曲线晶体管特性曲线：描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。icebiBC输出回路输入回路ecbiBiEceiEiCb(a)共发射极(b)共集电极(c)共基极

第12页/共217页2023/4/2213下面以共射极电路为测试电路μAmAVViBiCUCCUBBRCRB＋－uBE＋－uCE＋－第13页/共217页2023/4/22145.1.3.1共射极输入特性曲线共射组态晶体管的输入特性：μAmAVViBiCUCCUBBRCRB＋－uBE＋－uCE＋－

它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。第14页/共217页2023/4/2215cICeIENPNIBRCUCCUBBRBbIBNIENICN第15页/共217页2023/4/22165.1.3.2共射极输出特性曲线共射组态晶体管的输出特性：

它是指一定基极电流IB下，三极管的输出回路集电极电流IC与集电结电压UCE之间的关系曲线。第16页/共217页2023/4/2217uCE/V5101501234iC/mAIB＝40A30A20A10A0AcICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICN第17页/共217页2023/4/2218

共射输出特性曲线第18页/共217页2023/4/2219一、放大区★发射结正向偏置，集电结反向偏置1、基极电流iB

对集电极电流iC

的控制作用很强uCE/V5101501234饱和区截止区iB＝－ICBO放大区iC/mAuCE＝uBEIB＝40A30A20A10A0A在数值上近似等于β问题：特性图中β=？β=100第19页/共217页2023/4/22202、uCE

变化时,iC

影响很小（恒流特性）uCE/V5101501234饱和区截止区iB＝－ICBO放大区iC/mAuCE＝uBEIB＝40A30A20A10A0A即：iC

仅决定于iB

，与输出环路的外电路无关。放大区第20页/共217页2023/4/2221二、饱和区★发射结和集电结均正向偏置uCE/V5101501234饱和区截止区iB＝－ICBO放大区iC/mAuCE＝uBEIB＝40A30A20A10A0A临界饱和：uCE=uBE，uCB=0(集电结零偏)第21页/共217页2023/4/2222IcCeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC1饱和区（1）iB一定时，iC比放大时要小

三极管的电流放大能力下降，通常有iC<βiB（2）uCE一定时iB增大，iC基本不变图2-6饱和区载流子运动情况第22页/共217页2023/4/2223三、截止区★发射结和集电结均反向偏置iB=-iCBO

（此时iE=0）以下称为截止区。

工程上认为：iB=0以下即为截止区。第23页/共217页2023/4/2224ciCeiENPNiBRCUCCUBBRBICBO15VbIEBO图2-7截止区载流子运动情况※若不计穿透电流ICEO，有iB、iC近似为0；♀三个电极的电流都很小，三极管类似于一个开关“断开”。截止区第24页/共217页2023/4/22255.1.4晶体管的主要参数一、电流放大系数1、共射直流放大倍数2、共射交流放大倍数常认为：第25页/共217页2023/4/2226二、极间反向电流ICBOcICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO集电极基极间的反向饱和电流第26页/共217页2023/4/2227集电极发射极间的穿透电流ICEOcICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO第27页/共217页2023/4/2228

2、集电极最大允许电流ICMICM：β下降到正常值的2/3时的iC。当iC>ICM时，虽然管子不致于损坏，但β值已经明显减小。第28页/共217页2023/4/22293、集电极最大允许耗散功率PCM

晶体管的安全工作区

功耗线PCM=iC·uCE第29页/共217页2023/4/22305.2放大电路的组成和放大原5.2.1放大电路概述第30页/共217页2023/4/22315.2.2.基本共射极放大电路给T提供适当的偏置集电极电阻，将集电极电流转换成集电极电压基极电阻，决定基极电流放大电路的核心输入交流电压信号基极电源，提供适当偏置输出电压信号地第31页/共217页2023/4/2232

静止状态（静态）：

ui=0时

电路中各处的电压、电流都是不变的直流。

若UBB和UCC能使T的发射结正偏，集电结反偏

→三极管工作在放大状态，则：第32页/共217页2023/4/2233当时ib含有交流分量→ic也有交流分量→uce产生变化→uO变化uO与ui相比：①

uO幅度＞ui幅度

②波形形状相同第33页/共217页2023/4/2234＊电压、电流等符号的规定①直流量：大写字母+大写下标，如IB②交流量：小写字母+小写下标，如ib③交流量有效值：大写字母+小写下标，如Ib④瞬时值（直流分量和交流分量之和）：小写字母+大写下标，如iB，iB=IB+ib第34页/共217页2023/4/2235uBEube叠加量交流分量tUBE直流分量第35页/共217页2023/4/2236

重要：静态工作点的作用静态工作点Q（Quiescent）：静态时，晶体管的IB、IC、UBE和UCE

记作：IBQ、ICQ、UBEQ和UCEQ第36页/共217页2023/4/2237•

动态时（ui≠0）：︱ui︱

＜UBE（ON）→发射结无法正偏→三极管一直在截止区→uo=UCE=UCC即使

︱ui︱＞

UBE（ON），

输出仍然严重失真。

只有在信号的整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。为什么要设计静态工作点？第37页/共217页2023/4/2238静态工作点的作用：

保证放大电路中的三极管正常工作，保证放大电路输出不产生失真。放大电路的基本要求：①输出不失真②输出能够放大

第38页/共217页2023/4/2239

晶体管放大电路的放大原理当ui≠0→iB=IBQ+ib→iC=ICQ+ic=ICQ+βib→uCE=UCEQ+uce→uo=uce

∵ic↑→uCE↓

ic↓→uCE↑∴方向和ic相反第39页/共217页2023/4/2240第40页/共217页2023/4/2241结论设置合适的静态工作点，让交流信号承载在直流分量之上，保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。第41页/共217页2023/4/2242组成放大电路必须遵守的原则设置合适的静态工作点，使三极管偏置于放大状态。输入信号能够作用于的输入回路(基极-发射极回路)。必须设置合理的信号通路。第42页/共217页2023/4/2243

基本放大电路的组成原则RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1UCC：直流电源RB：基极偏置电阻RC：集电极偏置电阻RL：负载电阻Ui：正弦信号源电压及内阻C1、C2：耦合电容第43页/共217页2023/4/2244直接耦合：电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均直接相连。RCVRBUCCuoRL＋－＋－ui

直接耦合共射放大电路

阻容耦合：电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均通过电容相连。RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

第44页/共217页2023/4/2245电容C1、C2（一般几微法到几十微法）：隔离直流通过交流RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

作用：静态工作点与信号源内阻和负载电阻无关，且不受输入交流信号的影响。第45页/共217页2023/4/2246补：直流通路和交流通路直流通路：直流电源作用下直流电流流经的道路画直流通路的原则①C开路②L短路③输入信号为0（保留内阻）RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

第46页/共217页2023/4/2247RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

RBUCCRC(a)直流通路直流通路第47页/共217页2023/4/2248交流通路：只考虑交流信号的分电路画交流通路的原则①C短路②直流电源对地短路（恒压源处理）RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

交流通路第48页/共217页2023/4/2249RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

RCuous＋－RsRBRL＋－IiIo(b)交流通路交流通路第49页/共217页2023/4/2250练习：请画出下面电路的直流通路的交流通路。(a)(c)第50页/共217页2023/4/2251直流通路交流通路第51页/共217页2023/4/2252直流通路交流通路第52页/共217页2023/4/2253

由于交流信号均叠加在静态工作点上，且交流信号幅度很小，因此对工作在放大模式下的电路进行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。5.3放大电路的分析直流分析法分析指标：IBQ、ICQ、UCEQ分析方法：图解法、估算法

交流分析法分析指标：Au

、Ri、Ro分析方法：图解法、微变等效电路法

第53页/共217页2023/4/2254例1：晶体管电路如图(a)所示。若已知晶体管工作在放大状态，试计算晶体管的IBQ，ICQ和UCEQ。(a)电路ICQ＋－UCEQRBUBBIBQUCCRCeRBUBE(on)bIBQβIBQcICQUCCRC＋－UCEQUBB(b)直流等效电路图：晶体管直流电路分析5.3.1放大电路的静态分析第54页/共217页2023/4/2255

解：因为晶体管工作在放大状态。这时用图(b)的模型代替晶体管，便得到图)所示的直流等效电路。由图可知故有第55页/共217页2023/4/22562静态工作点的图解分析法图解法：在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它各元件参数的情况下，利用作图的方法对放大电路进行分析。优点：直观、形象第56页/共217页2023/4/2257静态工作点：IBQ、UBEQ和ICQ、UCEQ1、IBQ、UBEQ的求解一般不用图解法确定，而用估算法。

UBEQ=0.7V（硅管）或0.3V（锗管）

RBUCCRC

共射放大器的直流通路第57页/共217页2023/4/22582、ICQ、UCEQ的求解输出特性曲线与输出回路方程的交点为静态工作点Q。RBUCCRCiB＝IBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC(a)直流负载线与Q点直流负载线第58页/共217页2023/4/2259例2：在图2―20(a)电路中，若RB=300kΩ,RC=4kΩ,UCC=12V，ß=40若晶体管的输出特性曲线如图2―21(b)所示，试用图解法确定直流工作点。RBUCCRCIBQICQ＋－UCEQ(a)直流通路输出回路满足：UCC=UCEQ+ICQ×RC

放大器的直流图解分析第59页/共217页2023/4/2260

放大器的直流图解分析(b)Q点与RB、RC的关系uCE/V21012012340μA30μA20μA10μAiC/mA4684MNQ①②RBQ3Q2Q4RCRBQ1RCRBUCCRCIBQICQ＋－UCEQ第60页/共217页2023/4/2261总结——输出特性曲线，由晶体管的特性决定——直流负载线，由外电路特性决定静态工作点为下面两条曲线的交点：第61页/共217页2023/4/2262补充：晶体管工作状态的判断方法例3电路如下图所示。已知β=50，试求ui分别为０Ｖ和３Ｖ时输出电压uo的值。RＣ3kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图第62页/共217页2023/4/2263解：①ui=0V第一步：判断晶体管是否截止∵ui=0V∴ui＜UBE(on)∴e结反偏又∵ui

＜UCC∴c结反偏∴晶体管处于截止区RＣ3kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图此时：

IBQ=ICQ=IEQ=０，

UBEQ=0，

UCEQ=UCC。

第63页/共217页2023/4/2264解：②ui=３V第一步：判断晶体管是否截止∵ui=３V∴ui＞UBE(on)∴e结正偏∴晶体管不截止∴判断ｃ结是正偏还是反偏RＣ3kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图第64页/共217页2023/4/2265第二步：判断晶体管处于放大状态还是饱和状态方法：假设法设：晶体管处于放大状态则RＣ3kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图RBｕｉRＣUCCUBE(on)βIBQ第65页/共217页2023/4/2266R33kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图即：UCEQ＜UBE(on)∴ｃ结正偏与放大区的要求不符∴晶体管处于饱和区RBｕｉRＣUCCUBE(on)βIBQ第66页/共217页2023/4/2267R33kUCC5VRB39kui＋－＋－uo

例３电路图∵临界饱和时，ｃ结零偏∴UBC=UBE(on)－UCE(sat)临界=0，即UCE(sat)临界=UBE(on)饱和时硅管UCEＱ=0.3V

锗管UCEＱ=0.1V第67页/共217页2023/4/2268晶体管工作状态的判断步骤UBE≤UBE(on)且UBE＜UCE，则晶体管截止1、首先判断晶体管是否截止；此时：IBQ=ICQ=IEQ=0，若UBB>UBE(on),则发射结正偏，下面关键是判断集电结是正偏还是反偏。第68页/共217页2023/4/22692、判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：方法：假设法（假设处于放大区，计算Ｑ点参数）。则晶体管处于放大状态；则晶体管处于饱和状态；硅管UCEＱ=0.3V，锗管UCEＱ=0.1V第69页/共217页2023/4/2270补充例题1电路补充例题1、晶体管电路如下图所示。已知β=100，试判断晶体管的工作状态。5VRBUBBRERCUCC500KΩ1KΩ2KΩ12V第70页/共217页2023/4/22711.先判断晶体管是否处于截止状态：∴晶体管不处于截止状态；2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：∴晶体管处于放大状态；第71页/共217页2023/4/2272补充例题2电路补充例题2晶体管电路如下图所示。已知β=100，试判断晶体管的工作状态。5VRBUBBRCUCC500KΩ50KΩ2KΩ12V第72页/共217页2023/4/22731.先判断晶体管是否处于截止状态：∴晶体管不处于截止状态；2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：∵UBB-UBE(on)=IBQRB第73页/共217页2023/4/2274∴晶体管不可能处于放大区，而应工作在饱和区；第74页/共217页2023/4/2275

5.3.2共射放大电路的动态分析

1微变等效电路法所谓放大电路的微变等效电路，就是把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，就是把晶体管等效为一个线性元件。第75页/共217页2023/4/2276晶体管的微变等效电路模型第76页/共217页2023/4/2277第77页/共217页2023/4/2278＊

rbb’：基区体电阻，不能忽略。＊

rb’c：很大（几十M），可做开路处理。＊若rce＞＞RL’或︱UA︱=∞，可忽略rce。gmube＋－ucerce＋－uberb’ebceb′rbb’

共射低频混合π型模型第78页/共217页2023/4/2279说明①只适用小信号交流分析（不能用来求Q点）②只针对低频③参数与Q有关先求Q点

Q点变化→参数变化第79页/共217页2023/4/2280

等效电路法分析共射放大电路根据直流通路估算直流工作点确定放大器交流通路、交流等效电路计算放大器的各项交流指标第80页/共217页2023/4/2281＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RECE＋RLUCCRCRB1＋C2

共射极放大器及其交流等效电路(a)电路第81页/共217页2023/4/2282解：首先根据直流通路以及直流大信号等效电路求解出放大器的静态工作点。第二步画放大器的交流通路。然后将通路中的晶体管用等效小信号模型代替。分析各性能指标。主要包括以下性能指标：求Q点

画直流通路画交流通路画等效通路计算交流参数第82页/共217页2023/4/2283(b)交流等效电路

共射极放大器及其交流等效电路UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us第83页/共217页2023/4/2284一、电压放大倍数------无量纲参数UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us第84页/共217页2023/4/2285关于电压放大倍数Au的讨论3.输出电压与输入电压反相。当忽略rbb’时，第85页/共217页2023/4/2286

二、输入电阻Ri定义：从放大器输入端看进去的电阻，即：＋－UsAuoUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－UoRi表征放大器从信号源获得信号的能力。第86页/共217页2023/4/2287UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us第87页/共217页2023/4/2288＋－UsAuoUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－Uo三、输出电阻Ro定义：从放大器输出端看进去的电阻。根据戴维南定理，可得：Ro是一个表征放大器带负载能力的参数。第88页/共217页2023/4/2289UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us第89页/共217页2023/4/2290对于电压输出。Ro越小，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电压基本不变。对于电流输出。Ro越大，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电流基本不变。＋－UsAuoUiRL＋－RsUiRi＋－Ro＋－Uo第90页/共217页2023/4/2291四、源电压放大倍数Aus若Ri>>Rs,则：UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us第91页/共217页2023/4/2292＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RERLUCCRCRB1＋C2

共射极放大器及其交流等效电路(a)电路

五、带有射极电阻RE时的交流指标CE＋第92页/共217页2023/4/2293

发射极接电阻时的交流等效电路Ri=RB1‖RB2‖Ri′Ri′第93页/共217页2023/4/2294例：下图电路中，若RB1=75kΩ，RB2=25kΩ,RC=RL=2kΩ，RE=1kΩ,UCC=12V，晶体管的β=80，rbb′=100Ω,信号源内阻Rs=0.6kΩ,试求直流工作点ICQ、UCEQ及Au，Ri，Ro和Aus。＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RECE＋RLUCCRCRB1＋C2第94页/共217页2023/4/2295

解：按估算法计算Q点：RB2REUCCRCRB1直流通路

第95页/共217页2023/4/2296UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us第96页/共217页2023/4/2297UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us第97页/共217页2023/4/2298＋－－＋＋－UoUiUsRsRB2＋C1RE1CE＋RLUCCRCRB1＋C2RE2例：在上例中，将RE变为两个电阻RE1和RE2串联，且RE1=100Ω,RE2=900Ω，而旁通电容CE接在RE2两端，其它条件不变，试求此时的交流指标。第98页/共217页2023/4/22991解：由于RE=RE1+RE2=1kΩ，所以Q点不变。对于交流通路，现在射极通过RE1接地。交流等效电路为：第99页/共217页2023/4/221001第100页/共217页2023/4/22101可见，RE1的接入，使得Au减小了约10倍。但是，由于输入电阻增大，因而Aus与Au的差异明显减小了。第101页/共217页2023/4/221025.3.3放大电路的动态范围和非线性失真2交流图解分析法RCVRBUCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1

阻容耦合共射放大电路

RCuous＋－RsRBRL＋－IiIo交流通路

RBUCCRC直流通路

第102页/共217页2023/4/22103iBIBQtiBIBQuBEuBEtiBmaxiBminQUBEQ(a)输入回路的工作波形uCEiCiB第103页/共217页2023/4/22104iB＝IBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRCiB变化时，在输出特性曲线上瞬时工作点（uCE和iC）移动的轨迹称为交流负载线。uCEiCiB第104页/共217页2023/4/22105，其中RL’=RC//RL

RCUoUi＋－RBRL＋－ibic＋－uceRL’因此：----交流负载方程交流量瞬时值直流量第105页/共217页2023/4/22106uCE-UCEQ=-(iC-ICQ)RL’

特点:RCUoUi＋－RBRL＋－ibic＋－uceRL’第106页/共217页2023/4/22107

放大器的交流图解分析(b)输出回路的工作波形QiCiBmaxiBminiCICQtuCEtuCEUCCUCEQICQUCCRCQ1Q2IBQICQRL′A交流负载线k＝－RL′1交流负载线：uCE=UCEQ-(iC-ICQ)RL’第107页/共217页2023/4/22108

共射极放大器的电压、电流波形①叠加交流信号后，晶体管各极电流方向、极间电压极性与静态时相同。②放大器的输出与输入信号是反相（或称倒相）的。结论：第108页/共217页2023/4/22109③直流量保证了交流量的不失真。

共射极放大器的电压、电流波形uCEiCiB第109页/共217页2023/4/22110两种分析方法特点比较放大电路的图解分析法：其优点是形象直观，适用于Q点分析、非线性失真分析、最大不失真输出幅度的分析，能够用于大、小信号；其缺点是作图麻烦，只能分析简单电路，求解误差大，不易求解输入电阻、输出电阻等动态参数。第110页/共217页2023/4/22111

微变等效电路分析法：其优点是适用于任何复杂的电路，可方便求解动态参数如放大倍数、输入电阻、输出电阻等；其缺点是只能用于分析小信号，不能用来求解静态工作点Q。实际应用中，常把两种分析方法结合起来使用。第111页/共217页2023/4/221125.3.3放大电路的动态范围和非线性失真第112页/共217页2023/4/22113Q交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真Q点过低→动态工作点进入截止区，出现截止失真。对NPN管的共射极放大器，发生截止失真时，其输出电压出现“胖顶”的现象（顶部限幅），ICQRL′UCEQ第113页/共217页2023/4/22114Q点不合适产生的非线性失真(b)饱和失真Q交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0Q点过高→动态工作点进入饱和区，出现饱和失真。对NPN管的共射极放大器，发生饱和失真时，其输出电压出现“削底”现象（底部限幅）UCEQUCES第114页/共217页2023/4/22115Q交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为ICQRL′UCEQ第115页/共217页2023/4/22116Q点不合适产生的非线性失真(b)饱和失真Q交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为UCEQUCES第116页/共217页2023/4/22117

Uopp=2Uom放大器输出动态范围：受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为其中较小的即为放大器最大不失真输出电压的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍，即第117页/共217页2023/4/22118

例：UCC=12V，RC=2kΩ，RL=2kΩ

，RB=360kΩ，β=60求：①UP-P=？②静态工作点，放大倍数，输入输出电阻

解题思路：第一步：求出ICQ

比较Uom1=ICQRL′和Uom2=UCEQ-UCES临界大小

UCES临界=-0.5VRCVRB-UCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1第118页/共217页2023/4/22119比较Uom1和Uom2大小第二步：若Uom1

＜

Uom2，Uopp=2Uom1

若Uom2

＜

Uom1，Uopp=2Uom2

结论：动态范围决定于Uom1、

Uom2

中的小者。当Uom1=Uom2时，动态范围最大。（Q点在有效交流负载线中央）第119页/共217页2023/4/22120RCVRB-UCCuo＋C2RL＋－＋－ui＋C1第120页/共217页2023/4/22121UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1Us第121页/共217页2023/4/221225.4晶体管放大电路的三种接法5.4.1静态工作点稳定的共射级放大电路偏流：当电源电压和集电极电阻确定后，放大电路的Q点由基极电流IB来确定，这个电流叫偏流。偏置电路：获得偏流的电路特点：电路结构简单，调试方便偏置下的工作点在环境温度变化或更换管子时，应力求保持稳定，应始终保持在放大区。对信号的传输损耗应尽可能小。第122页/共217页2023/4/22123一、固定偏流电路单电源供电。UEE=0，UBB由UCC提供只要合理选择RB，RC的阻值，晶体管将处于放大状态。

固定偏流电路第123页/共217页2023/4/22124

固定偏流电路缺点：工作点稳定性差。（∵IBQ固定，当β、ICBO等变化→ICQ、UCEQ的变化→工作点产生较大的漂移→使管子进入饱和或截止区）优点：电路结构简单。第124页/共217页2023/4/221251、分压式电流负反馈偏置电路的分析二、分压式直流电流负反馈偏置电路（a）固定偏流电路（b）直流负反馈偏置电路（c）分压式直流电流负反馈偏置电路

分压式直流电流负反馈偏置电路第125页/共217页2023/4/22126（a）固定偏流电路（b）直流负反馈偏置电路负反馈机制的作用：克服Q点的漂移现象，保证Q点的稳定。T↑→β↑→IC↑→UBE↓→UE↑（∵UE=

UBQ﹣UBE，且UBQ基本不变）→IB↓（扩散运动↓）→IC↓(∵IC=βIB)第126页/共217页2023/4/22127（b）直流负反馈偏置电路（c）分压式直流电流负反馈偏置电路RB1：上偏置电阻RB2：下偏置电阻为了保证ｂ极电压的稳定若IBQ<<I1、I2，

I1≈I2第127页/共217页2023/4/22128计算静态工作点Q：前提IBQ<<I1、I2

（c）分压式直流电流负反馈偏置电路第128页/共217页2023/4/22129例4：电路如右图所示

已知：

UCC=28V，RC=6.8kΩ,Re=1.2kΩ,

RB1=90kΩ,RB2=10kΩ

求：①β=60的Q点

②β=150的Q点例4电路图结论：β从60变化到150，各个Q点参数值基本没有变化，说明电路的静态工作点Q的稳定性。第129页/共217页2023/4/221302、分压式电流负反馈偏置电路的设计设计注意点：①RB1、RB2选取适当小的数值②RＥ选取足够大的数值（c）分压式直流电流负反馈偏置电路第130页/共217页2023/4/22131

为确保UB固定，要求RB1、RB2的取值愈小愈好。但是RB1、RB2过小，将增大电源UCC的无谓损耗，因此要二者兼顾。通常选取并兼顾UCEQ而取（c）分压式直流电流负反馈偏置电路第131页/共217页2023/4/22132例5：UCC=12V，β=200要求：ICQ=1mA设计：RB1、RB2

、RE解：取UEQ=2VIEQ=ICQ=1mARE=2kΩ

UBEQ=0.7VUBQ=UEQ+UBEQ=2+0.7=2.7VIBQ=IEQ/β=1m/200=0.005mAI1=I2=10×IBQ=0.05mARB2=

UBQ/I2=54ΩRB1=(UCC－UBQ)/I1=246Ω（c）分压式直流电流负反馈偏置电路第132页/共217页2023/4/22133练习：教材P144例5.4.1和P145例5.4.2第133页/共217页2023/4/221345.4.2共集放大电路（射极输出器）＋－－＋UoUiUsRsRB2C1RERLUCCRB1＋C2(a)电路第134页/共217页2023/4/22135

共集电极放大器及交流等效电路(b)交流等效电路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′IieRL’第135页/共217页2023/4/22136一、电压放大倍数Au因而式中：

Au≤1，而且Uo与Ui同相。射极跟随器第136页/共217页2023/4/22137

共集电极放大器及交流等效电路(b)交流等效电路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′Iie二、输入电阻RiRL’第137页/共217页2023/4/22138Ri显著增大，所以共集电极电路的具有高输入电阻的特性UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′IieRi与RL’有关第138页/共217页2023/4/22139

共集电极放大器及交流等效电路(b)交流等效电路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′Iie三、输出电阻Ro第139页/共217页2023/4/22140

求共集放大器Ro的等效电路UiRi＋＋－－RsUsRB1IbRoRB2rbeβIbbcIcIeRERLIoRi′Iie第140页/共217页2023/4/22141式中：Ro与Rs有关第141页/共217页2023/4/22142是基极支路的电阻折合到射极的等效电阻输出电阻小。第142页/共217页2023/4/22143共集电路的特点：①电压放大倍数小于1而近于1；②输出电压与输入电压同相；③输入电阻高；④输出电阻低。第143页/共217页2023/4/221445.4.3共基放大电路C1－＋Ui＋RE＋C2RCRB1RB2＋CB－＋UoRLUCC(a)共基极放大电路第144页/共217页2023/4/22145

共基极放大器及其交流等效电路(b)交流等效电路Ii－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb第145页/共217页2023/4/22146Ii－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb一、1.电压放大倍数Au式中：

Au与共射电路大小相等，但同相。第146页/共217页2023/4/22147二、输入电阻Ri三、输出电阻RoIi－＋UiRERiIerbeRi′βIbRCRoRLIo－＋UoIbecb第147页/共217页2023/4/22148

三种基本放大器性能比较第148页/共217页2023/4/221495.5放大电路的频率响应第149页/共217页2023/4/221505.5.1频率响应概述频率响应：放大倍数随信号频率变化的关系称为放大电路的频率特性，也叫频率响应。（1）待放大的信号不一定是单一频率的，而是有一定的频率范围。（2）实际的放大器中存在电抗元件（管子的极间电容：Cb’e，Cb’c，以及电路的耦合电容，分布电容引线电感等）使得放大器对不同频率的信号放大倍数和延迟时间不同。第150页/共217页2023/4/22151频率失真：在输入信号的幅度不变而改变其频率时，输出信号的幅度和相位都会随着频率改变，由此产生的失真。属于线性失真。（1）幅频失真：对各频率分量放大倍数不同，使输出信号各频率分量幅度比例与输入信号不同所引起的失真。（2）相频失真：对不同频率分量到达输出端延时不同所引起的失真。第151页/共217页2023/4/22152

频率失真现象第152页/共217页2023/4/22153原因：电抗元件的阻抗值与f

有关。特点：不产生新的频率分量。非线性失真和线性失真的比较（1）非线性失真原因：伏安特性的非线性如：三极管特点：产生新的频率分量输入正弦输出非正弦（2）线性失真如：L、C饱和失真和截止失真属于那种失真？非线性失真第153页/共217页2023/4/22154失真的种类、原因和特征第154页/共217页2023/4/22155幅频特性：放大电路放大倍数的幅度与频率的关系。相频特性：放大电路放大倍数的相位与频率的关系。频率响应（频响）幅频特性相频特性第155页/共217页2023/4/22156放大电路的幅频响应和幅频失真AuIfAuIfAuI(a)理想幅频特性(b)直接耦合放大电路的幅频特性fH

幅频特性第156页/共217页2023/4/22157AuI(c)阻容耦合放大电路的幅频特性中频放大倍数上限频率fH：为高频区放大倍数下降为中频区的1/时所对应的频率。第157页/共217页2023/4/22158下限频率fL：为低频区放大倍数下降为中频区的1/时所对应的频率。AuI(c)阻容耦合放大电路的幅频特性第158页/共217页2023/4/22159AuI(c)阻容耦合放大电路的幅频特性通频带BW(BandWidth)：fH和fL之间形成的频带为中频区，中频区的频带宽度。BW=fH-fL描述电路对不同频率信号适应能力的动态参数第159页/共217页2023/4/22160AuI增益频带积中频区增益AuI与通频带BW是放大器的两个重要指标，希望两者越大越好，但两者往往又是一对矛盾的指标，所以又引进增益频带积来表征放大器的性能。第160页/共217页2023/4/22161

放大电路的相频响应和相频失真fH(a)理想相频特性(b)直接耦合电路的相频特性

相频特性第161页/共217页2023/4/22162fHfL(c)阻容耦合电路的相频特性延迟时间初始相移理想情况下：第162页/共217页2023/4/22163

波特图波特图：采用对数坐标且进行折线化近似的频率特性曲线。波特图对数幅频特性对数相频特性第163页/共217页2023/4/221645.5.2简单RC电路的频率特性（a）高通电路令（以高通电路为例）

高通电路的频响及其波特图第164页/共217页2023/4/22165（a）高通电路（b）频率响应

高通电路的频响及其波特图第165页/共217页2023/4/22166f0.01fL00.1fLfL10fL-20-40最大误差-3dB斜率为-20dB/十倍频程的直线幅频响应：20dB/十倍频（c）波特图第166页/共217页2023/4/22167f0.01fL00.1fLfL10fL-20-4020dB/十倍频相频响应f0.01fL0°0.1fLfL10fL90°45°

可见：当频率较高时，

≈1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的降低，下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前90o。（c）波特图第167页/共217页2023/4/22168（b）频率响应

高通电路的频响及其波特图低通电路的波特图则：（a）低通电路第168页/共217页2023/4/22169最大误差-3dB0分贝水平线斜率为-20dB/十倍频程的直线幅频响应：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程（c）波特图第169页/共217页2023/4/22170相频响应f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°（c）波特图

可见：当频率较低时，

≈1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的提高，下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后90o。第170页/共217页2023/4/22171结论①电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数。②当信号频率等于fL或fH时，放大电路的增益下降3dB

，且产生+45°或-45°相移。③近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。第171页/共217页2023/4/221725.5.3晶体管的高频等效模型1晶体管的高频小信号模型图4.6晶体管的高频小信号混合π模型扩散电容（几~几十PF）势垒电容（小，0.1~几PF）第172页/共217页2023/4/22173晶体管的高频参数一、共射电流放大系数及其上限频率fβ第173页/共217页2023/4/22174第174页/共217页2023/4/22175第175页/共217页2023/4/22176

波特图第176页/共217页2023/4/22177二、特征频率fT定义：|

|下降到1所对应的频率。因此：第177页/共217页2023/4/22178三、共基短路电流放大系数α(jω)及fα第178页/共217页2023/4/22179例：由手册查得：某晶体管在工作点ICQ=5mA，UCEQ=6V时的参数为：β0=150，rbe=1K，UA=250V，fT=350MHz，Cb’c=4PF，求高频混合型电路，并标出参数值。解：第179页/共217页2023/4/22180所以：又因为：所以：第180页/共217页2023/4/221815.5.4放大电路的频率响应分析低频区：考虑耦合电容（或旁路电容）的影响中频区：高频区：耦合电容（或旁路电容）看作短路极间电容看作开路耦合电容（或旁路电容）看作短路极间电容看作开路考虑极间电容的影响第181页/共217页2023/4/22182Rs＋－C1＋RB2RB1RE＋C3＋C2RCRL＋－Uo.Us.UCC试画出该电路低频区、中频区和高频区的小信号等效电路。第182页/共217页2023/4/22183RBC3低频区小信号等效电路Rs＋－C1＋RB2RB1RE＋C3＋C2RCRL＋－Uo.Us.UCCC1、C2、C3：考虑Cb’e、Cb’c：开路第183页/共217页2023/4/22184UiRi＋＋－－RsRB2rbeIiRCRLUo＋－eIbβIbrceRoIcIobcRB1中频区小信号等效电路。Rs＋－C1＋RB2RB1RE＋C3＋C2RCRL＋－Uo.Us.UCCC1、C2、C3：短路Cb’e、Cb’c：开路第184页/共217页2023/4/22185高频区小信号等效电路rbe′b′rbb′RsUsrceRCRL＋－Uo.beRL′Cbc′Cbe′cUbe′gm..RBRs＋－C1＋RB2RB1RE＋C3＋C2RCRL＋－Uo.Us.UCCC1、C2、C3：短路Cb’e、Cb’c：考虑第185页/共217页2023/4/22186共射放大电路的频率响应一、共射放大电路的高频响应1、高频小信号等效电路及其简化模型Rs＋－C1＋RB2RB1RE＋C3＋C2RCRL＋－Uo.Us.UCC

共射电路及其高频小信号模型（a）电路第186页/共217页2023/4/22187rbe′b′rbb′RsUsrceRCRL＋－Uo.beRL′Cbc′Cbe′cUbe′gm..RB

共射电路及其高频小信号模型（b）高频等效电路设RB1//RB2>>rb’e第187页/共217页2023/4/22188rbe′b′rbb′RsUsrceRCRL＋－Uo.beRL′Cbc′Cbe′cUbe′gm..（b）高频等效电路第188页/共217页2023/4/22189密勒等效和单向化等效电路单向化：将Cb’c等效在输入回路和输出回路设Cb’c折合到b’-e间的电容为CM设Cb’c折合到c-e间的电容为CM’保证CM上流过的电流仍为，但它的端电压为保证CM’上流过的电流仍为，但它的端电压为第189页/共217页2023/4/22190rbb′RsUs.＋－rbe′Cbe′CMb′CM′′RL＋－Uo.beUbe′gm.c(a)单向化模型第190页/共217页2023/4/22191rbb′RsUs.＋－rbe′