第三章 半导体三极管及放大电路基础

第三章半导体三极管及放大电路基础第1页，课件共162页，创作于2023年2月教学目的和要求：1.理解三极管的结构、参数和放大作用。2.掌握三种基本组态放大电路的知识。3.掌握放大电路的图解分析法，包括静态和动态。4.掌握放大电路的小信号模型分析法。5.理解放大电路工作点的稳定问题。6.理解放大电路的频率响应。

教学重点与难点：重点：共射极放大电路，放大电路图解分析法（动态分析）、小信号模型分析法。难点：小信号模型分析法、放大电路的频率响应。

第2页，课件共162页，创作于2023年2月第一节半导体三极管BJT一、BJT的结构简介(BJT,BipolarJunctionTransistor,双极结型晶体管）BJT是通过一定工艺，将两个PN结结合在一起的器件。具有电流放大作用。半导体三极管（BJT、晶体管）分类：按频率分：高频管、低频管；按功率分：小、中、大功率管；按半导体材料分：硅管、锗管等；按结构分：NPN型、PNP型;ebc外形第3页，课件共162页，创作于2023年2月becNNP基极（Base）发射极（Emitter）集电极（Collector）NPNebcbecIbIeIcNPN型半导体三极管（BJT）第4页，课件共162页，创作于2023年2月两种类型的BJTbecNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BcePNP型becIbIeIcNPN和PNP型BJT具有几乎等同的特性，仅各电极端电压极性和电流流向不同。第5页，课件共162页，创作于2023年2月becNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高NPNebc第6页，课件共162页，创作于2023年2月becNNP基极发射极集电极发射结集电结两种不同类型的半导体结合在一起时，交界处会形成PN结。第7页，课件共162页，创作于2023年2月二、BJT的电流分配与放大作用1、三种组态双极型三极管有三个电极，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。三种接法也称三种组态。

共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；

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。第8页，课件共162页，创作于2023年2月半导体三极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：发射结加正向电压（正向偏置），集电结加反向电压（反向偏置）。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVo第9页，课件共162页，创作于2023年2月BECNNPEBRBECIE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE(2)进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE

，多数扩散到集电结。(1)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。2、BJT内部载流子的传输过程第10页，课件共162页，创作于2023年2月BECNNPEBRBECIE(3)集电结反偏，有少子形成的反向饱和电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO

ICEIBEICE(4)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ICE。第11页，课件共162页，创作于2023年2月IB=IBE-ICBO

IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBE动态演示两种载流子参与导电，称为双极型晶体管。第12页，课件共162页，创作于2023年2月半导体三极管内部载流子的传输过程第13页，课件共162页，创作于2023年2月3、放大作用mA

AVVUCEUBERBIBECEB

实验线路基极B与电源EB正极相连集电极C与电源EC正极相连发射极E与电源EB、EC负极相连------共发射极接法发射结正偏集电结反偏第14页，课件共162页，创作于2023年2月

改变电路中可变电阻RB的值，基极电流IB集电极电流IC和发射极电流IE都发生改变，测量结果如下：IB/mAIC/mAIE/mA00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05由此试验：1)IE=IB+IC

2)IC和IE比IB大得多。用第三组数据IC/IB=37.5，第四组数据IC/IB=38.3体现出三极管放大作用，集电极电流是集极电流的多少倍？另外，当iB变化很小△iB，从0.04—0.06mA，iC从1.5—2.3mA。△iC/△iB=(2.3-1.5)/(0.06-0.04)=40第15页，课件共162页，创作于2023年2月结论：（1）表征BJT电流控制作用的参数为电流放大系数，即为ICE与IBE之比。（2）BJT的放大作用，重要靠它的发射极电流能够通过基区传输，到达集电极而实现。应满足：内部条件：要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小。外部条件：必须使发射结正偏，集电结反偏。第16页，课件共162页，创作于2023年2月三、BJT的特性曲线指各电极电压与电流之间的关系曲线，是BJT内部载流子运动的外部表现。本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即

输入特性曲线——iB=f(vBE)

vCE=const输出特性曲线——

iC=f(vCE)

iB=const这里，B表示输入电极，C表示输出电极，E表示公共电极。所以这两条曲线是共发射极接法的特性曲线。

iB是输入电流，vBE是输入电压，加在B、E两电极之间。

iC是输出电流，vCE是输出电压，从C、E两电极取出。第17页，课件共162页，创作于2023年2月共发射极接法的供电电路和电压-电流关系:

共射极电路以发射极作为共同端，以基极为输入端，集电极为输出端。RCRbVccBBV+_VoiBiCiE+_vBE+_vCEbce第18页，课件共162页，创作于2023年2月信号表示（对IC

、VBE、VCE等意义相同）：IB

表示直流量Ib表示交流有效值Ib表示复数量iB

表示交直流混合量ib表示交流变化量

IB表示直流变化量

iB表示iB的变化量第19页，课件共162页，创作于2023年2月1、输入特性vCE1ViB(

A)vBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管vBE0.6~0.7V,锗管vBE0.2~0.3V。vCE=0VvCE=0.5V死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。当vBE>死区电压，晶体管才会出现iB指当集-射极电压vCE为常数时，输入电路中基极电流iB与基-射极电压vBE之间的关系曲线。iB=f(vBE)|vCE=常数

三极管的输入特性与二极管的伏安特性曲线相似:随vCE增大输入曲线右移，当vCE1V时，随vCE增大，右移很小，所以用vCE=1时的特性曲线近似代替vCE>1时的特性曲线。第20页，课件共162页，创作于2023年2月2、输出特性指当基极电流iB为常数时，输出电路中集电极电流iC与集-射极电压vCE之间的关系曲线。iC=f(vCE)|iB=常数

输出特性起始部分很陡，vCE略有增加，iC增加很快，iC受vCE的影响很大。vCE超过某一数值后，输出特性是一组间隔基本均匀，比较平坦的平行直线。第21页，课件共162页，创作于2023年2月2、输出特性iC(mA)1234IB=020A40A60A80A100A此区域满足iC=

iB称为线性区（放大区）。是一组间隔基本均匀，比较平坦的平行直线。当vCE大于一定的数值时，iC只与iB有关，iC=iB。-----放大作用vCE(V)36912第22页，课件共162页，创作于2023年2月iC(mA)1234vCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中vCE

vBE,集电结正偏，iB>iC，vCE0.3V称为饱和区。即输出特性直线上升和弯曲部分为饱和区。第23页，课件共162页，创作于2023年2月IC(mA)1234vCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC=ICEO,vBE<死区电压，IC

0，称为截止区。第24页，课件共162页，创作于2023年2月输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。即：IC=IB,且

iC

=

iB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小。即：vCE

vBE

，

IB>IC，饱和压降vCE0.3V。(3)截止区：

vBE<死区电压，IB=0，IC

0

放大电路中尽量避免工作到饱和区和截止区。第25页，课件共162页，创作于2023年2月四、BJT的主要参数1、电流放大系数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为

iB，相应的集电极电流变化为

iC，则交流电流放大倍数为：第26页，课件共162页，创作于2023年2月例：UCE=6V时：IB=40A,IC=1.5mA；

IB=60A,IC=2.3mA。说明:①两个电流放大倍数含义不同，一般在工作电流不十分大的情况下，可以作近似处理，可混用。②β与T有关，T升高，β增大，同型号的三极管β有差别。第27页，课件共162页，创作于2023年2月共基极接法的电流放大系数：直流放大系数：交流放大系数：α第28页，课件共162页，创作于2023年2月2、极间反向电流（1）集电极-基极反向饱和电流ICBO

AICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。条件：发射极开路集电极处于反向偏置ICBO越小越好锗管几微安到几十微安，硅管小于等于1微安第29页，课件共162页，创作于2023年2月BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBE

IBEICBO进入N区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流

IBE。集电结反偏有ICBOICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。（2）集电极-射极反向截止电流ICEO条件：基极开路、集电结处于反向偏置，发射结处于正向偏置时集电极电流。（穿透电流）第30页，课件共162页，创作于2023年2月3、极限参数（1）集电极最大允许电流ICM指BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。（2）集电极最大允许功率损耗PCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。与温度有关。

PCM=iCvCB≈iCvCE热损耗必定导致结温上升，所以PC有限制。

PC

PCM第31页，课件共162页，创作于2023年2月iCvCE集电极最大允许功耗PCM

ICM安全工作区集电极最大电流ICM集-射极反向击穿电压V(BR)CEO第32页，课件共162页，创作于2023年2月(3)反向击穿电压反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。不仅与管子本身特性有关，还取决于外部电路的接法。a.V(BR)CBO——发射极开路时的集电结击穿电压。下标CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。b.V(BR)EBO——集电极开路时发射结的击穿电压。c.V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。对于V(BR)CER表示BE间接有电阻，V(BR)CES表示BE间是短路的。第33页，课件共162页，创作于2023年2月反向击穿电压的测试原理电路：BR代表击穿之意，是Breakdown的字头。几个击穿电压在大小上有如下关系：

V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO第34页，课件共162页，创作于2023年2月第二节共射极放大电路三极管放大电路有三种形式（组态）共射放大电路共基放大电路共集放大电路以共射放大器为例讲解工作原理第35页，课件共162页，创作于2023年2月一、共射放大电路的基本组成放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。vivo输入输出？参考点Rb+VCCVBBRCC1C2T第36页，课件共162页，创作于2023年2月集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2T第37页，课件共162页，创作于2023年2月集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2T第38页，课件共162页，创作于2023年2月使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻Rb+VCCVBBRCC1C2T固定偏流电路第39页，课件共162页，创作于2023年2月Rb+VCCVBBRCC1C2T隔断放大电路与负载之间的直流通路。耦合电容(隔断放大电路与信号源之间的直流通路)vi输入vo输出耦合电容(隔直电容)C1、C2输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。第40页，课件共162页，创作于2023年2月可以省去电路改进：采用单电源供电Rb+VCCVBBRCC1C2T第41页，课件共162页，创作于2023年2月单电源供电电路+VCCRCC1C2TRb第42页，课件共162页，创作于2023年2月组成一个放大器的基本原则。（1）发射结必须正偏，集电结必须反偏，以保证放大器处于放大状态。（2）对输入回路，应当使输入的电压信号变成电流信号，因为ic=βib（3）对输出回路，应当尽可能将信号送到负载。（4）为保证放大器不失真地放大，直流下的电流和电压（静态工作点）必须设置得合适。第43页，课件共162页，创作于2023年2月二、共射放大电路的工作原理1、静态工作点vi=0时由于电源的存在Ib0IC0IBICIE=IB+ICRb+VCCRCC1C2T第44页，课件共162页，创作于2023年2月IBICVBEVCE(IC,VCE)(IB,VBE)Rb+VCCRCC1C2T第45页，课件共162页，创作于2023年2月(IB,VBE)和(IC,VCE

)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。IBVBEQIBVBEICVCEQVCEIC第46页，课件共162页，创作于2023年2月2、静态工作点的估算IBQICQVBEQVCEQ解得IBQ=（VCC-VBEQ）/RB因为发射结正偏时VBEQ≈0.7V或者0.3V，所以

IBQ≈VCC/RB

ICQ=βIBQVCEQ=VCC－ICQRC由此得到Q点的四个值由输入回路VCC=VBEQ+IBQRB由输出回路VCC=ICQRC+VCEQ由电流分配的关系ICQ=βIBQRB+VCCRC第47页，课件共162页，创作于2023年2月2、静态工作点的估算（1）

画出实际放大电路的直流通路。并在电路上标出IB、IC、VBE、VCE。（2）

根据直流通路列出输入回路、输出回路的电压方程。（3）

利用方程IC=βIB。（4）解方程组得到IB、IC、VCE。VBE用估算的方法写出。第48页，课件共162页，创作于2023年2月3、放大过程假设有一微小的输入vi输出的交流电压vo=-icRC

RLRB+VCCVBRCC1C2Tvi~IBQICQVBEQVCEQvBE=VBE+viiB=IB+ibvCE=VCC-iCRC=VCC-(IC+ic)RC

=VCC-ICRC-icRC=VCE-icRCiC=βiB=βIB+βib=IC+ic第49页，课件共162页，创作于2023年2月IBVBEQICVCEvCE怎么变化？假设vBE有一微小的变化ictvit第50页，课件共162页，创作于2023年2月vCE的变化沿一条直线vce相位如何？vce与vi反相！ICVCEictvcet第51页，课件共162页，创作于2023年2月各点波形Vi=0vi=Vsin

t第52页，课件共162页，创作于2023年2月各点波形Rb+VCCRCC1C2vitiBtiCtvCtvotviiCvCvoiB第53页，课件共162页，创作于2023年2月结论：（1）vo与vi的相位相反。（2）vBE、iB、vCE、iC都是由直流和交流两个部分组成的。（3）我们所说的放大作用是指输出与输入的交流成分的关系，不包括直流成分。实现放大的条件晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。第54页，课件共162页，创作于2023年2月(a)(b)(c)(d)(f)(e)下列a~f电路哪些具有放大作用？？第55页，课件共162页，创作于2023年2月三、放大电路的主要性能指标常用：增益输入阻抗输出阻抗频率响应带宽非线性失真等习题：3.1.13.1.23.2.1第56页，课件共162页，创作于2023年2月例：

=50，VSC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k当VSB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？当VSB

=-2V时：发射结反偏ICVCEIBVSCRBVSBCBERCVBEIB=0，IC=0IC最大饱和电流：Q位于截止区

第57页，课件共162页，创作于2023年2月例：

=50，VSC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k当VSB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？IC<

ICmax(=2mA)，

Q位于放大区。ICVCEIBVSCRBVSBCBERCVBEVSB

=2V时：第58页，课件共162页，创作于2023年2月USB

=5V时:例：

=50，VSC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k当VSB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？ICVCEIBVSCRBVSBCBERCVBEIC>

Icmax(=2mA)，Q位于饱和区。(实际上，此时IC和IB

已不是

的关系）第59页，课件共162页，创作于2023年2月第三节图解分析法放大电路分析方法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静态：无输入信号时的工作状态动态：有输入信号时的工作状态求静态值：IB、

IC、

IE、VCE求动态值：Av、Ri、Ro第60页，课件共162页，创作于2023年2月静态：只考虑直流信号，即vi=0，各点电位不变（直流工作状态——无输入信号）。动态：只考虑交流信号，即vi不为0，各点电位变化（交流工作状态）。直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路。交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流电源对公共端短路。放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。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。第61页，课件共162页，创作于2023年2月一、直流通路和交流通路放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。交流通路：只考虑交流信号的分电路。直流通路：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量分别在不同的通路分析。第62页，课件共162页，创作于2023年2月只有直流信号（只有+VCC）开路开路RB+VCCRCC1C2T直流通路RB+VCCRC即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻：Rc、RB。第63页，课件共162页，创作于2023年2月短路短路置零RB+VCCRCC1C2TRBRCRLvivo交流通路只有交流信号若直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。设C1、C2足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。交流通路：能通过交流的电路通道。从C、B、E向外看，有等效的交流负载电阻，Rc//RL和偏置电阻RB。第64页，课件共162页，创作于2023年2月二、静态工作情况分析1、近似估算静态工作点（Q点）IBVBERB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。+VCC直流通路RBRC（1）根据直流通路估算IB第65页，课件共162页，创作于2023年2月（2）根据直流通路估算VCE、ICICVCE直流通路RBRC(IB,IC,VCE

)近似估算出放大电路的静态工作点第66页，课件共162页，创作于2023年2月例：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，

=37.5。解：请注意电路中IB和IC的数量级。Q:（40uA，1.5mA，6V）第67页，课件共162页，创作于2023年2月Ib、e回路c、e回路输入特性VBE=VBB-IBRb输出特性VCE=VCC-ICRC2、用图解法确定Q点图解步骤：(1)画直流通路，用估算法求出基极电流IB(如40μA)。(2)把放大电路分成非线性(输入）和线性（输出）两部分。第68页，课件共162页，创作于2023年2月（3）作出电路非线性部分的V-I特性——BJT的输出特性，根据IB在输出特性曲线中找到对应的一条输出特性曲线。（4）作线性部分的V-I特性——直流负载线。根据集电极电流IC与集、射间电压VCE的关系式VCE=VCC

－ICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为VCC

/RC，在横轴上的截距为VCC

，其斜率为－1/RC，只与集电极负载电阻RC有关，称为直流负载线。（5）由电路的线性与非线性两部分V-I特性的交点确定静态工作点Q，并确定VCE、IC的值。晶体管的IC和VCE既要满足IB=40μA的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ和VCEQ。第69页，课件共162页，创作于2023年2月3、直流负载线ICVCEVCE~IC满足什么关系？1.三极管的输出特性。2.VCE=VCC–ICRC。ICVCEVCCQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB直流通道RB+VCCRC第70页，课件共162页，创作于2023年2月直流负载线的特点（1）

与横轴的截距为VCC（2）

与纵轴的截距为VCC/Rb或VCC/RC（3）斜率为－1/RC

VCE~IC满足什么关系？1.三极管的输出特性。2.VCE=VCC–ICRC。ICVCEVCCQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB第71页，课件共162页，创作于2023年2月先估算IB

，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IB对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。ICVCEQVCC3、直流负载线直流负载线第72页，课件共162页，创作于2023年2月IB=40μA的输出特性曲线由VCE=VCC－ICRC所决定的直流负载线两者的交点Q就是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为VCEQ第73页，课件共162页，创作于2023年2月4、电路参数的改变时对Q点的影响RB+VCCRCT（1）

RB的影响若改变RB，就会改变偏流IBRB↓→VCC/RB↑→IB↑→Q↑(上移)Q’（2）

RC的影响若改变RC，直流负载线的斜率会发生变化RC↓→VCC/RC↑→Q右移QICVCEVCCQ’’第74页，课件共162页，创作于2023年2月RB+VCCRCTQICVCEVCC（3）

电源EC的影响改变VCC，直流负载线发生平移VCC↑→Q↑RB、RC、EC的改变都对Q点的位置有影响，但RB的影响最大，故为了得到合适的Q点，常常调节RB。Q’第75页，课件共162页，创作于2023年2月三、动态工作情况分析TRRbC+_+_voviRLTRRVvvb1b2bCCCCCio+++vo-viRLRL’=RC//RL1、交流负载线放大电路工作时，输出端接上负载，影响交流回路。即：交流信号的变化沿着斜率为：的直线。这条直线通过Q点，称为交流负载线。第76页，课件共162页，创作于2023年2月1、交流负载线ic其中：vce结论（1）交流负载线的斜率是-1/RL'，与横轴的锐夹角为α=arctan1/RL’（2）iC=IC时vCE=VCE说明交流负载线通过Q点。RBRCRLvivo交流通路第77页，课件共162页，创作于2023年2月交流负载线的作法VCCQIB方法1：过Q点作一条直线，斜率为：交流负载线ICVCE第78页，课件共162页，创作于2023年2月交流负载线的作法ICVCEVCCQIB方法2：过原点作一斜率为-1/RL'的辅助直线，再平行移动通过Q点即为交流负载线。交流负载线第79页，课件共162页，创作于2023年2月ICVCEVCCQIB说明（1）当有交流信号输入时，电路的瞬时工作状态将沿着交流负载线移动。（2）直流负载线只能用来确定静态工作点。（3）当RL=∞时，直流负载线与交流负载线重合。第80页，课件共162页，创作于2023年2月2、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形作图步骤（1）

确定放大器的直流工作状态。（2）

按照输入电压的变化规律，在输入特性上画出iB的波形。（3）

在输出特性上按iB的波形作出iC和vCE的波形。注意：☆各级电流和电压的交流分量是总瞬时值的一部分。虽然极性和方向始终不变，但为了分析和计算方便，其中交流分量的极性和方向可以认为是变化的。这样对交流分量的分析就存在一个假定正方向的问题。☆各级电流和电压的交流成分保持一定的相位关系：输出电压与输入电压相位相反是共射极电路的重要特点之一。第81页，课件共162页，创作于2023年2月IBVBEQvCE怎么变化？iBtiCtvit2、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形ICVCEQvCEt交流负载线iB第82页，课件共162页，创作于2023年2月3、放大电路在接入正弦信号时的工作情况图解步骤：先根据输入信号电压vi，在输出特性上画出iB的波形，然后根据iB的变化在输出特性上画出iC和vCE的波形。iC(mA)32124680101220uA40uA60uA80uA100uA040vivoiB(uA)6020vi=0.02sint(V)vBE(V)vCE(V)iC=

iB=0.8~2.4(mA)

vCE=8.8V~2.4Vvo=vce=-3.2sintRRVb1b2bCCCCC++voviβ=404Kvi=0.02sint(V)ib=20sint(uA)iB=20uA~60uARRVb1b2bCCCCC++voviβ=40第83页，课件共162页，创作于2023年2月各点波形Rb+VCCRCC1C2vitiBtiCtvCtvotviiCvCvoiBvo(vCE)与vi相位相反，共射极放大电路又称为反相电压放大器。第84页，课件共162页，创作于2023年2月4、失真分析在放大电路中，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。失真产生的原因：①晶体管的非线性。解决的办法；选管子：线性区要宽，输入曲线成直线，输出曲线簇接近于平行等距。②静态工作点不合适。第85页，课件共162页，创作于2023年2月iCvCEvo可输出的最大不失真信号选择静态工作点ib（1）Q点合适时第86页，课件共162页，创作于2023年2月iCvCEvo(2)Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ib第87页，课件共162页，创作于2023年2月截止失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。截止失真第88页，课件共162页，创作于2023年2月iCvCE(3)Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形vo输出波形第89页，课件共162页，创作于2023年2月饱和失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。注意：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。饱和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，造成非线性失真。习题：3.3.13.3.43.3.6第90页，课件共162页，创作于2023年2月第四节小信号模型分析法图解法的适用范围：信号频率低、幅度较大的情况。如果电路中输入信号很小，可把三极管特性曲线在小范围内用直线代替，从而把放大电路当作线性电路处理——微变等效电路。1.三极管可以用一个模型来代替。2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。第91页，课件共162页，创作于2023年2月一、BJT的小信号建模（H参数）如果I1和V2是独立源：I1I2+—双端口有源网络+—V2V1第92页，课件共162页，创作于2023年2月I1I2V1V2双端口网络1222根据公式双端口网络可等效为下图所示电路。第93页，课件共162页，创作于2023年2月1、BJTH参数的引出共射极接法等效的双端口网络：输入：vBE，ib输出：vCE，iC输入特性表达式：vBE=f1(iB,vCE)输出特性表达式：iC=f2(iB,vCE)iCibvCEvBEceb第94页，课件共162页，创作于2023年2月求全微分：第95页，课件共162页，创作于2023年2月共射极接法下的H参数的物理含义ebcb’rerb’erbb’rb’crcrbe的组成：rbe=rbb’+rb’ere很小，忽略rbb’：基区体电阻rb‘e：发射结正偏电阻(1)输出端交流短路时iB对vBE的影响，是三极管在Q点附近b与e之间的动态电阻，用rbe（交流输入电阻）表示。二极管微变电阻第96页，课件共162页，创作于2023年2月(3)(2)输出端交流短路时正向电流传输比或电流放大系数（无量纲），即

。输入端交流开路时的反向电压传输比（电压反馈系数无量纲），即μr。(4)输入端交流开路时的输出电导（西门子S），即1/rce。表示三极管的电流放大作用第97页，课件共162页，创作于2023年2月2、H参数小信号模型（1）小信号模型的引入输入方程：分别为输入电阻的分压和输出电压对输入回路的反作用，可用一个电压源代表。（戴维南电压源等效电路）输出方程：基极电流引起的电流源和输出电阻的分流之和，用电流源代表。（诺顿电流源等效电路）第98页，课件共162页，创作于2023年2月（2）关于小信号模型的讨论①电流源的性质：等效电流源βib代表了BJT的电流控制作用，为受控电源。②电流源的流向：由集电极流向发射极，即等效电流源的流向是由ib决定的，不能随意假定。③模型的对象是变化量：放大电路在工作时放大的对象是变化量，所以小信号模型中讨论的电压、电流都是变化量。第99页，课件共162页，创作于2023年2月（3）模型的简化μr反映三极管内部的电压反馈，因数量很小，一般可以忽略。rce很大，与电流源并联时，分流极小，可作开路处理。第100页，课件共162页，创作于2023年2月3、H参数的确定（1）采用H参数测试仪（2）估算rbe低频小功率管，rb约为200Ω左右，VT在室温（300K）时，为26mV。适用范围：0.1mA<IE<5mA第101页，课件共162页，创作于2023年2月二、用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路1、画出小信号等效电路交流通路RbRCRLvivo第102页，课件共162页，创作于2023年2月2、求电压增益解线性方程特点：负载电阻越小，放大倍数越小。第103页，课件共162页，创作于2023年2月3、计算输入电阻和输出电阻（1）计算输入电阻Ri外加测试电压VT对于b点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。电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。第104页，课件共162页，创作于2023年2月（2）计算输出电阻Ro所有独立电源置零，保留受控源，加压求电流法。电路的输出电阻越小越好，可以提高带负载的能力。第105页，课件共162页，创作于2023年2月例：图示电路中，已知在Q点上的β=40，计算电压增益及输入和输出电阻。（假设信号源内阻为0）解：（1）确定Q点（2）求rbe（3）求电压增益第106页，课件共162页，创作于2023年2月（4）输入电阻（5）输出电阻第107页，课件共162页，创作于2023年2月两种分析方法的比较与使用：1、用图解法定出静态工作点；2、当输入电压幅度较小或BJT基本上在线性范围内工作时，特别是放大电路比较复杂时，可用小信号模型分析。3、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时，采用图解法。习题：3.4.23.4.4第108页，课件共162页，创作于2023年2月第五节放大电路的工作点稳定问题为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由电源电压VCC和集电极电阻RC确定后，放大电路的Q点就由基极电流IB决定。当RB选定后，IB固定不变----固定偏置电路。

当更换管子或环境温度变化时，电路的工作点会移动，可能无法正常工作。需要设计能够自动调整工作点位置的偏置电路，以使工作点能够稳定在合适的位置。第109页，课件共162页，创作于2023年2月一、温度对工作点的影响对于固定偏置电路而言，静态工作点由VBE、

和ICBO

决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TVBE

ICBOQ第110页，课件共162页，创作于2023年2月1、温度对VBE的影响iBvBE25ºC50ºCTVBEIBIC2、温度对

值的影响T、ICBOIC第111页，课件共162页，创作于2023年2月iCvCEQQ´温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。

VCE=VCC–ICRC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。第112页，课件共162页，创作于2023年2月二、射极偏置电路采取的措施：（1）针对ICBO的影响，设法使基极电流IB随温度的升高而自动减小。（2）针对VBE的影响，设法使发射结的外加电压随着温度的增加而自动减小。分压式偏置电路：利用Rb1和Rb2组成的分压器以固定基极电位。一般：I1=(5~10)IB；VB=(3~5)V第113页，课件共162页，创作于2023年2月Ie+Ve-VB+VBE-I1VBIB(1)确定工作点:Q稳定过程本电路稳压的过程实际是由于加了Re形成了负反馈过程第114页，课件共162页，创作于2023年2月(2)求电压增益工作点稳定，增益下降。解决这个矛盾的方法是加电容Ce。第115页，课件共162页，创作于2023年2月（3）求输入电阻Ri输入电阻提高了，相当于增加了一个(1+β)Re的电阻。第116页，课件共162页，创作于2023年2月（4）求输出电阻Ro由KVL：输出电阻提高了，即提高了电路的恒流特性。习题：3.5.4考虑rCE时的等效电路第117页，课件共162页，创作于2023年2月第六节共集电极电路和共基极电路一、共集电极电路

集电极是输入和输出电路的共同端点。直流通路交流通路第118页，课件共162页，创作于2023年2月1、电路分析（1）求工作点：Q（根据直流通路）Q直流通路第119页，课件共162页，创作于2023年2月(2)电压增益输入电压与输出电压同相电压跟随器小信号等效电路第120页，课件共162页，创作于2023年2月（3）输入电阻+-Ri由于与共射极基本放大电路相比，电压跟随器的输入电阻高得多第121页，课件共162页，创作于2023年2月（4）输出电阻Ro电压跟随器的输出电阻很低第122页，课件共162页，创作于2023年2月电压跟随器的特点：

电压增益<1而近于1，输出电压与输入电压同相，输入电阻高，输出电阻低。输入电阻高，可减小放大电路对信号源（或前级）所取的信号电流。输出电阻低，可减小负载变动对电压增益的影响。射极输出器的使用：1.将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。3.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。第123页，课件共162页，创作于2023年2月2、采用复合管以进一步提高输入电阻（达林顿管）复合管电压跟随器两个主要参数：复合管的等效电流放大系数是两管电流放大系数的乘积。cbeT1T2ibicbecibic复合NPN型第124页，课件共162页，创作于2023年2月互补型复合管两个不同类型的管子组成，复合后的管型取决于第一管的管型。cbeT1T2ibicbecibic复合PNP型复合管的等效电流放大系数很高，等效输入电阻也很高。用于多级放大电路的输入级、中间级（缓冲级起阻抗变换作用）和输出级。第125页，课件共162页，创作于2023年2月NPN+NPN=NPNPNP+PNP=PNPNPN+PNP=NPNPNP+NPN=PNP各种复合管第126页，课件共162页，创作于2023年2月交流通路：二、共基极电路基极是输入、输出电路的共同端点：输入电压加在发射级和基极之间，输出电压从集电极和基极两端取出。第127页，课件共162页，创作于2023年2月直流通路（1）求Q点与射极偏置电路相同（Rb1和Rb2是基极偏置电阻）+VCCRb2RCRb1Re第128页，课件共162页，创作于2023年2月（2）计算电压增益、输入电阻和输出电阻短路usRsReRLRCR’L第129页，课件共162页，创作于2023年2月（2）计算电压增益、输入电阻和输出电阻c.输入电阻：d.输出电阻：共基极电路中，电流放大系数接近于1，但小于1。又称为电流跟随器。a.电压放大倍数b.电流放大倍数#共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？第130页，课件共162页，创作于2023年2月三种组态的比较电压增益：输入电阻：输出电阻：第131页，课件共162页，创作于2023年2月三种基本组态的比较：共射电路：电压和电流放大倍数均大，输入输出电压相位相反，输出输出电阻适中。常用于电压放大。共集电路：电压放大倍数是小于且接近于1的正数，具有电压跟随特点，输入电阻大，输出电阻小。常作为电路的输入、输出级或缓冲级。共基电路：放大倍数同共射电路，输入电阻小，频率特性好。常用作宽带放大器。（宽频带或高频）第132页，课件共162页，创作于2023年2月第七节放大电路的频率响应

在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念---

幅度频率特性相位频率特性幅频特性是描绘：输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即∣∣=∣∣=相频特性是描绘：输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即第133页，课件共162页，创作于2023年2月放大电路的幅频特性和相频特性，称为频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅度频率失真，简称幅频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为相位频率失真，简称相频失真。幅频失真和相频失真是线性失真。产生频率失真的原因：1.放大电路中存在电抗性元件，例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等;2.三极管的

(

)是频率的函数。在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。第134页，课件共162页，创作于2023年2月一、单时间常数RC电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：则且令又电压增益的幅值（模）（幅频响应）电压增益的相角（相频响应）①增益频率函数1、RC低通电路的频率响应第135页，课件共162页，创作于2023年2月最大误差-3dB②频率响应曲线描述幅频响应0分贝水平线斜率为-20dB/十倍频程的直线3dB第136页，课件共162页，创作于2023年2月相频响应表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入所以②频率响应曲线描述3dBRC低通电路的频率响应：随着f的上升，AVH越来越小，输出电压的相角

H越大，且幅频响应与相频响应都与上限频率fH有确定关系。第137页，课件共162页，创作于2023年2月2.RC高通电路的频率响应RC电路的电压增益：幅频响应相频响应输出超前输入令第138页，课件共162页，创作于2023年2月二、单级放大电路的高频响应1、BJT的高频小信号建模（1）模型的引出互导ecbb'rb'e---发射结电阻re归算到基极回路的电阻rbb'---基区的体电阻，---集电结电阻--发射结电容---集电结电容混合型高频小信号模型受控电流源这一模型中用代替，这是因为β本身就与频率有关，而gm与频率无关。第139页，课件共162页，创作于2023年2月（2）模型简化集电结工作时处于反向偏置，rb’c的数值很大，与Cb’c并联可以忽略不计；rce与负载并联，一般rce>>RL，也可略去。第140页，课件共162页，创作于2023年2月又因为所以（3）模型参数的获得（与H参数的关系）低频时，混合

模型与H参数模型等效所以又rbe=rb+(1+

)re从手册中查出第141页，课件共162页，创作于2023年2月（4）BJT的频率参数用来描述管子对不同频率信号的放大能力。几点结论：1.放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定；2.三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因，上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定；第142页，课件共162页，创作于2023年2月第八节多级放大电路概述[问题提出]前面所述的单管放大电路，在实际运用中各项性能指标很难满足要求，所以需要采用多级放大电路，来满足实际要求。多级放大器级间耦合的条件是把前级的输出信号尽可能多地传给后级（动态:传送信号），同时要保证前后级晶体管均处于放大状态（静态：保证各级Q点设置），实现不失真的放大。多级放大电路的放大倍数：第143页，课件共162页，创作于2023年2月单级电路:IoRiRo+Vi-Ii+Vo-AVoViIo1Ri1Ro1+Vi-Ii+Vo1-AVo1Vi1Io