第5章 基本放大电路

5.1双极型晶体管5.1.1三极管的结构和符号5.1.2三极管的电流放大原理5.1.3三极管的工作区域5.1.4三极管的伏安特性和主要参数双极型晶体管，又称晶体三极管，简称三极管。三极管的结构示意图和表示符号(a)NPN型晶体管NNcebPceTbecbPPNeTcb(b)PNP型晶体管ce发射区集电区基区集电结发射结NNP基极发射极集电极bce发射区集电区基区P发射结P集电结N集电极发射极基极b5.1.1三极管的结构和符号发射结正偏（UBB保障）多子扩散形成发射极电流IE少数来自发射区的电子与基区空穴复合形成基极电流IB集电结反偏（UCC保障）漂移运动形成集电极电流IC三个电极电流的关系：5.1.2三极管的电流分配和放大原理uBEiBuCE=0uCE=0.5VuCE

1VNPN管的共射输入特性曲线一、输入特性曲线特点:非线性5.1.3三极管的伏安特性二、输出特性曲线NPN管共射的输出特性曲线iC/mAuCE/V100µA80µA60µA40µA20µA

O3691242.31.5321IB=0(1)放大区曲线间距近似相等。发射结正向偏置；集电结反向偏置，工作于放大状态。IC=

IB大放区5.1.3三极管的伏安特性曲线iC/mAuCE/V100µA80µA60µA40µA20µA

O3691242.31.5321IB=0(2)截止区发射结反向偏置；集电结也反向偏置。

IC≤ICEO

0IB=0的曲线以下区域称为截止区。截止区NPN管共射的输出特性曲线ICEO二、输出特性曲线5.1.3三极管的伏安特性曲线共发射极放大电路的组成本节课讨论的问题问题1:什么是放大？放大的前提是什么？问题2：放大电路放大的实质是什么?问题3：放大电路的基本特征是什么?问题4:组成放大电路的原则是什么？问题5:如何评价放大电路的性能？有哪些指标?5.2共发射极放大电路（a）共发射极组态（b）共集电极组态（c）共基极组态放大电路的三种组态因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路；而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无信号输入时电流（直流电流）的通路；

交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路；5.2.1直流分析和交流分析直流通路：无信号时，直流电流的通路，用来计算静态工作点。概念交流通路：有信号时，交流电流（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。5.2.1直流分析和交流分析画直流通路的原则：电容开路，电感短路原则画交流通路的原则：电容短路，直流电压源短路5.2.1直流分析和交流分析+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB

、IC

、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE典型例题：画出下图放大电路的直流通路和交流通路RBRCuiuORLRSes++–+––对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)原则：C可看作短路，直流电压源看作短路。交流通路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE短路短路对地短路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。放大电路的组成原则晶体管必须工作在放大区。即保证：发射结正偏，集电结反偏。正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。

输入信号必须能作用于放大电路。输出信号必须能从放大电路取出。单管共射基本放大电路耦合电容耦合电容bce信号源输出电压5.2.2共发射极放大电路的工作原理5.2.3共发射极放大电路的分析一、静态分析二、动态分析静态就是输入信号为零时放大电路所处的状态一、静态分析——直流通路1.直流通路估算IBQ2.由直流通路估算UCEQ、ICQUCC=IBQRB+

UBEQUCEQ=UCC–

ICQRC一、静态分析——静态工作点Q（1）三极管的小信号建模

虽然BJT是非线性器件，但是它在小范围内的特性曲线却可以近似地看作直线。

当放大电路输入交流小信号时，我们可以把BJT这个非线性元件线性化，用它的线性交流小信号模型来代替，这个模型也称为微变等效电路。在交流小信号输入的前提下，BJT的线性化使放大电路线性化。可以方便地利用电路理论来分析电路的交流性能。基本思路：二、动态分析rbe的近似估算公式rbb

：基区体电阻。rb

e

：发射结结电阻。低频、小功率管rbb

约为300

。UT：温度电压当量。c

beiBiCiE（1）三极管的小信号建模(b)输出回路UCEQ

输出特性在放大区是一组近似等距的平行直线。三极管的电流放大系数

三极管的输出回路(c、e之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由

来确定ic和ib之间的控制关系。iCuCEQO（1）三极管的小信号建模ibicicbceibib三极管小信号等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-

三极管的小信号等效电路rbebec

三极管的b、e之间可用rbe等效代替。

三极管的c、e之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。5.3.1共集电极放大电路步骤1:求静态工作点步骤2:求rbe步骤3:画交流通路步骤4:画交流微变等效电路步骤5:计算性能指标1、求静态工作点3、画交流通路4、画交流微变等效电路5、计算放大倍数小贴士：共集放大电路没有放大电压的能力计算输入电阻小贴士：共集放大电路具有高的输入阻抗计算输出电阻小贴士：共集放大电路具有低的输出阻抗U共基放大电路5.3.2三种组态电路的比较①共射电路既能放大电压又能放大电流，输入电阻和输出电阻在三种组态中居中，频带较窄。常用作低频电压放大电路中的单元电路。②共集电路只能放大电流不能放大电压，电压放大倍数小于且近似于1，具有电压跟随的特点，其输入电阻大，输出电阻小，常被用于多级放大电路的输入级和输出级、或作为隔离用的中间级。③共基电路只能放大电压不能放大电流，且具有很低的输入电阻，这使得三极管的结电容影响不明显，所以其频率特性是三种接法中最好的，常用于宽频带放大电路。5.6多级放大电路5.6.1多级放大电路的耦合方式5.6.2多级放大电路的分析耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。动态:传送信号减少压降损失静态：保证各级有合适的Q点波形不失真对耦合电路的要求常用的耦合方式：阻容耦合、变压器耦合、直接耦合。5.6.1多级放大电路的耦合方式

信号源第一级第二级负载一、阻容耦合优点：

(1)前、后级直流电路互不影响，静态工作点相互独立；

(2)对于高频信号，选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。不足：

(1)低频特性差，不适合传送缓慢变化的信号；

(2)电容很大，不易制作集成电路。一、阻容耦合变压器耦合放大电路信号源第一级第二级负载二、变压器耦合（1）Tr不传直流信号，各级Q点仍独立；（2）用变压器不同匝数的线圈可实现电压、电流或阻抗变换。优点：（1）高、低频特性差；（2）体积大、造价高、无法集成。不足：二、变压器耦合三、直接耦合直接耦合放大电路优点：（1）不仅可以放大交流信号，而且可以放大变化缓慢的信号、直流信号。（2）由于电路中不存在大电容，便于集成，所以目前的集成电路均采用直接耦合方式。缺点：（1）由于各级的静态工作点相互影响，给设计、计算、调试带来不便。（2）零点漂移。三、直接耦合直接耦合放大电路直接耦合放大电路（二）零点漂移V现象：直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。原因：放大器件的参数受温度影响而使Q点不稳定，并逐级被放大，结果UOQ偏得较多（故名为温漂）也称温度漂移。5.6.2多级放大电路的分析

（1）阻容耦合和变压器耦合多级放大电路：同第二章分析。（各Q点独立）（2）直接耦合多级放大电路：一般要根据电路的约束条件和BJT三电极电流的制约关系，列方程组求解。一、静态分析二、动态分析12n+-Ui1RiUo1=Ui2+-Uo2+-UoRon级放大电路连接示意图5.6.2多级放大电路的分析（1）总电压放大倍数Au

2级：二、动态分析

类推：n级若取dB数，则电压增益为：5.6.2多级放大电路的分析（2）n级放大电路的输入电阻Ri：Ri=Ri1（3）n级放大电路的输出电阻Ro：Ro=Ron

注意:(根据二端口网络理解)共集放大电路作为多级放大电路的输入级时：Ri因与负载有关，即与后一级的输入电阻有关；共集放大电路作为多级放大电路的输出级时：Ro因与信号源内阻有关，即与前一级的输出电阻有关。二、动态分析5.6.2多级放大电路的分析只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管，是一种电压控制型器件。场效应管分类结型场效应管（JFET）绝缘栅场效应管（IGFET）

特点单极型器件(一种载流子导电)；

输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。5.4场效应管以二氧化硅（SiO2）为绝缘层，称为金属-

氧化物-半导体场效应管（metal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor，缩写为MOSFET），简称MOS管。5.4.2绝缘栅型场效应管5.4.2绝缘栅型场效应管特点：输入电阻可达109

以上。类型N沟道P沟道N沟道增强型N沟道耗尽型P沟道增强型P沟道耗尽型耗尽型场效应管:

UGS=0时漏源间存在导电沟道，即iD≠0，（JFET就属于此类）；增强型场效应管:UGS=0时漏源间不存在导电沟道，即iD=0。而必须依靠栅源正电压的作用,才能形成导电沟道的场效应管。一、N沟道增强型MOSFET1.结构和符号通过控制栅源电压改变衬底中靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流。2、工作原理(1)

UDS=0，0<UGS<UGS(th)

产生由栅极指向衬底的电场，该电场排斥空穴吸引电子，空穴被排斥留下了不能移动负离子，负离子组成了耗尽层。增大UGS

耗尽层变宽，同时被吸引的自由电子也增多。思考：何谓开启电压？通常将开始形成反型层所需的uGS值称为开启电压UGS（th）。

当UGS

增大到一定值时，在衬底表面形成一个电子薄层（N型薄层），称为反型层。这个反型层实质上就构成了源极和漏极之间的导电沟道。即UGS>UGS(th)时从漏极到源极才有导电沟道。(2)

UDS=0，UGS>UGS(th)2、工作原理(3)

UDS对导电沟道的影响(UGS>UGS(th))UDS<UGS–UGS(th)，即UGD=UGS–UDS>UGS(th)iD

加入UDS后，形成iD线性电流，使漏源之间有电位差。靠近源极厚，靠近漏端薄。导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流iD

。UGD=UGS–UDS(3)

UDS对导电沟道的影响(UGS>UGS(th))b.UDS=UGS–UGS(th)，

即UGD=UGS(th)靠近漏极端的反型层消失，沟道在A点被夹断，称为预夹断iD2、工作原理(3)

UDS对导电沟道的影响(UGS>UGS(th))c.UDS>UGS–UGS(th)，

即UGD<UGS(th)形成夹断区，沟道电阻很大，UDS逐渐增大时，ID基本不变。iD2、工作原理uDSiD可变电阻区恒流区7V6V5V4VuGS=8V截止区击穿区输出特性曲线3、特性曲线各种增强型FET特性比较:小帖士二、N沟道耗尽型MOSFET只要在漏源之间加上正向电压，就会产生漏极电流。（1）

uGS为正时，反型层变宽，沟道电阻电小，iD电流变大。（2）uGS为负时，反型层变窄，沟道电阻电大，iD电流变小。当uGS负到一定值时，导电沟道消失，iD=0，此时的uGS值称为夹断电压UGS（off）。可见耗尽型MOSFET的栅源电压uGS可正、可负，改变uGS可以改变沟道宽度，从而控制漏极电流iD。共射电路共集电路共基电路共源电路共漏电路共栅电路bce5.5.1场效应管放大电路的三种组态电路共源放大电路信号源输出信号5.5.1场效应管放大电路的三种组态电路共漏放大电路信号源输出信号5.5.1场效应管放大电路的三种组态电路共栅放大电路信号源输出信号5.5.1场效应管放大电路的三种组态电路A5.5.2场效应管放大电路的静态分析

分压式自偏压电路5.5.2场效应管放大电路的静态分析

一、场效应管小信号模型二、

场效应管放大电路的动态分析

场效应管小信号等效电路三、共源放大电路的分析步骤1:求静态工作点步骤2:求gm步骤4:画小信号等效模型步骤5:计算性能指标步骤3:画交流通路步骤1：静态分析步骤1:求静态工作点步骤2:求gm步骤4:画小信号等效模型步骤5:计算性能指标步骤3:画交流通路三、