模拟电路课件

模拟电子技术*研究内容主要研究模拟电路的分析与设计方法*模拟电路处理模拟信号的电子电路

*信号信息的载体包括模拟信号和数字信号*模拟信号

时间和数值都连续的信号如声音信号、图像信号、温度信号等等*模拟信号需要经过传感器转换为电信号，再输入到模拟电路。

*传感器

将各种物理量转换为电信号的器件如麦克风、摄像头、热电阻等等

*信号源一般将传感器等效为信号源信号源包括电压源或电流源*电信号源的电路表达形式戴维宁诺顿转换电子系统RS+-VS电压源等效电路Rs<<Ri电流源等效电路电子系统RSISRs>>Ri

*电信号的时域与频域表示A.正弦信号时域频域最简单的信号：经常作为标准信号用来对模拟电路进行分析和测试!!信号的频谱*电信号的时域与频域表示B.方波信号时域频域满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数——直流分量其中——基波分量——三次谐波分量频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。*电信号的时域与频域表示C.非周期信号傅里叶变换：通过快速傅里叶变换（FFT）可迅速求出非周期信号的频谱函数。离散频率函数周期信号连续频率函数非周期信号频域时域非周期信号包含了所有可能的频率成分。信号的带宽：*模拟信号的放大信号源负载（1）放大信号的增强双口网络（2）不失真线性关系：y=kx3层含义：增益（放大倍数）直流电源（3）能量转换有源电路（器件）问题（1）Ii=?（IiRS

对信号的衰减）（2）RL

vO

AV

*问题?(1)Ii=?(2)RL

vO

AV

输入端口特性输入回路对信号源的衰减输入电阻要想减小衰减，则希望…？理想输出回路可等效为非理想的电压源——负载开路时的电压增益——输出电阻由输出回路得要想减小负载的影响，则希望…？理想*1.4放大电路模型模型

等效电路（端口特性不变）输入端口特性可以等效为一个输入电阻输出端口可以根据不同情况等效成不同的电路形式*电压放大模型电流放大模型关心输出电流与输入电流的关系2.电流放大模型3.互阻放大模型4.互导放大模型1.4放大电路模型1.电压放大模型关心输出电压与输入电压的关系*—负载短路时的电流增益2.电流放大模型由输出回路得则电流增益为由此可见要想减小负载的影响，则希望…？理想情况由输入回路得要想减小对信号源的衰减，则希望…？理想1.4放大电路模型*1.5放大电路的主要性能指标1.输入电阻3类与放大有关的与失真有关的与能量转换有关的增益、输入电阻、输出电阻非线性失真、线性失真最大输出功率、转换效率*2.输出电阻所以另一方法注意：输入、输出电阻为交流电阻1.5放大电路的主要性能指标*3.增益反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力其中四种增益常用分贝（dB）表示1.5放大电路的主要性能指标*4.非线性失真由元器件非线性特性引起的失真。非线性失真系数最大不失真输出电压幅值性能指标电压传输特性1.5放大电路的主要性能指标*5.频率响应及带宽（频域指标）实际的信号＝多个正弦波的叠加增益与正弦信号频率的关系2个问题：B、Av为什么是f的函数？如何表达？A、多个正弦频率成分的放大程度不同，会产生什么危害？普通音响系统放大电路的幅频响应1.5放大电路的主要性能指标*1.5放大电路的主要性能指标5.频率响应及带宽（频域指标）频率失真（线性失真）幅度失真：

对信号的不同频率成分增益不同，产生的失真。基波二次谐波输入信号输出信号二次谐波AV=2基波AV=1A.

多个正弦频率成分的放大程度不同，会产生什么危害？相位失真：对信号的不同频率成分相移不同，产生的失真。*幅度失真：对信号的不同频率成分增益不同，产生的失真。相位失真：对信号的不同频率成分相移不同，产生的失真。频率失真线性失真5.频率响应及带宽（频域指标）频率响应电压增益表示为在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应。或写为其中B、Av为什么是f

的函数？如何表达？原因：放大电路存在电抗元件，如电容、电感。1.5放大电路的主要性能指标*普通音响系统放大电路的幅频响应5.频率响应及带宽（频域指标）新问题：如何避免频率失真？中频区高频区低频区频域指标信号的带宽放大器的带宽直流放大电路的幅频响应与此有何区别？若输入50kHz的正弦波是否会产生频率失真？1.5放大电路的主要性能指标*

vCE、iB——表示总量

VCE、IB——表示直流量

vce、ib——表示纯交流量书中有关符号的约定 ——表示正弦相量1.5放大电路的主要性能指标vAB=VDC+vaciA=IDC+ia例如：*习题与预习习题：1.1.3;1.2.1;1.2.3;1.2.6;1.2.8预习：2半导体二极管及其基本电路*2半导体二极管

及其基本电路2.1半导体的基本知识2.3半导体二极管2.4二极管基本电路及其分析方法2.5特殊二极管2.2PN结的形成及特性30

教学内容：本章首先简单介绍半导体的基本知识，着重讨论半导体器件的核心环节--PN结，并重点讨论半导体二极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用；在此基础上对齐纳二极管、变容二极管和光电子器件的特性与应用也给予了简要的介绍。31

教学要求：本章需要重点掌握二极管模型及其电路分析，特别要注意器件模型的使用范围和条件。对于半导体器件，主要着眼于在电路中的使用，关于器件内部的物理过程只要求有一定的了解。322.1半导体的基本知识2.1.1半导体材料2.1.2半导体的共价键结构2.1.3本征半导体2.1.4杂质半导体半导体:导电特性介于导体和绝缘体之间典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。导电的重要特点1、其能力容易受环境因素影响（温度、光照等）2、掺杂可以显著提高导电能力332.1.2半导体的共价键结构原子结构简化模型—完全纯净、结构完整的半导体晶体。2.1.3本征半导体在T=0K和无外界激发时，没有载流子，不导电两个价电子的共价键正离子核34

2.1.3本征半导体、空穴及其导电作用温度

光照自由电子空穴本征激发空穴

——共价键中的空位空穴的移动——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。由热激发或光照而产生自由电子和空穴对。温度

载流子浓度

＋35*半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响

温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑2.1.4杂质半导体N型半导体掺入五价杂质元素（如磷）P型半导体掺入三价杂质元素（如硼）自由电子＝多子空穴＝少子空穴＝多子自由电子＝少子由热激发形成它主要由杂质原子提供空间电荷37

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本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm3

3以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。

2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:

n=5×1016/cm3杂质对半导体导电性的影响38本征半导体、本征激发本节中的有关概念自由电子空穴N型半导体、施主杂质(5价)P型半导体、受主杂质(3价)多数载流子、少数载流子杂质半导体复合*半导体导电特点1： 其能力容易受温度、光照等环境因素影响 温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑*半导体导电特点2：掺杂可以显著提高导电能力392.2PN结的形成及特性

2.2.1PN结的形成

2.2.2PN结的单向导电性

*

2.2.3PN结的反向击穿

2.2.4PN结的电容效应402.2.1PN结的形成1.浓度差

多子的扩散运动2.扩散

空间电荷区

内电场3.内电场

少子的漂移运动

阻止多子的扩散4、扩散与漂移达到动态平衡载流子的运动：扩散运动——浓度差产生的载流子移动漂移运动——在电场作用下，载流子的移动P区N区扩散：空穴电子漂移：电子空穴形成过程可分成4步(动画)内电场41PN结形成的物理过程：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

杂质离子形成空间电荷区

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。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。扩散>漂移否是宽422.2.2PN结的单向导电性只有在外加电压时才…扩散与漂移的动态平衡将…定义：加正向电压，简称正偏加反向电压，简称反偏扩散>漂移大的正向扩散电流（多子）低电阻

正向导通漂移>扩散很小的反向漂移电流（少子）高电阻

反向截止432.2.2PN结的单向导电性

PN结特性描述2、PN结方程PN结的伏安特性陡峭电阻小正向导通1、PN结的伏安特性特性平坦反向截止一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的非线性其中IS——反向饱和电流VT——温度的电压当量且在常温下（T=300K）近似估算正向：反向：442.2.3PN结的反向击穿当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。热击穿——不可逆雪崩击穿齐纳击穿电击穿——可逆452.2.4PN结的电容效应

(1)势垒电容CB势垒电容示意图扩散电容示意图(2)扩散电容CD462.3半导体二极管2.3.1半导体二极管的结构2.3.2二极管的伏安特性2.3.3二极管的参数PN结加上引线和封装

二极管按结构分类点接触型面接触型平面型47半导体二极管图片点接触型面接触型平面型48半导体二极管图片4950512.3.2二极管的伏安特性3.PN结方程（近似）硅二极管2CP10的V-I特性锗二极管2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向击穿特性Vth=0.5V（硅）Vth=0.1V（锗）注意1.死区电压（门坎电压）2.反向饱和电流 硅：0.1

A；锗：10A522.3.3二极管的参数(1)最大整流电流IF(2)反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM(3)反向电流IR(4)正向压降VF(5)极间电容CB硅二极管2CP10的V-I特性532.4二极管基本电路及其分析方法2.4.1二极管V-I特性的建模2.4.2模型分析法应用举例

4、应用电路分析举例2、二极管状态判断1、二极管电路的分析概述

3、等效电路（模型）分析法讲课思路：541、二极管电路的分析概述应用电路举例例2.4.2（习题2.4.12）习题2.4.5整流 限幅习题2.4.6初步分析——依据二极管的单向导电性D导通：vO=vI-vDD截止：vO=0D导通：vO=vDD截止：vO=vI左图中图显然，vO与

vI的关系由D的状态决定而且，D处于反向截止时最简单！55分析思路分析任务：求vD、iD目的1:确定电路功能，即信号vI传递到vO，有何变化？目的2:判断二极管D是否安全。首先，判断D的状态？若D反向截止，则相当于开路（iD

0，ROFF

∞）；若D正向导通，则？正向导通分析方法：图解法等效电路（模型）法——将非线性线性先静态（直流），后动态（交流）静态：vI=0（正弦波过0点）动态：vI

01、二极管电路的分析概述562、二极管状态判断例1:2CP1（硅），IF=16mA，VBR=40V。求VD、ID。(a)(b)(c)(d)正偏正偏反偏反偏iD>IF？D反向截止ID=0VD=-10VD反向击穿iD=

？vD=

？二极管状态判断方法假设D截止(开路)，求D两端开路电压普通：热击穿－损坏齐纳：电击穿VD=-VBR=-40VVD>0VD正向导通？-VBR<VD

0VD反向截止,ID=0VD

-VBRD反向击穿,VD=-VBRD正向导通？D正向导通！57习题2.4.4试判断图题2.4.4中二极管导通还是截止，为什么?图题2.4.4(a)例2:习题2.4.3电路如下图所示，判断D的状态2、二极管状态判断58

3、等效电路（模型）分析法（2.4.1二极管V-I特性的建模）

(1)理想模型(3)折线模型(2)恒压降模型VD=0.7V（硅）VD=0.2V（锗）Vth=0.5V（硅）Vth=0.1V（锗）59

3、等效电路（模型）分析法(4)小信号模型二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效为:微变电阻根据得Q点处的微变电导常温下（T=300K）60

4、应用电路分析举例例2.4.1求VD、ID。（R=10k）（a）VDD=10V时（b）VDD=1V时VDD理想模型恒压模型折线模型理想模型恒压模型折线模型61二极管应用举例

uiuoOO

t

t(b)

2

2DuiuoRL(a)++--（1）二极管整流电路62（2）二极管限幅电路

t+­RDE2Vuiuo+­+­(a)05ui

/V­5

23)(b

t02.7uo

/V­5

232.763D1

钳位作用D2隔离作用(3)开关电路D3.4V0.3V1D23.9k-12VABY64

例2.4.3一二极管开关电路如图所示。当V1和V2为0V或5V时，求V1和V2的值不同组合情况下，输出电压0的值。设二极管是理想的。D1D2VI1VI24.7KVCC5VD1D24.7K5VVCCVI1+-VI2+-

0

065

解：(1)当V1=0V,V2=5V时,D1为正向偏置，

V0=0V,此时D2的阴极电位为5V，阳极为0V，处于反向偏置，故D2截止。

(2)以此类推，将V1和V2的其余三种组合及输出电压列于下表：

V1

V2

D1

D2

V0

0V

0V导通导通

0V

0V

5V导通截止

0V

5V

0V截止导通

0V

5V

5V截止截止

5V66

由上表可见，在输入电压V1和V2中，只要有一个为0V，则输出为0V;只有当两输入电压均为5V时，输出才为5V，这种关系在数字电路中称为“与”逻辑。

注意：即判断电路中的二极管处于导通状态还是截止状态，可以先将二极管断开，然后观察阴、阳两极间是正向电压还是反向电压，若是前者则二极管导通，否则二极管截止。67（4）低电压稳压电路稳压电源是电子电路中常见的组成部分。利用二极管正向压降基本恒定的特点，可以构成低电压稳压电路。68

例：在如图所示的低电压稳压电路中，直流电源电压V

的正常值为10V，R=10k,当V

变化±1V时，问相应的硅二极管电压(输出电压)的变化如何？

69

解：(1)当V

的正常值为10V时，利用二极管恒压降模型有VD≈0.7V，由此可得二极管的电流为

此电流值可证实二极管的管压降为0.7V的假设。

(2)在此Q点上，70

(3)按题意，V

有±1V的波动，它可视为峰-峰值为2V的交流信号，该信号作用于由R和rd组成得分压器上。显然，相应的二极管的信号电压可按分压比来计算，即Vd(峰-峰值)由此可知，二极管电压Vd的变化为±2.79mV。71

4、应用电路分析举例例2.4.4求

vD、

iD。VI=

10V，vi=

1Vsin

t解题步骤:(1)静态分析(令vi=0）由恒压降模型得VD0.7V;ID0.93mA(2)动态分析(令VI=0）由小信号模型得72分析方法小结2.4二极管基本电路及其分析方法假设D截止（开路）求D两端开路电压VD

0.7VD正向导通-VBR<VD

0.7VD反向截止ID=0(开路)VD

-VBRD反向击穿VD=-VBR(恒压)VD=0.7V(恒压降)状态等效电路条件将不同状态的等效电路（模型）代入原电路中，分析vI和vO

的关系画出电压波形和电压传输特性特殊情况：求

vD（波动）小信号模型和叠加原理恒压降模型732.5特殊二极管2.5.1稳压二极管（齐纳）2.5.2变容二极管2.5.3光电子器件1.光电二极管2.发光二极管3.激光二极管反向击穿状态反向截止，利用势垒电容反向截止，少子漂移电流特殊材料，正向导通发光必须掌握“齐纳二极管”，其它了解。请自学！742.5.1稳压二极管1.符号及稳压特性(a)符号(b)伏安特性利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态（齐纳击穿）。75(1)稳定电压VZ(2)动态电阻rZ

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。rZ=

VZ/

IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大稳定工作电流

IZmax和最小稳定工作电流IZmin(5)稳定电压温度系数——

VZ2.稳压二极管主要参数2.5.1稳压二极管762.5.1稳压二极管3.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？自动调整过程：77

例：如图所示是一个简单的并联稳压电路。

R为限流电阻，求R上的电压值VR和电流值。R78解：假定输入电压在（7--10V）内变化。R79习题与预习习题2.4.12.4.32.5.4预习3.1半导体BJT80一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。（1）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。（）（2）因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（）（3）PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（）自测题解：（1）√（2）×（3）√

81

1）PN结加正向电压时，空间电荷区将

。

A.变窄B.基本不变C.变宽

2）设二极管的端电压为U，则二极管的电流方程是

。

A.ISeUB.

C.3）稳压管的稳压区是其工作在

状态。

A.正向导通B.反向截止C.反向击穿解：（1）A（2）C（3）C

二、选择正确答案填入空内。82三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD＝0.7V。解：UO1≈1.3V，UO2＝0，UO3≈－1.3V，

UO4≈2V，UO5≈1.3V，UO6≈－2V。图T1.383四、已知稳压管的稳压值UZ＝6V，稳定电流的最小值IZmin＝5mA。求图T1.4所示电路中UO1和UO2各为多少伏。解：UO1＝6V，UO2＝5V。

图T1.4841.1

选择合适答案填入空内。（1）在本征半导体中加入

元素可形成N型半导体，加入

元素可形成P型半导体。

A.五价B.四价C.三价（2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将

。

A.增大B.不变C.减小习题解：（1）A，C（2）A

851.2能否将1.5V的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？

解：不能。因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为1.5V时，管子会因电流过大而烧坏。86

1.7

现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问：（1）若将它们串联相接，则可得到几种稳压值？各为多少？（2）若将它们并联相接，则又可得到几种稳压值？各为多少？

解：（1）两只稳压管串联时可得1.4V、6.7V、8.7V和14V等四种稳压值。（2）两只稳压管并联时可得0.7V和6V等两种稳压值。871.8

已知稳压管的稳定电压UZ＝6V，稳定电流的最小值IZmin＝5mA，最大功耗PZM＝150mW。试求图P1.8所示电路中电阻R的取值范围。

图P1.8

解：稳压管的最大稳定电流

IZM＝PZM/UZ＝25mA电阻R的电流为IZM～IZmin，所以其取值范围为

88

1.9

已知图P1.9所示电路中稳压管的稳定电压UZ＝6V，最小稳定电流IZmin＝5mA，最大稳定电流IZmax＝25mA。（1）分别计算UI为10V、15V、35V三种情况下输出电压UO的值；

（2）若UI＝35V时负载开路，则会出现什么现象?为什么？图P1.9

89解：（1）当UI＝10V时，若UO＝UZ＝6V，则稳压管的电流为4mA，小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。故稳压管将因功耗过大而损坏。

当UI＝15V时，稳压管中的电流大于最小稳定电流IZmin，所以

UO＝UZ＝6V

同理，当UI＝35V时，UO＝UZ＝6V。（2）29mA＞IZM＝25mA，3半导体三极管

及放大电路基础3.1半导体三极管（BJT）3.2共射极放大电路3.3图解分析法3.4小信号模型分析法3.5放大电路的工作点稳定问题3.6共集电极电路和共基极电路3.7放大电路的频率响应91

第三章半导体三极管及放大电路基础

教学内容：本章首先讨论了半导体三极管(BJT)

的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。随后着重讨论了BJT放大电路的三种组态，即共发射极、共集电极和共基极三种基本放大电路。还介绍了图解法和小信号模型法，并把其作为分析放大电路的基本方法。92

教学要求：本章需重点掌握三极管的模型与特性；并能熟练进行基本放大电路静态工作点的确定和输入电阻、输出电阻、电压放大倍数的计算。93图3.1.1几种BJT的外形3.1半导体三极管（BJT）3.1.1BJT的结构简介3.1.2BJT的电流分配与放大原理3.1.3BJT的特性曲线3.1.4BJT的主要参数

Jc反偏3.1.1BJT的结构简介基区发射区集电区

发射极Emitter集电极Collector

基极Base1、结构和符号发射结(Je)

集电结(Jc)PNPNPN发射载流子(电子)收集载流子(电子)复合部分电子控制传送比例由结构展开联想…2、工作原理3、实现条件外部条件 内部条件

结构特点：

Je正偏掺杂浓度最高掺杂浓度低于发射区且面积大掺杂浓度远低于发射区且很薄95NPNebcecbNPN型BJT(a)管芯结构剖面图(b)表示符号发射极基极集电极发射区集电区基区963.1.2BJT的电流分配与放大原理1.内部载流子的传输过程2.电流分配关系4.三极管的三种组态3.放大作用发射结正偏发射区发射载流子基区：传送和控制载流子集电区收集载流子本质:电流分配5.共射极连接方式集电结反偏973.1.2BJT的电流分配与放大原理1.内部载流子的传输过程RLecb1k

VEEVCCIBIEICVEB+vEB放大电路+iEii+-

vI+iC+iB

vO+-io放大作用？（原理）关键：

iC与

iE的关系

三极管的放大作用是通过载流子传输体现出来的。

本质：电流分配关系外部条件：

发射结正偏，集电结反偏。982.电流分配关系根据传输过程可知IE=IB+IC

(1)IC=InC+ICBO (2)IB=IB’-ICBO (3)定义通常

IC>>ICBO则有所以

为共基极电流放大系数，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硅:0.1A锗:10A

IE与IC的关系：993.放大作用

vI=20mV

iE=-1mARLecb1k

VEEVCCIBIEICVEB+

vEB放大电路+

iEii+-

vI+

iC+

iB

vO+-io图3.1.5共基极放大电路

=0.98

iC=iE

vO=-iC•

RL

vO=0.98V非线性

iC=-0.98mA

iB=-20A电压放大倍数Ri=

vI/

iE=20

输入电阻1004.三极管（放大电路）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；如何判断组态？外部条件：发射结正偏，集电结反偏5.共射极连接方式问题(1)：如何保证？发射结正偏VBE=VBBVBC=

VBE-

VCE<0问题(2)：信号通路？与共基有何区别？集电结反偏或

VCE>VBE+

vBE+

iE+

iC+

iB+

iE+

vBE+

vI+

iB+

iC+

vO本质相同！但希望…

vI=20mV

iB=20A

iC=0.98mA

vO=-0.98VRi=vI/

iB=1k

放大电路5.共射极连接方式

IC与IB的关系：由的定义：即 IC=IE+ICBO=

(IB+IC)

+ICBO整理可得:令：IC=

IB+(1+

)ICBOIC=

IB+ICEO（穿透电流）IC

IB

IE=IC+IB

(1+

)IB

是共射极电流放大系数，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

>>1（10～100）ICBO硅:0.1A锗:10A103

综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度最高，基区杂质浓度远低于发射区且很薄，集电区杂质浓度低于发射区且面积大。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。3.1.2BJT的电流分配与放大原理1043.1.3BJT的特性曲线vCE=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）105iC=f(vCE)

iB=const2.输出特性曲线

在vCE小于1V时，输出特性很陡。原因是集电结的反向电压很小，对到达基区的电子吸引力不够，这时，iC受vCE的影响很大。

当vCE大于1V后，输出特性变的比较平坦。因为集电结的电场足够强，能使发射区扩散到基区电子绝大部分都到达集电区，vCE增加，iC增加不多。

特性比较平坦的部分随着vCE的增加略向上倾斜。当vCE增加时，由于vBE变化较少，故vCB增加，集电结加宽，基区宽度减小，载流子复合减少，β增大，iC随vCE增大。称为基区宽度调制效应。1063.1.4BJT的主要参数交流参数直流参数极限参数结电容Cb’c、

Cb’e集电极最大允许电流ICM集电极最大允许功率损耗PCM反向击穿电压极间反向电流 ICBO、

ICEO交流电流放大系数 、直流电流放大系数、特征频率fT107(1)共发射极直流电流放大系数=(IC－ICEO)/IB≈IC/IB1.电流放大系数(2)共发射极交流电流放大系数

=iC/

iB3.1.4BJT的主要参数在放大区且当ICBO和ICEO很小时，≈

，可以不加区分。1083.1.4BJT的主要参数

2.极间反向电流(1)集电极基极间反向饱和电流ICBO

O——（发射极）开路(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO1093.1.4BJT的主要参数3.极限参数(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCM=iCvCE

(3)反向击穿电压V(BR)CEO、V(BR)EBO

、V(BR)CBO

V(BR)CEO—基极开路时集电极和发射极间的击穿电压110复习思考题2.要使BJT具有放大作用，发射结和集电结的偏置电压应如何联接？1.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，试说明理由。3.一只NPN型BJT，具有e、b、c三个电极，能否将e、c两个电极交换使用？为什么？4.为什么BJT的输出特性在VCE>1V以后是平坦的？又为什么说BJT是电流控制器件？111习题3.1.1测得某放大电路中的BJT的三个电极A、B、C的对地电位分别为VA=-9V，VB=-6V，VC=-6.2V，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c，并说明此BJT是NPN型管还是PNP型管。

解由于锗BJT的︱VBE︱=0.2V,硅BJT的︱VBE︱=0.7V，已知BJT的电极B的VB=-6V，电极C的VC=-6.2V，电极A的VA=-9V，故电极A是集电极。又根据BJT工作在放大区时，必须保证发射结正偏、集电结反偏的条件可知，电极B是发射极，电极C是基极，且此BJT为PNP管。1123.1.3有两个BJT，其中一个管子的β=150,ICEO=200µA，另一个管子的β=50，ICEO=10µA，其他参数一样，你选择哪个管子？为什么？

解选择β=50，ICEO=10µA，即ICEO较小的BJT。β大的BJT虽然电流放大作用大，但其ICEO大，使放大电路的温度稳定性差，这是因为ICEO受温度影响较大。此外，ICEO也是衡量BJT寿命的一个指标，ICEO小的BJT寿命要长些。1133.1.4某BJT的极限参数ICM=100mA，PCM=150mW，V(BR)CEO=30V，若它的工作电压VCE=10V，则工作电流IC不得超过多大？若工作电流IC=1mA，则工作电压的极限值应为多少？

解BJT工作时，其电压和电流及功耗不能超过其极限值，否则将损坏。当工作电压VCE确定时，应根据PCM及ICM确定工作电流IC，即应满足ICVCE≤PCM及IC≤ICM。当VCE=10V时,IC≤PCM/VCE=15mA,此值小于ICM=100mA，故此时工作电流不超过15mA即可。同理，当工作电流IC确定时，应根据ICVCE≤PCM及VCE≤V(BR)CEO确定工作电压VCE的大小。当IC=1mA时，为同时满足上述两个条件，则工作电压的极限值应为30V。1143.2共射极放大电路1.电路组成4.

简化电路及习惯画法2.简单工作原理3.

放大电路的静态和动态1151.电路组成3.2共射极放大电路三极管T:核心，电流分配、放大作用VBB

Je正偏Rb:基极偏置电阻VCC

Jc反偏Rc：集电极偏置电阻ic

vceCb1、Cb2:隔离直流，传送交流固定偏流隔直电容耦合电容接地零电位点1162.简单工作原理vi=0vi=Vimsin

t既有直流、又有交流！！3.放大电路的静态和动态分析思路先静态:后动态:#

放大电路为什么要建立正确的静态？确定静态工作点Q（IBQ、ICQ、VCEQ）确定性能指标（AV、Ri、Ro

等）（叠加原理？）静态动态117工作点合适工作点偏低#

放大电路为什么要建立正确的静态？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3.2共射极放大电路1184.

简化电路及习惯画法3.2共射极放大电路习惯画法小结:放大电路组成原则

iB

iCvo

vBE

vCE信号通路：vi合适的静态工作点(Je正偏Jc反偏)正确的耦合方式

共射极基本放大电路119？思考题1.下列a~f电路哪些具有放大作用？(a)(b)(c)(d)(e)(f)1203.3图解分析法1.近似估算Q点2.用图解法确定Q点2.

交流负载线3.3.1静态工作情况分析3.3.2动态工作情况分析1.

放大电路在接入正弦信号时的工作情况3.

BJT的三个工作区域(4)交流通路与交流负载线(3)直流通路和交流通路2.图解法确定Q点(静态)3.图解法动态分析4.几个重要概念(2)叠加原理？1.近似估算法求Q点(1)非线性失真与线性工作区1211.近似估算法求Q点

共射极放大电路直流通路+-根据直流通路可知：如果已知β，可以求出IC和VCE。

求IBQ

、VBEQ

、ICQ

、VCEQ3.3图解法分析法1222.图解法确定Q点3.3图解分析法分析步骤：(1)vi

=0（短路）Cb1、Cb2开路（被充电）开路开路(2)把电路分为线性和非线性非线性线性线性(3)写出线性部分直线方程直流通路

输入回路（Je）方程:

输出回路（Jc）方程:vBE=VCC－

iBRbvCE=VCC－iCRc直流负载线(4)作图：画直线，与BJT特性曲线的交点为Q点VCb1=VBEQ;VCb2=VCEQ1233.3图解法分析法2.图解法确定Q点（作图过程）

在输入特性曲线上，作出直线：vBE=VCC－

iBRb

在输出特性曲线上，作出直流负载线：vCE=VCC－iCRc即：

与特性曲线的交点即为Q点，

IBQ

、VBEQ

、ICQ

、VCEQ。1243.图解法动态分析3.3图解法分析法输入特性输出特性暂令RL=

（开路）直流负载线不变Q点沿负载线上下移动输入特性不变Q点沿输入特性上下移动输入回路vBE=VCb1+

vi=VBEQ+

vi

iB

iCvo

vBE

vCE信号通路：vi

分析思路：设

、C

电容电压不能突变1253.图解法动态分析3.3图解法分析法（作图过程）iBiCvovBEvCE信号通路：vi可得如下结论：1.Q点沿负载线上下移动Q点沿输入特性上下移动2.

vo与vi相位相反（反相电压放大器）；3.

可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.

可以确定最大不失真输出幅度。1263.图解法动态分析3.3图解法分析法（作图过程）几个问题：Q点沿负载线上下移动Q点沿输入特性上下移动

几个重要概念！1.静态工作点Q的位置

非线性失真2.最大不失真输出幅度

线性范围（动态范围）3.接入负载对放大有无影响？4.能否使用叠加原理？如何使用？127BJT的三个工作区域饱和区：输出特性直线上升和弯曲部分。发射极发射有余，而集电极收集不足，VCE很小，BJT如同短路。

VBE=0.7V,VCE=0.3V放大区：输出特性的平坦部分接近于恒流特性，符合IC=βIB。

VBE=0.7V,VCE>1V截止区：输出特性IB=0曲线以下的部分，IC=ICEO≈0，

VCE≈VCC，BJT如同断开。

VBE<0.5V1284.几个重要概念(1)非线性失真与线性范围饱和失真截止失真当工作点达到了饱和区而引起的非线性失真。NPN管

输出电压为底部失真当工作点达到了截止区而引起的非线性失真。NPN管

输出电压为顶部失真。饱和区特点：

iC不再随iB的增加而线性增加，即此时，vCE=VCES

，典型值为0.3V截止区特点：iB=0，iC=ICEO非线性失真注意：对于PNP管，失真的表现形式，与NPN管正好相反。发射结正偏集电结正偏发射结反偏3.3图解法分析法129

线性范围(动态范围)(1)非线性失真与线性范围线性范围——

用最大不失真输出幅度Vom来衡量Q点偏高——

易出现饱和失真，Vom为Q点到饱和区边沿的距离Q点偏低——

易出现截止失真，Vom为Q点到截止区边沿的距离130(2)叠加原理？vBE=VBEQ+

viiB=IBQ+

ibiC=ICQ+

icvCE=VCEQ+

vceVCC作用的分量vi作用的分量叠加原理使用条件—

小信号①输入特性:范围小②输出特性:不超出放大区否则，非线性失真4.几个重要概念131(3)直流通路和交流通路4.几个重要概念叠加原理直流通路+-交流通路Cb1、Cb2等电容隔离直流，传送交流VCC=0(短路)Cb1、Cb2等电容短路静态分析求VCC作用分量vi

=0Cb1、Cb2等电容开路动态分析求vi作用分量132(4)交流通路与交流负载线4.几个重要概念由交流通路有:

vce=-ic

(Rc//RL)交流负载线必过Q点，即

vce=

vCE-VCEQ

ic=

iC-ICQ

同时，令R

L=Rc//RLvCE-VCEQ=-(iC-

ICQ)R

L

iC=ICQ

;vCE=VCEQ。

icvce+-交流通路133线性范围（动态范围）放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求:

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。

(4)交流通路与交流负载线例题1

共射极放大电路

已知ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，VCES

0。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？解:（1）BJT工作在放大区。例题1

共射极放大电路

已知ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，VCES

0。求：（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？解:（2）？VCE最小值也只能为0，所以BJT工作在饱和区。Q（120uA，6mA，0V）例题2（清华习题） 2.6电路如图P2.6所示，已知晶体管

＝50，在下列情况下，用直流电压表测晶体管的集电极电位，应分别为多少？设VCC＝12V，晶体管饱和管压降UCES＝0.5V。(1)正常情况;(2)Rb1短路;(3)Rb1开路;(4)Rb2开路;(5)RC短路。解:设UBE＝0.7V。则(1)UBE=0V

T截止

UC=12V。(2)由于IB＞IBS，故T饱和，UC＝UCES＝0.5V。(3)T截止，UC＝12V。UC＝VCC＝12V(4)(5)137复习思考题3.3.1放大电路为什么要设置合适的Q点？在图3.3.1b中，如果令IB=0uA或80uA，问电路能否正常工作？3.3.2在图3.3.3a的电路中，若RL=∞，问交流负载线是什么？3.3.3当测量图3.3.3a中BJT的集电极电压VCE时，发现它的值接近VCC=12V，问管子处于什么工作状态？试分析其原因，并排除故障使之正常工作。138习题3.2.2;3.3.1;3.3.3;1393.4小信号模型分析法3.4.1BJT的小信号建模3.4.2共射极放大电路的小信号模型分析1.H参数的引出2.H参数小信号模型3.

模型的简化4.

H参数的确定

利用直流通路求Q点

画小信号等效电路

求放大电路动态指标140交流通路3.4.1BJT的小信号建模建立小信号模型的依据(1)小信号（微变）——

（图解）基本满足叠加原理！

输入特性：工作点在Q附近移动范围小，切线代替曲线

输出特性：不超出放大区，不产生非线性失真(2)双口有源网络的H参数模型v1=h11i1+h12v2i2=h21i1+h22v21411.H参数的引出3.4.1BJT的小信号建模

已知端口瞬时值之间的关系（即输入输出特性曲线）如下：vBEvCEiBcebiCBJT双口网络iB=f(vBE)

vCE=constiC=f(vCE)

iB=const欲求变化量之间的关系，则对上两式取全微分得在小信号（线性）条件下：vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcedvBE

vBE

vbeh参数的物理意义及图解方法输出端交流短路时的输入电阻输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）rbe

rceurvbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce1432.H参数小信号模型3.4.1BJT的小信号建模vbevceibcebicBJT双口网络vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce

ibicvceibvbeur

vcerberce

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。注意：一般采用习惯符号即

rbe=hie

=hfe

ur=hre

rce=1/hoe1443.模型的简化

ibicvceibvbeuT

vcerberce3.4.1BJT的小信号建模

ur很小，一般为10-310-4，

rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路。

ib

是受控源

，且为电流控制电流源(CCCS)。

电流方向与ib的方向是关联的。

1454.H参数的确定3.4.1BJT的小信号建模

——测试仪（给定）

rbe

与Q点有关，公式估算。rbe=rb+(1+

)re其中：rb≈200

（低频小功率管）而

(T=300K)

则

1463.4.2用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路

共射极放大电路1.利用直流通路求Q点一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。1472.画出小信号等效电路3.4.2小信号模型分析共射极放大电路icvce+-交流通路RbviRbRbviRcH参数小信号等效电路RbviRcRL1483.4.2小信号模型分析RbviRcRL

iB

iCvo

vBE

vCE信号通路：vi根据则电压增益为（可作为公式？）3.求电压增益共射极放大电路1494.求输入电阻3.4.2小信号模型分析共射极放大电路RbRcRLRi1505.求输出电阻3.4.2小信号模型分析共射极放大电路RbRcRLRi令Ro=Rc所以151例题1放大电路如图所示，已知

=50。试求:（1）Q点;（2）

解：（1）求Q点Q点合适吗？（2）152电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。例题2153例题3直接耦合共射负电源vi习题3.5.5静态分析动态分析154例题：放大电路如下图所示，估算Q点。射极偏置电路固定偏流电路分压式射极偏置电路集电极－基极偏置电路共射155例1：放大电路如下图所示，估算Q点。射极偏置固定偏流Je回路KVL方程解：即：Jc回路KVL方程（直流负载线）T放大156例1：放大电路如下图所示，估算Q点。解：对Je回路，有分压式射极偏置电路方法一：方法二：从b极向左侧求戴维南等效电路则Je回路KVL方程157集电极－基极偏置电路例1：放大电路如下图所示，估算Q点。解：Je回路KVL方程Jc回路KVL方程（直流负载线）T放大小结：近似估算法求Q点T放大的基本条件＝Je正偏；Jc反偏3个方程解3个变量（IBQ、ICQ、VCEQ）关键方程——Je回路KVL方程158习题3.4.2;3.4.3;3.4.41593.5放大电路的工作点稳定问题

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

稳定工作点原理

放大电路指标分析

固定偏流电路与射极偏置电路的比较3.5.1温度对工作点的影响3.5.2射极偏置电路温度T

少子浓度

IC

ICBO,

ICEO

IC=IB+(1+)ICBOIB

VBE

载流子运动加剧，发射相同数量载流子所需电压

输入特性曲线左移

载流子运动加剧，多子穿过基区的速度加快，复合减少

IC

IB输出特性曲线上移输出特性曲线族间隔加宽3.5.1温度对工作点的影响

Q点上移

rbe

AV

1613.5.2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。射极偏置电路固定偏流电路分压式射极偏置电路只能单向设置具有检测Q点位置，并自动调整的功能T

IC

～IE

IC

VE=IERe

IB

（反馈控制）162分压式射极偏置电路

如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。T

IC

～IE

IC

VE

VBE

利用稳定Q思路则可实现如下自动调整过程b点电位基本不变的条件：I1>>IBVB>>VBEI1=(5~10)IB(硅)I1=(10~20)IB(锗)VB=3V~5V

(硅)VB=1V~3V

(锗)1632.放大电路指标分析3.5.2射极偏置电路①确定静态工作点Je回路KVL方程②画小信号等效电路并确定模型参数1642.放大电路指标分析3.5.2射极偏置电路输出回路：输入回路：电压增益：③电压增益(1+

)Re>>rbe

>>1若：165④输入电阻2.放大电路指标分析3.5.2射极偏置电路RiR’i证明如下：从b极看e极的电阻，要扩大(1+)倍！那从e极看b极的电阻，要？1663.5.2射极偏置电路2.放大电路指标分析⑤输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路网络内独立源置零负载开路输出端口加测试电压求R’o，可对回路1和2列KVL方程rce对分析过程影响很大，此处不能忽略其中则当时，一般（）1673.固定偏流电路与射极偏置电路的比较

共射极放大电路静态：3.5.2射极偏置电路1683.5.2射极偏置电路3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较

固定偏流共射极放大电路电压增益：RbviRcRL固定偏流共射极放大电路输入电阻：输出电阻：Ro=Rc#

射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？1693.5.2射极偏置电路17013.5.2射极偏置电路1713.6共集电极电路和共基极电路

电路分析

复合管

静态工作点

动态指标

三种组态的比较3.6.1共集电极电路3.6.2共基极电路1723.6.1共集电极电路1.电路分析结构特点…也称为射极输出器①求静态工作点②画小信号等效电路173

电压增益1.电路分析3.6.1

共集电极电路一般有即电压跟随器（射极输出器）其中④输入电阻Ri大⑤输出电阻Ro小174⑤输出电阻1.电路分析3.6.1

共集电极电路证明如下：电路变换对e极列KCL方程：将各支路关系代入：证毕！◆电压增益小于1但接近于1，◆输入电阻大，对电压信号源衰减小◆输出电阻小，带负载能力强共集电极电路特点：1752.复合管3.6.1

共集电极电路作用：提高电流放大系数达林顿管1763.6.2共基极电路结构特点…1.静态工作点直流通路与分压式射极偏置电路相同1772.动态指标①电压增益输出回路：输入回路：电压增益：画小信号等效电路3.6.2共基极电路178#

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？2.动态指标②输入电阻③输出电阻3.6.2共基极电路1793.三种组态的比较电压增益：输入电阻：输出电阻：3.6.2共基极电路180复习频率响应的基本概念1.为什么要研究频率响应2.频率响应的分析任务3.AV随f

变化的原因原因1:实测表明Av是f的函数,对不同频率信号的放大程度不同。原因2:信号有多个频率成分