第5章 三极管放大电路教材

4、5章是学习电子技术的基础，因此是学习的重点之一。其主要内容有：放大的基本概念、放大电路的组成原则、放大电路的主要性能指标、放大电路的分析方法（静态分析和动态分析）、晶体管放大电路的三种组态（共射、共集、共基）、场效应管基本放大电路（共源、共漏、共栅），以及基本放大电路的派生电路。5.1.1BJT的结构简介5.1半导体三极管（BJT）5.1.2BJT的电流分配与放大原理5.1.3BJT的特性曲线5.1.4BJT的主要参数BJT(BipolarJunctionTransistor)。

三极管是通过一定制造工艺，把两个PN结结合在一起的器件。有两种类型:NPN型和PNP型。

5.1.1BJT的结构简介发射区发射极，用E或e表示（Emitter）基极，用B或b表示（Base）基区集电区集电极，用C或c表示(Collector)发射结(Je)

集电结(Jc)

结构特点：•发射区的掺杂浓度最高；•集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；•基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图5.1.2BJT的电流分配与放大原理1.内部载流子的传输过程

三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。

外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子

（以NPN为例）

2.电流分配关系通常IC>>ICBO

为电流放大系数，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根据传输过程可知IC=InC+ICBOIB=IB’-ICBOIE=IB+IC

是另一个电流放大系数，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。一般

>>1根据IE=IB+ICIC=InC+ICBO且令ICEO=(1+

)ICBO（穿透电流）放大状态下三极管电流关系：一定要记住哦3.三极管的三种组态共发射极接法，用CE表示；共基极接法，用CB表示。共集电极接法，用CC表示;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3个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。（3）连接方式：符合三种组态的连接方式vCE=0V

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当vCE=0V时，相当于两个PN结并联，简化为发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线5.1.3CE-BJT的特性曲线(3)输入特性曲线的三个部分①死区

②非线性区③线性区

饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE＜0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。IC<

IB,深度饱和时VCES约等于0.3V。iC=f(vCE)

iB=const2.输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压。两个PN结反偏，IB=IC=0放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。IC=

IB,相当于一个电流控制电流源3.温度对三极管特性曲线的影响T(0C)↑→ICBO↑→

↑→uBE不变时iB↑，即iB不变时uBE↓5.1.4BJT的主要参数1.直流参数2.交流参数3.极限参数

管子参数是衡量晶体管质量好坏和选择管子的主要依据。(1)共发射极直流电流放大系数

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IB

vCE=const1.直流参数

(2)共基极直流电流放大系数α

α=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

=βIB/(1+β)IB=β/(1+β)

(4)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

(3)集电极基极间反向饱和电流ICBO

发射极开路时，集电结的反向饱和电流。

硅管比锗管小。此值与本征激发有关。取决于温度特性（少子特性）。(1)共发射极交流电流放大系数

=

IC/

IB

vCE=const(2)共基极交流电流放大系数α

α=

IC/

IE

VCB=const

当ICBO和ICEO很小时，≈

、≈

，可以不加区分。2.交流参数

（3）特征频率fT和截止频率fβ三极管的β值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的β将会下降。当β下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。当β下降到原来大小的0.707倍时所对应的频率称为截止频率，用fβ表示。(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCM

PCM=ICVCE

3.极限参数

V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。

V(BR)EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。

V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。(3)反向击穿电压V(BR)CBO>V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO由V（BR）CEO、PCM和ICM确定的安全工作区：例：已知某晶体管的PCM＝150mW，ICM＝50mA，V(BR)CEO

＝60V。（1）若该管子在电路中工作电压VCE＝10V，则工作电流IC不应超过______mA；（2）若工作电流IC＝1mA，则工作电压VCE不应超过_____V。15605.1.5BJT的型号第二位：A代表Ge材料PNP管、B代表Ge材料NPN管

C代表Si材料PNP管、D代表Si材料NPN管第三位：X代表低频小功率管、D代表低频大功率管

G代表高频小功率管、A代表高频大功率管

K代表开关管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，试说明其理由。思考题2.能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什么？3.为什么说BJT是电流控制器件？三极管工作情况总结三极管处于放大状态时，三个极上的

电流关系： 电位关系：锗管：VB=VE+0.2VVB=VE-0.2V放大截止饱和例：三极管工作状态的判断5.2共射极放大电路

电路组成

简化电路及习惯画法

简单工作原理

放大电路的静态和动态

直流通路和交流通路输入回路（输出回路）1.电路组成2.简化电路及习惯画法3.简单工作原理Vi=0Vi=Vsin

tvi变化——

iB变化————

iC变化——————

vCE变化——vo变化iC=iBvCE=VCC-iCRC静态：只考虑直流信号，即vi=0，各点电

位不变（直流工作状态），用Q点表示直流通路：电路中无变化量，

电容→开路，电感→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）4.放大电路的静态和动态5.直流通路和交流通路交流通路

直流通路

共射极放大电路电容C1和C2断开C1和C2短路，VCC对公共端短路6.放大电路的主要技术指标直流工作值IB，IC，VCE放大倍数输入电阻Ri输出电阻Ro通频带5.3放大电路分析方法

5.3.1静态工作情况分析

1、等效电路法:近似估算

2、用图解分析法确定静态工作点5.3.2动态工作情况分析1、用图解法分析动态工作情况2、等效电路法:小信号模型

共射极放大电路

5.3.1静态工作情况分析方法1.用近似估算法求静态工作点根据直流通路可知：

采用该方法，必须已知三极管的

值。一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.3V,可忽略不计。直流通路+-

共射极放大电路

例题：

放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，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？（忽略BJT的饱和压降）

采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。

共射极放大电路方法2.用图解分析法确定静态工作点直流通路IBVBE+-ICVCE+-(1)画直流通路(2)把电路分为线性和非线性两部分I输入回路输出回路(3)输入特性曲线上求IB（同二极管方法）VBE=VBB-IBRbQ（IB=40A）MN(4)作输出部分的伏安特性曲线=40uA(5)作线性部分的伏安特性曲线—直流负载线 VCE=12-4IC(VCC=12V,RC=4K)

用两点法做直线M(12V,0)，N(0,3mA)(5)直线MN与IB=40uA曲线的交点(5.6V,1.6mA)

就是静态工作点Q（5.6V，1.6mA）QMN12V300K4K=40Q讨论：电路参数变化对Q点的影响Rb改变：

Q点沿MN向下移动.Q

12V300K4K=40MNQRC改变：Q1MNQVCC改变：QI总结：电路参数变化对Q点的影响Rb改变：

Q点沿MN向下移动RC改变：VCC改变：1、画交流通路和交流负载线MN交流负载线

5.3.2动态工作情况分析方法1.用图解分析法确定动态工作vi=0.2sint(V)vi=0.2sint(V)ib=20sint(uA)iB=20uA~60uAvoviic=

ib=0.8sin

t(mA)vce=3.2sint(V)vCE=2.4V~8.8Vvovi2、在动态特性曲线上画出输出信号波形图解法的步骤：1、画直流通路和直流负载线；2、确定静态工作点；3、画出交流通路和交流负载线；4、分析电路（如求电压放大倍数、

非线性分析等）放大电路的最大不失真输出幅度直流负载线交流负载线VCESVCEQVCC'

VCE(sat)

VCE(cut)vCE最大不失真幅度为：Vcem=min{VCE(sat),VCE(cut)}放大电路的最大动态工作范围静态工作点在交流负载线的中点时可获得最大不失真输出NPN型三极管最大不失真输出图解分析法的适用范围优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。幅度较大而工作频率不太高的情况5.4小信号模型分析法5.4.1BJT的小信号建模5.4.2共射极放大电路的分析

H参数的引出

H参数小信号模型

模型的简化

H参数的确定（意义、思路）

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图解法的适用范围：信号频率低、幅度大的情况。电路中输入信号很小时:把放大电路当作线性电路处理——微变等效电路5.4.1BJT的小信号建模 共射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)ibic+vce_+vbe_注：由于都是正弦信号，在频率较低

时无相移，所以未用复数表示1.模型求全微分：+_+_vbevceibich11h12vceh21ibh22输出端交流短路时的输入电阻输入端交流开路时的电压传输比输出端交流短路时的正向电流传输比输入端交流开路时的输出电导2.参数的物理意义rbeibicvbevce++__

ibbeec+_+_vbevceibich11h12vceh21ibh223.估算rbe体电阻re’<<结电阻rb’e发射极电阻re约为rb’e发射结的伏安特性为ebcb’re’rerbb’rb’crc很小ebcb’re’rerbb’rb’crc很小分析步骤：画直流通路，计算静态工作点Q计算

rbe画交流通路画微变等效电路计算电压放大倍数Av计算输入电阻Ri计算输出电阻Ro5.4.2共射极基本放大电路的分析

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。2.在交流通路和小信号等效电路中分析交流参数共射极放大电路icvce+-交流通路RbviRcRLiVbIcIOVbI则电压增益为bebirIV=bcII=b)//(LccORRIV-=beLcbebLcbbebLcciO)//()//()//(rRRrIRRIrIRRIVVAV-=-=-==bb

RbviRcRLiVbIcIOVbI根据3.求电压增益4.求输入电阻5.求输出电阻令0i=V0b=I0b=Ib所以Ro=Rcbebiii//rRIVR==RbRcRLRiRbRcRLiVbIcIOVbIRo例1：电路及参数如图，rbb'=100

求Av，Ri，Ro=50解：

静态工作点

（40uA，2mA，6V)

=100+51

26/2=0.763Kib

ib=-7.62交流通路：微变等效电路：=330K//26.263K=24.3K例2Rs=100

，RL=4K

，求Avs=Vo/Vs=50解：静态工作点（40uA,2mA,6V）

rbe=0.763K交流分析：Ri例3.电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路(第五版习题4.3.8(a)，第六版教材为5.3.8)。bIrbeebcRerbeebciIiVRb2Rerbe+-ebciIiVRb1Rb2RcRerbe+-ebciIiVbIboVRb1Rb2RcReRLrbe+-+-ebc习题4.3.8(b)习题4.3.8(d)5.5放大电路的工作点稳定问题5.5.1温度对工作点的影响5.5.2射极偏置电路1.基极分压式射极偏置电路2.含有双电源的射极偏置电路3.含有恒流源的射极偏置电路5.5.1温度对工作点的影响

ICBO

ICEO

T

VBE

IB

IC

温度升高会导致静态工作点上升。5.5.2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。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。2.放大电路指标分析①静态工作点②电压增益<A>画小信号等效电路<B>确定模型参数输入回路：<C>增益电压增益：输出回路：③输入电阻由电路列出方程则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻④输出电阻对回路1和2列KVL方程其中3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较基本共射极放大电路静态：从IB开始求起从IE开始求起RbviRcRL固定偏流共射极放大电路电压增益：输入电阻：输出电阻：Ro=Rc动态：例：电路及参数如图，

=50，rbb'=100， (1)计算静态工作点 (2)求Av，Ri，Ro28K12K0.4K1.6K3K

解：(1）画直流通路求静态工作点VBVE28K12K0.4K1.6K3K

VBVE28K12K0.4K1.6K3K(2)画交流通路及微变等效电路，

求Av，Ri，Ro

Ib

微变等效电路：交流通路：

RiRoRo=Rc=3K5.6共集电极电路和共基极电路5.6.1共集电极电路5.6.2共基极电路5.6.3三种组态的比较5.6.4多级放大电路5.6.1共集电极电路1.电路分析（1）求静态工作点由得（2）电压增益

令：共集电路又称射极跟随器RiRo（3）输入电阻令vi=0，在输出端加信号vo，则：io=ie+ib+

ib（4）输出电阻

共集电极电路特点：◆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5.6.2共基极电路(b)直流通路1.静态工作点

直流通路与射极偏置电路相同2.动态指标①电压增益电压增益：输出回路：输入回路：(b)小信号模型电路②输入电阻③输出电阻5.6.3基本放大电路的三种组态1.三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：信号由基极输入，集电极输出——

共射极放大电路信号由基极输入，发射极输出——

共集电极放大电路信号由发射极输入，集电极输出——

共基极电路+VCCRcRb1ebcTviC1C2voRb2Re+VCCRcRb1C1ebcTC2voRb2Revi+VCCRcRb1viC1ebcTC2voRb2Re2.三种组态的主要性能3.三种组态的特点及用途共射极放大电路：

电压和电流增益都大于1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：

只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。共基极放大电路：

只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。4.FET和BJT放大电路性能的比较5.7组合放大电路5.7.1共射-共基放大电路5.7.2共集-共集放大电路5.7.3单级与多级放大电路的比较5.7.1共射-共基放大电路共射－共基放大电路5.7.1共射-共基放大电路其中所以因