模拟电子技术基础：第三章 半导体三极管及放大电路

第三章半导体三极管及放大电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本章主要内容介绍半导体的基本知识；半导体器件的核心环节——PN结的形成及其特性；简介半导体二极管的结构及主要参数；半导体二极管的几种常用等效电路及其应用；简介几种特殊二极管（除“稳压管”外均作为一般了解内容）电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本章主要内容半导体三极管（BJT）的结构、工作原理、特性曲线和主要参数；

共射极放大电路的结构、工作原理和改进电路；放大电路的两种分析方法①图解法→求Q点 （IBQ、ICQ、VCEQ）②小信号模型分析法

→求AV、Ri、RO电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本章主要内容放大电路工作点稳定问题及常用稳定工作点的电路；介绍共基极放大电路和共集电极放大电路，并将三种组态的放大电路进行比较；放大电路的频率响应（这部分内容推导过程不要求必须掌握，记住最终结果会求fH和fL即可）电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.1半导体BJT返回半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor，简称BJT）。BJT是由两个PN结组成的。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础一.BJT的结构简介【分类】①按频率分高频管低频管②按功率分大功率管中功率管小功率管③按半导体材料分硅管锗管④按结构不同分NPN型PNP型电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础NPN型发射区集电区基区发射结（Je）集电结（Jc）e【Emitter】c【Collector】b发射极集电极基极NNP【Base】代表符号:箭头方向：由P区→N区电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础PNP型发射区集电区基区发射结（Je）集电结（Jc）ecb发射极集电极基极PPN代表符号:箭头方向：由P区→N区电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础比如：NPN型三极管剖面图结构制作要求：①发射区：高杂质掺杂浓度；②基区：很薄（通常为几微米～几十微米），低掺杂浓度；③集电区：掺杂浓度要比发射区低；结面积比发射区大；电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础晶体管的几种常见外形电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础几种常见三极管实物图大功率三极管功率三极管普通塑封三极管电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础半导体三极管的型号A锗PNP管、B锗NPN管C硅PNP管、D硅NPN管

表示材料：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管表示器件的种类：用数字表示同种器件型号的序号表示同一型号中的不同规格三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础二.BJT的电流分配与放大作用bNNPeccbe为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部条件两方面的要求。对其内部结构要求：①发射区进行高掺杂，因而其中的多数载流子浓度很高。②基区很薄，且掺杂比较少，则基区中多子的浓度很低。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础二.BJT的电流分配与放大作用bNNPeccbe为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部条件两方面的要求。从外部条件来看：①发射结正向偏置②集电结反向偏置要求外加电源电压的极性必须满足：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础即在满足内部结构要求的前提下，三极管要实现放大，必须连接成如下形式：e区c区b区JeJcecbNNPVBBVCCRbRc＋－VBE＋－VCB＋－VCE例：共发射极接法三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。集电结反偏：由VBB保证由VCC、

VBB保证VCB=VCE-VBE>0发射结正偏：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IENIEP（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IE=IEN+IEP≈IEN电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IE（2）在基区中①电子继续向集电结扩散；②少数电子与基区空穴相复合，形成IB电流。IB复合IBE≈IBE电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IE（2）在基区中①电子继续向集电结扩散；②少数电子与基区空穴相复合，形成IB电流。IB（3）集电区收集大部分的电子，形成IC电流。ICICN≈ICNIBE电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IE（2）在基区中①电子继续向集电结扩散；②少数电子与基区空穴相复合，形成IB电流。IB（3）集电区收集大部分的电子，形成IC电流。IC另外，集电区的少子形成反向饱和电流ICBOICBOICNIBE电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IEIBICICBOICNIBE实际上：IC=ICN+ICBOIE=IEN+IEP≈IEN≈ICNIB+ICBO=IBE由KCL，有：IB=IBE-ICBO≈IBE电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础电流分配关系由载流子的传输过程可知，由于电子在基区的复合，发射区注入到基区的电子并非全部到达集电极，管子制成后，复合所占的比例就定了。也就是由发射区注入的电子传输到集电结所占的百分比是一定的，这个百分比用α表示，称为共基极电流放大系数。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IEIBICICBOICIBIE可简化为电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础ICIBIEIE=IC+IBIC≈αIEIB=IE-IC=IE-αIE=(1-α)IE故集电极与基极电流的关系为：=β共射电流放大倍数电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础注：α和β是两种电流放大系数，它们的值主要取决于基区、集电区和发射区的杂质浓度以及器件的几何结构。基极电流是电子在基区与空穴复合的电流，复合过程对α和β的值有影响。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础利用BJT组成的放大电路，其中一个电极作为信号输入端，一个电极作为输出端，另一个电极作为输入、输出回路的共同端。根据共同端的不同，BJT可以有三种连接方式（称三种组态）：①共基极接法②共发射极接法（最为常用！）③共集电极接法电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三.BJT的特性曲线BJT的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线，它是BJT内部载流子运动的外部表现。由于BJT也是非线性元件，它有三个电极，故要通过它的伏安特性曲线来对它进行描述，但它的伏安特性并不向二极管那样简单。工程上最常用的是BJT的输入特性和输出特性曲线。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础RL+-ΔvObceΔvIiB=IB+ΔiBiC=IC+ΔiCiE=IE+ΔiEvBE+-+-vCE以共射放大电路为例：输入特性：输出特性：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础共射极电路特性曲线的实验线路微安表毫安表电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论iB与vBE之间的函数关系。因为有集电结电压的影响，它与一个单独的PN结的伏安特性曲线不同。为了排除vCE的影响，在讨论输入特性曲线时，应使vCE=常数。vCE的影响，可以用三极管的内部反馈作用解释，即vCE对iB的影响。输入特性曲线电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础BJT共射接法的输入特性曲线分三部分：①死区②非线性区③线性区iB/μAvBE/V①③②vCE

=1VvCE

>1VvCE

=0V记住：①当vCE>1时，各条特性曲线基本重合。②当vCE增大时特性曲线相应的右移。25℃电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础输出特性曲线BJT共射接法的输出特性曲线vCE/ViC

/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA它是以iB为参变量的一族特性曲线。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础现以iB=40uA一条加以说明：vCE

/ViC

/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA（1）当vCE=0V时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）当vCE稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压很小，如：vCE<1VvBE=0.7VvCB=vCE-vBE≤0.7V集电区收集电子的能力很弱，iC主要由vCE决定：vCE↑→ic↑电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vCE

/ViC

/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA现以iB=40uA一条加以说明：（3）当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，如：vCE≥1VvCB≥0.7V运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收集，此后vCE

再增加，电流也没有明显得增加，特性曲线进入与vCE轴基本平行的区域。同理，可作出iB=其他值的曲线。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vCE

/ViC

/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA输出特性曲线可以划分为三个区域：饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小，一般vCE<0.7V（硅管）。此时Je正偏，Jc正偏或反偏电压很小。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vCE

/ViC

/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA输出特性曲线可以划分为三个区域：饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小，一般vCE<0.7V（硅管）。此时Je正偏，Jc正偏或反偏电压很小。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时Je反偏，Jc反偏。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vCE

/ViC

/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA输出特性曲线可以划分为三个区域：饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小，一般vCE<0.7V（硅管）。此时Je正偏，Jc正偏或反偏电压很小。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时Je反偏，Jc反偏。放大区——iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。

此时Je正偏，Jc反偏。电压大于0.7V左右（硅管）。模电着重讨论的就是该放大区！电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vCE/ViC

/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA当vCE大于一定的数值时，IC只与IB有关,满足IC=βIB关系，该区域称为线性区（即放大区）。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础四.BJT的主要参数电流放大系数α——共基电流放大系数β——共射电流放大系数α与β的关系：α的值小于1，但接近于1。β的值远大于1，通常在20～200范围内。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础极间反向电流（1）ICBO：集电极－基极反向饱和电流O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于单个集电结的反向饱和电流。因此，它只决定于温度和少子的浓度。ICBO的值很小硅管：ICBO为纳安数量级锗管：ICBO为微安数量级电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础由于这个电流从集电区穿过基区流至发射区，所以又叫穿透电流。（2）ICEO：集电极－发射极反向饱和电流vCE

/ViC

/mA=20μA=40μA=60μA=80μAICEO点击右面按钮查看ICEO形成过程分析ICEO与ICBO的关系：ICEO=ICBO+βICBO=(1+β)ICBO电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础极限参数（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。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础极限参数（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表示集电极上允许损耗功率的最大值。PCM=iCvCE过压区过流区电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（3）反向击穿电压V(BR)CBO>V(BR)CES>V(BR)CER>V(BR)CEO电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础一．电子系统与信号

什么是电子系统？所谓“电子系统”，通常是指由若干相互联接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。注：电子系统在绝大多数情况下必须和物理系统相结合，才能构成完整的实用系统。3.2共射极放大电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础放大的本质：是实现能量的控制和转换。放大电路放大的对象：是变化量。组成放大电路的核心元件：是三极管。电子电路放大的基本特征：是功率放大。放大的前提：是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。二.放大的概念电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础放大是最基本的模拟信号处理功能。三．放大电路的基本知识模拟电子中研究的最主要电路：放大电路这里的“放大”是指把微小的、微弱的电信号的幅度不失真的进行放大。所谓“不失真”：就是一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅度得到了放大，但它随时间变化的规律不能变。具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、手机、扩音器等等。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础一般来说，放大电路就是一个双端口网络。放大电路（放大器）+-Rs+-+-RL信号源负载信号源电压输入电压输出电压Rs信号源内阻RL负载电阻输入电流输出电流电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础四.共射放大电路的构成首先交代各物理量表示方法及其含义：①VBE，VCE，VI，VO…IB，IC，IE，II…②

vi，vo，vbe，…

ib，ic，ie，ii…表示“直流量”：大写字母＋大写下标表示“交流量”的瞬时值：小写字母＋小写下标③

vBE，vCE，vI，vO…

iB，iC，iE，iI，iO…表示“直流量＋交流量”：小写字母＋大写下标电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础④⑤

Vc，Vb，Ve，Vi…

Ib，Ic，Ie，Ii…表示“交流量的向量形式”：大写字母＋小写下标＋头上点表示“交流量”的有效值：大写字母＋小写下标电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础共射极基本放大电路vBEvCET+－vi+－voiBiCiEbceCb1+Cb2+电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（1）输入部分VBB：基极直流电源，保证Je正向偏置，VBE>VonRb：限流电阻Cb1：隔直电容或耦合电容，是电解电容，有极性Cb1作用：隔直流通交流，故不会影响电路的直流特性。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（2）输出部分VCC：集电极直流电源Rc：限流电阻作用：①为输出信号提供能量

②保证Jc反偏，VCB>0作用：①限流②信号转换∵电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（2）输出部分Cb2：隔直电容或耦合电容作用：隔直流通交流∴给到负载RL上的量一定是经过放大的变化量（或称交流量）。∵有Cb2输出端的存在iC=βiB单管β：50～100间电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（3）工作原理

当vi＝0时，称放大电路处于静态。tviotIBoiBtiCoICtvCEoVCEtvoo电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（3）工作原理

当vi＝Visinωt时tviotoiBIBibtiCoICictvCEoVCEvcetvoovo与vi相比幅值加大且反相了电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础共射放大电路改进电路vivo交直＋交直交需要使Rb》Rc（一般为几十倍）改成唯一的直流电源电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结根据本节内容的分析可以归纳组成放大电路时必须遵循的原则应该有：外加直流电源的极性必须使三极管的发射结正偏，而集电结反偏，以保证三极管工作在放大区。此时，若基极电流有一个微小的变化量ib，将控制集电极电流产生一个较大的变化量ic，二者之间的关系为ic＝βib电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结电阻取值得当，与电源配合，使放大管有合适的静态工作电流。输入回路的接法应该使输入电压的变化量vi能够传送到三极管的基极回路，并使基极电流产生相应当变化量ib。输出回路的接法应使集电极电流的变化量ic能够转化为集电极电压的变化量vce，并传送到放大电路的输出端。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3图解分析法为解决放大器件的非线性问题，常用的方法有两个：第一：图解法。第二：小信号模型分析法（也叫做微变等效电路法）。把放大器件特性曲线的非线性作为前提，在其上作图求解。把放大器件的特性曲线在一个较小的范围内近似线性化，然后求解。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础一.静态工作情况分析何谓“静态”？

所谓“静态”是指：当放大电路没有输入信号（vi＝0）时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流。

静态分析时讨论的对象：直流分量——故称为直流工作状态或静止状态，简称“静态”。【关键】求Q点——静态工作点IBQICQVCEQ电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础直流通路IB

画直流通路vivoCb1Cb2断开断开确定Q点常用的方法有两种：①近似估算法②

图解法偏置电阻偏置电流电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础近似估算Q点IBQ+-VBE+-VCEQICQ∵VCC》VBE∴输入端用恒压降模型等效，则：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础IBQ+-VBE+-VCEQICQ用图解法确定Q点非线性电路部分线性电路部分步骤：（1）把放大电路分成非线性和线性两个部分（2）作出非线性部分的伏安特性，即BJT的输出特性先求IBQ，仍用上面近似估算法：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础IBQ+-VBE+-VCEQICQ用图解法确定Q点线性电路部分步骤：（3）作出线性部分的V-I特性——直流负载线线性部分的电压、电流关系为：为一直线ic＝0时，vCE=VCC

——M点vCE＝0时，且斜率为-1/RC——N点（4）由线性与非线性两部分V-I特性的交点确定Q点电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础为什么要设置静态工作点？见下图：静态时将输入端A与B短路，必然有：IBQ=0ICQ=0VCEQ=VCCBJT处于截止状态，不在放大区，因而不能正常放大。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础二.动态工作情况分析（即求交流量）动态分析讨论的对象：交流成分（即变化的量）放大电路在接入正弦信号时的工作情况设输入电压vi=0.02sinωt(V)vBE=VBE+vbe

iB=IB+ibvCE=VCE+vce

iC=IC+ic各分量都在原来静态直流量的基础上叠加了一个交流量，如下：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（1）根据vi在输入特性上求iBviQ1Q2已知Q点已知206040=电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（2）根据iB在输出特性上求iC和vCEQ1Q2VCESVCEQvovCENM动态工作范围=40μAib=60μAib=20μA电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础交流负载线vivoCb1Cb2vivo交流通路ibieic非线性部分线性部分短路短路∵ΔV=0∴直流电源相当于对地短路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础动态时负载电阻RL对Q点会产生影响。vivoibieicRL’（斜率）我们把斜率由定出的负载线称为交流负载线。它由交流通路决定。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础MNA交流负载线与直流负载线当放大电路不带负载RL时，交流负载线是什么？——交流负载线与直流负载线重合！电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础MNA为什么交流负载线和直流负载线必然会在Q点相交？交流负载线与直流负载线电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础AiCuCEvo可输出的最大不失真信号合适的静态工作点三.关于Q点选择时的注意事项将Q点选在交流负载线AB的中央，可以获得最大的不失真输出，即可以得到最大的动态工作范围即：BQ=AQBQibVCESVCEA电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础iCvCEvoQ点过低→信号进入截止区Q截止失真电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础iCvCEvoQ点过高→信号进入饱和区截止失真和饱和失真统称“非线性失真”Q饱和失真电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础对Q点的选择：除非为了要得到最大不失真输出，往往可以采用比较灵活的原则。若Q点设置时不在交流负载线的中央，即BQ≠AQ，则最大不失真输出电压Vom应该取二者中较小的，即：

Vom＝min(vCEQ-vCES,vCEA-vCEQ)比如：当信号幅度不大时，为了降低直流电源VCC的能量消耗，在不产生失真和保证一定的电压增益的前提下，常常可以把Q点选得低一些。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.4小信号模型分析法思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路适用范围：放大电路的输入信号是变化量且电压很小时适用电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vCE=VCEQVBEQvBEΔvBEΔiB一.三极管的等效电路Q

分析输入特性把输入回路等效成：ib＋-vbeberbeib＋-vbe电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vCEVCEQΔiBΔiCQ

分析输出特性ΔiC=βΔiB(或ic=βib)ic＋-vce把输出回路等效成：ceic=βib＋-vce电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础综上分析，可得三极管等效模型如下：ic＋-vceib＋-vbevbeibicvceβibbec称为简化的H参数小信号模型（或微变等效电路）电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础

rbe的计算iCiBiEb、e间电阻由三部分组成：①基区的体电阻②基射间的结电阻③发射区的体电阻其中，可取100Ω～300Ω之间，常取200Ω电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础iBiEβiB由PN结的电流公式：对vBE求导数，有：（常温下）在Q点附近一个小的变化范围内，可认为iE≈IEQ,又有IEQ≈ICQ，则电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础iBiEβiB而可忽略又∵对iB求导，可有：已知：常温时电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础二.用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路即：利用简化的H参数小信号模型（或称微变等效电路）来计算单管共射放大电路的以下三个参数输入电阻Ri输出电阻Ro电压放大倍数电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vivoCb1Cb2vivo交流通路ibieic画出放大电路的微变等效电路（1）画出放大电路的交流通路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vbeibicvceβibbecvivo交流通路ibieic画出放大电路的微变等效电路（2）将交流通路中的三极管用H参数等效电路代替电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vbeibicvceβibbecvivo交流通路ibieic画出放大电路的微变等效电路（2）将交流通路中的三极管用H参数等效电路代替Rb+－vi电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vbeibicvceβibbecvivo交流通路ibieic画出放大电路的微变等效电路（2）将交流通路中的三极管用H参数等效电路代替Rb+－viRc+－voRL电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础小信号等效电路（微变等效电路）如下：求电压增益式中负号表示输出电压与输入电压反相电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础求输入电阻RiRi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的输入电阻。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础定义：当信号源有内阻时：由图知：所以：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础所以：求输出电阻Ro根据定义：+-0电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础分析时为什么要讨论Ri和Ro？+-Rs+-+-RL放大电路Ro+-RiRiRo用来评价放大电路对信号源和负载的作用如图：输入端当Ri》RS时，假设某一值，如Ri＝Rs，则电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础分析时为什么要讨论Ri和Ro？+-Rs+-+-RL放大电路Ro+-Ri输出端当Ro《RL时，若Ro＝RL，则故对于放大电路而言，一般情况希望Ri越大越好Ro越小越好电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三.归纳等效电路法的步骤先确定Q点（IBQ、ICQ、VCEQ）方法：①近似估算法②图解法求Q点处的β和rbeβ通常会给出常温时IEQ=IBQ+ICQ≈ICQ电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三.等效电路法的步骤画出放大电路的微变等效电路列出电路方程并求解【一般要求增益、输入电阻和输出电阻】电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结小信号模型分析法就是把非线性的三极管线性化，这样具有非线性元件的放大电路就转化成为我们熟悉的线性电路了。经过线性化的三极管等效电路为：—称为简化的H参数小信号模型（或微变等效电路）电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础利用等效电路可以对放大电路进行分析，分析时具体步骤如前所述。最终往往是要求出其Q点、微变等效电路、、Ri和Ro。本节小结将前面讲过的两种分析方法对比如下：①图解法

既能分析放大电路的静态工作情况

也能分析放大电路的动态工作情况（较繁琐，不常用！）电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结

主要优点：直观、形象

适用范围：（A）一般多适用于分析输出幅值比较大而工作频率不太高时的情况，即在大信号分析时（功率放大时）；（B）分析Q点的位置，即可以直观判断Q点是否位于交流负载线的中点；（C）求最大不失真输出电压（有效值！）电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结

缺点：（A）从手册上查到的特性曲线与实际管子的特性之间常常会有较大的差别，这在使用该方法时会受到一定的制约。（D）讨论失真情况截止失真饱和失真电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结（D）当信号频率较高时，特性曲线已经不能正确代表管子的特性，因此图解法也就不适用了。（C）对于较复杂的电路，无法直接由图解法求得电压放大倍数，如：接有发射极电阻Re的电路就是如此。（B）作图过程比较麻烦，容易带来作图误差。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结②小信号模型分析法（微变等效电路法）

主要优点：由于将非线性的三极管转化成为我们熟悉的线性电路，分析过程无需作图，因此比较简单方便。

适用范围：（A）适用于分析任何简单或复杂的电路，只要其中的放大器件基本上工作在线性范围即可。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结

局限性（缺点）：只能解决交流分量的计算问题。（B）虽然该等效电路是在小信号的前提下引出的，但是对于实际的放大电路，即使信号较大，但只要非线性程度不严重或对计算精度要求不高，仍可使用微变等效电路法进行分析。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结（A）不能用来确定静态工作点；（B）也不能用以分析非线性失真以及最大输出幅度等问题。在解决放大电路的具体问题时，两种方法可以结合起来使用，这样往往会使分析过程更为简便。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.5放大电路的静态工作点稳定问题返回一.静态工作点稳定的必要性

Q点决定放大电路是否产生失真；Q点影响电压放大倍数、输入电阻等动态参数；Q点的不稳定，将导致动态参数不稳定，甚至使放大电路无法正常工作。必要性电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础影响静态工作点稳定的因素电源电压波动、元件老化、环境温度变化等，都会引起三极管和电路元件参数的变化，造成静态工作点的不稳定。其中，温度对晶体管参数的影响是最为主要的。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础二.温度对静态工作点的影响三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对三极管参数的影响主要表现在以下三方面：温度对VBE的影响TVBEIBICiBvBE25ºC50ºC返回电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础易发生饱和失真温度对β的影响Tβ曲线族的间隔变宽故：βQ点上移ICβQ点下移IC易发生截止失真电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础温度对ICBO的影响∵反向饱和电流ICBO是由少子漂移运动形成，因此受温度影响比较严重。即：T↑→ICBO↑但硅管的ICBO很小，所以受温度的影响可以忽略不计。综上所述，温度对三极管各参数的影响最终将导致集电极电流IC变化，引起Q点移动。总之：

ICBO

ICEO

T

VBE

IB

IC

电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vivoRb1Rb2Cb1Cb2二.静态工作点稳定电路固定偏流电路∵固定射极偏置电路旁路电容vivoCb2Cb1+iB电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础Q点稳定原理vivoRb1Rb2Cb1Cb2Rb1Rb2VBVEI1I2直流通路VBE+-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Q点的稳定。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础Rb1Rb2VBVEI1I2直流通路VBE+-固定偏压电路分析温度的影响T↑→IC↑→IE↑↓VE↑=IEReVB不变→VBE↓↓IB↓IC↓b点电位基本不变的条件：I2>>IB，VB>>VBE，则【一般取

I2=(5~10)IB，VB=3V~5V

】（反馈控制）电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础Rb1Rb2VBVEI1I2直流通路VBE+-分析该电路的特性指标（1）Q点的估算:【IBQ、ICQ、VCEQ】电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（2）动态参数的估算vivoRb1Rb2Cb1Cb2无旁路电容的情况bec电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础becvivoRb1Rb2Cb1Cb2无旁路电容的情况Re（2）动态参数的估算电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vivoRb1Rb2Cb1Cb2无旁路电容的情况（2）动态参数的估算becReRb1Rb2+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础becvivoRb1Rb2Cb1Cb2无旁路电容的情况RcRL+-（2）动态参数的估算Rb1Rb2+-Re电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础无旁路电容时求电压增益becReRb1Rb2+-RcRL+-（2）动态参数的估算电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础无旁路电容时求电压增益式中（2）动态参数的估算becReRb1Rb2+-RcRL+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础无旁路电容时求输入电阻becReRb1Rb2+-RcRL+-（2）动态参数的估算电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础无旁路电容时求输入电阻则大！（2）动态参数的估算becReRb1Rb2+-RcRL+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础无旁路电容时求输出电阻较大！（2）动态参数的估算becReRb1Rb2+-RcRL+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础vivoRb1Rb2Cb1Cb2有旁路电容的情况旁路电容bce微变等效电路（2）动态参数的估算电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础有旁路电容时求电压增益（2）动态参数的估算bce微变等效电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础bce有旁路电容时求输入电阻Re=0，代入无旁路电容时输入电阻表达式有小！（2）动态参数的估算电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础有旁路电容时求输出电阻不变（2）动态参数的估算bce电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础比较有无旁路电容的结果：①对直流通路没有影响。②对交流通路将产生较大影响：无旁路电容时与基本共射放大电路相比大大减小；Ri较大，很好！可见，电路的改进是以牺牲放大倍数为代价的。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础有旁路电容时与基本共射放大电路相同，较无旁路电容时有很大提高；Ri变小，不好！可见，并联旁路电容后放大倍数不受影响，但输入电阻减小了①对直流通路没有影响。②对交流通路将产生较大影响：比较有无旁路电容的结果：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结前面讲的固定偏流电路的静态工作点Q点会因环境温度的变化而产生移动。为了克服它的这一缺点，本节介绍了一种射极偏置电路（也称自偏置电路），是前一种电路的改进电路。改进后的电路能够自动调整工作点位置，以使工作点能够稳定在合适的位置进行工作。但改进电路中并联了大电容Ce后，放大电路的输入电阻Ri减小很多，这是改进后带来的不利因素。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础一.共集电极放大电路电路结构3.6共集电极电路和共基极电路——又称射极输出器电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础直流通路及静态工作点分析IBIEUBEUCEVBEVCE电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础动态分析（1）画出微变等效电路ecb电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础ecb（1）画出微变等效电路ReRL+-动态分析电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础ecb（1）画出微变等效电路动态分析ReRL+-RSRb+-+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（1）画出微变等效电路动态分析ecbReRL+-RSRb+-+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（2）求电压增益ecbReRL+-RSRb+-+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础为正值,表明输出电压与输入电压同相。又称电压跟随器（2）求电压增益ecbReRL+-RSRb+-+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（3）求输入电阻ecbReRL+-RSRb+-+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础∵1+β≈β,且β(Re//RL)>>rbe∴Ri≈Rb//β(Re//RL)【较大！】ecbReRL+-RSRb+-+-（3）求输入电阻电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（4）求输出电阻ecbReRL+-RSRb+-+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础∴而通常阻值很小！（4）求输出电阻ecbReRL+-RSRb+-+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础共集电极放大电路的特点：（1）电压放大倍数≈1（略小于1），对电压基本无放大作用；（3）输入阻抗高；（4）输出阻抗小。（2）输出电压与输入电压同相；电压跟随器（5）对电流具有放大作用。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础射极输出器的应用（1）放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。（2）放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。（3）放在两级之间，起缓冲作用。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础二.共基极电路电路结构CBRe：引入直流负反馈以稳定工作点QRb1、Rb2：是偏置电阻，为了建立合适的Q点而加的。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础直流通路及静态工作点分析与3.5节的静态工作点稳定电路的直流通路完全相同直流通路：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础动态分析ecb（1）画出电路的交流小信号等效电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础ecb动态分析（1）画出电路的交流小信号等效电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（1）画出电路的交流小信号等效电路ecb+-+-动态分析电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础ecb+-+-+-动态分析（1）画出电路的交流小信号等效电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（2）求电压增益ecb+-+-+-与共射的电压增益完全相同，只是二者相差了一个负号。共基的输出电压与输入电压同相。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（3）求输入电阻∴∵∴阻值很低ecb+-+-+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（4）求输出电阻在共基电路中，电流放大倍数但小于1。——故又称共基电路为电流跟随器ecb+-+-+-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本节小结主要介绍了三极管放大电路的另外两种组态：

共发射极放大电路既能放大电压，也能放大电流，输入电阻居中，输出电阻较大，频带较窄。常作低频电压放大。共集电极放大电路只能放大电流，不能放大电压。输入电阻最大、输出电阻最小，具有电压跟随的特点常用于多级放大的输入级和输出级，有时还用作中间隔离级（缓冲级），起阻抗变换的作用。共基极放大电路只能放大电压，不能放大电流。输入电阻最小，频率特性最好。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7放大电路的频率响应由于放大器件本身具有极间电容，以及放大电路中有时存在电抗性元件，所以，当输入不同频率的正弦波信号时，电路的放大倍数便成为频率的函数，这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。在对具体放大电路的频率响应进行分析时，一般是借助于两种RC电路来模拟放大电路的高频响应【RC低通电路】和低频响应【RC高通电路】。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础一.RC电路的频率响应RC低通电路的频率响应图中：电流量12电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础此低通电路的时间常数为而∵则代入式中，有：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础将用幅值及相角表示，可得：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础讨论：①当f<<fH【取f<0.1fH即可】时：②当f=fH时：∴∴电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础讨论：③当f>>fH【取f>10fH即可】时：∴当f→∞时，斜率为－20dB/十倍频程与0dB线在f=fH处相交表明f每升高10倍，降低10倍电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础

低通电路的幅频特性曲线∴RC低通电路的频率响应电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础0.01fH

低通电路的幅频特性曲线

低通电路的相频特性曲线∴RC低通电路的频率响应fH

称之为上限截止频率（上限频率）采用对数坐标绘制的频率特性曲线，称之为波特图。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础由图可见：对于低通电路，频率越高，衰减越大，相移越大。在放大电路的高频区，影响频率响应的主要因素是管子的极间电容和接线电容等，它们在电路中与其他支路是并联的，故这些电容对高频响应的影响可以用RC低通电路来模拟。0.01fH电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础RC高通电路的频率响应图中：电流量电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础此高通电路的时间常数为而∵则代入式中，有：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础而∵则代入式中，有：此高通电路的时间常数为电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础将用幅值及相角表示，可得：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础讨论：①

当f<<fL【取f<0.1fL

即可】时：∴斜率为20dB/十倍频程与0dB线在f=fL处相交表明f每升高10倍，升高10倍。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础讨论：②当f=fL时：∴③当f>>fL【取f>10fL即可】时：∴电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础

高通电路的幅频特性曲线∴RC高通电路的频率响应电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础

高通电路的幅频特性曲线

高通电路的相频特性曲线fL称之为下限截止频率（下限频率）∴RC高通电路的频率响应电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础由图可见：对于高通电路，频率越低，衰减越大，相移越大。在放大电路的低频区内，耦合电容和射极旁路电容对低频响应的影响，可以用RC高通电路来模拟。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础0.01fH………通频带放大电路的通频带BW=fH

-fL低频段中频段高频段电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础二.单级共射放大电路的低频响应以共射放大电路为例分析：分析该电路的低频响应时，h参数小信号模型仍然适用，但不应该再忽略隔直电容和射极旁路电容对整个放大电路的影响，因此均保留在小信号等效电路中。voRb1Rb2Cb1Cb215V110kΩ33kΩ30μFvs50ΩRs+-4kΩ1.8kΩ50μF1μF2.7kΩ电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础低频小信号等效电路voRb1Rb2Cb1Cb2vsRs+-becRb+-ReRcRL+-RsCb1CeCb2完全等效电路Rb=Rb1//Rb2电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础eRb+-ReRcRL+-RsCb1CeCb2完全等效电路bc①∵（Rb=Rb1//Rb2）>>rbe∴Rb可以从图中去掉简化低频等效电路：②∵∴Re可以从图中去掉电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础为便于计算，把Ce折算到基极电路，折算后电容Ce’为：推导：ecRcRL+-CeCb2+-RsCb1简化的等效电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础折算后在基极电路上的总电容C1为Cb1与Ce’串联，即：对于输出回路，Ce的作用往往不予考虑；把输出回路的电流源化成电压源等效。RL+-+-RsC1Cb2Rc-+进一步简化电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础计算低频响应及下限频率而∴RL+-+-RsC1Cb2Rc-+＋-电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础因此有：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础除,整理除,整理因此有：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础因此有：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础因此有：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础当ω很大时，0中频区电压增益∴低频电压增益为：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础∵前面推导出高通电路的增益为：∴该放大电路的低频时间常数有两个，分别为：则低频段下限频率也有两个，分别为：【※】电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础将fL1和fL2代入前面求得的AVL表达式，可得：可见放大电路在低频时有两个转折频率fL1和fL2。若或电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础晶体管结构示意图三.单级共射放大电路的高频响应BJT的高频小信号建模——混合π模型（1）完整的混合π模型rbb‘——基区的体电阻(原rb)rb’e’——发射结电阻rc和re：体电阻，值较小，常忽略不计集电结电容发射结电容电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础BJT的高频小信号建模——混合π模型（1）完整的混合π模型∵rc和re可忽略∴晶体管结构示意图三.单级共射放大电路的高频响应电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础则BJT的完整混合π模型如下：rce—c-e间的动态电阻(约100kΩ)【参见教材P120图3.7.5(a)】gm

—跨导，常数，表明对的控制关系。即：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础RL（2）简化的混合π模型电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础（3）确定混合π与h参数模型之间的关系：e＋-混合π模型vbeibicvceβibbech参数模型①输入回路中：其中电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础②输出回路中：而（3）确定混合π与h参数模型之间的关系：e＋-混合π模型vbeibicvceβibb