模電---晶體三極管及其基本放大電路

1、33 MHzAnalog Electronics第第4章章 晶體三極管及其基本放大電路晶體三極管及其基本放大電路本章重點本章重點1.三極管的電流放大原理，特性曲線、微變等效電路三極管的電流放大原理，特性曲線、微變等效電路2. 共射放大電路的靜態(tài)工作點分析、失真分析和三種組態(tài)的特點共射放大電路的靜態(tài)工作點分析、失真分析和三種組態(tài)的特點和靜、動態(tài)參數(shù)計算。和靜、動態(tài)參數(shù)計算。本章討論的問題：本章討論的問題：1 .晶體管是通過什么方式來控制集電極電流的？晶體管是通過什么方式來控制集電極電流的？2. 為什么晶體管的輸入、輸出特性說明它有放大作用？如為什么晶體管的輸入、輸出特性說明它有放大作用？如何將晶

2、體管接入電路才能起到放大作用？組成放大電路的何將晶體管接入電路才能起到放大作用？組成放大電路的原則是什么？有幾種接法？原則是什么？有幾種接法？3. 晶體管三種基本放大電路各有什么特點？如何根據(jù)它們晶體管三種基本放大電路各有什么特點？如何根據(jù)它們的特點組成派生電路？的特點組成派生電路？33 MHzAnalog Electronics4.1晶體三極管（雙極型晶體管晶體三極管（雙極型晶體管BJT) )又稱半導體三極管，或簡稱晶體管。又稱半導體三極管，或簡稱晶體管。( (Bipolar Junction Transistor) )三極管有兩種類型：三極管有兩種類型：NPN 型和型和 PNP 型。型。主

3、要以主要以 NPN 型為例進行討論。型為例進行討論。圖圖 4.1.1三極管的外形三極管的外形33 MHzAnalog Electronics我國晶體管得型號命名方法我國晶體管得型號命名方法 33 MHzAnalog Electronics4.1.1晶體管的結(jié)構(gòu)及類型晶體管的結(jié)構(gòu)及類型常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。圖圖4.1.2a三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)( (a) )平面型平面型( (NPN) )( (b) )合金型合金型( (PNP) )ebbecPNPNcNP二氧化硅二氧化硅發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)

4、集電區(qū)集電區(qū)33 MHzAnalog Electronics圖圖 4.1.2(b)三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號NPN 型型ecb符號符號集電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電極集電極 c基極基極 b發(fā)射極發(fā)射極 eNNP33 MHzAnalog Electronics集電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電極集電極 c發(fā)射極發(fā)射極 e基極基極 bcbe符號符號NNPPN圖圖 4.1.2（C)三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號( (b) )PNP 型型33 MHzAnalog Electronics類型類型1.按結(jié)構(gòu)區(qū)分：按結(jié)構(gòu)

5、區(qū)分：有NPN型和PNP型。2.按材料區(qū)分按材料區(qū)分：有硅三極管和鍺三極管。3.按工作頻率區(qū)分按工作頻率區(qū)分：有高頻三極管和低頻三極管。4.按功率大小區(qū)分按功率大小區(qū)分：有大功率三極管和小功率三極管。 NPNCBEBECNPN型型PNPCBEBECPNP型型33 MHzAnalog Electronics4.1.2晶體管的電流放大作用晶體管的電流放大作用以以 NPN 型三極管為例討論型三極管為例討論cNNPebbec表面看表面看三極管若實三極管若實現(xiàn)放大，必須從現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和和外部所加電源外部所加電源的極性的極性來保證。來保證。不具備不具備放大作用放大作用33 M

6、HzAnalog Electronics三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcN N NP P P1. 發(fā)射區(qū)高摻雜。發(fā)射區(qū)高摻雜。2. 基區(qū)做得很薄基區(qū)做得很薄。通常只有。通常只有幾微米到幾十微米，而且?guī)孜⒚椎綆资⒚?，而且摻雜較摻雜較少少。三極管放大的外部條件三極管放大的外部條件：外加電源的極性應使：外加電源的極性應使發(fā)射發(fā)射結(jié)處于正向偏置結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。狀態(tài)。3. 集電區(qū)面積大。集電區(qū)面積大。N N N33 MHzAnalog Electronics晶體管基本共射放大電路33 MHzAnalog Electronics

7、becRcRb一、晶體管內(nèi)部載流子的運動一、晶體管內(nèi)部載流子的運動I EIB1. 發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴散發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴散運動形成發(fā)射極電流運動形成發(fā)射極電流發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴散發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴散到發(fā)到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴散到發(fā)射區(qū)射區(qū)形成發(fā)射極電流形成發(fā)射極電流 IE ( (基基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略忽略) )。2. 擴散到基區(qū)的自由電子與擴散到基區(qū)的自由電子與空穴的復合運動形成基極空穴的復合運動形成基極電流電流電子到達基區(qū)，少數(shù)與空穴復電子到達基區(qū)，少數(shù)與空穴復合形成基極電流合形成基極電流 Ibn，復合掉的復合掉的空穴

8、由空穴由 VBB 補充補充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴散，到達多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴散，到達集電結(jié)的一側(cè)。集電結(jié)的一側(cè)。33 MHzAnalog ElectronicsbecI EI BRcRb3.集電結(jié)加反向電壓，漂移集電結(jié)加反向電壓，漂移運動形成集電極電流運動形成集電極電流IC 集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴散過來的電子而形成集電極擴散過來的電子而形成集電極電流電流 IC。I C另外，集電區(qū)和基區(qū)的少另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進子在外電場的作用下將進行漂移運動而形成行漂移運動而形成反向反向飽飽和電流和電流，用用ICBO表示表示。ICBO晶體管內(nèi)部載流子的運動

9、晶體管內(nèi)部載流子的運動33 MHzAnalog ElectronicsbeceRcRb 二二.晶體管的電流分配關(guān)系和晶體管的電流分配關(guān)系和電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC = ICn + ICBO IE=ICn + IBn + IEp = IEn+ IEpIE =IC+IB圖圖1.3.4晶體管內(nèi)部載流子的運動與外部電流晶體管內(nèi)部載流子的運動與外部電流IB=IEP+ IBNICBO IBNICBO33 MHzAnalog Electronics電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)CBOBCBOCIIIIIIBNCnCEOBCBOBC)1 ( I

10、IIII整理可得：整理可得：ICBO 稱反向飽和電流稱反向飽和電流ICEO 稱穿透電流稱穿透電流（1）共射直流共射直流電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)BCIIBE1II）（2）共射交流共射交流電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)BCII VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法33 MHzAnalog Electronics（3）共基直流共基直流電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)ECII 11或或（4）共基交流共基交流電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)ECii直流參數(shù)直流參數(shù) 與交流參數(shù)與交流參數(shù) 、 的含義是不同的，的含義是不同的，但是，對于大多數(shù)三極管來說，但是，對于大多數(shù)三極管來說， 與與 ， 與與

11、的數(shù)值的數(shù)值卻差別不大，計算中，可不將它們嚴格區(qū)分。卻差別不大，計算中，可不將它們嚴格區(qū)分。 、 5. 與與 的關(guān)系的關(guān)系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基極接法共基極接法33 MHzAnalog Electronicsc+euBBuCC-uBEiB+-uCEiCb共射極放大電路共射極放大電路 iB=f(uBE) UCE=const(2) 當當UCE增大時，特性曲線右移。增大時，特性曲線右移。(3)當當UCE1V時時，三極管的特性曲線幾乎與三極管的特性曲線幾乎與UCE=1V時的輸入特時的輸入特 性曲線重合。性曲線重合。 (1) 當當UCE=0V時，相當于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時，

12、相當于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1. 1. 輸入特性曲線輸入特性曲線4.1.3 晶體管的共射特性曲線33 MHzAnalog Electronicsc+euBBuCC-uBEiB+-uCEiCb共射極放大電路共射極放大電路飽和區(qū)：飽和區(qū)：iC明顯受明顯受uCE控控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般一般uCE0.7V(硅管硅管)。此時，此時，發(fā)射結(jié)正偏，集發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏電結(jié)也正偏。iC=f(uCE) IB=const2 2、輸出特性曲線、輸出特性曲線輸出特性曲線的三個區(qū)域:截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的接近零的區(qū)域，相當區(qū)域，相當iB=0的曲的曲線的下方。此時，線的下方。此時，

13、 uBE小于死區(qū)電壓，小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏。放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于uCE軸的軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏結(jié)反偏。33 MHzAnalog ElectronicsiC=f(uCE) IB=const輸出特性曲線輸出特性曲線放大區(qū)：放大區(qū)： Je正偏，正偏，Jc反偏反偏。uBE Uon ，硅管：0.60.8V， 鍺管：0.10.3V。uCEuBE,iC受iB的控制，iC=iB. 截止區(qū)：截止區(qū)： Je反偏，反偏，Jc反偏反偏。uBEUon,IB=0,IC=ICEO,三極管幾乎不導通 輸出特性曲線的三個

14、區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域飽和區(qū)：飽和區(qū)：Je正偏，正偏，Jc正偏正偏uBE Uon ，硅管：0.60.8V, 鍺管：0.10.3V。uCEuBE,iC UCES UCER U(BR)CEO U(BR) EBO3. . 極限參數(shù)極限參數(shù)(2)最大集電極電流最大集電極電流ICM 使使值明顯減小的集電極電流。值明顯減小的集電極電流。(1)最大集電極耗散功率最大集電極耗散功率PCM 集電極耗散功率集電極耗散功率:PC= iCuCE ,為使集電結(jié)溫度不超過規(guī)定為使集電結(jié)溫度不超過規(guī)定值值,PC應受到限制應受到限制,不允許超過不允許超過最大集電極耗散功率最大集電極耗散功率PCM。 UCER b、e間接電

15、阻時間接電阻時c、e間的擊穿電壓。間的擊穿電壓。UCESb、e間短路時間短路時c、e間的擊穿電壓。間的擊穿電壓。UCEXb、e間反偏時間反偏時c、e間的擊穿電壓。間的擊穿電壓。33 MHzAnalog Electronics4.1.5 4.1.5 溫度對晶體管特性和參數(shù)的影響溫度對晶體管特性和參數(shù)的影響一、一、 溫度變化對溫度變化對ICBO的影響的影響二、二、 溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度溫度T ICBO )()C25CBO(CBO00TTkTeII V102 . 2)(30)C25BE(BE0TTuuT溫度溫度T 輸入特性曲線左移輸入特性曲線左移三、三、 溫度

16、變化對溫度變化對輸出特性輸出特性 的影響的影響溫度升高溫度升高 要增大。要增大。溫度溫度T 輸出特性曲線族間距增大輸出特性曲線族間距增大總之：總之： ICBO ICEO T 輸入特性左移輸入特性左移 IC 33 MHzAnalog Electronics三極管工作狀態(tài)的判斷三極管工作狀態(tài)的判斷例例1：測量某測量某NPN型硅型硅BJT各電極對地的電壓值如下，各電極對地的電壓值如下，試判別管子工作在什么區(qū)域？試判別管子工作在什么區(qū)域？ 解：一般原則：一般原則：正偏反偏反偏集電結(jié)集電結(jié)正偏正偏反偏發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)飽和放大截止對NPN管而言，放大時對PNP管而言，放大時（1）放大區(qū)）放大區(qū)（2）截止區(qū)）截

17、止區(qū)（3）飽和區(qū)）飽和區(qū)33 MHzAnalog Electronics例例2某放大電路中某放大電路中BJT三個電極的電流如圖所示。三個電極的電流如圖所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,試判斷管腳、管型。試判斷管腳、管型。解：電流判斷法。解：電流判斷法。電流的正方向和電流的正方向和KCL。IE=IB+ ICABC IAIBICC為發(fā)射極為發(fā)射極B為基極為基極A為集電極。為集電極。管型為管型為NPN管。管。33 MHzAnalog Electronics原則：先確定原則：先確定B，再求，再求|UBE|，若等于若等于0.6-0.8V，為硅管；若等于為硅管；若等于 0.1-

18、 0.3V，為鍺管，從而為鍺管，從而E、C確定。確定。 根據(jù)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。根據(jù)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 NPN管管UBE0， UBC0，即即。 PNP管管UBE0， UBC 0，即即。 33 MHzAnalog Electronics同時為輸出提供能源。，使 :BECECCUUVuiRC 轉(zhuǎn)換為將 :)( oCEcbicuuuiiuR。且有一個合適的，大于使、BonBEbBB :IUURVIBQ=(VBB-UBEQ)/RbICQ=IBQUCEQ=VCC- ICQRc圖中：CEQBEQEQCQBQi)(0UUIIIu、稱為靜態(tài)工作點。記作發(fā)射結(jié)電壓、管壓降，時晶體管的各極電流、UCE，

19、4.2放大電路的組成原則放大電路的組成原則4.2.1基本共射放大電路的工作原理基本共射放大電路的工作原理1.各元件作用各元件作用實現(xiàn)電壓放大實現(xiàn)電壓放大33 MHzAnalog Electronics 若不設置靜態(tài)工作點，輸出電壓必然失真！若不設置靜態(tài)工作點，輸出電壓必然失真！ 設置合適的靜態(tài)工作點，首先解決了失真問設置合適的靜態(tài)工作點，首先解決了失真問 題；另外題；另外Q點幾乎影響著所有的動態(tài)參數(shù)！點幾乎影響著所有的動態(tài)參數(shù)！ 無失真的放大信號是對放大電路的基本要求無失真的放大信號是對放大電路的基本要求 ，Q點不僅點不僅影響放大電路是否會失真，而且影響放大電路的幾乎所有的影響放大電路是否會失

20、真，而且影響放大電路的幾乎所有的動態(tài)參數(shù)，因而設置合適的動態(tài)參數(shù)，因而設置合適的Q點很有意義。點很有意義。33 MHzAnalog Electronics靜態(tài)工作點如圖中虛線所示管壓降管壓降：uCE=VCC-iCRciBuBEubeibiC uCEicuCE結(jié)論結(jié)論：基本共射放大電路的電壓放大：基本共射放大電路的電壓放大作用是利用晶體管的電流放大作用，作用是利用晶體管的電流放大作用，并依靠并依靠Rc將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的 變化來實現(xiàn)的。變化來實現(xiàn)的。33 MHzAnalog Electronics4.2.2 放大電路的組成原則放大電路的組成原則1.組成原則組成原則(1

21、) 必須有為放大管提供合適必須有為放大管提供合適Q點的直流電源。點的直流電源。保證晶體管工作在放大區(qū)。保證晶體管工作在放大區(qū)。(2) 同時直流電源作為負載的能源。同時直流電源作為負載的能源。(3) 輸入信號必須能夠作用于放大管的輸入回路。輸入信號必須能夠作用于放大管的輸入回路。對于晶體管能產(chǎn)生對于晶體管能產(chǎn)生uBE，從而改變輸入回路的電流，從而改變輸入回路的電流，放大輸入信號。放大輸入信號。(4) 當負載接入時，必須保證放大管的輸出回路的動當負載接入時，必須保證放大管的輸出回路的動態(tài)電流能夠作用于負載，從而使負載獲得比輸入信號態(tài)電流能夠作用于負載，從而使負載獲得比輸入信號大得多的信號電流或信號

22、電壓。大得多的信號電流或信號電壓。33 MHzAnalog Electronics2.常見的兩種共射放大電路常見的兩種共射放大電路(1)直接耦合共射放大電路直接耦合共射放大電路阻容耦合共射放阻容耦合共射放大電路大電路T(2)阻容耦合共射放大電路阻容耦合共射放大電路ICQ IBQUCEQ = VCC ICQ RC直接耦合共射放直接耦合共射放大電路大電路TR Rb1b1R Rb2b2b1BEQb2BEQCCBQRURUVIUCEQ = VCC ICQ RCICQ IBQbBEQCCBQRUVI33 MHzAnalog Electronics 放大電路如圖所示。已知BJT的 =80， Rb=300k

23、， Rc=2k， VCC= +12V，求： 共射極放大電路共射極放大電路 （1）放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（2）當Rb=100k時，放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）解：（1）uA40300k2V1bBECCBQRUVI（2）當Rb=100k時，3.2mAuA4080BC II 5.6V3.2mA2k-V12CcCCCEQIRVU靜態(tài)工作點為Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：uA120100k2V1bCCB RVImA6 . 9uA12080BC II V2 . 79.6mA2k-V

24、12CcCCCEQIRVUmA62k2V1cCESCCCMRUVICMB II 由由于于所以BJT工作在飽和區(qū)。UCEQ不可能為負值，此時，Q（120uA，6mA，0V），33 MHzAnalog Electronics4.3 放大電路的基本分析方法 通常，放大電路中交流信號的作用和直流電源通常，放大電路中交流信號的作用和直流電源的作用共存，這使得電路的分析復雜化。為簡化分的作用共存，這使得電路的分析復雜化。為簡化分析，引入直流通路和交流通路。析，引入直流通路和交流通路。直流通路直流通路 直流電源直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路。作用下直流電流流經(jīng)的通路。 畫法：畫法： Us=0，保留保留Rs

25、；電容開路；電容開路；電感相電感相當于短路（線圈電阻近似為當于短路（線圈電阻近似為0）。）。交流通路交流通路 信號源作用下交流電流流經(jīng)的通路。信號源作用下交流電流流經(jīng)的通路。 畫法：畫法： 大容量電容相當于短路；大容量電容相當于短路；直流電源相直流電源相當于短路（內(nèi)阻為當于短路（內(nèi)阻為0）。）。33 MHzAnalog ElectronicscCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC基本共射放大電路的直流通路和交流通路基本共射放大電路的直流通路和交流通路33 MHzAnalog Electronics 直接耦合共射放大電路及其直流通路和交流通路直接耦合共射放大電路及其直流通

26、路和交流通路33 MHzAnalog ElectronicscCQCCCEQBQCQbBEQCCBQ RIVUIIRUVI阻容耦合共射放大電路的直流通路和交流通路阻容耦合共射放大電路的直流通路和交流通路33 MHzAnalog Electronics4.3.2圖解法圖解法在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方法求解放大電路的工作情況。法求解放大電路的工作情況。1、靜態(tài)分析、靜態(tài)分析bBBBBERiVucCCCCERiVu33 MHzAnalog Electronics圖解法確定直流工作點的步驟圖解法確定直流工作點的步驟(1)首先用圖解法或計算法

27、確定UBEQ 、IBQ。(2)在輸出特性曲線中畫出直流負載線。(3)直流負載線與IBQ對應的那條輸出特性 曲線的交點Q即為直流工作點。(4)最后確定Q點所對應的坐標UCEQ、ICQ。 33 MHzAnalog ElectronicsT【例例】圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已知圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已知 Rb = 280 k ，Rc = 3 k ，集電極直流電源集電極直流電源 VCC = 12 V，試用圖解法確定靜態(tài)工作點。試用圖解法確定靜態(tài)工作點。解：解：首先估算首先估算 IBQA 40mA)2807 . 012(bBEQCCBQ RUVI做直流負載線，確定做直流負載線，確定

28、Q 點點根據(jù)根據(jù) UCEQ = VCC ICQ RciC = 0，uCE = 12 V ；uCE = 0，iC = 4 mA .33 MHzAnalog Electronics0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQIBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由由 Q 點確定靜態(tài)值為：點確定靜態(tài)值為：iC /mA33 MHzAnalog ElectronicsuBE=VBB+uI-iBRb步驟步驟輸入特性輸入特性IOOCECBI)(uuAuuiiuu給定輸出特性輸出特性輸入特性輸入特性（1）求解電壓放大倍數(shù)）求解電壓放大

29、倍數(shù)2.2.動態(tài)動態(tài)分析分析33 MHzAnalog Electronics（2）失真分析）失真分析 靜態(tài)工作點合適且輸入信號較小為正弦波的情況下， 基本共射放大電路的波形分析33 MHzAnalog ElectronicsA)靜態(tài)工作點過低，靜態(tài)工作點過低，引起引起 iB、iC、uCE 的的波形失真波形失真ibube結(jié)論：結(jié)論：iB 波形失真波形失真OQOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / AIBQ 截止失真截止失真33 MHzAnalog ElectronicsiC 、 uCE ( (uo ) )波形失真波形失真NPN 管截止失真時管截止失真時的輸出的輸出 uo 波形。波形。u

30、o 波形頂部失真波形頂部失真uo = uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQ33 MHzAnalog ElectronicsOIB = 0QtOO NPN 管管 uo波形波形tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib( (不失真不失真) )ICQUCEQB) Q 點過高，引起點過高，引起 iC、uCE的波形失真的波形失真飽和失真飽和失真uo 波形底部失真波形底部失真33 MHzAnalog Electronics(3) (3) 用圖解法估算最大輸出幅度用圖解法估算最大輸出幅度 放大電路的最放大電路的最大不失真輸出電壓大不失真輸出電壓是指輸出波

31、形沒有是指輸出波形沒有明顯失真時能夠輸明顯失真時能夠輸出的最大電壓。出的最大電壓。 Q 盡量設在線段盡量設在線段 AB 的的中點中點。則。則 AQ = QB，CD = DB問題：如何求最大不失真輸出電壓？問題：如何求最大不失真輸出電壓？Uomax=min(UCEQ-UCES) , (UCCUCEQ)OQuCE/ViC / mAACBD交流負載線交流負載線33 MHzAnalog Electronics直流負載線：直流負載線：直流通路中，晶直流通路中，晶體管輸出回路外體管輸出回路外電路方程對應的電路方程對應的直線。直線。cCCCCERIVU交流負載線：交流負載線：交流通路中，晶交流通路中，晶體管

32、輸出回路外電路方程對應的直體管輸出回路外電路方程對應的直線。線。 u ucece=-i=-ic c(R(RC C/R/RL L)= -i)= -ic cRL 而而 i iC C=I=ICQCQ+i+ic c u uCECE=U=UCEQCEQ+u+ucece 得得 u uCECE=U=UCEQCEQ-(i-(iC C-I-ICQCQ) )RL3.阻容耦合共射放大電路的分析阻容耦合共射放大電路的分析33 MHzAnalog Electronics交流負載線的兩個特征交流負載線的兩個特征 過過Q點點 斜率為斜率為-1/(RCRL)交流負載線的作法交流負載線的作法經(jīng)過經(jīng)過Q點作斜率為點作斜率為- -

33、1/ RL的的直線（直線（ RL= RLRc ）過過Q點及點點及點UCEQ+ICQRL,0作直線作直線說明：說明： 直接耦合放大電路的交直流負載線是同一直線。直接耦合放大電路的交直流負載線是同一直線。 阻容耦合電路，只有在空載的情況下交直流負載線才阻容耦合電路，只有在空載的情況下交直流負載線才 合二為一，負載的接入使合二為一，負載的接入使Au減小。減小。33 MHzAnalog Electronics4.圖解法的圖解法的優(yōu)缺優(yōu)缺點點 形象直觀；形象直觀； 適應于適應于Q點點分析分析、失真分析、最大不失真、失真分析、最大不失真輸出電壓的分析；輸出電壓的分析； 能夠用于大信號分析；能夠用于大信號分

34、析； 不易準確求解；不易準確求解； 不能求解輸入電阻、輸出電阻、頻帶等不能求解輸入電阻、輸出電阻、頻帶等等參數(shù)。等參數(shù)。33 MHzAnalog Electronics由書例由書例4.3.3可得出用圖解法分析電路、參數(shù)對靜態(tài)工作可得出用圖解法分析電路、參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響點的影響（1） 改變改變 Rb，保持保持VCC ，Rc ， 不變；不變；OIBiCuCE Q1Rb 增大，增大，Rb 減小，減小，Q 點下移；點下移；Q 點上移；點上移；Q2OIBiCuCE Q1Q3（2）改變）改變 VCC，保持保持 Rb，Rc ， 不變；不變； 升高升高 VCC，直流負載線平直流負載線平行右移，動態(tài)工作范

35、圍增大，行右移，動態(tài)工作范圍增大，但管子的動態(tài)功耗也增大。但管子的動態(tài)功耗也增大。Q233 MHzAnalog Electronics（3） 改變改變 Rc，保持保持 Rb，VCC ， 不變；不變；（4） 改變改變 ，保持保持 Rb，Rc ，VCC 不變；不變；增大增大 Rc ，直流負載直流負載線斜率改變，則線斜率改變，則 Q 點向點向飽和區(qū)移近。飽和區(qū)移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增大增大 ，IC Q 增大，增大，UCEQ 減小，則減小，則 Q 點移近飽點移近飽和區(qū)。和區(qū)。33 MHzAnalog Electronics2.2.動態(tài)動態(tài)分析分析（1） 交流通路的輸

36、出回路交流通路的輸出回路 輸出通路的外電路是輸出通路的外電路是 Rc 和和 RL 的并聯(lián)。的并聯(lián)。（2） 交流負載線交流負載線交流負載線交流負載線交流負載線斜率為：交流負載線斜率為：LCLL/ 1RRRR ，其中，其中OIBiC / mAuCE /VQ33 MHzAnalog Electronics（3） 動態(tài)工作情況圖解分析動態(tài)工作情況圖解分析0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUBE33 MHzAnalog Electronics交流負載線交流負載線直流負載線直流負載線4.57.5 uCE912t0ICQiC / mA0IB =

37、4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQ iC輸出回路工作輸出回路工作情況分析情況分析33 MHzAnalog Electronics建立小信號模型的思路：建立小信號模型的思路：當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個非極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理。線性器件所組成的電路當作線性電路來處理。建立小信號模型的意義：建立小信號模型的意義：由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路由于三

38、極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是在小信號作用下（工作點附近），的分析非常困難。建立小信號模型，就是在小信號作用下（工作點附近），將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。33 MHzAnalog Electronics(用于用于Q點的分析點的分析)cCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC使用條件：使用條件：U UBEBEU Uonon且且U UCECEUUBEBE33 MHzAnalog Electronics(1) h參數(shù)等效模型 將晶體管看成一個雙端口網(wǎng)絡：輸

39、入端口、輸出端口。其端口電壓、電流的關(guān)系用h參數(shù)來描述，寫成函數(shù)關(guān)系為：)()(CEBCCEBBEuifiuifu，BEuBiCEuCi33 MHzAnalog ElectronicsCECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIUce22b21cce12b11be UhIhIUhIhU對上兩式求全微分得：對上兩式求全微分得：ube= h11ib+ h12uceic= h21ib+ h22uce在小信號情況下，無限小的信號增量可在小信號情況下，無限小的信號增量可用有限的增量代替用有限的增量代替由表達式可得晶體管的小信號等效模型由表達式可得晶

40、體管的小信號等效模型(h參數(shù)等效模型參數(shù)等效模型)h2133 MHzAnalog Electronics輸出端交流短路時的輸入電阻輸出端交流短路時的輸入電阻( (b-e間動態(tài)間動態(tài)電阻電阻)，h11uBE/iBbeBBE11CEriuhU輸入端電流恒定（交流開路）的反向電壓傳輸比輸入端電流恒定（交流開路）的反向電壓傳輸比( (內(nèi)反饋系數(shù)內(nèi)反饋系數(shù))，h12 uBE/uCEBCEBE12Iuuh（2 2）h h參數(shù)的物理意義參數(shù)的物理意義( (四個參數(shù)量綱各不相同，四個參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)故稱為混合參數(shù)hybrid 參數(shù)）參數(shù)）33 MHzAnalog ElectronicsCEBC

41、21Uiih輸出端交流短路時的正向電流傳輸比輸出端交流短路時的正向電流傳輸比( (電電流放大系數(shù)流放大系數(shù)) )，h21 iC/iBBCEC22Iuih輸入端電流恒定（交流開路）時的輸出電導輸入端電流恒定（交流開路）時的輸出電導( (c-e間電導間電導)，h22 iC/uCE33 MHzAnalog Electronics(3)h參數(shù)等效模型的簡化參數(shù)等效模型的簡化BJT的的h參數(shù)模型參數(shù)模型h21ibicuceibubeh12uceh11h22ubeuceibcebicBJT雙口網(wǎng)絡雙口網(wǎng)絡 ibicuceibuber ucerberceubeuce33 MHzAnalog Electron

42、ics（4） h參數(shù)的確定參數(shù)的確定 一般用測試儀測出；一般用測試儀測出； rbe 與與Q點有關(guān)，可用圖點有關(guān)，可用圖示儀測出。示儀測出。一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe rbe= rb+ (1+ ) re則則 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而而 (T=300K) 對于低頻小功率管對于低頻小功率管 rb(100300） 33 MHzAnalog Electronics3、放大電路的動態(tài)分析、放大電路的動態(tài)分析電路動態(tài)參數(shù)的分析就是電路動態(tài)參數(shù)的分析就是求解電路電壓放大倍數(shù)、求解電路電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。

43、輸入電阻、輸出電阻。解題的方法是：解題的方法是：在放大電路的交流通路中，在放大電路的交流通路中，用用h參數(shù)等效模型取代三極管參數(shù)等效模型取代三極管得到放大電路交流等效電路得到放大電路交流等效電路 圖圖2.2.5共射極放大電路共射極放大電路RbviRcRLiVbIcIOVbI33 MHzAnalog Electronics根據(jù)根據(jù)RbviRcRLiVbIcIOVbIbebirIVbcII)/(LccORRIV則電壓增益為則電壓增益為beLcbebLcbbebLcciO)/()/()/(rRRrIRRIrIRRIVVAV(1) 求電壓放大倍數(shù)（電壓增益）求電壓放大倍數(shù)（電壓增益）33 MHzAna

44、log Electronics（2） 求輸入電阻求輸入電阻RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbebiii/rRIVR （3） 求輸出電阻求輸出電阻RbRcRLiVbIcIOVbIRo0i V0b I0b I Ro = Rc 所以所以Li0oooRVIVR33 MHzAnalog Electronics（4）當信號源有內(nèi)阻時：）當信號源有內(nèi)阻時：Ri為放大電路的為放大電路的輸入電阻輸入電阻求求Ui.UO.Ui.Us.33 MHzAnalog Electronics1.求解靜態(tài)工作點求解靜態(tài)工作點Q；2.求求工作點對應的工作點對應的h參數(shù)（參數(shù)（求求rbe）；3.畫出交流等效電路；畫出交流等

45、效電路；4.根據(jù)根據(jù)要求要求求解動態(tài)參數(shù)。求解動態(tài)參數(shù)。注意：注意： 只有在只有在Q點正常的情況下，動態(tài)分析才有意義。點正常的情況下，動態(tài)分析才有意義。Ri中不應含有中不應含有Rs， Ro中不應含有中不應含有RL。33 MHzAnalog Electronics)()(bebbbebiirRIrRIUccoRIUbebcio rRRUUAubebiiirRIURcoRR cCQCEQBQCQbBEQBBBQ, ,RIVUIIRUVICC33 MHzAnalog Electronics4.4晶體管放大電路的三種接法晶體管放大電路的三種接法 共射組態(tài)共射組態(tài) CE共集組態(tài)共集組態(tài) CC共基組態(tài)共基

46、組態(tài) CBC1Rb+VCCC2RL+Re+RS+sUoU 共射極放大電路共射極放大電路C1C2+_+_OUiUReVEEVCCRcRLT33 MHzAnalog Electronics4.4.1 4.4.1 靜態(tài)工作點穩(wěn)定共射放大電路靜態(tài)工作點穩(wěn)定共射放大電路1.溫度對靜態(tài)工作點Q的影響CBBECCEOC)不變(C)( C)( C)(溫度IIUTIITIT位置就可能基本不變。在輸出特性坐標系中的、，則，若此時溫度CEQCQBCC)( UIIIT33 MHzAnalog Electronics （1）電路組成電路組成路中可視為短路。為旁路電容，在交流通eC33 MHzAnalog Electro

47、nicsBBEVEECoeIUVIICTRVRRRVIIBQ)(CCb21b1bBQB1)()(: :不變增設發(fā)射極電阻措施二，基本不隨溫度變化。電路參數(shù)的選取滿足措施一定性分析定性分析33 MHzAnalog Electronics反饋反饋：將輸出量通過一定的：將輸出量通過一定的方式引回到輸入回路來影響方式引回到輸入回路來影響輸入量的措施。輸入量的措施。負反饋負反饋：使輸出量的變化減：使輸出量的變化減小的反饋。小的反饋。直流反饋直流反饋：出現(xiàn)在直流通路：出現(xiàn)在直流通路中的反饋。中的反饋。幾個概念幾個概念: :33 MHzAnalog Electronics)(111ecEQCCeEQcCQC

48、CCEQEQEQBQeBEQBQEQCCb2bbBQ RRIVRIRIVUIIIRUUIIVRRRUCQ (1)靜態(tài)分析在I1IBQ的條件下33 MHzAnalog Electronicsb21bbCCb21b1bBBRRRVRRRVCCb21b1bBQbeeBQBEQbBQeEQBEQbBQBB)1 ()1 (VRRRURRRIURIRIURIV，則所以若UBQUEQ(1+)ReRb I1IBQ如何判斷條件如何判斷條件I1IBQ是否滿足是否滿足?33 MHzAnalog ElectronicsbeLio rRUUAubeb2b1irRRRcoRR 將將R Rb1b1、R Rb2b2合并為一個

49、合并為一個電阻電阻R Rb b，則該等效電路與，則該等效電路與前面阻容耦合共射電路的前面阻容耦合共射電路的交流等效電路完全相同，交流等效電路完全相同，前面導出的動態(tài)參數(shù)的表前面導出的動態(tài)參數(shù)的表達式可直接利用。達式可直接利用。有旁路電有旁路電容時容時33 MHzAnalog Electronicsee)1 ( )( beLebebLcbioRrRRIrIRRIUUAucoRRRrRRR)1 (ebeb2b1i利利?弊弊?eLbee)1 (RRArRu，則若無旁路電無旁路電容時容時33 MHzAnalog Electronics 引入直流負反饋 溫度補償 Rb1或Rb2采用熱敏電阻。 Rb1應具

50、有 溫度系數(shù)， Rb2應具有 溫度系數(shù)。負正33 MHzAnalog ElectronicsCBRCoBRRbCCbBEQCCRIIIICTIIIRVRUVIbb )(CBEBDECoIUUUUICT )(33 MHzAnalog Electronics4.4.2基本共集放大電路基本共集放大電路圖圖 4.4.2基本基本共集放大電路共集放大電路1.電路的組成電路的組成信號從基極輸入，信號從基極輸入，從發(fā)射極輸出從發(fā)射極輸出1.電路組成電路組成33 MHzAnalog Electronics2.靜態(tài)分析eEQCCCEQBQebBEQBBBQRIVUIIRRUVI)1 ()1 (EQ eBQBEQb

51、BQeBEQbBQBB RIURIRIURIV)1 (EQ 33 MHzAnalog Electronics3.動態(tài)分析動態(tài)分析（1）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù)ebebeeebebbeeio)1 ()1 ( )( RrRRRIrRIRIUUAu。也稱電壓跟隨器，即則，）若（ 1 1iobebeUUArRRu 33 MHzAnalog Electronicsebebebebiii)1 ( )(RrRIRIrRIIURbeb1 )1 (0bebebeboeooeooooosserRRrRURUUIIUIURURUR，則，在輸出端加，保留令33 MHzAnalog Electronics（4）基本共

52、集放大電路特點）基本共集放大電路特點a)電壓放大倍數(shù)恒小于電壓放大倍數(shù)恒小于 1，而接近，而接近 1， 且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱電壓跟隨器。且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱電壓跟隨器。b)輸入電阻較大輸入電阻較大,可達幾十幾百千歐?？蛇_幾十幾百千歐。c)輸出電阻低，可小于幾十歐，故帶載能力輸出電阻低，可小于幾十歐，故帶載能力 比較強。比較強。只放大電流，不放大電壓！只放大電流，不放大電壓！33 MHzAnalog Electronics4.4.3基本共基放大電路基本共基放大電路1.電路組成電路組成圖圖 4.4.7共基極放大電路共基極放大電路VBB 保證發(fā)射結(jié)正偏；保證發(fā)射結(jié)正偏；VCC 保

53、證集保證集電結(jié)反偏；三極管工作在放大區(qū)。電結(jié)反偏；三極管工作在放大區(qū)。( (a) )電路電路+_+_OuIuReVBBVCCRcT+_OUReVBBVCCRcT( (b) )直流通路直流通路33 MHzAnalog Electronics2.靜態(tài)靜態(tài) 分析分析( (IBQ , ICQ , UCEQ) )直流通路直流通路+_OUReVBBVCCRcTBEQCCQCCEQCQCEQEQBQeBEQBBEQURIVVVUIIRUVI133 MHzAnalog Electronics( (a) )電路電路+_+_OuIuReVBBVCCRcT( (b) )交流通路交流通路OU+_+_iUReRcT+_

54、+_OUiURerbeeICIbIbI becRC33 MHzAnalog Electronics3.動態(tài)分析動態(tài)分析（1）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù)微變等效電路微變等效電路由圖可得：由圖可得：交流等效電路交流等效電路+_+_OUiURerbeeICIbIbI becRCebeCbebeeCCiouRrRrIRIRIUUA)1 ( 33 MHzAnalog Electronics（2）電流放大倍數(shù)）電流放大倍數(shù)由微變等效電路可得，共基極放大電路沒有電流放大作用，由微變等效電路可得，共基極放大電路沒有電流放大作用，因為：輸入電流因為：輸入電流 ii=ie，輸出電流輸出電流 iO=iC， Ai=

55、iO/ii= ic /ie =但是但是具有電壓放大作用具有電壓放大作用。電壓放大倍數(shù)與相應的共射電路。電壓放大倍數(shù)與相應的共射電路相等，但沒有負號，說明該電路相等，但沒有負號，說明該電路輸入、輸出信號同相位。輸入、輸出信號同相位。+_+_OUiURerbeeICIbIbI becRC33 MHzAnalog Electronics（3）輸入電阻）輸入電阻 1)1 (beibeeiiiirRRrRIrIRIIUIUReeebebee則：為零若(4)輸出電阻輸出電阻 Ro RC+_+_OUiURerbeeICIbIbI becRC33 MHzAnalog Electronics（5）基本共基放大電

56、路特點）基本共基放大電路特點a) 無電流放大作用，有電壓放大能力，無電流放大作用，有電壓放大能力， 輸入、輸出信號同相位輸入、輸出信號同相位b)輸入電阻較小。輸入電阻較小。c)輸出電阻較大，與共射電路相同，均為輸出電阻較大，與共射電路相同，均為RC。d)通頻帶最寬，適于作寬頻帶放大電路。通頻帶最寬，適于作寬頻帶放大電路。33 MHzAnalog Electronics4.4.4基本放大電路三種接法的性能比較基本放大電路三種接法的性能比較大(數(shù)值同相應的共射電路，但同相)小(小于、近于 1 )大(幾十 一百以上) 小 大(幾十 一百以上) 大(幾十 一百以上)電路組態(tài)組態(tài)性能性能共共 射射 組組

57、 態(tài)態(tài)共共 集集 組組 態(tài)態(tài)共共 基基 組組 態(tài)態(tài)C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiUC1Rb+VCCC2RL+Re+iUOUC1Rb+VCCC2RL+iUOURciAuA 1beLrR ebee)1()1(RrR beLrR 33 MHzAnalog Electronics 通頻帶大(幾百歐 幾十千歐)小(幾歐 幾十歐)大(幾百歐幾十千歐)Ro小(幾歐 幾十歐)大(幾十千歐以上)中(幾百歐幾千歐) rbe組態(tài)組態(tài)性能性能共共 射射 組組 態(tài)態(tài)共共 集集 組組 態(tài)態(tài)共共 基基 組組 態(tài)態(tài)iRoR 1sbeRroR 1berebe)1(Rr 窄窄較寬較寬寬寬33 MHzAnalog

58、 Electronics 阻容耦合放大電路由于存在級間耦合電容、發(fā)阻容耦合放大電路由于存在級間耦合電容、發(fā)射極旁路電容及三極管的結(jié)電容等，它們的容抗隨射極旁路電容及三極管的結(jié)電容等，它們的容抗隨頻率變化，故當信號頻率不同時，放大電路的輸出頻率變化，故當信號頻率不同時，放大電路的輸出電壓相對于輸入電壓的幅值和相位都將發(fā)生變化。電壓相對于輸入電壓的幅值和相位都將發(fā)生變化。33 MHzAnalog Electronicsf|Au |0.707| Auo |fLfH| Auo |幅頻特性幅頻特性f 270 180 90相頻特性相頻特性 阻容耦合單管共射放大電路的頻率響應阻容耦合單管共射放大電路的頻率響

59、應33 MHzAnalog Electronics本章結(jié)束結(jié)束放映結(jié)束放映33 MHzAnalog Electronics 4.54.5放大電路的頻率特性放大電路的頻率特性在前面的討論中，我們得出如下結(jié)論：在前面的討論中，我們得出如下結(jié)論：1 1）電壓放大倍數(shù)為正值，則）電壓放大倍數(shù)為正值，則 輸出與輸入同相輸出與輸入同相2 2）電壓放大倍數(shù)為負值，則）電壓放大倍數(shù)為負值，則 輸出與輸入反相輸出與輸入反相 實際上，實際上，這種情況只發(fā)生在一定的頻率范圍內(nèi)這種情況只發(fā)生在一定的頻率范圍內(nèi)。2.2. 由于放大電路中存在著耦合電容、旁路電容、晶體管的結(jié)電容和電路由于放大電路中存在著耦合電容、旁路電容

60、、晶體管的結(jié)電容和電路的分布電容等，它們的容抗的分布電容等，它們的容抗X XC C(=1/wc)(=1/wc)隨著頻率的變化而變化，因此隨著頻率的變化而變化，因此放大電路的某些性能指標與輸入信號的頻率有關(guān)。放大電路的某些性能指標與輸入信號的頻率有關(guān)。 3.3. 當輸入信號的頻率太高或太低時，放大倍數(shù)的幅值和相位都將隨輸入當輸入信號的頻率太高或太低時，放大倍數(shù)的幅值和相位都將隨輸入信號的頻率的變化而變化。也就是說，信號的頻率的變化而變化。也就是說，放大電路的電壓放大倍數(shù)是放大電路的電壓放大倍數(shù)是頻率的函數(shù)頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系叫做放大電路的，這種函數(shù)關(guān)系叫做放大電路的“頻率響應頻率響應”或或“