第2章__雙極型晶體管及其.ppt

1、第2章 雙極型晶體管及其放大電路,21 雙極型晶體管的工作原理 22 晶體管伏安特性曲線及參數(shù) 23 晶體管工作狀態(tài)分析及偏置電路 24 放大器的組成及其性能指標(biāo) 25 放大器圖解分析法 26 放大器的交流等效電路分析法27 共集電極放大器和共基極放大器28 放大器的級聯(lián),21 雙極型晶體管的工作原理,雙極型晶體管是由三層雜質(zhì)半導(dǎo)體構(gòu)成的器件。它有三個(gè)電極，所以又稱為半導(dǎo)體三極管、晶體三極管等，以后我們統(tǒng)稱為晶體管。 晶體管的原理結(jié)構(gòu)如圖21(a)所示。由圖可見，組成晶體管的三層雜質(zhì)半導(dǎo)體是N型P型N型結(jié)構(gòu)，所以稱為NPN管。,圖21晶體管的結(jié)構(gòu)與符號 (a)NPN管的示意圖；(b)電路符號；

2、(c)平面管結(jié)構(gòu)剖面圖,211放大狀態(tài)下晶體管中載流子的傳輸過程 當(dāng)晶體管處在發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的放大狀態(tài)下，管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)情況可用圖2-2說明。我們按傳輸順序分以下幾個(gè)過程進(jìn)行描述。,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流IB，漂移運(yùn)形成集電極電流IC。,少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng),因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū),因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合,因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū),基區(qū)空穴的擴(kuò)散,圖22晶體管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)和各極電流,一、發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 由于e結(jié)正偏，因而結(jié)兩側(cè)多子的擴(kuò)散占優(yōu)勢，這時(shí)發(fā)射區(qū)電子

3、源源不斷地越過e結(jié)注入到基區(qū)，形成電子注入電流IEN。與此同時(shí)，基區(qū)空穴也向發(fā)射區(qū)注入，形成空穴注入電流IEP。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)相對基區(qū)是重?fù)诫s，基區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)的電子濃度，所以滿足 IEP IEN ，可忽略不計(jì)。因此，發(fā)射極電流IEIEN，其方向與電子注入方向相反。,二、電子在基區(qū)中邊擴(kuò)散邊復(fù)合 注入基區(qū)的電子，成為基區(qū)中的非平衡少子，它在e結(jié)處濃度最大，而在c結(jié)處濃度最小(因c結(jié)反偏，電子濃度近似為零)。因此，在基區(qū)中形成了非平衡電子的濃度差。在該濃度差作用下，注入基區(qū)的電子將繼續(xù)向c結(jié)擴(kuò)散。在擴(kuò)散過程中，非平衡電子會(huì)與基區(qū)中的空穴相遇，使部分電子因復(fù)合而失去。但由于基區(qū)很薄且空穴濃度又

4、低，所以被復(fù)合的電子數(shù)極少，而絕大部分電子都能擴(kuò)散到c結(jié)邊沿。基區(qū)中與電子復(fù)合的空穴由基極電源提供，形成基區(qū)復(fù)合電流IBN，它是基極電流IB的主要部分。,三、擴(kuò)散到集電結(jié)的電子被集電區(qū)收集 由于集電結(jié)反偏，在結(jié)內(nèi)形成了較強(qiáng)的電場，因而，使擴(kuò)散到c結(jié)邊沿的電子在該電場作用下漂移到集電區(qū)，形成集電區(qū)的收集電流ICN。該電流是構(gòu)成集電極電流IC的主要部分。另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在c結(jié)反向電壓作用下，向?qū)Ψ狡菩纬蒫結(jié)反向飽和電流ICBO，并流過集電極和基極支路，構(gòu)成IC 、IB的另一部分電流。,212電流分配關(guān)系 由以上分析可知，晶體管三個(gè)電極上的電流與內(nèi)部載流子傳輸形成的電流之間有如下關(guān)系：,(

5、21a),(21b),(21c),式(21)表明，在e結(jié)正偏、c結(jié)反偏的條件下，晶體管三個(gè)電極上的電流不是孤立的，它們能夠反映非平衡少子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合的比例關(guān)系。這一比例關(guān)系主要由基區(qū)寬度、摻雜濃度等因素決定，管子做好后就基本確定了。反之，一旦知道了這個(gè)比例關(guān)系，就不難得到晶體管三個(gè)電極電流之間的關(guān)系，從而為定量分析晶體管電路提供方便。,為了反映擴(kuò)散到集電區(qū)的電流ICN與基區(qū)復(fù)合電流IBN之間的比例關(guān)系，定義共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 為,(22),其含義是：基區(qū)每復(fù)合一個(gè)電子，則有 個(gè)電子擴(kuò)散到集電區(qū)去。 值一般在20200之間。,確定了 值之后，由式(21)、(22)可得,(23a),(2

6、3b),(23c),式中：,(24),稱為穿透電流。因ICBO很小，在忽略其影響時(shí)，則有,(25a),(25b),式(25)是今后電路分析中常用的關(guān)系式。,為了反映擴(kuò)散到集電區(qū)的電流ICN與射極注入電流IEN的比例關(guān)系，定義共基極直流電流放大系數(shù) 為,(26),顯然， 1，一般約為0.970.99。,由式(26)、(21)，不難求得,(27a),(27c),(27b),由于 , 都是反映晶體管基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合的比例關(guān)系，只是選取的參考量不同，所以兩者之間必有內(nèi)在聯(lián)系。由 , 的定義可得,(28),(29),213 晶體管的放大作用 現(xiàn)在用圖22來說明晶體管的放大作用。若在圖中UBB上疊加一幅度為

7、100mV的正弦電壓ui，則正向發(fā)射結(jié)電壓會(huì)引起相應(yīng)的變化。由于e結(jié)正向電流與所加電壓呈指數(shù)關(guān)系，所以發(fā)射極會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的注入電流iE，例如為1mA。,22 晶體管伏安特性曲線及參數(shù),晶體管伏安特性曲線是描述晶體管各極電流與極間電壓關(guān)系的曲線，它對于了解晶體管的導(dǎo)電特性非常有用。晶體管有三個(gè)電極，通常用其中兩個(gè)分別作輸入、輸出端，第三個(gè)作公共端，這樣可以構(gòu)成輸入和輸出兩個(gè)回路。實(shí)際中，有圖23所示的三種基本接法(組態(tài))，分別稱為共發(fā)射極、共集電極和共基極接法。其中，共發(fā)射極接法更具代表性，所以我們主要討論共發(fā)射極伏安特性曲線。,圖23晶體管的三種基本接法 (a)共發(fā)射極；(b)共集電極；(c

8、)共基極,221 晶體管共發(fā)射極特性曲線 因?yàn)橛袃蓚€(gè)回路，所以晶體管特性曲線包括輸入和輸出兩組特性曲線。這兩組曲線可以在晶體管特性圖示儀的屏幕上直接顯示出來，也可以用圖24電路逐點(diǎn)測出。 一、共發(fā)射極輸出特性曲線 測量電路如圖24所示。共射輸出特性曲線是以iB為參變量時(shí)，iC與uCE間的關(guān)系曲線，即,圖24共發(fā)射極特性曲線測量電路,典型的共射輸出特性曲線如圖25所示。由圖可見，輸出特性可以劃分為三個(gè)區(qū)域，對應(yīng)于三種工作狀態(tài)?，F(xiàn)分別討論如下。 1放大區(qū) e結(jié)為正偏，c結(jié)為反偏的工作區(qū)域?yàn)榉糯髤^(qū)。由圖25可以看出，在放大區(qū)有以下兩個(gè)特點(diǎn)：,圖25 共射輸出特性曲線,(1)基極電流iB對集電極電流i

9、C有很強(qiáng)的控制作用，即iB有很小的變化量IB時(shí)， iC就會(huì)有很大的變化量IC。為此，用共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)來表示這種控制能力。定義為,(210),反映在特性曲線上，為兩條不同IB曲線的間隔。,(2) uCE變化對IC的影響很小。在特性曲線上表現(xiàn)為，iB一定而uCE增大時(shí)，曲線略有上翹(iC略有增大)。這是因?yàn)閡CE增大，c結(jié)反向電壓增大，使c結(jié)展寬，所以有效基區(qū)寬度變窄，這樣基區(qū)中電子與空穴復(fù)合的機(jī)會(huì)減少，即iB要減小。而要保持iB不變，所以iC將略有增大。這種現(xiàn)象稱為基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)，或簡稱基調(diào)效應(yīng)。從另一方面看，由于基調(diào)效應(yīng)很微弱， uCE在很大范圍內(nèi)變化時(shí)IC基本不變。因此，當(dāng)IB一

10、定時(shí)，集電極電流具有恒流特性。,2飽和區(qū) e結(jié)和c結(jié)均處于正偏的區(qū)域?yàn)轱柡蛥^(qū)。通常把uCE=uBE(即c結(jié)零偏)的情況稱為臨界飽和，對應(yīng)點(diǎn)的軌跡為臨界飽和線。 3 截止區(qū) e結(jié)和c結(jié)均處于反偏，且iBICBO為截止區(qū)?？梢哉J(rèn)為iB 0時(shí)，管子便處于截止?fàn)顟B(tài)。,二、共發(fā)射極輸入特性曲線 測量電路見圖24。共射輸入特性曲線是以uCE為參變量時(shí)，iB與uBE間的關(guān)系曲線，即 典型的共發(fā)射極輸入特性曲線如圖26所示。,圖26 共發(fā)射極輸入特性曲線,(1)在uCE1V的條件下，當(dāng)uBE UBE(on)時(shí)，隨著uBE的增大，iB開始按指數(shù)規(guī)律增加，而后近似按直線上升。 (2)當(dāng)uCE =0時(shí)，晶體管相當(dāng)于

11、兩個(gè)并聯(lián)的二極管，所以b,e間加正向電壓時(shí)，iB很大。對應(yīng)的曲線明顯左移，見圖26。,(3)當(dāng)uCE在01V之間時(shí)，隨著uCE的增加，曲線右移。特別在0 uCE UCE(sat)的范圍內(nèi)，即工作在飽和區(qū)時(shí)，移動(dòng)量會(huì)更大些。 (4)當(dāng)uBE0時(shí)，晶體管截止，iB為反向電流。若反向電壓超過某一值時(shí)，e結(jié)也會(huì)發(fā)生反向擊穿。,三、溫度對晶體管特性曲線的影響 溫度對晶體管的uBE、ICBO和有不容忽視的影響。其中， uBE 、 ICBO隨溫度變化的規(guī)律與PN結(jié)相同，即溫度每升高1， uBE減小22.5mV；溫度每升高10， ICBO增大一倍。溫度對的影響表現(xiàn)為，隨溫度的升高而增大，變化規(guī)律是：溫度每升高

12、1，值增大0.5%1%(即/T(0.51)%/)。 溫度對uBE、ICBO和的影響，集中反映在ic隨溫度的升高而增大。在輸出特性曲線上表現(xiàn)為溫度升高，曲線上移且間隔增大。,一、電流放大系數(shù) 1共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 和交流電流放大系數(shù) 和分別由式(22)、(210)定義，其數(shù)值可以從輸出特性曲線上求出。 2 共基極直流電流放大系數(shù) 和交流電流放大系數(shù) 由式(26)定義，而定義為，uCB為常數(shù)時(shí)，集電極電流變化量IC與發(fā)射極電流變化量IE之比，即,(211),由于ICBO、ICEO都很小，在數(shù)值上 , 。所以在以后的計(jì)算中，不再加以區(qū)分。 應(yīng)當(dāng)指出，值與測量條件有關(guān)。一般來說，在iC很大或很小

13、時(shí)，值較小。只有在iC不大、不小的中間值范圍內(nèi)，值才比較大，且基本不隨iC而變化。因此，在查手冊時(shí)應(yīng)注意值的測試條件。尤其是大功率管更應(yīng)強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)。 例： 當(dāng)IB由10uA變?yōu)?0uA時(shí)，Ic由1mA變到2mA，則,二、極間反向電流 1 ICBO ICBO指發(fā)射極開路時(shí)，集電極基極間的反向電流，稱為集電極反向飽和電流。 2 ICEO ICEO指基極開路時(shí)，集電極發(fā)射極間的反向電流，稱為集電極穿透電流。 3 IEBO IEBO指集電極開路時(shí)，發(fā)射極基極間的反向電流。,三、結(jié)電容 結(jié)電容包括發(fā)射結(jié)電容Ce(或Cbe)和集電結(jié)電容Cc(或Cbe)。結(jié)電容影響晶體管的頻率特性。關(guān)于晶體管的頻率特性參數(shù)

14、，詳見第五章。,四、晶體管的極限參數(shù) 1 擊穿電壓 U(BR)CBO指發(fā)射極開路時(shí)，集電極基極間的反向擊穿電壓。 U(BR)CEO指基極開路時(shí)，集電極發(fā)射極間的反向擊穿電壓。U(BR)CEOU(BR)CBO。 U(BR)EBO指集電極開路時(shí)，發(fā)射極基極間的反向擊穿電壓。普通晶體管該電壓值比較小，只有幾伏。,2 集電極最大允許電流ICM 與iC的大小有關(guān)，隨著iC的增大，值會(huì)減小。 ICM一般指下降到正常值的2/3時(shí)所對應(yīng)的集電極電流。當(dāng)iC ICM時(shí)，雖然管子不致于損壞，但值已經(jīng)明顯減小。因此，晶體管線性運(yùn)用時(shí)，iC不應(yīng)超過ICM 。,3 集電極最大允許耗散功率PCM 晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，

15、c結(jié)承受著較高的反向電壓，同時(shí)流過較大的電流。因此，在c結(jié)上要消耗一定的功率，從而導(dǎo)致c結(jié)發(fā)熱，結(jié)溫升高。當(dāng)結(jié)溫過高時(shí)，管子的性能下降，甚至?xí)龎墓茏?，因此需要?guī)定一個(gè)功耗限額。,PCM與管芯的材料、大小、散熱條件及環(huán)境溫度等因素有關(guān)。一個(gè)管子的PCM如已確定，則由 PCM =ICUCE可知， PCM在輸出特性上為一條IC與UCE乘積為定值PCM的雙曲線，稱為PCM功耗線，如圖27所示。,圖27 晶體管的安全工作區(qū),23 晶體管工作狀態(tài)分析及偏置電路,由晶體管的伏安特性曲線可知，晶體管是一種復(fù)雜的非線性器件。在直流工作時(shí)，其非線性主要表現(xiàn)為三種截然不同的工作狀態(tài)，即放大、截止和飽和。在實(shí)際應(yīng)用

16、中，根據(jù)實(shí)現(xiàn)的功能不同，可通過外電路將晶體管偏置在某一規(guī)定狀態(tài)。因此，在晶體管應(yīng)用電路分析中，一個(gè)首要問題，便是晶體管工作狀態(tài)分析以及直流電路計(jì)算。,231晶體管的直流模型 在通常情況下，由外電路偏置的晶體管，其各極直流電流和極間直流電壓將對應(yīng)于伏安特性曲線上一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，這個(gè)點(diǎn)稱為直流(或靜態(tài))工作點(diǎn)，簡稱Q點(diǎn)。在直流工作時(shí)，可將晶體管輸入、輸出特性曲線(見圖25、圖26)分別用圖2-8(a)和(b)所示的折線近似，這樣直流工作點(diǎn)(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)必然位于該曲線的直線段上。,圖28晶體管伏安特性曲線的折線近似 (a)輸入特性近似； (b)輸出特性近似,由圖28可知，當(dāng)

17、外電路使UBEUBE(on)(對硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V)時(shí)，IB=0，IC=0，即晶體管截止。此時(shí)，相當(dāng)于b,e極間和c,e極間均開路，相應(yīng)的直流等效模型如圖29(a)所示。,圖29晶體管三種狀態(tài)的直流模型 (a)截止?fàn)顟B(tài)模型；(b)放大狀態(tài)模型；(c)飽和狀態(tài)模型,例1 晶體管電路如圖210(a)所示。若已知晶體管工作在放大狀態(tài)，=100，試計(jì)算晶體管的IBQ,ICQ和UCEQ。,圖210晶體管直流電路分析 (a)電路； (b)直流等效電路,圖210晶體管直流電路分析 (a)電路； (b)直流等效電路,解 因?yàn)閁BB使e結(jié)正偏，UCC使c結(jié)反偏，所以晶體管可以工作在放大狀態(tài)。這時(shí)

18、用圖29(b)的模型代替晶體管，便得到圖2-10(b)所示的直流等效電路。由圖可知,故有,232晶體管工作狀態(tài)分析 將晶體管接入直流電路，在通常情況下，圍繞晶體管可將電路化為圖211(a)所示的一般形式。 由圖可知，若UBBUEE+UBE(on),且UBB UCC，因IB=0或e結(jié)反偏，則晶體管截止。此時(shí)，三個(gè)電極電流均為零，而UBE= UBB - UEE,UCE=UCC - UEE 。,圖211晶體管直流分析的一般性電路 (a)電路；(b)放大狀態(tài)下的等效電路；(c)飽和狀態(tài)下的等效電路,圖211晶體管直流分析的一般性電路 (a)電路；(b)放大狀態(tài)下的等效電路；(c)飽和狀態(tài)下的等效電路,

19、圖211晶體管直流分析的一般性電路 (a)電路；(b)放大狀態(tài)下的等效電路；(c)飽和狀態(tài)下的等效電路,若UBBUEE+UBE(on)，則晶體管導(dǎo)通?，F(xiàn)假定為放大導(dǎo)通，利用圖29(b)的模型可得該電路的直流等效電路如圖211(b)所示。由圖可得 UBB - UEE - UBE(on) =IBQRB+(1+)IBQRE,(212a),(212b),(212c),借助式(212)的結(jié)果，現(xiàn)在可對電路中的晶體 管是處于放大還是飽和作出判別。,方法一： 若UCEQUBE(ON)，則放大導(dǎo)通假設(shè)成立，管子處于導(dǎo)通狀態(tài)；若UCEQUBE(ON)，管子進(jìn)入飽和狀態(tài)。 方法二：計(jì)算出Ic（sat），IB（sa

20、t） Ic（sat）/， 如果IBQ IB(sat)，則管子處于放大狀態(tài)；若IBQ IB(sat)，說明管子進(jìn)入飽和狀態(tài)。,例2 晶體管電路及其輸入電壓ui的波形如圖 2-12(a),(b)所示。已知=50，試求ui作用下輸出電壓uo的值，并畫出波形圖。,圖212例題2電路及ui,uo波形圖 (a)電路；(b) ui波形圖；(c) uo波形圖,圖212例題2電路及ui,uo波形圖 (a)電路；(b) ui波形圖；(c) uo波形圖,解當(dāng)ui=0時(shí)，UBE=0，則晶體管截止。此時(shí)，ICQ=0,uo=UCEQ=UCC=5V。當(dāng)ui =3V時(shí)，晶體管導(dǎo)通且有,而集電極臨界飽和電流為,因?yàn)?所以晶體管

21、處于飽和。此時(shí)，ICQ=IC(sat)=1.4mA，而uo=UCEQ=UCE(sat)=0.3V。根據(jù)上述分析結(jié)果畫出的uo波形如圖212(c)所示。 通過本例題可以看出，在實(shí)際電路分析中，由于晶體管的直流模型很簡單，一旦其工作狀態(tài)確定，則直流等效電路可不必畫出，而等效的涵義將在計(jì)算式中反映出來。,233 放大狀態(tài)下的偏置電路 晶體管在放大應(yīng)用時(shí)，要求外電路將晶體管偏置在放大區(qū)，而且在信號的變化范圍內(nèi)，管子始終工作在放大狀態(tài)。此時(shí)，對偏置電路的要求是：電路形式要簡單。例如采用一路電源，盡可能少用電阻等；偏置下的工作點(diǎn)在環(huán)境溫度變化或更換管子時(shí)應(yīng)力求保持穩(wěn)定；對信號的傳輸損耗應(yīng)盡可能小。下面將介

22、紹幾種常用的偏置電路。,一、固定偏流電路 電路如圖213所示。由圖可知，UCC通過RB使e結(jié)正偏， 則基極偏流為,(214a),只要合理選擇RB,RC的阻值，晶體管將處于放大狀態(tài)。此時(shí),(214b),(214c),圖213固定偏流電路,這種偏置電路雖然簡單，但主要缺點(diǎn)是工作點(diǎn)的穩(wěn)定性差。由式(214)可知，當(dāng)溫度變化或更換管子引起,ICBO改變時(shí)，由于外電路將IBQ固定，所以管子參數(shù)的改變都將集中反映到ICQ,UCEQ的變化上。結(jié)果會(huì)造成工作點(diǎn)較大的漂移，甚至使管子進(jìn)入飽和或截止?fàn)顟B(tài)。,二、電流負(fù)反饋型偏置電路 使工作點(diǎn)穩(wěn)定的基本原理，是在電路中引入自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制，用IB的相反變化去自動(dòng)抑制IC

23、的變化，從而使ICQ穩(wěn)定。這種機(jī)制通常稱為負(fù)反饋。實(shí)現(xiàn)方法是在管子的發(fā)射極串接電阻RE，見圖214。由圖可知，不管何種原因，如果使ICQ有增大趨向時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生如下自我調(diào)節(jié)過程： ICQIEQ UEQ(=IEQRE) ICQ IEQ UBEQ(= UEQ -UEQ),圖214 電流負(fù)反饋型偏置電路,結(jié)果，因IBQ的減小而阻止了ICQ的增大；反之亦然?？梢?，通過RE對ICQ的取樣和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了工作點(diǎn)的穩(wěn)定。顯然， RE的阻值越大，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，則工作點(diǎn)越穩(wěn)定。但RE過大時(shí)，因UCEQ過小會(huì)使Q點(diǎn)靠近飽和區(qū)。因此，要二者兼顧，合理選擇RE的阻值。 該電路與圖211(a)電路相比，差別僅在于此時(shí)UE

24、E=0,UBB=UCC。參照式(212)，可得工作點(diǎn)的計(jì)算式為,(215a),(215b),(215c),三、分壓式偏置電路 分壓式偏置電路如圖215(a)所示，它是電流負(fù)反饋型偏置電路的改進(jìn)電路。由圖可知，通過增加一個(gè)電阻RB2，可將基極電位UB固定。這樣由ICQ引起的UE變化就是UBE的變化，因而增強(qiáng)了UBE對ICQ的調(diào)節(jié)作用，有利于Q點(diǎn)的近一步穩(wěn)定。,圖215分壓式偏置電路 (a)電路；(b)用戴文寧定理等效后的電路,圖215分壓式偏置電路 (a)電路；(b)用戴文寧定理等效后的電路,為確保UB固定，應(yīng)滿足流過RB1、RB2的電流I1IBQ，這就要求RB1、RB2的取值愈小愈好。但是RB

25、1 、 RB2過小，將增大電源UCC的無謂損耗，因此要二者兼顧。通常選取,并兼顧RE和UCEQ而取,(216a),(216a),從分析的角度看，在該電路的基極端用戴文寧定理等效，可得如圖215(b)的等效電路。圖中，RB=RB1RB2,UBB=UCCRB2/(RB1+RB2)。此時(shí)，工作點(diǎn)可按式(215)計(jì)算。如果RB1 、RB2取值不大，在估算工作點(diǎn)時(shí)，則ICQ可按下式直接求出：,(217a),(217b),例3 電路如圖215(a)所示。已知=100,UCC=12V,RB1=39k,RB2=25k,RC=RE=2k，試計(jì)算工作點(diǎn)ICQ和UCEQ。 解,若按估算法直接求ICQ，由式(217a

26、)可得,顯然兩者誤差很小。因此，在今后分析中可按估算法來求工作點(diǎn)。 與上述穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理相類似，實(shí)際中還可采用電壓負(fù)反饋型偏置電路。其調(diào)節(jié)原理請讀者自行分析。除此之外，在集成電路中，還廣泛采用恒流源作偏置電路，即用恒流源直接設(shè)定ICQ。有關(guān)恒定源問題將在第四章詳細(xì)討論。,24放大器的組成及其性能指標(biāo),晶體管的一個(gè)基本應(yīng)用就是構(gòu)成放大器。所謂放大，是在保持信號不失真的前提下，使其由小變大、由弱變強(qiáng)。因此，放大器在電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，是現(xiàn)代通信、自動(dòng)控制、電子測量、生物電子等設(shè)備中不可缺少的組成部分。放大器涉及的問題很多，這些問題將在后續(xù)章節(jié)中逐一討論。本節(jié)主要說明小信號放大器的組成原理，簡

27、要介紹放大器的性能指標(biāo)，然后給出其二端口網(wǎng)絡(luò)的一般模型。,241基本放大器的組成原則 基本放大器通常是指由一個(gè)晶體管構(gòu)成的單級放大器。根據(jù)輸入、輸出回路公共端所接的電極不同，實(shí)際有共射極、共集電極和共基極三種基本(組態(tài))放大器。下面以最常用的共射電路為例來說明放大器的一般組成原理。,共射極放大電路如圖216所示。圖中，采用固定偏流電路將晶體管偏置在放大狀態(tài)，其中虛線支路的UCC為直流電源，RB為基極偏置電阻，RC為集電極負(fù)載電阻。輸入信號通過電容C1加到基極輸入端，放大后的信號經(jīng)電容C2由集電極輸出給負(fù)載RL。因?yàn)榉糯笃鞯姆治鐾ǔ２捎梅€(wěn)態(tài)法，所以一般情況下是以正弦波作為放大器的基本輸入信號。圖

28、中用內(nèi)阻為Rs的正弦電壓源Us為放大器提供輸入電壓Ui。電容C1, C2稱為隔直電容或耦合電容，其作用是隔直流通交流，即在保證信號正常流通的情況下，使直流相互隔離互不影響。按這種方式連接的放大器，通常稱為阻容耦合放大器。,圖216共射極放大電路,通過上述實(shí)例可以看出，用晶體管組成放大器時(shí)應(yīng)該遵循如下原則： (1)必須將晶體管偏置在放大狀態(tài)，并且要設(shè)置合適的工作點(diǎn)。當(dāng)輸入為雙極性信號(如正弦波)時(shí)，工作點(diǎn)應(yīng)選在放大區(qū)的中間區(qū)域；在放大單極性信號(如脈沖波)時(shí)，工作點(diǎn)可適當(dāng)靠向截止區(qū)或飽和區(qū)。 (2)輸入信號必須加在基極發(fā)射極回路。由于正偏的發(fā)射結(jié)其iE與uBE的關(guān)系仍滿足式(14)，即,(218

29、),而iCiE。所以，uBE對iC有極為靈敏的控制作用。因此，只有將輸入信號加到基極發(fā)射極回路，使其成為控制電壓uBE的一部分，才能得到有效地放大。具體連接時(shí)，若射極作為公共支路(端)，則信號加到基極；反之，信號則加到射極。由于反偏的c結(jié)對iC幾乎沒有控制作用，所以輸入信號不能加到集電極。,(3)必須設(shè)置合理的信號通路。當(dāng)信號源和負(fù)載與放大器相接時(shí)，一方面不能破壞已設(shè)定好的直流工作點(diǎn)，另一方面應(yīng)盡可能減小信號通路中的損耗。實(shí)際中，若輸入信號的頻率較高(幾百赫茲以上)，采用阻容耦合則是最佳的連接方式。,242直流通路和交流通路 對一個(gè)放大器進(jìn)行定量分析時(shí)，其分析的內(nèi)容無外乎兩個(gè)方面。一是直流(靜

30、態(tài))工作點(diǎn)分析，即在沒有信號輸入時(shí)，估算晶體管的各極直流電流和極間直流電壓。二是交流(動(dòng)態(tài))性能分析，即在輸入信號作用下，確定晶體管在工作點(diǎn)處各極電流和極間電壓的變化量，進(jìn)而計(jì)算放大器的各項(xiàng)交流指標(biāo)。,以圖216所示的共射放大器為例，按照上述方法，將電路中的耦合電容C1,C2開路，得直流通路，如圖217(a)所示；將C1, C2短路，直流電源UCC對地也短路，便得交流通路，如圖217(b)所示。,圖217共射放大器的交、直流通路 (a)直流通路；(b)交流通路,243放大器的主要性能指標(biāo) 放大器有一個(gè)輸入端口，一個(gè)輸出端口，所以從整體上看，可以把它當(dāng)作一個(gè)有源二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖218所示。因?yàn)檩?/p>

31、入信號是正弦量，所以圖中有小寫下標(biāo)的大寫字母均表示正弦量的有效值，并按二端口網(wǎng)絡(luò)的約定標(biāo)出了電流的方向和電壓的極性。這樣，放大器的性能指標(biāo)可以用該網(wǎng)絡(luò)的端口特性來描述。,圖218放大器等效為有源二端口網(wǎng)絡(luò)的框圖,一、放大倍數(shù)A 放大倍數(shù)又稱為增益，定義為放大器的輸出量與輸入量的 比值。根據(jù)處理的輸入量和所需的輸出量不同，有如下四種不同定義的放大倍數(shù)：,電壓放大倍數(shù) 電流放大倍數(shù) 互導(dǎo)放大倍數(shù) 互導(dǎo)放大倍數(shù) 互阻放大倍數(shù),(219a),(219b),(219c),(219d),其中，Au和Ai為無量綱的數(shù)值，而Ag的單位為西門子(S)，Ar的單位為歐姆()。有時(shí)為了方便，Au和Ai可取分貝(dB

32、)為單位，即,(220),二、輸入電阻 Ri 輸入電阻是從放大器輸入端看進(jìn)去的電阻，它定義為 在圖218的框圖中，對信號源來說，放大器相當(dāng)于它的負(fù)載，Ri則表征該負(fù)載能從信號源獲取多大信號。,(221),三、輸出電阻Ro 輸出電阻是從放大器輸出端看進(jìn)去的電阻。在圖218的框圖中，對負(fù)載來說，放大器相當(dāng)于它的信號源，而Ro正是該信號源的內(nèi)阻。根據(jù)戴文寧定理，放大器的輸出電阻定義為,(222),Ro是一個(gè)表征放大器帶負(fù)載能力的參數(shù)。,根據(jù)放大器輸入和輸出信號的不同，利用上述三個(gè)指標(biāo)，則圖218所示的框圖可具體描述為四種二端口網(wǎng)絡(luò)模型，如圖219所示。圖中，Auo,Aro分別表示負(fù)載開路時(shí)的電壓、互

33、阻放大倍數(shù)，而Ais,Ags則分別表示負(fù)載短路時(shí)的電流、互導(dǎo)放大倍數(shù)。,圖219放大器二端口網(wǎng)絡(luò)模型 (a)電壓放大器；(b)電流放大器；(c)互導(dǎo)放大器；(d)互阻放大器,四、非線性失真系數(shù)THD 由于放大管輸入、輸出特性的非線性，因而放大器輸出波形不可避免地會(huì)產(chǎn)生或大或小的非線性失真。具體表現(xiàn)為，當(dāng)輸入某一頻率的正弦信號時(shí)，其輸出電流波形中除基波成分之外，還包含有一定數(shù)量的諧波。為此，定義放大器非線性失真系數(shù)為,(223),式中I1m為輸出電流的基波幅值，Inm為二次諧波以上的各諧波分量幅值。由于小信號放大時(shí)非線性失真很小，所以只有在大信號工作時(shí)才考慮THD指標(biāo)。,五、線性失真 放大器的實(shí)

34、際輸入信號通常是由眾多頻率分量組成的復(fù)雜信號。由于放大電路中含有電抗元件(主要是電容)，因而放大器對信號中的不同頻率分量具有不同的放大倍數(shù)和附加相移，造成輸出信號中各頻率分量間大小比例和相位關(guān)系發(fā)生變化，從而導(dǎo)致輸出波形相對于輸入波形產(chǎn)生畸變。通常將這種輸出波形的畸變稱為放大器的線性失真或頻率失真。有關(guān)描述線性失真的一些具體指標(biāo)，如截止頻率、通頻帶等將在第五章中詳細(xì)說明。,25 放大器圖解分析法,251直流圖解分析 直流圖解分析是在晶體管特性曲線上，用作圖的方法確定出直流工作點(diǎn)，求出IBQ、UBEQ和ICQ、UCEQ。 對于圖216所示共射極放大器，其直流通路重畫于圖220(a)中。由圖可知，

35、在集電極輸出回路，可列出如下一組方程：,(224a),(224b),圖220共射放大器的直流、交流通路 (a)直流通路；(b)交流通路,如圖221(a)所示。圖中，直流負(fù)載線MN與iB=IBQ的輸出特性曲線相交于Q點(diǎn)，則該點(diǎn)就是方程組(224)的解(即直流工作點(diǎn))。因而，量得Q點(diǎn)的縱坐標(biāo)為ICQ，橫坐標(biāo)則為UCEQ。,圖221放大器的直流圖解分析 (a)直流負(fù)載線與Q點(diǎn)；(b)Q點(diǎn)與RB、RC的關(guān)系,圖221放大器的直流圖解分析 (a)直流負(fù)載線與Q點(diǎn)；(b)Q點(diǎn)與RB、RC的關(guān)系,例4 在圖220(a)電路中，若RB=560k,RC=3k,UCC=12V，晶體管的輸出特性曲線如圖221(b)

36、所示，試用圖解法確定直流工作點(diǎn)。 解 取UBEQ=0.7V，由估算法可得,在輸出特性上找兩個(gè)特殊點(diǎn)：當(dāng)uCE=0時(shí)，iC=UCC/RC=12/3=4mA，得M點(diǎn)；當(dāng)iC =0時(shí)，uCE=UCC=12V，得N點(diǎn)。連接以上兩點(diǎn)便得到圖221(b)中的直流負(fù)載線MN，它與IB=20A的一條特性曲線的交點(diǎn)Q，即為直流工作點(diǎn)。由圖中Q點(diǎn)的坐標(biāo)可得，ICQ=2mA,UCEQ=6V。,252交流圖解分析 交流圖解分析是在輸入信號作用下，通過作圖來確定放大管各級電流和極間電壓的變化量。此時(shí)，放大器的交流通路如圖220(b)所示。由圖可知，由于輸入電壓連同UBEQ一起直接加在發(fā)射結(jié)上，因此，瞬時(shí)工作點(diǎn)將圍繞Q點(diǎn)

37、沿輸入特性曲線上下移動(dòng)，從而產(chǎn)生iB的變化，如圖222(a)所示。瞬時(shí)工作點(diǎn)移動(dòng)的斜率為 :,(225),圖222放大器的交流圖解分析 (a)輸入回路的工作波形；(b)輸出回路的工作波形,圖222放大器的交流圖解分析 (a)輸入回路的工作波形；(b)輸出回路的工作波形,畫出交流負(fù)載線之后，根據(jù)電流iB的變化規(guī)律，可畫出對應(yīng)的iC和uCE的波形。在圖222(b)中，當(dāng)輸入正弦電壓使iB按圖示的正弦規(guī)律變化時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)Q點(diǎn)沿交流負(fù)載線在Q1到Q2之間上下移動(dòng)，從而引起iC和uCE分別圍繞ICQ和UCEQ作相應(yīng)的正弦變化。由圖可以看出，兩者的變化正好相反，即iC增大，uCE減??；反之， iC減小

38、，則uCE增大。,根據(jù)上述交流圖解分析，可以畫出在輸入正弦電壓下，放大管各極電流和極間電壓的波形，如圖223所示。觀察這些波形，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論： (1)放大器輸入交變電壓時(shí)，晶體管各極電流的方向和極間電壓的極性始終不變，只是圍繞各自的靜態(tài)值，按輸入信號規(guī)律近似呈線性變化。 (2)晶體管各極電流、電壓的瞬時(shí)波形中，只有交流分量才能反映輸入信號的變化，因此，需要放大器輸出的是交流量。,圖223共射極放大器的電壓、 電流波形,(3)將輸出與輸入的波形對照，可知兩者的變化規(guī)律正好相反，通常稱這種波形關(guān)系為反相或倒相。,253直流工作點(diǎn)與放大器非線性失真的關(guān)系 直流工作點(diǎn)的位置如果設(shè)置不當(dāng)，會(huì)使放

39、大器輸出波形產(chǎn)生明顯的非線性失真。在圖224(a)中，Q點(diǎn)設(shè)置過低，在輸入電壓負(fù)半周的部分時(shí)間內(nèi)，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)，使iB,iC不能跟隨輸入變化而恒為零，從而引起iB, iC和uCE的波形發(fā)生失真，這種失真稱為截止失真。由圖可知，對于NPN管的共射極放大器，當(dāng)發(fā)生截止失真時(shí)，其輸出電壓波形的頂部被限幅在某一數(shù)值上。,若Q點(diǎn)設(shè)置過高，如圖224(b)所示，則在輸入電壓正半周的部分時(shí)間內(nèi)，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)。此時(shí)，當(dāng)iB增大時(shí)，iC則不能隨之增大，因而也將引起iC和uCE波形的失真，這種失真稱為飽和失真。由圖可見，當(dāng)發(fā)生飽和失真時(shí)，其輸出電壓波形的底部將被限幅在某一數(shù)值上。,圖224 Q點(diǎn)不

40、合適產(chǎn)生的非線性失真 (a)截止失真；(b)飽和失真,圖224 Q點(diǎn)不合適產(chǎn)生的非線性失真 (a)截止失真；(b)飽和失真,通過以上分析可知，由于受晶體管截止和飽和的限制，放大器的不失真輸出電壓有一個(gè)范圍，其最大值稱為放大器輸出動(dòng)態(tài)范圍。由圖224可知，因受截止失真限制，其最大不失真輸出電壓的幅度為 而因飽和失真的限制，最大不失真輸出電壓的幅度則為,(226a),(226b),式中，UCES表示晶體管的臨界飽和壓降，一般取為1V。比較以上二式所確定的數(shù)值，其中較小的即為放大器最大不失真輸出電壓的幅度，而輸出動(dòng)態(tài)范圍 Uopp則為該幅度的兩倍，即 Uopp=2Uom (227) 顯然，為了充分利

41、用晶體管的放大區(qū)，使輸出動(dòng)態(tài)范圍最大，直流工作點(diǎn)應(yīng)選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)處。,26 放大器的交流等效電路分析法,261 晶體管交流小信號電路模型 根據(jù)導(dǎo)出的方法不同，晶體管交流小信號電路模型可分為兩類：一類是物理型電路模型，它是模擬晶體管結(jié)構(gòu)及放大過程導(dǎo)出的電路模型，它有多種形式，其中較為通用的是混合型電路模型；另一類是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型，它是將晶體管看成一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)端口的電壓、電流關(guān)系導(dǎo)出的電路模型，其中應(yīng)用最廣的是H參數(shù)電路模型。不論按哪種方法導(dǎo)出的電路模型，它們都應(yīng)當(dāng)是等價(jià)的，因而相互間可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。,一、混合型電路模型 工作在放大狀態(tài)下的共射極晶體管如圖225(a)所示。,圖225晶體

42、管放大過程分析及電路模型 (a)共發(fā)射極晶體管；(b)電路模型,晶體管輸入端ube控制iB的作用，可以用b,e極間相應(yīng)的交流結(jié)電阻rbe來等效，其大小為靜態(tài)工作點(diǎn)處uBE對iB的偏導(dǎo)值，即,(228),分別為發(fā)射結(jié)交流電阻和re等效到基極支路的折合系 數(shù)。根據(jù)正向PN結(jié)電流與電壓間的近似關(guān)系式,可求得re，其值為,(229),可見，re與溫度有關(guān)，并與晶體管直流工作電流IEQ成反比。室溫下，UT=26mV，所以re=26mV/IEQ。 ube通過ib對ic的控制作用，可以用接在c,e極間的一個(gè)電壓控制電流源來等效，即 ic =gmube (230) 式中控制參量gm反映ube對ic的控制能力，

43、稱為正向傳輸電導(dǎo)，簡稱跨導(dǎo)。其大小為靜態(tài)工作點(diǎn)處iC對uBE的偏導(dǎo)值，即,(231),式中：,為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)。利用式(228)和 ,gm又可表示為,(232),根據(jù)上述晶體管放大過程畫出的共發(fā)射極交流等效電路模型如圖225(b)所示。圖中rce和rbc分別為集電極輸出電阻和反向傳輸電阻，它們都是模擬基區(qū)調(diào)寬效應(yīng)的等效參量。由晶體管特性曲線可知，當(dāng)uCE變化時(shí)，iC和iB都將發(fā)生相應(yīng)變化。其中，uce引起的ic變化用交流電阻rce等效，其值為,(233),反映在輸出特性上，即是曲線在工作點(diǎn)處切線斜 率的倒數(shù)。 uce引起的ib變化用交流電阻rbc等效，其值為,圖226為平面管的結(jié)構(gòu)示

44、意圖，圖中rbb,ree和rcc分別表示基區(qū)、發(fā)射區(qū)和集電區(qū)沿電流方向的體電阻。 在圖225(b)的電路模型中，當(dāng)考慮了寄生參量rbb,Cbe和Cbc的影響后，便得到完整的混合型電路模型，如圖2-27(a)所示。,(234),圖226平面管結(jié)構(gòu)示意圖,圖227完整的混合型電路模型 (a)高頻時(shí)的電路模型；(b)低頻時(shí)的電路模型,圖227完整的混合型電路模型 (a)高頻時(shí)的電路模型；(b)低頻時(shí)的電路模型,二、低頻H參數(shù)電路模型 對于圖225(a)所示的共發(fā)射極晶體管，在低頻工作條件下，當(dāng)把它看成一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)時(shí)，若取iB和uCE為自變量，則有,(235a),(235b),在工作點(diǎn)處，對式(23

45、5)取全微分，得,(236a),(236b),當(dāng)輸入為正弦量并用有效值表示時(shí)，以上兩式可寫為,(237a) (237b),式中：,(238a) (238b) (238c) (238d),分別定義為晶體管輸出交流短路時(shí)的輸入電阻、輸入交流開路時(shí)的反向電壓傳輸系數(shù)、輸出交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)和輸入交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)?？梢?，這四個(gè)參數(shù)具有不同的量綱，而且要在輸入開路或輸出交流短路條件下求得。 由式(237)并根據(jù)四個(gè)參數(shù)的意義，得出的低頻H參數(shù)電路模型如圖228所示。,圖228 共發(fā)射極晶體管H參數(shù)電路模型,由于共射極輸入、輸出特性曲線本身就是描述晶體管端口特性的一種方式，因此，在工作點(diǎn)處，當(dāng)用

46、變化量的比值近似偏導(dǎo)數(shù)時(shí)，可在特性曲線上通過圖解求出電路模型中每一參數(shù)值。其方法見圖229(a)(d)。,圖229在特性曲線上求H參數(shù)的方法,圖229在特性曲線上求H參數(shù)的方法,圖229在特性曲線上求H參數(shù)的方法,圖229在特性曲線上求H參數(shù)的方法,對于hoe，還可采用下述方法估算。由于基區(qū)調(diào)寬效應(yīng)，當(dāng)iB一定時(shí)，iC隨uCE的增大略有上翹。若將每條共射極輸出特性曲線向左方延長，都會(huì)與uCE負(fù)軸相交于一點(diǎn)，其交點(diǎn)折合的電壓稱為厄爾利電壓，用UA表示，如圖230所示。顯然，UA越大，表示基區(qū)調(diào)寬效應(yīng)越弱。對于小功率晶體管， UA一般大于100V。由圖2-30不難求出在Q點(diǎn)處的hoe，即,(239

47、),圖230利用厄爾利電壓求hoe,由于混合型電路模型與H參數(shù)電路模型等價(jià)，所以H參數(shù)還可以通過混合型參數(shù)確定。輸出交流短路和輸入交流開路的低頻混合型電路分別如圖231(a),(b)所示。利用該圖并根據(jù)式(238)每個(gè)H參數(shù)的意義，可分別求得如下關(guān)系：,圖231求H參數(shù)用的混合型電路 (a)輸出交流短路的混合型電路,圖231求H參數(shù)用的混合型電路 (a)輸出交流短路的混合型電路； (b)輸入交流開路的混合型電路,(240a),(240b),(240c),(240d),如果忽略r bc的影響，則式(240)可簡化為,(241a),(241b),(241c),(241d),這就是工程分析中實(shí)用的H

48、參數(shù)。其相應(yīng)的低頻H參數(shù)電路模型如圖232所示。以上導(dǎo)出的兩種晶體管交流模型各具特點(diǎn)。通常，在寬帶放大器的分析中，采用圖227(a)混合型電路模型比較方便；而在低頻放大器的分析中，采用圖232H參數(shù)電路模型則相對簡單。為了使參數(shù)一致，在以后的分析中均采用混合型電路參數(shù)。,圖232 實(shí)用的低頻H參數(shù)電路模型,262 共射極放大器的交流等效電路 分析法利用晶體管交流模型分析放大器，可按以下步驟進(jìn)行。第一步，根據(jù)直流通路估算直流工作點(diǎn)；第二步，確定放大器交流通路，用晶體管交流模型替換晶體管得出放大器的交流等效電路；第三步，根據(jù)交流等效電路計(jì)算放大器的各項(xiàng)交流指標(biāo)。其中，關(guān)于工作點(diǎn)分析已在233節(jié)中作

49、過詳細(xì)介紹，這里不再討論。下面將以共射放大器為例，著重討論放大電路交流性能的分析方法。,共射極放大器如圖233(a)所示。圖中，采用分壓式穩(wěn)定偏置電路，使晶體管有一合適工作點(diǎn)(ICQ，UCEQ)。由于旁通電容CE將RE交流短路，因而射極交流接地。由放大器交流通路可以畫出圖233(b)所示交流等效電路。圖中虛線方框部分就是被替換的晶體管交流模型。根據(jù)該等效電路，共射極放大器的交流指標(biāo)分析如下。,圖233共射極放大器及其交流等效電路 (a)電路；(b)交流等效電路,圖233共射極放大器及其交流等效電路 (a)電路；(b)交流等效電路,1.電壓放大倍數(shù)Au 由圖可知，輸入交流電壓可表示為,輸出交流電

50、壓為,故得電壓放大倍數(shù),式中：,(2-42),2.電流放大倍數(shù)Ai 由圖233(b)可以看出，流過RL的電流Io為,而,式中RB=RB1RB2。由此可得,(244),(245),若滿足RBrbe,RLRC，則,4 .輸出電阻 按照Ro的定義，在圖233(b)電路的輸出端加一電壓Uo，并將Us短路時(shí)，因Ib=0，則受控源Ib=0。這時(shí)，從輸出端看進(jìn)去的電阻為RC，因此,(248),另外，放大器的輸入、輸出電阻還可以通過測量求得。測量電路分別如圖234(a)、(b)所示。在圖(a)中，分別測出已知電阻R兩端到地的電壓Ui和Ui，因而輸入電流Ii為,圖234 Ri和Ro的測量電路 (a) Ri的測量

51、電路；(b) Ro的測量電路,在圖(b)中，用開關(guān)S控制已知負(fù)載電阻RL是否接到輸出端。在輸入電壓作用下，首先打開S，測得負(fù)載開路電壓Uo，然后閉合S，測得接入負(fù)載時(shí)的電壓Uo。因兩者電壓有如下關(guān)系：,由Ri定義可得,(249),所以,(250),5 .源電壓放大倍數(shù)Aus Aus定義為輸出電壓Uo與信號源電壓Us的比值，即,(251),可見，|Aus|Au|。若滿足RiRs，則AusAu。,6 .將旁通電容CE開路即發(fā)射極接有電阻RE時(shí)的情況 此時(shí)，對交流信號而言，發(fā)射極將通過電阻RE接地，其交流等效電路如圖235所示。由圖可知,圖235 發(fā)射極接電阻時(shí)的交流等效電路,而Uo仍為-IbRL，

52、則電壓放大倍數(shù)變?yōu)?(252),可見放大倍數(shù)減小了。這是因?yàn)镽E的自動(dòng)調(diào)節(jié)(負(fù)反饋)作用，使得輸出隨輸入的變化受到抑制，從而導(dǎo)致Au減小。當(dāng)(1+)RErbe時(shí)，則有,(253),與此同時(shí)，從b極看進(jìn)去的輸入電阻Ri變?yōu)?即射極電阻RE折合到基極支路應(yīng)擴(kuò)大(1+)倍。因此，放大器的輸入電阻為 Ri=RB1RB2Ri (254) 顯然，與式(246)相比，輸入電阻明顯增大了。 對于輸出電阻，盡管Ic更加穩(wěn)定，但從輸出端看進(jìn)去的電阻仍為RC，即Ro=RC。,例5 在圖233(a)電路中，若RB1=75k，RB2=25k,RC=RL=2k,RE=1k,UCC=12V，晶體管采用3DG6管，=80,

53、r bb=100,Rs=0.6k,試求該放大器的直流工作點(diǎn)ICQ、UCEQ及Au,Ri,Ro和Aus等項(xiàng)指標(biāo)。 解 按估算法計(jì)算Q點(diǎn)：,下面計(jì)算交流指標(biāo)。,將rbe, RL的阻值代入上式，得,例6 在上例中，將RE變?yōu)閮蓚€(gè)電阻RE1和RE2串聯(lián)，且RE1=100,RE2=900，而旁通電容CE接在RE2兩端，其它條件不變，試求此時(shí)的交流指標(biāo)。 解由于RE=RE1+RE2=1k，所以Q點(diǎn)不變。對于交流通路，現(xiàn)在射極通過RE1接地。因而，交流等效電路變?yōu)閳D235所示電路，只是圖中RE=RE1=100。此時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)分別為,可見，RE1的接入，使得Au減小了約10倍。但是，由于輸入電阻增大，因而Au

54、s與Au的差異明顯減小了。,27 共集電極放大器和共基極放大器,271共集電極放大器 共集電極放大電路如圖236(a)所示。圖中采用分壓式穩(wěn)定偏置電路使晶體管工作在放大狀態(tài)。具有內(nèi)阻Rs的信號源Us從基極輸入，信號從發(fā)射極輸出，而集電極交流接地，作為輸入、輸出的公共端。由于信號從射極輸出，所以該電路又稱為射極輸出器。,圖236共集電極放大器及交流等效電路 (a)電路；(b)交流等效電路,圖236共集電極放大器及交流等效電路 (a)電路；(b)交流等效電路,1.電壓放大倍數(shù)Au 由圖236(b)，可得如下關(guān)系式,因而,(255),式中：,式(255)表明，Au恒小于1，一般情況下，滿足(1+)R

55、Lrbe，因而又接近于1，且輸出電壓與輸入電壓同相。換句話說，輸出電壓幾乎跟隨輸入電壓變化。因此，共集電極放大器又稱為射極跟隨器。,2.電流放大倍數(shù)Ai 在圖236(b)中，當(dāng)忽略RB1、RB2的分流作用時(shí)，則Ib=Ii，而流過RL的輸出電流Io為,由此可得,(256),3.輸入電阻Ri 由圖236(b)可知，從基極看進(jìn)去的電阻Ri為,所以,與共射電路相比，由于Ri顯著增大，因而共 集電路的輸入電阻大大提高了。,(257),4.輸出電阻Ro 在圖236(b)中，當(dāng)輸出端外加電壓Uo，而將Us短路并保留內(nèi)阻Rs時(shí)，可得圖237所示電路。由圖可得,圖237求共集放大器Ro的等效電路,則由e極看進(jìn)去

56、的電阻Ro為,所以，輸出電阻,(258),272共基極放大器 圖238(a)給出了共基極放大電路。圖中RB1、RB2、RE和RC構(gòu)成分壓式穩(wěn)定偏置電路，為晶體管設(shè)置合適而穩(wěn)定的工作點(diǎn)。信號從射極輸入，由集電極輸出，而基極通過旁通電容CB交流接地，作為輸入、輸出的公共端。按交流通路畫出該放大器的交流等效電路如圖238(b)所示。,圖238共基極放大器及其交流等效電路 (a)共基極放大電路；(b)交流等效電路,圖238共基極放大器及其交流等效電路 (a)共基極放大電路；(b)交流等效電路,1.電壓放大倍數(shù)Au 由圖238(b)可知,(259),所以,式中：,2 .電流放大倍數(shù)Ai 在圖238(b)

57、中，由于輸入電流IiIe，而輸出電流,故有,(260),顯然，AiRL，則Ai，即共基極 放大器沒有電流放大能力。但因Au1，所以仍有功 率增益。,3.輸入電阻Ri 按上述基極支路和射極支路的折合關(guān)系，由射極看進(jìn)去的電阻Ri為,所以,(261),4.輸出電阻Ro 由圖238(b)可知，若Ui=0，則Ib=0,Ib=0，顯然有,(262),273 三種基本放大器性能比較 以上我們分析了共射、共集和共基三種基本放大器的性能，為了便于比較，現(xiàn)將它們的性能特點(diǎn)列于表21中。其中，共射極電路既有電壓增益，又有電流增益，所以應(yīng)用最廣，常用作各種放大器的主放大級。但作為電壓或電流放大器，它的輸入和輸出電阻并不理想即在電壓放大時(shí)，輸入電阻不夠大且輸出電阻又不夠??；而在電流放大時(shí)，則輸入電阻又不夠小且輸出電阻也不夠大。,28 放大器的級聯(lián),281級間耦合方式 多級放大器各級之間連接的方式稱為耦合方式。級間耦合時(shí)，一方