第4章双极结型三极管及放大电路基础

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1、4.1 半导体三极管半导体三极管4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路4.2 共射极放大电路的工作原理共射极放大电路的工作原理4.6 组合放大电路组合放大电路4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.1 半导体三极管半导体三极管4.1.1 BJT的结构简介的结构简介4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理4.1.3 BJT的的VI特性曲线特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数4.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a)小功

2、率管小功率管 (b)小功率管小功率管 (c)大功率管大功率管 (d)中功率管中功率管 半导体三极管的结半导体三极管的结构示意图如图所示。构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型型和和PNP型。型。4.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a)NPN型管结构示意图型管结构示意图(b)PNP型管结构示意图型管结构示意图(c)NPN管的电路符号管的电路符号(d)PNP管的电路符号管的电路符号集成电路中典型集成电路中典型NPNNPN型型BJTBJT的截面图的截面图4.1.1 BJT的结构简介的结构简介 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子三极管的放大作用是在一定的外部条件控制

3、下，通过载流子传输体现出来的。传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理1.内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPN为例）为例）由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子(自自由电子和空穴由电子和空穴)参与导电，故称为参与导电，故称为双极结型三极管或双极结型三极管或BJT(Bipolar Junction Transistor)。IC=ICN+ICBOIE=IB+I

4、C放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理1.内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子 由于发射结外加正向电压，发射结的内电场被削弱，有利于该结两边半导体中多子的扩散。流过发射极的电流由两部分组成：一是发射区中的多子自由电子通过发射结注入到基区，成为集区中的非平衡少子而形成的电子电流IEN，二是基区中的多子空穴通过发射结注入到发射区，成为发射区的非平衡少子而形成的空穴电流IEP。由于 基区中空穴的浓度远低于发射区中电

5、子的浓度，因此，与电子电流相比，空穴的电流是很小的，即 IE=IEN+IEP （而IENIEP）4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理1.内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程（2）非平衡载流子在基区内的扩散与复合 由发射区注入基区的电子，使基区内少子的浓度发生了变化，即靠近发射结的区域内少子浓度最高，以后逐渐降低，因而形成了一定的浓度梯度。于是，由发射区来的电子将在基区内源源不断地向集电结扩散。另一方面，由于基区很薄，且掺杂浓度很低，因而在扩散过程中，只有很少的一部分会与基区中的多子（空穴）相复合，大部

6、分将到达集电结。4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理1.内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程（3）集电区收集载流子 由于集电结外加反向电压，集电结的内电场被加强，有利于该结两边少子的漂移。流过集电极的电流IC，除了包括由基区中的热平衡少子电子通过集电结形成的电子电流ICN2和集电区中的热平衡少子空穴通过集电结形成的空穴电流ICP所组成的反向饱和电流ICBO以外，还包括由发射区注入到基区的非平衡少子自由电子在基区 通过边扩散、边复合到达集电结边界，而后由集电结耗尽层内的电场将它们漂移到集电区所形成的正向

7、电子传输电流ICN1，因此IC=ICN1+ICN2+ICP=ICN1+ICBO 式中ICBOICN2+ICP 基极电流由以下几部分组成：通过发射结的空穴电流IEP，通过集电结的反向饱和电流ICBO以及IEN转化为ICN1过程中在基区的复合电流（IEN-ICN1），即 IB=IEP+（IEN-ICN1）-ICBO 2.电流分配关系电流分配关系发射极注入电流传输到集电极的电流设 ECN II即根据传输过程可知根据传输过程可知:IC=ICN+ICBO通常通常 IC ICBOECEC,IIII即则有IE=IB+IC放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程 CBOEC III

8、则有 为电流放大系数。它只为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般有关，与外加电压无关。一般 。99.09.01 设根据根据IE=IB+IC IC=ICN+ICBOECN IIBCCEOC IIII时，当2.电流分配关系电流分配关系CEOBCBOBC 11 IIIII则（穿透电流）（穿透电流）CBOCBOCEO)(1 11IIIBCBE)(1 IIII 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子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。一的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般般 。13.三极

9、管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态共基极放大电路共基极放大电路4.放大作用放大作用若若 vI=20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98.0IO vvvA使使 iE=-1 mA，则则 iC=iE =-0.98 mA，vO=-iC RL=0.98 V，当 =0.98 时，时，综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的

10、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发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const(2)当当vCE1V时，时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，集电结已进入反偏状态，开始

11、收集电子，基区复合减少，同样的开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲减小，特性曲线右移。线右移。(1)当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线输入特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般该区域内，一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。或反偏电压很小。iC=f(vCE)iB=const2.2.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线的三个

12、区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压。小于死区电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。结正偏，集电结反偏。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线(1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IB IC/IB vCE=const1.电流放大系数电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数与与iC的关系曲线的关系曲线(2)共发射极交流电流放大

13、共发射极交流电流放大 系数系数 =IC/IB vCE=const1.电流放大系数电流放大系数 (4)共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 =IC/IE vCB=const 当当ICBO和和ICEO很小时，很小时，、，可以不加，可以不加区分。区分。4.1.4 BJT的主要参数的主要参数(3)共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE 2.极间反向电流极间反向电流(1)集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开发射极开路时，集电结的反向饱和电流。路时，集电结的反向饱和电流。4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 (2)集电极发射

14、极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+）ICBO 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 2.极间反向电流极间反向电流(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM=ICVCE 3.极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 3.极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数(3)反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。V(BR)EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。

15、V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR)EBO4.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响(1)温度对温度对ICBO的影响的影响:温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。(2)温度对温度对 的影响的影响:温度每升高温度每升高1，值约增大值约增大0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响:温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。

16、都会有所提高。2.温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响:1.温度对温度对BJT参数的影响参数的影响4.2 共射极放大电路的工作原理共射极放大电路的工作原理4.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路基本共射极放大电路 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理1.静态静态(直流工作状态直流工作状态)输入信号输入信号vi0时，时，放大电路的工作状态称为放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。静态或直流工作状态。直流通路直流通路 bBEQBBBQRVVI BQCEOBQCQIIII VCEQ=VCCICQRc 4.2.2 基本

17、共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理2.动态动态 输入正弦信号输入正弦信号vs后，后，电路将处在动态工作情况。电路将处在动态工作情况。此时，此时，BJT各极电流及电各极电流及电压都将在静态值的基础上压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。随输入信号作相应的变化。交流通路交流通路 4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.3.1 图解分析法图解分析法4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3.非线性失真的图解分析非线性失真的图解分析4.图解分析法的适用范围图解分析法的适用范

18、围1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路3.小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围4.3.1 图解分析法图解分析法1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管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。的输入输出特性曲线。共射极放大电路共射极放大电路4.3.1 图解分析法图解分析法1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 列输入回路方程列输入回路方程 列输出回路方程（直流负载线）列输出回路方程（直流负载线）VCE=VCCiCRc

19、 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路 bBBBBERiV v 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与，与IBQ曲曲线的交点即为线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点，两线的交点即是即是Q点，得到点，得到IBQ。bBBBBERiV v 根据根据vs的波形，在的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出的输入特性曲线图上画出vBE、iB 的波形的波形2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析tsinsmsV vbBsBBBERiV vv 根

20、据根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和和vCE 的波形的波形2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析cCCCCERiV v 共射极放大电路中的电压、共射极放大电路中的电压、电流波形电流波形2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响截止失真的波形截止失真的波形 饱和失真的波形饱和失真的波形3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响4.图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围适用于幅度较大而工作频率不太高的工作情况。适用于幅度较大而工作频率不太高的工作情况。优点：优点：直观

21、、形象。有助于建立和理解交、直流共存，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。大电路的静态、动态工作情况。缺点：缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不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用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。能指标。4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法1.BJT的的H参数及小信号模型

22、参数及小信号模型建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。电路来处理。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的

23、分析和设计。件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的引出参数的引出),(CEB1BEvvif 在小信号情况下，对上两式取全微分得：在小信号情况下，对上两式取全微分得：CECEBEBBBEBEdddBCEvvvvv IVii用小信号交流分量表示：用小信号交流分量表示：vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce 对于对于BJT双口网络，已知输入输出双口网络，已知输入输出特性曲线如下：特性曲线如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：可以写成：),(CEB2Cvifi CE

24、CECBBCCdddBCEvv IViiiiiBJT双口网络双口网络CEBBEie Vih v输出端交流短路时的输入电阻；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输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；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反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。输入端交流开路时的输出电导。其中：其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。参数）。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevceCEBCfe Viih BCEBEre Ihvv BCECoe

25、 Iihv 1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的引出参数的引出1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevceBJT双口网络双口网络1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数小信号模型参数小信号模型 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H H参数与工作点有关，在放大区基本不变。参数与工作点有关，在放大区基本不变。H H参数都是微变参数，所以只适合对交

26、流信号的分析。参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。受控电流源受控电流源h hfefei ib b ，反，反映了映了BJTBJT的基极电流对集电的基极电流对集电极电流的控制作用。电流极电流的控制作用。电流源的流向由源的流向由ib的流向决定。的流向决定。hrevce是一个受控电压是一个受控电压源。反映了源。反映了BJT输出回路输出回路电压对输入回路的影响。电压对输入回路的影响。1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 模型的简化模型的简化 hre和和hoe都很小，常忽都很小，常忽略它们的影响。略它们的影响。BJT在共射连接时，其在共射连接时，其H参数的数量级一般为：参数的数量级一

27、般为：S101010101052433oefereieehhhhh1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出；rbe 与与Q点有关，可用图示仪测出。点有关，可用图示仪测出。rbe=rbb+(1+)re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rbb200 则则 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV(26)mA()mV(EQEQeIIVrT 而而 (T=300K)一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe（忽略（忽略 re）4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大

28、电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（1）利用直流通路求）利用直流通路求Q点点 共射极放大电路共射极放大电路bBEBBBQRVVI一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V，已知已知。BQCQIIcCQCCCEQRIVV2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（2）画小信号等效电路）画小信号等效电路H参数小信号等效电路参数小信号等效电路（3）估算）估算rberbe=rbb+(1+)re即即 )mA()mV(26)1(200EQbeIr BQEQII2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（

29、3 3）求放大电路动态指标求放大电路动态指标根据：根据：)(bebbirRi vbcii )/(LccoRRi v则电压增益为：则电压增益为：)()/()()/()()/(bebLcbebbLcbbebbLcciorRRRrRiRRirRiRRiA vvv电压增益电压增益H参数小信号等效电路参数小信号等效电路2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻令令0i v0b i0biicRo=Rc 所以所以bebbbebbbiiii)(rRirRiiiRvv LsR,0ttovviRct

30、tRiv或3.小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围 放大电路的输入信号幅度较小，放大电路的输入信号幅度较小，BJTBJT工作在其工作在其V VT T特特性曲线的线性范围（即放大区）内。性曲线的线性范围（即放大区）内。H H参数的值是在静态参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。作点参数值的大小及稳定性密切相关。优点优点：分析放大电路的动态性能指标分析放大电路的动态性能指标(Av、Ri和和Ro等等)非常非常方便，且适用于频率较高时的分析。方便，且适用于频率较高时的分析。4.3

31、.2 小信号模型分析法小信号模型分析法缺点缺点：在在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及流等电量及BJT的的H参数均是针对变化量参数均是针对变化量(交流量交流量)而言的，而言的，不能用来分析计算静态工作点。不能用来分析计算静态工作点。共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的=80，Rb=300k ，Rc=2k，VCC=+12V，求：，求：（1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？（2）当）当Rb=100k 时，放大电路的时，放大电路的Q点。此时点。此时B

32、JT工工作在哪个区域？（忽略作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）的饱和压降）解：解：（1）A40300k2V1bBECCBQ RVVI（2）当）当Rb=100k 时，时，3.2mAA4080BQCQ II 5.6V3.2mA2k-V12CQcCCCEQ IRVV静态工作点为静态工作点为Q（40 A，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：A120100k2V1bCCBQ RVImA6.9A12080BQCQ II V2.79.6mA2k-V12CQcCCCEQ IRVVmA62k2V1cCESCC

33、CM RVVICMBQ II 由由于于，所以，所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），），4.4 放大电路静态工作点放大电路静态工作点的稳定问题的稳定问题4.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响4.4.2 射极偏置电路射极偏置电路1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路2.含有双电源的射极偏置电路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含有恒流源的射极偏置电路4.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 4.1.6节讨论过，温度上升时，节讨论过，温度上升时，BJT的反向电

34、流的反向电流ICBO、ICEO及电流放大系数及电流放大系数 或或 都会增大，而发射结都会增大，而发射结正向压降正向压降VBE会减小。这些参数随温度的变化，都会会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流使放大电路中的集电极静态电流ICQ随温度升高而增加随温度升高而增加（ICQ=IBQ+ICEO），从而使，从而使Q点随温度变化。点随温度变化。要想使要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流电路能自动地适当减小基极电流IBQ。4.4.2 射极偏置电路射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理 目标：温度变

35、化时，目标：温度变化时，使使IC维持恒定。维持恒定。如果温度变化时，如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。实现静态工作点的稳定。T 稳定原理：稳定原理：IC IE VE、VB不变不变 VBE IB IC（反馈控制）（反馈控制）1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路(a)原理电路原理电路 (b)直流通路直流通路b点电位基本不变的条件：点电位基本不变的条件：I1 IBQ，CCb2b1b2BQVRRRV 此时，此时，VBQ与温度无关与温度无关VBQ VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强取值越大，反馈控制作用越强一般取一般取 I1=(510)I

36、BQ，VBQ=35V 1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析静态工作点静态工作点CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 电压增益电压增益画小信号等效电路画小信号等效电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：)/(LcboRRi v输入回路：输入回路：ebbebeebebi)1(RiriRiri v电压增益：电压增益：

37、ebeLcebebLcbio)1()/()1()/(RrRRRriRRiA vvv画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析（可作为公式用）（可作为公式用）输入电阻输入电阻则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析)1(ebebiRri vb2ib1iei)1(RRRriiivvv bebibRb2b1eiii11)1(11RRRriR bev)1(|ebeb

38、2b1RrRR 输出电阻输出电阻输出电阻：输出电阻：oco/RRR 求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零网络内独立源置零 负载开路负载开路 输出端口加测试电压输出端口加测试电压0)()(ecbsbeb RiiRri0)()(ebccebct Riiriiv其中：其中：b2b1ss/RRRR 则则)1(esbeecectoRRrRriR v当当coRR 时，时，coRR （一般一般 ）cceoRrR （2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析2.含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路（1 1）阻容耦合阻容耦合静态工作点静态工作点00EEEe2e1BEBb )()

39、(VIRRVIRECII)()(e2e1EcCEECCCERRIRIVVV CBII BE1II)(2.含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路（2 2）直接耦合直接耦合3.含有恒流源的射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路静态工作点由恒流源提供静态工作点由恒流源提供分析该电路的分析该电路的Q点及点及、vAiRoR4.5 共集电极放大电路和共集电极放大电路和共基极放大电路共基极放大电路4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路1.1.静态分析静态分

40、析共集电极电路结构如图示共集电极电路结构如图示该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器ebBEQCCBQ)1(RRVVI eCQCCeEQCCCEQRIVRIVV BQCQIIIEQeEQBEQbBQCCRIVRIV BQEQ)1(II 由由得得直流通路直流通路 小信号等效电路小信号等效电路4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析交流通路交流通路 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：LbbebLbbbebi)1()(RiriRiiri v电压增益：电压增益：1)1()1()1

41、()1(LbeLLbeLLbebLbio RrRRrRRriRiAvvv其中其中LeL/RRR LbLbbo)1()(RiRii v一般一般beLrR ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，同同相相与与iovv射极电压跟随器射极电压跟随器1 vA即即。4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析输入电阻输入电阻当当1，beLrR 时，时，Lbi/RRR 共集电极放大电路的输入电阻高，且和负载电共集电极放大电路的输入电阻高，且和负载电阻阻R RL L或后一级放大电路的输入电阻的大小有关。或后一级放大电路的输入电阻的大小有关。)1(|)1(LbLibiiiiiRrRR

42、rRiR bebevvvv输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程ebbtRiiii)(sbebtRriveteRiR v其中其中bss/RRR 则则输出电阻输出电阻:rRRiR 1/besettov当当 1beserRR，1 时，时，besorRR 输出电阻小输出电阻小4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析 射极电压跟随器的输出电阻小，与信号源内阻射极电压跟随器的输出电阻小，与信号源内阻R RS S或前一级放大电路的输出电阻的有关。或前一级放大电路的输出电阻的有关。rRRR 1/beseo共集电极电路特点：共集电极电路特点：同同相相与与iovv 电压增益小于

43、电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1，输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强)1(/LbebiRrRR 1 vA。4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路1.1.静态工作点静态工作点直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 2.2.动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：LcL/

44、RRR 交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 LboRi vbebiri vbeLiorRA vvv 只要电路参数选择适当，共基极放大电路也具有只要电路参数选择适当，共基极放大电路也具有电压放大作用，且输出电压和输入电压相位相同。电压放大作用，且输出电压和输入电压相位相同。输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻coRR 2.2.动态指标动态指标小信号等效电路小信号等效电路 beeeiiiiiRR)1(i eeRiR/iv bebri/iv beieiiiii)1(/rRiRvvvvrR 1|bee 共基极放大电路的输入电阻远小于共射极放大电路共基极放大电路的输入电阻远小于共射极放大电路的

45、输入电阻。的输入电阻。共基极放大电路的输出电阻与共射极放大电路的输共基极放大电路的输出电阻与共射极放大电路的输出电阻相同，近似等于集电极电阻出电阻相同，近似等于集电极电阻R Rc c。4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较1.1.三种组态的判别三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据：信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路共射极放大电路信号由基极输入，发射极输出信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路共集电极放大电路信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出共基极电路共基极电路 2.2.三种组

46、态的比较三种组态的比较3.3.三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途共射极放大电路：共射极放大电路：电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输，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。大电路的中间级。共集电极放大电路：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。可用于种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可

47、用于输入级、输出级或缓冲级。输入级、输出级或缓冲级。共基极放大电路：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。的功能。4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较4.6 组合放大电路组合放大电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大

48、电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路共射共基放大电路共射共基放大电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路21o1oio1iovvvvvvvvvAAA )1(2be1be21be1L11rrrRA vbe2Lc22be2L222)|(rRRrRA v其中其中:be2Lc22be12be21)|()1(rRRrrA v所以所以:12因为因为:be1Lc21)|(rRRA v因此因此:组合放大电路总的电压增益组合放大电路总的电压增益等于组成它的各级单管放大电路等于组成它的各级单管放大电路电压增益的乘积。电压增益的乘积。前一级的输出电压是后一级前一级的输出电压是后一级的输入电压，后

49、一级的输入电阻的输入电压，后一级的输入电阻是前一级的负载电阻是前一级的负载电阻RL。电压增益电压增益:2be2L1rR 4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路输入电阻输入电阻:输出电阻输出电阻:Ro Rc2 1211/bebbbebiiirRRrRivR 组合放大电路的输入电阻组合放大电路的输入电阻Ri等于第一级放大电路的输入等于第一级放大电路的输入电阻电阻Ri1，这个结论可以推广至多级放大电路。，这个结论可以推广至多级放大电路。组合放大电路的输出电阻组合放大电路的输出电阻Ro等于最后一级（输出级）等于最后一级（输出级）的输出电阻的输出电阻Ro。这个结论可以推广至多级放大电路。这个结论可

50、以推广至多级放大电路。T T1 1、T T2 2构成复合管，可等效为一个构成复合管，可等效为一个NPNNPN管管(a)(a)原理图原理图 (b)(b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路1.复合管的主要特性复合管的主要特性两只两只NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 两只两只PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1(1 1 )rbe2 4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路1.复合管的主要特性复合管的主要特性PNP与与NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 NPN与与PNP型型BJT组成的复合管组成

51、的复合管 rbe rbe14.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路2.共集共集 共集放大电路的共集放大电路的Av、Ri、Ro iovvvA LbeL11RrR 1/bebseorRRRR式中式中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R LRe/RL RiRb/rbe(1 )R L 采用复合管，使共集-共集放大电路比单管共集电极放大电路的电压跟随特性更好，即Av更接近1，输入电阻Ri更高，而输出电阻Ro更小。4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数4

52、.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。号频率变化时的响应。频率响应的概念频率响应的概念 在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念-一、频率响应的概念一、频率响应的概念 幅频特性是描绘输入信号幅度幅频特性是描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化固定，输出信号的幅度随频率变化而变化

53、的规律。即而变化的规律。即=Aio/VV)(fA幅度频率特性幅度频率特性 相频特性是描绘输出信号与输入相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即的规律。即)(iofVVA相位频率特性相位频率特性这些统称放大电路的频率响应。这些统称放大电路的频率响应。幅频特性偏离中频值的现象称为幅频特性偏离中频值的现象称为幅度频率失真幅度频率失真;相频特性偏离中频值的现象称为相频特性偏离中频值的现象称为相位频率失真相位频率失真。放大电路的幅频特性和相频特性，也称为频率响应。放大电路的幅频特性和相频特性，也称为频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同

54、，从而使因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为输出波形产生失真，称为幅度频率失真幅度频率失真，简称幅频失，简称幅频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为使输出波形产生失真，称为相位频率失真相位频率失真，简称相频，简称相频失真。幅频失真和相频失真是失真。幅频失真和相频失真是线性失真线性失真。产生频率失真的原因是产生频率失真的原因是:1.1.放大电路中存在电抗性元件，放大电路中存在电抗性元件，例如耦合电容、例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等旁路电容、分布电容、变压器、分布

55、电感等;2.2.三极管的三极管的()是频率的函数。是频率的函数。在研究频率特性时，三极管的低频小信号模在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。型不再适用，而要采用高频小信号模型。4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应1.RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则sRCsCRsCsVsVsAV11/1/1)()()(ioHfsj2j 且令且令RCf21H又又)/j(11HioHffVVAV 电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模

56、）2HH)/(11ffAV （幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角)/(arctanHHff （相频响应）（相频响应）增益频率函数增益频率函数RC低通电路低通电路(1)当当 f fH时时ffffHVA2HH)/(11用分贝（用分贝（dB)表示则有表示则有)lg(20lg20HffHVA频率响应曲线描述频率响应曲线描述1.RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应相频响应相频响应)/(arctanHHff 最大误差最大误差 5.7(1)当当 f fH时时(1)当当 f=fH时时得到一条得到一条 的直线的直线90H90H45H2.RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应RC电路的电压增

57、益：电路的电压增益：22222ioL/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅频响应幅频响应2LL)/(11ffAV 相频响应相频响应)/(arctanLLff RC高通电路高通电路 结论结论1.RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应(1)电路的截止频率决定于相关电容所在回路的时间常数电路的截止频率决定于相关电容所在回路的时间常数=RC。(2)当输入的信号的频率等于上限频率当输入的信号的频率等于上限频率fH或下限频率或下限频率fL时，放大增时，放大增益下降益下降3dB，或下降为通频带增益的，或下降为通频带增益的0.707倍，且在通相移的基础倍，且在通相移的基础上产生上产生-45

58、或或+45的相移。的相移。(3)工程上常用工程上常用 拆线化的挖波特图表示放大电路的频率响应。拆线化的挖波特图表示放大电路的频率响应。4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数1.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型模型的引出模型的引出rbe-发射结电阻发射结电阻re归算归算到基极回路的电阻。到基极回路的电阻。-发射结电容发射结电容-集电结电阻集电结电阻rbc -集电结电容集电结电容 Cbcrbb-基区的体电阻，基区的体电阻，b是假想的基区内是假想的基区内的一个点。的一个点。互导互导CECEEBCEBCmVViig vvBJT的高频小信号模型的高频小信号模型 三极

59、管物理模型三极管物理模型 简化模型简化模型 混合混合 型高频型高频小信号模型。小信号模型。1.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型忽略忽略rbc和和rce高频小信号简化电路高频小信号简化电路 在在型小信号模型型小信号模型中，因存在中，因存在Cbc 对求解对求解不便，可通过单向化处不便，可通过单向化处理加以变换。可以用输理加以变换。可以用输入侧的入侧的C 和输出侧的和输出侧的C 两个电容去分别代两个电容去分别代替替Cb c，如右图所示。，如右图所示。高频小信号模型电路高频小信号模型电路1.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型CKKC1 由于由于C C ,可以忽略，所以可简化为下图，可以忽略，

60、所以可简化为下图，其中其中C =Cbe+C 。简化高频小信号电路简化高频小信号电路CKC)1(其中：其中：cmRgK当集电极接上当集电极接上RC时时,2.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H参数参数模型等价模型等价ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1(IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr又因为又因为ebbeb rIVbebmIVg Tmeb2 fgC 从手册中查出从手册中查出 TcbfC和和 所以所以TVIrgEQebm 2.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号

61、模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H H参数参数模型等价模型等价3.BJT的频率参数的频率参数由由H H参数可知参数可知CEBCfeViih 即即0bcce VII 根据混合根据混合 模型得：模型得：cbebebmc1/j CVVgI)/()/(cbebebbebj1j1 CCrIV 低频时低频时ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 当当cbm Cg 时，时，ebcbeb0)(j1 rCC ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)(的幅频响应：的幅频响应：201)/(ff 共发射极截止频率共发射极截止频率f

62、特征频率特征频率Tfebmcbebm0T22 CgCCgff)(Tfff 共基极截止频率共基极截止频率 f3.BJT的频率参数的频率参数arctgff 的相频响应：的相频响应：f(1 0)f f fT 4.7.3 4.7.3 单管共射放大器的频率响应单管共射放大器的频率响应一、一、全频段小信号电路模型全频段小信号电路模型二、二、中频段电压放大倍数中频段电压放大倍数Ausm三、三、低频段电压放大倍数低频段电压放大倍数Ausm四、四、高频段电压放大倍数高频段电压放大倍数Ausm五、五、完整的频率响应曲线完整的频率响应曲线一、全频段小信号电路模型一、全频段小信号电路模型 对于下图（左）所示的共发射极

63、接法的基本放大电对于下图（左）所示的共发射极接法的基本放大电路，分析其频率响应，需画出放大电路从低频到高频的路，分析其频率响应，需画出放大电路从低频到高频的全频段小信号模型，如下图（右）所示。然后分中、低、全频段小信号模型，如下图（右）所示。然后分中、低、高三个频段加以研究。高三个频段加以研究。如果将如果将C C2 2和和R RL L看作是下一级放大电路的耦合电容和看作是下一级放大电路的耦合电容和输入电阻，则上面的电路还可以进一步化简为下图所输入电阻，则上面的电路还可以进一步化简为下图所示的电路：示的电路：二、中频段电压放大倍数二、中频段电压放大倍数usmA 在中频段，耦合电容和三极管结电容的

64、影响可以在中频段，耦合电容和三极管结电容的影响可以忽略，因此电路可简化为下图。忽略，因此电路可简化为下图。siiebebosousmvvvvvvvvACmeboRgvvebbbebiebrrrvvisisiRRRvv其中其中：、)/(ebbbbirrRR整理得到中频段电压放大倍数如下：整理得到中频段电压放大倍数如下：CmebbbebisiusmRgrrrRRRA由于由于 、代入上式得：代入上式得：ebmrgbeebbbrrrbeCisiusmrRRRRA 这个结果与以前用微变等效电路法分析的结果这个结果与以前用微变等效电路法分析的结果完全一样。完全一样。三、低频段电压放大倍数三、低频段电压放大

65、倍数 将全频段小信号电路模型中的将全频段小信号电路模型中的C1保留，保留，C 忽略，即可获得忽略，即可获得低低频段小信号电路模型频段小信号电路模型如图如图3.7.16所示。低频电压放大倍数为：所示。低频电压放大倍数为：)(11FfjRgrrrRRRvvALCmebbbebisisousL)(1ffjALusm1s)(R21 CRfiL式中：由上式结果可知，放大电由上式结果可知，放大电路的低频响应等效为一个路的低频响应等效为一个RC高高通电路，下限频率通电路，下限频率fL主要与低主要与低频等效电路的时间常数有关，频等效电路的时间常数有关，C1和（和（Rs+Ri）的乘积愈大，则）的乘积愈大，则fL

66、愈小，即放大电路的低频响愈小，即放大电路的低频响应愈好。应愈好。usmA四、高频段电压放大倍数四、高频段电压放大倍数usmA 将全频段小信号模将全频段小信号模型中的型中的C1短路，即可获短路，即可获得高得高频段小信号模型微频段小信号模型微变等效电路，如图变等效电路，如图3.7.173.7.17所示。高所示。高频电压频电压放大倍数为：放大倍数为：sousHvvA)(11HCmebbbebisiffjRgrrrRRR)(1HusmffjA式中：式中：CRRrrfbsbbebH)/(/21 由上式结果可知，放大电路的高频响应等效为一由上式结果可知，放大电路的高频响应等效为一个个RC低通电路，上限频率低通电路，上限频率fH主要与高频等效电路的时主要与高频等效电路的时间常数间常数rb e/rbb+(Rs+Rb)C 有关，有关，C 愈小，放大电愈小，放大电路的高频响应愈好。路的高频响应愈好。五、完整的频率响应曲线五、完整的频率响应曲线 将以上在中频段、低频段和高频段分别求出的电将以上在中频段、低频段和高频段分别求出的电压放大倍数进行综合，就可以得到基本共射放大电路压放大倍数进行综合，就可以得到基本