晶体三极管及其基本放大电路

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1、2022-1-14电路与模拟电子技术基础1第第5 5章章 晶体三级管及其晶体三级管及其放大电路放大电路2022-1-14电路与模拟电子技术基础2 BJT：Bipolar Junction Transistor双极型晶体管晶体管（晶体三极管、半导体三极管三极管）双极型双极型器件两种两种载流子（多子、少子）2022-1-14电路与模拟电子技术基础3几种常见晶体管的外形 2022-1-14电路与模拟电子技术基础45.1.1 晶体管的结构及其类型晶体管的结构及其类型ecb发射极发射极基极基极集电极集电极发射结发射结集电结集电结基区基区发射区发射区集电区集电区NPNcbeNPN(a) NPN管的管的原理

2、结构原理结构示意图示意图(b) 电路符号电路符号（base） （collector ）（emitter）符号中发射极上的符号中发射极上的箭箭头方向，头方向，表示表示发射结发射结正偏时电流的流向。正偏时电流的流向。2022-1-14电路与模拟电子技术基础5晶体管的结构2022-1-14电路与模拟电子技术基础6PNPcbe(b) 电路符号电路符号(a) PNP型三极管的型三极管的原理结构原理结构符号中发射极上的符号中发射极上的箭箭头方向，头方向，表示表示发射结发射结正偏时电流的流向。正偏时电流的流向。2022-1-14电路与模拟电子技术基础7P集电极基极发射极集电结发射结发射区集电区(a)NPNc

3、ebPNPcebb基区ec(b)N衬底N型外延PNcebSiO2绝缘层集电结基区发射区发射结集电区(c)NN图图2-3 平面管结构剖面图平面管结构剖面图结构特点结构特点1、三区两结、三区两结2、基区很、基区很薄薄3、e区区重重掺杂掺杂 c区区轻轻掺杂掺杂 b区掺杂区掺杂最轻最轻4、集电区集电区的的面积面积则比发射区做得则比发射区做得大大，这是，这是三极管实现电流放大的内部条件。三极管实现电流放大的内部条件。2022-1-14电路与模拟电子技术基础85.1.2 晶体管的电流分配与放大作用晶体管的电流分配与放大作用 （以（以NPNNPN管为例）管为例）一、放大状态下晶体管中载流子的运动一、放大状态

4、下晶体管中载流子的运动BJT BJT 处于放大状态的条件：处于放大状态的条件：内部条件：内部条件：发射区重掺杂(故管子e、 c极不能互换)基区很薄(几个m)集电结面积大外部条件：外部条件：发射结正偏集电结反偏2022-1-14电路与模拟电子技术基础9NPN型晶体管的电流关系 2022-1-14电路与模拟电子技术基础10外加偏置电压要求外加偏置电压要求 对对 NPN管管UC UB UE UC UEUB对对 PNP管管 要求要求 UC UB UE UC UEUB2022-1-14电路与模拟电子技术基础11共射极直流电流放大系数BCII一般200201 1、直流电流放大系数、直流电流放大系数2022

5、-1-14电路与模拟电子技术基础125.1.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线晶体管特性曲线：描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。 icebiBC输出回路输入回路ecbiBiEceiEiCb(a)共发射极(b)共集电极(c)共基极 2022-1-14电路与模拟电子技术基础13下面以共射极电路为测试电路下面以共射极电路为测试电路AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE2022-1-14电路与模拟电子技术基础145.1.3.1 共射极输入特性曲线共射极输入特性曲线共射组态晶体共射组态晶体管的输入特性：管的输入特性：常数CEuBEBufi)(AmAVViBiCUCCUBBRC

6、RBuBEuCE 它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。2022-1-14电路与模拟电子技术基础15iB/AuBE/V060900.50.70.930UCE0 UCE1cICeIENPNIBRCUCCUBBRBbIBNIENICN2022-1-14电路与模拟电子技术基础165.1.3.2 共射极输出特性曲线共射极输出特性曲线共射组态晶体管的输出特性： 它是指一定基极电流IB下，三极管的输出回路集电极电流IC与集电结电压UCE之间的关系曲线。常数BiCECufi2022-1-14电路与模拟电子技术基础17uCE/ V5101501234iC/

7、 mAIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICN2022-1-14电路与模拟电子技术基础18 共射输出特性曲线2022-1-14电路与模拟电子技术基础19一、放大区一、放大区发射结正向偏置，发射结正向偏置， 集电结反向偏置集电结反向偏置1、基极电流 iB 对集电极电流 iC 的控制作用很强uCE/ V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 常数CEuBCII在数值上近似等于在数值上近似等于 问题：问题：特性图中特性

8、图中=？=1002022-1-14电路与模拟电子技术基础202、uCE 变化时, iC 影响很小（恒恒流特性流特性）uCE/ V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 即即： iC 仅决定于iB ，与输出环路的外电路无关。 放大区放大区2022-1-14电路与模拟电子技术基础21二、饱和区二、饱和区发射结和集电发射结和集电结均正向偏置结均正向偏置uCE/ V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A

9、0 A 临界饱和：临界饱和：uCE=uBE，uCB=0(集电结零偏集电结零偏)2022-1-14电路与模拟电子技术基础22uCE/V5101501234饱和区截止区IB40A30A20A10A0AiBICBO放大区iC/mAuCEuBEIcCeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC1饱和区饱和区（1） iB一定时，一定时，iC比放大时要小比放大时要小 三极管的电流放大能力下降，通常有iCICM时，虽然管子不致于损坏，但值已经明显减小。2022-1-14电路与模拟电子技术基础293 3、集电极最大允许耗散功率、集电极最大允许耗散功率P PCMCM 晶体管的安全工作区 u

10、CE工作区iC0安全ICMU(BR)CEOPCM功耗线PCM =iCuCE2022-1-14电路与模拟电子技术基础305.2 放大电路的组成和放大原放大电路的组成和放大原 5.2.1 放大电路概述放大电路概述2022-1-14电路与模拟电子技术基础315.2.2. 基本共射极放大电路基本共射极放大电路给T提供适当的偏置集电极电阻，将集电极电流转换成集电极电压基极电阻，决定基极电流放大电路的核心输入交流电压信号基极电源，提供适当偏置输出电压信号地2022-1-14电路与模拟电子技术基础32 静止状态（静态）静止状态（静态）：u ui i=0=0时时电路中各处的电压、电流都是不变的直流。电路中各处

11、的电压、电流都是不变的直流。若UBB和和UCC能使T的发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏三极管工作在放大状态三极管工作在放大状态，则：0iuBBEBBBRUUIBCIICCCCCERIUU2022-1-14电路与模拟电子技术基础33当 时ib含有交流分量含有交流分量BCIICCCCCERIUU0iuic也有交流分量也有交流分量 uce产生变化产生变化 uO变化变化uO与与ui相比相比： uO幅度幅度 ui幅度幅度 波形形状相同波形形状相同2022-1-14电路与模拟电子技术基础34电压、电流等符号的规定电压、电流等符号的规定直流量：直流量： 大写字母+大写下标，如IB交流量：交流量：

12、 小写字母+小写下标，如ib交流量有效值：交流量有效值： 大写字母+小写下标，如Ib瞬时值（直流分量和交流分量之和）：瞬时值（直流分量和交流分量之和）：小写字母+大写下标，如iB， iB= IB+ ib2022-1-14电路与模拟电子技术基础35uBEube叠加量叠加量交流分量交流分量tUBE直流分量直流分量 2022-1-14电路与模拟电子技术基础36 重要：静态工作点的作用重要：静态工作点的作用静态工作点静态工作点Q Q（QuiescentQuiescent）：）：静态时，晶体管的IB、IC、UBE和UCE 记作：IBQ、ICQ、UBEQ和UCEQBBEQBBBQRUUIBQCQIICCQ

13、CCCEQRIUU2022-1-14电路与模拟电子技术基础37 动态时（动态时（ui0） ：ui UBE（ON） 发射结无法正偏发射结无法正偏三极管一直在截止区三极管一直在截止区 uo= UCE = UCC即使即使 u ui i U UBEBE（ONON）， 输出仍然严重失真。输出仍然严重失真。 只有在信号的整个周期内晶体管始终工作在只有在信号的整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。放大状态，输出信号才不会产生失真。为什么要设计静态工作点？为什么要设计静态工作点？2022-1-14电路与模拟电子技术基础38静态工作点的作用：静态工作点的作用： 保证放大电路中的三极管正常工

14、作保证放大电路中的三极管正常工作 ，保证放大电路输出不产生失真。保证放大电路输出不产生失真。放大电路的基本要求：放大电路的基本要求：输出不失真输出不失真输出能够放大输出能够放大 2022-1-14电路与模拟电子技术基础39 晶体管放大电路的放大原理晶体管放大电路的放大原理当ui0iB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=ICQ+ibuCE=UCEQ+uceuo=uce ic uCE ic uCE方向和方向和ic相反相反2022-1-14电路与模拟电子技术基础402022-1-14电路与模拟电子技术基础41结结 论论 设置合适的静态工作点，让交流信号承载在直流分量之上，保证晶体管在输入保证晶体管在输

15、入信号的整个周期内始终工作在放大状态，信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。输出电压波形才不会产生非线性失真。 基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠依靠RC将将电流的变化转化成电压的变化来实现的。电流的变化转化成电压的变化来实现的。2022-1-14电路与模拟电子技术基础42组成放大电路必须组成放大电路必须遵守的原则遵守的原则 设置合适的静态工作点，使三极管偏置设置合适的静态工作点，使三极管偏置于于放大状态放大状态。 输入信号能够作用于的输入回路输入信号能够作用于的输入回路(基极基极-发射极回路发射极回路)。 必须设置合理的信号通路。

16、必须设置合理的信号通路。2022-1-14电路与模拟电子技术基础43 基本放大电路的组成原则基本放大电路的组成原则RCVRBUCCuoC2RLuiC1UCC：直流电源直流电源RB：基极偏置电阻基极偏置电阻RC：集电极偏置电阻集电极偏置电阻RL：负载电阻负载电阻Ui：正弦信号源电压正弦信号源电压及内阻及内阻C1、C2 ：耦合电容耦合电容2022-1-14电路与模拟电子技术基础44 直接耦合直接耦合：电路中信电路中信号源与放大电路，放号源与放大电路，放大电路与负载电阻均大电路与负载电阻均直接直接相连相连。RCVRBUCCuoRLui 直接耦合共射放大电路 阻容耦合阻容耦合：电路中信电路中信号源与放

17、大电路，放号源与放大电路，放大电路与负载电阻均大电路与负载电阻均通过通过电容电容相连。相连。RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 2022-1-14电路与模拟电子技术基础45电容电容C1、C2（一般几微法到几十微法）（一般几微法到几十微法）： 隔离直流隔离直流 通过交流通过交流RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 作用：作用：静态工作点与信静态工作点与信号源内阻和负号源内阻和负载电阻无关，载电阻无关，且不受输入交且不受输入交流信号的影响。流信号的影响。2022-1-14电路与模拟电子技术基础46补：补： 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 直流通路

18、：直流通路：直流电源作用下直流电流流直流电源作用下直流电流流经的道路经的道路 画直流通路的原则画直流通路的原则C C开路开路L L短路短路输入信号为输入信号为0 0（保留内阻）（保留内阻）RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 2022-1-14电路与模拟电子技术基础47RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 RBUCCRC (a)直流通路直流通路直流通路直流通路2022-1-14电路与模拟电子技术基础48 交流通路：交流通路：只考虑交流信号的分电路只考虑交流信号的分电路 画交流通路的原则画交流通路的原则C C短路短路直流电源对地短路直流电源对地短路（恒

19、压源处理）（恒压源处理）RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 交流通路交流通路2022-1-14电路与模拟电子技术基础49RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 RCuousRsRBRLIiIo (b)交流通路交流通路交流通路交流通路2022-1-14电路与模拟电子技术基础50练习：请画出下面电路的直流通路的交流通路。练习：请画出下面电路的直流通路的交流通路。(a) (c)2022-1-14电路与模拟电子技术基础51直流通路直流通路交流通路交流通路2022-1-14电路与模拟电子技术基础52直流通路直流通路交流通路交流通路2022-1-14电路与模拟电

20、子技术基础53 由于交流信号均叠加在静态工作点上，且交流由于交流信号均叠加在静态工作点上，且交流信号幅度很小，因此对工作在放大模式下的电路进信号幅度很小，因此对工作在放大模式下的电路进行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。直流分析法直流分析法分析指标：分析指标：IBQ、ICQ、UCEQ分析方法：分析方法：图解法、估算法图解法、估算法 交流分析法交流分析法分析指标：分析指标：Au 、Ri 、Ro分析方法：分析方法：图解法、微变等效电路法图解法、微变等效电路法 2022-1-14电路与模拟电子技术基础54例例1： 晶体管电路如图晶体管电路如图 (a

21、)所示。若已知晶体所示。若已知晶体管工作在放大状态，试计算晶体管的管工作在放大状态，试计算晶体管的IBQ，ICQ和和UCEQ。(a) 电路电路ICQUCEQRBUBBIBQUCCRCeRBUBE(on)bIBQIBQcICQUCCRCUCE QUBB (b)直流等效电路直流等效电路图图 ：晶体管直流电路分析：晶体管直流电路分析5.3.1 放大电路的静态分析放大电路的静态分析2022-1-14电路与模拟电子技术基础55 解：解： 因为晶体管工作在放大状态。这时用图因为晶体管工作在放大状态。这时用图 (b)的模型代替晶体管，便得到图的模型代替晶体管，便得到图)所示的直流等所示的直流等效电路。由图可

22、知效电路。由图可知)(onBEBBQBBURIUVRIUUmIImRUUICCQCCCEQBQCQBonBEBBBQ63212202. 010002. 02707 . 06)(故有故有VRIUUmIImRUUICCQCCCEQBQCQBonBEBBBQ63212202. 010002. 02707 . 06)(VRIUUmIImRUUICCQCCCEQBQCQBonBEBBBQ63212202. 010002. 02707 . 06)(2022-1-14电路与模拟电子技术基础562 静态工作点的图解分析法静态工作点的图解分析法图解法：图解法：在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它各

23、元件参数的情况下，利用作图的方法对放大电路进行分析。优点：优点：直观、形象直观、形象2022-1-14电路与模拟电子技术基础57静态工作点：静态工作点：IBQ、UBEQ和和ICQ、UCEQ1、 IBQ、UBEQ的求解的求解一般不用图解法确定，一般不用图解法确定，而用估算法。而用估算法。 UBEQ=0.7V（硅管） 或0.3V（锗管） RBUCCRC 共射放大器的直流通路BonBECCBQRUUI)(2022-1-14电路与模拟电子技术基础582、 ICQ、UCEQ的求解的求解输出特性曲线与输出回路方程的交点为静态工作点输出特性曲线与输出回路方程的交点为静态工作点Q。RBUCCRCiBIBQuC

24、E0NQMiCUCEQUCCICQUCCRCCR1:斜率为(a)直流负载线与直流负载线与Q点点直流负载线直流负载线CCCCCERiUu2022-1-14电路与模拟电子技术基础59例例2： 在图在图220(a)电路中，若电路中，若RB=300k, RC=4k,UCC=12V，=40 =40 若若晶体管的输出特性曲线如图晶体管的输出特性曲线如图221(b)所示，试用所示，试用图解法确定直流工作点。图解法确定直流工作点。RBUCCRCIBQICQUCEQ(a)直流通路输出回路满足：输出回路满足：UCC=UCEQ+ICQRCuAKRUUIBonBECCBQ383007 . 012)( 放大器的直流图解

25、分析2022-1-14电路与模拟电子技术基础60 放大器的直流图解分析放大器的直流图解分析(b)Q点与点与RB、RC的关系的关系uCE/V21012012340A30A20A10AiC/mA4684MNQRBQ3Q2Q4RCRBQ1RCRBUCCRCIBQICQUCEQ2022-1-14电路与模拟电子技术基础61BQBCEcIiufi)(总总 结结输出特性曲线，由晶体管的特输出特性曲线，由晶体管的特性决定性决定CCCCCERiUu直流负载线，由外电路特直流负载线，由外电路特性决定性决定静态工作点为下面两条曲线的交点：静态工作点为下面两条曲线的交点：2022-1-14电路与模拟电子技术基础62补

26、充：补充： 晶体管工作状态的判断方法晶体管工作状态的判断方法例例3 电路如下图所示。已知电路如下图所示。已知=50，试求，试求ui分别分别为和时输出电压为和时输出电压uo的值。的值。R3kUCC5VRB39kuiuo 例电路图2022-1-14电路与模拟电子技术基础63解：解：ui=0V第一步：判断晶体管第一步：判断晶体管是否截止是否截止 ui=0V uiUBE(on)e结反偏结反偏又又 ui UCC c结反偏结反偏晶体管处于晶体管处于截止区截止区R3kUCC5VRB39kuiuo 例电路图 此时：此时： IBQ=ICQ=IEQ=，UBEQ= 0，UCEQ=UCC。 2022-1-14电路与模

27、拟电子技术基础64解：解：ui=V第一步：判断晶体管是否截止第一步：判断晶体管是否截止 ui=V uiUBE(on)e结正偏结正偏晶体管不截止晶体管不截止判断结是正偏还是反偏判断结是正偏还是反偏R3kUCC5VRB39kuiuo 例电路图2022-1-14电路与模拟电子技术基础65第二步：判断晶体管处于第二步：判断晶体管处于放大状态还是饱和状态放大状态还是饱和状态方法：假设法方法：假设法设：晶体管处于放大状态设：晶体管处于放大状态则则mAkRUuIBonBEiBQ06. 0397 . 03)(R3kUCC5VRB39kuiuo 例电路图RBRUCCUBE(on)IBQ2022-1-14电路与模

28、拟电子技术基础66R33kUCC5VRB39kuiuo 例电路图mAIIBQCQ306. 050VRIUUCCQCCCEQ4335即：即：UCEQUBE(on)结正偏结正偏与放大区的要求不符与放大区的要求不符晶体管处于晶体管处于饱和区饱和区VUUUCEQonBEBC3 . 3)4(7 . 0)(RBRUCCUBE(on)IBQ2022-1-14电路与模拟电子技术基础67R33kUCC5VRB39kuiuo 例电路图mAkRUUIIConBECCsatCCQ4 . 137 . 05)()(临界临界饱和时，结零偏UBC=UBE(on)UCE(sat)临界=0，即UCE(sat)临界=UBE(on)

29、VUuCEQ3 . 00饱和时硅管UCE=0.3V 锗管UCE=0. 1V2022-1-14电路与模拟电子技术基础68晶体管工作状态的判断步骤晶体管工作状态的判断步骤UBEUBE(on)且且UBEUCE，则晶体管截止，则晶体管截止1、首先判断晶体管是否截止；、首先判断晶体管是否截止；此时：此时：IBQ=ICQ=IEQ=0，若若UBBUBE(on),则发射结正偏，下面关键是判则发射结正偏，下面关键是判断集电结是正偏还是反偏。断集电结是正偏还是反偏。2022-1-14电路与模拟电子技术基础692、判断晶体管是处于、判断晶体管是处于放大放大状态还是状态还是饱和饱和状态：状态：方法：假设法（假设处于放

30、大区，计算方法：假设法（假设处于放大区，计算点参数）。点参数）。)(onBECEQUU若)(onBECEQUU若则晶体管处于放大状态；则晶体管处于放大状态；则晶体管处于饱和状态；则晶体管处于饱和状态；ConBECCsatCCQRUUII)()(临界硅管UCE=0.3V，锗管UCE=0. 1V2022-1-14电路与模拟电子技术基础70补充例题补充例题1电路电路补充例题补充例题1、 晶体管电路如下图所示。已知晶体管电路如下图所示。已知=100，试判断晶体管的工作状态。，试判断晶体管的工作状态。5VRBUBBRERCUCC500K1K2K 12V2022-1-14电路与模拟电子技术基础711.先判

31、断晶体管是否处于截止状态：先判断晶体管是否处于截止状态：CCBBonBEBBUUUU且,)(晶体管不处于晶体管不处于截止状态截止状态；2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：mARRUUIEBOnBEBBBQ2)(1072. 01015007 . 05)1 (mAIIBQCQ72. 01072. 01002VRRIUUECCQCCCEQ10372. 012)()(onBECEQUU晶体管处于放大状态；晶体管处于放大状态；2022-1-14电路与模拟电子技术基础72补充例题补充例题2电路电路补充例题补充例题2 晶体管电路如下图所示。已知晶体管电路如下图

32、所示。已知=100，试判断晶体管的工作状态。，试判断晶体管的工作状态。5VRBUBBRCUCC500K50K2K 12V2022-1-14电路与模拟电子技术基础731.先判断晶体管是否处于截止状态：先判断晶体管是否处于截止状态：CCBBonBEBBUUUU且,)(晶体管不处于晶体管不处于截止状态截止状态；2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态： UBB - UBE(on) =IBQRBmARUUIBOnBEBBBQ2)(106 . 8507 . 052022-1-14电路与模拟电子技术基础740CEQU晶体管不可能处于放大区，而应工作在饱和区；晶体管

33、不可能处于放大区，而应工作在饱和区；mAIIBQCQ6 . 8106 . 81002VRIUUCCQCCCEQ2 . 526 . 8122022-1-14电路与模拟电子技术基础755.3.2 共射放大电路的动态分析共射放大电路的动态分析1 微变等效电路法微变等效电路法所谓放大电路的微变等效电路，就是把非所谓放大电路的微变等效电路，就是把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路，就是把晶体管等效为一个线性个线性电路，就是把晶体管等效为一个线性元件。元件。2022-1-14电路与模拟电子技术基础76晶体管的微变等效电路模型2022-1-14电路与模拟

34、电子技术基础77 1TBEUuSEeIieebebbeberriuriurrbbbbbb)1 (1mAImVrIUQiurEQeEQTEBEe26 室温下2022-1-14电路与模拟电子技术基础78 rbb ：基区体电阻，不能忽略。：基区体电阻，不能忽略。 rbc：很大：很大（几十（几十M），可做开路处理。，可做开路处理。若若rceRL或或UA= ，可忽略，可忽略rce。gmubeucerceuberbebcebrbb 共射低频混合共射低频混合型模型型模型2022-1-14电路与模拟电子技术基础79说明说明只适用小信号交流分析（不能用来求只适用小信号交流分析（不能用来求Q Q点）点）只针对低频

35、只针对低频参数与参数与Q Q有关有关 先求先求Q Q点点 Q Q点变化点变化参数变化参数变化2022-1-14电路与模拟电子技术基础80 等效电路法分析共射放大电路等效电路法分析共射放大电路根据直流通路估算直流工作点根据直流通路估算直流工作点确定放大器交流通路、交流等效电路确定放大器交流通路、交流等效电路计算放大器的各项交流指标计算放大器的各项交流指标2022-1-14电路与模拟电子技术基础81UoUiUsRsRB2C1RECERLUCCRCRB1C2 共射极放大器及其交流等效电路共射极放大器及其交流等效电路(a)电路电路2022-1-14电路与模拟电子技术基础82解：首先根据直流通路以及直流

36、大信号等效电路求解：首先根据直流通路以及直流大信号等效电路求解出放大器的静态工作点。解出放大器的静态工作点。 第二步画放大器的交流通路。然后将通路中的晶体第二步画放大器的交流通路。然后将通路中的晶体管用等效小信号模型代替。管用等效小信号模型代替。分析各性能指标。主要包括以下性能指标：分析各性能指标。主要包括以下性能指标： 求求Q点点 画直流通路画直流通路画交流通路画交流通路画等效通路画等效通路计算交流参数计算交流参数2022-1-14电路与模拟电子技术基础83(b)交流等效电路交流等效电路 共射极放大器及其交流等效电路共射极放大器及其交流等效电路UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbI

37、brceRoIcIobcRB1Us2022-1-14电路与模拟电子技术基础84beLbeLCiouLCbLCcecobebirRrRRUUARRIRRrIUrIU)()()(一、电压放大倍数一、电压放大倍数iouUUA -无量纲参数无量纲参数UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us2022-1-14电路与模拟电子技术基础85关于电压放大倍数关于电压放大倍数Au的讨论的讨论成正比；成正比；无关，而与无关，而与与与CQI . 1CQLLmbeLuImVRRgrRA)(26由于成正比，与LR. 23.输出电压与输入电压输出电压与输入电压。当忽略当忽略rbb时

38、，时，2022-1-14电路与模拟电子技术基础86 二、输入电阻二、输入电阻Ri定义：从放大器输入端看进去的电阻，即：定义：从放大器输入端看进去的电阻，即： iiiIUR UsAuoUiRLRsUiRiRoUoRi表征放大器从信号源获得信号的能力。表征放大器从信号源获得信号的能力。2022-1-14电路与模拟电子技术基础87bebeBBiiirrRRIUR 21ssiiiURRRUUiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us2022-1-14电路与模拟电子技术基础88UsAuoUiRLRsUiRiRoUo三、输出电阻三、输出电阻Ro定义：从放大器输出端看进

39、去的电阻。定义：从放大器输出端看进去的电阻。 根据戴维南定理，可得：根据戴维南定理，可得： LSoooRUIUR且0Ro是一个表征放大器带负载能力的参数。是一个表征放大器带负载能力的参数。2022-1-14电路与模拟电子技术基础89CCceOOORRrIURUiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us2022-1-14电路与模拟电子技术基础90对于对于电压输出电压输出。Ro越小，带负载能力越强，即负越小，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电压基本不变。载变化时放大器输出给负载的电压基本不变。 对于对于电流输出电流输出。Ro越大，带负载能力越强，

40、即负越大，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电流基本不变。载变化时放大器输出给负载的电流基本不变。 UsAuoUiRLRsUiRiRoUo2022-1-14电路与模拟电子技术基础91四、四、 源电压放大倍数源电压放大倍数AusuisiiosisousARRRUUUUUUAuusAA 若若RiRs ,则：则：uusAA UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us2022-1-14电路与模拟电子技术基础92UoUiUsRsRB2C1RERLUCCRCRB1C2 共射极放大器及其交流等效电路共射极放大器及其交流等效电路(a)电路电路 五、带有射极电

41、阻五、带有射极电阻RE时的交流指标时的交流指标CE2022-1-14电路与模拟电子技术基础93 发射极接电阻时的交流等效电路发射极接电阻时的交流等效电路EmLmEbeLiouRgRgRrRUUA 1)1( 时）时）当当beEELurRRRA )1( EbeiRrR)1( Ri=RB1RB2RicUooORIURS 0UsRsUiRb2Rb1RErbeIbRCRLUoIbRi2022-1-14电路与模拟电子技术基础94例：例： 下图电路中，若下图电路中，若RB1=75k，RB2=25k, RC=RL=2k，RE=1k,UCC=12V，晶体管的，晶体管的=80，rbb=100,信号源内阻信号源内阻

42、Rs=0.6k,试求直流工作点试求直流工作点ICQ、UCEQ及及Au，Ri，Ro和和Aus。UoUiUsRsRB2C1RECERLUCCRCRB1C22022-1-14电路与模拟电子技术基础95VRRIUUmARUUIIVURRRUECCQCCCEQEBEQBEQCQCCBBBB1 . 5) 12(3 . 212)(3 . 217 . 03312257525212 解：解： 按估算法计算按估算法计算Q点：点： RB2REUCCRCRB1直流通路直流通路 2022-1-14电路与模拟电子技术基础96UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us kRRRkIr

43、rrRUUALCLCQbbbebeLiou12213 . 2268010026 式中：式中：2022-1-14电路与模拟电子技术基础9750)80(16 . 01211157580118021 uisisousCobeBBiuARRRUUAkRRkrRRRA的阻值代入上式，得的阻值代入上式，得，将将LbeRr UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us2022-1-14电路与模拟电子技术基础98UoUiUsRsRB2C1RE1CERLUCCRCRB1C2RE2例：在上例中，将例：在上例中，将RE变为两个电阻变为两个电阻RE1和和RE2串串联，且联，且RE

44、1=100,RE2=900，而旁通电容，而旁通电容CE接在接在RE2两端，其它条件不变，试求此时的交流指标。两端，其它条件不变，试求此时的交流指标。2022-1-14电路与模拟电子技术基础99UsRsUiRb2Rb1RErbeIbRCRLUoIb1解：解： 由于由于RE=RE1+RE2=1k，所以，所以Q点不变。点不变。对于交流通路，现在射极通过对于交流通路，现在射极通过RE1接地。交流等接地。交流等效电路为：效电路为：2022-1-14电路与模拟电子技术基础1008)8 . 8(66 . 0626 1 . 0811 2575)1(8 . 81 . 0811180)1(1211 uisisou

45、sCoEbeBBiEbeLiouARRRUUAkRRkRrRRRRrRUUA UsRsUiRb2Rb1RErbeIbRCRLUoIb12022-1-14电路与模拟电子技术基础101，RE1的接入，使得的接入，使得Au减小了约减小了约10倍。但倍。但是，由于输入电阻增大，因而是，由于输入电阻增大，因而Aus与与Au的差异明的差异明显减小了。显减小了。2022-1-14电路与模拟电子技术基础1025.3.3 放大电路的动态范围和非线性失真放大电路的动态范围和非线性失真2 交流图解分析法交流图解分析法RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 RCuousRsRBRLIiIo交流通路

46、 RBUCCRC直流通路 2022-1-14电路与模拟电子技术基础103iBIBQtiBIBQuBEuBEtiBmaxiBminQUBEQ(a)输入回路的工作波形输入回路的工作波形RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCCuCEiCiB2022-1-14电路与模拟电子技术基础104iBIBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC iB变化时，在输出特性曲线上瞬时工作点（变化时，在输出特性曲线上瞬时工作点（uCE和和iC）移动的轨迹称为）移动的轨迹称为交流负载线交流负载线。 RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCCuCEiCiB2022-1-14电路与模拟电子

47、技术基础105，其中，其中RL=RC/RL RCUoUiRBRLibicuceRL因此：因此：-交流负载方程交流负载方程 交流量瞬时值直流量LcecRui)(1CEQCELCQCUuRIi2022-1-14电路与模拟电子技术基础106uCE-UCEQ= -(iC-ICQ)RL 特点特点:RCUoUiRBRLibicuceRL2022-1-14电路与模拟电子技术基础107 放大器的交流图解分析放大器的交流图解分析(b)输出回路的输出回路的工作波形工作波形QiCiBmaxiBminiCICQtuCEtuCEUCCUCEQICQUCCRCQ1Q2IBQICQRLA交流负载线交流负载线 kRL1交流负

48、载线：交流负载线：uCE= UCEQ-(iC-ICQ)RL2022-1-14电路与模拟电子技术基础108tuituBEUBEQiBtIBQiCtICQuCEtUCEQuo000000t 共射极放大器的电压、电流波形共射极放大器的电压、电流波形叠加交流信号后，叠加交流信号后，晶体管各极电流方向、晶体管各极电流方向、极间电压极性与静态时极间电压极性与静态时相同。相同。放大器的输出与放大器的输出与输入信号是反相（或称输入信号是反相（或称倒相）的。倒相）的。结论：结论：2022-1-14电路与模拟电子技术基础109直流量保证了交直流量保证了交流量的不失真。流量的不失真。tuituBEUBEQiBtIB

49、QiCtICQuCEtUCEQuo000000t 共射极放大器的电压、电流波形共射极放大器的电压、电流波形RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCCuCEiCiB2022-1-14电路与模拟电子技术基础1102022-1-14电路与模拟电子技术基础1112022-1-14电路与模拟电子技术基础1125.3.3 放大电路的动态范围和非线性失真放大电路的动态范围和非线性失真2022-1-14电路与模拟电子技术基础113Q交流负载线交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真截止失真Q点过低点过低动态工作点进入截止区，出现截止失真。动态工作点进入截止区，出现截止失真。对对N

50、PN管的共射极放大器，发生截止失真时，其输出管的共射极放大器，发生截止失真时，其输出电压出现电压出现“胖顶胖顶”的现象（顶部限幅），的现象（顶部限幅）， ICQRLUCEQ2022-1-14电路与模拟电子技术基础114 Q点不合适产生的点不合适产生的非线性失真非线性失真(b)饱和失真饱和失真Q交流负载线交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0Q点过高点过高动态工作点进入饱和区，出现饱和失真。动态工作点进入饱和区，出现饱和失真。对对NPN管的共射极放大器，发生饱和失真时，其输出管的共射极放大器，发生饱和失真时，其输出电压出现电压出现“削底削底”现象（底部限幅）现象（底部限幅） UCEQUCE

51、S2022-1-14电路与模拟电子技术基础115Q交流负载线交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真截止失真LCQomRIU1受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为为ICQRLUCEQ2022-1-14电路与模拟电子技术基础116 Q点不合适产生的非线性点不合适产生的非线性失真失真(b)饱和失真饱和失真Q交流负载线交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0CESCEQomUUU2因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为UCEQUCES2022-1-14电路与模拟电子技术基础117

52、LCQomRIUCESCEQomUUU Uopp=2Uom 放大器输出动态范围：放大器输出动态范围：受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为其中较小的即为放大器最大不失真输出电压其中较小的即为放大器最大不失真输出电压的幅度，而输出动态范围的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍，则为该幅度的两倍，即即2022-1-14电路与模拟电子技术基础118 例：UCC=12V，RC=2k， RL=2k ，RB=360k，=60求：UP-P=？静态工作点，放大倍数，

53、输入输出电阻 解题思路：第一步：求出ICQ 比较Uom1=ICQRL和Uom2=UCEQ- UCES临界大小 UCES临界=-0.5VRCVRB-UCCuoC2RLuiC12022-1-14电路与模拟电子技术基础119比较Uom1和Uom2大小第二步：若Uom1 Uom2，Uopp=2 Uom1 若Uom2 Uom1，Uopp=2 Uom2 结论：结论：动态范围决定于动态范围决定于Uom1、 Uom2 中的小者。中的小者。当当Uom1 = Uom2时，动态范围最大。时，动态范围最大。（Q点在有效交流负载线中央）点在有效交流负载线中央）2022-1-14电路与模拟电子技术基础120RCVRB-U

54、CCuoC2RLuiC10.3120.30.0325()3601.95()8.1( )CCBQbCQBQCEQCCCQCUImARIImAUUIRV 2022-1-14电路与模拟电子技术基础121UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us26300(1 60)1.11.95()54.91.12beObCLib beibbeOLrkUIRRAUI rRRrkRRk min,|23.9( )OMAXCQLCEQCESOPPOMAXUIRUUUUV2022-1-14电路与模拟电子技术基础1225.4 晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法 5.4.1

55、 静态工作点稳定的共射级放大电路 偏流：偏流：当电源电压和集电极电阻确定后，放大电路的Q点由基极电流IB来确定，这个电流叫偏流。 偏置电路：偏置电路：获得偏流的电路 特点：特点：电路结构简单，调试方便电路结构简单，调试方便 偏置下的工作点在环境温度变化或更换管子时，偏置下的工作点在环境温度变化或更换管子时，应力求保持稳定，应始终保持在放大区。应力求保持稳定，应始终保持在放大区。 对信号的传输损耗应尽可能小。对信号的传输损耗应尽可能小。2022-1-14电路与模拟电子技术基础123一、固定偏流电路一、固定偏流电路单电源供电。单电源供电。UEE=0，UBB由由UCC提供提供 只要合理选择只要合理选

56、择RB，RC的阻值，晶体管将处于的阻值，晶体管将处于放大状态。放大状态。 固定偏流电路2022-1-14电路与模拟电子技术基础124 固定偏流电路固定偏流电路缺点：工作点稳定性差。（缺点：工作点稳定性差。（IBQ固定，当固定，当、ICBO等变化等变化ICQ、UCEQ的变化的变化工作点产生较大工作点产生较大的漂移的漂移使管子进入饱和或截止区）使管子进入饱和或截止区） BCCBonBECCBQRURUUI)(,IIBQCQCCQCCCEQRIUU优点：电路结构简单。优点：电路结构简单。2022-1-14电路与模拟电子技术基础1251 1、分压式电流负反馈偏置电路的分析、分压式电流负反馈偏置电路的分

57、析二、分压式直流电流负反馈偏置电路二、分压式直流电流负反馈偏置电路（a）固定偏流电路）固定偏流电路（b）直流负反）直流负反馈偏置电路馈偏置电路（c）分压式直流电）分压式直流电流负反馈偏置电路流负反馈偏置电路 分压式直流电流负反馈偏置电路2022-1-14电路与模拟电子技术基础126（a）固定偏流电路）固定偏流电路（b）直流负反）直流负反馈偏置电路馈偏置电路负反馈机制的作用：负反馈机制的作用：克服克服Q点的漂移现点的漂移现象，保证象，保证Q点的稳点的稳定。定。TICUBEUE（ UE= UB Q UBE，且，且UBQ基本不变基本不变 ）IB（扩散运动（扩散运动 ）IC( IC =IB)2022-

58、1-14电路与模拟电子技术基础127（b）直流负反）直流负反馈偏置电路馈偏置电路（c）分压式直流电）分压式直流电流负反馈偏置电路流负反馈偏置电路RB1：上偏置电阻：上偏置电阻RB2：下偏置电阻：下偏置电阻为了保证极电压为了保证极电压的稳定的稳定21IIIBQ若若IBQI1、 I2 ， I1 I2CCBBBBURRRU2122022-1-14电路与模拟电子技术基础128计算静态工作点计算静态工作点Q Q：前提IBQrrbebe2022-1-14电路与模拟电子技术基础188rbebrbbRsUsrceRCRLUo.beRLCbcCbecUbegm.（b）高频等效电路）高频等效电路ebuebebeb

59、uebcbceebcbcbCCjAUCjUAUCjUUCjUIcb1)1 (111ebceuUUA2022-1-14电路与模拟电子技术基础189密勒等效密勒等效和单向化等效电路和单向化等效电路单向化：单向化：将将Cbc等效在输入回路和输出回路等效在输入回路和输出回路设设Cbc折合到折合到b-e间的电容为间的电容为CM设设Cbc折合到折合到c-e间的电容为间的电容为CM保证保证CM上流过的电流仍为上流过的电流仍为 ，但它的端电压为但它的端电压为 cbCIebU保证保证CM上流过的电流仍为上流过的电流仍为 ，但它的端电压为但它的端电压为 ceUcbCI2022-1-14电路与模拟电子技术基础190

60、rbbRsUs.rbe Cbe CMbCMRLUo.beUbe gm.c(a)(a)单向化模型单向化模型)1 (11)1 (1uebebuebebCebMACjCjAUUIUCjcb2022-1-14电路与模拟电子技术基础191rbbRsUs.rbe Cbe CMbCMRLUo.beUbe gm.c(a)(a)单向化模型单向化模型LmebLebmeboebceuRgURUgUUUUA)1 ()1 (LmcbucbMRgCACC密勒倍增效应密勒倍增效应2022-1-14电路与模拟电子技术基础192rbbRsUs.rbe Cbe CMbCMRLUo.beUbe gm.c(a)(a)单向化模型单向化

61、模型cbcbuuMCCAAC1)1 (1)1 (1uebuebuebebuCceMACjACjAUUAIUCjcb同理：同理：2022-1-14电路与模拟电子技术基础193rbbRsUs.rbe Cbe CMbCMRLUo.beUbe gm.c(a)(a)单向化模型单向化模型cbcbuuMCCAAC1)1 ()1 (LmcbucbMRgCACC很大，不可忽略很大，不可忽略很小，可忽略很小，可忽略2022-1-14电路与模拟电子技术基础194rbbRsUs.rbe Cbe CMbCMRLUo.beUbe gm.ccbLmebMebiCRgCCCC )1()(bbSebsrRrR 用代维南等效进一

62、步简化电路：用代维南等效进一步简化电路： sbesebsebbbsebsUrRrUrrRrUsRiC2022-1-14电路与模拟电子技术基础195cbLmebMebiCRgCCCC )1( sbesebsebbbsebsUrRrUrrRrU)(bbSebsrRrR (b)进一步的简进一步的简化等效电路化等效电路 用代维南等效进一步简化电路：用代维南等效进一步简化电路：图图4.9 密勒等效密勒等效后的等效电路后的等效电路 UbegmRLUo.Us.RsCiUbe.2022-1-14电路与模拟电子技术基础1962、高频电压放大倍数及上限频率、高频电压放大倍数及上限频率UbegmRLUo.Us.Rs

63、CiUbe.(b)(b)进一步的简化等效电路进一步的简化等效电路 sisiLmebLmoUCjRCjRgURgU 11sisbesebLmUCRjrRrRg 11)(HuIsisbesebLmsssosousjACRjrRrRgUUUUUUjA111)()(2022-1-14电路与模拟电子技术基础197HuIsisbesebLmusjACRjrRrRgjA111)()(besLobesebLmuIsrRRrRrRgAisHHCRf 12 2)(1)(HuIsusffAjA)arctan(180)(Hoffj 2022-1-14电路与模拟电子技术基础198|Au(j )|0.707|AuIs|A

64、uIs|HH004590( j )|Au(j )|H0045900.01H0.1H10H402020 dB/10 倍频程倍频程(a)(b)(c)(d)(H)45 (a)幅频特性；幅频特性；(b)相频特性；相频特性； (c)幅频特性波特图；幅频特性波特图； (d)相频特性波特图相频特性波特图 共射放大电路的高频响应共射放大电路的高频响应2022-1-14电路与模拟电子技术基础1992022-1-14电路与模拟电子技术基础200二、共射放大电路的低频响应二、共射放大电路的低频响应 1、共射放大电路的低频等效电路、共射放大电路的低频等效电路 共射电路及其低频小信号模型共射电路及其低频小信号模型（a）

65、电路）电路(a)Us.RsC1RBRECEC2RCRLUCCUo.2022-1-14电路与模拟电子技术基础201 共射电路及其低频小信号模型共射电路及其低频小信号模型（b）低频等效电路）低频等效电路Us.RsC1rbbRCbRECEC2RLUo.(b)berbe.UbegmRB2022-1-14电路与模拟电子技术基础202 共射电路及其低频小信号模型共射电路及其低频小信号模型（c）简化低频等效电路）简化低频等效电路(忽略忽略RB)RsC1rbbRCbCE/(1)C2RLUo.(c)Us.(1)REUbegm.rbee2022-1-14电路与模拟电子技术基础2032、C1、E对低频特性的影响对低

66、频特性的影响sbesebebUCjrRrU 1EECCCCC 11)1( LebmoRUgU （c）简化低频等效电路）简化低频等效电路RsC1rbbRCbCE/(1 )C2RLUo.(c)Us.(1 )REUbegm.rbee2022-1-14电路与模拟电子技术基础204CrRjrRrRgUUjAbesbesebLmsous)(111)( 中频区源增益）中频区源增益）(besebLmuIsrRrRgA 低频增益模值）低频增益模值）（()(1)21 LuIsuIsAjA 1211arctan180)(11LoLuIsLuIsAjA 低频增益相角）低频增益相角）(arctan180)(1 Loj 下限角频率）下限角频率）()(11CrRbesL 2022-1-14电路与模拟电子技术基础205|Au(j)|0.707|AuIs|AuIs|450L450L90(a)(b)(j C1及及CE引入的低频响应引入的低频响应 2022-1-14电路与模拟电子技术基础206 3、C2对低频响应的影响对低频响应的影响C2RCRLgmRCUbe.Uo. C2对低频响应影响的等效电路对低频响应影响的等效电路R