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半导体三极管及放大电路基础


重点难点
重点:两种基本放大电路(CE、CC)的分析方法及各自特点。 难点:1.三极管载流子的传输规律;
2.静态工作点与波形失真; 3.多级放大电路的分析。

3.1 半导体三极管(BJT)

3.2 共射极放大电路
3.3 图解分析法 3.4 小信号模型分析法 3.5 放大电路的工作点稳定问题 3.6 共集电极电路和共基极电路

3.1 半导体三极管(BJT)

3.1.1 BJT的结构简介

3.1.2 BJT的电流分配与放大原理 3.1.3 BJT的特性曲线 3.1.4 BJT的主要参数

3.1.1 BJT的结构简介
半导体三极管的结构示意图如图03.1.01所示。它有 集电极,用C或c 发射极,用E或e 两种类型:NPN型和PNP型。 表示(Collector)。 集电区 发射区 表示(Emitter);

基区 发射结(Je) 集电结(Jc) 基极,用B或b表示(Base)
两种类型的三极管

三极管符号

结构特点:

? 发射区的掺杂浓度最高; ? 集电区掺杂浓度低于发射区,且面积大; ? 基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且 掺杂浓度最低。

管芯结构剖面图

以上看出,三极管内有两种载流子 (自由电子和空穴)参与导电,故称为双 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下,通 过载流子传输体现出来的。 (Bipolar Junction 极型三极管。或BJT 外部条件:发射结正偏,集电结反偏。 Transistor)。
1. 内部载流子的传输过程
发射区:发射载流子 基区:传送和控制载流子 集电区:收集载流子 (以NPN为例) IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO
载流子的传输过程

3.1.2 BJT的电流分配与放大原理

工作原理
载流子的传输规律 1. 发射区向基区扩散空穴,形成发射极电流 2. 空穴在基区扩散和复合,形成了基区复合电流IB’ 3. 集电极收集从发射区扩散到基区的空穴,形成了电流INC 同时由于集电结反偏,少子在电场的作用下形成了漂移电流 ICBO,影响IB和IC P N P 可得电流之间的分配关系 e c INC IB = IB’-ICBO IE IC

IC = INC+ICBO
IE = IB+IC 共基极电路 b

IB’

ICBO

IB

2. 电流分配关系
根据传输过程可知 IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO

传输到集电极的电流 设 ?? 发射极注入电流

I nC 即 ?? IE
通常 IC >> ICBO

IC 则有 ? ? IE
? 为电流放大系数,
它只与管子的结构尺寸和 掺杂浓度有关,与外加电 压无关。一般 ? = 0.9?0.99
载流子的传输过程

2. 电流分配关系 ? 又设 ? ? 1??
根据 IE=IB+ IC 且令

IC= InC+ ICBO

I nC ?? IE

ICEO= (1+ ? ) ICBO (穿透电流)

I C ? I CEO 则 ?? ? IB

IC 当 I C ?? I CEO 时 ,? ? ? IB

? 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。 一般 ? >> 1

3. 三极管的三种组态

IE=(1+β )IB

BJT的三种组态

共发射极接法,发射极作为公共电极,用CE表示; 共基极接法,基极作为公共电极,用CB表示。 共集电极接法,集电极作为公共电极,用CC表示;

4. 放大作用
IE +?iE e c IC +?iC + ?vO VEE VCC 图 03.1.05 共基极放大电路 RL 1k?

VEB +?vEB + ?vI -

b
IB +?iB

若 ?vI = 20mV 使 ?iE = -1 mA,

当 ? = 0.98 时,

则 ?iC = ? ?iE = -0.98 mA, ?vO = -?iC? RL = 0.98 V, 电压放大倍数
AV ? ?vO 0.98V ? ? 49 ?vI 20mV

4. 放大作用
若 ?vI = 20mV 使 ?iB = 20 uA 设 ? = 0.98
+
?vI VBB IE +?iE IB +?iB

IC +?iC b + VBE +?vBE e c RL 1k?

+
?vO VCC

则 ? i C ? ? ? ?i B

? ????? ? ? ?i B 1?? ????? ? 0.98mA
?vO = -?iC? RL = -0.98 V, 电压放大倍数

共射极放大电路 图 03.1.06 共射极放大电路

?vO ? 0.98V AV ? ? ? ?49 ?vI 20mV

3.1.2 BJT的电流分配与放大原理

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 达集电极而实现的。 实现这一传输过程的两个条件是:

(1)内部条件:发射区杂质浓度远大于基区

杂质浓度,且基区很薄。
(2)外部条件:发射结正向偏置,集电结反

向偏置。

3.1.3 BJT的特性曲线
(以共射极放大电路为例) 1. 输入特性曲线 iB=f(vBE)? vCE=const

(1) 当vCE=0V时,相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当vCE≥1V时, vCB= vCE - vBE>0,集电结已进入反偏状态,开始收 集电子,基区复合减少,同样的vBE下 IB减小,特性曲线右移。 iC

vCE = 0V vCE ? 1V

iB

vBE - e VBB
共射极放大电路

b +

c+

vCE
VCC

3.1.3 BJT的特性曲线

1. 输入特性曲线
(3) 输入特性曲线的三个部分 ①死区 ②非线性区 ③线性区

3.1.3 BJT的特性曲线

2. 输出特性曲线 iC=f(vCE)? iB=const
输出特性曲线的三个区域: 饱和区:iC明显受vCE控 截止区:iC接近零的 制的区域,该区域内, 区域,相当i平行于v 放大区:iCB=0的曲CE 一般vCE<0.7V(硅管)。 轴的 线的下方。此时, 区域,曲线基本平行等距。 此时,发射结正偏,集 vBE小于死区电压。 此时,发射结正偏,集电 电结正偏或反偏电压很 结反偏。 小。

3.1.4 BJT的主要参数

1. 电流放大系数 (1)共发射极直流电流放大系数 ? ? =(IC-ICEO)/IB≈IC / IB ? vCE=const

3.1.4 BJT的主要参数

1. 电流放大系数 (2) 共发射极交流电流放大系数? ? =?IC/?IB?vCE=const

3.1.4 BJT的主要参数

2. 极间反向电流
(1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时,集电结的反向饱和电流。 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=(1+ ? )ICBO
ICBO
c b e
b c
uA 即输出特性曲 + 线IB=0那条曲线所 对应的Y坐标的数 值。 ICEO也称为集 电极发射极间穿透 电流。

ICEO

uA +

VCC e Ie =0
ICEO

VCC

3.1.4 BJT的主要参数

3. 极限参数
(1) 集电极最大允许电流ICM

(2) 集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE

3.1.4 BJT的主要参数

3. 极限参数
(3) 反向击穿电压 ? V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反 向击穿电压。 ? V(BR) EBO——集电极开路时发射结的反 向击穿电压。 ? V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。 几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBO>V(BR)CEO>V(BR) EBO

(思考题)

由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以 确定过损耗区、过电流区和击穿区。

输出特性曲线上的过损耗区和击穿区

3.1 BJT

1. 既然BJT具有两个PN结,可否用两个二极管相 联以构成一只BJT,试说明其理由。

2. 能否将BJT的e、c两个电极交换使用,为什么?
3. BJT是电流控制器件,还是电压控制器件? 4. 放大电路输出端增加的能量是从哪里来的?

end

小 结
? 晶体三极管是电流控制元件,通过控制基极电流或射极电
流可以控制集电极电流。 要使三极管正常工作并有放大作用,管子的发射结必须正 向偏置,集电结必须反向偏置。 三极管的特性可用输入和输出特性曲线来表示,也可用特 性参数来表示。主要的特性参数有:电流放大系数?、?,极 间反向电流Icbo、Iceo,极限参数ICM、PCM和BUCEO。 ? 放大电路的构成:①有源器件,如晶体管。②要保证有源

器件能正常工作,既要有合适的静态工作点,又要使变化的
信号能输入、放大、输出并基本不失真。

习题:
?

3.1.1

3.1.3

3.2.1

3.2 共射极放大电路

? 电路组成 ? 简化电路及习惯画法 ? 简单工作原理 ? 放大电路的静态和动态 ? 直流通路和交流通路

3.2 共射极放大电路
1. 电路组成

输入回路(基极回路)

输出回路(集电极回路)

3.2 共 射极放 大电路

2. 简化电路及习惯画法

共射极基本放大电路

习惯画法

3.2 共 射极放 大电路

3. 简单工作原理

Vi=0
电容的阻抗:设Cb1=10uF,f=1kHz。
Z Cb1 ?

Vi=Vsin?t

1 1 1 ? ? ? 16? 3 ?6 j?Cb1 2?fC b1 2? ? 10 ? 10? 10

3.2 共 射极放 大电路

4. 放大电路的静态和动态
静态:输入信号为零(vi= 0 或 ii= 0)时,

放大电路的工作状态,也称直流工作状态。 动态:输入信号不为零时,放大电路的工作 状态,也称交流工作状态。

电路处于静态时,三极管各电极的电压、电
流在特性曲线上确定为一点,称为静态工作点,

常称为Q点。一般用IB、 IC、和VCE (或IBQ、ICQ、
和VCEQ )表示。 # 放大电路为什么要建立正确的静态?

3.2 共 射极放 大电路

工作点合适

工作点偏低

3.2 共 射极放 大电路

5. 直流通路和交流通路
直流通路

(思考题)

共射极放大电路

va
va
?

vb
VE

? 直流电源:内阻为零

? 耦合电容:通交流、隔直 流 ? 直流电源和耦合电容对 交流相当于短路

?t

vb
VE ?

?t

交流通路 end

3.2

1. 下列a~f电路哪些具有放大作用?
-VCC -VCC
Cb

+VCC
Cb1 Cb1 Cb1 Rc Rc Rc C Rb b2 Cb2
TC T b2 T

Rb Cb1 Cb1 b R
VBB
T

Rc
T

Rc
Rc Cb2

T

Cb2

VCC VCC

Rb VBB

(c) (a) (e)

(d) (b) (f) end

3.3 图解分析法

3.3.1 静态工作情况分析
? 用近似估算法求静态工作点 ? 用图解分析法确定静态工作点

3.3.2 动态工作情况分析
? 交流通路及交流负载线 ? 输入交流信号时的图解分析 ? BJT的三个工作区

3.3.1 静态工作情况分析
1. 用近似估算法求静态工作点 采用该方法,必须已知三极管的? 值。 根据直流通路可知:

VCC ? VBE IB ? Rb

+
-

IC ? β IB

VCE ? VCC ? I C Rc

直流通路 共射极放大电路

一般硅管VBE=0.7V,锗管VBE=0.2V。

3.3 图解 分析法

3.3.1 静态工作情况分析

2. 用图解分析法确定静态工作点 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。

IB + VBE 共射极放大电路

IC + VCE -

直流通路

? 首先,画出直流通路

? 列输入回路方程:

iC VCC Rc 1 斜率 IB + Rc

VBE =VCC-IBRb

? 列输出回路方程(直流负载线):
VCE=VCC-ICRc
VCEQ

ICQ

Q

IBQ

VBE -

IC + VCE -

VCC

vCE 直流通路

? 在输入特性曲线上,作出直线 VBE =VCC-IBRb,两 线的交点即是Q点,得到IBQ。 ? 在输出特性曲线上,作出直流负载线 VCE=VCC-ICRc, 与IBQ曲线的交点即为Q点,从而得到VCEQ 和ICQ。

3.3 图解 分析法

3.3.2 动态工作情况分析
iC 斜率 VCC Rc 斜率 ICQ Q IBQ 1 Rc 1 Rc// RL

1. 交流通路及交流负载线
由交流通路得纯交流负载线:

vce= -ic? (Rc //RL) R'L= RL∥Rc, 是 因为交流负载线必过Q点,

交流负载电阻。 即 vCE = vce + VCEQ
ic= iC - ICQ 交流负载线是 同时,令R?L = Rc//RL

共射极放大电路

VCEQ

VCC

vCE

有交流输入信号时 则交流负载线为
Q点的运动轨迹。 vCE = VCEQ -(iC - ICQ )? R?L
令 iC =0

ic 由vCE的值过输出特性曲 + 线上的Q点做 ? 直线,该 vce 直线即为交流负载线。
交流通路

得: vCE = VCEQ+ ICQR ?L

3.3 图解 分析法

2.

通过图解分析,可得如下结论: 3.3.2 动态工作情况分析 | ? 1. vi?? vBE?? iB?? iC?? vCE?? |-vo 2. vo与vi相位相反; 输入交流信号时的图解分析 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数; 4. 可以确定最大不失真输出幅度。
iB /uA
iC /mA iC /mA
60 40 20

交流负载线

iB /uA Q` Q IBQ Q`` vBE/V

Q` Q ICQ t

60uA 40uA

Q`` 20uA vC E/V vC E/V

t

BE 共射极放大电路

v /V

VBEQ t

VC EQ t

3.3 图解 分析法

3.3.2 动态工作情况分析
iC /mA 饱和区
200uA 160uA Q1

3. BJT的三个工作区

放大区 Q

120uA 80uA

iB =40uA Q2 0 vCE/V

截止区

饱和区特点: iC不再随iB的增加而线性增加,即 iC ? ? ? iB vCE= VCES ,典型值为0.3V

此时 ? ? iB ? iC

截止区特点:iB=0, iC= ICEO
当工作点进入饱和区或截止区时,将产生非线性失真。

例题

放大电路如图所示。已知BJT的 ? =80, Rb=300k, Rc=2k, VCC= +12V, 求: (1)放大电路的Q点。此时BJT

工作在哪个区域?

(2)当Rb=100k时,放大电路的Q点。此 时BJT工作在哪个区域?(忽略BJT的饱 和压降)
解:(1)
IB ? VCC ? VBE 12V ? ? 40uA Rb 300k

共射极放大电路
I C ? ? ? I B ? 80 ? 40uA ? 3.2mA

VCE ? VCC ? Rc ? I C ? 12V - 2k ? 3.2mA ? 5.6V

静态工作点为Q(40uA,3.2mA,5.6V),BJT工作在放大区。 V 12V I B ? CC ? ? 120uA I C ? ? ? I B ? 80 ? 120uA ? 9.6mA (2)当Rb=100k时, Rb 100k
VCE ? VCC ? Rc ? I C ? 12V - 2k ? 9.6mA ? ?7.2V

其最小值也只能为0,即IC的最大电流为:

VCE不可能为负值, V ? VCES 12V I CM ? CC ? ? 6mA Rc 2k 所以BJT工作在饱和区。

此时,Q(120uA,6mA,0V), 由于 ? ? I B ? I CM

练习、已知共射极放大电路的Vcc=12V,Rb=600kΩ,Rc=3kΩ, RL=3kΩ,晶体管的输出特性如下图所示。 1.用图解法求解静态工作点(设UBE=0.7V); 2.如ib=10sinωt(μA),利用晶体管输出特性画出ic和uce的 波形图,并求出输出电压的峰值Uom;(画出交流负载线) 3.问用此电路能否得到Uo=1.5V(有效值)的不失真输出 电压,为什么?

电路参数对工作点的影响

1. 试分析下列问题:
(1)增大Rc时,负载线将如 何变化?Q点怎样变化? (2)增大Rb时,负载线将如 何变化?Q点怎样变化? (3)减小VCC时,负载线将 如何变化?Q点怎样变化? (4)减小RL时,负载线将如 何变化?Q点怎样变化?
iC VCC Rc VCC VCC Rc R
c

共射极放大电路

ICQ ICQ ICQ

Q

Q Q Q

Q

IBQ IIBQ BQ

斜率 - 1 Rc c

VCEQ

VCC VCEQVCEQVCEQ

VCC

vCE CE

3.3

2. 放大电路如图所示。当测得 BJT的VCE 接近VCC的值时,问 管子处于什么工作状态?可能 的故障原因有哪些?

共射极放大电路

答: 截止状态
故障原因可能有:

? Rb支路可能开路,IB=0, IC=0, VCE= VCC - IC Rc= VCC 。
? C1可能短路, VBE=0, IB=0, IC=0, VCE= VCC - IC Rc= VCC 。

作业:
? ?

P142 P143

3.3.4 3.3.7

3.3.6

end

3.4 小信号模型分析法 3.4.1 BJT的小信号建模 (意义、思路)

? ? ? ?

H参数的引出 H参数小信号模型 模型的简化 H参数的确定

3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析

? 利用直流通路求Q点 ? 画小信号等效电路 ? 求放大电路动态指标

3.4.1 BJT的小信号建模
建立小信号模型的意义
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,就是将非线性器件做 线性化处理,从而简化放大电路的分析和设计。

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 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 电路来处理。

3.4.1 BJT 的小信号 建模

1. H参数的引出
iB vBE b

c

iC

对于BJT双口网络,我们 已经知道输入输出特性曲线 如下: i =f(v )? v =const
B BE
CE

vCE

e
BJT双口网络

iC=f(vCE)? iB=const 可以写成:
vBE ? f ( iB , vCE )

iC ? f ( iB , vCE )

在小信号情况下,对上两式取全微分得
dvBE ? diC ? ?vBE ?iB
VCE

? diB ?

?vBE ?vCE

IB

? dvCE

?i C ?i B

VCE

? diB ?

?i C ?vCE

IB

? dvCE

用小信号交流分量表示 vbe= hieib+ hrevce

ic= hfeib+ hoevce

3.4.1 BJT 的小信号 建模

1. H参数的引出

vbe= hieib+ hrevce
ic= hfeib+ hoevce

其中:
?vBE h ie ? ?iB
VCE

输出端交流短路时的输入电阻;(单位:Ω ) 输出端交流短路时的正向电流传输比或电 流放大系数;
输入端交流开路时的反向电压传输比;

?iC h fe ? ?iB

VCE

?vBE h re ? ?vCE ?iC h oe ? ?vCE

IB

IB

输入端交流开路时的输出电导。(单位:S)

四个参数量纲各不相同,故称为混合参数(H参数)。

3.4.1 BJT 的小信号 建模

2. H参数小信号模型
iB b

c

iC

vbe= hieib+ hrevce 根据 ? H参数都是小信号参数,即微变参数或交流参数。 vBE ic= hfeib+ hoevce ? H参数与工作点有关,在放大区基本不变。 e

vCE

? H参数都是微变参数,所以只适合对交流信号的分析。 BJT双口网络 可得小信号模型

BJT的H参数模型

3.4.1 BJT 的小信号 建模

3. 模型的简化 ib hie ic

? ? i一般采用习惯符号 b 是受控源 ,且为电流 即 rbe= hie ? = hfe 控制电流源(CCCS)。 uT = hre rce= 1/hoe ? 电流方向与ib的方向是关联 的。 则BJT的H参数模型为 ? uT很小,一般为10-3?10-4 , ? rce很大,约为100k?。故一

vbe hrevce

hfeib

hoe

vce

ib rbe vbe uT vce

ic

般可忽略它们的影响,得到
简化电路

? ib

rce vce

3.4.1 BJT 的小信号 建模

4. H参数的确定

? ? 一般用测试仪测出; ? rbe 与Q点有关,可用图

示仪测出。
一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ ? ) re 其中对于低频小功率管 而 rb≈200?
(T=300K)

VT (mV) 26(mV) re ? ? I EQ (mA) I EQ (mA)



26( mV ) rbe ? 200? ? (1 ? ? ) I EQ ( mA )

3.4.2 用H参数小信号模型分析共 射极基本放大电路
1. 利用直流通路求Q点

VCC ? VBE IB ? Rb IC ? β ? IB
VCE ? VCC ? I C Rc
共射极放大电路

一般硅管VBE=0.7V,锗管VBE=0.2V,? 已知。

3.4.2 小 信号模型 分析

2. 画出小信号等效电路
ic + vce 交流通路

共射极放大电路

? Ib
v? Vi i Rb

? Ic ? I b Rc
? RL VO

H参数小信号等效电路

3.4.2 小 信号模型 分析

3. 求电压增益

? Ib
v? Vi i Rb

? Ic ? I b Rc
? RL VO

根据

? ? Vi ? I b ? rbe

? ? Ic ? ? ? Ib

? ? VO ? ? Ic ? ( Rc // RL )
则电压增益为
? ? VO ? I c ? ( Rc // RL ) ? AV ? ? ? ? Vi I b ? rbe ? ? ? ? I b ? ( Rc // RL ) ? ? ( Rc // RL ) ???? ? ?? ? ?r I r
b be be

(可作为公式)

3.4.2 小 信号模型 分析

4. 求输入电阻
? Ii

? Ib
Rb Ri

? Ic ? I b Rc
? Vi Ri ? ? Rb // rbe ? Ii
? RL VO

? Vi

5. 求输出电阻
? 令 Vi ? 0
所以 Ro = Rc

? Ib ? 0

? ? ? Ib ? 0

例题
1. 电路如图所示。试画出 其小信号等效模型电路。 解:
vi Rb1 Cb1 + + Rb2 b

-VCC Rc c e Re Cb2 + RL +

vo

Rb1

? Ii
+

? Ib
b rbe Rb2 c + Rc RL Re

? Vi
-

? ?I b
e

? Vo
-

例题
? ? Vo ? ? Vo ? 2. 放大电路如图所示。试求:(1)Q点;(2) AV ? 、 AVS ? V 、 ? Vi s Ri 、Ro 。 已知?=50。
(1) 解:
s VCC ? VBE VCC 12V IB ? ?+ ? ? 40uA 放大电路 + Rb Rb 300k?

R

I C Vs β I B ? 50 ?Vi uA ?i 2mA ? 40
VCE ? VCC ? I C Rc ? 12 ? 2mA ? 4k? ? 4V 26( mV) (2) rbe ? 200? ? (1 ? ? ) I E ( mA )
– –

R

26( mV ) ? 200? ? (1 ? ? ) I C ( mA ) ? 863? ? ? ? Vo ? ? ? ? ( Rc // RL ) ? ?115.87 AV ? V r
i be

Ro ? Rc ? 4k ? ? ? ? ? Vo ? Vi ? Vo ? Ri ? A ? AVS V ? ? ? Vs Vs Vi Ri ? Rs
863 ? ( ?115.87) 863? 500 ? ?73.36 ?

Ri ? Rb // rbe ? rbe ? 863?

作业:
?

P143

3.4.1

3.4.2 3.4.4

end

3.5 放大电路的工作点稳定问题
3.5.1 温度对工作点的影响
? 温度变化对ICBO的影响 ? 温度变化对输入特性曲线的影响 ? 温度变化对? 的影响

3.5.2 射极偏置电路
? 稳定工作点原理

? 放大电路指标分析
? 固定偏流电路与射极偏置电路的比较

3.5.1 温度对工作点的影响
1. 温度变化对ICBO的影响
iC/mA iC/mA

ICBO ? ICBO( T0 ?25? C) ? e k (T ?T0 )
温度T ? ? 输出特性曲线上移

总之: 2. 温度变化对输入特性曲线的影响
VBE ? VBE(T0 ?25?C) ? (T ?CEO? 2.2 ? 10 V ICBO ? ? I T0 ) ?
温度T ? ? 输入特性曲线左移
?3

Q1 Q Q1 Q

IB IB iB =0 i =0
B

vCE/V vCE/V

3. 温度变化对? 的影响

T ? ? VBE ? ? IB ? ? IC ?
温度每升高1 °C , ? 要增加0.5%?1.0% ?? 温度T ? ? 输出特性曲线族间距增大

3.5.2 射极偏置电路
1. 稳定工作点原理
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,则可实现静态工作点的稳 定。

稳定原理: b点电位基本不变的条件: I1 >>IB ,
Rb1 ? Rb2

VB >>VBE
e

T 此时, CVB ? IEb2 ?CC E?、VB不变 ? VBE ? 且R 可取 ? ? I ? ? R ? ?V V ? IB? 不随温度变化而变化。

IC? 大些,反馈控制作用更强。一般取 I1 =(5~10)IB , VB =3V~5V
(反馈控制)

3.5.2 射 极偏置电 路

2. 放大电路指标分析

①静态工作点
VB ? Rb2 ? VCC Rb1 ? Rb2

VB ? VBE IC ? IE ? Re

VCE ? VCC ? IC Rc ? IE Re ? VCC ? IC ( Rc ? Re )
IB ? IC

?

3.5.2 射 极偏置电 路

2. 放大电路指标分析

②电压增益
<A>画小信号等效电路 <B>确定模型参数 ?已知,求rbe
26( mV ) rbe ? 200? ? (1 ? ? ) I EQ ( mA )

<C>增益

输出回路: 输入回路:

? ? Vo ? ?? ? Ib ( Rc // RL ) ? ? ? ? ? Vi ? Ibrbe ? Ie Re ? Ibrbe ? Ib (1 ? ? ) Re

? ? ? ? Vo ? ? ? ? I b ( Rc // RL ) ? ? ? ? ( Rc // RL ) 电压增益: AV ? ? Vi I b[rbe ? (1 ? ? ) Re ] rbe ? (1 ? ? ) Re

3.5.2 射 极偏置电 路

2. 放大电路指标分析
? VT Ri ? ? IT

③输入电阻
根据定义 由电路列出方程

? ? ? I T ? I Rb ? I b ? ? VT ? IRb ( Rb1 // Rb2 ) ? ? ? ? ? VT ? Ibrbe ? Ie Re ? Ibrbe ? Ib (1 ? ? ) Re
则输入电阻

? VT Ri ? ? Rb1 // Rb2 //[rbe ? (1 ? ? ) Re ] ? IT

放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻

3.5.2 射 极偏置电 路

2. 放大电路指标分析

④输出电阻
求输出电阻的等效电路

?网络内独立源置零 ?负载开路 ?输出端口加测试电压

rce对分析过程影响很大,此处不能忽略
对回路1和2列KVL方程

? ? ? Ib (rbe ? Rs?) ? ( Ib ? Ic ) Re ? 0 ? 其中 Rs ? Rs // Rb1 // Rb2 ? ? ? ? ? VT ? ( Ic ? ? ? Ib )rce ? ( Ic ? Ib )Re ? 0 ? VT ? ? Re ? ? ? rce (1 ? ) 则 Ro ? 输出电阻 Ro ? Rc // Ro ? I r ? R? ? R
c be s e



? Ro ?? Rc 时, Ro ? Rc

( 一般

? Ro ? rce ?? Rc )

3.5.2 射 极偏置电 路

3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较

共射极放大电路

静态:

VCC ? VBE IB ? Rb

Rb2 VB ? ? VCC Rb1 ? Rb2

IC ? β ? IB VCE ? VCC ? I C Rc

IC ? IE ?

VB ? VBE Re

VCE ? VCC ? IC ( Rc ? Re ) I IB ? C ?

3.5.2 射 极偏置电 路

3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较
? Ib ? Ic ? I b Rc
? RL VO

Vii v?

Rb

固定偏流共射极放大电路

固定偏流共射极放大电路

? 电压增益: A ? ? ? ? ( Rc // RL ) V
输入电阻:
输出电阻:
? Vi Ri ? ? Rb // rbe ? Ii

rbe

? ? ( Rc // RL ) ? AV ? ? rbe ? (1 ? ? ) Re
Ri ? Rb1 // Rb2 //?rbe ? (1 ? ? ) Re ?
Ro ? Rc

Ro = Rc

# 射极偏置电路做如何改进,既可以使其具有温度稳定性, 又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标?

3.5.2 射 极偏置电 路

? ? ? ? ? ( Rc // RL ) ? ? ? ? ( Rc // RL ) AV rbe ? (1 ? ? ) Re rbe

Ri ? Rb1 // Rb2 //?rbe ? (1 ? ? ) Re ? ? Rb1 // Rb2 // rbe

3.5.2 射 极偏置电 路

+VCC Rb1
+ +

Rc
+ T +

vi Rb2


C1

Re 1 Re 2

C2 RL vo Ce


1

+

? ? ? ? ? ( Rc // RL ) AV rbe ? (1 ? ? ) Re1

Ri ? Rb1 // Rb2 //?rbe ? (1 ? ? ) Re1 ?

作业:
?

P146

3.5.3

3.5.4

end

3.6 共集电极电路
3.6.1 共集电极电路
? 电路分析 ? 复合管 ? 三种组态的比较

3.6.1 共集电极电路
1. 电路分析
共集电极电路 结构如图示
该电路也称为 射极输出器 ①求静态工作点
VCC ? I B Rb ? VBE ? I E Re

得 IB ?



VCC ? VBE Rb ? (1 ? ? ) Re

I E ? (1 ? ? ) I B

IC ? ? ? IB VCE ? VCC ? I E Re ? VCC ? I C Re

3.6.1 共 集电极电 路

1. 电路分析

②电压增益
<A>画小信号等效电路 <B>确定模型参数 ? 已知,求rbe
rbe ? 200? ? (1 ? ? ) 26( mV ) I EQ ( mA )

<C>增益

? ? ? ? ? ? V ? 输入回路: ?i ? I b rbe ? ( I b ? ? ? I b ) RL ? I b rbe ? I b (1 ? ? ) RL ? ? ? ? ? 输出回路: Vo ? ( I b ? ? ? I b ) RL ? I b (1 ? ? ) RL ?
电压增益:

其中

? RL ? Re // RL

? ? ? ? ? Vo I b (1 ? ? ) RL (1 ? ? ) RL ? ? RL ? AV ? ? ? ? ?1 ? ? [r ? (1 ? ? ) R? ] r ? (1 ? ? ) R? r ? ? ? R? Vi I b be L be L be L
? ? Vo与Vi同相

? ? 一般 ? ? RL ?? rbe ,则电压增益接近于1, 即 AV ? 1 电压跟随器

3.6.1 共 集电极电 路

1. 电路分析

④输出电阻 ③输入电阻
由电路列出方程 根据定义

? ? VT ? I T ? I b ? ???b ? I Re I Ri ? ? ? ? I? VT ? I b ( rbe T Rs?)

? ? I R // I ? ? 其中ITRs? ? Rbs ? Rb b
? 则输出电阻 共集电极电路特点: VT Rs? ? rbe RI ( R ? ? VT ? I b rbe ? o?b?1 ? ?? RLe // RL ? Re // RL ? ) ? IT 1 ?? ? ? V ◆ 电压增益小于1但接近于1, ?o与Vi同相 ? Rs? ? rbe ? VT ? R //[r ? (1 ? ? Rs? ?? rbe ◆ 输入电阻大,对电压信号源衰减小 输出电阻小 Ri , ? ?? 1 时, R ? ) RL ] 则输入电阻 b be 当 Re ?? ? o IT 1? ? ◆ 输出电阻小,带负载能力强 ? ? ? 当 ? ?? 1 , ? ? RL ?? rbe 时, Ri ? Rb // ? ? RL 输入电阻大
? ? VT ? I Rb Rb

? ?I R ? V由电路列出方程 T Re e

3.6.1 共 集电极电 路

2. 复合管

作用:提高电流放大系数,增大电阻rbe 复合管也称为达林顿管

3.6.2 共基极 电路

3. 三种组态的比较

电压增益: 输入电阻: 输出电阻:

?

? ? ( Rc // RL )
rbe

(1 ? ? ) ? ( Re // RL ) rbe ? (1 ? ? )( Re // RL )

? ? ( Rc // RL )
rbe r Re // be 1? ?

Rb // rbe
Rc

Rb //?rbe ? (1 ? ? )( Re // RL )?
Re // ( Rs // Rb ) ? rbe 1? ?

Rc

补充: 多级放大电路 级间耦合方式 阻容偶合 变压器偶合 直接耦合

光电耦合

补充: 多级放大电路
多级放大电路的连接,产生了单元电路间的级联问题

即耦合问题。放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输
,且保证各级的静态工作点正确。

? 阻容耦合
优点:结构简单,各 工作点互不影响,放

Ec

大效果好。
缺点:不能传送较慢 的信号或直流信号 Ui Uo

不适宜集成化

? 光电耦合 工作过程:电?光?电 ? 多级放大电路放大倍数的计算

耦合方式

A ? A1 A2 A3 ? ? ? An ? ? Ai
即多级放大器的放大倍数等于各个单级放大电路放大倍数的积
注意:在求单级放大电路的放大倍数时必须将后一级的 输入电阻作为前一级的负载考虑,即将第二级的
i =1

n

输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。
多级放大器的输入电阻即为第一级的输入电阻; 多级放大器的输出电阻即为输出级的输出电阻。

? ? ? Vo 1. 放大电路如图所示。试求 AV ? Vi 解: 3.4节例题中已求得be1 ? 863 ? r

例题
I B2



已知?=50。

VCC ? VBE ? ? 33.9uA Rb ? (1 ? ? ) Re

I C2 ? ? ? I B2 ? 1.69mA

rbe2 ? 200? ? (1 ? ? ) ? 984.6?

26( mV) I E ( mA)
Ri ? 300k // rbe1 ? rbe1 ? 863?

Ri2 ? 150k//[rbe2 ? (1 ? ? )( 4k//4k)] ? 61k

? ( R // Rb ) ? rbe ? ? Vo1 ? ? ? ? ( Rc1 // Ri2 ) ? ?217.5 Ro ? Re // s AV1 ? 1? ? Vi rbe1 ( R // Rb2 ) ? rbe2 ? 3.4节例题中求得单级放大 AV ? ?115.87 倍数 ? Vo ? Re2 // o1 ? AV2 ? ?1 1? ? ? Vo1 两者比较可看出增益明显提高 ( 4k // 150k ) ? 0.9846k ? 4k // ? ? ? 1 ? 50 ? ? Vo ? Vo1 ? Vo ? A ? A ? ?217.5 ? ? AV V1 V2 ? ? ? ? 95? Vi Vi Vo1

补充、多级放大电路如图所示,若两个晶体管的β =79,rbe=1kΩ , 试计算 1.空载电压放大倍数Au和Aus; 2.Us=10mV,RL=3kΩ 时的Uo。

小 结
? 放大电路的性能分析主要有静态分析和动态分析。 静态分析—求输入信号为零时,放大电路的工作状态。

确定放大电路的静态值IBQ、ICQ、UCEQ,即静态工作点Q。
静态工作点的位置直接影响放大电路的质量 分析方法: 画出电路的直流通路→ 图解法 计算法 静态值 IBQICQUBEQUCEQ

动态分析—有输入信号Ui≠0时,放大电路的工作状态

确定放大电路的放大倍数AU 或AI输入电阻ri和输出电阻ro

小 结
动态的分析方法有:图解法和等效电路法。

图解法以器件的特性曲线为基础、直观、形象,主要用于
分析放大器的大信号工作, 等效电路法以器件的交流信号模型为基础,是分析小信号

放大电路的主要手段。低频h参数等效电路是小信号交流等
效电路,在很多实际情况下,可根据简化条件,将hre和hoe 忽略,只须用保留hfe 和hie 两个参数的简化等效电路即可获

得所需精度
画出电路的交流通路→ 三极管用微变等效电路代替

AU ri ro ri' ro'← hie← 放大电路的微变等效电路

小 结
? 晶体三极管按其连接方式不同,可以有三种组态,即 共射、共集、共基三种放大电路。 共射电路:较高电压和电流增益,输入与输出阻抗中 等,输出电压与输入电压反相。 共基电路:电流增益小于或等于1,电压增益较大,输 入阻抗低,输出阻抗高,输出电压与输入电压同相。 共集电路:电压增益小于或等于1,电流增益较大,输 入阻抗高,输出阻抗低,输出电压与输入电压同相。 ? 多级放大电路的耦合方式有直接耦合、阻容偶合、变 压器耦合和光电耦合。 求解多级放大电路的增益时,必须考虑后级放大电路 的输入电阻对前级放大电路的电压增益的影响。 总的放大增益等于各个单级增益的乘积。


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