第三章 半导体三极管及放大电路,3.4 小信号模型分析法,一、BJT的小信号模型,BJT是非线性元件，只能用图解法分析；但如果满足条件： 信号为微变量,管子工作在线性区. 则管子可用线性元件代替，此为BJT的小信号模型。,2.,1. H参数的引出,BJT是一个双口网络,vBE = f1(iB, vCE) ,iC = f2(iB, vCE) ,式对应着BJT的输入特性,式对应着BJT的输出特性,3.,可依电压、电流关系导出其微变量的关系,式求全微分,式求全微分,4.,管子工作在线性区，无限小变量可用电压、电流的交流分量代替；若是正弦量，亦可用相量代替。,vbe= hie ib + hre vce ,ic= hfe ib + hoe vce ,5.,输出交流短路时的输入电阻 (smallsignal input resistance),习惯符号：rbe,单位： 约1k左右,6.,输入交流开路时的反向电压传输比 ( voltagefeedback ratio ),习惯符号: r,无量纲,104级,输出交流短路时的正向电流传输比 ( smallsignal current gain ),此即共射电流放大系数,7.,输入交流开路时的输出电导 ( smallsignal output admittance ),习惯符号,单位(s),105级,8.,2. BJT的H参数小信号模型,把式用习惯符号代替,vbe= rbe ib + ur vce,依上式得图321(a),9., r很小，rbeib rvce 可忽略urvce, 输出端接Rc, 而Rcrce. 可忽略rce的影响。,可画成简化电路如图 (b),满足以下条件：,+,vbe,+,vce,b,c,e,rce, ib,rbe,rvce,+,ib,ic,(a),图321,10.,注： ib为受控源，ib=0, 它即不存在；, 注意电流源ib的极性(ib由be, ib由ce)与三极管的类型(PNP, NPN)无关；, 不能利用微变等效电路求Q点。,11.,3. H参数的确定,求rbe,图322,12.,其中：,rbb： 基区体电阻 (),rD ：发射结结电阻,代入,环境温度下VT = 26mV,IE的范围: 0.1 5mA,图322,13.,二、用H参数小信号模型分析共射极放大电路,图323(a),14.,步骤：,1. 画电路的小信号模型, 画BJT的小信号模型，标出e, b, c；, 按电压源短路、隔直电容短路的原则画其他元件；, 用相量标出各电压、电流 (测试时常用正弦波作输入信号),图323(b),15.,2. 求电压放大倍数,16.,3. 计算输入电阻和输出电阻, 输入电阻和输出电阻的概念,a. 对信号源而言，放大器为它的负载，这个负载即放大器的输入电阻Ri (从11 看进去的等效电阻),图324,17.,它是衡量放大器对信号源衰减程度的重要指标,Ri越大，衰减越小，,18.,b. 对负载而言，放大器可等效为一个内阻为Ro, 大小为 的电压源，这个Ro即放大器的输出电阻 ( 为输出空载电压),图324,19.,R0越小，在R0上损失的电压越小。,它是衡量放大器带负载能力的重要指标,相差越小，带负载能力越强，,当R0 =0, 则,20.,c. 求Ri、R0,用外施电压法,21., 利用H参数小信号模型计算共射电路的Ri, Ro,a. 求Ri,VT：测试电压,图325,22.,b. 求R0,图325,23.,例 33 T为3DG6，已知工作点处的 = 40,(1) 求,(2) 若Rs= 500, 求源电压放大倍数,24.,解：(1),求rbe:,题目未告知rbb，小功率管约取200,25.,(2) 求Ri: Ri=rbe=0.866k,由于信号源内阻Rs的存在，输入信号在Rs上损失了一部分，使 ， 从而使放大倍数下降。,26.,3.5 放大电路的工作点稳定问题,一、温度对工作点的影响,三个因素:,1. ICBO: T ，电子空穴对， ICBO ， ICEO,2. VBE: T ，载流子运动加快，PN结的阻档减弱，正向结电阻 VBE.,VBE具有负温系数2.2mV/C,27.,总之，由于三个因素的影响，T, IC , Q点上移，硅管受VBE， 影响大，锗管受ICB0影响大。,解决办法： 保持温度不变；, 采取技术措施，减小温度影响，以稳定Q点。,3. : T ，注入到基区载流子运动加快，复合少，扩散多， ,结温每升高1， 增加0.5% 1%,28.,图326,二、射极偏置电路,稳定Q点的过程,T IC IE IERe VE (选择参数使I1 IB, VB一定，) VBE IB IC.,29.,电路中电量取值：,硅： VB=(35)V,锗： VB= (13)V,硅： I1=(510) IB,锗： I1=(1020) IB,30.,例34 已知，估算射极偏置电路的Q点,并计算,解：(1) 求Q点,Av,Ri,Ro,31.,(2) 画小信号模型,图327,+,RL,rbe,+,Rb2,b,e,c,Rc,Rb,Rb1,Re,32.,(3) 求Av,Av=,Vo Vi,Vo= -IbRL,33.,(4) 求Ri, R0,+,RL,rbe,+,Ri,Rb2,b,e,c,Rc,Rb,Rb1,Re,图327,34.,三、分压式偏置电路,射极偏置电路Re的接入，虽稳定了Q点，但使 下降，为了两全其美，在Re两端并一个电容Ce, 称之为旁路电容。,图328,35.,1. 求Q：与射极偏置电路相同,2. 求,3. 求Ri, R0,Ri = Rb1 / Rb2 / rbe,R0= Rc,36.,例35 在如图所求的电路中，设信号源内阻Rs=600, BJT的 =50.,(1) 画电路的小信号模型；,(2) 当 =15mv时，求,(3) 求放大器的Ri和R0.,图329,37.,解：(1),38.,(2) a. 求IE,本电路的直流通路,33K,10K,3.3K,1.3K,200,IE,12V,39.,b. 求rbe:,c. 求Ri:,d. 求 ：,+,rbe,+,b,e,c,33K,10K,600,200,3.3K,5.1K,40.,e. 求,f. 求,(3) Ri= 4.6k,R0=RC=3.3 k,41.,3.6 共集电极电路和共基极电路,一、共集电极电路 (射极输出器 emitterfollower ),图330 (a),42.,1. 求Q点：RbIB + VBE + ReIE = Vcc,IC = IB,VCE= VCC IC Re,43.,2. 画小信号模型 ( smallsignal model ),图331,e,+,Ri,b,c,Rs,+,Rb,Re,RL,rbe,+,44.,3. 求, Ri = rbe+(1+)RL,Ri=Rb/Ri=Rb/rbe+(1+ )RL,45., 求R0,断开Re, 短接 , 先求R0,46.,特点：Ri大R0小，,用途：Ri大常用作多级放大器的第一级,R0小常用作多级放大器的最后一级,也可作中间级，以隔离前后级的影响。,47.,二、共基极电路 (commonbase amplifier ),图332,48., 求静态工作点Q,Q的求法同射极偏置电路,图333,直流通路：,49., 小信号模型 ( smallsignal model ),图334,50., 求,51.,For the CE circuit, the voltage and current gains are generally greater than 1. For the emitter-follower, the voltage gain is slightly less than 1, while current gains is greater than 1. For the CB circuit, the voltage gain is greater than 1, while the current gain is less than 1.,The input resistance looking into the base terminal of a CE circuit may be in the low kilohm range; in an emitter follower, it is generally in the 50 to 100 krange. The input resistance looking into the emitter of CB circuit is generally on the order of tens of ohms.,The overall input resistance of both the common-emitter and emitter-follower circuits can be greatly affected by the bias circuitry.,The output resistance of the emitter follower is generally in the range of a few ohms to tens of ohms. In contrast, the output resistance looking into the collector terminal of the collector terminal of the CE and CB circuits is very high.,3.7 多级放大器 (Multistage amplifiers),图335,RS,+,+,C1,Rb1,Rc1,C2,Rb3,+VCC,Rc2,C3,RL,Ce2,Re2,Re4,Ce1,Re1,Rb2,I,II,+,52.,Rs,+,+,rbe1,Rc1,+,rbe2,RL,+,Rb1/Rb2,Rb3/Rb4,I,II,图336,53., 第二级的输入电阻为第一级的负载电阻 RL1=Ri2。,第一级的输出电阻为第二级的信号源内阻R01=RS2,54., 多级放大器的输出电阻为最后一级的输出电阻。, 多级放大器的输入电阻为第一级的输入电阻Ri=Ri1。,55.,解：,56.,57.,例26 放大电路如下图，两管=79, rbe=1k, 计算电压放大倍数,图337,58.,解：,59.,例: 三级放大电路参量计算, 已知 均为100, Rs = 500, rbe1= 5.35 k , rbe2 = 2.73k , rbe3 = 1.41 k. 1. 画出微变等效电路图; 2. 求 Ri, Ro,