模 拟 电 子 技 术2.1 晶体管晶体管2.2 放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标2.3 共发射极放大电路的组成及工作原理共发射极放大电路的组成及工作原理2.4 放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法2.5 放大电路的微变等效电路分析法放大电路的微变等效电路分析法2.6 分压式稳定静态工作点电路分压式稳定静态工作点电路2.7 共集电极放大电路共集电极放大电路2.8 共基极放大电路共基极放大电路2.9 组合单元放大电路组合单元放大电路第第2章章 晶体管及其基本放大电路晶体管及其基本放大电路模 拟 电 子 技 术2.1晶体管晶体管2.1.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型2.1.2 晶体管的三种连接方式晶体管的三种连接方式2.1.3 晶体管的工作方式晶体管的工作方式模 拟 电 子 技 术 ( (Semiconductor Transistor) )2.1.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型一、结构、符号一、结构、符号NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C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emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB模 拟 电 子 技 术二二分类：分类：按材料分：按材料分： 硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W模 拟 电 子 技 术 2.1.2 晶体管的三种连接方式晶体管的三种连接方式 根据所选择的公共端根据所选择的公共端e e、c c、b b的不同，晶体管的不同，晶体管在电路中分别有三种不同的连接方式在电路中分别有三种不同的连接方式 uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共基极共基极共发射极共发射极共集电极共集电极模 拟 电 子 技 术 2.1.3 晶体管的工作状态晶体管的工作状态 工作状态可分为三种：工作状态可分为三种： 放大状态放大状态 饱和状态饱和状态 截止状态截止状态 1. 放大状态（放大状态（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 ） 模 拟 电 子 技 术1)发射结正偏向基区注入多子发射结正偏向基区注入多子2) 电子电子，形成发射极电流形成发射极电流 IE。I CN 因集电结反偏因集电结反偏,所以多数向所以多数向 BC 结方结方向扩散形成向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN 。I BNI CBOIB2) )电子在基区的复合和传输电子在基区的复合和传输 ( (基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略) )(1) 放大状态下晶体管中载流子的传输过程放大状态下晶体管中载流子的传输过程模 拟 电 子 技 术I CNIEI BNI CBOIB 3) ) 集电结反向偏置形成集电结反向偏置形成 集电极电流集电极电流 ICICI C = ICN + ICBO 基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供( (IB) )集电区少子漂移集电区少子漂移( (ICBO) )IBN IB + ICBO即：即：IB = IBN ICBO 模 拟 电 子 技 术（2）晶体管的电流分配关系）晶体管的电流分配关系IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBO 共射直流电流放大系数 模 拟 电 子 技 术穿透电流穿透电流模 拟 电 子 技 术 共基直流电流放大系数 的值小于1且接近于1，一般为0.950.99。 的关系的关系模 拟 电 子 技 术 (3) (3) 晶体管的放大作用晶体管的放大作用 向偏置，集电结反向偏置，此时，各电极电位 之间的关系是：NPN型型 UCUBUEPNP型型 UCUBUE晶体管实现电流放大的外部偏置条件：发射结正模 拟 电 子 技 术晶体管的放大作用举例晶体管的放大作用举例 现在用图23来说明在共基接法下晶体管的放大作用。若在图中VEE上叠加一幅度为20mV的正弦电压ui，则正向发射结电压会引起相应的变化。由于e结正向电流与所加电压呈指数关系，所以发射极会产生一个较大的注入电流iE，例如为1mA，而IC= IE，（当 =0.98时， iC=0.98mA）iC通过接在集电极上的负载电阻RL产生一个变化的电压uo（ uo = iC RL=0.98*1K=0.98V）。从RL取出来的变化电压uo 随时间变化规律和ui相同，但幅度却大了许多倍，所增大的倍数称为电压放大倍数。 图2-3模 拟 电 子 技 术 2-1-4 晶体管的能量控制作用以共射接法为例，其中不接交流信号时，(4) 晶体管的能量控制作用以共射接法为例，其中模 拟 电 子 技 术 接入交流信号后模 拟 电 子 技 术 就功率而言，不加交流信号时（1）VCC提供的功率（2）集电结消耗的功率（3）负载上得到的功率加入交流信号以后（1）VCC提供的功率（2）集电结上消耗的功率（4）发射结上消耗的功率（4）发射结上消耗的功率（3）负载上得到的功率PC+PL=PDPC+PL=PD模 拟 电 子 技 术 结论（1）晶体管放大器实际上是一种能量转换器，它的作用是将直流能量转换为所需要的交流能量。因此也叫做有源器件。（2）放大器的放大作用确切说是指功率的放大作用，而不是指电压或电流的放大作用。如果仅就电压放大作用而言，升压变压器就应该是一种放大器，实际上，它不可能有功率放大作用 ，只能是无源四端网络。模 拟 电 子 技 术 电流放大作用的实质电流放大作用的实质 是通过改变基极电流是通过改变基极电流IB的大的大小，达到控制小，达到控制IC的目的，而并不是真正把微小电流的目的，而并不是真正把微小电流放大了，因此，晶体管称为电流控制型器件。放大了，因此，晶体管称为电流控制型器件。 定定义义 ：保保持持工工作作点点处处UCE不不变变，集集电电极极电电流流变变化化量量与与基基极极电电流流变变化化量量之之比比，称称为为共共发发射射极极交交流流电电流放大系数。即流放大系数。即 模 拟 电 子 技 术 定义定义 ：保持工作点处：保持工作点处UCB不变，集电极电流变不变，集电极电流变化量与发化量与发 射极电流变化量之比，称为共基极交流射极电流变化量之比，称为共基极交流电流放大系数。电流放大系数。 即即 在数值上 模 拟 电 子 技 术 2. 饱和状态饱和状态 (发射结正向偏置、集电结正向偏置发射结正向偏置、集电结正向偏置) IC主要受主要受UCE的控制，随着的控制，随着UCE的增大，集电结由的增大，集电结由正向偏置向零偏变化过程中，集电区收集电子的能正向偏置向零偏变化过程中，集电区收集电子的能力逐步增强，集电极电流力逐步增强，集电极电流IC随随UCE的增大而增大。的增大而增大。 晶体管工作于饱和状态时的晶体管工作于饱和状态时的UCE称为集电极饱和称为集电极饱和电压降，记作电压降，记作UCES。处于深度饱和时，硅管。处于深度饱和时，硅管锗管课堂上不讲模 拟 电 子 技 术 3. 截止状态截止状态 （发射结反向偏置、集电结反向偏置）（发射结反向偏置、集电结反向偏置） 晶体管发射结反向偏置或零偏晶体管发射结反向偏置或零偏(UBE0)，集电，集电结反向偏置结反向偏置(UBC0），不利于发射极多数载流子），不利于发射极多数载流子的扩散运动，发射极电流几乎为零，此时，集电的扩散运动，发射极电流几乎为零，此时，集电极流过反向饱和电流极流过反向饱和电流IC=ICBO， 基极电流：基极电流： IB= ICBO， ICBO很小可忽略不计，认为晶体管处很小可忽略不计，认为晶体管处于截止状态。于截止状态。 课堂上不讲模 拟 电 子 技 术 【例【例2-1】 测得放大电路中工作在放大状态中的两只测得放大电路中工作在放大状态中的两只晶体管的直流电位如下图所示。在圆圈中画出管子，晶体管的直流电位如下图所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。并分别说明它们是硅管还是锗管。【解】【解】模 拟 电 子 技 术 分析 工作于放大状态的晶体管，发射结正向偏置、集电结反工作于放大状态的晶体管，发射结正向偏置、集电结反 向偏置，有：向偏置，有：NPN管管UCUBUE，PNP管管UCUBUE 基极电位总是居中，据此可确定基极；基极电位总是居中，据此可确定基极； 硅管硅管UBE的约为的约为0.60.8V、锗管的、锗管的UBE约为约为0.20.4V， 从而可判断出与基极相差这一数值的电极为发射极，从而可判断出与基极相差这一数值的电极为发射极， 并由这一差值大小判断是硅管还是锗管；并由这一差值大小判断是硅管还是锗管； 余下一个电极为集电极。余下一个电极为集电极。 集电极电位最高的为集电极电位最高的为NPN管，集电极电位最低的为管，集电极电位最低的为PNP 管。管。模 拟 电 子 技 术 【例2-2】 测得工作在放大状态的晶体管两个电极的电流测得工作在放大状态的晶体管两个电极的电流 如如下图下图 所示。所示。 (1) 求另一个电极的电流，并在图中标出实际方向。求另一个电极的电流，并在图中标出实际方向。 (2) 标出标出e、b、c极，并判断出该管是极，并判断出该管是NPN管还是管还是PNP管。管。 (3) 若若ICBO均为零，试求均为零，试求 及及 的值。的值。【解】【解】： 晶体管三个电极的电流关系为：晶体管三个电极的电流关系为： 其中其中 最小、最小、 居中、居中、 最大；最大； 工作于放大状态时，工作于放大状态时，对于对于 NPN 管：管： 流出晶体管，流出晶体管， 、 流入晶体管。对于流入晶体管。对于PNP管：管： 流入晶体流入晶体 管，管， 、 流出晶体管。标出的电流流出晶体管。标出的电流方向及管子类型如下：方向及管子类型如下：模 拟 电 子 技 术 由于=0.1mA，=5.0mA，故 模 拟 电 子 技 术 2.1.4 晶体管的伏安特性曲线晶体管的伏安特性曲线 晶体管伏安特性曲线用来描述晶体管外部各极电流与电压之间的关系。 晶体管的不同连接方式有不同的伏安特性曲线，因共发射极接法应用最为广泛，下面以NPN管共发射极接法为例讨论晶体管的输入特性和输出特性， 模 拟 电 子 技 术一、输入特性一、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路与二极管特性相似与二极管特性相似模 拟 电 子 技 术 当外加电压UBE小于阈值电压（或称死区电压）UBE(th)时，晶体管不导通，处于截止状态。硅管UBE(th)约为0.5V，锗管约为0.1V。 当UBEUBE(th)时，随着UBE的增大，IB开始按指数规律增加，而后近似按直线上升。晶体管正常工作时，UBE变化不大，硅管导通电压UBE(on)约为0.7V对应不同的UCE，输入特性曲线为一族非线性的曲线模 拟 电 子 技 术 左右，锗管约为0.3V左右。(1) UCE =0V iB-uBE的伏安特性曲线和普通二极管的特性相似。 (2) UCE =1V iB-uBE的伏安特性曲线与UCE=0V时相比，特性曲线 右移。 (3) UCE1V 当UCE从1V继续增大时，特性曲线将继续右移， 但是移动量不大了，对于不同的UCE，特性曲线基本重合。 2. 输出特性输出特性在共射接法的晶体管电路中，当IB为参变量时，输出回路中的电流IC与电压UCE之间的关系特性曲线称为输出特性，用函数关系表示为： 模 拟 电 子 技 术iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43211.截止区：截止区：2. IB 0 3. IC = ICEO 04.条件：条件：两个结反偏两个结反偏截止区截止区ICEO模 拟 电 子 技 术iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 放大区：放大区：放大区放大区截止区截止区条件：条件： 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点： 水平、等间隔水平、等间隔ICEO利用特点可以求 和模 拟 电 子 技 术iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43213. 饱和区：饱和区：uCE u BEuCB = uCE u BE 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时： uCE = uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V ( (硅管硅管) )UCE( (SAT) )= =0.1 V ( (锗管锗管) )放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区ICEO模 拟 电 子 技 术 4. 击穿区：击穿区：条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点：集电结发生集电结发生 了雪崩击穿了雪崩击穿 基极开路(IB=0)时，使集电极发生击穿的UCE值，记为U(BR)CEO 。模 拟 电 子 技 术 2.1.5 晶体管的直流模型晶体管的直流模型 输入特性近似 输出特性近似 模 拟 电 子 技 术 截止状态模型放大状态模型 饱和状态模型 模 拟 电 子 技 术2.1.6 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1. 共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数 交流电流放大系数交流电流放大系数一般为几十一般为几十 几百几百Q模 拟 电 子 技 术iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 共基极电流放大系数共基极电流放大系数 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。 Q二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流CB 极间反向饱和电流极间反向饱和电流 ICBO，CE 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICEO。模 拟 电 子 技 术三、极限参数三、极限参数1. ICM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。2. PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC = iC uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区模 拟 电 子 技 术U( (BR) )CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。3. U( (BR) )CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U( (BR) )EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U( (BR) )CBO U( (BR) )CEO U( (BR) )EBO已知已知:ICM = 20 mA, PCM = 100 mW，U(BR)CEO = 20 V，当当 UCE = 10 V 时，时，IC mA当当 UCE = 1 V，则，则 IC mA当当 IC = 2 mA，则，则 UCE T1模 拟 电 子 技 术2. 温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0温度每升高温度每升高 1 C， (0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O模 拟 电 子 技 术 【例2-3】 晶体管VT的特性曲线如下图所示，在其上确定PCM、ICEO、U(BR)CEO。在如下电路中，当开关S接在A、B、C三个触点时，判断晶体管VT的工作状态，确定UCE的值。输出特性曲线 模 拟 电 子 技 术 【解【解2.3】由图可以计算 在输出特性上PCM与IB1=40A的特性曲线交于点 F（25V，2mA）则 PCM= UCEIC =25V2mA=50mW模 拟 电 子 技 术 计算临界饱和电流ICS、IBS 输出特性IB1=0的特性曲线所对应的集电极电流为穿透电流ICEO=10A，该曲线水平部分右端上翘的点所对应的横坐标值为集-射极间反向击穿电压U(BR)CEO=50V 模 拟 电 子 技 术 (a) 特性曲线求 (b) S接触点A 例2-3题解 模 拟 电 子 技 术 S接在触点A时 IB1IBSUBE=0.7V、UCE=4.01V、UBEUCE，所以晶体管工作于放大状态。 S接在触点B时 IB2IBS模 拟 电 子 技 术 (c) S接触点B (d) S接触点C 例2-3题解 模 拟 电 子 技 术 晶体管工作于饱和区，硅管UCE=UCES0.3V S接在触点C UBE= -1V，发射结反向偏置，晶体管处于截止状态 RC上无电流，所以RC上也没有电压降，故UCE=6V 2.1.8 晶体管的选用原则1. 手册的使用2. 选管的原则模 拟 电 子 技 术2.2.1.放大的基本概念放大的基本概念 2.22.2放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标一一.扩音机示意图扩音机示意图1) 输入量控制输出量输入量控制输出量2)把直流能量转换成按输入量变化的交流能量把直流能量转换成按输入量变化的交流能量模 拟 电 子 技 术二、二、 方框图方框图直流电源直流电源信信号号源源RS+usRSis放大放大电路电路负负载载RL方框图的示意图方框图的示意图模 拟 电 子 技 术三、放大电路的四端网络表示三、放大电路的四端网络表示1 22 +us放大放大电路电路RS+ui+uoRLioiius 信号源电压信号源电压Rs 信号源内阻信号源内阻RL 负载电阻负载电阻ui 输入电压输入电压uo 输出电压输出电压ii 输入电流输入电流io 输出电流输出电流模 拟 电 子 技 术2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标11 22 +us放大放大电路电路RS+ui+uoRLioii电压增益电压增益 Au (dB) = 20lg |Au|一、一、 放大倍数放大倍数电压放大倍数电压放大倍数 Au = uo/ui电流放大倍数电流放大倍数 Ai = io/ ii电流增益电流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai|模 拟 电 子 技 术二、输入电阻二、输入电阻1 +usRS+uiiiRiRi 越大，越大， ui 与与 us 越接近越接近例例 us = 20 mV，Rs = 600 ，比较比较不同不同 Ri 时时的的 ii 、ui。Riiiui6 000 3 A18 mV600 16.7 A10 mV60 30 A1.82 mV模 拟 电 子 技 术当信号源有内阻时：当信号源有内阻时：Ui.UO.Ui.Us.模 拟 电 子 技 术三、输出电阻三、输出电阻放放大大电电路路的的输输出出相相当当于于负负载载的的信信号号源源，该该信信号号源源的的内内阻阻称称为电路的输出电阻。为电路的输出电阻。计算计算：i22 11 usRS+u放大放大电路电路= 0Ro测量测量：22 11 +usRS+ui+uoRLRo+uotRi模 拟 电 子 技 术 uout 负载开路时的输出电压；负载开路时的输出电压；uo 带负载时的输出电压，带负载时的输出电压，Ro 越小，越小，uout 和和 uo 越接近越接近。四、四、 通频带通频带1. 幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性电抗元件电抗元件(主要是电容主要是电容)使放大电路对不同频率输入使放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反映在：信号的放大能力不同，反映在：模 拟 电 子 技 术Au( f ) 幅频特性幅频特性 ( f ) 相频特性相频特性fAu(f)OfO2. 频带宽度频带宽度( (带宽带宽) )BWAumfLfH下限下限频率频率 上上限限频率频率 中频段中频段低频段低频段高频段高频段BW0.7BW0.7 = fH fL ( (Band Width) )模 拟 电 子 技 术2. 32. 3共发射极电路的共发射极电路的共发射极电路的共发射极电路的组成及工作原组成及工作原理理 2.3.1 共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成模 拟 电 子 技 术输出不失真输出不失真发射结加正向电压发射结加正向电压集电结加反向电压集电结加反向电压RBVBBC1+Rs+us-RCVCCTC2RL+uo信号源加到信号源加到b-e间间ui模 拟 电 子 技 术 1. 确保晶体管工作于放大区 2. 确保输入交流信号 作用于发射结 3. 确保输出交流信号作用于负载模 拟 电 子 技 术 1.静态：静态： u ui i=0.=0. C1+C2Rs+RL+-IBIcUBE-UCE+-2.动态：动态： u ui i0 0，若输入为正弦信号，若输入为正弦信号IBQuiOtOtOtuoOtOtICQUCEQBEQO2.3.2 共发射极放大电路的工作原理共发射极放大电路的工作原理模 拟 电 子 技 术符号说明符号说明C2Rsus+-+C1+RL+-uo+-uiIB+ibIc+icUCE+uceUBE+uceIBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQUBEQuBE Ot模 拟 电 子 技 术2.3.3、直流通路和交流通路、直流通路和交流通路共射放大电路 直流通路 交流通路 模 拟 电 子 技 术放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。 静态静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静静 态值（直流值）态值（直流值）UBE、IB、 IC 和和 UCE。可用放大电路的。可用放大电路的直流通路来分析。直流通路来分析。2.4.1 静态工作情况分析静态工作情况分析2. 42. 4放大电路的放大电路的放大电路的放大电路的图解分析法图解分析法模 拟 电 子 技 术Rb+VCCRCC1C2TRL为什么要为什么要设置静态设置静态工作点？工作点？ 放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真。工作在线性区以保证信号不失真。模 拟 电 子 技 术一、静态工作点的估算、静态工作点的估算1.直流通路直流通路(1)含义含义(2)目的目的(3)画法画法模 拟 电 子 技 术开路开路将交流电压源短路将交流电压源短路 将电容开路。将电容开路。直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路RB+VCCRCC1C2RLUi=0模 拟 电 子 技 术RB+VCCRC静态工作点（静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE）2.估算估算模 拟 电 子 技 术（1 1）估算）估算IB（ UBE 0.7V)Rb+VCCRCIBUBERb称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称称为为偏置电流偏置电流。模 拟 电 子 技 术（2）估算）估算UCE、ICIC= IBICRb+VCCRCUCE+-模 拟 电 子 技 术例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K ，Rb=300K ， =37.5。解：解：请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级UBE 0.7VRb+VCCRC模 拟 电 子 技 术R+VCCRCTICUBEUCE( IC,UCE )(IB,UBE)IB+-二、二、用图解法确定静态工作点用图解法确定静态工作点模 拟 电 子 技 术1.在输入回路中确定在输入回路中确定 (IB,UBE)根据输入特性曲线及根据输入特性曲线及直直流负载线方程：流负载线方程：BE = V BRB输入回路图解输入回路图解QuBE/ViB/ A静态工作点静态工作点VCCVCC/RBUBEQIBQO可在输入特性曲线可在输入特性曲线找出静态工作点找出静态工作点模 拟 电 子 技 术uCE = VCC iC RC输出回路图解输出回路图解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCOQUCEQICQiB 根据输出特性曲线及根据输出特性曲线及直流负载线方程：直流负载线方程：2.在输出回路中确定在输出回路中确定 (IC,UCE)(IB,UBE) 和和( IC,UCE )分别对应于输入输出特性分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为曲线上的一个点称为静态工作点静态工作点。直流负载线直流负载线模 拟 电 子 技 术2.4.2 用图解法确定动态工作情况用图解法确定动态工作情况一一. 输出空载时的图解法输出空载时的图解法 1.根据根据ui在输入特性上画出在输入特性上画出ib和和ube0.7 VQuiuBE/VOt tiB/ AOO tiBIBQib模 拟 电 子 技 术2.根据根据ib在输出特性上画出在输出特性上画出ic和和uce说明说明uce和和ui反向，同时可以求出电压放大倍数反向，同时可以求出电压放大倍数0.7 VQuiO tuBE/ViB/ AOOt tuBE/ViBIBQQQ Q O tICQUCEQiBuCE/ViC/mAiCOt tuCE/VibicUcemuce模 拟 电 子 技 术各点波形各点波形uo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo模 拟 电 子 技 术二二.接上负载为接上负载为RL时的图解法时的图解法Rb+VCCRCC1C2RL输出端接入负载输出端接入负载RL，不影响不影响Q ，影响动态！影响动态！(2) 目的目的(3) 画法画法(1) 含义含义1.交流通路交流通路模 拟 电 子 技 术对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零1/ C 0 将直流电压源短路，将电容短路。将直流电压源短路，将电容短路。方法和步骤方法和步骤模 拟 电 子 技 术交流通路交流通路RBRCRLuiuo模 拟 电 子 技 术2. 交交流负载线流负载线(1) 方程方程RbRCRLuiuoicuce其中：其中：uce=-ic（RC/RL）= -ic RL模 拟 电 子 技 术iCUCEVCCIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线QICQUCEQICQRL,模 拟 电 子 技 术交流量交流量ic和和uce有如下关系：有如下关系：这就是说，交流负载线的斜率为：这就是说，交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC/RL）= -ic RL或或ic=（-1/ RL） uce(2).交流负载线的作法：交流负载线的作法：斜斜 率为率为- -1/RL 。（ RL= RLRc ）经过经过Q点。点。 模 拟 电 子 技 术ICUCEVCCIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线斜斜 率为率为- -1/RL 。（ RL= RLRc ）经过经过Q点。点。 Quiu/RL模 拟 电 子 技 术直流负载线是用来确定工作点的；直流负载线是用来确定工作点的；交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。注意：注意：（1）交流负载线是有交流）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运输入信号时工作点的运 动轨迹。动轨迹。 （2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。）空载时，交流负载线与直流负载线重合。模 拟 电 子 技 术2.4.3 电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响 1. 改变改变 RB，其他参数不变，其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQR B iB Q 趋近截止区；趋近截止区；R B iB Q 趋近饱和区。趋近饱和区。2. 改变改变 RC ，其他参数不变，其他参数不变RC Q 趋近饱和区。趋近饱和区。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC模 拟 电 子 技 术2.4.4 非线性失真非线性失真1. “Q”过低引起截止失真过低引起截止失真NPN 管：管： 顶部顶部失真为截止失真。失真为截止失真。PNP 管：管： 底部底部失真为截止失真。失真为截止失真。不发生截止失真的条件：不发生截止失真的条件：IBQ Ibm 。模 拟 电 子 技 术2.“Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管：管：底部底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。PNP 管：管：顶部顶部失真为饱和失真。失真为饱和失真。IBS 基极临界饱和电流。基极临界饱和电流。不发生饱和失真的条件：不发生饱和失真的条件： IBQ + I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQV CC模 拟 电 子 技 术当当 ui 较较小小时时，为为减减少少功功耗耗和和噪噪声声，“Q” 可设得低一些；可设得低一些；为获得最大输出，为获得最大输出，“Q” 可设在交流负载线中点。可设在交流负载线中点。为提高电压放大倍数，为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；可以设得高一些；3.选择工作点的原则：选择工作点的原则：模 拟 电 子 技 术2.4.5 最大输出电压幅值最大输出电压幅值 放大电路在电路参数确定的条件下，输出端不发生饱和失真和截止失真的最大输出信号电压的幅值称为最大不失真输出电压幅值(Uom)M模 拟 电 子 技 术放大器最大不失真输出电压的峰值(Uom)M为UF、UR所确定的数值中较小的一个，(1) 受截止失真限制最大不失真输出电压UF的幅度(2) 受饱和失真限制最大不失真输出电压UR的幅度(Uom)M = minUR,UF模 拟 电 子 技 术RB+VCCRCC1C2TRLuo+-+Rs+us-例例 :硅管，硅管，ui = 10 sin t (mV)，RB = 176 k ， RC = 1 k ， RL = 1 k , VCC = VBB = 6 V，图解分析各电压、电流值和，图解分析各电压、电流值和最大最大输出电压幅度输出电压幅度。 解解 令令 ui = 0，求静态电流，求静态电流 IBQ模 拟 电 子 技 术uBE/ViB/ AO0.7 V30QuiOt tuBE/VO tiBIBQ( (交流负载线交流负载线) )uCE/ViC/mA41O23iB=10 A20304050505Q6直流负载线直流负载线Q Q 6O tiCICQUCEQOt tuCE/VUcemibicuce模 拟 电 子 技 术当当 ui = 0 uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ 当当 ui = Uim sin t ib = Ibmsin t ic = Icmsin t uce = Ucem sin t uo = uceiB = IBQ + Ibmsin tiC = ICQ + Icmsin tuCE = UCEQ Ucem sin t = UCEQ +Ucem sin (180 t)模 拟 电 子 技 术优点:可以直观全面地了解放大电路的工作情况，通过选择电路参数在特性曲线上合理地设置静态工作点，分析最大不失真输出电压、失真情况并估算动态工作范围。缺点:在特性曲线上作图比较繁琐，误差大，信号频率较高时，特性曲线不再适用。因此图解法只适合分析输出幅值比较大且工作频率较低的情况。在分析其他动态指标，如输入电阻、输出电阻等时比较困难。下一节将要讨论更为简便有效的分析方法，微变等效电路分析法。图解法的优缺点图解法的优缺点模 拟 电 子 技 术2. 5微变等效电路微变等效电路 分析法分析法2. rbe的求取的求取 1. 低频低频H参数电路模型参数电路模型2.5.1 晶体管的低频小信号微变等效模型晶体管的低频小信号微变等效模型模 拟 电 子 技 术1. 低频低频H参数电路模型参数电路模型 晶体管虽然具有非线性的输入、输出特性，但当它工晶体管虽然具有非线性的输入、输出特性，但当它工作于小信号时，工作点只在作于小信号时，工作点只在Q点附近一个很小的范围内移点附近一个很小的范围内移动，即各电量的总瞬时值动，即各电量的总瞬时值iB、uBE、iC、uCE在直流分量在直流分量IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ基础上作变化时，其变化量（即交流分基础上作变化时，其变化量（即交流分量）量）ib、ic、ube、uce很小。在这一范围内，可近似认为晶很小。在这一范围内，可近似认为晶体管的输入、输出特性是线性的，因此，就可以用一个线体管的输入、输出特性是线性的，因此，就可以用一个线性的二端口网络来等效非线性的晶体管。性的二端口网络来等效非线性的晶体管。 2.5.1 晶体管的低频小信号微变等效模型晶体管的低频小信号微变等效模型模 拟 电 子 技 术根据晶体管端口电压、电流关系可导出晶体管的H参数电路模型。模 拟 电 子 技 术在小信号情况下，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对于对于BJT双口网络，我双口网络，我们已经知道输入输出特们已经知道输入输出特性曲线如下：性曲线如下：uBE=f(iB，uCE)iC=g(iB ，uCE)一一. .求变化量之间的关系求变化量之间的关系模 拟 电 子 技 术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；二二.H.H参数的含义和求法参数的含义和求法能构成电路图吗模 拟 电 子 技 术输入端电流恒定（交流开路）的反向电输入端电流恒定（交流开路）的反向电压传输比压传输比模 拟 电 子 技 术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；模 拟 电 子 技 术输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导。输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导。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 H参数）。参数）。模 拟 电 子 技 术三三H 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hfeibicuceibubehrevcehiehoeube= hieib+ hreuceic= hfeib+ hoeuceuBEuCEiBcebiCBJT双口网络双口网络H H参数都是小信号参数，参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。即微变参数或交流参数。H H参数与工作点有关，参数与工作点有关，在放大区基本不变。在放大区基本不变。模 拟 电 子 技 术 2. rbe的求取的求取(1) 发射结电阻发射结电流 为发射结的电压，IS为发射结的反向饱和电流，UT，所以， 模 拟 电 子 技 术 求导得, 发射结电阻为PN结伏安特性曲线在静态工作点处切线斜率的倒数，当用Q点的切线的斜率取代Q点附近的曲线时即 模 拟 电 子 技 术 根据输入电阻的定义 实验表明： IEQ有一定的的适用范围，0.1mAIEQ I IB B 硅管硅管I I1 1= =（5-105-10）I IBQBQ 锗管锗管I I1 1= =（10-2010-20）I IBQBQ（2 2）U UB B U UBEBE 硅管硅管U UB B= =（3-53-5）V V 锗管锗管U UB B= =（1-31-3）V V 模 拟 电 子 技 术 静静态分析分析 求求Q点（点（IBQ、ICQCQ 、UCEQCEQ） 求法：画出直流通路求解求法：画出直流通路求解 方法有二：方法有二： 一一 估算法估算法 模 拟 电 子 技 术说明明Q是否合适是否合适+VCCRCRERB1RB2+ UBEQ IBQI1IEQICQ+ UCEQ 模 拟 电 子 技 术二二 利用戴维南定理（同学自己做）利用戴维南定理（同学自己做） 模 拟 电 子 技 术动态分析分析求求AU、Ri、RO一一 画出放大画出放大电路的微路的微变等效等效电路路 1.画出交流通路画出交流通路模 拟 电 子 技 术2.2.画出放大画出放大电路的微路的微变等效等效电路路模 拟 电 子 技 术二二 计算动态性能指标计算动态性能指标1.计算计算AuAu模 拟 电 子 技 术“-”表示表示Uo和和Ui反相。反相。 Au的值比固定偏流放大电路小了。的值比固定偏流放大电路小了。模 拟 电 子 技 术2.2.计算输入电阻计算输入电阻Ri i，同时说明公式的记法和折合的概念。，同时说明公式的记法和折合的概念。 模 拟 电 子 技 术uo在在RE两端的两端的电压可以忽略不可以忽略不计，因此，因此RoRc 。3. 3. 计算算输出出电阻阻Ro Ro=uo/io Us=0 RL= 模 拟 电 子 技 术 2.6.3 带旁路电容的射极偏置稳定电路带旁路电容的射极偏置稳定电路为了解决分压式射极偏置电路放大倍数减小的问题，通常在RE上并联一个大容量的电容CE，称为射极旁路交流电容 。带旁路电容的射极偏置稳定电路 模 拟 电 子 技 术小小 结结分析了固定偏置放大电路产生失真的原因。分析了固定偏置放大电路产生失真的原因。分析了射极偏置放大电路稳定静态工作点分析了射极偏置放大电路稳定静态工作点 的原理。的原理。重点分析计算了分压式偏置放大电路的性重点分析计算了分压式偏置放大电路的性 能指标。能指标。深入讨论了射极电阻对静态和动态的影响，深入讨论了射极电阻对静态和动态的影响， 为今后学习反馈建立基础概念。为今后学习反馈建立基础概念。模 拟 电 子 技 术例例 = 100，RS= 1 k ，RB1= 62 k ，RB2= 20 k , RC= 3 k ，RE = 1.5 k ，RL= 5.6 k ，VCC = 15 V。求：求：“Q”，Au，Ri，Ro。1) )求求“Q”+VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+us +uo 解解 模 拟 电 子 技 术+VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+us +uo 2) )求求 Au，Ri，Ro ， Aus Ro = RC = 3 k 模 拟 电 子 技 术2. 7共集电极放大电路共集电极放大电路2.7.1共集电极放大电路共集电极放大电路 IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+us模 拟 电 子 技 术IBQ = (VCC UBEQ) / RB +(1+ ) ) REICQ = I BQUCEQ = VCC ICQ RE一一. 静态分析静态分析IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+usIBQIEQRERB+VCC+ICQUCEQ模 拟 电 子 技 术交流通路交流通路RsRB+ +uo RLibiciiRE小信号等效电路小信号等效电路usRB+uo RLibiciirbe ibRERs+ R L = RE / RL二二. 动态分析动态分析IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+us模 拟 电 子 技 术1.电压放大倍数：电压放大倍数： 12.输入电阻：输入电阻：模 拟 电 子 技 术3.输出电阻：输出电阻：usRB+uo RLibiciirbe ibRERs+ RBibiciirbe ibRERsus = 0+u iiRER S = Rs / RBi = iRE ib ib射极输出器射极输出器特点特点Au 1 输入输出同相输入输出同相Ri 高高Ro 低低用途：用途：输入级输入级 输出级输出级 中间隔离级中间隔离级模 拟 电 子 技 术例例 =120，RB = 300 k ，r bb= 200 ，UBEQ = 0.7 V, RE = RL = Rs = 1 k ，VCC = 12V。求：求：“Q ”，Au，Ri，Ro。IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+us 解解 1) )求求 “Q”IBQ = (VCC UBE) / RB + (1+ ) RE = (12 0.7) / 300 +121 1 27 ( A)IEQ I BQ = 3.2 (mA)UCEQ = VCC ICQ RE = 12 3.2 1 = 8.8 (V)模 拟 电 子 技 术2) )求求 Au，Ri，RoRbe = 200 + 26 / 0.027 1.18 (k )Ri = 300/(1.18 121) = 51.2 (k )RL = 1 / 1 = 0.4 (k )模 拟 电 子 技 术2.7.2 自举式射极输出器自举式射极输出器 (2)电路组成及特点电路组成及特点+C1RSRERB1+VCCC2+uo+us+RB2RB3C3 = 50IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+us(1)问题的提出：问题的提出：提高提高 Ri 的电路的电路模 拟 电 子 技 术 电路图 直流通路 等效直流通路 模 拟 电 子 技 术 微变等效电路 电路图 模 拟 电 子 技 术 1. 自举式射极输出器的静态分析由直流通路可以得到输入回路满足方程： 可求出 模 拟 电 子 技 术 2. 自举式射极输出器的动态分析(1) 放大倍数 (2) 输入电阻 模 拟 电 子 技 术 根据输入电阻的定义计算Ri，首先计算流过并联电阻RB3/rbe的电流模 拟 电 子 技 术2. 8共基极放大电路共基极放大电路2.8 .1共基极放大电路共基极放大电路模 拟 电 子 技 术+VCCRCC2C3RLRE+RB1RB2RS +us +uo C1模 拟 电 子 技 术1、静态分析、静态分析+VCCRCRERB1RB2+ UBEQ IBQI1IEQICQ+ UCEQ +VCCRCC2C3RLRE+RB1RB2RS +us +uo C1模 拟 电 子 技 术2、动态分析、动态分析RiR iRoRo = RC特点：特点：1. Au 大小与共射电路相同。大小与共射电路相同。2. 输入电阻小，输入电阻小，Aus 小。小。RCRERS +us RL+uo RCRERS+us RLrBEioicieiiib ib+ui 模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术2. 9组合单元放大电路组合单元放大电路 2.9.2 共集共集-共射和共射共射和共射-共集组合放大电路共集组合放大电路2.9.1 复合管2.9.3共射共射-共基组合放大电路共基组合放大电路模 拟 电 子 技 术 实际应用的放大电路，除了要有较高的放大倍数之实际应用的放大电路，除了要有较高的放大倍数之外，往往还要对输入、输出电阻及其它性能提出要求。外，往往还要对输入、输出电阻及其它性能提出要求。在放大电路中常用两个晶体管以不同的组态相互配合、在放大电路中常用两个晶体管以不同的组态相互配合、联合使用，以发挥各自的优势。这样就形成了组合单联合使用，以发挥各自的优势。这样就形成了组合单元放大电路元放大电路。如共集如共集-共集、共集共集、共集-共射、共射共射、共射-共基组合放大电路共基组合放大电路等。等。模 拟 电 子 技 术V1V2NPN + NPNNPNV1V2PNP + PNPPNPV1V2NPN + PNPNPNV1V2PNP + NPNPNP一一. 复合管的结构复合管的结构2.9.1 复合管复合管模 拟 电 子 技 术二二. 复合管的复合管的构成构成规则规则1. B1 为为 B，C1 或或 E1 接接 B2 ， C2、E2 为为 C 或或 E；2. .应保证发射结正偏，集电结反偏；应保证发射结正偏，集电结反偏；3. . 复合管类型与第一只管子相同。复合管类型与第一只管子相同。模 拟 电 子 技 术(a) 电路 (b) 计算复合后rbe电路 (c) 复合后的等效管三. 复合管的及rbe模 拟 电 子 技 术(1) 复合管的等效 (2) 复合管的等效 rbe模 拟 电 子 技 术四四.复合管存在的问题及解决的措施复合管存在的问题及解决的措施1.存在的问题存在的问题穿透电流大穿透电流大V1V2ICEO1 2 ICEO1R泻放泻放电阻电阻减小减小2.措施措施加泻放电阻加泻放电阻模 拟 电 子 技 术2.9.2 共集共集-共射和共射共射和共射-共集组合放大电路共集组合放大电路 （当1，且） 一一.共共C-共共E模 拟 电 子 技 术特点：这种电路具有很高的输入电阻，信号源电压几乎全部特点：这种电路具有很高的输入电阻，信号源电压几乎全部输送到共发射极电路的输入端，所以整个电路的电压增益近输送到共发射极电路的输入端，所以整个电路的电压增益近似为后级共发射极电路的电压增益。似为后级共发射极电路的电压增益。模 拟 电 子 技 术 如果将共集电极电路作为输出级，与共发射如果将共集电极电路作为输出级，与共发射极电路构成共射极电路构成共射-共集（共集（CE - CC）组合放大电路，）组合放大电路，则放大电路具有很低的输出电阻，这在电压放大时，则放大电路具有很低的输出电阻，这在电压放大时，增强了放大电路的带负载能力，相当于将共发射极电增强了放大电路的带负载能力，相当于将共发射极电路和负载之间加了一级隔离级。整个放大电路的电压路和负载之间加了一级隔离级。整个放大电路的电压增益，近似为共发射极电路的电压增益。增益，近似为共发射极电路的电压增益。二二.共共E-共共C模 拟 电 子 技 术2.9.3 共射共射-共基组合放大电路共基组合放大电路(a) 共射-共基电路 (b) 微变等效电路模 拟 电 子 技 术（） 特点：前级电路负载电阻的减小，有利于该级输出回路时间特点：前级电路负载电阻的减小，有利于该级输出回路时间常数减小，使高频截止频率提高，展宽了放大电路的通频带。常数减小，使高频截止频率提高，展宽了放大电路的通频带。模 拟 电 子 技 术求：求：1.“Q ”，2.分别求集电极输出电压，分别求集电极输出电压，发射极输出电压与输入电压之比发射极输出电压与输入电压之比3.Ri，Ro。例：已知电路如图所示例：已知电路如图所示