3 半导体三极管半导体三极管及放大电路基础及放大电路基础3.1 半导体三极管（半导体三极管（BJT）3.2 共射极放大电路共射极放大电路3.3 图解分析法图解分析法3.4 小信号模型分析法小信号模型分析法3.5 放大电路的工作点稳定问题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共集电极电路和共基极电路3.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 第三章第三章 半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础 教学内容：教学内容： 本章首先讨论了半导体三极管本章首先讨论了半导体三极管(BJT)(BJT) 的结构、工作原理、特性曲线和主要参的结构、工作原理、特性曲线和主要参 数。数。 随后着重讨论了随后着重讨论了BJTBJT放大电路的三放大电路的三 种组态，即共发射极、共集电极和共基种组态，即共发射极、共集电极和共基 极三种基本放大电路。还介绍了图解法极三种基本放大电路。还介绍了图解法 和小信号模型法，并把其作为分析放大和小信号模型法，并把其作为分析放大 电路的基本方法。电路的基本方法。2 教学要求：教学要求： 本章需重点掌握三极管的模型与本章需重点掌握三极管的模型与 特性；并能熟练进行基本放大电路静特性；并能熟练进行基本放大电路静 态工作点的确定和输入电阻、输出电态工作点的确定和输入电阻、输出电 阻、电压放大倍数的计算。阻、电压放大倍数的计算。3图图3.1.1 几种几种BJT的的外形外形3.1 半导体三极管（半导体三极管（BJT）3.1.1 BJT的结构简介的结构简介3.1.2 BJT的的电流分配与放大原理电流分配与放大原理3.1.3 BJT的的特性曲线特性曲线3.1.4 BJT的的主要参数主要参数4 Jc反偏反偏 3.1.1 BJT的结构简介的结构简介基区基区发射区发射区集电区集电区 发射极发射极Emitter集电极集电极Collector 基极基极Base1、结构和符号、结构和符号发射结发射结(Je) 集电结集电结(Jc)PNPNPN发射载流子发射载流子(电电子子)收集载流子收集载流子(电子电子)复合部分电子复合部分电子 控制传送比例控制传送比例由结构展开联想由结构展开联想2、工作原理、工作原理3、实现条件、实现条件外部条件外部条件内部条件内部条件 结构特点：结构特点：Je正偏正偏掺杂浓度最高掺杂浓度最高掺杂浓度低于发射掺杂浓度低于发射区且面积大区且面积大掺杂浓度远低于发掺杂浓度远低于发射区且很薄射区且很薄5NPNebcecbNPN型BJT(a)管芯结构剖面图(b)表示符号发射极基极集电极发射区集电区基区6 3.1.2 BJT的的电流分配与放大原理电流分配与放大原理1. 1. 内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程2. 2. 电流分配关系电流分配关系电流分配关系电流分配关系4. 4. 三极管的三种组态三极管的三种组态三极管的三种组态三极管的三种组态3. 3. 放大作用放大作用放大作用放大作用发发射射结结正正偏偏发发射射区区发发射射载载流流子子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子集集电电区区收收集集 载载流流子子本质本质:电流分配电流分配5. 5. 共射极连接方式共射极连接方式共射极连接方式共射极连接方式集集电电结结反反偏偏73.1.2 BJT的的电流分配电流分配与放大原理与放大原理1. 1. 内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程RLecb1kVEEVCCIBIEICVEB+ vEB放大电路放大电路+ iEii+- vI+ iC+ iB vO+-io放大作用？放大作用？（原理）（原理）关键：关键： iC与与 iE的关系的关系 三极管的放大作用是通过载流子传输体现出来的。三极管的放大作用是通过载流子传输体现出来的。 本质：电流分配关系本质：电流分配关系 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。82. 电流分配关系电流分配关系根据传输过程可知根据传输过程可知IE=IB+ IC(1)IC= InC+ ICBO(2)IB= IB - ICBO(3)定义定义通常通常 IC ICBO则有则有所以所以 为共基极电流放大系为共基极电流放大系数，数，它只与管子的结构尺它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，寸和掺杂浓度有关，与外与外加电压无关加电压无关。一般。一般 = 0.9 0.99硅硅: 0.1 A锗锗: 10 A IE与与IC的关系：的关系： 93. 3. 放大作用放大作用放大作用放大作用 vI = 20mV iE = -1mARLecb1kVEEVCCIBIEICVEB+ vEB放大电路放大电路+ iEii+- vI+ iC+ iB vO+-io图图 3.1.5 共基极放大电路共基极放大电路 = 0.98 iC = iE vO = - iC RL vO = 0.98 V非非线性线性 iC = -0.98mA iB = -20 A电压放大倍数电压放大倍数Ri= vI / iE =20 输入电阻输入电阻104. 三极管（放大电路）的三种组态三极管（放大电路）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；如何判断组态？如何判断组态？外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏115. 5.共射极连接方式共射极连接方式共射极连接方式共射极连接方式问题问题(1)：如何保证？：如何保证？发射结正偏发射结正偏VBE =VBBVBC = VBE - VCE VBE+ vBE+ iE+ iC+ iB+ iE+ vBE+ vI+ iB+ iC+ vO本质相同！本质相同！但但希望希望 vI = 20mV iB = 20 A iC =0.98mA vO = -0.98 VRi= vI / iB =1k 放大电路放大电路125. 5.共射极连接方式共射极连接方式共射极连接方式共射极连接方式 IC与与IB的关系：的关系： 由由 的定义的定义： 即即 IC = IE + ICBO = (IB + IC) + ICBO整理可得整理可得:令：令：IC = IB + (1+ )ICBOIC = IB + ICEO （穿透电流）穿透电流）IC IB IE = IC + IB (1+ )IB 是共射极电流放大系数，是共射极电流放大系数，只与管子的结构尺寸和掺杂浓只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关度有关， 与外加电压无关。一般与外加电压无关。一般 1（10100）ICBO 硅硅: 0.1 A锗锗: 10 A13 综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的综上所述，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：发射区杂质浓度最高，基区杂质浓度发射区杂质浓度最高，基区杂质浓度远低于发射区且很薄，集电区杂质浓度低于发射区且远低于发射区且很薄，集电区杂质浓度低于发射区且面积大。面积大。（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。3.1.2 BJT的的电流分配与放大原理电流分配与放大原理14 3.1.3 BJT的的特性曲线特性曲线vCE = 0V+-bce共射极放大电路共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 当当vCE1V时，时， vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反偏状集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下下IB减小，减小，特性曲线右移。特性曲线右移。vCE = 0V vCE 1V(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. 1. 输入特性曲线输入特性曲线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）15iC=f(vCE) iB=const2. 输出特性曲线输出特性曲线 在在vCE小于小于1V时，输出特性很陡。时，输出特性很陡。原因是集电结的反向电压很小，对原因是集电结的反向电压很小，对到达基区的电子吸引力不够，这时，到达基区的电子吸引力不够，这时，iC受受vCE的影响很大。的影响很大。 当当vCE大于大于1V后，输出特性变的比较平坦。因为集电结的电场足后，输出特性变的比较平坦。因为集电结的电场足够强，能使发射区扩散到基区电子绝大部分都到达集电区，够强，能使发射区扩散到基区电子绝大部分都到达集电区，vCE增增加，加，iC增加不多。增加不多。 特性比较平坦的部分随着特性比较平坦的部分随着vCE的增加略向上倾斜。当的增加略向上倾斜。当vCE增加时，增加时，由于由于vBE变化较少，故变化较少，故vCB增加，集电结加宽，基区宽度减小，载增加，集电结加宽，基区宽度减小，载流子复合减少，流子复合减少，增大，增大，iC随随vCE增大。称为基区宽度调制效应。增大。称为基区宽度调制效应。16 3.1.4 BJT的的主要参数主要参数交流参数交流参数交流参数交流参数直流参数直流参数直流参数直流参数极限参数极限参数极限参数极限参数结结电容电容 Cbc 、 Cbe 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM反向击穿电压反向击穿电压极间反向电流极间反向电流ICBO 、 ICEO交流电流放大系数交流电流放大系数 、 直流电流放大系数直流电流放大系数 、 特征频率特征频率fT17(1) 共发射极共发射极直流直流电流放大系数电流放大系数 = (ICICEO)/IBIC / IB1. 1. 电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数 (2) 共发射极共发射极交流交流电流放大系数电流放大系数 = iC / iB 3.1.4 BJT的的主要参数主要参数在放大区且当在放大区且当ICBO和和ICEO很小时，很小时， ，可以不加区分。，可以不加区分。18 3.1.4 BJT的的主要参数主要参数 2. 2. 极间反向电流极间反向电流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 O （发射极）开路发射极）开路(2) 集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO19 3.1.4 BJT的的主要参数主要参数 3. 3. 极限极限极限极限参数参数参数参数(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 = iCvCE (3) 反向击穿电压反向击穿电压V(BR)CEO 、V(BR) EBO 、V(BR)CBO V(BR)CEO 基极开路时集电极和发射极间的击穿电压基极开路时集电极和发射极间的击穿电压20复习思考题复习思考题2. 要使要使BJT具有放大作用，发射结和集电结的偏具有放大作用，发射结和集电结的偏置电压应如何联接？置电压应如何联接？1. 既然既然BJT具有两个具有两个PN结，可否用两个二极管结，可否用两个二极管相联以构成一只相联以构成一只BJT，试说明理由。，试说明理由。3. 一只一只NPN型型BJT，具有，具有e、b、c三个电极，能三个电极，能否将否将e、c两个电极交换使用？为什么？两个电极交换使用？为什么？4. 为什么为什么BJT的输出特性在的输出特性在VCE1V以后是平坦以后是平坦的？又为什么说的？又为什么说BJT是电流控制器件？是电流控制器件？21习题习题3.1.1 测得某放大电路中的测得某放大电路中的BJT的三个电极的三个电极A、B、C的对地的对地电位分别为电位分别为VA=-9V，VB=-6V，VC=-6.2V，试分析，试分析A、B、C中哪个是基极中哪个是基极b、发射极、发射极e、集电极、集电极c，并说明此，并说明此BJT是是NPN型管还是型管还是PNP型管。型管。 解解 由于锗由于锗BJT的的VBE=0.2V,硅硅BJT的的VBE=0.7V，已知已知BJT的电极的电极B的的VB=-6V，电极，电极C的的VC=-6.2V，电极，电极A的的VA=-9V，故电极，故电极A是集电极。又根据是集电极。又根据BJT工作在放大区工作在放大区时，必须保证发射结正偏、集电结反偏的条件可知，电极时，必须保证发射结正偏、集电结反偏的条件可知，电极B是发射极，电极是发射极，电极C是基极，且此是基极，且此BJT为为PNP管。管。223.1.3 有两个有两个BJT，其中一个管子的，其中一个管子的=150, ICEO=200A，另一个管子的另一个管子的=50， ICEO=10A，其他参数一，其他参数一样，你，你选择哪个管子？哪个管子？为什么？什么？ 解解 选择选择=50， ICEO=10A，即，即ICEO较小的较小的BJT。 大的大的BJT虽然电流放大作用大，但其虽然电流放大作用大，但其ICEO大，使放大大，使放大电路的温度稳定性差，这是因为电路的温度稳定性差，这是因为ICEO受温度影响较大。受温度影响较大。此外，此外，ICEO也是衡量也是衡量BJT寿命的一个指标，寿命的一个指标，ICEO小的小的BJT寿命要长些。寿命要长些。233.1.4 某某BJT的极限参数的极限参数ICM=100mA，PCM=150mW，V(BR)CEO=30V，若它的工作电压，若它的工作电压VCE=10V，则工作电流，则工作电流IC不得超过多大？若工作电流不得超过多大？若工作电流IC=1mA，则工作电压的极，则工作电压的极限值应为多少？限值应为多少？ 解解 BJT工作时，其电压和电流及功耗不能超过其极限工作时，其电压和电流及功耗不能超过其极限值，否则将损坏。当工作电压值，否则将损坏。当工作电压VCE确定时，应根据确定时，应根据PCM及及ICM确定工作电流确定工作电流IC，即应满足，即应满足ICVCEPCM及及ICICM。当。当VCE=10V时时, ICPCM/VCE=15mA, 此值小于此值小于ICM=100mA，故此时工作电流不超过故此时工作电流不超过15mA即可。同理，当工作电流即可。同理，当工作电流IC确定时，应根据确定时，应根据ICVCEPCM及及VCEV(BR)CEO确定工作电压确定工作电压VCE的大小。当的大小。当IC=1mA时，为同时满足上述两个条件，则时，为同时满足上述两个条件，则工作电压的极限值应为工作电压的极限值应为30V。243.2 共射极放大电路共射极放大电路1. 电路组成电路组成4. 简化电路及习惯画法简化电路及习惯画法2. 简单工作原理简单工作原理3. 放大电路的放大电路的静态和动态静态和动态25 1. 电路组成电路组成3.2 共射极放大电路共射极放大电路三极管三极管T : 核心，核心，电流分配、放大作用电流分配、放大作用VBB Je正偏正偏Rb: 基极基极偏置电阻偏置电阻VCC Jc反偏反偏Rc：集电极集电极偏置电阻偏置电阻 ic vceCb1、Cb2:隔离直流隔离直流，传送交流传送交流固定偏流固定偏流隔直电容隔直电容耦合电容耦合电容接地接地 零电位点零电位点26 2. 简单工作原理简单工作原理vi=0vi=Vimsin t既有直流、又有交流既有直流、又有交流 ！3. 放大电路的放大电路的静态和动态静态和动态分析分析思路思路先先先先静态静态静态静态: :后动态后动态后动态后动态: :# 放大电路为什么要建立正确的静态？放大电路为什么要建立正确的静态？确定静态工作点确定静态工作点Q（IBQ 、ICQ、VCEQ）确定性能指标确定性能指标（AV 、Ri 、Ro 等）（等）（叠加原理？）叠加原理？）静静态态动动态态27工作点合适工作点合适工作点偏低工作点偏低# # 放大电路为什么要建立正确的静态？放大电路为什么要建立正确的静态？放大电路为什么要建立正确的静态？放大电路为什么要建立正确的静态？合适合适的的 静态静态工作点工作点保证保证Je正偏，正偏， Jc反偏反偏保证有保证有较大的线性工作范围较大的线性工作范围3.2 共射极放大电路共射极放大电路28 4. 简化电路及习惯画法简化电路及习惯画法3.2 共射极放大电路共射极放大电路习惯画法习惯画法小结小结:放大电路组成原则放大电路组成原则 iB iCvo vBE vCE信号通路：信号通路： vi合适的静态工作点合适的静态工作点( (Je正偏正偏Jc反偏反偏) )正确的耦合方式正确的耦合方式 共射极基本放大电路共射极基本放大电路291. 下列下列 a f 电路哪些具有放大作用？电路哪些具有放大作用？(a)(b)(c)(d)(e)(f)303.3 图解分析法图解分析法1. 近似估算近似估算Q点点2. 用图解法确定用图解法确定Q点点2. 交流负载线交流负载线3.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析3.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析 1. 放大电路在放大电路在接入正弦信接入正弦信号时的工作情况号时的工作情况3. BJT的三个工作区域的三个工作区域(4)交流通路与交流负载线交流通路与交流负载线(3)直流通路和交流通路直流通路和交流通路2. 图解法确定图解法确定Q点点(静态静态)3. 图解法动态分析图解法动态分析4. 几个重要概念几个重要概念(2)叠加原理？叠加原理？1. 近似估算法求近似估算法求Q点点(1)非线性失真与线性工作区非线性失真与线性工作区31 1. 近似估算法求近似估算法求Q点点 共射极放大电路共射极放大电路直流通路直流通路+-根据直流通路可知：根据直流通路可知：如果已知如果已知，可以求出，可以求出IC和和VCE。 求求IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ3.3 图解法分析法图解法分析法32 2. 图解法确定图解法确定Q点点3.3 图解分析法图解分析法分析步骤：分析步骤：(1) vi =0（短路）短路）Cb1、Cb2开路开路（被充电）（被充电）开路开路开路开路(2) 把电路分为线性和非线性把电路分为线性和非线性非非线性线性线性线性线性线性(3) 写出线性部分直线方程写出线性部分直线方程直流通路直流通路 输入回路（输入回路（Je）方程方程: 输出回路（输出回路（Jc）方程方程:vBE = VCC iBRbvCE = VCC iCRc直流负载线直流负载线(4) 作图：作图：画直线，与画直线，与BJT特性曲线的交点为特性曲线的交点为Q点点VCb1 = VBEQ ; VCb2 = VCEQ333.3 图解法分析法图解法分析法2. 图解法确定图解法确定Q点点（作图过程）（作图过程） 在输入特性曲线上，作出直线：在输入特性曲线上，作出直线： vBE = VCC iBRb 在输出特性曲线上，作出在输出特性曲线上，作出直流负载线直流负载线： vCE = VCC iCRc即：即： 与特性曲线的交点即为与特性曲线的交点即为Q点，点， IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ。34 3. 图解法动态分析图解法动态分析3.3 图解法分析法图解法分析法输入特性输入特性输出特性输出特性暂令暂令 RL= （开路）开路）直流负载线不变直流负载线不变Q点沿负载线上下移动点沿负载线上下移动输入特性不变输入特性不变Q点沿输入特性上下移动点沿输入特性上下移动输入回路输入回路vBE = VCb1 + vi = VBEQ + vi iB iCvo vBE vCE信号通路：信号通路： vi 分析思路：分析思路：设设、C 电容电压不能突变电容电压不能突变353. 图解法动态分析图解法动态分析3.3 图解法分析法图解法分析法（作图过程）（作图过程）iBiCvovBEvCE信号通路：信号通路：vi可得如下结论：可得如下结论：1.Q点沿负载线点沿负载线上下移动上下移动Q点沿输入特性上点沿输入特性上下移动下移动2. vo 与与vi 相位相反（相位相反（反相电压放大器反相电压放大器）；3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；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可以确定最大不失真输出幅度。363. 图解法动态分析图解法动态分析3.3 图解法分析法图解法分析法（作图过程）（作图过程）几个问题：几个问题：Q点沿负载线点沿负载线上下移动上下移动Q点沿输入特性上点沿输入特性上下移动下移动 几个重要概念！几个重要概念！1. 静态工作点静态工作点Q的位置的位置 非线性失真非线性失真2. 最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度 线性范围（动态范围）线性范围（动态范围）3. 接入负载对放大有无影响？接入负载对放大有无影响？4. 能否使用叠加原理？如何使用？能否使用叠加原理？如何使用？37 BJT的三个工作区域的三个工作区域饱和区：饱和区：输出特性直线上升和弯曲输出特性直线上升和弯曲部分。发射极发射有余，部分。发射极发射有余，而集电极收集不足，而集电极收集不足，VCE很很小，小，BJT如同短路。如同短路。 VBE=0.7V, VCE=0.3V放大区：放大区：输出特性的平坦部分接近于输出特性的平坦部分接近于 恒流特性，符合恒流特性，符合IC=IB。 VBE=0.7V, VCE1V 截止区：截止区：输出特性输出特性IB=0曲线以下的部分，曲线以下的部分，IC=ICEO0， VCE VCC，BJT如同断开。如同断开。 VBEIBVB VBEI1=(510)IB (硅硅)I1=(1020)IB(锗锗)VB =3V5V (硅硅)VB =1V3V (锗锗)732. 放大电路指标分析放大电路指标分析3.5.2 射极偏置电路射极偏置电路确定静态工作点确定静态工作点Je回路回路KVL方程方程画小信号等效电路画小信号等效电路并确定模型参数并确定模型参数742. 放大电路指标分析放大电路指标分析3.5.2 射极偏置电路射极偏置电路输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：电压增益电压增益(1+ )Re rbe 1若：若：75输入电阻输入电阻2. 放大电路指标分析放大电路指标分析3.5.2 射极偏置电路射极偏置电路RiRi证明如下证明如下：从从b极看极看e极的电阻，要扩大极的电阻，要扩大(1+ )倍！倍！那从那从e极看极看b极的电阻，要？极的电阻，要？76 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路指标分析放大电路指标分析输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻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求求Ro，可对回路可对回路1和和2列列KVL方程方程r rcece对分析过程影响很大，此处不能忽略对分析过程影响很大，此处不能忽略其中其中则则当当时，时，一般一般（）773. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较 共射极放大电路共射极放大电路静态：静态：3.5.2 射极偏置电路射极偏置电路78 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 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：电压增益：RbviRcRL固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：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，射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，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？又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？79 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路801 3.5.2 射射极偏置电极偏置电路路813.6 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路 电路分析电路分析 复合管复合管 静态工作点静态工作点 动态指标动态指标 三种组态的比较三种组态的比较3.6.1 共集电极电路共集电极电路3.6.2 共基极电路共基极电路823.6.1 共集电极电路共集电极电路1. 1. 电路分析电路分析电路分析电路分析结构特点结构特点也称为也称为射极输出器射极输出器求静态工作点求静态工作点画小信号等效电路画小信号等效电路83 电压增益电压增益1. 1. 电路分析电路分析电路分析电路分析3.6.1 共集电极电路共集电极电路一般有一般有即即电压跟随器（电压跟随器（射极输出器）射极输出器）其中其中输入电阻输入电阻Ri大大输出电阻输出电阻Ro小小84输出电阻输出电阻1. 1. 电路分析电路分析电路分析电路分析3.6.1 共集电极电路共集电极电路证明如下：证明如下： 电路变换电路变换对对e极列极列KCL方程：方程：将各支路关系代入：将各支路关系代入：证毕！证毕！ 电压增益小于电压增益小于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，带负载能力强共集电极电路特点：共集电极电路特点：852. 2. 复合管复合管复合管复合管3.6.1 共集电极电路共集电极电路作用：提高电流放大系数作用：提高电流放大系数达林顿管达林顿管863.6.2 共基极电路共基极电路结构特点结构特点1. 1. 静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点直流通路与分压式射极偏直流通路与分压式射极偏置电路相同置电路相同872. 2. 动态指标动态指标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：画小信号等效电路画小信号等效电路3.6.2 共基极电路共基极电路88# # 共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？2. 动态指标动态指标 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻3.6.2 共基极电路共基极电路893. 三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：3.6.2 共基极电路共基极电路90复习频率响应的基本概念1.为什么要研究频率响应为什么要研究频率响应2. 频率响应的分析任务频率响应的分析任务3. AV随随 f 变化的原因变化的原因原因原因1:实测表明实测表明Av是是 f 的函数的函数,对不同频率信号的放大程度不同。对不同频率信号的放大程度不同。原因原因2:信号有多个频率成分信号有多个频率成分,若放大程度不同若放大程度不同,会产生会产生频率失真频率失真。(1) 频率响应表达式频率响应表达式:(3) 确定带宽确定带宽BW、上限频率上限频率 f H、下限频率下限频率f L 放大电路中有放大电路中有电容、电感等电抗元件电容、电感等电抗元件，其阻抗随，其阻抗随 f 变化而变化变化而变化(2) 画出对数频率响应曲线画出对数频率响应曲线3.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应911.为什么要研究频率响应为什么要研究频率响应高频区高频区中频区中频区低频区低频区原因原因1:实测表明实测表明Av是是 f 的函数的函数,对不同频率信号的放大程度不同。对不同频率信号的放大程度不同。原因原因2:信号有多个频率成分信号有多个频率成分,若放大程度不同若放大程度不同,会产生会产生频率失真频率失真。92幅度失真幅度失真相位失真相位失真线性失真线性失真频率失真频率失真933. AV随随 f 变化的原因变化的原因放大电路中有电容、电感等电抗元件，放大电路中有电容、电感等电抗元件，其阻抗随其阻抗随f 变化而变化变化而变化RbviRcRL固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路C1前面的分析中，前面的分析中，隔直电容隔直电容处理为处理为: 直流开路直流开路;交流短路交流短路计算电容的电抗：（计算电容的电抗：（C1=20 F）f Xc11Hz7962 10Hz796.2 100Hz79.62 1kHz7.962 10kHz0.796 100kHz0.08 1MHz0.008 f 100Hz Xc1与与rbe = 863 相比相比不能短路不能短路f 100Hz Xc1 rbe943.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应3.7.1 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3.7.2 单级放大电路的高频响应单级放大电路的高频响应 RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应 RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应3.7.3 单级放大电路的低频响应单级放大电路的低频响应3.7.4 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电路的增益多级放大电路的增益 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 低频等效电路低频等效电路 低频响应低频响应 研究放大电研究放大电路的动态指标路的动态指标（主要是增益）（主要是增益）随信号频率变随信号频率变化时的响应。化时的响应。 Ri和和Ro类似类似（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）953.7.1 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频率响应表达式频率响应表达式: :确定上限频率确定上限频率 f H、下限频率下限频率f L （带宽带宽BW）画出对数频率响应曲线画出对数频率响应曲线1. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应幅频响应幅频响应相频响应相频响应先求增益的传递函数：先求增益的传递函数：（一阶）（一阶）则则且且再令再令（变换到频域）（变换到频域）（特征频率（特征频率时间常数对应的频率）时间常数对应的频率）96画出对数频率响应曲线画出对数频率响应曲线（波特图）（波特图）1. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应最大误差最大误差 -3dB水平线水平线斜率为斜率为 20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线幅频响应幅频响应近似讨论：近似讨论：971. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应画出对数频率响应曲线画出对数频率响应曲线相频响应相频响应表示输出与输入的相位差表示输出与输入的相位差低频时，输出超前输入低频时，输出超前输入因为因为所以所以近似讨论：近似讨论：确定上限频率确定上限频率 f H、下限频率下限频率f L （带宽带宽BW）（特征频率（特征频率时间常数）时间常数）982. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应3.7.1 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传函：传函：频率响应频率响应 表达式表达式: :幅频响应幅频响应相频响应相频响应特征频率特征频率992. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应（波特图）（波特图）1003.7.3 单级放大电路的低频响应单级放大电路的低频响应RbviRcRL固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路Cb1分析举例分析举例1：习题习题3.4.2分析过程：分析过程：求频响表达式求频响表达式确定确定 f H、f L （BW）画波特图画波特图求静态工作点求静态工作点画小信号等效电路画小信号等效电路（保留电容）（保留电容）电路变换过程：电路变换过程：(a)(a) Rb rbe 开路开路(b) (b) 输出回路：输出回路： 诺顿诺顿戴维南戴维南1013.7.3 单级放大电路的低频响应单级放大电路的低频响应分析举例分析举例1：求频响表达式求频响表达式1023.7.3 单级放大电路的低频响应单级放大电路的低频响应分析举例分析举例1：下限频率取决于下限频率取决于即即更更精确的关系：精确的关系：确定确定 f H、f L （BW）画波特图画波特图103分析举例2：3.7.3 单级放大电路的低频响应单级放大电路的低频响应画低频小信号等效电路画低频小信号等效电路求静态工作点求静态工作点图图3.7.13（131页）页）电路变换电路变换(a) Re XCe = 32 ( f =100Hz)(b) Rb = 25k Ri(a),(b) 2条假设条假设突出考察突出考察Ce的影响的影响(c) Ce 折算折算(c) 输出回路：诺顿输出回路：诺顿戴维南戴维南结论：结论：Ce是决定低频响应的是决定低频响应的 主要因素主要因素1043.7.3 单级放大电路的低频响应单级放大电路的低频响应中频增益中频增益则则分析举例分析举例2：确定确定 f H、f L （BW）求频响表达式求频响表达式问题？问题？1053.7.2 单级放大电路的高频响应单级放大电路的高频响应1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模 模型的引出模型的引出 模型简化模型简化 模型参数的获得模型参数的获得 的的频率响应频率响应2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路 高频响应高频响应3. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 增益增益-带宽积带宽积 高频等效电路高频等效电路 高频响应高频响应 几个上限频率的比较几个上限频率的比较1061. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模3.7.2 单级放大电路的高频响应单级放大电路的高频响应模型的引出模型的引出模型简化模型简化互导互导1071. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模3.7.2 单级放大电路的高频响应单级放大电路的高频响应模型参数的获得模型参数的获得(1) 2个电容个电容(2) 2个电阻个电阻rbb、rbe(3) 互导互导gm fT 特征频率，查手册特征频率，查手册查手册查手册公式计算公式计算低频时，电容开路低频时，电容开路2 2个个模型等效模型等效所以所以测测rbe，计算计算查手册查手册108 3.7.2 单级高频响应 的的频率响应频率响应由由H参数可知参数可知1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模即即根据混合根据混合 模型得模型得低频时低频时所以所以当当时，时，109共发射极截止频率共发射极截止频率 3.7.2 单级高频响应 的的频率响应频率响应1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模 的幅频响应的幅频响应令令则则特征频率特征频率共基极截止频率共基极截止频率1102. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应3.7.2 单级放大电路的高频响应单级放大电路的高频响应分析举例分析举例1 1：习题习题3.4.2已知已知:分析过程：分析过程：求静态工作点求静态工作点画小信号等效电路画小信号等效电路(保留电容保留电容)混合混合 模型模型问题？问题？所有电容一起分析？所有电容一起分析？111f (Hz)Xc1XcbeXcbc13185 6805M 318471M 10318.5 681M 31847M 10031.85 68.1M 3185M 1k3.2 6.81M 319M 10k0.32 681k 31.9M 100k0.032 68.1k 3.19M 1M3.2m 6.81k 319k 10M0.32m 681 32k 100M0.03m 68.1 3.2k 计算电容的电抗：计算电容的电抗：2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应低频区：低频区： （低频响应）（低频响应）隔直电容必须考虑隔直电容必须考虑结电容开路（结电容开路（X ）中频区中频区隔直电容短路（隔直电容短路（X 0）结电容开路（结电容开路（X ）高频区：高频区： （高频响应）（高频响应）隔直电容短路（隔直电容短路（X 0）结电容必须考虑结电容必须考虑思路：思路：分分3个频段进行频响分析，然后再合成个频段进行频响分析，然后再合成C f L BW C f H BW 1122. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应分析举例分析举例1 1：习题习题3.4.2已知已知:分析过程：分析过程：求静态工作点求静态工作点画画高频高频小信号等效电路小信号等效电路电路变换电路变换(a) Rb=300k Rs =500 与图与图3.7.8(b)相同相同1132. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应电路变换电路变换与图与图3.7.8(b)相同相同(b) 用用密勒定理密勒定理对对Cbc作等效拆分作等效拆分密勒电容密勒电容密勒效应密勒效应(a) Rb=300k Rs =500 CM1142. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应电路变换电路变换(b) 用用密勒定理密勒定理对对Cbc作等效拆分作等效拆分(a) Rb=300k Rs =500 (c) 从从Cbe向左做戴维南等效向左做戴维南等效(d) 输出回路：诺顿输出回路：诺顿戴维南戴维南确定确定 f H、f L （BW）fH =1152. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应求频响表达式求频响表达式中频增益中频增益116完整的频响表达式及波特图完整的频响表达式及波特图2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应中频增益中频增益1172. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应增益增益-带宽积带宽积 3.7.2 单级高频响应BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数# # 如何提高带宽？如何提高带宽？如何提高带宽？如何提高带宽？1183. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应高频等效电路高频等效电路1193. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 3.7.2 单级高频响应高频响应高频响应列列 e 点的点的KCL而而所以电流增益为所以电流增益为其中其中电压增益为电压增益为 其中其中 特征频率特征频率忽略忽略1203.7.4 多极放大电路的频率响应多极放大电路的频率响应1. 多级放大电路的增益多级放大电路的增益 前级的开路电压是下级的信号源电压前级的开路电压是下级的信号源电压 前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗 下级的输入阻抗是前级的负载下级的输入阻抗是前级的负载1213.7.4 多极放大电路的频率响应多极放大电路的频率响应2. 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电路的通频带比多级放大电路的通频带比 它的任何一级都窄它的任何一级都窄（以两级为例）（以两级为例）则单级的上下限频率处的增益为则单级的上下限频率处的增益为当两级增益和频带均相同时，当两级增益和频带均相同时，两级的增益为两级的增益为即两级的带宽小于单级带宽即两级的带宽小于单级带宽122基本要求基本要求n了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要参数参数 n了解静态工作点与非线性失真的关系了解静态工作点与非线性失真的关系 n熟练掌握放大电路静态工作点的设置和估算，熟练掌握放大电路静态工作点的设置和估算，n熟练掌握用小信号模型分析法求解放大电路的动熟练掌握用小信号模型分析法求解放大电路的动态指标态指标 n掌握掌握BJT放大电路三种组态的结构及性能的特点放大电路三种组态的结构及性能的特点 n掌握放大电路的频率响应的基本概念及基本分析掌握放大电路的频率响应的基本概念及基本分析方法方法 n了解各元件参数对放大电路的频率响应性能的影了解各元件参数对放大电路的频率响应性能的影响响 123自自 测测 题题一、在括号内用一、在括号内用“ ”或或“”表明下列说法是否正确。表明下列说法是否正确。（1）只有电路既放大电流又放大电压，才称其有放大作用；（）只有电路既放大电流又放大电压，才称其有放大作用；（ ）（2）可以说任何放大电路都有功率放大作用；（）可以说任何放大电路都有功率放大作用；（ ）（3）放大电路中输出的电流和电压都是由有源元件提供的；（）放大电路中输出的电流和电压都是由有源元件提供的；（ ）（4）电路中各电量的交流成份是交流信号源提供的；（）电路中各电量的交流成份是交流信号源提供的；（ ）（5）放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作；（）放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作；（ ）（6）由于放大的对象是变化量，所以当输入信号为直流信号时，）由于放大的对象是变化量，所以当输入信号为直流信号时， 任何放大电路的输出都毫无变化；（任何放大电路的输出都毫无变化；（ ）（7）只要是共射放大电路，输出电压的底部失真都是饱和失真。）只要是共射放大电路，输出电压的底部失真都是饱和失真。 （ ）解：（解：（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） 124二、试分析图二、试分析图T2.2所示各电路是否能够放大正弦交流信号，所示各电路是否能够放大正弦交流信号， 简述理由。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。简述理由。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。图图T2.2 解：（解：（a）不能。因为输入信号被）不能。因为输入信号被VBB短路。（短路。（b）可能。）可能。 （c）不能。因为输入信号作用于基极与地之间，不能驮载在）不能。因为输入信号作用于基极与地之间，不能驮载在 静态电压之上，必然失真。静态电压之上，必然失真。125三、在三、在图T2.3所示所示电路中，路中， 已知已知VCC12V，晶体管的，晶体管的 100，100k。填空：要求先填文字表达式后填得数。填空：要求先填文字表达式后填得数。 （1）当）当0V时，测得时，测得UBEQ0.7V，和和RW之和之和Rb k；=5mV时，输出电压有效值时，输出电压有效值0.6V， 则电压放大倍数则电压放大倍数若负载电阻若负载电阻RL值与值与RC相等相等 ，则带上负载，则带上负载后后输出出电压有效有效值 V。 若要基极电流若要基极电流IBQ20A， 则则而若测得而若测得UCEQ6V，则则Rc k。（2）若测得输入电压有效值）若测得输入电压有效值 。 图图T2.3 126解：（解：（1）（2） 。127四、已知图四、已知图T2.3所示电路中所示电路中VCC12V，RC3k，静态管压降，静态管压降UCEQ6V；并在输出端加负载电阻；并在输出端加负载电阻RL，其阻值为，其阻值为3k。选择一个合适的答案填入空内。选择一个合适的答案填入空内。 （1）该电路的最大不失真输出电压有效值）该电路的最大不失真输出电压有效值Uom ； A.2V B.3V C.6V （2）当）当1mV时，若在不失真的条件下，减小时，若在不失真的条件下，减小RW，则输出电压的幅值将则输出电压的幅值将 ； A.减小减小 B.不变不变 C.增大增大 （3）在）在1mV时，将时，将Rw调到输出电压最大且刚好不失真，调到输出电压最大且刚好不失真，若此时增大输入电压，则输出电压波形将若此时增大输入电压，则输出电压波形将 ； A.顶部失真顶部失真 B.底部失真底部失真 C.为正弦波为正弦波 （4）若发现电路出现饱和失真，则为消除失真，可将）若发现电路出现饱和失真，则为消除失真，可将 。 A.RW减小减小 B.Rc减小减小 C.VCC减小减小解：（解：（1）A （2）C （3）B （4）B 128五、现有基本放大电路如下：五、现有基本放大电路如下： A.共射电路共射电路 B.共集电路共集电路 C.共基电路共基电路 选择正确答案填入空内选择正确答案填入空内。 （1）输入电阻最小的电路是）输入电阻最小的电路是 ，最大的是，最大的是 ；（2）输出电阻最小的电路是）输出电阻最小的电路是 ；（3）有电压放大作用的电路是）有电压放大作用的电路是 ；（4）有电流放大作用的电路是）有电流放大作用的电路是 ；（5）高频特性最好的电路是）高频特性最好的电路是 ；（6）输入电压与输出电压同相的电路是）输入电压与输出电压同相的电路是 ；反相的电路是；反相的电路是 。解：（解：（1）C （2）B （3）A C （4）A B （5）C （6）B C ， A 129 2.13 电路如图电路如图P2.13所示，晶体管的所示，晶体管的 100， =100。 （1）求电路的）求电路的Q点、点、 、Ri和和Ro；（2）若电容）若电容Ce开路，则将引起电路的哪些动态参数开路，则将引起电路的哪些动态参数 发生变化？如何变化？发生变化？如何变化？图图P2.13130解：（1）静态分析：动态分析： （2）Ri增大，Ri4.1k； 减小，1.92。 1312.17 设图P2.17所示电路所加输入电压为正弦波。试问：=/? =/（2）画出输入电压和输出电压）画出输入电压和输出电压ui、uo1、uo2 的波形；的波形；图图P2.17（1）?132解：（1）因为通常1，所以电压放大倍数分别应为两个电压放大倍数说明两个电压放大倍数说明 uo1ui，uo2ui。波形如解图波形如解图P1.17所示。所示。133134135136137138139140141142143144