半導體三極管

1、2022-3-1614.1 半導體三極管半導體三極管4.3 放大電路的分析方法放大電路的分析方法4.4 放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題4.5 共集電極放大電路和共基極放大電路共集電極放大電路和共基極放大電路4.2 共射極放大電路的工作原理共射極放大電路的工作原理4.6 組合放大電路組合放大電路4.7 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應第第4章章 三極管及放大電路基礎三極管及放大電路基礎2022-3-1624.1 半導體三極管半導體三極管4.1.1 BJT的結構簡介4.1.2 放大狀態(tài)下BJT的工作原理4.1.3 BJT的VI特性曲線4.1.4 BJT的主要參數(shù)202

2、2-3-1634.1.1 BJT的結構簡介(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管2022-3-164 半導體三極管的結構示意圖如圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。(a) NPN型管結構示意圖(b) PNP型管結構示意圖(c) NPN管的電路符號(d) PNP管的電路符號2022-3-165集成電路中典型集成電路中典型NPN型型BJT的截面圖的截面圖2022-3-166 由于三極管內有兩種載流子由于三極管內有兩種載流子(自由電子和空穴自由電子和空穴)參與導電，故參與導電，故稱為雙極型三極管或稱為雙極型三極管或BJT (Bip

3、olar Junction Transistor)。 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。外部條件：發(fā)射結正偏 集電結反偏4.1.2 放大狀態(tài)下BJT的工作原理1. 內部載流子的傳輸過程發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子 （以NPN為例） IC= ICN+ ICBOIE=IB+ IC放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過程中載流子的傳輸過程2022-3-167BJT的載流子運動示意發(fā)射結正偏發(fā)射結正偏UBE0集電結反偏集電結反偏UBC 1 。根據(jù)根據(jù)IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBOCNE CEIIII且令且令BCCEOC

4、IIII 時時，當當ICEO= (1+ ) ICBO（穿透電流）（穿透電流）電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)2022-3-16103. 三極管的三種組態(tài)共集電極接法共集電極接法，集電極作為公共電極，用，集電極作為公共電極，用CC表示。表示。共基極接法共基極接法，基極作為公共電極，用基極作為公共電極，用CB表示；表示；共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；表示；BJT的三種組態(tài)的三種組態(tài)2022-3-1611共基連接的電流分配共基連接的電流分配(1)CCNCBOECBOEBBECBOECNCBOEECBOEIIIIIIIIIIIIIIII ECNBECCBOB

5、CBOBCIIIIIIIII研究：)()(EBECIfIIfIQ1Q740ECEBIBICIE2022-3-1612共基極放大電路的共基極放大電路的放大作用 若若 vI = 20mV電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)4920mVV98. 0IO vvvA使使 iE = -1 mA，則則 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，當 = 0.98 時，時，2022-3-1613共射連接的電流分配共射連接的電流分配 ECNBECCBOBCBOBCIIIIIIIII研究：)()(BEBCIfIIfI()(1)11(1)(1)CC NC B OEC B OCBC B O

6、C B OCBBC B OBC E OC B OECBBBC E OBIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII穿透電流Q1Q 740ECEBIBICIE2022-3-1614 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實現(xiàn)的。達集電極而實現(xiàn)的。實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：（1）內部條件：內部條件：發(fā)射區(qū)雜質濃度遠大于基區(qū)發(fā)射區(qū)雜質濃度遠大于基區(qū)雜質濃度，且基區(qū)很薄。雜質濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：外部條件：發(fā)射結正向偏置，集電結反發(fā)

7、射結正向偏置，集電結反向偏置。向偏置。2022-3-16154.1.3 BJT的V-I 特性曲線 iB=f(vBE) vCE=const(2) 當當vCE1V時，時， vCB= vCE - - vBE0，集電結已進入反偏狀態(tài)，開始收，集電結已進入反偏狀態(tài)，開始收 集電子，基區(qū)復合減少，同樣的集電子，基區(qū)復合減少，同樣的vBE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。(1) 當當vCE=0V時，相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線。時，相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線。1. 輸入特性曲線輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例）共射極連接共射極連接2022-3-1616飽和區(qū)：

8、飽和區(qū)：iC明顯受明顯受vCE控制的區(qū)域，控制的區(qū)域，該區(qū)域內，一般該區(qū)域內，一般vCE0.7V (硅管硅管)。此時，此時，發(fā)射結正偏，集電結正偏或反發(fā)射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小偏電壓很小。iC=f(vCE) iB=const2. 輸出特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線的三個區(qū)域:截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。此時，的曲線的下方。此時， vBE小于死區(qū)小于死區(qū)電壓電壓。放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于vCE軸的區(qū)域，曲軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，線基本平行等距。此時，發(fā)射結正偏，發(fā)射結正偏，集電結反偏集電結反偏。2022-3-1617

9、I IC C= = I IB BU UCECE 0.3V0.3VI IC C 0 02022-3-1618CICECCUBEBBCEUfIUfI)()( IC IB RB EB EC RC V V A mA + UCE + UBE 0.4 0.8 UBE /V 40 30 20 10 IB /mA 0 UCE1V 測量三極管特性的實驗電路 三極管的輸入特性曲線 晶體管輸入輸出特性曲線實驗電路晶體管輸入輸出特性曲線實驗電路與二極管類似2022-3-1619q晶體管輸入特性曲線晶體管輸入特性曲線演示BJT12022-3-1620q晶體管輸出特性曲線晶體管輸出特性曲線演示BJT22022-3-162

10、11. 電流放大系數(shù) 4.1.4 BJT的主要參數(shù) (1) 共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const與與iC的關系曲線的關系曲線 (2) 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) =IC/IBvCE=const2022-3-16221. 電流放大系數(shù) (3) 共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基極交流電流放大系數(shù) =IC/IEvCB=const 當ICBO和ICEO很小時， 、 ，可以不加區(qū)分。2022-3-1623 2. 極間反向電流 (1) 集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時，集電結的反向飽和電流。 2022-3-

11、1624 (2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2022-3-1625（1） 集電極最大允許電流ICM（2） 集電極最大允許功率損耗PCM PCM= ICVCE 3. 極限參數(shù)2022-3-1626(3) 反向擊穿電壓 V(BR)CBO發(fā)射極開路時的集電結反 向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開路時發(fā)射結的反集電極開路時發(fā)射結的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR)CEO基極開路時集電極和發(fā)射基極開路時集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關系幾個擊穿電壓有如下關系 V(BR)CBOV(BR)CE

12、OV(BR) EBO2022-3-16274.1.5 溫度對BJT參數(shù)及特性的影響(1) 溫度對溫度對ICBO的影響的影響溫度每升高溫度每升高10，ICBO約增加一倍。約增加一倍。 (2) 溫度對溫度對 的影響的影響溫度每升高溫度每升高1， 值約增大值約增大0.5%1%。 (3) 溫度對反向擊穿電壓溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響的影響溫度升高時，溫度升高時，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都會有所提高。都會有所提高。 2. 溫度對溫度對BJT特性曲線的影響特性曲線的影響1. 溫度對溫度對BJT參數(shù)的影響參數(shù)的影響2022-3-16284.2 共射極放大電路的工作

13、原理4.2.1 基本共射極放大電路的組成基本共射極放大電路基本共射極放大電路 2022-3-16292022-3-1630電路簡化電路簡化(仿真圖仿真圖)0RB300kVCCVCCRL4KRS500C210u0Rc4KC110uVSFREQ = 1khzVAMPL = 20mvVOFF = 0OUTEC12VdcQ4Q3DG6UiUo=49VBVCVINIBIC2022-3-1631 Rs us + + ui RL + uo +VCC RC C1 C2 T RB + + 共發(fā)射極放大電路的實用電路2022-3-16324.2.2 基本共射極放大電路的工作原理1. 靜態(tài)靜態(tài)(直流工作狀態(tài)直流工作

14、狀態(tài)) 輸入信號輸入信號vi0時，時，放大電路的工作狀態(tài)稱放大電路的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)或直流工作狀態(tài)。為靜態(tài)或直流工作狀態(tài)。 直流通路直流通路 bBEQBBBQRVVI BQCEOBQCQIIII VCEQ=VCCICQRc 2022-3-16334.2.2 基本共射極放大電路的工作原理2. 動態(tài)動態(tài) 輸入正弦信號輸入正弦信號vs后，電路后，電路將處在動態(tài)工作情況。此時，將處在動態(tài)工作情況。此時，BJT各極電流及電壓都將在各極電流及電壓都將在靜態(tài)值的基礎上隨輸入信號靜態(tài)值的基礎上隨輸入信號作相應的變化。作相應的變化。 交流通路交流通路 2022-3-16344.3 放大電路的分析方法4.3.1

15、圖解分析法4.3.2 小信號模型分析法1. 靜態(tài)工作點的圖解分析2. 動態(tài)工作情況的圖解分析3. 非線性失真的圖解分析4. 圖解分析法的適用范圍1. BJT的H參數(shù)及小信號模型2. 用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路3. 小信號模型分析法的適用范圍2022-3-16354.3.1 圖解分析法1. 靜態(tài)工作點的圖解分析 采用該方法分析靜態(tài)工作點，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。 共射極放大電路共射極放大電路2022-3-16364.3.1 圖解分析法1. 靜態(tài)工作點的圖解分析 列輸入回路方程列輸入回路方程 列輸出回路方程（直流負載線）列輸出回路方程（直流負載線）VCE=VCCiCRc 首

16、先，畫出直流通路直流通路直流通路 bBBBBERiV v2022-3-1637 在輸出特性曲線上，作出直流負載線在輸出特性曲線上，作出直流負載線 VCE=VCCiCRc，與，與IBQ曲曲線的交點即為線的交點即為Q點，從而得到點，從而得到VCEQ 和和ICQ。 在輸入特性曲線上，作出直線在輸入特性曲線上，作出直線 ，兩線的交點，兩線的交點即是即是Q點，得到點，得到IBQ。bBBBBERiV v2022-3-1638 根據(jù)vs的波形，在BJT的輸入特性曲線圖上畫出vBE 、 iB 的波形2. 動態(tài)工作情況的圖解分析tsinsmsV vbBsBBBERiV vv2022-3-1639 根據(jù)iB的變化

17、范圍在輸出特性曲線圖上畫出iC和vCE 的波形cCCCCERiV v2022-3-1640 共射極放大電路中的電壓、電流波形2022-3-16413. 靜態(tài)工作點對波形失真的影響截止失真的波形截止失真的波形 2022-3-1642飽和失真的波形飽和失真的波形2022-3-1643單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路 Rs us + + ui RL + uo +VCC RC C1 C2 T RB + + 直流通路直流通路2022-3-16444. 環(huán)境與電路參數(shù)的改變對Q點的影響o電路參數(shù)的改變對電路參數(shù)的改變對Q點的影響點的影響RB 的改變直接影響的改變直接影響Q點的位置，但不點的位置，但

18、不影響負載特性。影響負載特性。RC 的改變影響負載線的斜率的改變影響負載線的斜率。VCC的改變使負載線產生平移的改變使負載線產生平移。o溫度的改變對溫度的改變對Q點的影響具有隨機性點的影響具有隨機性。2022-3-1645RC 的改變影響負載線的斜率的改變影響負載線的斜率2022-3-1646Vcc的改變使負載線產生平移的改變使負載線產生平移2022-3-1647溫度的改變對溫度的改變對Q點的影響點的影響2022-3-1648 Rs RB us + + ui RL + uo T RC ib ic ：（ui單獨作用下的電路）。由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當于短路），直流電源VCC去

19、掉（短接）。帶負載RL時的情況分析2022-3-1649帶負載時對負載特性的影響：帶負載時對負載特性的影響：LcceLCLLRiuRRRRtg動態(tài)時：其中：斜率：1)(2022-3-1650 交流負載線確定方法交流負載線確定方法： (1) 通過輸出特性曲線上的Q點做一條直線，其斜 率為-1/RL 。具體可采用兩點法作圖。 (2) RL= RLRc， 是交流負載電阻。是交流負載電阻。 (3)交流負載線是有交流交流負載線是有交流 輸入信號時輸入信號時Q點的運點的運 動軌跡。動軌跡。 (4)交流負載線與直流交流負載線與直流 負載線相交負載線相交Q點。點。 放大電路的動態(tài)放大電路的動態(tài) 工作狀態(tài)的圖解

20、分析工作狀態(tài)的圖解分析(5) 負載開路時（負載開路時（ RL=） 表現(xiàn)為交流負載線與直流表現(xiàn)為交流負載線與直流 負載線重疊。負載線重疊。2022-3-1651OiBuBECEUV10iCuCE2112108642VmAB1IICQIBQuBEtOiBtQB2IB1IB2IUCEQOiCtC1IC2ICQIOtOuCEVLc/1RRIBQQUBEQIBQC1IC2I1 12 23 34 4帶負載帶負載RL工作狀態(tài)的圖解分析工作狀態(tài)的圖解分析1. 首先畫出輸入電壓波形uBE(t)2. 根據(jù)輸入特性曲線和uBE(t)畫出iB波形3.根據(jù)iB波形和交流負載線畫出iC波形4.根據(jù)交流負載線和iC波形畫出

21、uCE波形ubeibicuce交流負載線2022-3-1652(a) 飽和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ02022-3-1653(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCE2022-3-1654放大電路的最大不失真輸出幅度放大電路的最大不失真輸出幅度 放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要： 1.工作點工作點Q要設置在輸出特性曲線放要設置在輸出特性曲線放 大區(qū)的中間部位；大區(qū)的中間部位； 2.要有合適的交流負載線要有合適的交流負載線。 （動畫動畫）2022-3-1655圖解步驟：（1）根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點Q。（2）根據(jù)ui在輸入特性上求

22、uBE和iB。（3）作交流負載線。（4）由輸出特性曲線和交流負載線求iC和uCE。0 (a) 輸入回路 (b) 輸出回路uCEiCQICQUCCuBEiB0uBEtiBt0iCt0tQQQQQIBQUBEQuCEUCEQ直流負載線交流負載線002022-3-16564. 圖解分析法的適用范圍幅度較大而工作頻率不太高的情況幅度較大而工作頻率不太高的情況優(yōu)點：優(yōu)點： 直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和動態(tài)等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設置動態(tài)等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設置靜態(tài)工作點的重要性。能全面地分析放

23、大電路的靜態(tài)、動態(tài)靜態(tài)工作點的重要性。能全面地分析放大電路的靜態(tài)、動態(tài)工作情況。工作情況。缺點：缺點： 不能分析工作頻率較高時的電路工作狀態(tài)，也不能用來不能分析工作頻率較高時的電路工作狀態(tài)，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)性能指標。分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)性能指標。2022-3-16574.3.2 小信號模型分析法1. BJT的H參數(shù)及小信號模型建立小信號模型的意義建立小信號模型的思路 當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極管小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理。 由于三極管是非線性器件，這樣就使

24、得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。2022-3-16581. BJT的H參數(shù)及小信號模型 H參數(shù)的引出),(CEB1BEvvif 在小信號情況下，對上兩式取全微分得CECEBEBBBEBEdddBCEvvvvv IVii用小信號交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 對于BJT雙口網絡，已知輸入輸出特性曲線如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以寫成：),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBCEvv IViiiiiBJT雙口網絡

25、2022-3-1659CEBBEie Vih v輸出端交流短路時的輸入電阻；輸出端交流短路時的輸入電阻；輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)；流放大系數(shù)；輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比；輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比；輸入端交流開路時的輸出電導。輸入端交流開路時的輸出電導。其中：其中：四個參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（四個參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（H參數(shù)）。參數(shù)）。vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEBCfe Viih BCEBEre Ihvv BCECoe Iihv 2022-3-1660 H

26、參數(shù)小信號模型根據(jù)可得小信號模型BJT的的H參數(shù)模型參數(shù)模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceBJT雙口網絡2022-3-1661 H參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。 H參數(shù)與工作點有關，在放大區(qū)基本不變。參數(shù)與工作點有關，在放大區(qū)基本不變。 H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。 受控電流源受控電流源h hfefei ib b ，反，反映了映了BJTBJT的基極電流對集電的基極電流對集電極電流的控制作用。電流源極電流的控制作用。電流源的流向由的流向由i

27、b的流向決定。的流向決定。 hrevce是一個受控電壓是一個受控電壓源。反映了源。反映了BJT輸出回路電輸出回路電壓對輸入回路的影響。壓對輸入回路的影響。2022-3-1662 模型的簡化 hre和和hoe都很小，常忽都很小，常忽略它們的影響。略它們的影響。 BJT在共射連接時，其在共射連接時，其H參數(shù)的數(shù)量級一般為參數(shù)的數(shù)量級一般為 S101010101052433oefereieehhhhh2022-3-1663 H參數(shù)的確定 一般用測試儀測出；一般用測試儀測出；rbe 與與Q點有關，可用圖示儀測出。點有關，可用圖示儀測出。rbe= rbb + (1+ ) re其中對于低頻小功率管其中對于

28、低頻小功率管 rbb200 則則 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV(26)mA()mV(EQEQeIIVrT 而而 (T=300K) 一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe （忽略（忽略 re ）2022-3-16644.3.2 小信號模型分析法2. 用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路（1）利用直流通路求Q點 共射極放大電路共射極放大電路bBEBBBRVVI 一般硅管一般硅管VBE=0.7V，鍺管，鍺管VBE=0.2V， 已知已知。BCII LCcCECCCE)(RIRVVV 2022-3-1665（2）畫小信號等效電路H參數(shù)小信號等效電路參數(shù)小信號等效電路

29、這里這里 Rb 可以看做信號源內阻可以看做信號源內阻Rs 2022-3-1666（3）求放大電路動態(tài)指標根據(jù))(bebbirRi vbcii )/(LccoRRi v則電壓增益為)()/()()/()()/(bebLcbebbLcbbebbLcciorRRRrRiRRirRiRRiA vvv（可作為公式）電壓增益H參數(shù)小信號等效電路參數(shù)小信號等效電路2022-3-1667（3）求放大電路動態(tài)指標輸入電阻輸出電阻令令0i v0b i0b iRo = Rc 所以所以bebbbebbbiiiirRirRiiiR )( vv LsR,0ttovviR2022-3-16683. 小信號模型分析法的適用范

30、圍 放大電路的輸入信號幅度較小，放大電路的輸入信號幅度較小，BJTBJT工作在其工作在其V VT T特性特性曲線的線性范圍（即放大區(qū)）內。曲線的線性范圍（即放大區(qū)）內。H H參數(shù)的值是在靜態(tài)工作參數(shù)的值是在靜態(tài)工作點上求得的。所以，放大電路的動態(tài)性能與靜態(tài)工作點參數(shù)點上求得的。所以，放大電路的動態(tài)性能與靜態(tài)工作點參數(shù)值的大小及穩(wěn)定性密切相關。值的大小及穩(wěn)定性密切相關。優(yōu)點優(yōu)點： 分析放大電路的動態(tài)性能指標分析放大電路的動態(tài)性能指標(Av 、Ri和和Ro等等)非常方便，非常方便，且適用于頻率較高時的分析。且適用于頻率較高時的分析。缺點缺點： 在在BJT與放大電路的小信號等效電路中，電壓、電流等與

31、放大電路的小信號等效電路中，電壓、電流等電量及電量及BJT的的H參數(shù)均是針對變化量參數(shù)均是針對變化量(交流量交流量)而言的，不能用而言的，不能用來分析計算靜態(tài)工作點。來分析計算靜態(tài)工作點。2022-3-1669共射極放大電路共射極放大電路放大電路如圖所示。已知BJT的 =80， Rb=300k ， Rc=2k， VCC= +12V，求：（1）放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（2）當Rb=100k時，放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）解：解：（1）A40300k2V1bBECCBQ RVVI（2）當Rb=100k時，3.2mAA4080BQCQ II 5

32、.6V3.2mA2k-V12CQcCCCEQ IRVV靜態(tài)工作點為Q（40A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：A120100k2V1bCCBQ RVImA6 . 9A12080BQCQ II V2 . 79.6mA2k-V12CQcCCCEQ IRVVmA62k2V1cCESCCCM RVVICMBQ II 由由于于，所以BJT工作在飽和區(qū)。VCE不可能為負值，此時，Q（120uA，6mA，0V）， 例題例題2022-3-16704.4 放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題4.4.1 溫度對靜態(tài)工作點的影響4.4.2 射極偏置電路1. 基極分壓式射極

33、偏置電路2. 含有雙電源的射極偏置電路3. 含有恒流源的射極偏置電路2022-3-16714.4.1 溫度對靜態(tài)工作點的影響 4.1.6節(jié)討論過，溫度上升時，節(jié)討論過，溫度上升時，BJT的反向電流的反向電流ICBO、ICEO及電流放大系數(shù)及電流放大系數(shù) 或或 都會增大，而發(fā)射結正向壓降都會增大，而發(fā)射結正向壓降VBE會減小。這些參數(shù)隨溫度的變化，都會使放大電路中的集電會減小。這些參數(shù)隨溫度的變化，都會使放大電路中的集電極靜態(tài)電流極靜態(tài)電流ICQ隨溫度升高而增加隨溫度升高而增加（ICQ= IBQ+ ICEO） ，從，從而使而使Q點隨溫度變化。點隨溫度變化。 要想使要想使ICQ基本穩(wěn)定不變，就要求

34、在溫度升高時，電路基本穩(wěn)定不變，就要求在溫度升高時，電路能自動地適當減小基極電流能自動地適當減小基極電流IBQ 。2022-3-16724.4.2 射極偏置電路（1 1）穩(wěn)定工作點原理）穩(wěn)定工作點原理 目標：溫度變化時，使目標：溫度變化時，使IC維持恒定。維持恒定。 如果溫度變化時，如果溫度變化時，b點電點電位能基本不變位能基本不變，則可實現(xiàn)靜，則可實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。態(tài)工作點的穩(wěn)定。T 穩(wěn)定原理：穩(wěn)定原理： IC IE VE 、VB不變不變 VBE IB IC （反饋控制）（反饋控制）1. 基極分壓式射極偏置電路(a) 原理電路原理電路 (b) 直流通路直流通路2022-3-1673b點電

35、位基本不變的條件點電位基本不變的條件：I1 IBQ ，CCb2b1b2BQVRRRV 此時，此時，VBQ與溫度無關與溫度無關VBQ VBEQRe取值越大，反饋控制作用越強取值越大，反饋控制作用越強一般取一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V 1. 基極分壓式射極偏置電路（1 1）穩(wěn)定工作點原理）穩(wěn)定工作點原理2022-3-1674（2）放大電路指標分析）放大電路指標分析靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 2022-3-1675電壓增益電壓增益畫小信號等效電路

36、畫小信號等效電路2022-3-1676計算：計算：輸出回路：輸出回路：)/(LcboRRi v輸入回路：輸入回路：ebbebeebebi)1(RiriRiri v電壓增益：電壓增益：ebeLcebebLcbio)1()/()1()/(RrRRRriRRiA vvv畫小信號等效電路畫小信號等效電路確定模型參數(shù)確定模型參數(shù) 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益（可作為公式用）（可作為公式用）2022-3-1677輸入電阻輸入電阻則輸入電阻則輸入電阻放大電路的輸入電阻不包含信號源的內阻放大電路的輸入電阻不包含信號源的內阻)1(ebebiRri vb2i

37、b1iei)1( RRRriiivvv bebibRb2b1eiii11)1(11RRRriR bev)1(|ebeb2b1RrRR 2022-3-1678輸出電阻輸出電阻輸出電阻輸出電阻oco/ RRR 求輸出電阻的等效電路求輸出電阻的等效電路 網絡內獨立源置零網絡內獨立源置零 負載開路負載開路 輸出端口加測試電壓輸出端口加測試電壓0)()(ecbsbeb RiiRri0)()(ebccebct Riiriiv其中其中b2b1ss/RRRR 則則)1(esbeecectoRRrRriR v當當coRR 時，時，coRR 一般一般cceoRrR （）2022-3-16792. 含有雙電源的射極

38、偏置電路（1）阻容耦合）阻容耦合靜態(tài)工作點00EEEe2e1BEBb )()(VIRRVIRECII )()(e1e1EcCEECCCERRIRIVVV CBII BE1II)( 2022-3-1680（2）直接耦合）直接耦合2022-3-16813. 含有恒流源的射極偏置電路靜態(tài)工作點由恒流源提供靜態(tài)工作點由恒流源提供分析該電路的分析該電路的Q點及點及、 、 vAiRoRend2022-3-16824.5 共集電極放大電路和共基極放大電路4.5.1 共集電極放大電路4.5.2 共基極放大電路4.5.3 放大電路三種組態(tài)的比較2022-3-16834.5.1 共集電極放大電路1.1.靜態(tài)分析靜

39、態(tài)分析共集電極電路結構如圖示共集電極電路結構如圖示該電路也稱為該電路也稱為射極輸出器射極輸出器ebBEQCCBQ)1(RRVVI eCQCCeEQCCCEQRIVRIVV BQCQII eEQBEQbBQCCRIVRIV BQEQ)1(II 由由得得直流通路直流通路 2022-3-1684小信號等效電路2.動態(tài)分析動態(tài)分析交流通路交流通路 2022-3-1685電壓增益電壓增益輸出回路：輸出回路：輸入回路：輸入回路：LbbebLbbbebi)1( )(RiriRiiri v電壓增益：電壓增益：1)1()1()1()1(LbeLLbeLLbebLbio RrRRrRRriRiAvvv其中其中Le

40、L/ RRR LbLbbo)1()(RiRii v一般一般beLrR ，則電壓增益接近于，則電壓增益接近于1 1，同相同相與與iovv電壓跟隨器電壓跟隨器1 vA即即。2022-3-1686輸入電阻輸入電阻當當1 ，beLrR 時，時，Lbi/RRR 輸入電阻大輸入電阻大)1(| )1(LbLibiiiiiRrRRrRiR bebevvvv2022-3-1687輸出電阻輸出電阻由電路列出方程由電路列出方程ebbtRiiii )(sbebtRri veteRiR v其中其中bss/ RRR 則則輸出電阻輸出電阻rRRiR 1/besettov當當 1beserRR，1 時，時， besorRR

41、輸出電阻小輸出電阻小2022-3-1688rRRR 1/beseo共集電極電路特點：共集電極電路特點：同相同相與與iovv 電壓增益小于電壓增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 輸入電阻大，對電壓信號源衰減小輸入電阻大，對電壓信號源衰減小 輸出電阻小，帶負載能力強輸出電阻小，帶負載能力強)1(/LbebiRrRR 1 vA。2022-3-16894.5.2 共基極放大電路1.1.靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 直流通路與射極偏置電路相同直流通路與射極偏置電路相同CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 2

42、022-3-16902.動態(tài)指標動態(tài)指標電壓增益電壓增益輸出回路：輸出回路：輸入回路：輸入回路：電壓增益：電壓增益：LcL/ RRR 交流通路交流通路 小信號等效電路小信號等效電路 LboRi vbebiri vbeLiorRA vvv2022-3-1691 輸入電阻輸入電阻 輸出電阻輸出電阻coRR 小信號等效電路小信號等效電路 beeeiiiiiRR)1(i eeRiR/iv bebri/iv beieiiiii)1(/rRiRvvvvrR 1|bee2022-3-16924.5.3 放大電路三種組態(tài)的比較1.1.三種組態(tài)的判別三種組態(tài)的判別以輸入、輸出信號的位置為判斷依據(jù)：以輸入、輸出信

43、號的位置為判斷依據(jù)： 信號由基極輸入，集電極輸出信號由基極輸入，集電極輸出共射極放大電路共射極放大電路 信號由基極輸入，發(fā)射極輸出信號由基極輸入，發(fā)射極輸出共集電極放大電路共集電極放大電路 信號由發(fā)射極輸入，集電極輸出信號由發(fā)射極輸入，集電極輸出共基極電路共基極電路 2022-3-1693三種組態(tài)的比較三種組態(tài)的比較2022-3-16943.三種組態(tài)的特點及用途三種組態(tài)的特點及用途共射極放大電路：共射極放大電路： 電壓和電流增益都大于電壓和電流增益都大于1 1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有很大關系。適用于低頻情況下，作多級放大電路的中間

44、級。集電極電阻有很大關系。適用于低頻情況下，作多級放大電路的中間級。共集電極放大電路：共集電極放大電路： 只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好?？捎糜谳斎爰?、輸出中，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好。可用于輸入級、輸出級或緩沖級。級或緩沖級。共基極放大電路：共基極放大電路： 只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關。高頻特性較好，常用于高頻或寬頻帶低輸輸出電阻與集電

45、極電阻有關。高頻特性較好，常用于高頻或寬頻帶低輸入阻抗的場合，模擬集成電路中亦兼有電位移動的功能。入阻抗的場合，模擬集成電路中亦兼有電位移動的功能。 2022-3-16954.6 組合放大電路4.6.1 共射共基放大電路4.6.2 共集共集放大電路2022-3-16964.6.1 共射共基放大電路共射共基放大電路共射共基放大電路2022-3-1697共射共基放大電路計算21o1oio1iovvvvvvvvvAAA )1(2be1be21be1L11rrrRA vbe2Lc22be2L222)|(rRRrRA v其中其中 be2Lc22be12be21)|()1(rRRrrA v所以所以 12因

46、為因為be1Lc21)|(rRRA v因此因此 組合放大電路總的電壓增益等于組合放大電路總的電壓增益等于組成它的各級單管放大電路電壓增益組成它的各級單管放大電路電壓增益的乘積。的乘積。 前一級的輸出電壓是后一級的輸前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓，后一級的輸入電阻是前一級入電壓，后一級的輸入電阻是前一級的負載電阻的負載電阻RL。電壓增益電壓增益2be2L1rR 2022-3-1698輸入電阻輸入電阻RiiiivRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 輸出電阻輸出電阻Ro Rc2 2022-3-1699T T1 1、T T2 2構成復合管，可等效為一個構成復合管，可等效為一個NPNNPN管管(

47、a) (a) 原理圖原理圖 (b)(b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集放大電路2022-3-161001. 復合管的主要特性復合管的主要特性兩只兩只NPN型型BJT組成的復合管組成的復合管 兩只兩只PNP型型BJT組成的復合管組成的復合管 rberbe1(1 1)rbe2 2022-3-16101PNP與與NPN型型BJT組成的復合管組成的復合管 NPN與與PNP型型BJT組成的復合管組成的復合管 rberbe12022-3-161022. 共集共集 共集放大電路的共集放大電路的Av、 Ri 、Ro iovvvA LbeL11RrR 1|bebseorRRRR式中式中 1 2 rberb

48、e1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1 )R L 2022-3-161034.7 放大電路的頻率響應4.7.1 單時間常數(shù)RC電路的頻率響應4.7.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數(shù)4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應4.7.4 單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應4.7.5 多級放大電路的頻率響應2022-3-16104 放大電路的輸入信號往往不是單一頻率的信號，放大電路的輸入信號往往不是單一頻率的信號，而是包含一系列的頻率成分，或者說占有一定的頻而是包含一系列的頻率成分，或者說占有一定的頻率范圍的信號。例如，測量儀表的輸入信號，廣播率范圍的信號。例如，測量儀

49、表的輸入信號，廣播中的語言和音樂信號，電視中的圖像和伴音信號等。中的語言和音樂信號，電視中的圖像和伴音信號等。由于放大電路中一般都存在電抗性元件，如耦合電由于放大電路中一般都存在電抗性元件，如耦合電容、旁路電容、晶體管的結電容和電路的分布電容容、旁路電容、晶體管的結電容和電路的分布電容等，等，它們的容抗它們的容抗Xc(=1c)隨頻率而變化，因而使放隨頻率而變化，因而使放大電路對不同頻率信號的輸入產生不同的輸出響應大電路對不同頻率信號的輸入產生不同的輸出響應。也就是說，也就是說，放大電路的電壓放大倍數(shù)放大電路的電壓放大倍數(shù)Au是頻率的函是頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關系叫做數(shù)，這種函數(shù)關系叫做“頻率響應

50、頻率響應”或或“頻率特頻率特性性”。 研究放大電路的動態(tài)指標（主要是增益）隨信號頻率研究放大電路的動態(tài)指標（主要是增益）隨信號頻率變化時的響應。變化時的響應。2022-3-16105 幅度頻率特性 相位頻率特性 幅頻特性是描繪輸入信號幅度幅頻特性是描繪輸入信號幅度固定，輸出信號的幅度隨頻率變化固定，輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律。即而變化的規(guī)律。即 = =Aio/VVf () 相頻特性是描繪輸出信號與輸入相頻特性是描繪輸出信號與輸入信號之間相位差隨頻率變化而變化信號之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律。即的規(guī)律。即)(iofVVA電壓放大倍數(shù)與頻率的關系可表示為電壓放大倍數(shù)與頻率的關系可表示

51、為: :)()()(uuAjA幅頻特性相頻特性2022-3-16106上限頻率；相頻特性；）（幅頻特性；）（所以：則：令：HHHuHHuHHioufffarctgffAffjjARCfRCRCjCjRCjVVA21111112111111；時，當：；時，當：；時，當：707. 021010uHuuAffAfAf低通電路4.7.1 單時間常數(shù)RC電路的頻率響應1. RC低通電路的頻率響應低通電路的頻率響應2022-3-16107RC 低通電路的頻率特性圖解低通電路的頻率特性圖解顯然：）（度即而相頻特性的單位仍為）其單位為分貝（）（轉換成對數(shù)形式則有）（將HHuHuffarctgdBffAffA1

52、lg101lg20lg201122-20dB/10倍頻程2022-3-16108幅頻特性幅頻特性-20dB/10-20dB/10倍頻程倍頻程相頻特性相頻特性-45-45 /10/10倍頻程倍頻程RC低通電路的波特（低通電路的波特（Bode）圖）圖2022-3-16109下限頻率；相頻特性；）（幅頻特性；）（所以：則：令：LHLLuLLLLuLLioufffarctgffffAffjffjjjARCfRCRCjRCjCjRRVVA90111211112；時，當：；，當：；時，當：707. 021001uLuuAffAfAf2. RC高通電路的頻率響應高通電路的頻率響應2022-3-16110RC

53、高通電路的頻率特性圖解高通電路的頻率特性圖解顯然：）（度即而相頻特性的單位仍為）其單位為分貝（）（轉換成對數(shù)形式則有）（將LLLuLLuffarctgdBffffAffffA901lg10)lg(20lg20122倍頻程的直線；是近似斜率為范圍內，在；時，倍頻程的直線；時，特性是斜率為當：；，時，當：；，時，當：10/45101 . 0901 . 010/204503lg2000lg20LLLLuLufffffdBffdBdBAffdBAf2022-3-16111RC高通電路的波特（高通電路的波特（Bode）圖）圖幅頻特性幅頻特性20dB/1020dB/10倍頻程倍頻程相頻特性相頻特性-45-

54、45 /10/10倍頻程倍頻程2022-3-16112波特（波特（Bode）圖的繪制舉例）圖的繪制舉例1lg10lg20lg20lg209011)(21)(1)()(1)()(1)()(12231313313131313131313313）（）（）（）（）（）（）（則：令：）（LLuuLLLuuLLuiouLuiouiiioffffAjAffarctgffffAjAffjffjAUUjARRCfKARRRKRRCjRRCjKUUjARRCjRRCjKURRCjRRCjRRRURRCjCRjUUUiCR1UiR2R3UoC0R30UoRCjRRRUUio13132022-3-1611320lgA

55、u20lgf/fL-10lg1+（f/fL)220lgAu +20lgf/fL-10lg1+（f/fL)2fL200-20+107dB2022-3-161144.7.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數(shù)1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型模型的引出模型的引出 rbe-發(fā)射結電阻發(fā)射結電阻re歸算到歸算到基極回路的電阻基極回路的電阻 -發(fā)射結電容發(fā)射結電容-集電結電阻集電結電阻rbc -集電結電容集電結電容 Cbc rbb -基區(qū)的體電阻，基區(qū)的體電阻，b是假是假想的基區(qū)內的一個點想的基區(qū)內的一個點互導互導CECEEBCEBCmVViig vvBJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型 雙極

56、型三極管 物理模型2022-3-16115簡化模型簡化模型混合混合 型高頻小信號模型型高頻小信號模型 cecbrr和和忽忽略略 2022-3-161162. BJT高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得低頻時，混合低頻時，混合 模型模型與與H參數(shù)參數(shù)模型等價模型等價ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1( IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr2022-3-16117又因為又因為ebbeb rIVbebmIVg Tmeb2 fgC 從手冊中查出從手冊中查出 TcbfC和和 所以所以TVIrgEQebm 2022-3-1611

57、83. BJT的頻率參數(shù)的頻率參數(shù)由由H參數(shù)可知參數(shù)可知CEBCfeViih 即即0bcce VII 根據(jù)混合根據(jù)混合 模型得模型得cbebebmc1/j CVVgI )/()/(cbebebbebj1j1 CCrIV 低頻時低頻時ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 當當cbm Cg 時，時，ebcbeb0)(j1 rCC 2022-3-16119ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)( 的幅頻響應的幅頻響應201)/(ff 共發(fā)射極截止頻率共發(fā)射極截止頻率f特征頻率特征頻率Tfebmcbebm0T22 CgCCgff)( Tf

58、ff 共基極截止頻率共基極截止頻率 farctgff 的相頻響應的相頻響應f (1 0)f f fT 2022-3-16120放大電路頻率特性研究放大電路頻率特性研究INC210u0TQ3DG6RL3KUin1VacRC3KRB300KC110uVCCOUTUiUo結間電容2022-3-16121幅頻特性和相頻特性低頻段高頻段中頻段通頻帶fLfHfBW2022-3-161224.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路2022-3-16123 型高頻等效電路型高頻等效電路對節(jié)點對節(jié)點 c 列列KCL得得0j )(cbeboLoebm CVVRVV

59、g 由于輸出回路電流比較大，所由于輸出回路電流比較大，所以可以以可以cb C忽略忽略 的分流，得的分流，得ebLmo VRgVcboebj )( cb CVVIC 又又因因為為稱為稱為密勒電容密勒電容M1CcbLmebMj )1(1cb CRgIVZC 則則表示表示若用若用之間存在一個電容之間存在一個電容和和相當于相當于 e b M1,C cbLmM1)1( CRgC而輸入回路電流比較小，所以而輸入回路電流比較小，所以不能不能cb C忽略忽略 的電流。的電流。目標：斷開輸入輸出之間的連接目標：斷開輸入輸出之間的連接2022-3-16124密勒電容等效手冊可查（特征頻率）和）（可忽略）（）（現(xiàn)：

60、（原阻抗）uttmCmuuuuCmuuuCmuCmuCmebCebmebOuuuCffgCRgCCCCCCCRgCCCjRgCjRgCjZRgVRVgVVACjZAZZ211111111111 CuCC 2022-3-16125cbLmM1)1( CRgC同理，在同理，在c、e之間也可以求得之間也可以求得一個等效電容一個等效電容CM2，且，且cbM2 CC等效后斷開了輸入輸出之間的聯(lián)系等效后斷開了輸入輸出之間的聯(lián)系 型高頻等效電路型高頻等效電路2022-3-16126目標：簡化和變換目標：簡化和變換cbLmM1)1( CRgC 輸出回路的時間常數(shù)輸出回路的時間常數(shù)遠小于輸入回路時間常數(shù)，遠小于