第3章 半導(dǎo)體三極管及其放大電路課件

1、2022-4-24第3章 晶體三極管及其放大電路2022-4-24基本要求基本要求 1）熟悉晶體三極管結(jié)構(gòu)、工作原理及特性曲線； 2）掌握基本放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，即靜態(tài)工作點(diǎn)和交流性能參數(shù)（電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻）的計(jì)算；多級(jí)放大電路的分析和計(jì)算； 3）了解放大電路的頻率特性等。 2022-4-243.1 晶體三極管晶體三極管 3.1.1 晶體三極管的分類及結(jié)構(gòu)晶體三極管的分類及結(jié)構(gòu) 晶體三極管通常簡稱為三極管，也稱為晶體管和半導(dǎo)體三極管。 采用光刻、擴(kuò)散等工藝在同一塊半導(dǎo)體硅(鍺)片上摻雜形成三個(gè)區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)，并引出三個(gè)電極。由兩個(gè)N區(qū)夾一個(gè)P區(qū)結(jié)構(gòu)的三極管稱為NPN型晶體

2、管；由兩個(gè)P區(qū)夾一個(gè)N區(qū)結(jié)構(gòu)的三極管稱為PNP型晶體管。 圖3-1 常用三極管的外形及管腳排列2022-4-24圖圖3-2 三極管的結(jié)構(gòu)示意圖及其符號(hào)三極管的結(jié)構(gòu)示意圖及其符號(hào) NNP集電區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)c集電極b基極e 發(fā)射極（a） NPN管結(jié)構(gòu)示意圖NPNebc（b） NPN管芯結(jié)構(gòu)剖面示意圖PNP集電區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)c集電極b基極e 發(fā)射極集電結(jié)發(fā)射結(jié)（c） PNP管結(jié)構(gòu)示意圖cbecbeNPN 管PNP管（d）2022-4-24 三極管都有三個(gè)區(qū)：基區(qū)、集電區(qū)和發(fā)射區(qū)；兩個(gè)PN結(jié)：集電區(qū)和基區(qū)之間的PN稱為集電結(jié)，基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)；三個(gè)電極：基極b、集電極c和發(fā)射極e。 結(jié)構(gòu)

3、特點(diǎn)是發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，集電區(qū)摻雜濃度比發(fā)射區(qū)低，且集電區(qū)面積比發(fā)射區(qū)大，基區(qū)摻雜濃度很低且很薄，符號(hào)中的箭頭方向是表示發(fā)射極電流的實(shí)際流向。 2022-4-243.1.2三極管的工作原理三極管的工作原理 1. 三極管放大交流信號(hào)的外部條件 要使三極管正常放大交流，要求：發(fā)射結(jié)外加正向電壓（正偏），集電結(jié)外加反向電壓（反偏），對(duì)于NPN管， ， ；對(duì)于PNP管， ， 。為此，利用兩個(gè)電源、來實(shí)現(xiàn)正確偏置，如圖3-3所示。 0BEU0BCU0BEU0BCUcbe圖3-3 三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)示意圖CNICBOIBNIEBIENINPNbRBBUcRCCUCIBIEI2022-4-242. 晶體管

4、內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)過程晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)過程 發(fā)射區(qū)的電子向基區(qū)運(yùn)動(dòng) 如圖3-3所示。由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓，多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，所以發(fā)射區(qū)的多子自由電子不斷越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，形成了發(fā)射區(qū)電流 （電流的方向與電子運(yùn)動(dòng)方向相反）。同時(shí)電源向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子，形成電流 。而此時(shí)基區(qū)的多子空穴也會(huì)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，形成空穴電流 。但由于基區(qū)摻雜濃度低，空穴濃度小， 很小，可忽略不計(jì)，故基本上等于發(fā)射極電流。 發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子在基區(qū)的擴(kuò)散與復(fù)合 當(dāng)發(fā)射區(qū)的電子到達(dá)基區(qū)后，由于濃度的差異，并且由于基區(qū)很薄，電子很快運(yùn)動(dòng)到集電結(jié)。在擴(kuò)散過程中有一部分電子與基區(qū)的空穴相遇而復(fù)合，同時(shí)，電源 不斷向基區(qū)補(bǔ)充

5、空穴，形成基區(qū)復(fù)合電流 。由于基區(qū)摻雜濃度低且薄，故復(fù)合的電子很少， 亦即很小。 EIEPIEPIBBUBNIBNIENI2022-4-24 集電區(qū)收集發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子 由于集電結(jié)加反向電壓，有利于少子的漂移運(yùn)動(dòng)，所以基區(qū)中擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子少子，在電場力作用下，幾乎全部漂移過集電結(jié)，到達(dá)集電區(qū)，形成集電極電流 。同時(shí)，集電區(qū)少子空穴和基區(qū)本身的少子電子，也要向?qū)Ψ阶銎七\(yùn)動(dòng)，形成反向飽和電流 。 的數(shù)值很小，一般可忽略。但由于 是由少子形成的電流，稱為集電結(jié)反向飽和電流反向飽和電流，方向與 一致，該電流與外加電壓關(guān)系不大，但受溫度影響很大，易使管子工作不穩(wěn)定，所以在制造管子時(shí)應(yīng)設(shè)法減

6、少 。 CNICBOICBOICBOI2022-4-243. 三極管的電流分配關(guān)系三極管的電流分配關(guān)系CBCBOCCBOBE)()(IIIIIII(3-4) CBOBNBIII(3-3) CBOCNCIII(3-2) CNBNENEIIII(3-1) 2022-4-24三極管的組態(tài)三極管的組態(tài) 三極管有三個(gè)電極，可視為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，其中兩個(gè)電極構(gòu)成輸入端口、兩個(gè)電極構(gòu)成輸出端口，輸入、輸出端口公用某一個(gè)電極。根據(jù)公共電極的不同，三極管組成的放大電路有3種連接方式，通常稱為放大電路的三種組態(tài)，即共基極、共發(fā)射極和共集電極電路組態(tài)，如圖3-4所示。 圖3-4 晶體三極管的三種組態(tài)(a)共基極接法

7、 (b)共發(fā)射極接法 (c)共集電極接法2022-4-243.1.3 三極管的放大作用三極管的放大作用 在實(shí)際應(yīng)用中利用三極管放大電路放大微弱信號(hào)，其原理電路如圖3-5a所示，實(shí)際電路中常取，于是有圖3-5b所示習(xí)慣畫法的共射極放大電路圖。 iu1CbR+-BEubici+-CEu+2C+ou-BBUCCU+-CR+-T+-susR(a)原理電路圖2k300 k+ou+-bRcR2C1Ciu+-+-susRT(b)放大器的習(xí)慣畫法CCUBEu+-+-CEu300 k2k2022-4-24放大的原理放大的原理2022-4-24放大的實(shí)質(zhì)放大的實(shí)質(zhì) 放大電路實(shí)質(zhì)上是放大器件的控制作用，三極管就是一

8、個(gè)電流控制電流器件，由微弱的基極電流，控制較大的集電極電流，放大作用是針對(duì)變化量而言的，放大的能量是由直流電源供給。 2022-4-243.1.4 三極管的特性曲線及主要參數(shù)三極管的特性曲線及主要參數(shù) 3.1.4.1 三極管的特性曲線三極管的特性曲線 晶體三極管的特性曲線是指其各電極間電壓和電流之間的關(guān)系曲線，包括輸入特性曲線和輸出特性曲線，它們是三極管內(nèi)部特性的外部表現(xiàn)，是分析放大電路的重要依據(jù)。 BiBEu1. 輸入特性曲線 對(duì)于圖3-6所示測試電路，輸入特性曲線是指在集射極電壓為一定值時(shí)，輸入基極電流與輸入基射極電壓之間的關(guān)系曲線CEu常數(shù)CE)(BEBuufi(3-21) 2022-4

9、-240A/BiBEvV 0CEuV 1CEu(a) 輸入特性0.40.8mA/CiV/CEuA20Bi4060800(b) 輸出特性0Bi放大區(qū)CMI(BR)CEOUAB8VC安全工作區(qū)BECEuu飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)過過功功耗耗區(qū)區(qū)放大區(qū)放大區(qū)2022-4-24輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域2022-4-243.1.4.2 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù) 1電流放大倍數(shù) 1）直流電流放大系數(shù) 2）交流電流放大系數(shù)2極間反向電流 1）集電極基極之間的反向飽和電流 2）集電極發(fā)射極之間的穿透電流 3集電極最大允許電流4集電極發(fā)射極之間反向擊穿電壓5集電極最大允許功率損耗 B

10、CIIBCiiCBOICEOICMICEO(BR)UCMP2022-4-243.2 三極管放大電路的基本分析方法三極管放大電路的基本分析方法 三極管構(gòu)成的放大電路也有三種組態(tài)：共發(fā)射極放大電路、共集電極放大電路和共基極放大電路，如圖3-11所示。 bR1C2CcRCCULRsRiuouT(a) 共發(fā)射極放大電路subR1C2CeRCCULRsRsuiuouT(b) 共集電極放大電路b1R1C2CcRCCULRsRsuiuoub2RTeR(c) 共基極放大電路基極輸入集電基極輸入集電極輸出極輸出基極輸入發(fā)射基極輸入發(fā)射電極輸出電極輸出發(fā)射極輸入集發(fā)射極輸入集電極輸出電極輸出2022-4-243.

11、2.2 共發(fā)射極放大電路的組成共發(fā)射極放大電路的組成 2022-4-24iu1CbRk30012V+-BEuBiCi+-CEu.6k312V+2C+ou-圖3-12 共射極基本放大電路BBUCCU+-CRT(a)共射極放大電路LR.1k5tOiuOtBIBi電路與波形電路與波形tCiOCItOCEUCEutOou(b)共射極放大電路工作波形2022-4-242各元器件的作用各元器件的作用 2022-4-242022-4-243. 基本放大電路中電壓和電流的表示方法 0BEuBEU=0beuttbemU圖3-13 發(fā)射結(jié)電壓波形BEubeuBEU0t2022-4-243.2. 3 共發(fā)射極放大電

12、路的分析共發(fā)射極放大電路的分析 三極管放大電路的分析包括靜態(tài)(直流)分析和動(dòng)態(tài)(交流)分析，其分析方法有圖解法和微變等效分析法。圖解法主要用于大信號(hào)放大器分析，微變等效分析法用于低頻小信號(hào)放大器的動(dòng)態(tài)分析。 2022-4-243.2.3.1 圖解法圖解法 1. 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 當(dāng) 時(shí)，放大電路處于靜態(tài)，直流電路流經(jīng)的通路稱為放大電路的直流通路直流通路。通過直流通路為放大電路提供直流直流偏置偏置，建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)。畫直流通路時(shí)應(yīng)令交流信號(hào)源為零(交流電壓源短路，交流電流源開路)，保留其內(nèi)阻；相關(guān)電容器開路，電感短路。 當(dāng) 時(shí)，放大電路處于動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)，交流電流

13、流經(jīng)的通路稱為放大器的交流通路交流通路。 畫交流通路時(shí)，令直流電源為零(直流電壓源短路，直流電流源開路)，保留其內(nèi)阻；令電抗很小的大容量電容和小電感短路；令電抗很大的小容量電容和大電感開路；保留電抗不可忽略的電容或電感。 0iu0iu2022-4-242靜態(tài)分析靜態(tài)分析 在 時(shí)，放大電路只有直流電源作用，放大電路的這種狀態(tài)稱為靜態(tài)靜態(tài)，對(duì)直流通路的分析稱為靜態(tài)分析靜態(tài)分析。用作圖的方法求得Q點(diǎn)的值。其步驟如下： 1）給定晶體三極管的輸入特性和輸出特性，由放大電路的直流通路求得IB和UBE的方程，并在輸入特性上作出這條直線。根據(jù)圖3-14b由KVL得 0iuBEbBCCURIUbCCbBEBRU

14、RUI則 0A/BiQBIBEUV/BEuB1RBCCRVA2022-4-24 2）由直流通路得到直流負(fù)載線IC f（UCE），并在晶體管的輸出特性上作出這條直線。根據(jù)圖3-14b由KVL得 CCCCCERIUU(3-25) CCCCCECRURUI2022-4-24mA/CiA20Bi4060800Q圖3-15 圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)CEUV/CEuCIC1RCCUNM1Q2Q0(b)0A/BiQBIBEUV/BEuB1RBCCRVA(a)2022-4-242022-4-242動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 在的情況下對(duì)放大電路進(jìn)行分析，稱為放大電路的動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析。1）交流通路及交流負(fù)載線 只考慮交流信

15、號(hào)通過放大電路時(shí)的等效電路稱為放大電路交流通路交流通路。畫放大器的交流通路時(shí)，令直流電源為零，令耦合電容 C1和 C2、交流旁路電容和濾波電容(如果有)交流短路。圖 3-14a 所示的放大電路的交流通路如圖 3-16 所示。從圖中可以看出，輸入的交流信號(hào)iu和三極管的發(fā)射結(jié)電壓的交流分量beu相等，三極管的集射級(jí)電壓的交流分量ceu和輸出電壓ou相等，即beiuu , ceouu ，該放大電路輸出回路的瞬時(shí)電流為 2022-4-24/LceCcCCRuIiIi輸出回路的瞬時(shí)電壓為 ceCECEuUuLCECECLceCCRUuIRuIi式中 LcLRRR/mA/CiA20Bi4060800QC

16、EUCI/L1RV/CEuc1RCCU0D圖3-17 放大電路的交流、直流負(fù)載線交流負(fù)載線直流負(fù)載線M2022-4-24mA/CiA20Bi4060800Q圖3-18 圖解法分析共射極放大器的工作波形0CEUomUV/CEutCI/L1RmA/CiCItciV/CEu01Q2Qc1RCCU0(b) 輸出信號(hào)及波形00QBIBEUBEutbemUB1RBCCRVA/BiBItbiA/BiBEu01Q2Q(a) 輸入信號(hào)及波形2022-4-242022-4-24tIisincmctUtURiuusinsin omcem/Lcoce2022-4-24晶體三極管各極間的電壓和電流均為直流和交流的分量

17、tUUuUuUuisinimBEBEbeBEBEtIIiIiBBsinbmBbtIIiIisincmCcCCtUUuUuUusinomCEoCEceCECE電壓放大倍數(shù)的計(jì)算：電壓放大倍數(shù)的計(jì)算： 放大電路的電壓放大倍數(shù)等于輸出電壓相量與輸入電壓相量的比值。 aioiouUUUUAimomiouUUUUA2022-4-244) 非線性失真非線性失真 mA/Ci0Bi0C1I/L1RV/CEuc1RCCU1Q2Q0t(1)(1)V/CEut0mA/CiC2I飽和失真2022-4-244) 非線性失真非線性失真mA/Ci0Bi0C1I/L1RV/CEuc1RCCU2Q0tV/CEut0mA/CiC

18、2I截止失真2022-4-24雙向失真雙向失真mA/CiA20Bi4060800Q0CEUomUtCI/L1RV/CEu1Q2Qc1RCCU0輸入信號(hào)足夠大時(shí)可能出現(xiàn)雙向失真 當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)合適但輸入信號(hào)幅度過大時(shí)，在輸入信號(hào)的正半周三極管會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)；而在負(fù)半周，三極管進(jìn)入截止區(qū)，于是在輸入信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，輸出波形正負(fù)半周都被切削，輸出電壓波形近似梯形波，這種情況為雙向失真。為了消除雙向失真，應(yīng)減小輸入信號(hào)的幅度。 2022-4-242022-4-243.2.3.2 微變等效電路法微變等效電路法 三極管是一個(gè)非線性器件，由三極管組成的放大電路屬于非線性電路，不能簡單地直接采用線性電路的分析方

19、法進(jìn)行分析。由圖3-18可見，當(dāng)輸入交流信號(hào)時(shí)，工作點(diǎn)在 之間移動(dòng)，若該信號(hào)為低頻小信號(hào)，則 將在三極管特性曲線的線性范圍內(nèi)移動(dòng)，因此可將三極管視為一個(gè)線性二端口網(wǎng)絡(luò)，并采用線性網(wǎng)絡(luò)的H參數(shù)表示三極管輸入、輸出電流和電壓的關(guān)系，從而把包含三極管的非線性電路變成線性電路，然后采用線性電路的分析方法分析三極管放大電路。這種方法稱為H參數(shù)等效電路分析法，又稱為微變等效電路分析法。 21QQ21QQ2022-4-24微變等效電路法的分析步驟 1）認(rèn)識(shí)電路。包括電路中各元器件的作用、放大器的組態(tài)和直流偏置電路等，這是電子線路讀圖的基礎(chǔ)； 2）正確畫出放大器的交流、直流通路圖； 3）在直流通路的基礎(chǔ)上，求

20、靜態(tài)工作點(diǎn)； 4) 在交流通路圖的基礎(chǔ)上，畫出小信號(hào)等效（如H參數(shù)）電路圖； 5）根據(jù)定義計(jì)算電路的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，其中關(guān)鍵關(guān)鍵在于在于用電路中的已知量表示待求量用電路中的已知量表示待求量。 2022-4-241估算法計(jì)算靜態(tài)值估算法計(jì)算靜態(tài)值 時(shí)，放大電路只有直流電源作用，電容相當(dāng)于開路，放大電路的這種狀態(tài)稱為靜態(tài)，對(duì)應(yīng)的電路稱為直流通路直流通路，對(duì)直流通路的分析稱為靜態(tài)分析靜態(tài)分析。 0iuBICICEU(b)直流通路-+BEUUcc+ou(a) 基本放大電路+-LRbRcR2C1Ciu+-+-susR300k3.6kT+12V圖3-20 共射極基本放大電路+bRcRTUcc(a)(b)5.

21、1k由圖3-20b的直流通路可得 BEbBCCURIUbBECCBRUUIBCIICCCCCERIUU2022-4-242動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 beuceubcebici(a)三極管視為二端口網(wǎng)絡(luò)beuceuiehcereuhbfeihoe1hbicibce(b)三極管的H參數(shù)等效模型beuceuiehbfeihoe1hbicibce(c)三極管的簡化H參數(shù)等效模型2022-4-24H參數(shù)及其物理意義參數(shù)及其物理意義),(),(CEB2CCEB1BEuifiuifu(3-30) 對(duì)上述方程取全微分得 由三極管輸入輸出參數(shù)得由三極管輸入輸出參數(shù)得 CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddd

22、duuiiiiiuuuiiuu(3-31) 在輸入信號(hào)為低頻小信號(hào)的情況下，可以用交流分量代替相應(yīng)的電流和電壓增量，則式(3-31)可改寫為 ceoebfeccerebiebuhihiuhihue(3-32) 2022-4-24CEBBEieUiuh為晶體管輸出端交流短路時(shí)晶體管的輸入電阻，單位為歐姆（為晶體管輸出端交流短路時(shí)晶體管的輸入電阻，單位為歐姆（） BCEBEreIuuh為晶體管輸入端交流開路時(shí)反向電壓傳輸比為晶體管輸入端交流開路時(shí)反向電壓傳輸比 ，無量綱，無量綱 表示晶體管輸出的集射極電壓 uce對(duì)輸入發(fā)射結(jié)電壓 ube的控制作用； CEBCfeUiih為晶體管輸出端交流短路時(shí)電流

23、放大系數(shù)，無量綱為晶體管輸出端交流短路時(shí)電流放大系數(shù)，無量綱 BCECoeIuih為晶體管輸入端交流開路時(shí)的輸出導(dǎo)納，其單位為西門子（為晶體管輸入端交流開路時(shí)的輸出導(dǎo)納，其單位為西門子（S） 2022-4-24式（3-32）方程組也可寫成矩陣形式 cebceboefereiecbe uiHuihhhhiu(3-33) s1010101010152343cerbeoefereierrhhhhH(3-34) (mA) (mV) 62)1 ()1 (EbbETbbbe/IrIUrr (3-35) 62)1 (200EbeIr (3-36) 2022-4-242. 放大電路的微變等效電路 在畫放大電路

24、的微變等效電路時(shí)，首先令圖3-20a所示放大電路中的耦合電容、交流旁路電容交流短路，令其直流電壓源交流接地，得到如圖3-22a所示放大器的交流通路，然后將三極管用圖3-21c所示的H參數(shù)等效電路來代替三極管符號(hào)，即可得到如圖3-22b所示放大電路的微變等效電路。 由于被放大的交流輸入信號(hào)ui為正弦量，若已選擇了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，則三極管工作在線性區(qū)域，各電極交流電壓和電流均為同頻率的正弦信號(hào)，且用相量表示。 2022-4-24+-iususR+-beubiciceuLRou(a) 交流通路becbRcRiI+cIbIceberbI-+-LR+-oU(b) 微變等效電路+-sRsUbRcRbiR

25、oRceriI1IiUbeUceU2022-4-243放大電路動(dòng)態(tài)性能參數(shù)的計(jì)算放大電路動(dòng)態(tài)性能參數(shù)的計(jì)算 （1）電壓放大倍數(shù)（電壓增益）uA 放大電路的電壓放大倍數(shù)uA為輸出電壓oU和輸入電壓iU的比值，即 iouUUA (3-37) LbLcco/RIRRIULc/ RRRL輸入電壓為 bebirIU電壓放大倍數(shù)為 beLbebLbiourRrIRIUUA(3-38) 2022-4-24（2）輸入電阻Ri和輸出電阻Ro 在圖3-22b所示的電路中，放大電路相對(duì)于信號(hào)源而言相當(dāng)于負(fù)載，可用電阻Ri代替，即放大電路的輸入電阻。放大電路相對(duì)于負(fù)載而言相當(dāng)于信號(hào)源，可用戴維南(或若頓)定理等效為電

26、壓源和內(nèi)阻串聯(lián)(或電流源和內(nèi)阻并聯(lián))的形式，其內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。 由圖3-22b可知 beibib1irURUIII放大器的輸入電阻為 bebebb1iiii/rrRIIUIUR2022-4-24放大器輸出電阻放大器輸出電阻 ccce0o/LsRRrIURRU (3-40) 對(duì)于一個(gè)放大電路來說，輸入電阻越大越好，輸出電阻小低越好。 2022-4-243.3 放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 3.3.1 溫度對(duì)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)溫度對(duì)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的影響的影響 固定偏置放大電路的優(yōu)點(diǎn)是電路組件少，電路簡單，易于調(diào)整。對(duì)于圖3-14a所示的共發(fā)射極放大電路，電路的優(yōu)

27、點(diǎn)是電路組件少，電路簡單，易于調(diào)整。但由于 ，當(dāng)電源電壓 和偏置電阻 確定后，基極電流 就為某一常數(shù)。 當(dāng)環(huán)境溫度變化、電源電壓波動(dòng)或組件參數(shù)變化時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)將不穩(wěn)定，尤其是溫度變化引起Q點(diǎn)漂移。 bBECCBRUUICCUbRBImA/CiA20Bi4060800V/CEu01Q圖3-23 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響2QCCUCEOIcCCRUC1IC2ICE1UCE2U/1Q/2Q/1Q/2Q2022-4-242022-4-243.3.2 分壓偏置式共發(fā)射極放大電路分壓偏置式共發(fā)射極放大電路 各元件的作用b1R1C2CcRCCULRoub2RTeRsRiusueC圖3-24 基極分壓射極偏置

28、電路(a)原理電路b1RcRb2RTeRCCU1I2IBICIBEuCEu(b)直流通路EIBU2022-4-24穩(wěn)定穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)的原理的原理TCBOICQIEEQRI)(EEQBQBEQRIUU BQICQIT+_+_b1Rb2RI1I2BQIBEQUBQUCCU CEQUEQICQICReR2022-4-24b2b1CC21RRUII基極電位為 CCb2b1b2b22BURRRRIU（3-41） 工程應(yīng)用中各電極電流和電壓的選擇如下 CCEB21B21)3151() ( )2010() ( )105(UUIIIIII鍺管硅管（3-42） 2. 靜態(tài)工作點(diǎn)的估算靜態(tài)工作點(diǎn)的估算2

29、022-4-24由直流通路可知， eEBBECRUUII (3-43) 上式中 UB和 Re為固定值，當(dāng) UBUBE 時(shí)，則有eBECRUII不隨溫度而變，可以近似認(rèn)為集電極電路 IC與溫度無關(guān)，放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)得以穩(wěn)定。若使 IC固定不變，要滿足 UBUBE。但 UB太高，會(huì)使發(fā)射極電位 UE也隨之增大，這樣使得 UCE下降，從而減少輸出電壓得線性動(dòng)態(tài)范圍，一般對(duì)于硅管取 UB=(35) UBE，鍺管取 UB=(13) UBE。由式(3-41) (3-43)可知，若)/()1 (b2b1eRRR ，圖 3-24 所示放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的效果較好，通常需要滿足)/(10b2b1eRR

30、R 。 2022-4-24根據(jù)三極管電流分配原理，可得基極電流為 CBII(3-44) 集射極電壓為 )(ecCCCCERRIUU(3-45) 由式(3-42)、(3-43)、(3-44)及(3-45)可估算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 2022-4-243動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算 1）電壓放大倍數(shù) LcLcco)/(RIRRIUbebirIUbeLbebLbiourRrIRIUUA(3-46) 2022-4-242）輸入電阻、輸出電阻 由KCL得 beib2ib1ib21irURURUIIII于是 beb2b1b21iiii/rRRIIIUIURccceR0o/LsRRrIURU(3-48) 2022-4-

31、24旁路電容Ce的影響 +-iususR+-beubiciceuLRou(a) 交流通路b2RcRb1ReR+cIbeUbIceberbI-+iULR+-oU(b) 微變等效電路+-sRsUbRcRbiRoReReI 如果將圖3-24a的電容去掉，其直流通路沒有變化，其交流通路和微變等效電路如圖3-26所示。電路的電壓放大倍數(shù)為 ebeLebbebLbiou)1 ()1 (RR RI IRIUUArr.(3-49) 2022-4-24由圖3-26b 可得無旁路電容時(shí)分壓偏置放大電路得輸入電阻為 )1 (/ebe2b1biiiRrRRIUR(3-50) ccceR0o/LsRRrIURU2022

32、-4-24應(yīng)用示例應(yīng)用示例解： 1) 選擇電路方案。由于本例需要設(shè)計(jì)一個(gè)簡易光控開關(guān)，因此選用例3-11圖所示共發(fā)射極放大電路。其中圖a為驅(qū)動(dòng)一只LED(或其他小燈泡)；圖b為驅(qū)動(dòng)一個(gè)繼電器(開關(guān))，由繼電器的觸點(diǎn)的接通與否去控制其他負(fù)載，圖中二極管D的作用是當(dāng)三極管T從飽和到截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，吸收繼電器線圈的反峰壓，從而保護(hù)三極管不被擊穿。 2022-4-242022-4-24V 5 . 11210106b1bcdsPPCCBRRRRRUU2022-4-24RcdsRV 6PRbR(a)TLEDBU0k10k1b1R5k1cdsRPRDKabcbR(b)TRBUV 60k1b1R0k15k1例3-

33、11圖 簡易光控開關(guān)電路2022-4-24繼電器1R2R3R1D2D1T2TVccLR光電耦合開關(guān)電路BJT應(yīng)用電路例12022-4-24BJT應(yīng)用電路例2K1K2100k+6V1k51051k100k1 UF繼電器T1T2T3T4D開關(guān)觸摸電子開關(guān)電路3.3k2022-4-24BJT應(yīng)用電路例3繼電器1R2R3R2D1T2TUccLR4R2C1C1DMIC聲控開關(guān)電路2022-4-243.4 共集電極放大電路及共基極放大電路共集電極放大電路及共基極放大電路 bR1C2CeRCCULRsRsuiuouT(a) 原理圖eRTCCUbR(b) 直流通路bReRLRsRsuiuouT(c) 交流通路

34、3.4.1 共集電極放大電路共集電極放大電路 共集電極放大電路如圖3-27所示，由于輸出取自集電極，故也稱射級(jí)輸出器。由其交流通路來看，從基極輸入發(fā)射極輸出，輸入輸出公用集電極，故稱為共集電極放大電路。 圖3-27 共集電極放大電路2022-4-241靜態(tài)分析 由圖3-27b可得 eEBEbBCCRIURIU由于 BE)1 (IIebBECCB)1 (RRUUI(3-51) BCII(3-52) eECCCERIUU(3-53) 由上述三式確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 2022-4-242動(dòng)態(tài)分析 圖3-28 共集電極放大電流等效電路bReRLRsRberiRoRbIbIiUsUoU(a) 微變

35、等效電路bRIbeciIbReRsRberiRoRIU0sUiUbIbI(b) 求輸出電阻的等效電路bRIiI（1）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù) LbLeeo)1 (/RIRRIU（RLRe / RL） 2022-4-24輸入電壓為 LbbebLeebebobebi)1 (/RIrIRRIrIUrIU電壓放大倍數(shù)為 LbeLLbbebLbiou)1 ()1 ()1 ()1 (RrRRIrIRIUUA(3-54) （2）輸入電阻）輸入電阻 iiiIURiLbebLbeibibRi)1 (11)1 (bURrRRrURUIII)1 (/)1 (111LbeLbebiiiRrRRrRIURb(3-55

36、) 2022-4-24（3）輸出電阻 eRcbIIII其中其中 eReRUIbebsb/rRRUIUrRRRrRRURUIIIIIIR)/1)(1 (1)/)(1 ()1 ()(bebsebebsebcbRee共集電極放大電路的輸出電阻為 bReRsRberiRoRIU0sUiUbIbI(b) 求輸出電阻的等效電路bRIiI2022-4-24通常sbRR ，所以 )1 (/beseorRRR (3-56) )1 (/)/1)(1 (11bebsebebseorRRRrRRRIUR2022-4-24提高輸入電阻和降低輸出電阻方法 圖3-29 幾種復(fù)合三極管2022-4-243.4.2 共基極放大

37、電路共基極放大電路 ccU1bR2bRb1CTcReR2bCBUBEULR圖3-30 共基極放大電路1I2IBIsUsReCoUiU(a) 原理電路圖 共基極放大電路如圖3-30a所示，其輸入信號(hào)由發(fā)射極輸入，輸出電壓取自集電極。由圖3-31a所示交流流通路可見，輸入回路和輸出回路共享基極，故稱為共基極放大電路共基極放大電路。 1靜態(tài)分析靜態(tài)分析 1bR2bRTcReRBUBEU1I2IBIccU(b) 直流通路圖2022-4-242動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 共基極放大電路的微變等效電路如圖3-31b所示。 eRsUiUsRcRoULR(a) 交流通路T圖3-31 共基極等效電路圖bersUiUsRc

38、RoULReReIbIcIiI(b) 微變等效電路iRoRbI（1）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù) becbebcbbebcciourRrIRIrIRIUUA (3-57) 2022-4-24（2）輸入電阻）輸入電阻 1/1111)(1 (beebeebeieiibbeiiiirRrRrURUUIIIUIUR (3-58) 共基極放大電路的輸入電阻很小 （3）輸出電阻）輸出電阻 coRR (3-59) 總之共基極放大電路的電壓放大倍數(shù)較高，輸入電阻低，輸出電阻高，主要用與高頻電路和恒流源電路。 2022-4-243.5 多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路 輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)信號(hào)源負(fù)載圖3-32 多級(jí)放大器的

39、組成框圖1多級(jí)放大電路的組成多級(jí)放大電路的組成 2022-4-243.5.1 多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合 2多級(jí)放大電路的耦合方式多級(jí)放大電路的耦合方式 在多級(jí)放大電路中，將把級(jí)與級(jí)之間的連接方式稱為耦合方式。而級(jí)與級(jí)之間耦合時(shí)，必須滿足： （1）耦合后，各級(jí)電路仍具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）保證信號(hào)在級(jí)與級(jí)之間能夠順利地傳輸； （3）耦合后，多級(jí)放大電路的性能指標(biāo)必須滿足實(shí)際的要求。 為了滿足上述要求,一般常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合。 2022-4-241）阻容耦合）阻容耦合 b11Rb1Cb2Cc1R圖3-33 RC耦合多級(jí)放大器b12Re1RsRi

40、usue1Cb21Rb3Cc2RCCULRoub22ReRe2C2T1T2022-4-24阻容耦合放大電路的特點(diǎn)：阻容耦合放大電路的特點(diǎn)： (1) 因電容具有“隔直”作用，所以各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。這給放大電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來了很大的方便。此外，還具有體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。 (2) 因電容對(duì)交流信號(hào)具有一定的容抗，在信號(hào)傳輸過程中，會(huì)受到一定的衰減。尤其對(duì)于變化緩慢的信號(hào)容抗很大，不便于傳輸。此外，在集成電路中，制造大容量的電容很困難，所以這種耦合方式下的多級(jí)放大電路不便于集成。 2022-4-242）直接耦合）直接耦合 為了避免在信號(hào)傳輸過程中，耦合電容對(duì)緩慢變化的信

41、號(hào)帶來不良影響，也可以把級(jí)與級(jí)之間直接用導(dǎo)線連接起來，這種連接方式稱為直接耦合。 b1Rb1Cc1R圖3-34 直接耦合多級(jí)放大器sRiusub2Cc2RCCULRoueRe2C2T1T2022-4-243）變壓器耦合）變壓器耦合 放大器的級(jí)與級(jí)之間通過變壓器連接的方式稱為變壓器耦合變壓器耦合。其電路如圖3-35所示。變壓器耦合電路多用于低頻放大電路中， 變壓器可以通過電磁感應(yīng)進(jìn)行交流信號(hào)的傳輸，并且可以進(jìn)行阻抗匹配，以使負(fù)載得到最大功率。 b11R1C圖3-35 變壓器耦合多級(jí)放大器b12Re1RsRiusue1Cb21RCCULRoub22ReRe2C2T1T1Tr2Trb2C2022-4

42、-244）光電耦合）光電耦合 光電耦合器件是把發(fā)光器件(如發(fā)光二極管)和光敏器件(如光敏三極管)組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電一光和光一電的轉(zhuǎn)換器件。圖3-36a所示為常用的三極管型光電耦合器(4N25)原理圖。當(dāng)電信號(hào)施加道光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極管通過電流而發(fā)光，光敏三極管受到光照后飽和導(dǎo)通，產(chǎn)生電流。(b) 光電耦合開關(guān)電路1k6.2 k33 k4N25Q1Q212ViuT光敏三極管圖3-36 光電耦合器件及其應(yīng)用陽極陰極發(fā)光二極管集電極發(fā)射極(a) 光電耦合器件2022-4-24光電耦合開關(guān)電路光電耦合開關(guān)電路 圖3-37 交流耦合放大電路4N25iu47+5VF 22 1R

43、510+15V+-A6R100 k10 k1009.1 kou2R3R4R5R1C2CF 22 2022-4-24紅外光耦合話筒電路紅外光耦合話筒電路 T1 C1 R5 1k 10F T2 R10 3.3k R3 1k R6 220 R4 10k R2 100k + C1 R1 1k 220F 話 筒 R7 10k A1 +9V R9 100k + C3 R8 1k 1F A2 +9V D 發(fā)送器 接收器 去功放電路 圖3-38 紅外光耦合話筒電路2022-4-243.4.2 多級(jí)放大電路的分析和計(jì)算多級(jí)放大電路的分析和計(jì)算 1. 電壓增益 nu u3u2u1inoni3o3i2o2io1io

44、nu AAAAUUUUUUUUUUA (3-60) 2022-4-24b11Rb1Cb2Cc1R(a)b12Re1RsRiusue1Cb21Rb2CCCULRoue2R2T1T 05k 15k 21/e1R 15k 1k 2 . 4k 015k 1 . 5k 3 . 32222220015V1AOo1uB1Ue2RLRbe2roRb2IoU+c1Ibe1Ub1Ibe1rb1I-+iU+-sRsUc1RiR（b）/1eRe1IbRo1U+-b21Rb2I例3-13 圖 RC耦合共射共集放大器/L1R1T2T2022-4-243.6 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng) +-+-iU1R1CoU(

45、a) 低通電路3.6.1 頻率響應(yīng)基本概念頻率響應(yīng)基本概念 、 RC 低通電路的頻率特性1. RC低通電路 00o45o90十倍頻dB/ 02dB/uA(b) 頻率特性ffHfH1 . 0fH10 f十倍頻/45oHfH1 . 0fH10 f j11j11 j/1j/1 HiouHffRCCRCUUA (3-61) 11H1CR令令 或 11H21CRf相頻特性幅頻特性 )/arctan( )/(11HH2H Hu ffffA (3-63) 2022-4-242. 頻率特性的波特圖頻率特性的波特圖 2022-4-24二、二、RC 高通電路的頻率特性高通電路的頻率特性+-+-iU1R2CoU(a

46、)高通電路RC高通電路如圖3-40a所示，其電壓傳輸系數(shù)為 0200o45o90十倍頻dB/ 02dB/uAffLf3L1 . 0fL10 f十倍頻/45o(b)頻率特性LfL1 . 0fL10 f j11 j /1 L222iouLffCRRUUA其中其中 22L1CR或 22L21CRf 2022-4-24幅頻特性幅頻特性 )/(11 2LuLffA(3-66) 相頻特性相頻特性 ffLLarctan(3-67) 由此可做出如圖 3-40b 所示的 RC 高通電路的近似頻率特性曲線。線。 f 10fL ，20lg|Au| = 0 dB,0 f = fH ， 20lg|Au| = 20lg0

47、.707 = -3 dB, 45 f 0.1 fL，20lg|Au| = -20lg (f / fL), 90 這是一條斜率為20dB/十倍頻的斜線(或?qū)懗?0dB/dec)，與 0dB 線在Lf處相交,在 f =fL處的誤差最大，有3dB。fL稱為下限截止頻率限截止頻率。 2022-4-243.6.2 BJT的高頻小信號(hào)混合型模型的高頻小信號(hào)混合型模型 1. BJT的高頻小信號(hào)模型的高頻小信號(hào)模型 b rbb b rbe Cbe rbc Cbc c e re （a） rc (a) 按三極管物理機(jī)構(gòu)等效+cIceebr-+-beU-ebCbbbb rcbCbI(b)eb/UceUebm/Ugc

48、br b)混合 參數(shù)模型2022-4-242022-4-242022-4-24共射極電流放大系數(shù)的頻響 +cIceebr-+-beU-ebCbbcbCbI圖3-42 計(jì)算 的模型eb/U0ceUebm/Ugebcb/UCj0bcceUII其中ebm/Ug為受控電流源，mg稱為互導(dǎo)， CECE/BECebCmUUuiUig輸出回路與三極管H參等效電路比較得到 eb0ebb0ebm/rUIUgTEeb0m/UIrg2022-4-24圖 3-43b 中eb/C、eb/r為發(fā)射結(jié)參數(shù)，其中 E0eb26)1 (/IrTmTmeb2/fggC式中Tf為三極管的特征頻率，Tf也可以從三極管手冊(cè)中查到。 CEBCfeUiihcebcUII(3