三極管及其應(yīng)用

1、半導(dǎo)體三極管及其應(yīng)用半導(dǎo)體三極管及其應(yīng)用n半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管n放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法n放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法n放大電路工作點(diǎn)穩(wěn)定放大電路工作點(diǎn)穩(wěn)定n共集電極和共基極電路共集電極和共基極電路n放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)n放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)1 雙極型三極管雙極型三極管n半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)n三極管內(nèi)部的電流分配與控制n三極管各電極的電流關(guān)系n三極管的共射極特性曲線n半導(dǎo)體三極管的參數(shù)n三極管的型號n三極管應(yīng)用1.1 1.1 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu) 雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。雙極型半導(dǎo)體三極管

2、的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類型它有兩種類型:NPN型和型和PNP型。型。e-b間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)(Je) c-b間的PN結(jié)稱為集電結(jié)(Jc) 中間部分稱為基區(qū)，連上電極稱為基極，用B或b表示（Base）； 一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）； 另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示（Collector）。雙極型三極管的符號中，發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實(shí)際方向。9012、9014、80509013、9015、8550半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu) 從外表上看兩個N區(qū),(或兩個P區(qū))是對稱的，實(shí)際上發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結(jié)面積大?；?/p>

3、區(qū)要制造得很薄，其厚度一般在幾個微米至幾十個微米。1.2 三極管內(nèi)部的電流分配與控制三極管內(nèi)部的電流分配與控制 雙極型半導(dǎo)體三極管在工作時一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸?若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓，如圖所示。 現(xiàn)以 NPN型三極管的放大狀態(tài)為例，來說明三極管內(nèi)部的電流關(guān)系。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVo電流分配與控制電流分配與控制 在發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏條件下，三極管中載流子的運(yùn)動：(1)發(fā)射區(qū)向基發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子：區(qū)注入電子：在VBB作用下，發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子形成IEN，基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散形成IEP。 IEN IEP方向相同VBBVCC電流

4、分配與控制電流分配與控制(2) 電子在基區(qū)復(fù)合和擴(kuò)散電子在基區(qū)復(fù)合和擴(kuò)散 由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散，擴(kuò)散過程中少部分電子與基區(qū)空穴復(fù)合形成電流IBN。由于基區(qū)薄且濃度低，所以IBN較小。(3) 集電結(jié)收集電子集電結(jié)收集電子 由于集電結(jié)反偏，所以基區(qū)中擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子在電場作用下漂移過集電結(jié)，到達(dá)集電區(qū)，形成電流ICN。VBBVCC電流分配與控制電流分配與控制(4) 集電極的反向電流集電極的反向電流 集電結(jié)收集到的電子包括兩部分：發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子ICN基區(qū)的少數(shù)載流子ICBOVBBVCC電流分配與控制電流分配與控制 IE= IEN+ IEP 且有IENIEP IEN=I

5、CN+ IBN 且有IEN IBN ，ICNIBN IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBNICBOIE =IC+IBVBBVCC1.3 1.3 三極管各電極的電流關(guān)系三極管各電極的電流關(guān)系 (1)三種組態(tài) 雙極型三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入, 兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)，見下圖 共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示; 共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；(2)(2)三極管的電流放大系數(shù)三極管的電流放大系數(shù) 對于集電極電流IC和發(fā)射極電流IE之間的關(guān)系可以用系數(shù)來說明，定義:

6、 ECN/ II 稱為共基極直流電流放大系數(shù)。它表示最后達(dá)到集電極的電子電流ICN與總發(fā)射極電流IE的比值。ICN與IE相比，因ICN中沒有IEP和IBN，所以 的值小于1, 但接近1，一般為0.980.999 。由此可得:IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= IC+ IB+ICBOCEOBCBOBIIII11IC電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)在忽略ICBO情況下， IC 、 IE 和IB之間的關(guān)系可近似表示為：BCEBEBCIIIIIII 1 BCEBEBCIIIIIII 1 BCCEOBCIIIII 很小時當(dāng)定義1=式中： 稱為共發(fā)射極接法直流電流放大倍數(shù)。CBOCBOCEOIII)+1

7、(=-1=1.4 1.4 三極管的共射極特性曲線三極管的共射極特性曲線 輸入特性曲線 iB=f(vBE) vCE=const 輸出特性曲線 iC=f(vCE) iB=const共發(fā)射極接法三極管的特性曲線：這兩條曲線是共發(fā)射極接法的特性曲線。 iB是輸入電流，vBE是輸入電壓，加在B、E兩電極之間。iC是輸出電流，vCE是輸出電壓，從C、E兩電極取出。RCRbVccBBV+_VoiBiCiE+_vBE+_vCEbce信號表示信號表示信號表示（對IC 、VBE 、VCE 等意義相同）：IB 表示直流量 Ib 表示交流有效值Ib 表示復(fù)數(shù)量 iB 表示交直流混合量 ib 表示交流變化量 IB 表示

8、直流變化量 iB 表示iB的變化量1. 1. 輸入特性曲線輸入特性曲線i (uA)B100204060800.2 0.40v (V)BEV =0VCEV =0.5VCEV 1VCEVCE一定時，iB與vBE之間的變化關(guān)系：由于受集電結(jié)電壓的影響，輸入特性與一個單獨(dú)的PN結(jié)的伏安特性曲線有所不同。 在討論輸入特性曲線時，設(shè)vCE=const(常數(shù))。CEV)(BEBvfi (1)VCE=0時：b、e間加正向電壓， JC和JE都正偏， JC沒有吸引電子的能力。所以其特性相當(dāng)于兩個二極管并聯(lián)PN結(jié)的特性。 VCE=0V： 兩個兩個PN結(jié)并聯(lián)結(jié)并聯(lián)輸入特性曲線輸入特性曲線i (uA)B10020406

9、0800.2 0.40v (V)BEV =0VCEV =0.5VCEV 1VCE(3) VCE1V時，b、e間加正向電壓，這時JE正偏， JC反偏。發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的載流子絕大部分被JC收集，只有小部分與基區(qū)多子形成電流IB。所以在相同的VBE下，IB要比VCE=0V時小。 VCE1V： iB比比VCE=0V時小時小(2) VCE介于01V之間時， JC反偏不夠，吸引電子的能力不夠強(qiáng)。隨著VCE的增加，吸引電子的能力逐漸增強(qiáng)，iB逐漸減小，曲線向右移動。 0VCE1V: VCE iB 2. 輸出特性曲線輸出特性曲線表示IB一定時，iC與vCE之間的變化關(guān)系。BI)(CECvfi 放放大大區(qū)區(qū)飽

10、飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0(1) 放大區(qū)放大區(qū)JE正偏，正偏，JC反偏反偏，對應(yīng)一個IB，iC基本不隨vCE增大，IC= IB 。處于放大區(qū)的三極管相當(dāng)于一個電流控制電流源。(2) 截止區(qū)：對應(yīng)IB0的區(qū)域， JC和和JE都反偏，都反偏， IB= IC =0輸出特性曲線輸出特性曲線(3) 飽和區(qū)對應(yīng)于vCEvBE的區(qū)域，集電結(jié)處于正偏，吸引電子的能力較弱。隨著vCE增加，集電結(jié)吸引電子能力增強(qiáng)，iC增大。JC和和JE都正偏，都正偏， VCES約等于約等于0.3V，IC IB飽和時c、e間電壓記為VCE

11、S，深度飽和時VCES約等于0.3V。飽和時的三極管c、e間相當(dāng)于一個壓控電阻。放放大大區(qū)區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0輸出特性曲線總結(jié)輸出特性曲線總結(jié)飽和區(qū)iC受vCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)vCE的 數(shù)值較小，一般vCE0.7 V(硅管)。此時 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。 此時，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。 此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓大于0.7 V左右(硅管) 。動畫2-2三極管工作

12、情況總結(jié)三極管工作情況總結(jié)狀狀態(tài)態(tài)發(fā)發(fā)射射結(jié)結(jié)集集電電結(jié)結(jié)IC截止反偏或零偏反偏0放大正偏反偏 IB飽和正偏正偏 IB三極管處于放大狀態(tài)時，三個極上的 電流關(guān)系： 電位關(guān)系：BCEBEBCIIIIIII 1 NPNPNPc最高最低b中VB=VE+0.7V中VB=VE-0.7Ve最低最高3. 溫度對三極管特性的影響溫度對三極管特性的影響溫度升高使：（1）輸入特性曲線左移（2）ICBO增大，輸出特性曲線上移（3）增大1.5 半導(dǎo)體三極管的參數(shù)半導(dǎo)體三極管的參數(shù)半導(dǎo)體三極管的參數(shù)分為三大類: 直流參數(shù) 交流參數(shù) 極限參數(shù)1. 直流參數(shù) 直流電流放大系數(shù) a.共基極直流電流放大系數(shù) = IC/IE=

13、IB/1+ IB= /1+ 三極管的三極管的直流參數(shù)直流參數(shù) 在放大區(qū)基本不變。在共發(fā)射極輸出特性曲線上，通過垂直于X軸的直線(vCE=const)來求取IC / IB ，如下左圖所示。在IC較小時和IC較大 時， 會有所減小，這一關(guān)系見下右圖。b.共射極直流電流放大系數(shù)： =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const三極管的三極管的直流參數(shù)直流參數(shù)b.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO和ICBO之間的關(guān)系： ICEO=（1+ ）ICBO相當(dāng)于基極開路時，集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流，即輸出特性曲線IB=0時曲線所對應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值,如圖所示。 極間反向電流a.集電

14、極基極間反向飽和電流ICBO ICBO的下標(biāo)CB代表集電極和基極，O是Open的字頭，代表第三個電極E開路。它相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流。 三極管的三極管的交流交流參數(shù)參數(shù)2.交流參數(shù)交流電流放大系數(shù) a.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) =IC/IBvCE=const在放大區(qū) 值基本不變，可在共射接法輸出特性曲線上通過垂直于X 軸的直線求取IC/IB?；蛟趫D上通過求某一點(diǎn)的斜率得到。具體方法如圖所示。 三極管的三極管的交流交流參數(shù)參數(shù) b.共基極交流電流放大系數(shù)=IC/IE VCB=const 當(dāng)ICBO和ICEO很小時， 、 ，可以不加區(qū)分。 特征頻率特征頻率fT 三極管的值不僅與工作電流有關(guān)，而

15、且與工作頻率有關(guān)。由于結(jié)電容的影響，當(dāng)信號頻率增加時，三極管的將會下降。當(dāng)下降到1時所對應(yīng)的頻率稱為特征頻率，用fT表示。三極管的三極管的極限極限參數(shù)參數(shù) 如圖所示，當(dāng)集電極電流增加時， 就要下降，當(dāng)值下降到線性放大區(qū)值的7030時，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。至于值下降多少，不同型號的三極管，不同的廠家的規(guī)定有所差別?？梢?，當(dāng)ICICM時，并不表示三極管會損壞。 (3)極限參數(shù)集電極最大允許電流ICM三極管的三極管的極限極限參數(shù)參數(shù)集電極最大允許功率損耗PCM 集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗， PCM= ICVCBICVCE， 因發(fā)射結(jié)正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在

16、集電結(jié)上。 在計算時往往用VCE取代VCB。三極管的三極管的極限極限參數(shù)參數(shù)反向擊穿電壓:反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓的能力，其測試時的原理電路如圖所示。BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭。幾個擊穿電壓在大小上有如下關(guān)系： V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR) EBO三極管的三極管的極限極限參數(shù)參數(shù) a.V(BR)CBO發(fā)射極開路時的集電結(jié)擊穿電壓。下標(biāo) CB代表集電極和基極，O代表第三個電 極E開路。 b.V(BR) EBO集電極開路時發(fā)射結(jié)的擊穿電壓。 c.V(BR)CEO基極開路時集電極和發(fā)射極間的 擊穿電壓。 對于V(BR)C

17、ER表示BE間接有電阻，V(BR)CES表示BE間是短路的。三極管的安全工作區(qū)三極管的安全工作區(qū)由PCM、 ICM和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)，見下圖。三極管的參數(shù)三極管的參數(shù)參 數(shù)型 號 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126* 83BX31C 125 125 40 246* 83CG101C3CG101C 100 30 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5A 5A 3

18、00 25042mA3DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DKG23 250W 30A 400 325 8注：*為 f 1.6 1.6 三極管的型號三極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下: :3 D G 110 B 第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、 G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的種類用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格用字母表示同

19、一型號中的不同規(guī)格三極管三極管1.7 三極管應(yīng)用三極管應(yīng)用Vi=5V時，IB=(5-0.7)/10K=0.43mAICS=10V/5K=2mAVBE時：ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1基本共射放大電路基本共射放大電路(7) vi：輸入信號(8) vo：輸出信號(9) 公共地或共同端， 電路中每一點(diǎn)的電位 實(shí)際上都是該點(diǎn)與公 共端之間的電位差。 圖中各電壓的極性是參考極性，電流的參考方向如圖所示。(6 )Cb1， Cb2：耦合電容或隔 直電容，其作用是通交流 隔直流。ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1基本共射放大電

20、路基本共射放大電路RL:負(fù)載電阻ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1RLT+vivoRLTCb1VCCCb2+ +_ _+ +_ _RbRC3. 共射電路共射電路放大原理放大原理+vivoCb1VCCCb2+ +_ _+ +_ _RbRC12V300K4K=40vi 變化 iB 變化 iC 變化 vCE 變化 vo 變化Cb1iC= iBvCE= VCC - iCRCVR-IVVmAII uARVICCCCCEBCbCCB6 . 56 . 1 40 oCCCECBivVRivmAiuAimVv8 . 02 . 0514. 4. 放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)放大電

21、路的主要技術(shù)指標(biāo)(1) (1) 放大倍數(shù)放大倍數(shù)(2) (2) 輸入電阻輸入電阻Ri(3) (3) 輸出電阻輸出電阻Ro(4) (4) 通頻帶通頻帶(1) (1) 放大倍數(shù)放大倍數(shù) 放大電路的輸出信號的電壓和電流幅度得到了放大，所以輸出功率也會有所放大。對放大電路而言有: 通常它們都是按正弦量定義的。放大倍數(shù)定義式中各有關(guān)量如圖所示。io/VVAv電壓放大倍數(shù)：io/IIAi電流放大倍數(shù)：iiooio/IVIVPPAp功率放大倍數(shù)：(2) (2) 輸入電阻輸入電阻 Ri 輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)。Ri大，放大電路從信號源吸取的電流小，反之則大。 Ri的定義:iiiIVR

22、(3) (3) 輸出電阻輸出電阻Ro(a) 從假想的 求Ro (b)從負(fù)載特性曲線求RooV輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載的能力，Ro大表明放大電路帶負(fù)載的能力差，反之則強(qiáng)。Ro的定義:0,.o.ooSL=VRIVR則：Ro =Vo / Io=( VoVo)/ Io =( VoVo) RL / Vo =( Vo/ Vo) 1 RL。，開路時的輸出為、，測得時，在帶根據(jù)圖oooL)b(VIVR輸出電阻輸出電阻Ro注意：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正弦信號下的交流參數(shù)，只有在放大電路處于放大狀態(tài)且輸出不失真的條件下才有意義。(4) (4) 通頻帶通頻帶 放大電路的增益A( f ) 是頻率的

23、函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當(dāng)A( f )下降到中頻電壓放大倍數(shù)A0的 1/ 時，即:200HL7.02)()(AAfAfA相應(yīng)的頻率:fL稱為下限頻率fH稱為上限頻率問題問題問題1：放大電路的輸出電阻小，對放大電路輸出 電壓的穩(wěn)定性是否有利？問題2：有一個放大電路的輸入信號的頻率成分為 100 Hz10 kHz，那么放大電路的通頻帶應(yīng) 如何選擇？ 如果放大電路的通頻帶比輸入信號的頻帶窄，那么輸出信號將發(fā)生什么變化？ 2.2 放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法n直流通路與交流通路直流通路與交流通路n靜態(tài)分析靜態(tài)分析n近似估算法n圖解分析n電路參數(shù)變化對Q點(diǎn)的影響n動態(tài)分析動態(tài)

24、分析n截止失真n飽和失真n交流負(fù)載線n最大不失真輸出n輸出功率和功率三角形1. 直流通路與交流通路直流通路與交流通路靜態(tài)：只考慮直流信號，即vi=0，各點(diǎn)電位不變 （直流工作狀態(tài)）。直流通路：電路中無變化量，電容相當(dāng)于開路， 電感相當(dāng)于短路交流通路：電路中電容短路，電感開路，直流 電源對公共端短路 放大電路建立正確的靜態(tài)，是保證動態(tài)工作的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)，正確地區(qū)分直流通道和交流通道。動態(tài)：只考慮交流信號，即vi不為0，各點(diǎn)電位變化 （交流工作狀態(tài)）。直流通路直流通路TRRVb1b2bCCCCC+vovi電容Cb1和Cb2斷開TRRVbCCC直流通路 即能通過直流的

25、通道。從C、B、E向外看，有直流負(fù)載電阻， Rc 、Rb 。交流通路交流通路TRRVvvb1b2bCCCCCio+vovi直流電源和耦合電容對交流相當(dāng)于短路TRRbC+_+_vovi若直流電源內(nèi)阻為零，交流電流流過直流電源時，沒有壓降。設(shè)C1、 C2 足夠大，對信號而言，其上的交流壓降近似為零。在交流通道中，可將直流電源和耦合電容短路。 交流通路： 能通過交流的電路通道。從C、B、E向外看，有等效的交流負(fù)載電阻， Rc/RL和偏置電阻Rb 。2. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析(1) 靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算法靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算法 已知硅管導(dǎo)通時VBE0.7V， 鍺管VBE 0.2V以及 =40， 根據(jù)直流通

26、路則有：VRIVVmAIIARVVICCQCCCEQBQCQbBECCBQ6 .5=6 .1=40=-Q:（40uA，1.6mA，5.6V）RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流電路固定偏流電路RbRCvoviCb1Cb2VCC+Re0.5K330K4K15V =50例例2.1：電路及參數(shù)如圖，求：電路及參數(shù)如圖，求Q點(diǎn)值點(diǎn)值直流通路RbRCVCC330K4K15V =50Re0.5K例例3.2.1VRIVIRIVVcCCCEcCCCCE65 . 4215)R(ReeuARVVIbBECCB405 . 0513307 . 015R)1 (e mAuAIIEC24050150 直流通路R

27、bRCVCC330K4K15V =50Re0.5K例例2.2：電路及參數(shù)如圖，求：電路及參數(shù)如圖，求Q點(diǎn)值點(diǎn)值固定偏壓電路，射極偏置電路（動畫3-5）Rb1RCvoviCb1Cb2VCC+Re0.5K68K4K15VRb212K=40直流通路Rb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K=40例例2.2Rb1RCRe0.5K68K4KRb212K15VVCC15VVCC直流通路Rb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K=40例例2.2VVRRRVKRRRRRRRCCbbbBBbbbbbbb25. 2=+=2 .10=+=/=21221212168KRb212K15VVC

28、CRb2.25V10.2KRb1VBB 例例2.2uARRVIebBBB50)1 (7 . 0-VIRRRVVCeeCCCCE6)5 .4(2-15)(-21mAIIIBEC2 )6 ,2 ,50( :VmAAQRCRe0.5K4K2.25VVBB15V10.2KRbVCC(2) 靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析RRVIVBBbCCCV+_+_CEBEVBCI求VBE、IB的方法同二極管圖解分析輸入特性VBE=VBB-IBRb輸出特性VCE=VCC-ICRCb、e回路回路c、e回路回路(a) 畫直流通路(b) 把基極回路和集電極回路電路分為線性和非線性兩部分如圖IB=40uA、RC=4

29、K、VCC=12V圖解分析圖解分析vCE(v)i C (mA)32124680101220uA40uA60uA80uAIB =100uA(c)作非線性部分的伏安特性曲線BCECIvfi)(=40uA(d) 作線性部分的伏安特性曲線直流負(fù)載線VCE=12 - 4 IC (VCC=12V , RC=4K)用兩點(diǎn)法做直線M(12V,0)，N(0,3mA)MN(e)直線MN與IB=40uA曲線的交點(diǎn)(5.6V,1.6mA) 就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q（5.6V，1.6mA）Q直流直流負(fù)載線負(fù)載線IB=40uA、RC=4K、VCC=12V討論：電路參數(shù)變化對討論：電路參數(shù)變化對Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響vi (mA)32

30、12468C EC01012I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQRb改變： Q點(diǎn)沿MN向下移動CECBbVIIRQRRbVCCC12V300K4K=40固定偏流電路固定偏流電路電路參數(shù)變化對電路參數(shù)變化對Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響vi (mA)3212468C EC01012I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQRC改變：點(diǎn)逆時針轉(zhuǎn)動繞的斜率變小MMNMNRRIVVCCCCCCEQRRbVCCC12V300K4K=40固定偏流電路固定偏流電路電路參數(shù)變化對電路參數(shù)變化對Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響vi (mA)

31、3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQVCC改變：向右平移不變MNVIVRIVVCECCCCCCCCEQRRVIBVBBbCCCV+_+_CEBEVICiC(mA)32124680101220uA40uA60uA80uA100uA040vivoiB(uA)6020vi=0.02sint(V)vBE(V)vCE(V)2. 動態(tài)分析動態(tài)分析vi=0.02sint(V) ib=20sint(uA)iB= 20uA60uARRVb1b2bCCCCC+vovi=40iC=iB=0.82.4(mA)vCE= 8.8V 2.4

32、Vvo= vce=-3.2sin tRRVb1b2bCCCCC+vovi=404K動態(tài)分析（動畫）動態(tài)分析（動畫）截止失真截止失真vi (mA)3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uAB040uAvivoi (uA)BvBEQ截止失真截止失真：由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。截止失真（動畫）截止失真（動畫）飽和失真飽和失真vi (mA)3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uAB080uA

33、voi (uA)BvBEQ飽和失真vi飽和失真：由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。注意：對于注意：對于PNP管，由于是負(fù)電源管，由于是負(fù)電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管管正好相反。正好相反。飽和失真（動畫）飽和失真（動畫）TRRbC+_+_voviRL交流通路交流負(fù)載線交流負(fù)載線TRRVvvb1b2bCCCCCio+vo -viRLRL=RC/RL交流負(fù)載線交流負(fù)載線交流負(fù)載線確定方法：a.通過輸出特性曲線上的Q點(diǎn)做一條直線，其斜率 為-1/RL 。 RL= RLRc 是交流負(fù)載電阻。c. 交流負(fù)載線和

34、直 流負(fù)載線相交與 Q點(diǎn)。 b. 交流負(fù)載線是有 交流輸入信號時 Q點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。最大不失真輸出最大不失真輸出放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要： 1.工作點(diǎn)Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；2.要有合適的交流負(fù)載線。 Q位于交流負(fù)載線中間時，VomICQRL交流動態(tài)范圍（動畫） 要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom 和Iom 都要大。omomomomo2122IVIVP放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率： 在輸出特性曲線上，正好是三角形ABQ的面積，這一三角形稱為功率三角形。輸出功率和功率三角形輸出功率和功率三角形2.3 放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號

35、模型分析法圖解法的適用范圍：信號頻率低、幅度 較大的情況。 如果電路中輸入信號很小，可把三極管特性曲線在小范圍內(nèi)用直線代替，從而把放大電路當(dāng)作線性電路處理微變等效電路。 1.1.三極管可以用一個模型來代替。三極管可以用一個模型來代替。 2.2.對于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響。對于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響。 3.3.小信號意味著三極管在線性條件下工作，微變也小信號意味著三極管在線性條件下工作，微變也 具有線性同樣的含義具有線性同樣的含義。1. h參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路輸入開路時輸出導(dǎo)納 =0=22221IVIh輸出短路時的輸入電阻:=0=11112VIVh數(shù)輸入開路時電壓反饋系 =0

36、=21121IVVh數(shù)輸出短路時電流放大系 =0=12212VIIh22212122121111VhIhIVhIhV如果I1和V2是獨(dú)立源：I1I2+雙端口網(wǎng)絡(luò)+V2V1h參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路I1I2V1V2雙端口網(wǎng)絡(luò)122222212122121111VhIhIVhIhV根據(jù)公式雙端口網(wǎng)絡(luò)可等效為下圖所示電路。2. 三極管三極管共射共射h參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路共射接法等效的雙端口網(wǎng)絡(luò)：輸入特性表達(dá)式：vBE= f1 ( iB ,vCE )輸出特性表達(dá)式：iC= f2 ( iB ,vCE )ccebbeIVIV，輸出：，輸入：+_+_beVbIcIceV三極管共三極管共射射h參數(shù)等效電路

37、參數(shù)等效電路CEICECBVBCCCEICEBEBVBBEBEdvvidiiididvvvdiivdvBCEBCE求全微分：cebccebbeVhIhIVhIhV22212111c+_+-beVbIcIceV參數(shù)的物理含義參數(shù)的物理含義ebcbrerberbbrbcrcCEBBEVivh11VCEQ時iB 對vBE的影響，是三極管在Q點(diǎn)附近b與e之間的動態(tài)電阻，用rbe表示。rbe的組成：rbe = rbb + rbere 很小，忽略rbb ：基區(qū)體電阻rbe：發(fā)射結(jié)正偏電阻EebImVr26)1 ( EbbbeImVrr26)1 ( 參數(shù)的物理含義參數(shù)的物理含義BCEBEIvvh12IBQ附

38、近vCE 對vBE的影響：vCE 1V后，h12105221hrce三極管共射簡化三極管共射簡化h參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路忽略h12和h22影響的簡化參數(shù)等效電路c2.3 基本共射電路分析計算基本共射電路分析計算放大電路分析步驟：u畫直流通路，計算靜態(tài)工作點(diǎn)Qu計算 rbeu畫交流通路u畫微變等效電路u計算電壓放大倍數(shù)Avu計算輸入電阻Riu計算輸出電阻Ro1. 計算電壓放大倍數(shù)計算電壓放大倍數(shù)AvTRRVvvb1b2bCCC CCio+voviTRRbC+_+_vovibceCbcCobbeiRIIRVrV-I beCiovrRVV-A2. 計算輸入電阻計算輸入電阻 Ribebebbebbe

39、birrRrRrRR/IViiRiCooRIRoV所以：3. 計算輸出電阻計算輸出電阻 Ro方法一：=oooIVRRo輸出開路時的輸出電壓: oV輸出短路時的輸出電流: IocoCcI=IRI=oV計算輸出電阻計算輸出電阻 Ro方法二：把輸入信號源短路（Vs=0）但保留信號源 內(nèi)阻，在輸出端加信號Vo，求此時的 Io， 則： oooVRI /=CoooRVR=I=所以：如圖，如果Vs0，則 Ib=0， 所以 Ib=0 Ro例例2.3：求：求Av ，R i，Ro電路及參數(shù)如圖，rbb=100，求Av，Ri，RoRRVvvb1b2bCCC CCio+Re0.5K330K4K15V =50vivo解

40、： 靜態(tài)工作點(diǎn) （40uA，2mA，6V) EbbbeImVrr26)+1 (+=100+5126/2=0.763K例例2.3ebbebiRIrIV)+1 (+=cboRIV-=ebeciovRrRVVA)+1 (+-= -7.62TRRbc+_+_ReViVovivo例例2.3K4=coRRebebiRrRR)+1(+/=330K/26.263K=24.3KRiRo例例2.4：電路及參數(shù)如圖，=40， rbb=100， (1)計算靜態(tài)工作點(diǎn) (2)求Av，Ri，Ro解：(1) 畫直流通路 求靜態(tài)工作點(diǎn)RRVvvb1b2b1CCCCcio+Re10.1K68K4K15VRReC+e20.4Kb

41、212Kvivo射極偏置電路穩(wěn)定工作點(diǎn)（動畫）例例2.4：RRVb1CCcRe10.1K68K4K15VRRe20.4Kb212K直流通路RRb1cRe10.1K68K4KRRe20.4Kb212K15VVcc15VVccVVRRRVKRRRRRRRCCbbbBBbbbbbbb25. 2=+=2 .10=+=/=212212121例例2.4：Rb168KRb212K15VV ccR2.25VV bbb10KRbVBB例例2.4： uARRRVIeebBBB50)1(7 . 021- VIRVVCCCCCE6)5 .4(215)RR(2e1emAIIIBEC2 633. 0=26)+1 (+=K

42、ImVrrEbbbeRRb1cRe10.1K10.2V4KRe20.4K2.25VVbb15VVccVBBRb例例2.4：(2) 畫微變等效電路，求Av，Ri，Ro8 .33-=1 . 041+633. 0440-=)+1 (+-= -=-=)+1 (+=11ebeCiovCbCcoebbbeiRrRVVARIRIVRIIrV KRrRRebebi23. 3733. 4/2 .10)1(/1 RiRo=RC=4KRo3 基本放大電路的三種組態(tài)基本放大電路的三種組態(tài)組態(tài)一：共射電路beCVVvArRio -=Ri=Rb/rbe Ro=RcTRRVvvb1b2bCCC CCio+voviTRRbC

43、+_+_vovibce組態(tài)二：組態(tài)二：共集電極電路共集電極電路共集電極組態(tài)基本放大電路如圖所示。(1)(1)直流分析直流分析IB=( VBBVBE)/ Rb+(1+)ReIC= IBVCE= VCCIERe= VCCICReRb =Rb1 /Rb2直流通路交流通路交流通路交流通路：(2)(2)交流分析交流分析微變等效電路如圖交流通路：放大倍數(shù)和輸入電阻放大倍數(shù)和輸入電阻中頻電壓放大倍數(shù)中頻電壓放大倍數(shù)1)1 ()1 (LbeLooRrRVVAv 比較CE和CC組態(tài)放大電路的電壓放大倍數(shù)公式，它們的分子都是乘以輸出電極對地的交流等效負(fù)載電阻，分母都是三極管基極對地的交流輸入電阻。輸入電阻輸入電阻

44、 Ri=Rb1/ Rb2 /rbe +(1+)RL ) RL = RL / Re輸出電阻輸出電阻輸出電阻輸出電阻RrRIVRRVRrVIRRRRRrVIRVIIIIIR+1+/=)/(+)+/()+1(=/=,)+/(=)/(+)+1 (=+=sbeeoooeosbeoob2b1sssbeobeobbboe共集電極電路（動畫3-6） 將輸入信號短路，負(fù)載開路，加 ，信號源短路，內(nèi)阻保留。oV組態(tài)三：共基極放大電路組態(tài)三：共基極放大電路共基組態(tài)放大電路如圖交流、直流通路交流、直流通路交流通路：微變等效電路微變等效電路共基極組態(tài)基本放大電路的微變等效電路 Ie性能指標(biāo)性能指標(biāo)輸出電阻 Ro RCb

45、eLvrRVVA+=/=io電壓放大倍數(shù)rRrIVR+1/+1=/=beebeiii輸入電阻三種組態(tài)電路比較三種組態(tài)電路比較共射電路：電壓和電流放大倍數(shù)均大，輸入輸出電壓相位相反，輸出輸出電阻適中。常用于電壓放大。共集電路：電壓放大倍數(shù)是小于且接近于1的正數(shù)，具有電壓跟隨特點(diǎn)，輸入電阻大，輸出電阻小。常作為電路的輸入和輸出級。共基電路：放大倍數(shù)同共射電路，輸入電阻小，頻率特性好。常用作寬帶放大器。4 基本放大電路的頻率響應(yīng)基本放大電路的頻率響應(yīng)頻率失真：幅度失真和相位失真(p20-21圖1.2.9)相位頻率特性相位頻率特性: :幅度頻率特性幅度頻率特性: : 幅頻特性是描繪輸入信號幅度幅頻特性

46、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)(iofVVA4.1 RC電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng)1. RC低通濾波電路低通濾波電路RC+j=CjR+Cj=VV=Aiov1111其中，是角頻率 = RCfRC211上限截止頻率令：RCfHH21=2=(1) 分析分析RC低通濾波電路頻率響應(yīng)低通濾波電路頻率響應(yīng)HHvff+j=+j=RC+j=A111111HHHff

47、tgfftgffv11211 A幅頻特性相頻特性RC低通濾波電路頻率響應(yīng)低通濾波電路頻率響應(yīng)()(-=)- (=+11=A1-1-2HHHfffffftgtgv當(dāng) f fH 時ovA900 +5.70.1fHfH10fH0-20-40-45-900ff-20dB/十倍頻-3(dB) vAlg20 0.1fHfH10fHRC低通濾波電路頻率響應(yīng)低通濾波電路頻率響應(yīng)(2) 波特圖波特圖幅頻特性相頻特性-3dB-5.7-5.7幅頻特性的X軸采用指數(shù)坐標(biāo)，Y軸采用對數(shù)坐標(biāo),f fH H 稱為上限截止頻率上限截止頻率。當(dāng) f f fH H 時，幅頻特性將以十倍頻十倍頻20dB的斜率下降的斜率下降，或?qū)懗?/p>

48、-20-20dB/dec。在 f = f fH H 處的誤差最大，有3dB。當(dāng) f = f fH H 時，相頻特性將滯后45，并具有 -45/dec的斜率。在0.1 f fH H 和10 f fH H 處與實(shí)際的相頻特性有最大的誤差，其值分別為+5.7和5.7。 這種折線化畫出的頻率特性曲線稱為波特圖，是分析放大電路頻率響應(yīng)的重要手段。2. RC高通濾波電路高通濾波電路(1) 分析分析LLvff+jffj=RC+jCj=CjR+R=A111RC+jCj=CjR+Rv=A11下限截止頻率令：C21=RfLRC高通濾波電路高通濾波電路頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)當(dāng) f = fL時ovA45707. 021 當(dāng)

49、 f fL 時ovA01 )(-90=)(11-2HHHffofffftg +=vA相頻：幅頻：當(dāng) f fL 時ov00 ARC高通濾波電路高通濾波電路頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)(2) 波特圖波特圖0.1fHfH10fH0-20-4045900ff-20dB/十倍頻-3(dB) vAlg20幅頻特性相頻特性4.2 三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型ebcrerberbbrbcrc三極管結(jié)構(gòu)：bCbeCbcCbc : 210pF(C)幾十到幾百pF(C)TmebfgC2=三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型ms=0約幾十TEQebCEBECmVIrVvig 這一模型中用 代替 ，這是因?yàn)楸旧砭团c

50、頻率有關(guān)，而 gm與頻率無關(guān)。推導(dǎo)如下: eb.mVg.bI三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型忽略 rce 和 rbc 對電路的影響的簡化等效模型：三極管的頻率參數(shù)三極管的頻率參數(shù)f和和fT0ceVbcII已知cbmebcbebebmcbebrmCjCjebbebebmcCgrCCjrgCCjgrIVVgIebcbeb1cb11cb)(1)(Cj-)/()Cj-(三極管的頻率參數(shù)三極管的頻率參數(shù)f和和fT)(21 bcbebe+CCrf令共射極截止頻率0020707.022=)(+1=ffff時，011 ffj則與RC低通濾波電路的頻響表達(dá)式相同ebmrg0三極管的頻率參數(shù)三極管的頻率參

51、數(shù)f和和fTf T ：頻率增大使| |下降到 0dB （ | |=1）時的頻率，稱為特征頻率。111TffTffffT 一般00ebmrmebebCCcbebebTCggCrCCrffebcbeb000 2 2 2 0三極管的頻率參數(shù)三極管的頻率參數(shù)f和和fTTTffff= : 的關(guān)系與當(dāng)=1時對應(yīng)的頻率稱為特征頻率fT，且有fT0f 當(dāng)20lg下降3dB時,頻率f稱為共發(fā)射極接法的截止頻率高頻等效模型的單向化高頻等效模型的單向化 在簡化混合型模型中，因存在Cbc ，對求解不便，可通過單向化處理加以變換。密勒定理密勒定理ZKVZKVVZVVIiiioi-1=-=-=1=-1=ZKZIViZZZ

52、I+Vi-+Vo-KK+Vi-+Vo-II12密勒定理密勒定理ZKVZVKVZVVIooooi1-1=-=-=2=1-1=-ZKZIVoZZZI+Vi-+Vo-KK+Vi-+Vo-II12高頻等效模型的單向化高頻等效模型的單向化 可以用輸入側(cè)的C和輸出側(cè)的C兩個電容去分別代替Cbc ，但要求變換前后應(yīng)保證相關(guān)電流不變，如圖所示。高頻等效模型的單向化高頻等效模型的單向化利用米勒定理，:, =cm則放大倍數(shù)令RgKcbCKC)+1 (=cbCKKC+1= 高頻等效模型的單向化高頻等效模型的單向化由于C1/Ce時，在射極電路中，可忽略Re，只剩下Ce低頻段低頻段當(dāng)Rb較大，可忽略Rb的影響。將Ce歸

53、算到基極回路后與C1串聯(lián)，Ce =Ce /（1+0 ）。Ce對輸出回路基本上不存在折算問題，而且一般CeC2，所以Ce對輸出回路的影響可忽略。將輸出回路的電流源變換成電壓源，得到簡化的微變等效電路。低頻段低頻段在此簡化條件下，低頻段的電壓放大倍數(shù):)+(+1)+()+)( /(+1)+)( /(+-=LC2LC2beSe1beSe1beSL0sosLRRCjRRCjrRCCjrRCCjrRRVVAv)+(21=)+)( /(21=LC22beSe11RRCfrRCCfLL令：L2L2L1L1+1+1=sMsLffffffffvvjjjjAA4. 4. 全頻段總電壓放大倍數(shù)全頻段總電壓放大倍數(shù)全

54、頻段總電壓放大倍數(shù)的復(fù)數(shù)形式為:HL2L2L1L1sMs/+11/+1/+1/=fjffjffjffjffjfAAvvbeLbebsbebArRrRRrRvsM /+/-=0如果兩個下限頻率fL1 、 fL2相差4倍以上，可取大者作為電路的下限截止頻率fL1，否則只能按定義求fL全頻段放大倍數(shù)波特圖全頻段放大倍數(shù)波特圖 如果 fL1fL2，可以畫出單級基本放大電路的波特圖，如圖所示。放大電路的增益帶寬積放大電路的增益帶寬積HLHBWffff-= :帶寬beLbebsbebebbbbsHvMrRrRRrRCrrRRfA /+/)/+ /(21 :0增益帶寬積所以，三極管一旦選定，帶寬增益積就確定

55、下來，放大倍數(shù)增大多少倍，帶寬就減少多少倍基本概念直接耦合多級放大電路阻容耦合多級放大電路變壓器耦合多級放大電路多級放大電路的頻率響應(yīng)5 多級放大電路多級放大電路5.1 多級放大電路多級放大電路單級電路:iovVVA=IoRiRo+Vi-Ii+Vo-AVoViIo1Ri1Ro1+Vi-Ii+Vo1-AVo1Vi1IoRi2Ro2+Vo-AVo2Vi2212211=vvioioiovAAVVVVVVA多級電路:RVVVCCC1oT2T1RBBViRC2Rb1b2vivo5.2 直接耦合多級放大電路直接耦合多級放大電路優(yōu)點(diǎn)：低頻性能好， 易于繼集成缺點(diǎn)：靜態(tài)點(diǎn)相互影響 （溫度漂移問題）靜態(tài)分析：VBB=IB1Rb1 +VBE1VCE1=IB2Rb2 +VBE2VCE1= VCC -（ IC1 + IB2）RC1VCE2= VCC - IC2RC2IC1= IB1IC2= IB2IB1、VC1 、 IB2 VC2 、 IC2 、 IC1 直接耦合多級放大電路動態(tài)分析直接耦合多級放大電路動態(tài)分析112111/-bebiCiovrRRRVVA22212+-=bebCoovrRRVVA22211211+/=2bebCbebiCviovrRRrRRRAAVVAv11