第3章 三極管放大電路基礎(chǔ)

1、第3章 三極管放大電路(dinl)基礎(chǔ)二極管: Diode（晶體二極管、半導(dǎo)體二極管）主要特性是單向?qū)щ娦裕欢似骷?，它不能對信號進行放大。三極管：Bipolar Junction Transistors (BJT) （晶體三極管、半導(dǎo)體三極管、晶體管）三端器件，應(yīng)用(yngyng)時易于控制；用來實現(xiàn)受控源，它是放大器設(shè)計的基礎(chǔ)。共一百零六頁第3章 三極管放大(fngd)電路基礎(chǔ) 三極管是由兩個靠得很近且背對背排列的PN結(jié)構(gòu)成，它是由自由電子與空穴作為載流子共同參與導(dǎo)電的，因此三極管也稱為(chn wi)雙極型晶體管(Bipolar Junction Transistors)，簡稱BJT。

2、共一百零六頁第3章 三極管放大(fngd)電路基礎(chǔ)3.1 三極管的物理結(jié)構(gòu)與工作模式 3.2 三極管放大模式的工作原理 3.3 三極管的實際結(jié)構(gòu)與等效電路模型(mxng) 3.4 三極管的飽和與截止模式 3.5 三極管特性的圖形表示3.6 三極管電路的直流分析3.7 三極管放大器3.8 三極管的交流小信號等效模型3.9 放大器電路的圖解分析 3.10三極管放大器的直流偏置 3.11三極管放大器電路 共一百零六頁3.1.1 物理結(jié)構(gòu)與電路(dinl)符號3.1 三極管的物理結(jié)構(gòu)(jigu)與工作模式根據(jù)PN結(jié)的排列方式不同，三極管有NPN型和PNP型兩種。NPN型三極管的物理結(jié)構(gòu)和電路符號如圖3

3、-1-1所示。 圖3-1-1 NPN型 (a)物理結(jié)構(gòu) (b)電路符號共一百零六頁3.1.1 物理結(jié)構(gòu)與電路(dinl)符號3.1 三極管的物理結(jié)構(gòu)(jigu)與工作模式PNP型三極管的物理結(jié)構(gòu)和電路符號如圖3-1-2所示。 圖3-1-2 PNP型 (a)物理結(jié)構(gòu) (b)電路符號結(jié)構(gòu)特點：基區(qū)的寬度很薄(m級)，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠大于基區(qū)，集電結(jié)的面積大于發(fā)射結(jié)面積。共一百零六頁3.1.2 三極管的工作(gngzu)模式3.1 三極管的物理結(jié)構(gòu)與工作(gngzu)模式 依據(jù)晶體管的發(fā)射結(jié)(EBJ)和集電結(jié)(CBJ)的偏置情況，晶體管的工作模式如表3-1-1所示： 表3-1-1： 三極管的工作模

4、式工作模式發(fā)射結(jié)（EBJ）集電結(jié)（CBJ）放大模式正偏反偏截止模式反偏反偏飽和模式正偏正偏共一百零六頁3.2 三極管放大模式的工作(gngzu)原理 3.2.1 三極管內(nèi)部(nib)載流子的傳遞(以NPN為例) 偏置電壓VBE保證發(fā)射結(jié)正向偏置，偏置電壓VCB保證集電結(jié)反向偏置，放大模式時晶體管內(nèi)部的載流子運動如圖3-2-1所示。 圖3-2-1共一百零六頁3.2 三極管放大(fngd)模式的工作原理在發(fā)射結(jié)(正偏) ：由兩邊的多子通過發(fā)射結(jié)擴散運動而形成的電流。包括(boku)： 發(fā)射區(qū)中的多子(自由電子)通過發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)而形成的電子電流 IEN 基區(qū)的多子(空穴)通過發(fā)射結(jié)注入到發(fā)射區(qū)而

5、形成的空穴電流 IEP(IB1) 圖3-2-1注意：注入到基區(qū)的自由電子邊擴散邊復(fù)合，同時向集電結(jié)邊界行進。因基區(qū)很薄，絕大部分電子都到達了集電結(jié)邊界，僅有很小部分被基區(qū)中的空穴復(fù)合掉（形成電流 IB2 ）。 共一百零六頁3.2 三極管放大模式(msh)的工作原理在集電結(jié)(反偏):兩邊的少子通過集電結(jié)漂移而形成(xngchng)的。包括：發(fā)射區(qū)注入的大量自由電子經(jīng)集電結(jié)被集電區(qū)收集而形成的電流 ICN1基區(qū)中少子(自由電子)漂移而形成的漂移電流 ICN2集電區(qū)中少子(空穴)漂移而形成的漂移電流 ICP圖3-2-1共一百零六頁3.2 三極管放大(fngd)模式的工作原理說明：發(fā)射區(qū)為高摻雜(ch

6、n z)濃度、基區(qū)為低摻雜的濃度，因此有 IENIEP集電區(qū)中因ICN2、ICP 由少數(shù)載流子形成的，因此有 ICN1ICN2、ICP 圖3-2-1正向受控的電流：發(fā)射區(qū)中的自由電子通過發(fā)射結(jié)注入、基區(qū)擴散(復(fù)合)和集電區(qū)收集三個環(huán)節(jié)將發(fā)射區(qū)的注入電子轉(zhuǎn)化為集電結(jié)電流，成為正向受控的電流，且其大小僅受發(fā)射結(jié)的正向偏置電壓VBE 控制，而幾乎與集電結(jié)反向偏置電壓VCB無關(guān)。共一百零六頁3.2 三極管放大(fngd)模式的工作原理寄生電流：其它載流子運動產(chǎn)生的電流對正向受控作用都是無用的，稱為寄生電流。一般情況下，由少子形成(xngchng)的電流 ICP、ICN2（表示為ICBO）可忽略不計。但

7、隨著溫度升高，本征激發(fā)的增強，基區(qū)和集電區(qū)的少子劇增，則該電流顯著增大。圖3-2-1共一百零六頁3.2 三極管放大模式(msh)的工作原理3.2.2 三極管的各極電流(dinli) 集電極電流 其中： 為反向飽和電流，常溫下很小，可忽略不計。但與溫度密切相關(guān)，溫度每升高10度， 約增大一倍。因此，集電極的電流主要是 ，它主要受發(fā)射結(jié)正向偏置電壓VBE 影響。集電極的電流可表示為：其中IS 為飽和電流，與基區(qū)的寬度成反比，與發(fā)射結(jié)的面積成正比，也稱為比例(刻度)電流。典型范圍為：10-1210-18A。它也與溫度有關(guān)，溫度每升高5度，約增大一倍。 共一百零六頁3.2 三極管放大模式(msh)的工

8、作原理3.2.2 三極管的各極電流(dinli) 基極電流 其中稱為共發(fā)射極的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的控制能力。對于給定的晶體管，其值為常數(shù)，一般在50到200之間，但會受溫度影響。 其中：IB1是由基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的空穴產(chǎn)生的電流，IB2是基區(qū)中的空穴與發(fā)射區(qū)注入的自由電子復(fù)合引起的電流。兩者均與 成比例關(guān)系?；鶚O電流也與集電極電流成比例關(guān)系，它可表示為：即：共一百零六頁3.2 三極管放大(fngd)模式的工作原理3.2.2 三極管的各極電流(dinli) 發(fā)射極電流 其中為共基極電流放大倍數(shù)，它反映了發(fā)射極電流 轉(zhuǎn)化為集電極電流 的能力。其值一般小于且約等于1 。 與 的

9、關(guān)系滿足： 或者注意：PNP型晶體管的工作原理與NPN型晶體管對應(yīng)，外部各極電流的大小與NPN型一樣，但其實際電流的流向則與NPN型晶體管相反。 內(nèi)部看外部看 即：共一百零六頁例3.1 對于(duy)一個NPN型晶體管，當(dāng) 時， 。求當(dāng) 和 時，對應(yīng)的VBE分別為多少？ 解：當(dāng) 時：則當(dāng) 時：則共一百零六頁例3.2 對某電路中NPN三極管測量,其基極(j j)電流為14.46A，發(fā)射極電流為1.46mA，發(fā)射結(jié)電壓為0.7V。求該條件下的 、 和 解：因為(yn wi) 則有所以因為有則共一百零六頁3.3 三極管的實際結(jié)構(gòu)(jigu)與等效電路模型 3.3.1 三極管的實際(shj)結(jié)構(gòu) (以

10、NPN為例)NPN型晶體管的橫截面如圖3-3-1所示。結(jié)構(gòu)特點： 集電區(qū)是包圍著發(fā)射區(qū)的，所以集電結(jié)比發(fā)射結(jié)有更大的結(jié)面積，這樣使得被注入到薄基區(qū)的自由電子很難逃脫被收集的命運。因此， 就非常接近于1， 非常大。 圖3-3-1共一百零六頁3.3 三極管的實際結(jié)構(gòu)(jigu)與等效電路模型 3.3.2 三極管的等效電路模型(mxng) 在正偏電壓VBE及反偏電壓VCB作用下，集電極電流為：并且與集電結(jié)反偏電壓VCB大小無關(guān)，相當(dāng)于一個受VBE控制的壓控電流源。等效電路模型如圖3-3-2所示。 該模型實際上是一個非線性的電壓控制電流源。 圖3-3-2共一百零六頁3.4 三極管的飽和(boh)與截止

11、模式 3.4.1 三極管的飽和(boh)模式 飽和模式：發(fā)射結(jié)與集電結(jié)電壓均為正偏。內(nèi)部多數(shù)載流子（自由電子）的傳遞如圖3-4-1所示。圖3-4-1載流子運動：在發(fā)射結(jié)VBE正偏作用下：多子正向傳遞，將發(fā)射結(jié)的IEN1傳遞到集電結(jié)的ICN1。在集電結(jié)VBC正偏作用下：多子逆向傳遞，將集電結(jié)的ICN2傳遞到發(fā)射結(jié)的IEN2。共一百零六頁3.4 三極管的飽和與截止(jizh)模式3.4.1 三極管的飽和(boh)模式圖3-4-1發(fā)射極與集電極電流：各電流同時受VBE 、VBC正偏作用控制，不具有正向受控作用 ；隨VBC的增大， ICN2增大，使得IE、IC迅速減小；基區(qū)復(fù)合增加，基極電流IB比放大

12、模式時增大；各電流不再滿足放大模式下的各電流關(guān)系 ：共一百零六頁3.4 三極管的飽和與截止(jizh)模式3.4.1 三極管的飽和(boh)模式 圖3-4-2飽和模式等效電路模型：如圖3-4-2在飽和模式下，兩個結(jié)均為正偏，近似用兩個飽和導(dǎo)通電壓： 表示 。工程上取值(硅晶體管)：則有：大小與摻雜濃度有關(guān) 共一百零六頁3.4 三極管的飽和(boh)與截止模式3.4.2 三極管的截止(jizh)模式 圖3-4-3截止模式等效電路模型：如圖3-4-3若忽略反向飽和電流，則各極電流均為零，可用開路表示 。截止模式：發(fā)射結(jié)與集電結(jié)電壓均為反偏。共一百零六頁3.5 三極管特性的圖形(txng)表示 圖3

13、-5-1伏安特性曲線：用曲線來描述晶體三極管各端的電流(dinli)與電壓關(guān)系。以共發(fā)射極為例(如圖3-5-1)輸入特性曲線：是以輸出電壓為參變量，描述輸入端口的輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系曲線。即： 輸出特性曲線：以輸入電流(有時也用輸入電壓)為參變量，描述輸出端口的輸出電流與輸出電壓之間的關(guān)系曲線。即： 共一百零六頁3.5 三極管特性(txng)的圖形表示圖3-5-2 當(dāng)參變量VCE增大(zn d)時，曲線向右移動，或者當(dāng)vBE一定時，iB隨VCE的增大而減小。 3.5.1輸入特性曲線 當(dāng)VCE為常數(shù)時，輸入特性曲線是描述輸入端口電流iB隨端口電壓vBE變化的曲線。改變參變量VCE的值，得

14、到一組曲線,如圖3-5-2所示。共一百零六頁3.5 三極管特性的圖形(txng)表示3.5.1輸入特性(txng)曲線VCE在00.3V內(nèi)變化時，集電結(jié)正偏，BJT工作在飽和模式。在vBE一定時，隨VCE減小，飽和程度加深，導(dǎo)致iB迅速增大，即曲線向左移動較大。VCE大于0.3V時，集電結(jié)反偏，BJT工作在放大模式。 iB幾乎不隨VCE而變化。實際上， iB隨VCE增大而略有減小，即曲線向右略有移動。 圖3-5-2共一百零六頁3.5 三極管特性(txng)的圖形表示圖3-5-3它分為四個區(qū)域：放大區(qū)截止區(qū)飽和(boh)區(qū)擊穿區(qū)3.5.2 輸出特性曲線 當(dāng)iB為常數(shù)時，輸出特性曲線是描述輸出端口

15、電流iC隨端口電壓vCE變化的曲線。改變參變量iB的值，得到一組曲線,如圖3-5-3所示。共一百零六頁3.5.2 輸出特性曲線(qxin)理想(lxing)情況：放大區(qū)內(nèi)iC不隨vCE變化而變化。實際器件：外加電壓vCE的變化導(dǎo)致基區(qū)的寬度發(fā)生變化，該效應(yīng)稱為基區(qū)的寬度調(diào)制效應(yīng)。當(dāng)vCE增大時，基區(qū)中復(fù)合減少， 和 略有增大，曲線略有上翹。 放大區(qū)區(qū)域： 且 特點：滿足 當(dāng)iB等量增加時，輸出特性曲線也將等間隔地平行上移。共一百零六頁3.5 三極管特性的圖形(txng)表示放大(fngd)區(qū)參變量由iB變?yōu)関BE，并反向延長相交于公共點A上，如圖3-5-4所示。對應(yīng)的電壓表示為(VA)，稱為厄

16、爾利電壓。一般情況：圖3-5-4共一百零六頁集電極電流公式(gngsh)修正為：輸出(shch)電導(dǎo)為：輸出電阻為： (其中 ) ICQ 為靜態(tài)工作電流。 放大區(qū)圖3-5-4共一百零六頁3.5 三極管特性的圖形(txng)表示 當(dāng) 時，三極管的兩個結(jié)均為正偏，晶體管工作在飽和(boh)模式。 隨著 的減小而迅速減小。 截止區(qū)工程上規(guī)定 以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。三極管工作在截止模式時各極電流均為零，即： 工程上規(guī)定： 作為飽和區(qū)與放大區(qū)的分界線飽和區(qū)共一百零六頁3.5 三極管特性的圖形(txng)表示擊穿(j chun)區(qū)當(dāng) 增大到一定值 時，集電結(jié)發(fā)生反向擊穿，導(dǎo)致集電極電流 劇增，這種現(xiàn)象稱為

17、擊穿。擊穿類型為雪崩擊穿。稱為擊穿電壓。共一百零六頁3.5 三極管特性的圖形(txng)表示圖3-5-5三極管安全(nqun)工作區(qū)域為：極限參數(shù) -最大允許集電極電流 -最大允許集電極耗散功率 -集電極反向擊穿電壓共一百零六頁3.5 三極管特性(txng)的圖形表示圖3-5-6轉(zhuǎn)移特性曲線(qxin)：是指將輸入端口的控制變量轉(zhuǎn)移到輸出端口的輸出變量上。 對于BJT三極管，即 關(guān)系，如圖3-5-6。當(dāng) 小于0.5V時，電流很小，可以忽略。 通常在0.6V0.8V之間。 3.5.3 轉(zhuǎn)移特性曲線 工程估算時：一般取 共一百零六頁3.6 三極管電路(dinl)的直流分析3.6. 1 分析方法 若

18、 ，則三極管工作在截止模式， ，依據(jù)電路情況進一步確定三極管各極的電壓； 若 ，假設(shè)三極管工作在放大模式，則取 ，計算三極管的各極電壓和電流； 依據(jù)中各極的電壓判斷(pndun)三極管的工作狀態(tài)。若 ，則三極管工作在放大模式，假設(shè)正確，分析結(jié)束。若 ，則三極管工作在飽和模式，假設(shè)不正確，轉(zhuǎn)入步驟 ； 利用三極管的飽和模型代入直流電路中三極管，重新分析三極管的各極電壓和電流。 分析方法(NPN型)：導(dǎo)通電壓 ，飽和電壓 分析目的：分析三極管的各極電壓，確定三極管的各個結(jié)的偏置，進而確定三極管的工作模式。PNP型：只要用 、 、 分別代替 、 、 即可。 共一百零六頁例3.3 在圖3-6-1所示的

19、電路中，試分析(fnx)該電路，確定三極管各極的電壓和電流。假定三極管的 圖3-6-1解：因為 ，發(fā)射極通過電阻 接地，因此，發(fā)射結(jié)正偏，取 ，假設(shè)為放大(fngd)模式，則：判斷： 三極管確實工作在放大模式，假設(shè)正確，則上述求得的各極電壓、電流即為電路的解 。共一百零六頁例3.4 在圖3-6-2所示的電路(dinl)中，試分析該電路(dinl)，確定三極管各極的電壓和電流。假定三極管的 圖3-6-2解：因為 ，發(fā)射極通過(tnggu)電阻 接地， ，因此發(fā)射結(jié)反偏（零偏）， 三極管工作在截止模式，則有：共一百零六頁例3.5 在圖3-6-3(a)所示的電路中，試分析(fnx)該電路，確定三極管

20、各極的電壓和電流。假定三極管的： 圖3-6-3解：因為 ，假設(shè)為放大(fngd)模式， 取 ，則有：判斷： 因此：三極管工作在飽和模式，采用飽和模型如圖(b)所示。共一百零六頁例3.5：解：三極管工作(gngzu)在飽和模式，采用飽和模型如圖(b)所示。注意：以上三個例子的電路(dinl)一樣，但工作模式不一樣。圖3-6-3共一百零六頁例3.6 在圖3-6-4所示的電路中，試分析該電路，確定三極管各極的電壓和電流(dinli)。假定三極管的 圖3-6-4解：假設(shè)三極管工作(gngzu)在放大模式， 取 ，則有：假設(shè)正確(判斷略)。共一百零六頁例3.7 在圖3-6-5所示的電路中，試分析該電路，

21、確定三極管各極的電壓(diny)和電流。假定三極管的 圖3-6-5解：因為 ，發(fā)射極通過電阻(dinz) 接正電源，因此，發(fā)射結(jié)正偏，取 ，則有：共一百零六頁例3.8 在圖3-6-6(a)所示的電路中，試分析(fnx)該電路，確定三極管各極的電壓和電流。假定三極管的 圖3-6-6解：將左邊部分(b fen)等效為戴維南形式， 如圖(b) 所示，其中：或者：求得：共一百零六頁例3.8：根據(jù)(gnj)： 代入數(shù)據(jù)可求得：圖3-6-6共一百零六頁例3.8 說明(shumng)：發(fā)射極與基極的電阻可以互相(h xing)折算： 計算基極的電流：將發(fā)射極的電阻 折算到基極中，其折算方法為乘上系數(shù) ，即為

22、 ；計算發(fā)射極電流：將基極的電阻 折算到發(fā)射極中，其折算方法為乘上系數(shù) ，即為 。若 足夠大，則有 ， ，工程估算時方便。 共一百零六頁放大對象 交流信號的幅度；三極管工作模式放大模式需要直流偏置；處理方式線性放大工作點應(yīng)處在特性曲線的線性區(qū)域；實現(xiàn)方法將三極管偏置在特性曲線上相對比較直線的工作點Q的位置上(對應(yīng)的電壓電流分別為VBEQ，ICQ)；將要(jingyo)放大的交流信號vbe疊加在直流電壓VBEQ上，要求交流信號vbe的幅度足夠小，可認為三極管被約束在特性曲線的一小段幾乎是線性的線段上，可以實現(xiàn)線性放大。注意變量符號區(qū)別：交流量：小寫符號小寫下標，如直流量：大寫符號大寫下標，如總瞬

23、時量：小寫符號大寫下標，如3.7 三極管放大器 共一百零六頁其中： 為待放大的交流小信號， 為三極管提供直流偏置電壓，保證三極管工作(gngzu)在放大模式。3.7.1 三極管放大器電路(dinl) 圖3-7-1基本電路：如圖3.7.1直流分析：令 得直流通路， 如下圖所示，則有：直流通路共一百零六頁3.7. 2 集電極電流(dinli)與跨導(dǎo) 當(dāng)滿足(mnz) 時，則有 集電極的總瞬時電流： 基極與發(fā)射極之間總瞬時電壓 ：直流與交流疊加 其中：稱為跨導(dǎo)，將 轉(zhuǎn)化為 的能力，它與 成正比關(guān)系。其單位為西門子(S)。 -交流信號電流-直流偏置電流共一百零六頁跨導(dǎo)的圖形(txng)求解： 跨導(dǎo)是在

24、 特性曲線上對應(yīng)(duyng)的直流工作點Q 處的斜率，如圖3-7-2，即：則有：如圖3-7-2與直流工作點Q 有關(guān)，即與直流偏置電流ICQ 有關(guān)。3.7.2 集電極電流與跨導(dǎo) 共一百零六頁3.7.3 基極電流(dinli)與基極輸入阻抗 -基極交流(jioli)信號電流 基極總瞬時電流： 基極電流 基極輸入阻抗： 定義：從基極看進去的基極與發(fā)射極之間的交流電阻，記作 其中：-基極直流偏置電流共一百零六頁3.7.4 發(fā)射極電流(dinli)與 發(fā)射極輸入阻抗 -發(fā)射極直流偏置(pin zh)電流 發(fā)射極總瞬時電流： 發(fā)射極電流 發(fā)射極輸入阻抗： 定義：從發(fā)射極看進去的發(fā)射極與基極之間的交流電阻

25、，記作 -發(fā)射極交流信號電流 其中：共一百零六頁基極(j j)輸入電阻與發(fā)射極輸入電阻的關(guān)系：基極(j j)輸入阻抗： 發(fā)射極輸入阻抗： 因為 則： 兩者關(guān)系： 說明：滿足基極電阻與發(fā)射極電阻之間的折算關(guān)系 3.7.4 發(fā)射極電流與發(fā)射極輸入阻抗 共一百零六頁3.7.5 電壓放大(fngd)倍數(shù) 集電極的總瞬時(shn sh)電壓： 定義： 電壓放大倍數(shù)定義為輸出交流電壓與輸入交流電壓的比值，也稱為電壓增益。其中：-交流信號電壓電壓放大倍數(shù)：-負號表示反相 共一百零六頁3.7 三極管放大器常用(chn yn)公式小結(jié)： 共一百零六頁3.8 三極管的交流小信號(xnho)等效模型 信號組成： 總

26、瞬時量 = 直流分量 + 交流分量； 直流分量-決定三極管的工作模式 交流分量-信號放大的對象電路組成： 直流通路 + 交流通路； 直流通路-分析三極管電路的直流分量 交流通路-分析三極管放大器的相關(guān)性能 （要求必須在直流通路基礎(chǔ)上進行分析）直流通路與交流通路的畫法: 直流通路：令所有交流分量為零所得(su d)電路，即將交流獨立電 流源開路，交流獨立電壓源短路。 交流通路：令所有直流分量為零所得電路，即將直流獨立電 流源開路，直流獨立電壓源短路。共一百零六頁3.8 三極管的交流小信號等效(dn xio)模型直流通路(tngl)、交流通路(tngl)畫法實例：(a)圖為三極管放大器基本電路。(

27、b)圖為三極管放大器的直流通路：在(a)圖中將 短路即可。(c)圖為三極管放大器的交流通路：在(a)圖中將 、 短路即可。對直流通路的分析在本章3.6節(jié)中已介紹；對交流通路的分析通常采用交流小信號等效電路模型來分析。共一百零六頁 基極輸入(shr)的交流電阻為 ，集電極的交流電流為 ，是電流控制電流源，交流小信號等效模型如圖3-8-2(a)所示。3.8.1 混合(hnh) 型模型(適合NPN、PNP) 圖3-8-2共一百零六頁圖(b)是電壓控制電流源圖(c)考慮基極(j j)引線接觸電阻 和厄爾利效應(yīng)的輸出電阻 的電流控制電流源形式。一般取則有：圖(d)考慮基極引線接觸電阻 和厄爾利效應(yīng)的輸出

28、電阻 的電壓控制電流源形式。共一百零六頁 發(fā)射極輸入的交流電阻為 ，集電極的交流電流為 ，是電壓控制電流源，交流小信號(xnho)等效模型如圖3-8-3(b)所示。3.8.2 T模型(mxng)(適合NPN、PNP) 共基極放大器圖3-8-3 因此集電極的交流電流也可以看成是一個電流控制的受控源，如圖3-8-3(c)所示。又因為：共一百零六頁3.8 三極管的交流小信號等效(dn xio)模型3.8.3 交流小信號等效模型應(yīng)用 分析方法：1、在實際放大器電路中，得到三極管放大器的直流通路 ，并在此電路上確定三極管的直流工作點電壓和電流，如 或 2、由直流工作點確定三極管的交流小信號模型的有關(guān)參數(shù)

29、，如：3、在實際放大器電路中，得到三極管放大器的交流通路(tngl)(將隔直電容和旁路電容短路)4、選用一種盡可能簡單的交流小信號模型代替交流通路中的三極管。 分析電路：求解所需的量(如電壓增益、電流增益、輸入阻抗、輸出阻抗及各部分的交流量等)如有必要求解總瞬時量，則將相應(yīng)的直流量與交流量進行線性疊加。 共一百零六頁例3.9：試分析圖3-8-4所示的三極管放大器電路的電壓增益 ，假設(shè) 。若輸入(shr)信號 (mV) ，請寫出集電極的輸出電壓 的表達式。圖3-8-4解：直流通(litng)路如下圖所示： 直流通路交流小信號參數(shù)為： 共一百零六頁例3.9：總瞬時值為：代入模型(mxng)如圖(b

30、) 當(dāng)輸入(shr)信號 (mV)，則有分析電路： 交流通路如圖(a) 共一百零六頁3.9 放大器電路的圖解(tji)分析 第一步，確定三極管的靜態(tài)工作點Q。利用三極管的輸入(shr)特性曲線 來確定三極管的基極電流 ，如圖3-9-2所示，其中 為輸入負載線。 放大器電路分析也可以利用圖形的方式進行求解，前提是必須知道三極管的輸入輸出特性曲線。求解步驟：(找出確定工作點的特性曲線和外特性方程，二個方程解二個未知數(shù))放大電路圖3-9-2 輸入工作點圖解共一百零六頁第二步，繼續(xù)確定三極管的靜態(tài)工作點Q。利用三極管的輸出特性曲線(qxin) ，依據(jù) 來確定三極管的集電極電流 ，如圖3-9-3所示，其

31、中 為輸出負載線。要求： 工作點Q 應(yīng)位于放大區(qū)內(nèi)，并且它所處的位置應(yīng)保證輸入(shr)信號幅度有合適的動態(tài)范圍。 圖3-9-3 輸出工作點圖解輸出端：(找出確定工作點的輸出特性曲線和外特性方程，二個方程解二個未知數(shù))共一百零六頁第三步，輸入加交流信號 ，如圖3-9-4所示，此時基極的總瞬時電壓為對應(yīng)于每個瞬時值，都可以(ky)畫出對應(yīng)的輸入負載線，這些輸入負載線與輸入特性曲線相交，交點坐標給出了相應(yīng)的放大(fngd)電路圖3-9-4 輸入瞬時值圖解共一百零六頁第四步，在輸出特性曲線 中，如圖3-9-5所示。當(dāng) 瞬時變化時，工作點將沿著輸出(shch)負載線移動 (如A、B)，從而確定三極管的

32、集電極電流 和電壓 的波形，并進一步確定輸出交流信號的分量 和 。圖3-9-5 輸出(shch)圖解圖3-9-4 輸入瞬時值圖解共一百零六頁3.9 放大器電路的圖解(tji)分析 工作(gngzu)點的選擇： 工作點的位置選擇將影響信號的擺幅范圍，工作點Q 的位置應(yīng)盡可能選擇在信號正負擺幅相等的位置。 共一百零六頁3.9 放大器電路的圖解(tji)分析工作(gngzu)點的選擇：電阻RC 的大小也會影響輸出信號的幅度范圍，如圖3-9-6所示。較低的RC 值：工作點QA ，vce正向幅度會被嚴重限幅較大的RC 值：工作點QB ，vce負向幅度會被嚴重限幅RC折中選擇圖3-9-6共一百零六頁3.1

33、0 三極管放大器的直流偏置(pin zh)分壓式偏置電路(dinl) 常用偏置電路3.10.1 單電源供電的偏置電路 在工程上：一般取 ， (或者 )為 ， 兩端的壓降通過電阻 和 的電流為發(fā)射極電流的十分之一左右。 為減小 受溫度和 的影響，電路設(shè)計時應(yīng)滿足：圖3-10-1發(fā)射極與基極電阻互相折算見前面（PPT.43） 共一百零六頁例3.11 設(shè)計圖3-10-1（a）所示放大器的偏置電路，要求(yoqi) ，電源電壓 。假設(shè)晶體管的 。 解：依據(jù)工程估算方法，因為 ，取 ，則有取 ，則所以因此(ync)發(fā)射極的電阻為圖3-10-1共一百零六頁例3.11:選擇通過電阻RB1和RB2電流為發(fā)射極

34、電流的十分之一，即為因此又因為(yn wi)則可以得到圖3-10-1共一百零六頁正負(zhn f)電源供電（圖3-10-2）3.10.2 雙電源供電的偏置(pin zh)電路 與分壓式偏置類似，只是將VBB 電壓換成VEE 即可。 為減小 受溫度和 的影響，電路設(shè)計時應(yīng)滿足：圖3-10-2發(fā)射極電流：共一百零六頁3.10.3 集電極與基極接電阻的偏置(pin zh)電路 圖3-10-3偏置(pin zh)電路如圖3-10-3所示發(fā)射極電流：與分壓式偏置類似，只是將VBB 電壓換成VCC ，RE 換成RC 即可。 為減小IEQ 受溫度和 的影響，電路設(shè)計時應(yīng)滿足：共一百零六頁3.10.4 恒流源

35、偏置(pin zh)電路 圖3-10-4恒流源偏置(pin zh)電路如圖3-10-4所示發(fā)射極電流： 發(fā)射極電流與晶體管的 及電阻 RBB 的取值無關(guān)，因此電阻RBB的值可以很大。 采用恒流源偏置方式簡化了電路設(shè)計。特點：說明：恒流源電路的實現(xiàn)將在后面的章節(jié)中介紹。共一百零六頁3.11 三極管放大器電路(dinl)小信號(xnho)放大器電路結(jié)構(gòu)如圖3-11-1所示 3.11.1 放大器的性能指標 輸入阻抗：對信號源而言，放大器可以看作是它的負載，用等效電阻 表示，稱為放大器的輸入阻抗，即： 性能指標 圖3-11-1共一百零六頁輸出阻抗：對負載而言，放大器可以看作是它的等效信號源，輸 出阻抗

36、是該等效信號源的內(nèi)阻(ni z)，稱為輸出阻抗，用 表示。定義為輸出端的開路電壓與負載短路電流的比值。 3.11.1 放大器的性能指標 外加電壓法求取輸出阻抗：移去放大器電路中的獨立源(獨立電壓源短路、獨立電流源開路)，并將負載用外加的電壓 取代(qdi)，求取電流 ,如圖3-11-2所示。則輸出阻抗定義為： 圖3-11-2共一百零六頁相互轉(zhuǎn)換(zhunhun)關(guān)系： 3.11.1 放大器的性能指標 增益：也稱為放大倍數(shù)，常用(chn yn)A表示。定義為放大器的輸出量與輸入量的比值，是衡量放大器放大電信號的能力。 四種增益形式：電壓增益：電流增益：互阻增益：互導(dǎo)增益： 共一百零六頁基 極、發(fā)

37、射極可作信號的輸入(shr)端；發(fā)射極、集電極可作信號的輸出端。3.11.2 三極管放大器的基本(jbn)組態(tài) 三種基本組態(tài)電路：NPN型PNP型共一百零六頁交流通路(tngl)如圖3-11-4(a)所示，交流小信號模型電路如圖3-11-4(b)所示 3.11.3 共發(fā)射極放大器 令獨立(dl)電壓源 短路，相應(yīng)的 ，則 ；因此放大器的輸出阻抗為： 輸入阻抗： 圖3-11-4輸出阻抗： 共一百零六頁當(dāng)集電極開路(kil)時，即 ，此時放大器的增益達到最大值 增益(zngy)：求 的值。 電壓增益： (負號表示反相)或者3.11.3 共發(fā)射極放大器 ( 注： )共一百零六頁3.11.3 共發(fā)射極

38、放大器增益(zngy)： 源電壓增益：輸出(shch)信號v0 與信號源vs 的比值，因為 電流增益： ( 注： )共一百零六頁例3.12：共發(fā)射極放大器電路(dinl)如圖3-11-5所示。試求輸入阻抗、輸出阻抗及電壓增益 。解：直流分析(fnx)：直流通路如右下圖： 圖3-11-5共一百零六頁例3.12：晶體管小信號(xnho)參數(shù)： 圖3-11-5共一百零六頁交流(jioli)通路如下左圖，交流(jioli)小信號模型電路如下右圖所示 ：輸入阻抗(sh r z kn) 輸出阻抗： 電壓增益： 例3.12：共一百零六頁 發(fā)射極接電阻的共發(fā)射極放大器如圖3-11-8，也稱為改進型的共發(fā)放大器

39、電路。(直流通路？) 對應(yīng)的交流通路及交流小信號(xnho)等效電路如下圖所示。 其中：3.11.4 發(fā)射極接電阻(dinz)的共發(fā)射極放大器交流通路 交流小信號等效電路圖3-11-8共一百零六頁工程估算( sun)時忽略電阻 。輸入阻抗(sh r z kn)輸出阻抗 輸入輸出阻抗： (或采用電阻折算法)3.11.4 發(fā)射極接電阻的共發(fā)射極放大器 共一百零六頁3.11.4 發(fā)射極接電阻(dinz)的共發(fā)射極放大器輸入(shr)輸出阻抗： 工程估算時忽略電阻r0 ：輸入阻抗輸出阻抗 若計入電阻r0 ，則有(推導(dǎo)省略)：輸入阻抗輸出阻抗共一百零六頁電壓(diny)增益(不計 )： 優(yōu)點：克服了溫度

40、變化對晶體管AV影響(yngxing)，提高了放大器的工作穩(wěn)定性 共一百零六頁3.11.5 共基極放大器圖3-11-12共一百零六頁交流通路如圖3-11-9(a)，不計r0的交流小信號(xnho)T模型如圖3-11-9(b) 3.11.5 共基極放大器 令獨立電壓(diny)源vs=0 ，相應(yīng)的 ，則 ，因此放大器的輸出阻抗為： 輸入阻抗： 輸出阻抗： -基極折算到發(fā)射極的電阻圖3-11-9 （T模型見PPT.57）共一百零六頁電壓(diny)增益： (正值(zhn zh)-表示為同相放大器)源電壓增益： 3.11.5 共基極放大器 ( 注： )（或：vi=iere ）共一百零六頁3.11.5

41、 共基極放大器 電流(dinli)增益： 其電流(dinli)增益為恒小于1；當(dāng) ，電流增益為 ，即 ，此時該放大器也稱為電流接續(xù)器。 說明： 共一百零六頁3.11.6 共集電極放大器（又稱射極跟隨(n su)器）圖3-11-14共一百零六頁回顧：直流通路(tngl)與交流通路(tngl)的畫法電路組成： 直流通路 + 交流通路； 直流通路-分析三極管電路的直流分量 交流通路-分析三極管放大器的相關(guān)性能 （要求必須(bx)在直流通路基礎(chǔ)上進行分析）直流通路與交流通路的畫法: 直流通路：令所有交流分量為零所得電路，即將交流獨立電 流源開路，交流獨立電壓源短路。耦合電容開路。 交流通路：令所有直流

42、分量為零所得電路，即將直流獨立電 流源開路，直流獨立電壓源短路。耦合電容短路。共一百零六頁 基極(j j)輸入的交流電阻為 ，集電極的交流電流為 ，是電流控制電流源，交流小信號等效模型如下圖所示?；仡?hug)：交流小信號模型混合 模型 共一百零六頁交流通路如圖3-11-10(a)，交流小信號(xnho)模型電路如圖3-11-10(b) 3.11.6 共集電極放大器 輸入阻抗(sh r z kn)（如圖(b)）： -射極電阻RE/RL折算到基極的電阻圖3-11-10則：所以：共一百零六頁若 則有：輸出阻抗(sh ch z kn)：外加電壓法，如圖： -基極折算(sh sun)到發(fā)射極的電阻。3.11.6 共集電極放大器 所以，計