第四章 雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)

第四章雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)理論學習章節(jié)導(dǎo)學自我測試本章知識結(jié)構(gòu)圖本章教學要求

理解BJT的工作原理、處于放大狀態(tài)下的電流分配關(guān)系以及放大條件；理解BJT的輸入、輸出特性及主要參數(shù)；掌握BJT的三種工作狀態(tài)；掌握BJT組成的三類組態(tài)的單管放大電路的工作原理；熟練掌握靜態(tài)工作點的計算以及運用小信號模型分析法求解中頻段的各動態(tài)指標，如電壓增益、輸入電阻、輸出電阻；了解頻率響應(yīng)和頻率失真的概念；理解單管放大電路中上限頻率fH和下限頻率fL的計算。了解波特圖的畫法。了解多級放大電路的耦合方式。本章重點難點1．半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和類型半導(dǎo)體三極管主要有兩種類型：NPN型和PNP型。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括三個區(qū)（基區(qū)、集電區(qū)、發(fā)射區(qū)）、三個電極（基極、集電極、發(fā)射極）和兩個PN結(jié)（集電結(jié)、發(fā)射結(jié)）。注意：三極管并不是兩個二極管的簡單組合。2．半導(dǎo)體三極管的放大作用三極管實現(xiàn)放大作用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件是：發(fā)射區(qū)摻雜濃度高；基區(qū)很薄且摻雜濃度很低，實現(xiàn)放大作用的外部條件是：外加電源的極性應(yīng)保證發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。放大條件下，由三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射出去的載流子的分配關(guān)系是：基區(qū)中每復(fù)合一個載流子，就有β個載流子被集電區(qū)收集，這一比例關(guān)系決定了基極電流對集電極電流的控制作用，因此半導(dǎo)體三極管是電流控制電流型放大元件。β是描述三極管放大作用的重要參數(shù)，稱為共射電流放大系數(shù)。本章重點難點3．半導(dǎo)體三極管的特性曲線半導(dǎo)體三極管的特性曲線主要包括輸入特性和輸出特性。其中共射放大電路的輸出特性可以分為三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)，通常半導(dǎo)體三極管工作在放大區(qū)。4．半導(dǎo)體三極管放大電路的基本組態(tài)半導(dǎo)體三極管放大電路具有三種基本組態(tài)：共發(fā)射極放大電路、共基極放大電路、共集電極放大電路。共發(fā)射極放大電路既具有電壓放大作用，又具有電流放大作用，適用于多級放大電路中的中間級；共集電極放大電路只具有電流放大作用，不具有電壓放大作用，又稱為電壓跟隨器，常用于多級放大電路的輸入級、輸出級；共基極放大電路只具有電壓放大作用，不具有電流放大作用，又稱為電流跟隨器，常用于高頻或?qū)掝l帶電路及恒流源電路。半導(dǎo)體三極管放大電路的靜態(tài)工作點可通過靜態(tài)分析得到，通常采用圖解法和近似估算法，其分析的前提條件是畫出直流通路；動態(tài)分析可采用小信號模型分析法和圖解法，其分析的前提條件是畫出交流通路及小信號模型，在畫交流通路時注意應(yīng)將直流電源、耦合電容和旁路電容（足夠大時）作交流短路處理。本章重點難點5．半導(dǎo)體三極管放大電路的頻率響應(yīng)半導(dǎo)體三極管放大電路中的輸入輸出信號間的關(guān)系隨信號頻率的變化而變化，具體表現(xiàn)為幅頻特性和相頻特性。各次諧波的放大倍數(shù)幅值不同或產(chǎn)生的相位移不同將會引起頻率失真。放大電路中電抗性元件的存在是頻率失真產(chǎn)生的原因，而飽和失真、截止失真是由放大元件自身的非線性特性引起的，因此前者屬于線性失真，后者屬于非線性失真。半導(dǎo)體三極管放大電路的高頻響應(yīng)，采用混合π型等效電路來分析，該等效電路類似于RC低通電路，對于低頻響應(yīng)，采用含電容的低頻等效電路來分析，其等效電路類似于RC高通電路。第四章雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)4.1BJT4.2基本共射極放大電路4.3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4.5共集電極放大電路和共基極放大電路4.6組合放大電路4.7放大電路的頻率響應(yīng)4.1半導(dǎo)體BJT4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)和類型4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理4.1.3BJT的特性曲線4.1.4BJT的主要參數(shù)4.1.5溫度對BJT參數(shù)及特性的影響4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)和類型一.類型二.結(jié)構(gòu)

硅平面管

鍺合金管NPNPNP

三個區(qū)

發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)三個電極發(fā)射極(e)基極(b)集電極(c)兩個PN結(jié)

發(fā)射結(jié)集電結(jié)很薄，低摻雜體積小，高摻雜*Je箭頭:PN幾種常見的外形

半導(dǎo)體三極管的型號國家標準對半導(dǎo)體三極管的命名如下:3

D

G

110B

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器件的種類用數(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)格三極管4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理一.內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件二.載流子的運動過程三.BJT電流的分配關(guān)系四.放大作用的實現(xiàn)一.內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.外部條件外加電源極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。①發(fā)射區(qū)高摻雜，多子濃度高②基區(qū)較?。ǖ蛽诫s），多子濃度低

③集電區(qū)與發(fā)射區(qū)同類型，比發(fā)射區(qū)體積大，但摻雜少。三種組態(tài)電路

二.載流子的運動1.發(fā)射發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射區(qū)向基區(qū)形成電子電流IEN基區(qū)向發(fā)射區(qū)形成空穴電流IEP發(fā)射極電流IE起主導(dǎo)作用2.復(fù)合和擴散發(fā)射區(qū)電子少量與基區(qū)空穴(多子)復(fù)合大量向集電結(jié)側(cè)繼續(xù)擴散基極電流IBN

<<IE濃度低集電極電流的一部分ICN集電結(jié)反偏利于將基區(qū)擴散來的電子收集到集電區(qū)利于基區(qū)和集電區(qū)中的少子的漂移運動電流ICN=

IEN-IBN3.收集反向飽和電流ICBO

＜＜

IC集電極電流

IC

=ICBO

+

ICNIB=IEP+IBN-ICBO=IEP+IEN-

ICN-ICBO=IE-

IC

基極電流三.BJT電流的分配關(guān)系1．共基直流電流放大系數(shù)2．共射直流電流放大系數(shù)

描述BJT在共基極接法時，輸出電流IC受輸入電流IE控制的電流分配關(guān)系。

描述BJT在共發(fā)射極接法時，輸出電流IC受輸入電流IB控制的電流分配關(guān)系。電流控制器件△vI微小集電極負載電阻壓降的變化△vO反方向較大變化體現(xiàn)出放大作用，所增大的倍數(shù)稱為電壓增益（放大倍數(shù)）四.放大作用的實現(xiàn)△iC△iE較大結(jié)論：①

雙極型三極管通過電壓的變化來控制電流的變化。輸入信號有微小變化時，輸出信號變化很大，實現(xiàn)放大作用。②IB<IC<IE

，IC≈IEPN結(jié)正向電壓對電流的控制作用很靈敏4.1.3BJT的特性曲線一、NPN共發(fā)射極放大電路1.vCE=0，即相當于兩個二極管并聯(lián)后的正向伏安特性；2.vCE

>0，

有利于將發(fā)射區(qū)擴散過來的電子收集到集電區(qū)，尤其當vCE

>vBE，

iB減小，輸入特性右移；vCE

>1V，發(fā)射區(qū)擴散過來的電子已被基本收集到集電區(qū)，

iB不會有太大變化，各輸入特性幾乎重疊。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，管子處于放大狀態(tài)二.輸入特性三.輸出特性1.截止區(qū)①vBE≤0，vBC<0

②iE≈0，iB=-ICBO，

iC≈0ICEO(穿透電流)較小，近似為零①vBE>0，vBC<0②iB一定時，iC基本不隨vCE變化，特性曲線略向上傾斜；③2.放大區(qū)電流放大系數(shù)隨vCE的增大而增大基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)①vCE較小時，對電子的吸引力不夠大，導(dǎo)致

iC隨vCE的變化而變化，而不隨iB變化，因此不同iB所對應(yīng)的各輸出特性重合；②

vBE>0，vBC>0，三極管處于飽和狀態(tài)，失去電流放大作用。

臨界飽和：

vCE=vBE

vBC=0

過飽和：

vCE<vBE

飽和管壓降：vCES（對于小功率三極管vCES＜0.4V）3.飽和區(qū)四.結(jié)論vBE

vBC發(fā)射結(jié)集電結(jié)iB與iC的關(guān)系三極管狀態(tài)截止區(qū)<0<0反偏反偏iB≤0,iC

≈0截止狀態(tài)(無放大作用)放大區(qū)>0<0正偏反偏△iC

=β△iB

放大狀態(tài)(電流放大用)飽和區(qū)>0>0正偏正偏iC不隨iB變化(vCE較小)飽和狀態(tài)(無放大作用)例題

測量三極管三個電極對地電位如圖，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和4.1.4BJT的主要參數(shù)一.電流放大系數(shù)1.共基直流電流放大系數(shù)2.共射直流電流放大系數(shù)3.共基電流放大系數(shù)4.共射電流放大系數(shù)結(jié)論:α和β的值取決于基區(qū)、集電區(qū)和發(fā)射區(qū)的摻雜濃度以及器件的幾何結(jié)構(gòu)。表征三極管的電流控制作用通常為10~100，一般取30~801.集電極和基極間的反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時，集電極和基極間的反向電流，只決定于溫度和少子的濃度。2.集電極和發(fā)射極間的穿透電流ICEO

基極開路時，集電極和發(fā)射極間的反向電流。

在溫度變化較大的環(huán)境中應(yīng)選硅管。二.極間反向電流

三.極限參數(shù)1.集電極最大允許電流

ICM

BJT的參數(shù)變化不超過允許值時集電極允許的最大電流。通常取β下降至額定值的2/3時對應(yīng)的電流。2.極間反向擊穿電壓

各電極間的最大允許反向電壓V(BR)EBO：集電極開路時，發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓。V(BR)CBO：發(fā)射極開路時，集電極-基極間的反向擊穿電壓，取決于集電結(jié)的雪崩擊穿電壓。V(BR)CEO：基極開路時，集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。3.集電極最大允許耗散功率PCM

PC=ICVCE與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越高越小。4.1.5溫度對BJT參數(shù)及特性的影響

一．溫度對BJT參數(shù)的影響二．溫度對BJT特性曲線的影響

PNP雙極結(jié)型BJT一.外部條件VBE<0，VBC>0應(yīng)使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏4.2基本共射極放大電路一.基本電路組成1.三極管T——2.集電極直流電源VCC

——3.集電極負載電阻Rc——4.基極直流電源VBB——

基極(偏置)電阻Rb與Rc共同作用使三極管的集電結(jié)反向偏置，提供輸出信號所需能量將Ic的變化通過Rc轉(zhuǎn)換為集電極電壓的變化。①提供發(fā)射結(jié)所需的正偏電壓使三極管工作在線性區(qū);②確定靜態(tài)基極電流（偏流）。起放大作用二.基本共射極放大電路的工作原理放大電路的兩種工作狀態(tài)

放大電路中交、直流并存，交流信號疊加在直流量上，分析時常將兩類信號分別分析，即靜態(tài)分析和動態(tài)分析，并且總是先靜后動。1.靜態(tài)分析

靜態(tài)（直流工作狀態(tài)）是指電路中只有直流信號而未加交流輸入信號時的工作狀態(tài)，此時電路中的所有信號均為直流信號。直流工作狀態(tài)下的基極電流、集電極電流、基極與發(fā)射極間的電壓及集電極與發(fā)射極間的電壓，分別采用IB、VBE、IC、VCE表示，分別對應(yīng)三極管輸入、輸出特性曲線上的一個點，稱為靜態(tài)工作點，用Q表示，常表示為IBQ、VBEQ、ICQ、VCEQ。近似估算法圖解法【例題】圖示單管共射放大電路中，VBB＝4V，VCC＝12V，RC＝5.1kΩ，Rb＝220kΩ，β＝80，VBEQ＝0.7V，試估算靜態(tài)工作點，并說明BJT的工作狀態(tài)。硅管

VBE=（0.7V）鍺管

VBE=（0.2V）直流通路2.動態(tài)分析

分析放大電路的交流參數(shù)需畫出交流通路，原電路中的直流電源和耦合電容（足夠大時）對交流信號相當于短路。動態(tài)（交流工作狀態(tài)）是指加上交流輸入信號以后的工作狀態(tài)。

通過放大器件實現(xiàn)將微弱信號的電壓、電流或功率放大到需要的強度，表現(xiàn)為小能量對大能量的控制作用。輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號能量，提供給負載。

放大元件是能量控制器件。4.3放大電路的分析方法4.3.1圖解分析法一．靜態(tài)圖解法中間邊----集電極回路左、右邊----外電路Q--靜態(tài)工作點輸出直流負載線輸出特性非線性靜態(tài)圖解分析法的具體步驟（1）針對非線性部分BJT，給出輸入特性；（2）由管外的線性部分可得到，作出輸入直流負載線，斜率為；（3）兩線的交點即IBQ、VBEQ；（4）由IBQ確定靜態(tài)時三極管工作的輸出特性；（5）由管外的線性部分可得到，作出輸出直流負載線，斜率為;（6）兩線的交點即ICQ、VCEQ。

（1）針對非線性部分BJT，給出輸入特性；（2）管外線性部分的方程為，（其中-Vsm≤vs≤Vsm），作出輸入負載線，斜率仍為；（3）兩線的交點在Q′、Q′′之間沿輸入特性移動，得到的iB、vBE波形是在原靜態(tài)參數(shù)的基礎(chǔ)上與vs同頻率的正弦波；（4）由iB的變化范圍確定三極管動態(tài)時輸出特性的范圍；（5）管外線性部分得到的輸出負載線不變，斜率為。二．動態(tài)圖解法結(jié)論：1.當加上正弦電壓vs時，

vBE、

iB

、iC、

vCE的對應(yīng)波形均在原有靜態(tài)值基礎(chǔ)上按正弦規(guī)律變化，呈現(xiàn)交直流并存狀態(tài)，但方向始終不變；2.該電路具有電壓放大作用，

△vs(小)

△vo(大)；3.該電路具有倒相作用，

vsvBEiBiCvCEvo

。

三.靜態(tài)工作點對輸出波形失真的影響2.飽和失真1.截止失真

注意：

當輸入信號幅度過大而工作點選得合適的情況下，兩類失真將同時出現(xiàn)。

大信號狀態(tài)下，將Q設(shè)在輸出交流負載線的中點。小信號狀態(tài)下，通常為了降低直流電源的能耗，在不產(chǎn)生截止失真和保證電壓增益的前提下，將Q點選得低些。

當工作點設(shè)置過低，在vs的負半周，工作點進入截止區(qū)，引起iB、

iC、

vCE的波形發(fā)生的失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。

當工作點設(shè)置過高，在vs的正半周，工作點進入飽和區(qū)，引起iC、vCE的波形發(fā)生的失真。①交流負載線與輸出特性的交點確定了最大動態(tài)工作范圍（最大不失真輸出），應(yīng)選擇合適的交流負載線。

②Vcc一定時，應(yīng)將交流負載線與輸出特性的交點的中點定為工作點Q。注意：

①交流負載線與輸出特性的交點確定了最大動態(tài)工作范圍（最大不失真輸出），應(yīng)選擇合適的交流負載線。

②Vcc一定時，應(yīng)將交流負載線與輸出特性的交點的中點定為工作點Q。AEDC當工作點Q設(shè)置過高或過低，CD≠DE，此時Vom應(yīng)由較小者決定。Vcc一定時，應(yīng)將交流負載線上AB段的中點定為工作點Q。四.放大電路實現(xiàn)放大作用的條件1.外部電源極性應(yīng)使三極管工作在放大區(qū)；2.輸入回路接法應(yīng)使△vs能傳到基極回路，以引起△iB；3.輸出回路接法應(yīng)使△iC能轉(zhuǎn)化為△vCE

，傳到輸出端，轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化。五.共射放大電路的改進（1）輸入信號與輸出信號有共同端；（2）輸入回路和輸出回路共用一個直流電源；（3）電路中增添了耦合電容，構(gòu)成阻容耦合共射極放大電路，通常用于分立元件電路中。

注意：C1以左、C2以右的電路均只有交流信號無直流信號，僅中間電路為交直流共存，從而實現(xiàn)對交流信號的傳輸及放大。

直流電源和耦合電容（足夠大）對交流相當于短路。

直流通路

交流通路

直流通道

交流通道

電容具有隔直作用，相當于開路。（1）由近似估算法求得IBQ

；（2）由IBQ確定靜態(tài)時三極管工作的輸出特性；（3）由管外的線性部分可得到，作出輸出直流負載線，斜率為。

直流通道靜態(tài)圖解法交流負載電阻注意:

由于輸入信號在變化過程中，一定會經(jīng)過零點，而零點既是動態(tài)過程中的一個特殊點，又是靜態(tài)工作情況，因此交流負載線與直流負載線必定相交于Q點。交流負載線是動態(tài)時工作點Q的運動軌跡。

交流負載線直流負載線1.中間----BJT2.左、右----外電路動態(tài)圖解法交流負載線的畫法1.求出靜態(tài)基極電流，確定與之對應(yīng)的輸出特性曲線；2.確定兩個特殊點，畫出直流負載線；3.輸出特性曲線與直流負載線的交點即靜態(tài)工作點Q

；4.通過Q點作一斜率為-1/R‘L的直線，即可得到交流負載線。。例題

圖示單管共射放大電路中，VCC＝12V，RC＝4kΩ，Rb＝300kΩ，（1）試用圖解法確定靜態(tài)工作點；（2）寫出加上交流信號后，電壓vBE的表達式和輸出交流負載線方程。圖解法的具體步驟

1.畫出放大電路的直流通路；2.根據(jù)直流通路列出輸入回路方程，求出靜態(tài)基極電流IBQ，確定對應(yīng)的輸出特性曲線；3.根據(jù)直流通路列出輸出回路方程；4.畫出直流負載線；5.直流負載線和輸出特性曲線的交點即靜態(tài)工作點Q；6.通過Q點作一斜率為-1/R‘L的直線，得到交流負載線；7.在Q點附近取一個值△iB，在輸入特性和輸出特性上分別找到相應(yīng)的△

vBE和△

vCE

，求得該放大電路的電壓放大倍數(shù)

Av=

△

vCE

/△

vBE

。4.3.2小信號模型分析法BJT雙口網(wǎng)絡(luò)中的幾類不同參數(shù):1.Z參數(shù)：使用最早，由于輸出阻抗高，不易實現(xiàn)輸出端開路，造成測量不方便；2.Y參數(shù)：由于輸入阻抗低，不易實現(xiàn)輸入端短路，造成測量不方便。高頻運用時物理意義較明顯；3.H參數(shù)：測量條件容易實現(xiàn)，低頻范圍內(nèi)為實數(shù)，物理意義明確。一.BJT中的H參數(shù)（混合參數(shù)）無限小的信號增量無限小的信號增量無限小的信號增量無限小的信號增量輸出端交流短路時的輸入電阻，單位為歐姆；輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電流放大系數(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輸出電導(dǎo)，單位為西門子；二.BJT的小信號模型注意：小信號模型中的兩個等效電源的存在及大小、方向受到輸入電流或輸出電壓的控制，體現(xiàn)出受控源的特點。注意：低頻小信號時，常將hre、hoe忽略掉，可用一個線性電路模型代替BJT?；鶇^(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射區(qū)體電阻rbe的近似估算

re的估算rbe的組成基區(qū)體電阻:

rbb’

發(fā)射結(jié)電阻:

re

發(fā)射區(qū)體電阻:

re’rere’.e’iB

→

↓iE

電壓放大倍數(shù)

輸入電阻

輸出電阻三.固定偏流電路的小信號模型分析法小信號模型分析法的步驟1.確定靜態(tài)工作點Q

（圖解法或近似估算法）；2.求Q點處的小信號模型的參數(shù)β、

rbe

；3.畫出三極管的小信號模型等效電路；4.畫出放大電路其余部分的交流通路；5.求解動態(tài)技術(shù)指標。固定偏流的共射極放大電路的特點1.共發(fā)射極放大電路具有電壓放大作用，且實現(xiàn)輸出電壓與輸入電壓的反相；2.共發(fā)射極放大電路具有電流放大作用；3.共發(fā)射極放大電路輸入電阻較高；4.共發(fā)射極放大電路輸出電阻較低。例題

圖示電路中，β＝40，rbb′=200Ω，VBEQ＝0.7Ｖ，試求：電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻，若RL開路，如何變化？4.4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③t↑Ic↑ICBO↑↑Q點移近飽和區(qū)②t↑β↑Ic↑輸出特性間距↑Q點移近飽和區(qū)①t↑VBE

IB↑Ic

↑一.電路的組成特點1.發(fā)射極上接射極電阻Re，引入負反饋；2.直流電源Vcc經(jīng)Rb1、Rb2分壓后接到基極。二.工作原理t↑IC↑VE

(=ReIE

)↑IE↑IB

↓VBE

(=VB

-VE

)↓IC↓靜態(tài)工作點基本保持穩(wěn)定由分壓得到,可認為不受溫度影響Re愈大,電路的穩(wěn)定性愈好自偏置電路4.4.2射極偏置電路三.靜態(tài)分析→IBQ

VBQ↓IEQ

↓ICQ

I1↓四.動態(tài)分析①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻③輸出電阻例題

圖示電路中，已知VCC＝16V，Rb1＝56kΩ，Rb2＝20kΩ，Re＝2kΩ，Re＝3.3kΩ，RL＝6.2kΩ，Rs＝500Ω，BJT的β＝80，rce＝100kΩ，VBEQ＝0.7V，設(shè)電容對交流信號可視為短路，求：

（1）估算靜態(tài)工作點Q；

（2）求電路的電壓放大倍數(shù)Av、Avs輸入電阻Ri、輸出電阻Ro；

（3）若在Re兩端并聯(lián)50μF的旁路電容Ce，求（1）、（2）?！鶬B

VB↓IE

↓IC

I1↓直流通路小信號模型結(jié)論：

1.射極偏置電路中接入電阻Re后，輸入電阻提高了；2.接入電阻Re后，輸出電阻也提高了，即提高電路的恒流特性；3.接入電阻Re后，穩(wěn)定了工作點，但導(dǎo)致電壓增益下降，解決的方法是在Re上并聯(lián)旁路電容Ce

。五．含有雙電源的射極偏置電路六．含有恒流源的射極偏置電路

一.靜態(tài)分析4.5共集電極放大電路和共基極放大電路

直流通道

4.5.1共集電極放大電路①電壓放大倍數(shù)

小信號模型二.動態(tài)分析②電流放大倍數(shù)

③輸入電阻Ri=Rb//

[rbe+(1+)R'L)]

R'L=RL//

Re

④輸出電阻Ro=Re//

[(R's+rbe)/(1+)]

R's=Rs//

Rb

結(jié)論：1.共集電極放大電路中電壓增益接近于1，且略小于1，輸出電壓與輸入電壓同相，故又稱電壓跟隨器；2.共集電極放大電路具有電流放大作用；3.共集電極電路的輸入電阻比共發(fā)射極電路的輸入電阻大大提高了，并且和負載或后極放大電路的輸入電阻有關(guān)；4.共集電極電路的輸出電阻很小，帶負載能力較強，具有恒定輸出電壓的特性，并且與信號源內(nèi)阻或前極放大電路的輸出電阻有關(guān)。共集電極放大電路具有電流放大、電壓跟隨、輸入電阻高、輸出電阻低等特點。由于輸入電阻高，一般用作輸入級；輸出電阻小，故適用于多級放大電路中的輸出級；在多級放大電路的中間級也常用此類電路。例題

圖示電路中，已知BJT的β＝50，VBEQ＝0.7V，試求：

（1）靜態(tài)工作點Q和電壓放大倍數(shù)Av、Avs輸入電阻Ri、輸出電阻Ro；

（2）說明電路的組態(tài)。4.5.2共基極放大電路一.靜態(tài)分析

小信號模型二.動態(tài)分析①電壓放大倍數(shù)

③輸入電阻

④輸出電阻

Ro=/rcb≈Rc②電流放大倍數(shù)//Re

小信號模型結(jié)論：

1.共基極電路具有電壓放大作用,且輸出電壓與輸入電壓同相位；2.共集電極電路的電流放大倍數(shù)接近于1，且略小于1，故又稱電流跟隨器；3.共基極電路的輸入電阻很低；4.共基極電路的輸出電阻較大。共基極放大電路具有電壓放大、電流跟隨、輸入電阻低、輸出電阻高等特點。適用于高頻寬頻帶電路及恒流源電路。例題

圖示電路中，已知VCC＝15V，Rb1＝Rb2＝60kΩ，Rc＝2.1kΩ，Re＝2.9kΩ，RL＝1kΩ,，BJT的β＝100，rce＝100kΩ，VBEQ＝0.7V，設(shè)電容對交流信號可視為短路，求：

（1）估算靜態(tài)工作點Q；

（2）求電路的電壓放大倍數(shù)Av、輸入電阻Ri、輸出電阻Ro。4.6組合放大電路4．6．1共射-共基放大電路共射-共基組合放大電路的電壓增益與單管共射放大電路的電壓增益接近輸入電阻

輸出電阻

1．組合放大電路的總電壓增益等于組成它的各級單管放大電路電壓增益的乘積；2．組合放大電路的輸入電阻等于第一級放大電路的輸入電阻；3．組合放大電路的輸出電阻等于最后一級放大電路的輸出電阻。

4．6．2共集-共集放大電路一．復(fù)合管幾類接法及遵循的原則(1)外加電壓的極性應(yīng)保證兩個

BJT均工作在放大區(qū)；

(2)同一類型的BJT構(gòu)成復(fù)合管時，前面的管子的發(fā)射極應(yīng)接至后面管子的基極；不同類型的BJT構(gòu)成復(fù)合管時，前面的管子的集電極應(yīng)接至后面管子的基極，前級三極管的輸出電流應(yīng)與后級三極管的輸入電流實際方向一致。

不同類的管子組成的復(fù)合管的管型取決于第一管的管型。（1）電流放大系數(shù)β（2）輸入電阻rbe同一類型

不同類型主要參數(shù)

二．共集-共集放大電路

例題

共射共基電路如圖所示，兩BJT的β=100，VBEQ=0.7V，rce=∞，（1）當ICQ2=0.5mA，VCEQ1=VCEQ2=4V，R1+R2+R3=100kΩ，求Re、R1、R2和R3的值；（2）求該電路的總電壓增益Av；（3）求該電路的輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。4.7放大電路的頻率響應(yīng)4.7.1單時間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)4.7.2BJT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(yīng)4.7.4單級共基極和共集電極放大電路的高頻響應(yīng)4.7.5多級放大電路的頻率響應(yīng)

頻率響應(yīng)的有關(guān)概念二.頻率失真

1.幅頻失真

由各次諧波的放大倍數(shù)幅值不同引起。

2.相頻失真

由各次諧波通過放大電路產(chǎn)生不同的相位移引起。注意:頻率失真：由放大電路中的線性電抗性元件引起；非線性失真：由放大元件自身的非線性特性引起。一.頻率特性幅頻失真相頻失真放大器輸入信號的頻率范圍（FrequencyRange）音頻——話音：300-3400Hz

——音樂：20-20KHz視頻——圖象：0-6MHz典型頻率特性曲線(Amplifiergainversusfrequency)1、：中頻放大倍數(shù)2、fL:下限截止頻率3、fH:上限截止頻率4、BW

=fH-fL:通頻帶（BandWidth）半功率點高頻段中頻段低頻段波特圖（Bodeplots）dB(decibel):分貝Av(db)=20logAuAv:1010210310-110-2

Av(db):204060-20-40-3折線化(Asymptoticapproximation)對數(shù)分度(logarithmicscales)（擴大視野）特點：優(yōu)點：1、乘加

2、人耳對聲能的辨別能力與其對數(shù)成正比幅頻特性相頻特性4.7.1單時間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)fH=1/（2πRC）上限截止頻率轉(zhuǎn)折頻率一.RC低通電路1.對數(shù)幅頻特性當f<<fH,

20lgAVH≈0當f>>fH,

20lgAVH≈－20lg(f/fH)斜率為－20dB/十倍頻的直線0dB的橫坐標軸單位：分貝(dB)③

當f=fH,

20lgAVH=－3dB當f<<fH,φH≈0當f>>fH,φH≈－90°

橫坐標軸斜率為－45dB/十倍頻的直線φ=－90°的水平直線2.對數(shù)相頻特性③

當f=fH,φH=－45°3.RC低通電路的特點當f<<fH,AVH=1，不隨信號頻率變化，即低頻信號能無衰減地通過，當f>fH,AVH隨f

增大而減小，即高頻信號不容易通過；該電路將產(chǎn)生0°～-90°的滯后相位移。二.RC高通電路幅頻特性相頻特性fL

=1/（2πRC）下限截止頻率轉(zhuǎn)折頻率1.對數(shù)幅頻特性①當f>>fL,

20lgAVL=0②當f<<fL,

20lgAVL=20lg(f/fL)斜率為20dB/十倍頻的直線0dB的橫坐標軸單位：分貝(dB)③當f=fL,

20lgAVL=-3dB當f>>fL,

φL≈0當f=fL,φL=45°當f<<fL,φL≈90°

橫坐標軸斜率為-45dB/十倍頻的直線φ=90的水平直線2.對數(shù)相頻特性3.RC高通電路的特點當f>>fL,AVL=1，即高頻信號能無衰減地通過；當f<fL,AVL隨f

而減小，即低頻信號不容易通過；該電路將產(chǎn)生0°～90°的超前相位移。4.7.2BJT的高頻小信號模型及頻率參數(shù)考慮極間電容的單管共射放大電路一.考慮極間電容的BJT的結(jié)構(gòu)三極管結(jié)構(gòu)示意圖集電結(jié)等效電容，約為2～

10pF發(fā)射結(jié)等效電容，約幾十～幾百皮法集電結(jié)反偏,該等效電阻很大,可看作開路直接加在發(fā)射結(jié)上的電壓結(jié)電容影響下的受控源，其中g(shù)m稱為互導(dǎo)，體現(xiàn)Vb’e對Ic控制作用，約為幾十mS。基區(qū)體電阻，約為50～

300Ω發(fā)射結(jié)小信號電阻二.混合π型高頻小信號模型低頻時的混合π型小信號模型h參數(shù)小信號模型低頻時的共射電流放大系數(shù)三.BJT的頻率參數(shù)1.共發(fā)射極截止頻率fβ幅頻特性相頻特性★三極管電流放大系數(shù)的頻率函數(shù)當|β|下降至0.707βo，即20lgβ下降3dB時,稱為共射截止頻率f2.特征頻率

f

T3.共基截止頻率

fα

|α|下降至0.707αo時的頻率

|β|下降至1時的頻率結(jié)論：fβ＜f

T＜

fα一、全頻段小信號模型二、中頻段小信號等效電路三、高頻段小信號等效電路四、低頻段小信號等效電路五、全頻范圍頻率特性4.7.3共射放大電路的頻率特性一、全頻段小信號模型

全頻段小信號等效電路分析方法：

低、中、高三頻段分段研究，結(jié)果疊加。小大大電容(C1、C2、Ce)

小電容(Cb'e、Cb'c等)高頻段中頻段低頻段頻段Xc=1/jωC0(短路)(開路)0XcXc中頻段：大C短路，小C斷路!電壓增益不受頻率影響！

全頻段小信號等效電路二、中頻段小信號等效電路三、高頻段小信號等效電路僅考慮極間電容C影響，C1、C2和Ce可看作短路輸入回路中的等效輸出回路中的等效

高頻段小信號等效電路類似低通電路波特圖例題

設(shè)共射放大電路在室溫（300K）下運行，已知電路參數(shù)為VBEQ=0.6V，rbb’=100Ω，β0=100，C

b’c=0.5pF，fT=400MHz

，VCC=12V，

Rb1=100kΩ，Rb2=16kΩ，Re=1kΩ，Rc=RL=5.1kΩ，Rs=1kΩ，試估算中頻電壓增益和上限頻率。增益帶寬積結(jié)論:①若電壓放大倍數(shù)增加，C也增加，上限截止頻率就下降，通頻帶變窄。增益和帶寬是一對矛盾，因此常把增益帶寬積作為衡量放大電路性能的重要指標。②三極管一經(jīng)選定，增益帶寬積基本被確定，若通帶增益提高若干倍，則通頻帶寬將減小若干倍；③若要使電壓放大倍數(shù)大，通頻帶寬，則應(yīng)選rbb’

、Cb’e、Cb’c均小的高頻三極管。Rb>>Rs，Rb>>rbe四、低頻段小信號等效電路考慮C1、C2和Ce影響，忽略C。Rb遠大于電路的輸入阻抗Ce的容抗遠小于Re的值，影響低頻響應(yīng)低頻段小信號等效電路類似高通電路兩個轉(zhuǎn)折頻率忽略Rb的中頻電壓增益當fL1與fL2之間的比值在四倍以上時，取大者作為下限頻率。例題

已知共射放大電路的參數(shù)為β=80，rbe≈1.5kΩ，VCC=15V,Rs=50Ω，Rb1=110kΩ，Rb2=33kΩ，Rc=4kΩ，RL=2.7kΩ，Re=1.8kΩ，Cb1=30μF，Cb2=1μF，Ce=50μF，試估算下限頻率。五、全頻范圍頻率特性完整的波特圖1.阻容耦合單管共射放大電路電壓放大倍數(shù)2.波特圖的具體步驟②

畫對數(shù)幅頻特性＊

f≤fL

：

（低頻段）20dB/十倍頻的直線＊fL<f<fH

：

（中頻段）

20lg|Ausm|的水平線＊

f≥fH

：

（高頻段）

-20dB/十倍頻的直線計算中頻電壓放大倍數(shù)|AVSM|、fL和fH

＊f<0.1

fL，φ≈-90°的水平線＊

0.1

fL

<f<10

fL

，斜率為-45°/十倍頻的直線

＊0.1

fH

<f<10

fH，斜率為-45°/十倍頻的直線＊f>10

fH，φ≈-270°的水平線低頻段中頻段高頻段畫相頻特性＊

10

fL

<f<0.1

fH，φ≈-180的水平線耦合電容和旁路電容的選擇1.耦合電容2.旁路電容小結(jié)3.三極管的結(jié)電容和分布電容是引起放大電路高頻響應(yīng)的主要原因。2.放大電路的耦合電容和旁路電容是引起低頻響應(yīng)的主要原因，下限截止頻率主要由低頻時間常數(shù)中較小的一個決定(fLmax)；1.C：C1、C2、Ce、CR:

與各電容構(gòu)成回路的等效電阻值。4.7.5多級放大電路的頻率特性一、多級放大電路的電壓增益

應(yīng)注意前后級間的相互影響，將后級作為前級的負載處理。前級的開路電壓是后級的信號源電壓，前級的輸出阻抗為后級的信號源阻抗。將各級放大電路的對數(shù)增益和相位移在同一坐標下分別疊加，即得多級放大電路的幅頻特性和相頻特性。上限頻率

下限頻率二、多級放大電路的上限頻率、下限頻率、通頻帶多級放大電路的通頻帶比各級放大電路的通頻帶均窄。4.8

多級放大電路的耦合方式多級放大電路內(nèi)部各級間的連接方法一.阻容耦合優(yōu)點：

①各級放大電路的靜態(tài)工作點相互獨立;②當耦合電容足夠大時，前一級的輸出信號能在一定頻率范圍內(nèi)無衰減地傳遞到后一級輸入端。缺點：①不適合傳遞直流信號和緩慢變化信號;②大電容較難制造，在集成電路中無法采用阻容耦合方式。2.變壓器耦合優(yōu)點①各級放大電路的靜態(tài)工作點相互獨立;②實現(xiàn)阻抗變換。缺點①不適合傳遞直流信號和緩慢變化信號;②較笨重，無法集成化。主要用于功率放大電路。3.直接耦合優(yōu)點①既能傳遞直流信號，又能傳遞緩慢變化信號;②便于集成化。缺點①各級放大電路的靜態(tài)工作點相互影響;②零點漂移：若將輸入端對地短路，使輸入電壓vi=0，輸出電壓vo將偏離零點，緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化。例題

在圖示的兩級直接耦合放大電路中,已知Rb1=240kΩ，Rc1=3.9kΩ，Rc2=500Ω，VDz的工作電壓Vz=4V，β1

=45，β2=40，Vcc=24V，試估算各級的Q。第四章自我測試一．填空題1．有兩個電壓放大電路甲和乙，其電壓放大倍數(shù)相同，但輸入輸出電阻不同。對同一個具有一定內(nèi)阻的信號源進行電壓放大，在負載開路的條件下測得甲的輸出電壓小，可見兩放大電路中，的輸入電阻較大。2．幅頻失真和相頻失真屬于

失真，截止失真和飽和失真屬于

失真。3．多級放大電路的通頻帶比其中各級放大電路的通頻帶

。4．在晶體管放大電路中測得三個晶體管的各個電極的電位如圖所示，則可判斷該晶體管為______________類型(PNP管或NPN管,硅管或鍺管),e為_______電極、b為_______電極、c為_______電極。5．如圖所示放大電路，設(shè)輸入信號vi為正弦波，若輸出波形的負半波被削平，則這是_______失真，可以通過_______來消除這種失真；若輸出電壓出現(xiàn)正、負半波被削平的雙向失真時，在不減小輸入信號幅度的情況下，可采用_______來消除這種失真。6．上限截止頻率為1MHz的兩個相同的單級放大電路連接成一個兩級放大電路，這個兩級放大電路在信號頻率為1MHz時，放大倍數(shù)的幅值下降到中頻放大倍數(shù)的____倍，或者說下降了____dB，放大倍數(shù)的相位與中頻時相比，附加相移約為____度。二．判斷題1．只有電路既放大電流又放大電壓，才稱其有放大作用。（）2．任何放大電路都有功率放大作用。（）3．放大電路的輸出電阻越小，說明放大電路輸出電壓的穩(wěn)定性越好。（）4．要使放大電路的動態(tài)范圍大，必須使靜態(tài)工作點設(shè)置在交流負載線的中間。（）5．放大電路必須加上合適的直流電源才能正常工作。（）6．由于放大的對象是變化量，所以當輸入信號為直流信號時，任何放大電路的輸出都毫無變化。（）7．只要是共射放大電路，輸出電壓的底部失真都是飽和失真。（）8．某擴音器的高音不豐富，主要是因為其放大電路的非線性失真大或它的通頻帶窄。（）9．直接耦合多級放大電路各級的Q點相互影響，它只能放大直流信號。()10．處于放大狀態(tài)的晶體管，集電極電流是多子漂移運動形成的。（）二、選擇題1．當晶體管工作在放大區(qū)時，發(fā)射結(jié)電壓和集電結(jié)電壓應(yīng)為

。

A．前者反偏、后者也反偏B．前者正偏、后者反偏

C．前者正偏