第3章三極管基本放大電路3.5課件

第3章半導(dǎo)體三極管及放大電路電子技術(shù)基礎(chǔ)課程組3雙極型三極管及放大電路基礎(chǔ)3.1雙極型三極管3.2放大電路的基本概念

3.3基本共射放大電路的工作原理3.4基本共射放大電路的靜態(tài)分析3.5小信號模型分析法3.6射極偏置放大電路3.7共集電極放大電路3.8共基極放大電路3.9多級放大電路3.5小信號模型分析法3.5.1指導(dǎo)思想當(dāng)放大電路的輸入信號很小時，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近，把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線用直線來代替，從而可以把三極管組成的非線性電路轉(zhuǎn)化為線性電路來處理。小信號模型分析法（也稱微變等效電路法）只適用于小信號情況下工作，所謂“微變”，即微小的變化量。微——它不適用于大信號的工作情況，大信號工作情況仍要借助圖解法變——靜態(tài)分析它也不適用，只適用于動態(tài)分析。3.5小信號模型分析法3.5.2三極管的H參數(shù)及其等效電路三極管的H參數(shù)三極管是三端器件；它組成電路有三種組態(tài)，共射、共集和共基組態(tài)；無論哪種組態(tài)三極管在電路中是一個雙口網(wǎng)絡(luò)。非線性電路3.5小信號模型分析法3.5.2三極管的H參數(shù)及其等效電路三極管的特性曲線：輸入特性輸出特性找出管子內(nèi)部電流和電壓微變量之間的關(guān)系——使用全微分常量微分為零，變化量即為交變分量3.5小信號模型分析法3.5.2三極管的H參數(shù)及其等效電路電阻量綱，三極管的輸入電阻，常用rbe表示，約kW無量綱，三極管的反向電壓傳輸比，約10-4無量綱，三極管共射電流放大系數(shù)，常用b表示，約102電導(dǎo)量綱，三極管的輸出電導(dǎo)，常用1/rce表示，rce約104W由于四個參數(shù)的量綱均不相同，故稱為混合參數(shù)（H參數(shù)）3.5小信號模型分析法

等效電路式子（1）表示輸入回路方程，它表明輸入電壓vbe是由兩個電壓相加。一個是hie·ib——輸入電流ib在hie上的壓降；一個是受控電壓源hre·vce——輸出電壓對輸入回路的反作用+_bec+_hfeib+_hievbeibhreuce1/hoeicvce式子（2）表示輸出回路方程，它表明輸出電流ic是由兩個電流相加。一個是受控電流源hfe·ib——輸入電流ib對輸出回路的作用；一個是hoe·vce——輸出電壓在輸出電阻上的壓降3.5小信號模型分析法等效電路的簡化+_bec+_hfeib+_hievbeibhreuce1/hoeicvceb+_hievbeib+_echfeibicvceb+_rbevbeib+_ecb

ibicvcebrbeibecb

ibic3.5小信號模型分析法注意兩點(diǎn)：a.b

ib——受控電流源，大小和方向都受ib控制當(dāng)ib流入基極時，受控源b·ib方向是由c→e，當(dāng)ib流出基極時，受控源b·ib方向是由e→c。b.微變等效電路討論對象——變化量不能用它求靜態(tài)工作點(diǎn)不能用它求某一時間的電壓、電流總值。brbeibecb

ibic非線性電路3.5小信號模型分析法4.h參數(shù)的確定實(shí)際中，H參數(shù)b

和rbe可用晶體管圖示儀直接測量計算中，通常rbe估算公式如下：基區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略利用PN結(jié)的電流方程可求得查閱手冊由IEQ算出在輸入特性曲線上，Q點(diǎn)越高，rbe越??！b+_rbevbeib+_ecb

ibicvce3.5.3用H參數(shù)分析基本共射放大電路步驟：1）確定靜態(tài)工作點(diǎn)

估算Q點(diǎn)的微變參數(shù)rbe,該參數(shù)反映了Q點(diǎn)附近的工作狀態(tài)2）畫小信號模型

畫交流通路用H參數(shù)線性模型表示BJT標(biāo)出電壓和電流3）求Av,Ri,Ro3.5.3用H參數(shù)分析基本共射放大電路步驟1——確定靜態(tài)工作點(diǎn)為何對電路進(jìn)行動態(tài)分析要先確定靜態(tài)工作點(diǎn)呢？畫直流通路，估算法確定Q點(diǎn)VCE=VCC–ICRC3.5.3用H參數(shù)分析基本共射放大電路步驟2——畫微變等效電路①畫出交流通路②在交流通路上定出三極管的三個電極b、c、e后，再用H參數(shù)線性模型表示三極管。③放大電路常用正弦波作為輸入信號電壓ebcbrbeibecb

ibic交流通路微變等效電路3.5.3用H參數(shù)分析基本共射放大電路步驟3——求AV,Ri,Robrbeibecb

ibic記憶3.5.3用H參數(shù)分析基本共射放大電路輸入電阻Ri什么是輸入電阻？放大器結(jié)論：輸入電阻Ri是衡量放大器向信號源索取信號電壓的能力。Ri越大越好。3.5.3用H參數(shù)分析基本共射放大電路輸出電阻Ro什么是輸出電阻？放大器對負(fù)載來說就是一個信號源，而該信號源的內(nèi)阻就是放大器的輸出電阻Ro放大器Ro越小，Vo越接近Vo’，所以在實(shí)際電路中，Ro越小越好！結(jié)論：輸出電阻Ro是衡量放大器帶負(fù)載的能力。Ro越小放大器帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。Ro越小越好。3.5.3用H參數(shù)分析基本共射放大電路源電壓放大倍數(shù)記憶步驟4——求源電壓放大倍數(shù)AVSbrbeec由于信號源存在內(nèi)阻Rs，輸入信號在Rs上要按損失掉一部分，使放大器實(shí)際輸入信號Vi<Vs，從而使放大倍數(shù)下降。所以Ri越大越好。3.5.3用H參數(shù)分析基本共射放大電路基本步驟小結(jié)1）確定靜態(tài)工作點(diǎn)

估算Q點(diǎn)的微變參數(shù)rbe,該參數(shù)反映了Q點(diǎn)附近的工作狀態(tài)2）畫小信號模型

畫交流通路用H參數(shù)線性模型表示BJT標(biāo)出電壓和電流3）求Av,Ri,Ro對PNP管其微變等效電路其電流和電壓的方向是否要改變呢？不必改變！但要注意受控電流源b

·ib的方向要受ib方向約束。若ib流入基極時，受控源b

·ib方向是由c→e，若ib流出基極時，受控源b

·ib方向是由e→c。3.5小信號模型分析法交流通路輸出電阻電路微變等效電路例13.5小信號模型分析法交流通路微變等效電路輸出電阻電路例23.5小信號模型分析法例2電路的電壓放大倍數(shù)為：輸出電阻電路3.5小信號模型分析法例2中與電路參數(shù)R2RC有關(guān)，與負(fù)載RL有關(guān)，與微變參數(shù)β、rbe有關(guān)。說明放大倍數(shù)——討論：怎樣增加電壓放大能力？典型共射放大電路中小信號模型分析法的適用范圍

放大電路的輸入信號幅度較小，BJT工作在其V－T特性曲線的線性范圍（即放大區(qū)）內(nèi)。H參數(shù)的值是在靜態(tài)工作點(diǎn)上求得的。所以，放大電路的動態(tài)性能與靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)值的大小及穩(wěn)定性密切相關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：分析放大電路的動態(tài)性能指標(biāo)(Av

、Ri和Ro等)非常方便，且適用于頻率較高時的分析。缺點(diǎn)：在BJT與放大電路的小信號等效電路中，電壓、電流等電量及BJT的H參數(shù)均是針對變化量(交流量)而言的，不能用來分析計算靜態(tài)工作點(diǎn)?；竟采浞糯箅娐返撵o態(tài)分析和動態(tài)分析QIBQ≈35μAVBEQ≈0.65V

為什么用圖解法求解IBQ和UBEQ？討論比較阻容耦合放大倍數(shù)3.5小信號模型分析法作業(yè)：P90:173.6射極偏置放大電路基本共射電路——又稱為固定偏流電路它的偏流IB是由偏置電路提供的，電路的工作點(diǎn)往往是通過調(diào)節(jié)電阻Rb來獲得的，這種電路優(yōu)點(diǎn)是調(diào)試方便但若更換管子T，或是環(huán)境溫度變化將引起管子參數(shù)β變化，因此Q點(diǎn)也會移動；若Q點(diǎn)移動到不合適的位置（飽和截止區(qū)）將使放大電路無法正常工作。要求直流通路：既能提供合適的Q點(diǎn)又能在環(huán)境變化時穩(wěn)定Q點(diǎn)3.6射極偏置放大電路本節(jié)內(nèi)容首先討論環(huán)境溫度對工作點(diǎn)的影響然后介紹能夠穩(wěn)定工作點(diǎn)的射極偏置放大電路（1）引起Q點(diǎn)不穩(wěn)定的原因溫度變化，器件老化，電路中電源電壓波動、元件參數(shù)的變化等都會影響Q點(diǎn)。3.6.1放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題Q’

所謂Q點(diǎn)穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時基本不變。從元件入手-選擇溫度性能好、不易老化的元件；從環(huán)境入手—恒溫從電路入手--采用溫度補(bǔ)償，引入負(fù)反饋3.6.1放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題電路穩(wěn)定Q點(diǎn)的目標(biāo)：溫度變化時，使IC近似維持恒定溫度T上升，將最終導(dǎo)致IC上升，引起Q點(diǎn)變化。（2）溫度對Q點(diǎn)的影響T（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不變IBQ↑T穩(wěn)定原理：

ICIE

VE、VB不變

VBE

IBIC（負(fù)反饋控制）T+_（1）

電路組成3.6.2射極偏置電路靜態(tài)分析射極偏置電路元件Re：用輸出回路的電量反過來抑制輸入回路的電量。Re取值越大，反饋控制作用越強(qiáng)。這種電路稱為直流電流負(fù)反饋電路。旁路電容Ce：使Re只對直流信號有反饋，穩(wěn)定Q點(diǎn)。而對交流信號無反饋。b點(diǎn)電位基本不變的條件：I1>>IBQ，此時，VBQ與溫度無關(guān)VBQ>>VBEQ（2）靜態(tài)分析求解Q點(diǎn)+_+_直流通路3.6.2射極偏置電路靜態(tài)分析（2）靜態(tài)分析求解Q點(diǎn)3.6.2射極偏置電路靜態(tài)分析用估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)Q，從VB固定入手記憶+_+_（3）動態(tài)分析畫微變等效電路3.6.3射極偏置電路動態(tài)分析交流通路bce微變等效電路（4）求電壓放大倍數(shù)3.6.3射極偏置電路動態(tài)分析微變等效電路bce（5）求輸入電阻和輸出電阻3.6.3射極偏置電路動態(tài)分析微變等效電路bceRi=Rb1//Rb2//rbe放大電路的輸入電阻不包含信號源的內(nèi)阻！求輸入電阻和輸出電阻3.6.3射極偏置電路動態(tài)分析輸出電阻求解電路Ro=RC放大器brbeec11’放大電路的輸出電阻不包含負(fù)載電阻！[例]在圖示電路中，Rb1=39kΩ，Rb2=10kΩ，RC=2.7kΩ，Re=1kΩ，RL=5.1kΩ，C1=C2=10μF，Ce=47μF，VCC=15V，晶體管的=100，試求：(1)

靜態(tài)工作點(diǎn)Q(2)AV、Ri、Ro的值。

3.6射極偏置電路VCEQ≈VCC－IEQ（RC+Re）=15－2.36×(2.7＋1)=6.27V解：(1)

估算法求解Q點(diǎn)由得+_+_3.6射極偏置電路Ri=Rb1//Rb2//rbe=39//10//1.3≈1.2kΩRo=Rc=2.7kΩbce(2)動態(tài)分析求AV、Ri、Ro的值3.6射極偏置電路討論問題1：當(dāng)條件I1>>IBQ不滿足時，求靜態(tài)工作點(diǎn)常用戴維南等效電路法。直流通路中，輸入回路用戴維南等效電路法等效變換為電壓源和電阻串聯(lián)。3.6射極偏置電路+_+_等效電路+_+_+_+_Rb

=Rb1//Rb2=7.96kΩ

圖中

VBB=IBQRb+VBE+IEQRe求解靜態(tài)工作點(diǎn)：式中故+_+_+_+_輸入回路方程

VBB=IBQRb+VBE+(1+b)IBQRe

VCEQ≈VCC-ICQ(RC+Re)Q點(diǎn)：3.6射極偏置電路3.6射極偏置電路上式表明，分母中的(1+β)Re的物理概念可以用電阻的折合來理解?？梢詫e乘以(1+β)折合到基極回路。電阻折合的概念：將發(fā)射極回路的電阻折合到基極回路，要乘以(1+β)；將電阻從基極回路折合到發(fā)射極回路要除以(1+β)。若電路元件參數(shù)同例題，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，得

VCEQ≈VCC-ICQ(RC+Re)=15－2.17×(2.7＋1)=6.97V3.6射極偏置電路討論問題2：當(dāng)無射極旁路電容Ce時，直流通路不變，靜態(tài)分析同前；但放大電路的動態(tài)分析改變，存在Re。3.6射極偏置電路交流通路bce微變等效電路討論問題2：當(dāng)無射極旁路電容Ce時，存在Re。射偏電路動態(tài)分析。3.6射極偏置電路bceRi=Rb1//Rb2//[rbe+(1+b)Re]≈7.5kΩRo=Rc=2.7kΩ求AV、Ri、Ro的值運(yùn)用折合概念有：加入Re后使輸入電阻提高了，增強(qiáng)了放大器向信號源索取電壓的能力，改善了放大電路的特性。但電壓放大倍數(shù)有所降低，所以射偏電路是以犧牲電壓放大倍數(shù)來穩(wěn)定其Q點(diǎn)的。討論圖示兩個電路中是否采用了措施來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)？若采用了措施，則是什么措施？射極偏置放大電路例：射極偏置電路和3DG4的輸出特性曲線如圖示，已知b=60(1)分別用估算法和圖解法求解靜態(tài)工作點(diǎn)Q，(2)求輸出電壓最大不失真幅度。iC(mA)vCE(V)0iB=20mA4060801001510564283DG4射極偏置放大電路解（1）由電路知，使用估算法得：射極偏置放大電路解（1）使用圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)得：iC(mA)vCE(V)0iB=20mA4060801001510564283DG4作直流負(fù)載線：連接兩點(diǎn)M(0,3.2)和N(16,0)得：M(0,3.2)N(16,0)QQ點(diǎn)iC(mA)vCE(V)0iB=20mA4060801001510564283DG4M(0,3.2)N(16,0)Q射極偏置放大電路解（2）在輸出特性曲線上作交流負(fù)載線：直流負(fù)載線的斜率為：交流負(fù)載線的斜率為：點(diǎn)斜式求解交流負(fù)載線的方程為：取Vop1和Vop2中的小者，最大不失真輸出幅度為3.3V。3.7共集電極放大電路電路組成靜態(tài)分析動態(tài)分析1電路組成3.7共集電極電路

若單級放大電路從基極輸入，從射極輸出，該電路稱為共集電極放大電路。又稱為射極輸出器或射極跟隨器。

共集電極電路由于其輸入電阻大，輸出電阻?。辉趯?shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，常用于阻抗變換、輸入級和輸出級。2靜態(tài)分析——求解Q點(diǎn)3.7共集電極電路直流通路3動態(tài)分析——畫微變等效電路3.7共集電極電路交流通路ceb微變等效電路3動態(tài)分析——3.7共集電極電路求AV、Ri、Ro的值RL'=Re//RL其中

a.電壓放大倍數(shù)記憶一般電壓跟隨器則。無電壓放大能力b.電流放大倍數(shù)由于故3.7共集電極電路ceb通常，Re和RL

同一數(shù)量級，

Rb和Ri’同一數(shù)量級即射極輸出器有電流放大能力和功率放大能力|Ai|>1

Ri=Rb//R'i=Rb//[rbe+(1+β)R'L]

c.輸入電阻由于故3.7共集電極電路ceb記憶Ri通常很大，是105~106量級,而基本共射輸入電阻約為103量級。所以與基本共射放大電路相比較，射極輸出器的輸入電阻比較高。3.7共集電極電路cebd.輸出電阻Ro記憶β>>1,輸出電阻很低，僅有十幾~幾十歐姆；若想進(jìn)一步降低輸出電阻，應(yīng)選較大的三極管共集電極電路的特點(diǎn)3.7共集電極電路共集電極電路特點(diǎn)：◆電壓增益小于1但接近于1，◆輸入電阻大，對電壓信號源衰減小◆輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。應(yīng)用：1）多級放大電路的輸入級；2）多級放大電路的輸出級；3）多級放大器的隔離級（緩沖級），實(shí)現(xiàn)阻抗變換3.7共集電極電路3.7.4自舉放大電路在微弱信號檢測及高精度電子測量儀器中，為了提高測量精度往往要求前放電路有足夠高的輸入電阻。如何進(jìn)一步提高射極輸出器的輸入電阻？射極輸出器的輸入電阻表達(dá)式；可見要想提高Ri，可從兩個方面考慮，一是提高R’i；另一個是提高偏置電阻Rb，使3.7共集電極電路3.7.4自舉放大電路流過Rb3的電流很小。Rb3支路的等效阻值相對變大了。使3.7共集電極電路3.7.4自舉放大電路這樣的正反饋過程，好象總想把自己“抬舉”起來，想使為何稱為自舉電路呢？因?yàn)殡娐匪援?dāng)輸入端輸入輸出端之間接有一反饋電阻Rb3；該電阻又把輸出端電壓變化傳給輸入所以稱它為自舉電路。值得注意的是：自舉電路往往加在射極跟隨器中，因?yàn)樗碾妷悍糯蟊稊?shù)很低。3.8共基極放大電路3.8共基極放大電路

在射極偏置電路中，信號是從基極輸入，集電極輸出，屬于共射電路。如改為從射極輸入信號，從集電極輸出信號，則電路的組態(tài)變?yōu)楣不M態(tài)。1電路組成

共基電路由于它的輸入電阻極低，在低頻電路中較少使用；但由于共基電路的頻率特性好，常用于高頻放大器和寬頻帶放大器。3.8共基極放大電路共基極放大電路的直流通路與射極偏置電路完全相同2靜態(tài)分析求解Q點(diǎn)+_+_記憶3.動態(tài)分析畫微變等效電路3.8共基極放大電路交流通路+_T_++__+ceb微變等效電路3.8共基極放大電路+__+ceba.電壓放大倍數(shù)記憶與基本共射放大電路相比少了一個負(fù)號，說明共基電路是同相放大器。3.8共基極放大電路+__+cebb.輸入電阻記憶共基電路輸入電阻通常只有幾到十幾歐姆，這是致命的缺點(diǎn)這個致命的缺點(diǎn)，限制了共基電路在低頻放大電路中的使用3.8共基極放大電路求解輸出電阻電路c.輸出電阻共基電路輸出電阻與共射電路相同+__+ceb記憶共基極放大電路的特點(diǎn)：

(1)有電壓放大能力,電壓放大倍數(shù)與共射極放大電路相同。

Vo與Vi同相。(2)

沒有電流放大能力。(3)

輸入電阻小，輸出電阻大。(4)

在低頻放大電路很少應(yīng)用。3.8共基極放大電路放大電路三種組態(tài)的比較三種組態(tài)的特點(diǎn)及用途共射極放大電路：信號由基極輸入，集電極輸出Av和Ai都大于1，Ri在三種組態(tài)中居中，Ro與集電極電阻Rc有很大關(guān)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：信號由基極輸入，發(fā)射極輸出只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中，Ri最高，Ro最小，頻率特性好。可用于輸入級、輸出級或緩沖級。共基極放大電路：信號由發(fā)射極輸入，集電極輸出只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，Ri小，Ro與集電極電阻Rc有關(guān)。高頻特性較好，常用于高頻或?qū)掝l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。

圖示電路為哪種基本接法的放大電路？它們的靜態(tài)工作點(diǎn)有可能穩(wěn)定嗎？求解靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的表達(dá)式。討論一：

電路如圖，所有電容對交流信號均可視為短路。1.Q為多少？2.Re有穩(wěn)定Q點(diǎn)的作用嗎？3.電路的交流等效電路？4.V變化時，電壓放大倍數(shù)如何變化？討論二改變電壓放大倍數(shù)討論二（續(xù)）3.9多級放大電路

直接耦合，阻容耦合，變壓器耦合

動態(tài)分析

一、直接耦合既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻

能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化，Q點(diǎn)相互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。

當(dāng)輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。第二級第一級Q1合適嗎？直接連接輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移求解Q點(diǎn)時應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。3.9.1多級放大電路的耦合方式NPN型管和PNP型管混合使用

在用NPN型管組成N級共射放大電路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后級集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＜

UCQ1

UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＞

UCQ1

▲優(yōu)點(diǎn)：▲缺點(diǎn)：

1）由于級間是直接耦合，所以電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號。

2）由于電路中只有晶體管和電阻，沒有電容器和電感器，因此便于集成。

1）各級的靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立，相互影響。會給設(shè)、計算和調(diào)試帶來不便。

2）引入了零點(diǎn)漂移問題。零點(diǎn)漂移對直接耦合放大電路的影響比較嚴(yán)重。二、阻容耦合

Q點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。共射電路共集電路

利用電容連接信號源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路與負(fù)載，為阻容耦合。3.9.1多級放大電路的耦合方式有零點(diǎn)漂移嗎？1）各級的直流工作點(diǎn)相互獨(dú)立。由于電容器隔直流而通交流，所以它們的直流通路相互隔離、相互獨(dú)立的，這樣就給設(shè)計、調(diào)試和分析帶來很大方便。2）在傳輸過程中，交流信號損失少。只要耦合電容選得足夠