《模擬電子線路》第3章教材課件

《模擬電子線路》

第3章1947年12月23號，貝爾實驗室的WilliamB.Shockley、JohnBardeen、

WalterH.Brattain制造出了世界上第一只半導(dǎo)體放大器件，他們將這種器件命名為“晶體管”

第3章

半導(dǎo)體三極管及其基本放大電路

§3.0引言

20世紀40年代,由Bardeen,Brattain和Schockley在貝爾實驗室開發(fā)的硅晶體管,在20世紀50年代和60年代掀起了第一次電子革命.這項成果導(dǎo)致了1958年集成電路的開發(fā)及在電子電路中應(yīng)用廣泛的晶體管運算放大器的產(chǎn)生.

本章介紹的三極管屬于雙極型器件,是兩類晶體管中的第一種類型.下面將詳細討論其物理結(jié)構(gòu)、工作原理及其在放大電路中的應(yīng)用.§3.1雙極型晶體管

(BipolarJunctionTransistor)一、結(jié)構(gòu)、分類、符號PNPebc發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)(發(fā)射結(jié))JeJc

(集電結(jié))

bec圖

3.1becJc

(集電結(jié))

NPNebc(發(fā)射結(jié))Je發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)§3.1雙極型晶體管

(BipolarJunctionTransistor)圖

3.1常用集成電路中NPN型三極管的結(jié)構(gòu)剖面圖§3.1BJT圖

3.2幾種BJT的外形結(jié)構(gòu)特點:1、基區(qū)很薄(10－6m),且輕摻雜(1015cm－3);2、發(fā)射區(qū)重摻雜(1019cm－3);3、集電區(qū)面積大,且摻雜較輕(1017cm－3).

BJT的結(jié)構(gòu)特點是決定其能進行信號放大的內(nèi)部物質(zhì)基礎(chǔ).§3.1BJT二、BJT的電流分配與電流放大作用

1、BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程─見圖3.3所示.BJT放大所必須具備的外部條件是:Je正偏,Jc反偏.①發(fā)射區(qū)發(fā)射電子,形成射極電流IE;②電子在基區(qū)復(fù)合,形成基極電流IB;③集電區(qū)收集電子,形成集電極電流IC.IE=IC+IB≈(1+β)IB(3—1)IC=βIB+ICEO≈βIB(3—2)IC=αIE+ICBO≈αIE(3—3)§3.1BJTIB=IEp+(IEn－ICn1)－ICBOIC=ICn1+ICn2+ICp=ICn1+ICBOICBO+VBB－RBRC+VCC

－NPNECBJeIEnIcn1Icn2IcpICBOJcIEpIBIEIC圖

3.3IE=IC+IB

IE=IEp+IEnIC

=αIEn+ICBO≈αIE

+ICBO

IC=ICn1+ICBOICn1ICα

=

≈

(3—4)IEnIEIC=α(IB+IC)+ICBOα1IC=IB+ICBO1－α

1－α

§3.1BJTα1IC=IB+ICBO1－α

1－α

αβ

=

(3—5)

1－α

1ICEO=ICBO

1－α=(1+β)ICBO(3—6)IC=βIB+ICEO≈βIBIE=IC+IB≈(1+β)IB2.α、β、ICBO、ICEO的物理含義共基極直流電流放大倍數(shù).α＜

1,α→1.ICn1ICα

=

≈

IEnIE§3.1BJTαβ

=

1－αICn1α

=

IEnIB=IEp+(IEn－ICn1)－ICBO=IE－ICn1－ICBOIC－ICBOICβ

=

≈IB+ICBOIBβ共射極直流電流放大倍數(shù).β＞

1.

αβ

=

1－αβα=

(3—8)

1+β圖

3.4ICBO受溫度影響較大ceb+

VCC－ICBO(3—7)§3.1BJT+VBE

－+

VCB－+

VCC－ICEO圖

3.5ICEO=ICBO+βICBO=(1

+β)ICBO3.電流分配關(guān)系IE=IEBS(e

－1)≈IEBS

e(3—9)

VBEVTVBEVTIC≈βIB三、BJT的特性曲線IC≈αIE≈

ISeVBEVT§3.1BJT1、輸入特性─共射接法iB=f(vBE

)vCE=CE+vCE

－iC+vBE

－iBBC(a)vCE≥1V(b)vCE=0VvBE/

V0iB/μA圖

3.62、輸出特性─共射接法iC=f(vCE

)iB=C圖

3.7OiB1iB2iB3iB4vCEVAiCA圖

3.8VCEIC≈ISe1－

(3—10)

VAVBEVT20μA60μAiB=100μA80μA40μA放大區(qū)iC/

mA0vCE/

V飽和區(qū)ICEOV(BR)CEO截止區(qū)擊穿區(qū)054321EBCWBNPN基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)§3.1BJT(1)放大區(qū)

Je正偏,Jc反偏.IC=βIB+ICEO≈βIBVCEIC(b)IC(a)βIC↑IC↓β↓圖

3.9§3.1BJT(2)截止區(qū)

Je、Jc均反偏.工程上規(guī)定IB=0(IC=ICEO≈0)以下的區(qū)域稱為截止區(qū);嚴格說來,截止區(qū)應(yīng)是IE=0以下的區(qū)域.(IC=ICBO,IB=－ICBO)(3)飽和區(qū)

Je、Jc均正偏.

VBE(sat)≈0.7V;VCE(sat)≈0.3V(4)擊穿區(qū)

VCE↑→VCB↑→Jc─雪崩擊穿

V(BR)CEO

IB↑→V(BR)↓

IC≠βIBIC＜βIB判斷三極管的工作狀態(tài)

測量得到三極管三個電極對地電位如圖所示，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和§3.1BJT四、BJT的主要參數(shù)

1、表征放大能力的參數(shù)ICβ=

IB共射極直流電流放大系數(shù)(hFE).

△iCβ=(3—11)

△iB共射極交流電流放大系數(shù)(hfe).在小信號條件下,β≈β.

ICα

=

IE共基極直流電流放大系數(shù).§3.1BJT共基極交流電流放大系數(shù).

△iCα=(3—12)

△iEαβ

=

1－αβα=

(3—14)

1+βαβ

=

(3—13)

1－αβα=

1+β2、表征穩(wěn)定性的參數(shù)─極間反向電流(越小越好)ICBO:集電極─基極反向飽和電流.ICEO:集電極─發(fā)射極反向穿透電流。3、表征安全工作區(qū)域的參數(shù)§3.1BJT(1)集電極最大允許電流ICM（β）(2)集電極最大允許耗散功率PCM

PCM=ICVCB≈ICVCE(3)反向擊穿電壓

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.V(BR)CEO:基極開路時,集電極─發(fā)射極間的反向擊穿電壓.V(BR)CBO

＞V(BR)CEO＞V(BR)EBOV(BR)CEOPCMVCE/

V安全工作區(qū)圖

3.10OIC/

mAICM§3.1BJTV(BR)CER表示BE間接有電阻，V(BR)CES表示BE間短路V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO§3.1BJT4、溫度特性

△VBE/△T=－(2～2.5)mV/oC;△β/(β△T)=(0.5～1)%/oC;ICBO(T2)=ICBO(T1)×2T2－T1

105、結(jié)電容

發(fā)射結(jié)電容Cb′e,集電結(jié)電容Cb′c.五、BJT的電路模型

1、直流等效電路模型(放大區(qū))§3.1BJT(a)b+

VCC－+VBB

－eIERcICRBIBcIB+

VCC－+VBB

－c(b)RCICRBbeβIB+VBE

－圖

3.12VBB－VBEIB=

RBIC=βIBVCE=VCC－ICRC2、交流小信號等效電路模型(放大區(qū))§3.1BJT名稱總電壓或總電流直流量交流量

基本關(guān)系式瞬時值有效值基極電流iBIBQibIbiB=IBQ+ib集電極電流iCICQicIciC=ICQ+ic基─射電壓vBEVBEQvbeVbevBE=VBEQ+vbe集─射電壓vCEVCEQvceVcevCE=VCEQ+vce表3-1bce?mV甚至μV§3.1BJT+vCE－iC+vBE－iBbce(a)+hrevce

－h(huán)ie1/hoehfeib+vce－ic+vbe－ibbce(b)rbeβib+vce－ic+vbe－ibbce(c)圖

3.13iB=IBQ+

ibvBE=VBEQ+

vbeiC=ICQ+

icvCE=VCEQ+

vcevBE=f1(iB,

vCE)iC=f2(iB,

vCE)vBEvBEvBE=f1(iB,vCE)=f1(IBQ,VCEQ)+ib+vce

iBQvCEQVBEQvbe§3.1BJT

iC=f2(iB,vCE)=f2(IBQ,VCEQ)+ICQic(3—15)(3—16)vBEvBEvbe=

ib+vce=hieib+hrevce≈hieib

iBQvCEQiCiCic=

ib+vce=hfeib+hoevce≈hfeib

iBQvCEQvbeichiehrehfehoeibvce=hie(Ω)

hre

hfehoe(S)

(3—17)hehiehrehfehoe=rbeμTβ

1/rce==103

Ω

10－3

～10－4

102

10－5

S輸出端交流短路時的輸入電阻rbe

；輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)β

；輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比μT

；輸入端交流開路時的輸出電導(dǎo)1/rce

?！?.1BJTH參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。H參數(shù)與工作點有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。

受控電流源hfeib，反映了BJT的基極電流對集電極電流的控制作用。電流源的流向由ib的流向決定。

hrevce是一個受控電壓源。反映了BJT輸出回路電壓對輸入回路的影響?！?.1BJThre和hoe都很小，常忽略它們的影響。

BJT在共射連接時，其H參數(shù)的數(shù)量級一般為§3.1BJTbierb′e′b′rbb′ee′re′ib

VT(mV)

rbe=rbb′+(1+β)

(3—18)

IEQ(mA)

rbe=

Vbe·Ib·re′≈

0

Vbe·Ibrbb′+Ierb′e′·≈

·圖

3.141iEIEBS

e

IEQ

=≈IEBSe==rb′e′

vBEQvBEVTVTvBEVTvBE=VBEQVBEQVT§3.1BJT六、BJT的基本應(yīng)用

1、電流源OiI0v(b)OiviBQvCE(sat)(d)i=I0+v－(a)RC+VCC

－+v=vCE

－iCiB(c)圖

3.152、開關(guān)圖3.16所示為BJT反相器電路,BJT在截止區(qū)和飽和區(qū)之§3.1BJT間切換.負載可以是電動機,發(fā)光二極管或其他電子設(shè)備.+vBE

－VCC+vCE－圖

3.16iCiB負載vIvOvi=5V時，iB=(5-0.7)/10K=0.43mAICS=10V/5K=2mA<iB=22mA三極管飽和，vO=0V;vi=0V時，三極管截止,vO=10V。5V10VttvivOce10K5K10Vb+_+_vivO例如：三極管用作可控開關(guān)(=50)3、放大器§3.2放大器概述

放大器(Amplifier)是應(yīng)用最廣泛的一種功能電路.大多數(shù)模擬電子系統(tǒng)都應(yīng)用了不同類型的放大電路.一、放大的概念放大器的作用是將輸入信號進行不失真的放大,使輸出信號強度(功率、電壓或電流)大于輸入信號強度,且不失真地重現(xiàn)輸入信號波形.

放大器實際上是一種能量控制裝置.它利用三極管(或場效應(yīng)管)的放大和控制作用,將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為放大了的交流輸出能量.§3.2放大器概述來自特定信源的時變信號在能被利用之前常常需要放大.(舉例說明)信號源放大器負載

高信號功率

CD播放器揚聲器

DC功率

低信號功率圖

3.17

DC電壓源§3.2放大器概述二、放大器的主要性能指標(biāo)+Vo－+Vi－·IiIo信號源放大器負載RiRo···+Vs

－·RsRL圖

3.181、輸入電阻·ViRi

=

(3—19)

Ii·§3.2放大器概述2、輸出電阻·VTRo=(Vs=0或

Is=0)(3—20)

IT···3、增益(放大倍數(shù))VoIoIoVoAv=Ai=

Ag=

Ar=

(3—21)

ViIiViIi·············

電壓增益=20lg│Av│dB·

電流增益=20lg│Ai│dB放大器的四種模型§3.2放大器概述(a)

電壓放大器+AvtVi－·+Vs

－RiRL+Vo－RoRs+Vi－····RLAv=Avt

Ro＜＜RL→

Av≈Avt(3—22)

Ro+RL····Ri＞＞Rs(Ri→∞)

Ro＜＜RL(Ro→0)·VoVoViRiAvs=

=

=

AvRi＞＞Rs→

Avs≈Av

(3—23)

VsViVsRs+Ri·········§3.2放大器概述(b)

電流放大器IsRiRLIoRsAinIiIiRo·····Ri＜＜Rs(Ri→0)

Ro＞＞RL(Ro→∞)RoAi=Ain

Ro＞＞RL→

Ai≈Ain(3—24)

Ro+RL·····IoIoIiRsAis=

=

=

AiRi＜＜Rs→

Ais≈Ai

(3—25)

IsIiIsRs+Ri·········§3.2放大器概述Ri＜＜Rs(Ri→0)Ro＜＜RL(Ro→0)(c)

互阻放大器·+Vo－Ro+Art

Ii－RiRLRsIsIi····Ri＞＞Rs(Ri→∞)Ro＞＞RL(Ro→∞)(d)

互導(dǎo)放大器·+Vs

－圖

3.19RiRLRs+Vi－AgsViRo····Io§3.2放大器概述BW

=fH－fL

(3—26)

3dB圖

3.20O20lg│Av│dB3dBfHfLf/Hz帶寬·4、帶寬5、非線性失真系數(shù)∞∑V2ok

k=2

γ=

(3—27)

Vo1§3.2放大器概述三、基本放大器的組成

1、三極管的三種基本接法圖

3.21beicibc(a)(b)cieibbebiciece(c)2、基本共發(fā)射極放大器++C1RL+vo－VT+vs

－RCRBVCC+vi－

(a)C2Rs§3.2放大器概述+vs

－CE+C1REVTRLRB2Rs+vo－RCRB1VCC+vi－

(b)C2++圖

3.223、各元件的作用§3.2放大器概述

VT:放大電路的核心元件.具有電流放大作用.

直流電源VCC:為三極管提供放大的外部條件;并為放大器提供能量來源.

基極偏置電阻RB:為三極管提供合適的基極偏置電流IBQ.

集電極負載電阻RC:將ic→vce,以實現(xiàn)電壓放大.同時,RC也起直流負載的作用.

耦合電容C1、C2

:“通交隔直”,一般用電解電容,連接時注意電容的極性.

負載電阻RL:放大電路的外接負載,它可以是耳機、揚聲器或其他執(zhí)行機構(gòu),也可以是后級放大電路的輸入電阻.§3.2放大器概述四、放大器的直流通路和交流通路

1、直流通路的畫法:將電容作開路處理,電感作短路處理.2、交流通路的畫法:將電容及直流電源作短路處理.3、放大器中電壓、電流的符號規(guī)定如表3-1RLVT+vi－+vs

－Rs+vo－RCRBibicVTRL+vi－ic+vs

－Rs+vo－RCRBib§3.2放大器概述VTRCRBVCCIBQICQ+VCEQ

－

(a)ICQRB2IBQVTRCRB1VCCRE+VCEQ

－

(b)RB=RB1∥RB2圖

3.23++C1RL+vo－VT+vs

－RCRBVCC+vi－

(a)C2Rs§3.2放大器概述五、放大器的基本工作情況0vitvBEtVBEQiBtIBQiCtICQvCEtVCEQvot0

(b)圖

3.24§3.2放大器概述直流電源VCC提供的功率為:11PV=VCC·iC=VCC(ICQ+Icmsinωt)dωt=VCCICQ

2π2π∫2π0∫2π0加到RC上的功率為:111PL=iC2·RC=(ICQ+Icmsinωt)2RC

dωt=ICQ2RC+Icm2RC2π2π2∫2π0∫2π0加到三極管上的功率為:11PC=vCE·iC=(VCEQ－IcmRCsinωt)(ICQ+Icmsinωt)dωt2π2π

1=VCEQICQ－Icm2RC2∫2π0∫2π0PV=VCCICQ=(VCEQ+ICQRC)ICQ=VCEQICQ+

ICQ2RC=

PL+PCvi=0,PV=PL+PC;vi↑,PC↓

，PL↑.PVPLVTVTRCRBVCCIBQICQ+VCEQ

－++C1RL+vo－VT+vs

－RCRBVCC+vi－C2Rs§3.3放大器的圖解分析方法

圖解分析可以提供對放大器工作情況的直觀認識.一、靜態(tài)分析

1、分析目的:確定Q點(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ

)2、分析對象:直流通路§3.3放大器的圖解分析方法3、分析步驟:VCC=IBRB+

VBEIB=f

(VBE)VCE=CVCC=ICRC+

VCEIC=f(VCE)IB=CIBQVCCRBVCCQOIBVBEVBEQ直流負載線直流負載線OVCCVCEQVCEICIBQVCCRCICQ圖

3.25RLVT+vi－+vs

－Rs+vo－RCRBibic++C1RL+vo－VT+vs

－RCRBVCC+vi－C2Rs§3.3放大器的圖解分析方法二、動態(tài)分析

1、分析目的:確定Av、Vom,了解非線性失真.2、分析對象:交流通路·3、分析步驟:(1)(2)(3)§3.3放大器的圖解分析方法Avt＞AvRL→∞,

RL′=

RC,Avt=Av····iBOQvBEIBQOvCEiCVCCIBQVCCRC交流負載線ICQVCEQICQRL′1RC

1

RL′RL′=

RC∥RL圖

3.26§3.3放大器的圖解分析方法三、建立Q點的必要性Q′QQ″IBQQ′Q″Q圖

3.27OiBvBEOvCEVCCIBQVCCRCICQVCEQ截止失真飽和失真iC§3.4放大器的等效電路分析法一、靜態(tài)分析

1、分析目的:確定Q點(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ

)2、分析對象:直流通路

(a)固定偏置VTRCRBVCCIBQICQ+VCEQ

－圖

3.28VCC－VBEIBQ=

RBICQ=βIBQVCEQ=VCC－ICQRC§3.4放大器的等效電路分析法ICQIBQRB2VTRCRB1VCCRE+VCEQ

－圖

3.29(b)分壓偏置ICQ=βIBQVCEQ=VCC－ICQRC－IEQRE≈VCC－ICQ(

RC+RE)RB=RB1∥RB2VBB－VBEIBQ=

RB+(1+β)RERB2VBB=

VCC

RB1+RB2+VBB－+VCC－VTRCRBREIBQICQ+VCEQ

－ICQIBQRB2VTRCRB1VCCRE+VCEQ

－§3.4放大器的等效電路分析法RB2VBQ≈

VCC

RB1+RB2IBQ=ICQ/βVCEQ≈VCC－ICQ(

RC+RE)VEQVBQ－VBEICQ≈IEQ==

RERE若(1+β)RE＞10RB,可按如下方法確定Q點.IBQVBQ→VEQ→IEQ(ICQ)

VCEQVTRCRBVCCIBQICQ+VCEQ

－§3.4放大器的等效電路分析法

β↑T↑→VBE(on)↓

→ICQ↑ICBO↑VCC=6V,RB=270kΩ,RC=2kΩT↑30oC,β=130,VBE=0.625V,ICBO=8×10－12AIBQ=19.91μA,ICQ=2.59mA,VCEQ=0.82V(c)兩種偏置電路的比較

T=300K,β=100,VBE=0.7V,

ICBO=10－12AIBQ=19.63μA,ICQ=1.96mA,VCEQ=2.08VIEQICQIBQRB2VTRCRB1VCCREVEQVBQI1§3.4放大器的等效電路分析法分壓偏置電路最大的優(yōu)點是穩(wěn)定了Q點.

T↑→ICQ(IEQ)↑→VEQ↑→VBEQ(VBQ－VEQ)↓ICQ↓

IBQ↓【例

3.1】電路如上圖

所示.設(shè)RB1=56kΩ,RB2=12.2kΩ,

RC=2kΩ,RE=0.4kΩ,VCC=10V,VBE=0.7V,β

=100.(1)試確定Q點.(2)當(dāng)β在一定范圍內(nèi)變化時,確定Q點變化范圍.§3.4放大器的等效電路分析法【解】(1)RB212.2VBB=

VCC=×10≈1.79V

RB1+RB256+12.2ICQ=βIBQ=100×21.6=2.16mAVCEQ=VCC－ICQRC－IEQRE≈4.81VRB=RB1∥RB2=56∥12.2≈10kΩVBB－VBE(on)1.79－0.7IBQ==

≈21.6μA

RB+(1+β)RE10+101×0.4IEQ=(1+β)IBQ=101×21.6=2.18mA上述結(jié)果表明:晶體三極管被偏置在放大區(qū).§3.4放大器的等效電路分析法(2)當(dāng)β

變化±50時,可得到以下的結(jié)果:βIBQ(μA)ICQ(mA)IEQ(mA)VCEQ(V)5035.91.801.835.6710021.62.162.184.8115015.52.322.344.40表3-2

當(dāng)β

變化率為3:1時,集電極電流和集-射電壓的變化率只有1.29:1.射極電阻RE能在β變化時,穩(wěn)定靜態(tài)工作點.【例

3.2】試設(shè)計一分壓偏置電路,要求ICQ=1mA,VCEQ=4.5V,

已知VCC=9V,β=100.IEQICQIBQRB2VTRCRB1VCCREVEQVBQI1§3.4放大器的等效電路分析法

實際情況下,為要使Q點穩(wěn)定,I1愈大于IB以及VB愈大于VBE愈好,但為兼顧其他指標(biāo),對于硅管,一般可選取

I1=(5～10)IBVEQ=0.2VCC或VEQ=(1～3)V【解】(1)取

VEQ=0.2VCC=0.2×9=1.8V

則

RE=VEQ/IEQ≈VEQ/ICQ=1.8/1=1.8kΩ(2)取I1=10IBQ=10×ICQ/β=0.1mA

則

RB1+RB2=VCC/I1=90kΩ§3.4放大器的等效電路分析法RB2VBQ=

VCC

RB1+RB2VBQ=VBE+VEQ=0.7+1.8=2.5V

RB1+RB2=90kΩRB2=25kΩRB1=90－RB2=65kΩ(3)VCEQ≈VCC－ICQ(

RC+RE)VCC－VCEQ9－4.5RC=－RE=

－1.8

=2.7kΩ

ICQ1說明:除三極管放大電路外,分壓偏置電路還適用于各種場效應(yīng)管放大電路.RLVT+vi－+vs

－Rs+vo－RCRBibic§3.4放大器的等效電路分析法二、動態(tài)分析

1、分析目的:確定Av、Ai、Ri、Ro.2、分析對象:交流通路

3、分析步驟:(1)交流通路；(2)小信號模型；(3)分析各指標(biāo)·+Vi－Robc+Vs

－RLβIbIc+Vo－RCRBIbIirbeIoeRi········Rs圖

3.30·§3.4放大器的等效電路分析法VoAv=Vi···Vo=－Ic(RC∥RL)=－βIbRL′Vi=Ibrbe·····βRL′Av=－

(3—28)

rbe··ViRi

=

Ri=RB∥rbe≈rbe(3—29)

Ii·VTRo=Ro=RC

ITVs=0

···(3—20)Ro+VT－cβIbbrbeRsIcRCRBIbITe·····圖

3.31§3.4放大器的等效電路分析法·IoAi=Ii··RoRoIo

=Ic=βIb

Ro+RLRo+RL···Ro

Ai≈β(3—31)

Ro+RL

·RL=0,

Ain≈β·三、帶射極電阻的共發(fā)射極放大器

1、電路結(jié)構(gòu):如圖3.32所示.2、靜態(tài)分析:與圖3.29相似.3、動態(tài)分析:RBIb=Ii≈Ii

RB+rbe···RLC2CERE1VTRE2RB2C1+vs

－Rs+vi－+vo－RCRB1VCC(a)§3.4放大器的等效電路分析法圖

3.32VTRE+vs

－icRs+vo－RCRB+vi－RLib(b)βIbcRL+Vi－rbe···Ic+Vs

－Rs+Vo－RCRBIbIiIobeRiRoRE1(c)Ri′·····§3.4放大器的等效電路分析法βRL′Av=－

(3—32)

rbe+(1+β)RE1··VoAv=Vi··Vo=－Ic(RC∥RL)=－βIbRL′·······Vi=Ibrbe+IeRE1=Ibrbe+(1+β)RE1Ri=RB∥Ri′=RB∥rbe+(1+β)RE1(3—33)·ViRi′==rbe+(1+β)RE1

Ib·Ro≈RC(3—34)其中:若考慮rce，Ro的求法如下：§3.4放大器的等效電路分析法···RCRoRo′rbe·Ib+VT－RsRBrceITbceβIbRE1Rs′Ic·圖

3.33βRE1Ro=RC∥Ro′=RC∥rce(1+)

(3—35)rbe+RE1+Rs′VT=(Ic－βIb)rce+(Ib+Ic)RE1·····RE1Ib=－Icrbe+RE1+Rs′··VTβRE1Ro′==rce(1+)

Icrbe+RE1+Rs′··§3.4放大器的等效電路分析法其中，rce的意義如下：OIBQvCEVAiCAQVCEQICQ

△VceVCEQ+VAVArce==≈

△iCICQICQQRE22kΩCERE120ΩVTRL8.2kΩRC8.2kΩ+vi－C1+vo－RB156kΩVCC15VC2RB215kΩ§3.4放大器的等效電路分析法【例

3.3】試確定圖3.34所示電路的Av、Ri、Ro.已知晶體管的參數(shù)如下:VBE=0.7V,β=150,VA=－100V.

【解】(1)靜態(tài)分析圖

3.34RB=RB1∥RB2=56∥15≈11.83kΩRB215

VBB=

VCC=×15≈3.17V

RB1+RB256+15

VBB－VBE(on)IBQ=

RB+(1+β)(RE1+RE2)

3.17－0.7

=≈7.8μA

11.83+(1+150)(0.02+2)§3.4放大器的等效電路分析法ICQ=βIBQ=150×7.8×10－3≈1.17mAIEQ=(1+β)

IBQ=151×7.8×10－3≈1.18mA或VEQVBQ－VBE(on)3.17－0.7

ICQ≈IEQ===≈1.22mA

RE1+RE2RE1+RE20.02+2rce≈│VA│/ICQ=100/1.17≈85.47kΩ(81.97kΩ)動態(tài)分析VT26rbe=rbb′+(1+β)

=0+(1+150)

≈3.33kΩ(3.22kΩ)IEQ1.18βRL′150×(8.2∥8.2)Av=－=－

≈－96.9(－98.6)rbe+(1+β)RE13.33+(1+150)×0.02

·§3.4放大器的等效電路分析法Ri=RB∥rbe+(1+β)RE1=11.83∥3.33+(1+150)×0.02≈4.13kΩ(4.1kΩ)Ro≈RC∥Ro′=8.2∥102.4≈7.59kΩ(7.57kΩ)

βRE1

150×0.02

Ro′≈rce1+=85.47(1+)≈102.4kΩ

rbe+RE1+RB3.33+0.02+11.83(98.29kΩ)如果假設(shè)VA=∞,則Ro≈RC=8.2kΩ

討論:放大器的增益幾乎與β的變化無關(guān).表3-3的計算證明了這一事實.βAv

50－95.8

(－97.2)100－96.5

(－98.3)150－96.9

(－98.6)表3-3RL+vo－VTRERB2+vs

－RsRB1VCC+vi－C1C2VEQRB2IEQVTRB1VCCREIBQICQ圖3.35§3.5共集電極放大器(射極跟隨器)一、電路結(jié)構(gòu)二、靜態(tài)分析VBB－VBEIBQ=

RB+(1+β)RERB2VBB=

VCC

RB1+RB2RB=RB1∥RB2IEQ=(1+β)

IBQVCEQ=VCC－IEQRE§3.5共集電極放大器(射極跟隨器)三、動態(tài)分析VT+vi－RLie+vs

－Rs+