第5章 三極管放大電路教材

4、5章是學(xué)習(xí)電子技術(shù)的基礎(chǔ)，因此是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)之一。其主要內(nèi)容有：放大的基本概念、放大電路的組成原則、放大電路的主要性能指標(biāo)、放大電路的分析方法（靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析）、晶體管放大電路的三種組態(tài)（共射、共集、共基）、場(chǎng)效應(yīng)管基本放大電路（共源、共漏、共柵），以及基本放大電路的派生電路。5.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介5.1半導(dǎo)體三極管（BJT）5.1.2BJT的電流分配與放大原理5.1.3BJT的特性曲線5.1.4BJT的主要參數(shù)BJT(BipolarJunctionTransistor)。

三極管是通過一定制造工藝，把兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件。有兩種類型:NPN型和PNP型。

5.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介發(fā)射區(qū)發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）基極，用B或b表示（Base）基區(qū)集電區(qū)集電極，用C或c表示(Collector)發(fā)射結(jié)(Je)

集電結(jié)(Jc)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：?發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；?集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；?基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖5.1.2BJT的電流分配與放大原理1.內(nèi)部載流子的傳輸過程

三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。

外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子

（以NPN為例）

2.電流分配關(guān)系通常IC>>ICBO

為電流放大系數(shù)，它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般

=0.90.99根據(jù)傳輸過程可知IC=InC+ICBOIB=IB’-ICBOIE=IB+IC

是另一個(gè)電流放大系數(shù)，同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般

>>1根據(jù)IE=IB+ICIC=InC+ICBO且令I(lǐng)CEO=(1+

)ICBO（穿透電流）放大狀態(tài)下三極管電流關(guān)系：一定要記住哦3.三極管的三種組態(tài)共發(fā)射極接法，用CE表示；共基極接法，用CB表示。共集電極接法，用CC表示;綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的3個(gè)條件是：（1）內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。（3）連接方式：符合三種組態(tài)的連接方式vCE=0V

iB=f(vBE)

vCE=const(2)當(dāng)vCE≥1V時(shí)，vCB=vCE

-vBE>0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下

IB減小，特性曲線右移。vCE=0VvCE

1V當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)，簡(jiǎn)化為發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線5.1.3CE-BJT的特性曲線(3)輸入特性曲線的三個(gè)部分①死區(qū)

②非線性區(qū)③線性區(qū)

飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE＜0.7V(硅管)。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。IC<

IB,深度飽和時(shí)VCES約等于0.3V。iC=f(vCE)

iB=const2.輸出特性曲線輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域: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(shí)，vBE小于死區(qū)電壓。兩個(gè)PN結(jié)反偏，IB=IC=0放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。IC=

IB,相當(dāng)于一個(gè)電流控制電流源3.溫度對(duì)三極管特性曲線的影響T(0C)↑→ICBO↑→

↑→uBE不變時(shí)iB↑，即iB不變時(shí)uBE↓5.1.4BJT的主要參數(shù)1.直流參數(shù)2.交流參數(shù)3.極限參數(shù)

管子參數(shù)是衡量晶體管質(zhì)量好壞和選擇管子的主要依據(jù)。(1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IB

vCE=const1.直流參數(shù)

(2)共基極直流電流放大系數(shù)α

α=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

=βIB/(1+β)IB=β/(1+β)

(4)集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

(3)集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。

硅管比鍺管小。此值與本征激發(fā)有關(guān)。取決于溫度特性（少子特性）。(1)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=

IC/

IB

vCE=const(2)共基極交流電流放大系數(shù)α

α=

IC/

IE

VCB=const

當(dāng)ICBO和ICEO很小時(shí)，≈

、≈

，可以不加區(qū)分。2.交流參數(shù)

（3）特征頻率fT和截止頻率fβ三極管的β值不僅與工作電流有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)。由于結(jié)電容的影響，當(dāng)信號(hào)頻率增加時(shí)，三極管的β將會(huì)下降。當(dāng)β下降到1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱為特征頻率，用fT表示。當(dāng)β下降到原來大小的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱為截止頻率，用fβ表示。(1)集電極最大允許電流ICM(2)集電極最大允許功率損耗PCM

PCM=ICVCE

3.極限參數(shù)

V(BR)CBO——發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反向擊穿電壓。

V(BR)EBO——集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反向擊穿電壓。

V(BR)CEO——基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。(3)反向擊穿電壓V(BR)CBO>V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO由V（BR）CEO、PCM和ICM確定的安全工作區(qū)：例：已知某晶體管的PCM＝150mW，ICM＝50mA，V(BR)CEO

＝60V。（1）若該管子在電路中工作電壓VCE＝10V，則工作電流IC不應(yīng)超過______mA；（2）若工作電流IC＝1mA，則工作電壓VCE不應(yīng)超過_____V。15605.1.5BJT的型號(hào)第二位：A代表Ge材料PNP管、B代表Ge材料NPN管

C代表Si材料PNP管、D代表Si材料NPN管第三位：X代表低頻小功率管、D代表低頻大功率管

G代表高頻小功率管、A代表高頻大功率管

K代表開關(guān)管1.既然BJT具有兩個(gè)PN結(jié)，可否用兩個(gè)二極管相聯(lián)以構(gòu)成一只BJT，試說明其理由。思考題2.能否將BJT的e、c兩個(gè)電極交換使用，為什么？3.為什么說BJT是電流控制器件？三極管工作情況總結(jié)三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，三個(gè)極上的

電流關(guān)系： 電位關(guān)系：鍺管：VB=VE+0.2VVB=VE-0.2V放大截止飽和例：三極管工作狀態(tài)的判斷5.2共射極放大電路

電路組成

簡(jiǎn)化電路及習(xí)慣畫法

簡(jiǎn)單工作原理

放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)

直流通路和交流通路輸入回路（輸出回路）1.電路組成2.簡(jiǎn)化電路及習(xí)慣畫法3.簡(jiǎn)單工作原理Vi=0Vi=Vsin

tvi變化——

iB變化————

iC變化——————

vCE變化——vo變化iC=iBvCE=VCC-iCRC靜態(tài)：只考慮直流信號(hào)，即vi=0，各點(diǎn)電

位不變（直流工作狀態(tài)），用Q點(diǎn)表示直流通路：電路中無變化量，

電容→開路，電感→短路交流通路：電路中電容→短路，電感→開路，直流電源對(duì)公共端短路動(dòng)態(tài)：只考慮交流信號(hào)，即vi不為0，各點(diǎn)電 位變化（交流工作狀態(tài)）4.放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)5.直流通路和交流通路交流通路

直流通路

共射極放大電路電容C1和C2斷開C1和C2短路，VCC對(duì)公共端短路6.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)直流工作值IB，IC，VCE放大倍數(shù)輸入電阻Ri輸出電阻Ro通頻帶5.3放大電路分析方法

5.3.1靜態(tài)工作情況分析

1、等效電路法:近似估算

2、用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)5.3.2動(dòng)態(tài)工作情況分析1、用圖解法分析動(dòng)態(tài)工作情況2、等效電路法:小信號(hào)模型

共射極放大電路

5.3.1靜態(tài)工作情況分析方法1.用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)根據(jù)直流通路可知：

采用該方法，必須已知三極管的

值。一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.3V,可忽略不計(jì)。直流通路+-

共射極放大電路

例題：

放大電路如圖所示。已知BJT的?=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：

（1）放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？

（2）當(dāng)Rb=100k時(shí)，放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）

采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。

共射極放大電路方法2.用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路IBVBE+-ICVCE+-(1)畫直流通路(2)把電路分為線性和非線性兩部分I輸入回路輸出回路(3)輸入特性曲線上求IB（同二極管方法）VBE=VBB-IBRbQ（IB=40A）MN(4)作輸出部分的伏安特性曲線=40uA(5)作線性部分的伏安特性曲線—直流負(fù)載線 VCE=12-4IC(VCC=12V,RC=4K)

用兩點(diǎn)法做直線M(12V,0)，N(0,3mA)(5)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）QMN12V300K4K=40Q討論：電路參數(shù)變化對(duì)Q點(diǎn)的影響Rb改變：

Q點(diǎn)沿MN向下移動(dòng).Q

12V300K4K=40MNQRC改變：Q1MNQVCC改變：QI總結(jié)：電路參數(shù)變化對(duì)Q點(diǎn)的影響Rb改變：

Q點(diǎn)沿MN向下移動(dòng)RC改變：VCC改變：1、畫交流通路和交流負(fù)載線MN交流負(fù)載線

5.3.2動(dòng)態(tài)工作情況分析方法1.用圖解分析法確定動(dòng)態(tài)工作vi=0.2sint(V)vi=0.2sint(V)ib=20sint(uA)iB=20uA~60uAvoviic=

ib=0.8sin

t(mA)vce=3.2sint(V)vCE=2.4V~8.8Vvovi2、在動(dòng)態(tài)特性曲線上畫出輸出信號(hào)波形圖解法的步驟：1、畫直流通路和直流負(fù)載線；2、確定靜態(tài)工作點(diǎn)；3、畫出交流通路和交流負(fù)載線；4、分析電路（如求電壓放大倍數(shù)、

非線性分析等）放大電路的最大不失真輸出幅度直流負(fù)載線交流負(fù)載線VCESVCEQVCC'

VCE(sat)

VCE(cut)vCE最大不失真幅度為：Vcem=min{VCE(sat),VCE(cut)}放大電路的最大動(dòng)態(tài)工作范圍靜態(tài)工作點(diǎn)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)時(shí)可獲得最大不失真輸出NPN型三極管最大不失真輸出圖解分析法的適用范圍優(yōu)點(diǎn)：直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的重要性。能全面地分析放大電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)工作情況。缺點(diǎn)：不能分析工作頻率較高時(shí)的電路工作狀態(tài)，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。幅度較大而工作頻率不太高的情況5.4小信號(hào)模型分析法5.4.1BJT的小信號(hào)建模5.4.2共射極放大電路的分析

H參數(shù)的引出

H參數(shù)小信號(hào)模型

模型的簡(jiǎn)化

H參數(shù)的確定（意義、思路）

利用直流通路求Q點(diǎn)

畫小信號(hào)等效電路

求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)圖解法的適用范圍：信號(hào)頻率低、幅度大的情況。電路中輸入信號(hào)很小時(shí):把放大電路當(dāng)作線性電路處理——微變等效電路5.4.1BJT的小信號(hào)建模 共射接法等效的雙端口網(wǎng)絡(luò)：輸入：vbe，ib輸出：vce，ic輸入特性表達(dá)式：

vBE=f1(iB,vCE)輸出特性表達(dá)式：

iC=f2(iB,vCE)ibic+vce_+vbe_注：由于都是正弦信號(hào)，在頻率較低

時(shí)無相移，所以未用復(fù)數(shù)表示1.模型求全微分：+_+_vbevceibich11h12vceh21ibh22輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻輸入端交流開路時(shí)的電壓傳輸比輸出端交流短路時(shí)的正向電流傳輸比輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)2.參數(shù)的物理意義rbeibicvbevce++__

ibbeec+_+_vbevceibich11h12vceh21ibh223.估算rbe體電阻re’<<結(jié)電阻rb’e發(fā)射極電阻re約為rb’e發(fā)射結(jié)的伏安特性為ebcb’re’rerbb’rb’crc很小ebcb’re’rerbb’rb’crc很小分析步驟：畫直流通路，計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q計(jì)算

rbe畫交流通路畫微變等效電路計(jì)算電壓放大倍數(shù)Av計(jì)算輸入電阻Ri計(jì)算輸出電阻Ro5.4.2共射極基本放大電路的分析

共射極放大電路1.利用直流通路求Q點(diǎn)一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V，

已知。2.在交流通路和小信號(hào)等效電路中分析交流參數(shù)共射極放大電路icvce+-交流通路RbviRcRLiVbIcIOVbI則電壓增益為bebirIV=bcII=b)//(LccORRIV-=beLcbebLcbbebLcciO)//()//()//(rRRrIRRIrIRRIVVAV-=-=-==bb

RbviRcRLiVbIcIOVbI根據(jù)3.求電壓增益4.求輸入電阻5.求輸出電阻令0i=V0b=I0b=Ib所以Ro=Rcbebiii//rRIVR==RbRcRLRiRbRcRLiVbIcIOVbIRo例1：電路及參數(shù)如圖，rbb'=100

求Av，Ri，Ro=50解：

靜態(tài)工作點(diǎn)

（40uA，2mA，6V)

=100+51

26/2=0.763Kib

ib=-7.62交流通路：微變等效電路：=330K//26.263K=24.3K例2Rs=100

，RL=4K

，求Avs=Vo/Vs=50解：靜態(tài)工作點(diǎn)（40uA,2mA,6V）

rbe=0.763K交流分析：Ri例3.電路如圖所示。試畫出其小信號(hào)等效模型電路(第五版習(xí)題4.3.8(a)，第六版教材為5.3.8)。bIrbeebcRerbeebciIiVRb2Rerbe+-ebciIiVRb1Rb2RcRerbe+-ebciIiVbIboVRb1Rb2RcReRLrbe+-+-ebc習(xí)題4.3.8(b)習(xí)題4.3.8(d)5.5放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題5.5.1溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響5.5.2射極偏置電路1.基極分壓式射極偏置電路2.含有雙電源的射極偏置電路3.含有恒流源的射極偏置電路5.5.1溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響

ICBO

ICEO

T

VBE

IB

IC

溫度升高會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)上升。5.5.2射極偏置電路1.穩(wěn)定工作點(diǎn)原理目標(biāo)：溫度變化時(shí)，使IC維持恒定。如果溫度變化時(shí)，b點(diǎn)電位能基本不變，則可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。2.放大電路指標(biāo)分析①靜態(tài)工作點(diǎn)②電壓增益<A>畫小信號(hào)等效電路<B>確定模型參數(shù)輸入回路：<C>增益電壓增益：輸出回路：③輸入電阻由電路列出方程則輸入電阻放大電路的輸入電阻不包含信號(hào)源的內(nèi)阻④輸出電阻對(duì)回路1和2列KVL方程其中3.固定偏流電路與射極偏置電路的比較基本共射極放大電路靜態(tài)：從IB開始求起從IE開始求起RbviRcRL固定偏流共射極放大電路電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：Ro=Rc動(dòng)態(tài)：例：電路及參數(shù)如圖，

=50，rbb'=100， (1)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn) (2)求Av，Ri，Ro28K12K0.4K1.6K3K

解：(1）畫直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)VBVE28K12K0.4K1.6K3K

VBVE28K12K0.4K1.6K3K(2)畫交流通路及微變等效電路，

求Av，Ri，Ro

Ib

微變等效電路：交流通路：

RiRoRo=Rc=3K5.6共集電極電路和共基極電路5.6.1共集電極電路5.6.2共基極電路5.6.3三種組態(tài)的比較5.6.4多級(jí)放大電路5.6.1共集電極電路1.電路分析（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)由得（2）電壓增益

令：共集電路又稱射極跟隨器RiRo（3）輸入電阻令vi=0，在輸出端加信號(hào)vo，則：io=ie+ib+

ib（4）輸出電阻

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(duì)電壓信號(hào)源衰減小◆輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)5.6.2共基極電路(b)直流通路1.靜態(tài)工作點(diǎn)

直流通路與射極偏置電路相同2.動(dòng)態(tài)指標(biāo)①電壓增益電壓增益：輸出回路：輸入回路：(b)小信號(hào)模型電路②輸入電阻③輸出電阻5.6.3基本放大電路的三種組態(tài)1.三種組態(tài)的判別以輸入、輸出信號(hào)的位置為判斷依據(jù)：信號(hào)由基極輸入，集電極輸出——

共射極放大電路信號(hào)由基極輸入，發(fā)射極輸出——

共集電極放大電路信號(hào)由發(fā)射極輸入，集電極輸出——

共基極電路+VCCRcRb1ebcTviC1C2voRb2Re+VCCRcRb1C1ebcTC2voRb2Revi+VCCRcRb1viC1ebcTC2voRb2Re2.三種組態(tài)的主要性能3.三種組態(tài)的特點(diǎn)及用途共射極放大電路：

電壓和電流增益都大于1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有很大關(guān)系。適用于低頻情況下，作多級(jí)放大電路的中間級(jí)。共集電極放大電路：

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，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好。可用于輸入級(jí)、輸出級(jí)或緩沖級(jí)。共基極放大電路：

只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)。高頻特性較好，常用于高頻或?qū)掝l帶低輸入阻抗的場(chǎng)合，模擬集成電路中亦兼有電位移動(dòng)的功能。4.FET和BJT放大電路性能的比較5.7組合放大電路5.7.1共射-共基放大電路5.7.2共集-共集放大電路5.7.3單級(jí)與多級(jí)放大電路的比較5.7.1共射-共基放大電路共射－共基放大電路5.7.1共射-共基放大電路其中所以因