模電三極管解

關(guān)于模電三極管解2024/4/15§4.1半導(dǎo)體三極管(BJT)§4.2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電路§4.6組合放大電路§4.7放大電路的頻率響應(yīng)第四章雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)第2頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15§4.1雙極型晶體管(BJT)4.1.1

晶體管的結(jié)構(gòu)及類型BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型第3頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高BJT的結(jié)構(gòu)特點第4頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)第5頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/154.1.2放大狀態(tài)下BJT工作原理BECNN+PVEERBVCC基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散形成IEP。IBN進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBN

，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IEN。1.BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程IENIE=IEN+IEP

≈IENIEP從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICN。ICN集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIB=IEP+IBN-ICBOIC=ICN+ICBOICN=IEN-IBNIB=IEP+IEN-ICN-ICBO=IE-IC前提條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏第6頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管第7頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15

晶體管的三種基本接法(a)共發(fā)射極；(b)共集電極；(c)共基極

第8頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/152.BJT的電流分配關(guān)系

為了反映擴(kuò)散到集電區(qū)的電流ICN與射極注入電流IE的比例關(guān)系，定義共基極直流電流放大系數(shù)為稱為集電極與發(fā)射極間反向飽和電流

反映BJT在共發(fā)射極連接時集電極電流IC受基極電流IB控制的關(guān)系稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)第9頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/154.1.3

BJT的V-I特性曲線

測試線路iCmA

AVVvCEvBERBiBVccVBBBJT的V-I特性曲線能直觀地描述各極間電壓和電流的關(guān)系1.共射極連接時的V-I輸入特性第10頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15工作壓降：

硅管vBE

0.6~0.7V,鍺管vBE

0.2~0.3V。

死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。vCE

1ViB(

A)vBE(V)204060800.40.8vCE=0VvCE=0.5V

vCE一定時iB與vBE的關(guān)系(1)輸入特性iCmA

AVVvCEvBERBiBVccVBB第11頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15當(dāng)vCE大于一定的數(shù)值時，iC只與iB有關(guān)，iC=

iB。

iB一定時vCE

與iC的關(guān)系iC(mA)1234vCE(V)36912IB=020

A40

A60

A80

A100

A此區(qū)域滿足iC=

iB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。(2)輸出特性iCmA

AVVvCEvBERBiBVccVBB第12頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15iC(mA)1234vCE(V)36912IB=020

A40

A60

A80

A100

A此區(qū)域中vCE

vBE,集電結(jié)正偏，

iB>iC，vCE

0.3V稱為飽和區(qū)。此區(qū)域中

:vBE<死區(qū)電壓，

iB=0,iC=ICEO,稱為截止區(qū)。(2)輸出特性第13頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15輸出特性三個區(qū)域的特點:放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

即：

iC=

iB,且

iC

=

iB飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。

即：vCE

vBE

，

iB>iC，vCE

0.3V截止區(qū)：

vBE<死區(qū)電壓，

iB=0，

iC=ICEO

0其它狀態(tài)第14頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15例：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2VT8V3V3.7V(a)T12V3V(b)T3.3V3V3.7V(c)第15頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/154.1.4晶體管的主要參數(shù)①共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)1.電流放大系數(shù)②共基極直流電流放大系數(shù)(1)直流電流放大系數(shù)顯然，

<1，一般約為0.97~0.99。第16頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號。基極電流的變化量為

iB，相應(yīng)的集電極電流變化為

iC，則共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)為：(2)交流電流放大系數(shù)①共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)②共基極交流電流放大系數(shù)第17頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15例：VCE=6V時：IB=40

A,IC=1.5mA；

IB=60

A,IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理：

=第18頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15(1)集電極-基極反向飽和電流ICBO

AICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。2.極間反向電流第19頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15BECNNPICBOICEO=

ICBO+ICBO

IBE

IBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流

IBE。集電結(jié)反偏有ICBO(2)

集電極-射極反向飽和電流ICEOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。+-+-穿透電流第20頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15(1)集電極最大允許電流ICM集電極電流IC上升會導(dǎo)致三極管的

值的下降，當(dāng)

值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。3.極限參數(shù)第21頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15(2)集電極最大允許耗散功耗PCM

集電極電流IC

流過三極管，

所發(fā)出的焦耳

熱為：PC=iCvCE

必定導(dǎo)致結(jié)溫

上升，所以PC

有限制。PC

PCMiCvCEiCvCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作區(qū)第22頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15③V(BR)CEO指基極開路時，集電極—發(fā)射極間的反向擊穿電壓(3)

反向擊穿電壓①V(BR)EBO指集電極開路時，發(fā)射極—基極間的反向擊穿電壓②V(BR)CBO指發(fā)射極開路時，集電極—基極間的反向擊穿電壓普通晶體管該電壓值比較小，只有幾伏當(dāng)集---射極之間的電壓VCE超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿手冊上給出的數(shù)值是25

C、基極開路時的擊穿電壓V(BR)CEO第23頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/154.1.5溫度對BJT參數(shù)及特性的影響1.溫度對BJT參數(shù)的影響(1).溫度對ICBO的影響(2).溫度對β的影響(3).溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響對溫度非常敏感，溫度每升高10℃，ICBO增加一倍溫度升高，β增加溫度升高，V(BR)CBO、V(BR)CEO增加第24頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15(1)溫度對輸入特性的影響iBvBE25oC50oC2.溫度對BJT特性曲線的影響(2)溫度對輸出特性的影響iCvCE溫度升高，vBE減小溫度升高，ICBO、ICEO、β增大輸出特性曲線上移第25頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15半導(dǎo)體三極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)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)格三極管第26頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15雙極型三極管的參數(shù)

參

數(shù)型

號

PCMmWICMmAVBR

CBOVVBR

CEO

VVBR

EBO

VIC

BO

μAf

T

MHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5W5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DG23250W30A4003258第27頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15§4.2基本共射極放大電路放大的概念電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡(luò)表示，如圖：vivoAv放大的實質(zhì)：在小信號的作用下，將直流能變?yōu)榻涣髂?。?8頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15放大電路的性能指標(biāo)一、電壓放大倍數(shù)Avvi和vo分別是輸入和輸出電壓的有效值。二、輸入電阻Ri放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要從信號源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。AVit~Vtvt第29頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15三、輸出電阻RoAv~VS放大電路對其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。~RoVS'第30頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15如何確定電路的輸出電阻Ro

？步驟：1.所有的電源置零

(將獨立源置零，保留受控源)。2.加壓求流法。vtit方法一：計算。AvVS第31頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15方法二：測量。vo1.測量開路電壓。~RoVs'2.測量接入負(fù)載后的輸出電壓。~RoVs'RLvo'步驟：3.計算。第32頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15四、通頻帶fAvAvm0.7AvmfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線第33頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15符號規(guī)定VA大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量。vA小寫字母、大寫下標(biāo)，表示全量。va小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流分量。vAva全量vA交流分量vatVA直流分量

第34頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15§4.2基本共射極放大電路三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理第35頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15

晶體管的三種基本接法(a)共發(fā)射極；(b)共集電極；(c)共基極

第36頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/154.2.1共射放大電路的基本組成？參考點Rb+VCCVBBRcC2Tvs+-+-+-vBEvCEiBiCiE圖4.2.1基本共發(fā)射極放大電路第37頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15VCCvivoRbVBRCCb1Cb2T+-+-共發(fā)射極放大電路放大元件iC=

iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。隔離輸入、輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。基極電源與基極電阻使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點。集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。耦合電容集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸Ｗ⒁怦詈想娙莸臉O性??！++第38頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15可以省去電路改進(jìn)：采用單電源供電Rb+VCCVBRCCb1Cb2T第39頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15單電源供電電路+VccRcCb1Cb2TRb第40頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15

直流通道和交流通道

放大電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。但是，電容對交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。交流通道：只考慮交流信號的分電路。直流通道：只考慮直流信號的分電路。信號的不同分量可以分別在不同的通道分析。在放大器沒有輸入信號（vi=0)時電路各處的電壓、電流都是不變的直流，稱為直流工作狀態(tài)或者靜止?fàn)顟B(tài)，簡稱靜態(tài)第41頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15rd=VT/IDIR=IL=器件I/V關(guān)系DC模型AC模型電阻電容IC=sCV電感二極管ID=IS(eVD/VT-1)獨立電壓源VS=常數(shù)獨立電流源IS=常數(shù)直流分析與小信號分析時的元件轉(zhuǎn)換+-第42頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15例：對直流信號（只有+Vcc）開路開路RB+VccRCC1C2T直流通道RB+VccRC第43頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15對交流信號(輸入信號vi)短路短路置零RBRCRLvivo交流通路RB+VCCRCC1C2TRLvovi第44頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/154.3放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法計算機(jī)仿真第45頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15vi=0時由于電源的存在IBQ

0IC

0IBQICQIEQ=IBQ+ICQRB+VccRCC1C2T4.3.1圖解分析法靜態(tài)工作點在靜態(tài)時，三極管各電極的直流電壓和直流電流的數(shù)值，在管子的特性曲線上所確定的一個點，稱靜態(tài)工作點，通常稱為Q點。第46頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15IBQICQVBEQVCEQ(ICQ,VCEQ)(IBQ,VBEQ)RB+VccRCC1C2T第47頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15靜態(tài)工作點的估算（1）根據(jù)直流通道估算IBQIBQVBERB稱為偏置電阻，IBQ稱為偏置電流。+Vcc直流通道RBRCiDVccvD-+第48頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15（2）根據(jù)直流通道估算VCEQ、ICQICQVCEQ直流通道RBRC+VCCIBQ第49頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15例：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：VCC=12V，RC=4k

，RB=300k

，

=37.5。解：注意電路中IBQ和ICQ的數(shù)量級。注意單位！！+VccRBRCIBQICQVCEQ第50頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15iBvBE直流通道RB+VCCRCvBE~iB滿足什么關(guān)系？1.三極管的輸入特性。2.vBE=VCC–iBRB。1.靜態(tài)工作點的圖解分析VCCQ與輸入特性的交點就是Q點(1)輸入回路iBvBE4.3.2靜態(tài)工作點的圖解分析IBQVBEQ(a)輸入回路的圖解分析第51頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15iCvCEvCE~iC滿足什么關(guān)系？1.三極管的輸出特性。2.vCE=VCC–iCRC。iCvCEVccQ直流負(fù)載線與輸出特性的交點就是Q點IBQ直流通道RB+VccRC(2)輸出回路ICQVCEQ4.3.2靜態(tài)工作點的圖解分析(b)輸出回路的圖解分析第52頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15(IBQ,VBEQ)

和(ICQ,VCEQ

)分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個點----靜態(tài)工作點(Q點）。iBvBEQIBQVBEQQVCEQICQiCvCE第53頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15先估算

IBQ，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與

IBQ對應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點就是Q點。QVcciCvCE第54頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15交流負(fù)載線ic其中：vceRBRCRLvivo交流通路第55頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15iC

和

vCE是全量，與交流量ic和vce有如下關(guān)系所以：即：交流信號的變化沿著斜率為：的直線。這條直線通過Q點，稱為交流負(fù)載線。第56頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15交流負(fù)載線的作法VCCQIBQ過Q點作一條直線，斜率為：交流負(fù)載線iCvCE第57頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15iBvBEQvCE怎么變化？假設(shè)vBE有一微小的變化ibtibtictvit2.動態(tài)工作情況的圖解分析+VccRcCb1Cb2TRbvivovCEiBiCiCvCE第58頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15vCE的變化沿一條直線vce相位如何？vce與vi反相！ictvcet+VccRcCb1Cb2TRbiCvCE第59頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15各點波形vitiBtiCtvCEtvotRB+VccRCC1C2viiCvCEvoiB圖4.3.4共射極放大電路中的電壓、電流波形第60頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/153.靜態(tài)工作點對波形失真的影響在放大電路中，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。第61頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15vo可輸出的最大不失真信號(1)選擇靜態(tài)工作點ib+VccRcCb1Cb2TRbiCvCE第62頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15iCvCEvo(2)Q點過低，信號進(jìn)入截止區(qū)放大電路產(chǎn)生截止失真輸出波形輸入波形ib+VccRcCb1Cb2TRbib最小為0，VBE

小于死區(qū)電壓iC最小為0vo最大為VCCiC第63頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15(3)Q點過高，信號進(jìn)入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)生飽和失真ib輸入波形vo輸出波形+VccRcCb1Cb2TRbic最大為VCC/RC，vO=0iCvCE第64頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15

由于受晶體管截止和飽和的限制，放大器的不失真輸出電壓有一個范圍，其最大值稱為放大器輸出動態(tài)范圍。而因飽和失真的限制，最大不失真輸出電壓的幅度則為因受截止失真限制，其最大不失真輸出電壓的幅度為(3)最大不失真輸出電壓第65頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15Vopp則為該幅度的兩倍，即

Vopp=2Vom為了充分利用晶體管的放大區(qū)，使輸出動態(tài)范圍最大，直流工作點應(yīng)選在交流負(fù)載線的中點處。

式中，VCES表示晶體管的臨界飽和壓降，一般取為1V。比較以上二式所確定的數(shù)值，其中較小的即為放大器最大不失真輸出電壓的幅度，而輸出動態(tài)范圍第66頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15實現(xiàn)放大的條件1.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2.正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。3.輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。4.輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容只輸出交流信號。第67頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15

根據(jù)上述交流圖解分析，可以畫出在輸入正弦電壓下，放大管各極電流和極間電壓的波形，如圖所示。觀察這些波形，可以得出以下幾點結(jié)論：

(1)放大器輸入交變電壓時，晶體管各極電流的方向和極間電壓的極性始終不變，只是圍繞各自的靜態(tài)值，按輸入信號規(guī)律近似呈線性變化。

(2)晶體管各極電流、電壓的瞬時波形中，只有交流分量才能反映輸入信號的變化，因此，需要放大器輸出的是交流量。

(3)將輸出與輸入的波形對照，可知兩者的變化規(guī)律正好相反，通常稱這種波形關(guān)系為反相或倒相。

第68頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15VCCvCEQ直流負(fù)載線VCEQICQR’LVCES圖解法總結(jié)IBQ交流負(fù)載線,斜率為iCvCE第69頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15例：

=50，

VCC

=12V，

RB

=70k

，

RC

=6k

當(dāng)VBB

=-2V，2V，5V時，晶體管工作于哪個區(qū)？當(dāng)VBB

=-2V時：ICQVCEQIBQVCCRBVBBCBERCVBEIBQ=0，

ICQ=0IC最大飽和電流：Q位于截止區(qū)

mA2612max==?CCCCRVI第70頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15例：

=50，

VCC

=12V，

RB

=70k

，

RC

=6k

當(dāng)VBB

=-2V，2V，5V時，晶體管工作于哪個區(qū)？IC<

ICmax(=2mA)，

Q位于放大區(qū)。ICQVCEQIBQVCCRBVBBCBERCVBEVBB

=2V時：9mA01070702..RVVIBBEBBBQ=-=-=第71頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15VBB

=5V時:例：

=50，

VCC

=12V，

RB

=70k

，

RC

=6k

當(dāng)VBB

=-2V，2V，5V時，晶體管工作于哪個區(qū)？ICQVCEQIBQVCCRBVBBCBERCVBEIC>

Icmax(=2mA)，

Q位于飽和區(qū)。(實際上，此時IC和IB

已不是

的關(guān)系）mA061070705..RVVIBBEBBBQ=-=-=第72頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15三極管模型的建立——h(hybrid)參數(shù)低頻4.3.2小信號模型分析法

當(dāng)放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來處理。1.BJT的H參數(shù)的及小信號模型雙口有源器件i1i2vivo-+-+圖4.3.10雙口網(wǎng)絡(luò)交流小信號第73頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15用小信號交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce在小信號情況下，上兩式取全微分得對于BJT雙口網(wǎng)絡(luò)，我們已經(jīng)知道輸入輸出特性曲線如下：iC=f2(iB,vCE)vBE=f1(iB,vCE)(1)BJT的H參數(shù)的引出i:輸入r:反向傳輸f:正向傳輸o:輸出vBEiBvCEcbeiC+-+-T圖4.3.11(a)BJT在共發(fā)射極連接時的雙口網(wǎng)絡(luò)第74頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15輸出端交流短路(vce=0,vCE=VCEQ)時的輸入電阻輸出端交流短路時的正向電流傳輸比輸入端交流開路(ib=0,iB=IBQ)的反向電壓傳輸比輸入端交流開路時的輸出電導(dǎo)其中：四個參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（H參數(shù)）。小信號下b-e間動態(tài)電阻，rbe電流放大系數(shù)βμr1/rce第75頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15hrevce+-(2)BJT的H參數(shù)參數(shù)小信號模型（微變等效電路）ibicvcevbe+-+-hiehfeib圖4.3.11(b)H參數(shù)小信號模型第76頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15rce很大，一般忽略。等效vbeibvceiccbe(3)小信號模型的簡化μr

vce+-ibicvcevbe+-+-rbe

ibμr很小，一般忽略。erbe

ibibbcic+-+-vbevce圖4.3.12BJT的簡化小信號模型第77頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15發(fā)射結(jié)電阻基區(qū)體電阻①.輸入回路iBvBE當(dāng)信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。

vBE

iB對輸入的小交流信號而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。rbe的量級從幾百歐到幾千歐。對于小功率三極管：0.1mA<IEQ<5mA(4)H參數(shù)的確定第78頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15②.輸出回路iCvCE所以：(1)輸出端相當(dāng)于一個受ib控制的電流源。近似平行(2)考慮

vCE對

iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個大電阻rce。rce的含義

iC

vCE第79頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/152.H參數(shù)小信號模型分析共射放大電路(1)畫放大電路的小信號等效電路RbVBBRcTvs+-+-vCEiBiCRLVCCvi+-icRbRcTvs+-+-vCEibRLvi+-圖4.3.14(a)基本共射極放大電路原理圖圖4.3.14(b)基本共射極放大電路小信號等效電路圖4.3.14(a)電路交流通路rbe

ibbcerbeRbRcvs+-+-ibicRLvi+-

ibvoio第80頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15(2)估算rbe(3)求電壓增益Avvi=ib(Rb+rbe)vo=io(Rc//RL)io=-icvo=-icRL’=-βibRL’注意電壓、電流參考方向?。beRbRcvs+-+-ibicRLvi+-

ibvobceio第81頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15rbeRbRcvs+-+-ibicRLvi+-

ibvo(4)計算輸入電阻RivT=iT(Rb+rbe)iT=ib對于為放大電路提供信號的信號源來說，放大電路是負(fù)載，這個負(fù)載的大小可以用輸入電阻來表示。輸入電阻的定義：是動態(tài)電阻。RivTiT第82頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15(5)計算輸出電阻Rovs=0+-vtitRovsibrbeRbRc+-icvi+-

ib=0=0①所有電源置零，然后計算電阻（對有受控源的電路不適用）。②所有獨立電源置零，保留受控源，加壓求流法。RO≈RC圖4.3.14基本共射極放大電路的輸出電阻第83頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15例4.3.2+VCCRLCb1Cb2TRb300k4k12V+-+-+-vsvivoRC4k(1)靜態(tài)工作點計算圖4.3.16例4.3.2的電路圖圖4.3.16所示電路中的BJT的β=40,rbb′=200Ω,VBEQ=0.7V,其他元件參數(shù)如圖所示。試求該電路的Av、Ri、Ro。若RL開路，則Av如何變化?第84頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15rbeRbRcvs+-+-ibicRLvi+-

ibvoRSRORi圖4.3.16交流等效電路(2)畫出該電路的小信號等效電路+VCCRLCb1Cb2TRb300k4k12V+-+-+-vsvivoRC4k圖4.3.16例4.3.2的電路圖圖4.3.17圖4.3.16

的小信號等效電路RbRCRLvsvoviRs第85頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15特點：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。(3)計算輸入電阻Av、Ri、RoRLrbeRbRcvs+-+-ibicvi+-

ibvoRSRORi≈-92.4≈0.866kΩ=4kΩ(4)RL開路時Av≈-184.8io+VCCRLCb1Cb2TRb300k4k12V+-+-+-vsvivoRC4k第86頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15§4.4放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。但是，溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點。對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點由VBE、

和ICBO決定，這三個參數(shù)隨溫度而變化，溫度對靜態(tài)工作點的影響主要體現(xiàn)在這一方面。TVBE

ICBOQ第87頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/154.4.1溫度對靜態(tài)工作點的影響iBvBE25oC50oCTVBEIBQICQ第88頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15T

、

ICBOICQiCvCEQQ′總的效果是：溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移。第89頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15小結(jié)：TIC固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。常采用基極分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。Q點不穩(wěn)定可能會導(dǎo)致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、ICQ增加時，能夠自動減少IBQ，從而抑制Q點的變化。保持Q點基本穩(wěn)定。第90頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/151.基極分壓式偏置電路：Rb2CeRevo增加元件Rb2、Re、CeRb1+VccRcC1C2RLvi4.4.2

射極偏置電路：(1)

Q點的估算直流通路I1I2IBQRb1+VCCRcTRb2ReICQIEQ第91頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15前提條件：直流通路I1I2IBQRb1+VCCRcTRb2ReICQIEQVBQVEQ第92頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15可以認(rèn)為與溫度無關(guān)。I1I2IBQRb1+VCCRcTRb2Re直流通路ICQIEQ似乎I2越大越好，但是Rb1、Rb2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。為了兼顧其他指標(biāo)，一般取(1+β)Re≈10Rb1//Rb2,通常為幾十k

。第93頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15TVBEQIBQICQVEQICQ本電路穩(wěn)定的過程實際是由于加了Re形成了負(fù)反饋過程(2)穩(wěn)定靜態(tài)工作點Q的原理I1I2IBQRb1+VCCRcTRb2ReICQIEQVBQVEQ第94頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15Ce的作用：voRb1RCRLviRb2交流通路+VCCvoRb1RcC1C2Rb2CeRLvi旁路電容(3)動態(tài)性能的分析ReRe對交流不起作用

交流通路中，Ce將Re短路第95頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15微變等效電路voRb1RCRLviRb2交流通路iiRCRLR’bibicβib第96頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15問題1：如果去掉Ce，放大倍數(shù)怎樣？I1I2IBRb1+VccRcC1C2Rb2CeReRLvivo第97頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15I1I2IBRb1+VccRcC1C2Rb2CeReRLvivovivoRb1RcRLRb2無旁路電容交流通路voRb1RCRLviRb2有旁路電容交流通路Re第98頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15去掉

Ce后的交流通路和微變等效電路：Rb1RcRLvivoRb2RerbeRcRLReR‘biCviiiibvoβibieiiRCRLR’bibicβib有旁路電容微變等效電路有旁路電容微變等效電路voRb1RCRLviRb2有旁路電容交流通路無旁路電容交流通路第99頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15去掉

Ce后的交流通路和微變等效電路：Rb1RcRLvivoRb2Re大電流回路電阻折算到小電流回路，擴(kuò)大1+β倍rbeRcRLReR‘biCviiiibvoβibRb’=Rb1//Rb2ie第100頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15Rb1+VccRcC1C2TRb2CeRe1RLvivoRe2問題2：如果電路如下圖所示，如何分析？第101頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15I1I2IBRb1+VccRcC1C2TRb2CeRe1RLvivoRe2I1I2IBQRb1+VccRcTRb2Re1Re2靜態(tài)分析：直流通路第102頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15Rb1+VccRcC1C2TRb2CeRe1RLvivoRe2動態(tài)分析：交流通路Rb1RcRLvivoRb2Re1第103頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15交流通路：Rb1RcRLvivoRb2Re1微變等效電路：rbeRcRLRe1R‘biCviiiibvoβib第104頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15利用熱敏電阻穩(wěn)定三極管放大電路靜態(tài)工作點負(fù)溫度系數(shù)正溫度系數(shù)(NTC)(PTC)熱敏電阻VccRtRb1RcTRb2Re第105頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15問題：Av和

Avs的關(guān)系如何？定義：源電壓放大倍數(shù)Avs放大電路RLRS第106頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15Rb1+VCCRcCb1Cb2Rb2ReRLvivovsRs-+-+-+16V56k20k2k3.3k6.2k500例4.4.1如圖示電路，電路參數(shù)如圖，β=80,VBEQ=0.7V(1)估算靜態(tài)電流ICQ、IBQ和電壓VCEQ≈4.2V≈1.76mA≈22μA=2.67V第107頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15Rb1+VCCRcCb1Cb2Rb2ReRLvivovsRs-+-+-+16V56k20k2k3.3k6.2k500例4.4.1如圖示電路，電路參數(shù)如圖，β=80,VBEQ=0.7V(1)估算靜態(tài)電流ICQ、IBQ和電壓VCEQ(2)計算Av、Ri、Avs及RO≈1.4k≈-1.05≈13.52k≈-1.01Ro≈Rc=3.3k第108頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15Rb1+VCCRcCb1Cb2Rb2ReRLvivovsRs-+-+-+16V56k20k2k3.3k6.2k500例4.4.1如圖示電路，電路參數(shù)如圖，β=80,VBEQ=0.7V(1)估算靜態(tài)電流ICQ、IBQ和電壓VCEQ(2)計算Av、Ri、Avs及RO(3)若在Re兩端并聯(lián)50μF的電容Ce,重復(fù)求解(1)、(2)≈-88.5Ro≈Rc=3.3k≈-123.07≈1.28k第109頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15電路如圖所示，VBE=0.7V，β=991．求靜態(tài)工作點。2．畫出其微變等效電路、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。

R1+VCCR3C1C3R2R4RL-+-+C475030kΩ10kΩ100T25.1kΩ20VR5330第110頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15電路如圖所示，VBE=0.7V，β=991．求靜態(tài)工作點。2．畫出其微變等效電路、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。

R1+VCCR3C1C3R2R4RL-+-+C475030kΩ10kΩ100T25.1kΩ20VR5330第111頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15例題：電路如圖所示，Vcc=12V，晶體管為硅管，VBE=0.7V，β=50.試估算：(1)靜態(tài)工作點；(2)電壓放大倍數(shù)Av；(3)求放大電路的輸入電阻Ri；(4)求放大電路的輸出電阻Ro。viRb1VCC=12VRcC1C2Rb2ReRLvo-+-+Ce2kΩ20kΩ10kΩ2kΩβ=503.9kΩ

解題思路：直流通路Qrbe微變等效電路求Av、Ri、Ro.

解:(1)計算靜態(tài)工作點

思路：VCE第112頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15（2）求電壓放大倍數(shù)：

畫微變等效電路Rb1VCC=12VRcC1C2Rb2ReRLvo-+-+Ce2kΩ20kΩ10kΩ2kΩβ=503.9kΩviibRB1RcRLvivoRB2RErbeRb2Rc+-RLvi+-

ibvoRb1bce第113頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15rbeRb2Rc+-RLvi+-

ibvoRb1bce求求

(3)求與第114頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15固定偏流電路與射極偏置電路的比較靜態(tài)：+VCCRLCb1Cb2TRb+-+-+-vsvivoRC+VCCvoRb1RcCb1Cb2Rb2RLviRe第115頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15固定偏流電路與射極偏置電路的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：Ro=RcrbeRbRcvs+-+-ibicRLvi+-

ibvoRSrbeRcRLReR‘bicviiiibvoβib第116頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15§4.5共集電極放大電路和共基極放大電路

4.5.1共集極電路Rb+VccC1C2ReRLvivovs+-++Rs--圖4.5.1共集電極放大電路(a)原理圖射極輸出器Rb+VccRe(b)直流通路第117頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/151.靜態(tài)分析發(fā)射極折算電阻Rb+VccReIBQIEQVBQVEQ(b)直流通路第118頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/152.動態(tài)分析交流通路Rb+VccC1C2ReRLvivovs+-++Rs--RbReRLvivovs+-++Rs--第119頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15rbeReRLRbvivoiiibicβibbcebceRbReRLvivovs+-++Rs--RbRLvivovs+-++Rs--RerbeReRLRbvsibiiicieβibvi+-Rsvo+-+-圖4.5.2共集電極放大電路的小信號等效電路圖4.5.1(c)交流通路第120頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15R’L=Re//RLbcerbeReRLRbvsibiiicieβibvi+-Rsvo+-+-結(jié)論：輸出電流ie增加了輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱Av≈1(1)電壓放大倍數(shù)射極電壓跟隨器。射隨器。第121頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15

輸入電阻較大，作為前一級的負(fù)載，對前一級的放大倍數(shù)影響較小。bcerbeReRLRbvsibiiicieβibvi+-Rsvo+-+-RiiRb圖4.5.2共集電極放大電路的小信號等效電路結(jié)論：(2)輸入阻抗第122頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15用加壓求流法求輸出電阻電源置0rbeReRbibicieβibvi+-Rs+-vs+-vtitiRevt負(fù)載開路施加測試電源(3)輸出阻抗Ro第123頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。小電流回路電阻折算到大電流回路，減小為1/(1+β)結(jié)論：rbeReRLRbvsibiiicieβibvi+-Rsvo+-+-第124頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15[例4.5.1]在射極輸出器中

已知VCC=12V，

Rb=200kΩ，

Re=1.2kΩ，

RL=1.8kΩ，

RS=1kΩ，

β=50。試求（1）靜態(tài)工作點；（2）Av、Ri和RO

。Rb-VccCb1Cb2ReRLvivovs+-++Rs--Rc圖4.5.4

例4.5.1的電路圖第125頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15（1）靜態(tài)工作點返回Rb-VccReRcIEQIBQICQ圖4.5.5

例4.5.1的直流通路第126頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15（2）Av、Ri和R0rbeReRLRbvsibiiicieβibvi+-Rsvo+-+-RC圖4.5.5

例4.5.1的小信號等效電路第127頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15射極輸出器的特點：電壓放大倍數(shù)≈1，輸入阻抗高，輸出阻抗小。第128頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/154.5.2共基極電路Cb2RLvo-+Cb1vivsRs-+-+圖4.5.6共基極放大電路(a)原理圖Rb1+VCCRcRb2ReRb1+VCCRcRb2ReCb圖4.5.7共基極放大電路的直流通路1.靜態(tài)分析第129頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15Cb2RLvo-+Cb1vivsRs-+-+Rb1+VCCRcRb2ReCb2.動態(tài)分析RLRcvo-+圖4.5.6共基極放大電路(b)交流通路RevivsRs-+-+bcerbeibβibicie圖4.5.8共基極放大電路的小信號等效電路RLRcvo-+RevivsRs-+-+bcerbeibβibicie第130頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15圖4.5.8共基極放大電路的小信號等效電路(1).電壓增益(2).輸入電阻RLRcvo-+RevivsRs-+-+bcerbeibβibicieRoRiiiiRe(3).輸出電阻同相放大！輸入阻抗很低第131頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15Cb2RLvo-+Cb1vivsRs-+-+Rb1+VCCRcRb2ReCb例4.5.2如圖示電路，VCC=15V,RC=2.1k,Re=2.9k,Rb1=Rb2=60k,RL=1k,β=100,VBEQ=0.7V(1)估算電路靜態(tài)工作點Q的參數(shù)(2)計算Av、Ri、Avs及RO第132頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/153.三種組態(tài)的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：RcRLRbibβibrbe+bceRs-vs+RoRi-Cb2T+RbVCCRcCb1RLvivo+-+-Rs-vs++bcevo共射極電路T+RbVCCReCb1RLvivo+-+-Rs-vs++bce共集電極電路ReRLRbibβibrbe+bceRs-vs+RoRi-voicvs+Rb1VCCReCb1RLvivo+-+Rs-++bce共基極電路Rb2Cb2CbRcReRLRcibic=βibrbe+bceRs-vs+RoRi-voieiivi+-第133頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15放大電路三種組態(tài)比較共射極電路共集電極電路共基極電路β1+βα第134頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/154.5.3放大電路三種組態(tài)比較共射極電路共集電極電路共基極電路用途多級放大電路的中間級輸入級、輸出級或緩沖級高頻或?qū)掝l電路及恒流源第135頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/15PNPNPNPNPNPN復(fù)合管(達(dá)林頓)互補(bǔ)型復(fù)合管ib1β1

ib1(1+β1)ib1≈β1β2ib1第136頁,共203頁，2024年2月25日，星期天2024/4/152、耦合方式：§4.6組合放大電路3、多級放大電路對耦合電路要求：（1）它的加入應(yīng)盡量不影響前、后級間的靜態(tài)工作點；（2）把前一級的信號盡可能多地傳到后一級；（3）失真小。第一級放大電路輸入輸出第二級放大電路第n級放大電路…1、

多級放大器所考慮的問題（1）級間耦合；即信號的傳送。（2）估算整個放大器的放大倍數(shù)；