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1、第2章的 双极性晶体管及放大电路基础第1页，共123页，编辑于2022年，星期一2.1 双极型晶体三极管双极型晶体三极管 2.1.1 三极管的结构 2.1.2 三极管的电流分配与控制 2.1.3 三极管的特性曲线 2.1.4 三极管的参数 2.1.5 温度对BJT参数及特性的影响第2页，共123页，编辑于2022年，星期一 双极型半导体三极管的结构示意图如图双极型半导体三极管的结构示意图如图02.01所示。所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。图图 02.01 02.01 两种极性的双极型三极管两种极性的双极型三极管e-b间的PN结称为发射结(Je)c-b间的PN结称为集
2、电结(Jc)中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。2.1.1 三极管的结构第3页，共123页，编辑于2022年，星期一 结构特点：结构特点：发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。杂浓度最低。管芯结构剖面图管芯结构剖面图发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电
3、区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 第4页，共123页，编辑于2022年，星期一三种组态三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种电极。三种接法也称三种组态组态 共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示表示;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示
4、；第5页，共123页，编辑于2022年，星期一 放大作用放大作用:共基极共基极若若 vI=20mV使使当则则电压放大倍数电压放大倍数RLecb1k 共基极放大电路共基极放大电路VEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB iE=-1 mA，iC=iE =-0.98 mA，vO=-iC RL=0.98 V，=0.98 时，时，为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 =0.90.99第6页，共123页，编辑于2022年，星期一+-bceRL1k共射极放大电路共射极放大电路共射极放大电路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+
5、-+iC+iE+iB vI=20mV 设设若若则则电压放大倍数电压放大倍数 iB=20 uA vO=-iC RL=-0.98 V，=0.98使使4.放大作用：共射极放大作用：共射极 是另一个电流放大系数，同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 1第7页，共123页，编辑于2022年，星期一 双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。电结加反向电压。现以 NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系
6、，见图02.02。图 02.02 双极型三极管的电流传输关系2.1.2 三极管的电流分配与控制RLecb1kVEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB第8页，共123页，编辑于2022年，星期一发 集射 电结 结正 反偏 偏IEN：从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流IEP：空穴从基区向发射区也有的扩散运动，形成的电流空穴从基区向发射区也有的扩散运动，形成的电流IBN：在基区被复合的电子形成的电流在基区被复合的电子形成的电流ICN：基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作基区的空穴浓
7、度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流用下，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流ICBO：另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流第9页，共123页，编辑于2022年，星期一IC=ICN+ICBO IE=IC+IBIE=IEP+IEN（IEN=ICN+IBN）IB=IEP+IBNICBO2.电流放大系数电流放大系数1.电流分配关系电流分配关系通常通常 IC ICBO 为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 =0.
8、90.99第10页，共123页，编辑于2022年，星期一发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。3.电流放大倍数电流放大倍数定义定义:通常有通常有：得得：交流参数：是另一个电流放大系数，同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 1第11页，共123页，编辑于2022年，星期一 综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集它的发射极电流能够通过基区传输，然
9、后到达集电极而实现的。电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。浓度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏发射结正向偏置，集电结反向偏置。置。第12页，共123页，编辑于2022年，星期一 输入特性曲线 iB=f(uBE)uCE=const 输出特性曲线 iC=f(uCE)iB=const本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即2.1.3 三极管的特性曲线+-bceRL1k共射极放大电路iB+-uCEuBE第13页，共123页，编辑于
10、2022年，星期一vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE)vCE=const(2)当当vCE1V时，时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。vCE=0V vCE 1V(1)当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线输入特性曲线第14页，共123页，编辑于2022年，星期一(3)输入特性曲线的三个部分输入特性曲线的三个部分死
11、区死区非线性区非线性区线性区线性区第15页，共123页，编辑于2022年，星期一饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控控制的区域，该区域内，制的区域，该区域内，一般一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很电结正偏或反偏电压很小小。iC=f(vCE)iB=const2.2.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的接近零的区域，相当区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此时，线的下方。此时，vBE小于死区电压小于死区电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的轴的区域，曲线基本平行等距
12、。区域，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏。+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE第16页，共123页，编辑于2022年，星期一 总结总结饱和区iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的 数值较小，一般uCE0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。截止区iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区iC平行于uCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏，电压大于0.7 V左右(硅管)。第17页，共123页，编辑于2022年，星期一例：测量三极管三个电极对地
13、电位如图 03.09所示，试判断三极管的工作状态。图 03.09 三极管工作状态判断 放大截止饱和第18页，共123页，编辑于2022年，星期一 (1)1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC/IB vCE=const1.电流放大系数电流放大系数 2.1.4 三极管的参数第19页，共123页，编辑于2022年，星期一(2)共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =IC/IB vCE=const (4)共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 =IC/IE VCB=const 当当ICBO和和ICEO很小时，很小时，、，可以不，可以不加区分
14、。加区分。(3)共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数=（ICICBO）/IEIC/IE 第20页，共123页，编辑于2022年，星期一 (2)集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+）ICBO 2.极间反向电流极间反向电流ICEO(1)集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开发射极开路时，集电结的反向饱和电流。路时，集电结的反向饱和电流。即输出特性曲即输出特性曲线线IB=0那条曲线所那条曲线所对应的对应的Y坐标的数值。坐标的数值。ICEO也称为集电极也称为集电极发射极间穿透电流。发射极间穿透电流。第21页，共123页，
15、编辑于2022年，星期一(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM:下降到放大区的下降到放大区的70%-30%时时，对应对应的集的集电电极极电电流流(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM 3.极限参数极限参数 集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICUCBICUCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用在集电结上。在计算时往往用UCE取代取代UCB。第22页，共123页，编辑于2022年，星期一(3)反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)EBO发射极开路时的集电结
16、反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。V(BR)CBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR)EBO 3.极限参数极限参数第23页，共123页，编辑于2022年，星期一 由由PCM、ICM和和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
17、第24页，共123页，编辑于2022年，星期一特征频率特征频率fT 三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。第25页，共123页，编辑于2022年，星期一2.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响(1)温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。(2)温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1，值约增大值约增大0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响
18、温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。2.温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响1.温度对温度对BJT参数的影响参数的影响第26页，共123页，编辑于2022年，星期一2.2 放大电路的基本概念放大电路的基本概念 2.2.1 放大的概念 2.2.2 放大电路的主要技术指标 第27页，共123页，编辑于2022年，星期一2.2.1 放大的概念 1.1.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。2.2.输
19、出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。第28页，共123页，编辑于2022年，星期一2.2.2 2.2.2 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标(1)放大倍数(2)输入电阻Ri(3)输出电阻Ro(4)通频带第29页，共123页，编辑于2022年，星期一(1)(1)放大倍数放大倍数-反反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力号能量的能力互阻放大倍数互阻放大倍数
20、电压放大倍数电压放大倍数 功率放大倍数功率放大倍数 互导放大倍数互导放大倍数 电流放大倍数电流放大倍数第30页，共123页，编辑于2022年，星期一增益增益表示放大倍数的另外一种方法表示放大倍数的另外一种方法其中其中 “甲甲放放大大电电路路的的增增益益为为-20-20倍倍”和和“乙乙放放大大电电路路的的增增益益为为-20dB-20dB”，问问哪哪个个电电路路的增益大？的增益大？四种增益四种增益常用分贝（常用分贝（dBdB）表示）表示第31页，共123页，编辑于2022年，星期一(2)(2)输入电阻输入电阻 Ri-体现放大电路从信号源获得电流的能力体现放大电路从信号源获得电流的能力第32页，共1
21、23页，编辑于2022年，星期一(3)(3)输出电阻输出电阻Ro-体现电路的驱动能力体现电路的驱动能力 注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。第33页，共123页，编辑于2022年，星期一两个放大电路相连的示意图第34页，共123页，编辑于2022年，星期一(4)(4)通频带通频带 BW=fH-fL(03.06)相应的频率相应的频率fL称为下限频率，称为下限频率，fH称为上限频率称为上限频率。图 03.05 通频带的定义 放放大大电电路路的的增增益益A(f)是是频频率率的的函函数数。在在低低频频段段和和高高频频
22、段段放放大大倍倍数数都都要要下下降降。当当A(f)下下降降到中频电压放大倍数到中频电压放大倍数A0的的 1/时时，即，即第35页，共123页，编辑于2022年，星期一问题问题1 1：放大电路的输出电阻小，对放大：放大电路的输出电阻小，对放大 电路输出电压的稳定性是否有利？电路输出电压的稳定性是否有利？问题问题2 2：有一个放大电路的输入信号的频：有一个放大电路的输入信号的频 率成分为率成分为100 100 Hz10 kHz，那么放，那么放 大电路的通频带应如何选择？大电路的通频带应如何选择？如果放大电路的通频带比输入信如果放大电路的通频带比输入信 号的频带窄，那么输出信号将发号的频带窄，那么输
23、出信号将发什么变化？什么变化？第36页，共123页，编辑于2022年，星期一2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.3.1 2.3.1 共发射极组态交流基本放大电路的组成共发射极组态交流基本放大电路的组成2.3.2 2.3.2 静态和动态静态和动态2.3.3 放大电路的图解分析放大电路的图解分析2.3.4 2.3.4 小信号模型分析法小信号模型分析法第37页，共123页，编辑于2022年，星期一1.电路组成电路组成输入回路（基极回路）输入回路（基极回路）输出回路（集电极回路）输出回路（集电极回路）2.3.1 2.3.1 共发射极组态交流基本放大电路的组成共发射极组态交流基本放大电路的组
24、成第38页，共123页，编辑于2022年，星期一2.简化电路及习惯画法简化电路及习惯画法习惯画法习惯画法 共射极基本放大电路共射极基本放大电路第39页，共123页，编辑于2022年，星期一基本组成如下：基本组成如下：三三 极极 管管T 负载电阻负载电阻Rc、RL 偏置电路偏置电路VCC、Rb 耦合电容耦合电容C1、C2起放大作用。将变化的集电极电流转换为电压输出。提供电源，并使三极管工作在线性区。输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。共发射极组态交流基本放大电路 第40页，共123页，编辑于2022年，星期一3.简单工作原理
25、简单工作原理三点原则：三点原则：1）必须设置合适的静态工作点，保证在整个周期，信号全部工作在放大区。）必须设置合适的静态工作点，保证在整个周期，信号全部工作在放大区。2）输入回路的接法，应该使输入信号能够尽量不损失的加载到放大期间的输入端）输入回路的接法，应该使输入信号能够尽量不损失的加载到放大期间的输入端3）输出回路的接法，应该使输出信号，尽可能的多的传送到负载上）输出回路的接法，应该使输出信号，尽可能的多的传送到负载上第41页，共123页，编辑于2022年，星期一 静态：静态：输入信号为零（输入信号为零（v vi i=0=0 或或 i ii i=0=0）时，放大）时，放大电路的工作状态，也
26、称电路的工作状态，也称直流工作状态直流工作状态。动态：动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称称交流工作状态交流工作状态。电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点静态工作点，常称为，常称为Q点。一般用点。一般用IB、IC、和、和VCE（或（或IBQ、ICQ、和、和VCEQ ）表示。）表示。#放大电路为什么要建立正确的静态？放大电路为什么要建立正确的静态？2.3.2 2.3.2 静态和动态静态和动态 第42页，共123页，编辑于2022年，星期
27、一情况一、截止状态 静态时：静态时：一一 设置静态性工作点的必要设置静态性工作点的必要第43页，共123页，编辑于2022年，星期一情况二、饱和状态 静态时：静态时：第44页，共123页，编辑于2022年，星期一情况三、放大状态 静态时：静态时：第45页，共123页，编辑于2022年，星期一 直流通道 交流通道 在直流电源的作用下直流电流流经的通道。电容开路；电感短路；信号源短路，但应保留其内阻。能通过交流的电路通道。电容（容量足够大，如耦合电容）-短路；直流电源短路。二二 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 (a)直流通道 (b)交流通道 图 03.07 基本放大电路的直流通道和交流通道第
28、46页，共123页，编辑于2022年，星期一 直接耦合共射放大电路及其 直流通路和交流通路第47页，共123页，编辑于2022年，星期一阻容耦合共射放大电路交流通路直流通路第48页，共123页，编辑于2022年，星期一 用近似估算法求静态工作点用近似估算法求静态工作点 用图解分析法确定静态工作点用图解分析法确定静态工作点 交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线 输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 BJT的三个工作区的三个工作区 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形一 静态工作情况分析静态工作情况分析二二 动态工作情况分析动态工作情况分析 2.3.32.3.3 图解分析法图解
29、分析法第49页，共123页，编辑于2022年，星期一 共射极放大电路共射极放大电路 一一 静态工作情况分析静态工作情况分析1.用近似估算法求静态工作点用近似估算法求静态工作点根据直流通路可知：根据直流通路可知：采用该方法，必须已知三极管的采用该方法，必须已知三极管的 值值。一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V。直流通路直流通路+-第50页，共123页，编辑于2022年，星期一 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。入输出特性曲线。共射极放大电路共射极放大电路2.用图解分析法确定静态工作点用图解分析法确定静
30、态工作点 首先，画出直流通路直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-第51页，共123页，编辑于2022年，星期一直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-列输入回路方程：VBE=VCCIBRb 列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc 在输入特性曲线上，作出直线 VBE=VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。第52页，共123页，编辑于2022年，星期一 共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的=80，Rb=
31、300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：，求：（1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作工作在哪个区域？在哪个区域？（2）当）当Rb=100k时，放大电路的时，放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）的饱和压降）解：解：（1）（2）当）当Rb=100k时，时，静态工作点为静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：所以所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（
32、120uA，6mA，0V），），例题例题第53页，共123页，编辑于2022年，星期一二二 动态工作情况分析动态工作情况分析由交流通路得纯交流负载线：由交流通路得纯交流负载线：共射极放大电路共射极放大电路交流通路交流通路icvce+-vce=-ic (Rc/RL)因为交流负载线必过因为交流负载线必过Q点，点，即即 vce=vCE-VCEQ ic=iC-ICQ 同时，令同时，令R L=Rc/RL1.交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线则交流负载线为则交流负载线为vCE-VCEQ=-(iC-ICQ)R L 即即 iC=(-1/R L)vCE+(1/R L)VCEQ+ICQ 过过输输出出特特性性
33、曲曲线线上上的的Q点点做做一一条条斜斜率率为为-1/R L 直直线线，该该直直线线即即为交流负载线。为交流负载线。RL=RLRc，是是交流负载电阻。交流负载电阻。交流负载线是交流负载线是有交流输入信号时有交流输入信号时Q点的运动轨迹。点的运动轨迹。第54页，共123页，编辑于2022年，星期一2.输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 共射极放大电路共射极放大电路通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论：1.1.vi vBE iB iC vCE|-vo|2.2.vo与与vi相位相反；相位相反；3.3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；可以测量出放大电路的电压放大倍数；4
34、.4.可以确定最大不失真输出幅度可以确定最大不失真输出幅度。#动态工作时，动态工作时，动态工作时，动态工作时，i iB B、i iC C的实际电流方向是否改变，的实际电流方向是否改变，的实际电流方向是否改变，的实际电流方向是否改变，v vCECE的实际电压的实际电压的实际电压的实际电压极性是否改变？极性是否改变？极性是否改变？极性是否改变？第55页，共123页，编辑于2022年，星期一3.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 共射极放大电路中的电压、电共射极放大电路中的电压、电流波形流波形第56页，共123页，编辑于2022年，星期一截止失真的波形截止失真的波形 3 3 波形非线性失真
35、的分析波形非线性失真的分析 由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。第57页，共123页，编辑于2022年，星期一饱和失真的波形饱和失真的波形3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响 由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。第58页，共123页，编辑于2022年，星期一4 放大电路的最大不失真输出幅度放大电路的最大不失真输出幅度 放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点工作点Q要设置在输出特性曲线放要设置在输出
36、特性曲线放 大区的中间部位；大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。要有合适的交流负载线。放大器的最大不失真输出幅度第59页，共123页，编辑于2022年，星期一例题：左图电路，由于电路参数的改变使Q点移动。iBiC1.从Q1到Q4第60页，共123页，编辑于2022年，星期一5.总结：总结：BJT的三个工作区的三个工作区当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。饱和区特点：饱和区特点：iC不再随不再随iB的增加而线性增加，即的增加而线性增加，即此时此时截止区特点：截止区特点：iB=0，iC=ICEOvCE=VCES ，典型值为，典型值为0
37、.3V第61页，共123页，编辑于2022年，星期一 6.输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形 要想要想PO大，就要使功率三角形的面积大，就要使功率三角形的面积大，即必须使大，即必须使Vom 和和Iom 都要大。都要大。功率三角形放大电路向电阻性负载提供的放大电路向电阻性负载提供的输出功率输出功率 在输出特性曲线上，正好是在输出特性曲线上，正好是三角形三角形 ABQ的面积，这一三角的面积，这一三角形称为形称为功率三角形功率三角形。第62页，共123页，编辑于2022年，星期一一一 BJT的小信号建模的小信号建模二二 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小信号模型分析 H参数的引出
38、参数的引出 H参数小信号模型参数小信号模型 模型的简化模型的简化 H参数的确定参数的确定（意义、思路）（意义、思路）利用直流通路求利用直流通路求Q点点 画小信号等效电路画小信号等效电路 求放大电路动态指标求放大电路动态指标2.3.4 2.3.4 小信号模型分析法小信号模型分析法第63页，共123页，编辑于2022年，星期一建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这
39、个非线性器件所组成的电路当作线性电路来把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。处理。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。从而简化放大电路的分析和设计。一一 BJT的小信号建模的小信号建模第64页，共123页，编辑于2022年，星期一1.H参数的引出参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe=hieib
40、+hrevceic=hfeib+hoevce 对于对于BJT双口网络，我们已双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：经知道输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：可以写成：vBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络第65页，共123页，编辑于2022年，星期一输出端交流短路时的输出端交流短路时的输入电阻输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放电流放大系数大系数；输入端交流开路时的输入端交流开路时的反向电压传输比反向电压传输比；输入端交流开路时的输入端交流开路时的输出电导输出电导。
41、其中：其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H H参数）。参数）。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce第66页，共123页，编辑于2022年，星期一2.H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H H参数与工作点有关，在放大区基本不变。参数与工作点有关，在放大区基本不变。H
42、H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。第67页，共123页，编辑于2022年，星期一3.模型的简化模型的简化hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即即 rbe=hie =hfe uT=hre rce=1/hoe一般采用习惯符号一般采用习惯符号则则BJT的的H参数模型为参数模型为 ibicvceibvbeuT vcerberce uT很小，一般为很小，一般为10-3 10-4，rce很大，约为很大，约为100k。故一般故一般可忽略它们的影响，得到简化电可忽略它们的影响，得到简化电路路 ib 是受控源是受控源，且为电流控，且为
43、电流控制电流源制电流源(CCCS)。电流方向与电流方向与ib的方向是关联的。的方向是关联的。第68页，共123页，编辑于2022年，星期一4.H参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出；rbe 与与Q点有关，可用图示点有关，可用图示仪测出。仪测出。一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe 则则 而而 (T=300K)（思考题思考题思考题思考题）rbe=rbb+(1+)re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rbb200 第69页，共123页，编辑于2022年，星期一二二 用用H参数小信号模型分析共参数小信号模型分析共 射极基本放大电路射极基本放大电路 共射极放大电路共射极
44、放大电路1.利用直流通路求利用直流通路求Q点点一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V，已知已知。第70页，共123页，编辑于2022年，星期一2.画出小信号等效电路画出小信号等效电路RbviRbRbviRc共射极放大电路共射极放大电路icvce+-交流通路交流通路RbviRcRLH参数小信号等效电路参数小信号等效电路第71页，共123页，编辑于2022年，星期一3.求电压增益求电压增益根据根据RbviRcRL则电压增益为则电压增益为（可作为公式）（可作为公式）第72页，共123页，编辑于2022年，星期一4.求输入电阻求输入电阻RbRcRLRi5.求输出电阻求输出电阻令令
45、Ro=Rc 所以所以第73页，共123页，编辑于2022年，星期一 1.电路如图所示。电路如图所示。试画出其小试画出其小信号等效模型电路。信号等效模型电路。解：解：例题例题第74页，共123页，编辑于2022年，星期一例题例题 解：解：（1）（2）2.放大电路如图所示。试求：（放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（点；（2）、。已知已知=50。第75页，共123页，编辑于2022年，星期一小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围 放大电路的输入信号幅度较小，放大电路的输入信号幅度较小，BJTBJT工作在其工作在其V VT T特性曲线的特性曲线的线性范围（即放大区）内。线性范围（即放
46、大区）内。H H参数的值是在静态工作点上求得的。参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。密切相关。优点优点：分析放大电路的动态性能指标分析放大电路的动态性能指标(Av、Ri和和Ro等等)非常方便，且适用非常方便，且适用于频率较高时的分析。于频率较高时的分析。缺点缺点：在在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及BJT的的H参数均是针对变化量参数均是针对变化量(交流量交流量)而言的，不能用来分析计算静而言的，不能用来分析计
47、算静态工作点。态工作点。第76页，共123页，编辑于2022年，星期一2.4 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 2.1.5节讨论过，温度上升时，节讨论过，温度上升时，BJT的反向电流的反向电流ICBO、ICEO及电及电流放大系数流放大系数 或或 都会增大，而发射结正向压降都会增大，而发射结正向压降VBE会减小。这些参数会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流ICQ随温度升高而增随温度升高而增加加（ICQ=IBQ+ICEO），从而使，从而使Q点随温度变化。点随温度变化。要想使要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高
48、时，电路能自动地基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流适当减小基极电流IBQ。第77页，共123页，编辑于2022年，星期一射极偏置电路射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理 目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使IC维持维持恒定。恒定。如果温度变化时，如果温度变化时，b点电位能点电位能基本不变基本不变，则可实现静态工作点的，则可实现静态工作点的稳定。稳定。T 稳定原理：稳定原理：IC IE VE、VB不变不变 VBE IB IC（反馈控制）（反馈控制）1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路(a)原理电路原理电路 (b)直流通路直流通路第78页
49、，共123页，编辑于2022年，星期一b点电位基本不变的条件点电位基本不变的条件：I1 IBQ，此时，此时，VBQ与温度无关与温度无关VBQ VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强取值越大，反馈控制作用越强一般取一般取 I1=(510)IBQ，VBQ=35V 1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理第79页，共123页，编辑于2022年，星期一1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析静态工作点静态工作点第80页，共123页，编辑于2022年，星期一电压增益电压增益画小信号等效电路画小信号等效电路
50、（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析第81页，共123页，编辑于2022年，星期一电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe增益增益（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析（可作为公式用）（可作为公式用）第82页，共123页，编辑于2022年，星期一输入电阻输入电阻则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析第83页，共123页，编辑于2022年，星期一输出电阻输出电阻输