三极管放大电路基础.ppt

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1、三极管放大电路基础 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望3 3 三极管放大电路基础三极管放大电路基础晶体三极管是由晶体三极管是由两个两个靠得很近并且背对背排列的靠得很近并且背对背排列的PNPN结，它是由结，它是由自由电子自由电子与与空穴空穴作为载流子共同参作为载流子共同参与导电的，因此晶体三极管也称为与导电的，因此晶体三极管也称为双极型晶体管双极型晶体管(B Bipolar ipolar J Junction unction T Transistorsr

2、ansistors)，简称，简称BJTBJT。3 3 三极管放大电路基础三极管放大电路基础3.1 3.1 晶体三极管的物理结构与工作模式晶体三极管的物理结构与工作模式 3.2 3.2 晶体管放大模式的工作原理晶体管放大模式的工作原理 3.3 3.3 晶体管的实际结构与等效电路模型晶体管的实际结构与等效电路模型 3.4 3.4 晶体管的饱和与截止模式晶体管的饱和与截止模式 3.5 3.5 晶体管特性的图形表示晶体管特性的图形表示3.6 3.6 晶体管电路的直流分析晶体管电路的直流分析3.7 3.7 晶体管放大器晶体管放大器3.8 3.8 晶体管的交流小信号等效模型晶体管的交流小信号等效模型3.9

3、 3.9 放大器电路的图解分析放大器电路的图解分析 3.103.10晶体管放大器的直流偏置晶体管放大器的直流偏置 3.113.11单级晶体管放大器电路单级晶体管放大器电路 3.1.13.1.1物理结构与电路符号物理结构与电路符号3.13.1三极管的物理结构与工作模式三极管的物理结构与工作模式根据根据PN结的排列方式不同，晶体三极管结的排列方式不同，晶体三极管NPNNPN型型和和PNPPNP型两种。型两种。qNPNNPN型型三极管的物理结构和电路符号如图三极管的物理结构和电路符号如图3-1-13-1-1所示。所示。图图3-1-1 NPN3-1-1 NPN型型(a)(a)物理结构物理结构(b)(b

4、)电路符号电路符号3.1.13.1.1物理结构与电路符号物理结构与电路符号3.13.1三极管的物理结构与工作模式三极管的物理结构与工作模式qPNPPNP型型三极管的物理结构和电路符号如图三极管的物理结构和电路符号如图3-1-23-1-2所示。所示。图图3-1-2 PNP3-1-2 PNP型型(a)(a)物理结构物理结构(b)(b)电路符号电路符号q结结构构特特点点：基基区区的的宽宽度度很很薄薄(m(m级级)，发发射射区区的的掺掺杂杂浓浓度度远远大大于于基区，集电结的面积大于发射结面积基区，集电结的面积大于发射结面积。3.1.23.1.2三极管的工作模式三极管的工作模式3.13.1三极管的物理结

5、构与工作模式三极管的物理结构与工作模式依依据据晶晶体体管管的的发发射射结结(EBJ)(EBJ)和和集集电电结结(CBJ)(CBJ)的的偏偏置置情情况况，晶体管的工作模式如表晶体管的工作模式如表3-1-13-1-1所示：所示：表表3-1-1：晶体管的工作模式晶体管的工作模式工作模式工作模式发射结发射结（EBJ）集电结集电结（CBJ）放大模式放大模式正偏正偏反偏反偏截止模式截止模式反偏反偏反偏反偏饱和模式饱和模式正偏正偏正偏正偏3.2晶体管放大模式的工作原理晶体管放大模式的工作原理 3.2.1 晶体管内部载流子的传递晶体管内部载流子的传递(以以NPNNPN为例为例)偏置电压偏置电压V VBEBE保

6、证发射结正向偏置，偏置电压保证发射结正向偏置，偏置电压V VCBCB保证集电结反向偏置，放保证集电结反向偏置，放大模式时晶体管内部的载流子运动如图大模式时晶体管内部的载流子运动如图3-2-1所示。所示。图图3-2-13.2晶体管放大模式的工作原理晶体管放大模式的工作原理 q在发射结处在发射结处(正偏正偏)：由两边的多子通过发射结由两边的多子通过发射结扩散运动扩散运动而形成的电流。包括：而形成的电流。包括：发射区中的多子发射区中的多子(自由电子自由电子)通过发射结注入到基区而形成的电子电流通过发射结注入到基区而形成的电子电流 基区的多子基区的多子(空穴空穴)通过发射结注入到发射区而形成的空穴电流

7、通过发射结注入到发射区而形成的空穴电流 图图3-2-1注注意意：注注入入到到基基区区的的自自由由电电子子边边扩扩散散边边复复合合，同同时时向向集集电电结结边边界界行行进进。因因基基区区很很薄薄，绝绝大大部部分分都都到到达达了了集集电电结结边边界界，仅仅有有很很小小部部分分被被基基区区中中的的空空穴穴复复合合掉掉（形成电流（形成电流 ）。）。q在集电结处在集电结处(反偏反偏):):两边的少子通过集电结漂移而形成的。包括：两边的少子通过集电结漂移而形成的。包括：集电区中少子集电区中少子(空穴空穴)漂移而形成的漂移电流漂移而形成的漂移电流基区中少子基区中少子(自由电子自由电子)漂移而形成的漂移电流漂

8、移而形成的漂移电流发射区注入的大量自由电子经集电结被集电区发射区注入的大量自由电子经集电结被集电区收集而形成的电流收集而形成的电流 3.2晶体管放大模式的工作原理晶体管放大模式的工作原理 说明：说明：q发射区为高掺杂浓度、基区为低掺杂的浓度，因此有发射区为高掺杂浓度、基区为低掺杂的浓度，因此有q集电区中因集电区中因 由少数载流子形成的，因此有由少数载流子形成的，因此有 图图3-2-1q正正向向受受控控的的电电流流：发发射射区区中中的的自自由由电电子子通通过过发发射射结结注注入入、基基区区扩扩散散(复复合合)和和集集电电区区收收集集三三个个环环节节将将发发射射区区的的注注入入电电子子转转化化为为

9、集集电电结结电电流流，成成为为正正向向受受控控的的电电流流，且且其其大大小小仅仅受受发发射射结结的的正正向向偏偏置置电电压压V VBEBE控控制制，而而几几乎与集电结反向偏置电压乎与集电结反向偏置电压V VCBCB无关。无关。q寄寄生生电电流流：其其它它载载流流子子运运动动产产生生的的电电流流对对正正向向受受控控作作用用都都是是无无用用的的，称为寄生电流。称为寄生电流。、q一般情况下，由少子形成的电流一般情况下，由少子形成的电流 可可忽忽略略不不计计。但但随随着着温温度度升升高高，本本征征激激发发的的增增强强，基基区区和和集集电电区区的的少少子子剧剧增增，则则该该电电流流显显著著增大。增大。3

10、.2晶体管放大模式的工作原理晶体管放大模式的工作原理 3.2.2晶体管的各极电流晶体管的各极电流 q集电极电流集电极电流 其中：其中：为反向饱和电流，为反向饱和电流，常温下很小，可忽略不计。常温下很小，可忽略不计。但与温度密切相关，温度每升高但与温度密切相关，温度每升高1010度，度，约增大一倍。约增大一倍。因因此此，集集电电极极的的电电流流主主要要是是 ，它它主主要要受受发发射射结结的的正正向向偏偏置置电电压压VBE影响。集电极的电流可表示为：影响。集电极的电流可表示为：其其中中I IS S 为为饱饱和和电电流流，与与基基区区的的宽宽度度成成反反比比，与与发发射射结结的的面面积积成成正正比比

11、，也称为比例也称为比例(刻度刻度)电流。典型范围为：电流。典型范围为：1010-12-121010-18-18A A。它也与温度有关，温度每升高它也与温度有关，温度每升高5 5度，约增大一倍。度，约增大一倍。3.2晶体管放大模式的工作原理晶体管放大模式的工作原理 3.2.2晶体管的各极电流晶体管的各极电流 q基极电流基极电流 其其中中称称为为共共发发射射极极的的电电流流放放大大系系数数，反反映映了了基基极极电电流流对对集集电电极极电电流的控制能力。流的控制能力。对对于于给给定定的的晶晶体体管管，其其值值为为常常数数，一一般般在在5050到到200200之之间间，但但会会受受温温度影响。度影响。

12、其中：其中：IB1是由基区注入到发射区的空穴产生的电流，是由基区注入到发射区的空穴产生的电流，IB2是基区中的空穴与发射区注入的自由电子复合引起的电流。是基区中的空穴与发射区注入的自由电子复合引起的电流。两两者者均均与与 成成比比例例关关系系。基基极极电电流流也也与与集集电电极极电电流流成成比比例例关关系系，它可表示为：它可表示为：3.2晶体管放大模式的工作原理晶体管放大模式的工作原理 3.2.2晶体管的各极电流晶体管的各极电流 q发射极电流发射极电流 其其中中为为共共基基极极电电流流放放大大倍倍数数，它它反反映映了了发发射射极极电电流流 转转化化为为集集电电极电流极电流 的能力。其值一般的能

13、力。其值一般小于约等于小于约等于1 1 。与与 的关系满足：的关系满足：或者或者注注意意：PNPPNP型型晶晶体体管管的的工工作作原原理理与与NPNNPN型型晶晶体体管管对对应应，外外部部各各极极电电流流的大小与的大小与NPNNPN型一样，但其实际电流的型一样，但其实际电流的流向流向则与则与NPNNPN型晶体管型晶体管相反相反。内部看内部看外部看外部看例例3.1 对于一个对于一个NPN型晶体管，当型晶体管，当 时，时，。求。求当当 和和 时，对应的时，对应的V VBEBE分别为多少？分别为多少？解：解：当当 时：时：则则当当 时：时：则则例例例例3.2 3.2 3.2 3.2 对某电路中对某电

14、路中对某电路中对某电路中NPNNPNNPNNPN晶体管测量晶体管测量晶体管测量晶体管测量,其基极电流为其基极电流为其基极电流为其基极电流为14.46A14.46A14.46A14.46A，发射，发射，发射，发射极电流为极电流为极电流为极电流为1.46mA1.46mA1.46mA1.46mA，发射结电压为，发射结电压为，发射结电压为，发射结电压为0.7V0.7V0.7V0.7V。求该条件下的。求该条件下的。求该条件下的。求该条件下的 、和和和和 解：解：因为因为 则有则有所以所以因为因为有则有则3.3晶体管的实际结构与等效电路模型晶体管的实际结构与等效电路模型 3.3.1 晶体管的实际结构晶体管

15、的实际结构(以以NPNNPN为例为例)NPN型晶体管的横截面如图型晶体管的横截面如图3-3-1所示。所示。结构特点：结构特点：集电区是包围着发射区的，所以集电区是包围着发射区的，所以集电结比发射结有更大的结面积，这集电结比发射结有更大的结面积，这样使得被注入到薄基区的自由电子很样使得被注入到薄基区的自由电子很难逃脱被收集的命运。因此，难逃脱被收集的命运。因此，就非常就非常接近于接近于1，非常大。非常大。图图3-3-13.3晶体管的实际结构与等效电路模型晶体管的实际结构与等效电路模型 3.3.2晶体管的等效电路模型晶体管的等效电路模型 在正偏电压在正偏电压V VBEBE及反偏电压及反偏电压V V

16、CBCB作用下，作用下，集电极电流为：集电极电流为：并且与集电结反偏电压并且与集电结反偏电压V VCBCB大小无关，大小无关，相当于一个受相当于一个受V VBEBE控制的控制的压控电流源压控电流源。等效电路模型如图等效电路模型如图3-3-23-3-2所示。所示。该模型实际上是一个该模型实际上是一个非线性非线性的电压控的电压控制电流源制电流源 图图3-3-13.4晶体管的饱和与截止模式晶体管的饱和与截止模式 3.4.1晶体管的饱和模式晶体管的饱和模式 饱和模式饱和模式：发射结与集电结电压均为正偏。：发射结与集电结电压均为正偏。内部多数载流子（自由电子）的传递如图内部多数载流子（自由电子）的传递如

17、图3-4-1所示。所示。图图3-4-1载流子运动载流子运动v在在发发射射结结VBE正正偏偏作作用用下下：多多子子正正向向传传递递，将将发发射射结结的的IEN1传传递到集电结的递到集电结的ICN1。v在在集集电电结结VBC正正偏偏作作用用下下：多多子子逆逆向向传传递递，将将集集电电结结的的ICN2传传递到发射结的递到发射结的IEN2。3.4晶体管的饱和与截止模式晶体管的饱和与截止模式 3.4.1晶体管的饱和模式晶体管的饱和模式 图图3-4-1发射极与集电极电流发射极与集电极电流：v各电流同时受各电流同时受VBE、VBC正偏作用控制，正偏作用控制，不具有不具有正向受控正向受控作用作用；v随随VBC

18、的增大，的增大，ICN2增大，使得增大，使得IE、IC迅速减小；迅速减小；v基区复合增加，基区复合增加，基极电流基极电流I IB B比放大模式时增大；比放大模式时增大；则有各电流则有各电流不再满足放大模式下的各电流关系不再满足放大模式下的各电流关系：3.4晶体管的饱和与截止模式晶体管的饱和与截止模式 3.4.1晶体管的饱和模式晶体管的饱和模式 图图3-4-2饱和模式等效电路模型饱和模式等效电路模型：如：如图图3-4-2在在饱饱和和模模式式下下，两两个个结结均均为为正正偏偏，近近似似用用两两个个饱和导通电压饱和导通电压：表示表示。工程上取值工程上取值(硅晶体管硅晶体管)则有：则有：大小与掺杂浓度

19、有关大小与掺杂浓度有关 3.4晶体管的饱和与截止模式晶体管的饱和与截止模式 3.4.2晶体管的截止模式晶体管的截止模式 图图3-4-3截止模式等效电路模型截止模式等效电路模型：如：如图图3-4-3若若忽忽略略反反向向饱饱和和电电流流 ，则则各各极极电电流流均均为为零零，可可用开路表示用开路表示。截止模式截止模式：发射结与集电结电压均为反偏。：发射结与集电结电压均为反偏。3.5晶体管特性的图形表示晶体管特性的图形表示 图图3-5-1伏伏安安特特性性曲曲线线：用用曲曲线线来来描描述述晶晶体体三三极极管管各各端端的的电电流流与与电电压压关关系系。以以共发射极共发射极为例为例(如图如图3-5-1)3-

20、5-1)输输入入特特性性曲曲线线：是是以以输输出出电电压压为为参参变变量量，描描述述输输入入端端口口的的输输入入电电流流与输入电压之间的关系曲线。即：与输入电压之间的关系曲线。即：输输出出特特性性曲曲线线：以以输输入入电电流流(有有时时也也用用输输入入电电压压)为为参参变变量量，描描述述输输出端口的输出电流与输出电压之间的关系曲线。即：出端口的输出电流与输出电压之间的关系曲线。即：3.5晶体管特性的图形表示晶体管特性的图形表示 图图3-5-2当当参参变变量量V VCECE增增大大时时，曲曲线线向向右右移移动动，或或者者当当v vBEBE一一定定时时，i iB B随随V VCECE的的增增大大而

21、减小。而减小。3.5.13.5.1输入特性曲线输入特性曲线当当V VCECE为为常常数数时时，输输入入特特性性曲曲线线是是描描述述输输入入端端口口电电流流i iB B随随端端口口电电压压v vBEBE变变化化的的曲曲线线。改改变变参参变变量量V VCECE的值，得到一组曲线的值，得到一组曲线,如图如图3-5-23-5-2所示。所示。qV VCECE在在00.3V00.3V内内变变化化时时，集集电电结结正正偏偏，BJTBJT工工作作在在饱饱和和模模式式。在在v vBEBE一一定定时时，随随V VCECE减减小小，饱饱和和程程度度加加深深，导导致致i iB B迅迅速速增增大大，即即曲曲线线向向左左

22、移移动较大动较大。qV VCECE大大于于0.3V0.3V时时，集集电电结结反反偏偏，BJTBJT工工作作在在放放大大模模式式。i iB B几几乎乎不不随随V VCECE而而变变化化。实实际际上上，i iB B随随V VCECE增增大大而而略略有有减减小小，即即曲曲线线向向右右略略有有移移动。动。3.5晶体管特性的图形表示晶体管特性的图形表示 图图3-5-3它分为四个区域：它分为四个区域：v放大区放大区v截止区截止区v饱和区饱和区v击穿区击穿区3.5.2 3.5.2 输出特性曲线输出特性曲线当当i iB B为为常常数数时时，输输出出特特性性曲曲线线是是描描述述输输出出端端口口电电流流i iC

23、C随随端端口口电电压压v vCECE变化的曲线。改变参变量变化的曲线。改变参变量i iB B的值，得到一组曲线的值，得到一组曲线,如图如图3-5-33-5-3所示。所示。3.5晶体管特性的图形表示晶体管特性的图形表示 理想情况：理想情况：放大区内放大区内i iC C的不随的不随v vCECE变化而变化的变化而变化的。实实际际器器件件：外外加加电电压压v vCECE的的变变化化导导致致基基区区的的宽宽度度发发生生变变化化，该该效效应应称称为基区的为基区的宽度调制效应宽度调制效应。当当v vCECE的增大时，基区中复合减少，的增大时，基区中复合减少，和和 略有增大，曲线略有上翘。略有增大，曲线略有

24、上翘。q放大区放大区区域区域：且且 特点特点：满足：满足 当当i iB B等等量量增增加加时时，输输出出特特性性曲曲线线也将等间隔地平行上移。也将等间隔地平行上移。3.5晶体管特性的图形表示晶体管特性的图形表示 集电极电流公式修正为：集电极电流公式修正为：q放大区放大区参参变变量量由由i iB B变变为为v vBEBE，并并反反向向延延长长相相交交于于公公共共点点A A上上，如如图图3-5-43-5-4所所示示。对应的电压用表示对应的电压用表示(V VA A)，称为，称为厄尔利电压。厄尔利电压。一般情况：一般情况：图图3-5-4输出电导为：输出电导为：输输出出电电阻阻为为：其其中中 为为静静态

25、态工工作电流。作电流。3.5晶体管特性的图形表示晶体管特性的图形表示 当当 时，晶体管的两个结均为正偏，晶体管工作在饱和时，晶体管的两个结均为正偏，晶体管工作在饱和模式。模式。随着随着 的减小而迅速减小。的减小而迅速减小。q截止区截止区工程上规定工程上规定 以下的区域称为截止区。以下的区域称为截止区。晶体管工作在截止模式时各极电流均为零，即：晶体管工作在截止模式时各极电流均为零，即：工程上规定工程上规定：作为饱和区与放大区的分界线作为饱和区与放大区的分界线q饱和区饱和区3.5晶体管特性的图形表示晶体管特性的图形表示 q击穿区击穿区当当 增增大大到到一一定定值值时时 ，集集电电结结发发生生反反向

26、向击击穿穿，导导致致集集电极电流电极电流 剧增，此现象称为剧增，此现象称为击穿。击穿。击穿类型为击穿类型为雪崩击穿。雪崩击穿。称为击穿电压。称为击穿电压。3.5晶体管特性的图形表示晶体管特性的图形表示 图图3-5-5晶体管安全工作区域：晶体管安全工作区域：q极限参数极限参数 -最大允许集电极电流最大允许集电极电流-最大允许集电极耗散功率最大允许集电极耗散功率-集电极反向击穿电压集电极反向击穿电压3.5晶体管特性的图形表示晶体管特性的图形表示 图图3-5-6转转移移特特性性曲曲线线：是是指指将将输输入入端端口口的的控控制制变变量量转移到输出端口的输出变量上。转移到输出端口的输出变量上。对于对于B

27、JTBJT晶体管，即晶体管，即 关系，如图关系，如图3-5-6 当当 小于小于0.5V0.5V时，电流很小，可以忽略。时，电流很小，可以忽略。通常在通常在0.6V0.8V0.6V0.8V之间。之间。3.5.3 3.5.3 转移特性曲线转移特性曲线 工程估算时：工程估算时：一般取一般取 3.6.6 晶体管电路的直流分析晶体管电路的直流分析 3.6.1分析方法分析方法 若若 ，则则晶晶体体管管工工作作在在截截止止模模式式，依依据据电电路路情况进一步确定晶体管各极的电压；情况进一步确定晶体管各极的电压；若若 ，假假设设晶晶体体管管工工作作在在放放大大模模式式，则则取取 ，计计算算晶晶体管的各极电压和

28、电流；体管的各极电压和电流；依依据据中中各各极极的的电电压压判判断断晶晶体体管管的的工工作作状状态态。若若 ，则则晶晶体体管管工工作作在在放放大大模模式式，假假设设正正确确，分分析析结结束束。若若 ，则则晶体管工作在饱和模式，假设不正确，转入步骤晶体管工作在饱和模式，假设不正确，转入步骤；利利用用晶晶体体管管的的饱饱和和模模型型代代入入直直流流电电路路中中晶晶体体管管，重重新新分分析析晶晶体体管管的各极电压和电流。的各极电压和电流。分析方法分析方法(NPN(NPN型型)：导通电压：导通电压 ，饱和电压，饱和电压 分析目的分析目的：分析晶体管的各极电压，确定晶体管的各个结的偏置，：分析晶体管的各

29、极电压，确定晶体管的各个结的偏置，进而确定晶体管的工作模式进而确定晶体管的工作模式。PNPPNP型型：仅将：仅将 、用分别代替用分别代替 、即可即可 例例例例3.3 3.3 3.3 3.3 在图在图在图在图3-6-13-6-13-6-13-6-1所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-1解解：因因为为 ，发发射射极极通通过过电电阻阻 接接地地，因因此，

30、发射结正偏，此，发射结正偏，取取 ，则有：，则有：判断判断：晶晶体体管管确确实实工工作作在在放放大大模模式式，假假设设正正确确，则则上上述述求求得得的的各各极极电电压、电流即为电路的解压、电流即为电路的解。例例例例3.4 3.4 3.4 3.4 在图在图在图在图3-6-23-6-23-6-23-6-2所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-2解：因为解

31、：因为 ，发射极通过电阻发射极通过电阻 接地，接地，因此发射结反偏，晶体管，因此发射结反偏，晶体管 工作在截止模式，则有：工作在截止模式，则有：例例例例3.5 3.5 3.5 3.5 在图在图在图在图3-6-3(a)3-6-3(a)3-6-3(a)3-6-3(a)所示的电路中，试分析该电路，确定晶所示的电路中，试分析该电路，确定晶所示的电路中，试分析该电路，确定晶所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的体管各极的电压和电流。假定晶体管的体管各极的电压和电流。假定晶体管的体管各极的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-3解：因为解：因为 ，假设放大模式，取，假设放大模

32、式，取 ，则有：，则有：判断：判断：因此晶体管工作在饱和模式，采用饱和模型如图因此晶体管工作在饱和模式，采用饱和模型如图(b)(b)所示所示注意：注意：以以上上三三个个例例子子的的电电路路一一样样，但但工工作作模模式式不不一样。一样。例例例例3.6 3.6 3.6 3.6 在图在图在图在图3-6-43-6-43-6-43-6-4所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管

33、的 图图3-6-4解解：假假 设设 晶晶 体体 管管 工工 作作 在在 放放 大大 模模 式式，取取 ，则有：，则有：假设正确假设正确(判断忽略判断忽略)。例例例例3.7 3.7 3.7 3.7 在图在图在图在图3-6-53-6-53-6-53-6-5所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的管各极的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-5解解：因因为为 ，发发射射极极通通过过电电阻阻 接接正正电电

34、源源，因因此，发射结正偏，此，发射结正偏，取取 ，则有：，则有：例例例例3.7 3.7 3.7 3.7 在图在图在图在图3-6-6(a)3-6-6(a)3-6-6(a)3-6-6(a)所示的电路中，试分析该电路，确定晶所示的电路中，试分析该电路，确定晶所示的电路中，试分析该电路，确定晶所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的体管各极的电压和电流。假定晶体管的体管各极的电压和电流。假定晶体管的体管各极的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-6解解：将将左左边边部部分分等等效效为为戴戴维维南南形形式，如式，如(b)图所示，其中：图所示，其中：可求得：可求得：或者或者例例

35、例例3.73.73.73.7说明说明说明说明发射极与基极的电阻可以发射极与基极的电阻可以互相折算互相折算：v计算基极的电流：将发射极的电阻计算基极的电流：将发射极的电阻 折算到基极中，其折算方法折算到基极中，其折算方法为乘上系数为乘上系数 ，即为，即为 ；v计算发射极电流：将基极的电阻计算发射极电流：将基极的电阻 折算到发射极中，其折算方法折算到发射极中，其折算方法为乘上系数为乘上系数 ，即为，即为 。若若 足够大，则有足够大，则有 ，工程估算时方便。，工程估算时方便。q放大对象放大对象交流信号的幅度；交流信号的幅度；q晶体管工作模式晶体管工作模式放大模式放大模式需要直流偏置；需要直流偏置；q

36、处理方式处理方式线性放大线性放大工作点应处在特性曲线的线性区域；工作点应处在特性曲线的线性区域；q实现方法实现方法v将将晶晶体体管管偏偏置置在在关关系系曲曲线线上上相相对对比比较较直直线线的的工工作作点点Q的的位位置置上上(对应的电压电流分别为对应的电压电流分别为VBEQ，ICQ)；v将将要要放放大大的的交交流流信信号号vbe叠叠加加在在直直流流电电压压VBEQ上上，要要求求交交流流信信号号vbe的的幅幅度度足足够够小小，可可认认为为晶晶体体管管被被约约束束在在特特性性曲曲线线的的一一小小段段几几乎乎是线性的线段上，可以实现线性放大。是线性的线段上，可以实现线性放大。q注意变量符号区别注意变量

37、符号区别交流量：交流量：小写符号小写下标，如小写符号小写下标，如直流量：直流量：大写符号大写下标，如大写符号大写下标，如总瞬时量：总瞬时量：小写符号大写下标，如小写符号大写下标，如3.7晶体管放大器晶体管放大器 其中：其中：为待放大的交流小信号为待放大的交流小信号 为为晶晶体体管管提提供供直直流流偏偏置电压，保证晶体管工作在放大模式置电压，保证晶体管工作在放大模式3.7晶体管放大器晶体管放大器 3.7.1晶体管放大器的电路晶体管放大器的电路 图图3-7-1q基本电路基本电路：如图：如图3.7.13.7.1q直流分析直流分析：令：令 得直流通路，如下图所示，得直流通路，如下图所示，则有：则有：直

38、流通路直流通路3.7晶体管放大器晶体管放大器 3.7.2集电极电流与跨导集电极电流与跨导 当满足当满足 时，则有时，则有 集电极的总瞬时电流：集电极的总瞬时电流：基极与发射极之间总瞬时电压基极与发射极之间总瞬时电压：直流与交流叠加直流与交流叠加 其中其中称称为为跨跨导导，将将 转转化化为为 的的能能力力，它它与与 成成正正比比关系。其单位为西门子关系。其单位为西门子(S)(S)。-交流信号电流交流信号电流-直流偏置电流直流偏置电流3.7晶体管放大器晶体管放大器 跨导的图形求解跨导的图形求解 跨跨导导是是在在 特特性性曲曲线线上上对对应应的的直直流工作点流工作点Q Q处的斜率处的斜率，如图如图3

39、-7-2，即：，即：则有：则有：如图如图3-7-2与直流工作点与直流工作点Q Q有关，即与直流偏置电流有关，即与直流偏置电流I ICQCQ有关有关3.7晶体管放大器晶体管放大器 3.7.3基极电流与基极输入阻抗基极电流与基极输入阻抗 -基极交流信号电流基极交流信号电流 基极总瞬时电流：基极总瞬时电流：q基极电流基极电流 q基极输入阻抗基极输入阻抗 定义：从基极看进去的基极与发射极之间的定义：从基极看进去的基极与发射极之间的交流交流电阻，记作电阻，记作 其中其中-基极直流偏置电流基极直流偏置电流3.7晶体管放大器晶体管放大器 3.7.4发射极电流与发射极输入阻抗发射极电流与发射极输入阻抗 -发射

40、极直流偏置电流发射极直流偏置电流 发射极总瞬时电流：发射极总瞬时电流：q发射极电流发射极电流 q发射极输入阻抗发射极输入阻抗 定义：从发射极看进去的发射极与基极之间的定义：从发射极看进去的发射极与基极之间的交流交流电阻，记作电阻，记作-发射极交流信号电流发射极交流信号电流 其中其中3.7晶体管放大器晶体管放大器 基极输入电阻与发射极输入电阻的关系基极输入电阻与发射极输入电阻的关系 基极输入阻抗：基极输入阻抗：发射极输入阻抗：发射极输入阻抗：因为因为 或者或者 两者关系：两者关系：说明说明：满足：满足基极电阻与发射极电阻之间的折算关系基极电阻与发射极电阻之间的折算关系 3.7晶体管放大器晶体管放

41、大器 3.7.5电压放大倍数电压放大倍数 集电极的总瞬时电压：集电极的总瞬时电压：q定义定义电电压压放放大大倍倍数数定定义义为为输输出出交交流流电电压压与与输输入入交流电压的比值，也称为交流电压的比值，也称为电压增益电压增益。其中其中-交流信号电压交流信号电压q电压放大倍数电压放大倍数-负号表示负号表示反相反相 3.7晶体管放大器晶体管放大器 常用公式小结常用公式小结 3.8晶体管的交流小信号等效模型晶体管的交流小信号等效模型 q信号组成信号组成：总瞬时量总瞬时量=直流分量直流分量+交流分量；交流分量；直流分量直流分量-决定晶体管的工作模式决定晶体管的工作模式 交流分量交流分量-信号放大的对象

42、信号放大的对象q电路组成电路组成：直流通路直流通路+交流通路；交流通路；直流通路直流通路-分析晶体管电路的直流分量分析晶体管电路的直流分量 交流通路交流通路-分析晶体管放大器的相关性能分析晶体管放大器的相关性能 (要求必须在直流通路基础上进行分要求必须在直流通路基础上进行分)q直流通路与交流通路的画法直流通路与交流通路的画法:直流通路：令所有交流分量为零所得电路，即将交流独立电直流通路：令所有交流分量为零所得电路，即将交流独立电 流源开路，交流独立电压源短路。流源开路，交流独立电压源短路。交流通路：令所有直流分量为零所得电路，即将直流独立电交流通路：令所有直流分量为零所得电路，即将直流独立电

43、流源开路，直流独立电压源短路。流源开路，直流独立电压源短路。3.8晶体管的交流小信号等效模型晶体管的交流小信号等效模型 直流通路、交流通路画法实例直流通路、交流通路画法实例(a)(a)图为晶体管放大器基本电路图为晶体管放大器基本电路(b)(b)图为晶体管放大器的直流通路：在图为晶体管放大器的直流通路：在(a)(a)图中将图中将 短路即可。短路即可。(c)(c)图为晶体管放大器的交流通路：在图为晶体管放大器的交流通路：在(a)(a)图中将图中将 、短路即可。短路即可。对交流通路的分析通常采用对交流通路的分析通常采用交流小信号等效模型交流小信号等效模型来分析来分析3.8晶体管的交流小信号等效模型晶

44、体管的交流小信号等效模型 基基极极输输入入的的交交流流电电阻阻为为 ，集集电电极极的的交交流流电电流流为为 ，是是电电流流控控制制电电流流源源，交流小信号等效模型如图交流小信号等效模型如图3-8-2(a)所示。所示。3.8.1混合混合 型模型型模型(适合适合NPNNPN、PNP)PNP)图图3-8-2图图(b)(b)是电压控制电流源。是电压控制电流源。图图(c)(c)考考虑虑基基极极引引线线接接触触电电阻阻 和和厄厄尔尔利利效效应应的的输输出出电电阻阻 的的电电流流控控制制电电流流源源形形式。一般取式。一般取则有：则有：图图(d)(d)考考虑虑基基极极引引线线接接触触电电阻阻 和和厄厄尔尔利利

45、效效应应的的输输出出电电阻阻 的的电电压压控控制制电电流流源源形形式。式。3.8晶体管的交流小信号等效模型晶体管的交流小信号等效模型 发发射射极极输输入入的的交交流流电电阻阻为为 ，集集电电极极的的交交流流电电流流为为 ，是是电电压压控控制电流源，交流小信号等效模型如图制电流源，交流小信号等效模型如图3-8-3(b)所示。所示。3.8.2 T T型模型型模型(适合适合NPNNPN、PNP)PNP)共基极放大器图图3-8-3因因此此集集电电极极的的交交流流电电流流也也可可以以看看成成是是一一个个电电流流控控制制的的受受控控源源，如如图图3-8-3-8-3(c)3(c)所示。所示。又因为又因为3.

46、8晶体管的交流小信号等效模型晶体管的交流小信号等效模型 分析方法分析方法q在在实实际际放放大大器器电电路路中中，得得到到晶晶体体管管放放大大器器的的直直流流通通路路，并并在在此此电电路路上上确确定晶体管的直流工作点的电压与电流，如定晶体管的直流工作点的电压与电流，如 或或 q由直流工作点状态确定晶体管的交流小信号模型的有关由直流工作点状态确定晶体管的交流小信号模型的有关参数参数：如：如：q在在实实际际放放大大器器电电路路中中，得得到到晶晶体体管管放放大大器器的的交交流流通通路路(将将隔隔直直电电容容和和旁旁路电容短路路电容短路)q选用一种尽可能简单的交流小信号选用一种尽可能简单的交流小信号模型

47、模型代替交流通路中的晶体管代替交流通路中的晶体管q分分析析电电路路，求求解解所所需需的的量量(如如电电压压增增益益、电电流流增增益益、输输入入阻阻抗抗、输输出出阻阻抗抗及各部分的交流量等及各部分的交流量等)q如有必要求解如有必要求解总瞬时量总瞬时量，则将相应的直流量与交流量进行线性叠加，则将相应的直流量与交流量进行线性叠加 3.8.3 交流小信号等效模型应用交流小信号等效模型应用 3.8晶体管的交流小信号等效模型晶体管的交流小信号等效模型 实例分析：实例分析：试分析图试分析图3-8-4所示的晶体管放大器电路的电压增益所示的晶体管放大器电路的电压增益 ，假设假设 。若输入信号。若输入信号 (mV

48、)，请写出集电极的输出电，请写出集电极的输出电压压 的表达式。的表达式。图图3-8-4解：直流通路如图解：直流通路如图 直流通路直流通路交流小信号参数为交流小信号参数为 3.8晶体管的交流小信号等效模型晶体管的交流小信号等效模型 交流通路如图交流通路如图(a)(a)总瞬时值为：总瞬时值为：代入模型如图代入模型如图(b)(b)当输入信号当输入信号 (mV)，则有，则有3.9 放大器电路的图解分析放大器电路的图解分析 q第第一一步步，确确定定晶晶体体管管的的静静态态工工作作点点Q，利利用用晶晶体体管管的的输输入入特特性性曲曲线线 来来确确定定晶晶体体管管的的基基极极电电流流 ，如如图图3-9-2所

49、所示示，其其中中 输入负载线。输入负载线。放放大大器器电电路路分分析析也也可可以以利利用用图图形形的的方方式式进进行行求求解解，前前提提是是必必须须知知道道晶体管的输入输出特性曲线。晶体管的输入输出特性曲线。求解步骤：求解步骤：放大电路放大电路图图3-9-2 输入工作点图解输入工作点图解3.9 放大器电路的图解分析放大器电路的图解分析 q第第二二步步，确确定定晶晶体体管管的的静静态态工工作作点点Q，利利用用晶晶体体管管的的输输出出特特性性曲曲线线 ，依依据据 来来确确定定晶晶体体管管的的集集电电极极电电流流 ，如如图图3-9-3所示，其中所示，其中 输入负载线。输入负载线。要求：要求：工工作作

50、点点Q Q应应位位于于放放大大区区内内，并并且且它它所所处处的的位位置置应应保保证证输输入入信信号幅度有合适的动态范围。号幅度有合适的动态范围。图图3-9-3 输出工作点图解输出工作点图解3.9 放大器电路的图解分析放大器电路的图解分析 q第第三三步步，基基极极加加交交流流信信号号 ，如如图图3-9-4所所示示，此此时时基基极极的的总总瞬瞬时时电电压为压为对对应应于于每每个个瞬瞬时时值值，都都可可以以画画出出对对应应的的输输入入负负载载线线，这这些些输输入入负负载载线线与与输输入入特特性性曲曲线线相相交交，交交点点坐坐标标给给出了相应的出了相应的放大电路放大电路图图3-9-4 输入瞬时值图解输