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1、第第 三三 章章半导体三极管及其基本放大电路半导体三极管及其基本放大电路 3.0 引言引言 20世纪世纪40年代年代,由由Bardeen,Brattain和和Schockley在贝尔实在贝尔实验验 室开发的硅晶体管室开发的硅晶体管,在在20世纪世纪50年代和年代和60年代掀起了第一次电子年代掀起了第一次电子 革命革命.这项成果导致了这项成果导致了1958年集成电路的开发及在电子电路中应年集成电路的开发及在电子电路中应 用广泛的晶体管运算放大器的产生用广泛的晶体管运算放大器的产生.本章介绍的三极管属于双极型器件本章介绍的三极管属于双极型器件,是两类晶体管中的第一是两类晶体管中的第一 种类型种类型
2、.下面将详细讨论其物理结构、工作原理及其在放大电路下面将详细讨论其物理结构、工作原理及其在放大电路 中的应用中的应用.3.1 双双 极极 型型 晶晶 体体 管管(Bipolar Junction Transistor)一、一、结构、分类、符号结构、分类、符号PNPebc发射区发射区基区基区 集电区集电区(发射结发射结)JeJc (集电结集电结)bec图 3.1becJc (集电结集电结)NPNebc(发射结发射结)Je发射区发射区基区基区 集电区集电区3.1 BJT图图 3.2 几种几种BJT的外形的外形结构特点结构特点:1、基区很薄、基区很薄(106m),且轻掺杂且轻掺杂(1015 cm3)
3、;2、发射区重掺杂、发射区重掺杂(1019 cm3);3、集电区面积大、集电区面积大,且掺杂较轻且掺杂较轻(1017 cm3).BJT的结构特点是决定其能进行信号放大的内部物质基础的结构特点是决定其能进行信号放大的内部物质基础.3.1 BJT二二、BJT的电流分配与电流放大作用的电流分配与电流放大作用 1、BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程见图见图3.3所示所示.BJT放大所必须具备的外部条件是放大所必须具备的外部条件是:Je正偏正偏,Jc反偏反偏.发射区发射电子发射区发射电子,形成射极电流形成射极电流IE;电子在基区复合电子在基区复合,形成基极电流形成基极电流IB;集电区收集电子
4、集电区收集电子,形成集电极电流形成集电极电流IC.IE=IC+IB(1+)IB (31)IC=IB+ICEO IB (32)IC=IE+ICBO IE (33)3.1 BJTIB=IEp+(IEnICn1)ICBOIC=ICn1+ICn2+ICp=ICn1+ICBOICBO+VBBRBRC +VCC NPNECBJeIEnIcn1Icn2IcpICBOJcIEpIBIEIC图 3.3IE=IC+IB IE=IEp+IEnIC=IE+ICBOIE IC=ICn1+ICBO ICn1 IC=(34)IE IEIC=(IB+IC)+ICBO 1IC=IB+ICBO 1 1 3.1 BJT 1IC=I
5、B+ICBO 1 1 =(35)1 1ICEO=ICBO 1 =(1+)ICBO (36)IC=IB+ICEO IB IE=IC+IB(1+)IB 2.、ICBO、ICEO的物理含义的物理含义共基极直流电流放大倍数共基极直流电流放大倍数.1,1.ICn1 IC=IE IE3.1 BJT =1 ICn1 =IE IB=IEp+(IEnICn1)ICBO=IEICn1ICBO ICICBO IC=IBICBO IB 共射极直流电流放大倍数共射极直流电流放大倍数.1.=1 =(38)1+图 3.4ICBO 受温度影响较大受温度影响较大ceb+VCCICBO(37)3.1 BJT +VBE +VCB+
6、VCCICEO图 3.5ICEO=ICBO+ICBO=(1+)ICBO3.电流分配关系电流分配关系IE=IES(e 1)IES e (39)VBEVTVBEVTIC=IB IC=IE 三三、BJT的特性曲线的特性曲线3.1 BJT1、输入特性输入特性 共射接法共射接法iB=f(vBE)vCE=CE +vCE iC+vBE iBBC(a)vCE1V(b)vCE=0VvBE/V0iB/A图 3.6EBCWBNPN(c)基区宽度调制效应3.1 BJT2、输出特性输出特性 共射接法共射接法iC=f(vCE)iB=C图 3.7OvBE1vBE2vBE3vBE4vCEVAiCA图 3.8 VCEIC Is
7、e 1 (310)VAVBEVT20A60AiB=100A80A40A放 大 区iC/mA0vCE/V饱和区ICEOV(BR)CEO截止区击 穿 区0543213.1 BJT(1)放大区放大区 Je正偏正偏,Jc反偏反偏.IC=IB+ICEO IB VCEIC(b)IC(a)IC IC 图 3.93.1 BJT(2)截止区截止区 Je、Jc均反偏均反偏.工程上规定工程上规定IB=0(IC=ICEO0)以下的区以下的区域称为截止区域称为截止区;严格说来严格说来,截止区应是截止区应是IE=0以下的区域以下的区域.(IC=ICBO,IB=ICBO)(3)饱和区饱和区 Je、Jc均正偏均正偏.VBE(
8、sat)0.7V;VCE(sat)0.3V(4)击穿区击穿区 VCEVCB Jc 雪崩击穿雪崩击穿 V(BR)CEO IB V(BR)CEO ICIB ICIB 3.1 BJT四、四、BJT的主要参数的主要参数 1、表征放大能力的参数、表征放大能力的参数 IC=IB共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数(hFE).iC=(311)iB共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数(hfe).在小信号条件下在小信号条件下,.IC=IE共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数.3.1 BJT共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数.iC=(312)iE =1 =(314)1+=(313
9、)1 =1+2、表征稳定性的参数、表征稳定性的参数 极间反向电流极间反向电流 ICBO:集电极集电极 基极反向饱和电流基极反向饱和电流.ICEO:集电极集电极 发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流.(穿透电流穿透电流)3、表征安全工作区域的参数、表征安全工作区域的参数3.1 BJT(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM(3)反向击穿电压反向击穿电压 VBR(EBO):集电极开路时集电极开路时,发射发射极极 基极间的反向击穿电压基极间的反向击穿电压.VBR(CBO):发射极开路时发射极开路时,集电集电极极 基极间的反向击穿电压基极
10、间的反向击穿电压.VBR(CEO):基极开路时基极开路时,集电极集电极发射极间的反向击穿电压发射极间的反向击穿电压.VBR(CBO)VBR(CEO)V(BR)CEOPCMVCE/V安 全 工 作 区图图 3.10OIC/mAICM3.1 BJT4、温度特性、温度特性 VBE/T=(22.5)mV/oC;/(T)=(0.51)%/oC;ICBO(T2)=ICBO(T1)2T2T1 105、结电容、结电容 发射结电容Cbe,集电结电容Cbc.五、五、BJT的电路模型的电路模型 1、直流等效电路模型、直流等效电路模型(放大区放大区)3.1 BJT(a)b+VCC +VBB eIERcICRbIBcI
11、B+VCC +VBB c(b)RcICRbbeIB +VBE 图 3.11 VBBVBE IB=Rb IC=IBVCE=VCCICRc2、交流小信号等效电路模型、交流小信号等效电路模型(放大区放大区)3.1 BJT+vCEiC+vBEiBbce(a)+hrevce hie1/hoehfeib+vceic+vbeibbce(b)rbeib+vceic+vbeibbce(c)图 3.12iB=IBQ+ib vBE=VBEQ+vbe iC=ICQ+ic vCE=VCEQ+vce vBE=f1(iB,vCE)iC=f2(iB,vCE)vBE vBEvBE=f1(iB,vCE)=f1(IBQ,VCEQ)
12、+ib+vce+iB Q vCE QVBEQvbe3.1 BJT iC iCiC=f2(iB,vCE)=f2(IBQ,VCEQ)+ib+vce+iB Q vCE QICQic vBE vBEvbe=ib+vce=hieib+hrevcehieib iB Q vCE Q iC iCic=ib+vce=hfeib+hoevce hfeib iB Q vCE Qvbe ichie hrehfe hoe ib vce=hie()hre hfe hoe(S)h ehie hrehfe hoe=rbe T 1/rce=103 103 104 102 103 S(315)(316)(317)3.1 BJTi
13、erbebrbbbeereib VT(mV)rbe=rbb+(1+)(318)IEQ(mA)1 iE IES e IEQ =IESe =rbe vBE Q vBE VT VTvBEVT vBE=VBEQ VBEQ VT rbe=Vbe Ib re 0 Vbe Ib rbb+Ie rb e 图 3.133.1 BJT六、六、BJT的基本应用的基本应用 1、电流源、电流源OiI0v(b)OiviBQvCE(sat)(d)i=I0+v(a)Rc +VCC +v=vCE iCiB(c)图 3.142、开关、开关 图图3.15所示为所示为BJT反相器电路反相器电路,BJT在截止区和饱和区之在截止区和饱和
14、区之3.1 BJT间切换间切换.负载可以是电动机负载可以是电动机,发光二极管或其他电子设备发光二极管或其他电子设备.+vBE VCC+vCE图 3.15iCiB负载vIvO3、放大器、放大器3.2 放放 大大 器器 概概 述述 放大器放大器(Amplifier)是应用最广泛的一种功能电路是应用最广泛的一种功能电路.大多数大多数模拟电子系统都应用了不同类型的放大电路模拟电子系统都应用了不同类型的放大电路.一、放大的概念一、放大的概念 放大器的作用是将输入信号进行不失真的放大放大器的作用是将输入信号进行不失真的放大,使输出信使输出信号强度号强度(功率功率、电压或电流、电压或电流)大于输入信号强度大
15、于输入信号强度,且不失真地重且不失真地重现输入信号波形现输入信号波形.放大器实际上是一种能量控制装置放大器实际上是一种能量控制装置.它利用三极管它利用三极管(或场效或场效应管应管)的放大和控制作用的放大和控制作用,将直流电源的能量转换为放大了的交将直流电源的能量转换为放大了的交流输出能量流输出能量.3.2 放放 大大 器器 概概 述述 DC电压源电压源信号源信号源放大器放大器负载负载 高信号高信号 功率功率 CD 播放器播放器扬声器扬声器 DC 功率功率 低信号低信号 功率功率图 3.16来自特定信源的时变信号在能被来自特定信源的时变信号在能被利用利用之前常常需要放大之前常常需要放大.(举例说
16、明举例说明)3.2 放放 大大 器器 概概 述述二、放大器的主要性能指标二、放大器的主要性能指标+Vo+ViIiIo信号源信号源放大器放大器负载负载RiRo +Vs RsRL图 3.171、输入电阻、输入电阻 Vi Ri=(319)Ii 3.2 放放 大大 器器 概概 述述2、输出电阻、输出电阻 VT Ro=(Vs=0 或 Is=0)(320)IT 3、增益、增益(放大倍数放大倍数)Vo Io Io VoAV=AI=AG=AR=(321)Vi Ii Vi Ii 电压增益电压增益=20lgAVdB 电流增益电流增益=20lgAIdB放大器的四种模型放大器的四种模型3.2 放放 大大 器器 概概
17、述述 (a)电压放大器电压放大器+AVOVi +Vs RiRL+VoRoRs+Vi RL AV=AVO Ro RL AVAVO (322)Ro+RLRi Rs (Ri)Ro RL(Ro0)Vo Vo Vi RiAVS=AV Ri Rs AVSAV (323)Vs Vi Vs Rs+Ri3.2 放放 大大 器器 概概 述述 (b)电流放大器电流放大器IsRiRLIoRsAISIiIiRo Ri Rs (Ri0)Ro RL(Ro)RsIi=Is Ri Rs IiIs (325)Rs+Ri Ro AI=AIS Ro RL AIAIS (324)Ro+RL3.2 放放 大大 器器 概概 述述 (c)互
18、阻互阻放大器放大器RiRs (Ri0)RoRL(Ro0)+VoRo+ARO IiRiRLRsIsIi (d)互导互导放大器放大器Ri Rs (Ri)RoRL(Ro)+Vs 图 3.18RiRLRs+ViAGSViRoIo3.2 放放 大大 器器 概概 述述 BW=fH fL (326)3dB图 3.19O20lgAVdB3dBfHfLf/Hz带宽带宽4、带宽带宽5、非线性失真系数、非线性失真系数 =(327)Vo1 V2ok k=23.2 放放 大大 器器 概概 述述三、基本放大器的组成三、基本放大器的组成 1、三极管的三种基本接法、三极管的三种基本接法b图图 3.20 ebcicibc(a)
19、ieibbeiciece(c)(b)2、基本共发射极放大器、基本共发射极放大器3.2 放放 大大 器器 概概 述述+Cb1RL+voT+vs RcRbVCC+vi(a)Cb2Rs+vs Ce+Cb1ReTRLRb2Rs+voRcRb1VCC+vi(b)Cb2+图图 3.21 3、各元件的作用、各元件的作用3.2 放放 大大 器器 概概 述述 T:放大电路的核心元件放大电路的核心元件.具有电流放大作用具有电流放大作用.直流电源直流电源VCC:为三极管提供放大的外部条件为三极管提供放大的外部条件;并为放大并为放大器提供能量来源器提供能量来源.基极偏置电阻基极偏置电阻Rb:为三极管提供合适的基极偏置
20、电流为三极管提供合适的基极偏置电流IBQ.集电极负载电阻集电极负载电阻Rc:将将icvce,以实现电压放大以实现电压放大.同时同时,Rc也起直流负载的作用也起直流负载的作用.耦合电容耦合电容Cb1、Cb2:“通交隔直通交隔直”,一般用电解电容一般用电解电容,连接连接时注意电容的极性时注意电容的极性.负载电阻负载电阻RL:放大电路的外接负载放大电路的外接负载,它可以是耳机、扬声它可以是耳机、扬声器或其他执行机构器或其他执行机构,也可以是后级放大电路的输入电阻也可以是后级放大电路的输入电阻.3.2 放放 大大 器器 概概 述述四、放大器的直流通路和交流通路四、放大器的直流通路和交流通路 1、直流通
21、路的画法直流通路的画法:将电容作开路处理将电容作开路处理,电感作短路处理电感作短路处理.2、交流通路的画法交流通路的画法:将电容及直流电源作短路处理将电容及直流电源作短路处理.3、放大器中电压、电流的符号规定、放大器中电压、电流的符号规定名名 称称总电压或总电压或 总电流总电流直流量直流量交流量交流量 基本基本关系式关系式瞬时值瞬时值有效值有效值基极电流基极电流iBIBQibIbiB=IBQ+ib集电极电流集电极电流iCICQicIciC=ICQ+ic基基射电压射电压vBEVBEQvbeVbevBE=VBEQ+vbe集集射电压射电压vCEVCEQvceVcevCE=VCEQ+vce表表3-13
22、.2 放放 大大 器器 概概 述述(a)TRcRbVCCIBQICQ +VCEQ TRL+viic +vs Rs+voRcRbib(b)ICQRb2IBQTRcRb1VCCRe +VCEQ RLT+vi +vs Rs+voRcRbibicRb=Rb1Rb2图图 3.22 3.2 放放 大大 器器 概概 述述五、放大器的基本工作情况五、放大器的基本工作情况+Cb1RL+voT+vs RcRbVCC+vi(a)Cb2Rs0vitvBEtVBEQiBtIBQiCtICQvCEtVCEQvot0(b)图图 3.23 3.2 放放 大大 器器 概概 述述直流电源直流电源VCC提供的功率为提供的功率为:1
23、 1PD=VCCiC=VCC(ICQ+Icmsint)dt=VCCICQ 2 22020加到加到RC上的功率为上的功率为:1 1 1PL=iC2RC=(ICQ+Icmsint)2RC dt=ICQ2RC+Icm2RC 2 2 22020加到三极管上的功率为加到三极管上的功率为:1 1PC=vCEiC=(VCEQIcmRCsint)(ICQ+Icmsint)dt 2 2 1 =VCEQICQ Icm2RC 22020PD=VCCICQ=(VCEQ+ICQRC)ICQ=VCEQICQ+ICQ2RC=PL+PCvi=0,PD=PL+PC;vi,PC ，PL .PD PL T3.3 放大器的图解分析方
24、法放大器的图解分析方法 图解分析可以提供对放大器工作情况的直观认识图解分析可以提供对放大器工作情况的直观认识.一、静态分析一、静态分析 1、分析目的、分析目的:确定确定Q点点(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ)2、分析对象、分析对象:直流通路直流通路+Cb1RL+voT+vs RcRbVCC+viCb2RsTRcRbVCCIBQICQ +VCEQ 3.3 放大器的图解分析方法放大器的图解分析方法3、分析步骤、分析步骤:VCC=IB Rb+VBEIB=f(VBE)VCE=CVCC=IC Rc+VCEIC=f(VCE)IB=CIBQVCC RbVCCQOIBVBEVBEQ直流负载线直流负载线直流
25、负载线直流负载线OVCCVCEQVCEIC IBQVCC RcICQ图图 3.24 3.3 放大器的图解分析方法放大器的图解分析方法二、动态分析二、动态分析 1、分析目的、分析目的:确定确定 AV、Vom,了解非线性失真了解非线性失真.2、分析对象、分析对象:交流通路交流通路+Cb1RL+voT+vs RcRbVCC+viCb2RsRLT+vi +vs Rs+voRcRbibic3、分析步骤、分析步骤:(1)(2)(3)3.3 放大器的图解分析方法放大器的图解分析方法OvCEiC VCCIBQVCC RC交流负载线交流负载线ICQVCEQICQ RL 1 Rc 1 RLRL=RCRLAVOAV
26、RL,RL=Rc,AVO=AViBOQvBEIBQ图图 3.25 3.3 放大器的图解分析方法放大器的图解分析方法三、建立三、建立Q点的必要性点的必要性QQQIBQQQQ图图 3.26OiBvBEOvCEVCCIBQVCC RcICQVCEQ截止截止失真失真饱和饱和失真失真iC 3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法一、静态分析一、静态分析 1、分析目的、分析目的:确定确定Q点点(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ)2、分析对象、分析对象:直流通路直流通路 (a)固定偏置固定偏置TRcRbVCCIBQICQ +VCEQ 图图 3.27 VBBVBE IBQ=Rb ICQ=IBQV
27、CEQ=VCCICQRc3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法图图 3.28 (b)分压偏置分压偏置ICQIBQRb2TRcRb1VCCRe +VCEQ ICQ=IBQVCEQ=VCCICQRcIEQRe VCCICQ(Rc+Re)Rb=Rb1Rb2 VBBVBE IBQ=Rb+(1+)Re Rb2VBB=VCC Rb1+Rb2 +VBB+VCCTRcRbReIBQICQ +VCEQ 3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法ICQIBQRb2TRcRb1VCCRe +VCEQ Rb2VBQ VCC Rb1+Rb2 IBQ=ICQ/VCEQVCCICQ(Rc+Re)VE
28、Q VBQ VBEICQIEQ=Re Re若若(1+)Re 10Rb,可按如下方法确定可按如下方法确定Q点点.IBQVBQVEQ IEQ(ICQ)VCEQ3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法TRcRbVCCIBQICQ +VCEQ T VBE ICQ ICBOT=300oK,=100,VBE=0.7V,ICBO=1012A IBQ=19.63A,ICQ=1.96mA,VCEQ=2.08VT30oC,=130,VBE=0.625V,ICBO=81012A IBQ=19.91A,ICQ=2.59mA,VCEQ=0.82V(c)两种偏置电路的比较两种偏置电路的比较3.4 放大器的等效
29、电路分析法放大器的等效电路分析法分压偏置电路最大的优点是稳定了分压偏置电路最大的优点是稳定了Q点点.T ICQ(IEQ)VEOVBEQ(VBQVEQ)ICQ IBO IEQICQIBQRb2TRcRb1VCCReVEQVBQI1【例【例 3.1】电路如图】电路如图 3.28 所示所示.设设Rb1=56k,Rb2=12.2k,Rc=2k,Re=0.4k,VCC=10V,VBE=0.7V,=100.(1)试试 确定确定Q点点.(2)当当在一定范围内变化时在一定范围内变化时,确定确定Q点变化范围点变化范围.3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法【解】【解】(1)Rb2 12.2VBQ=
30、VCC=101.79V Rb1+Rb2 56+12.2ICQ=IBQ=10021.6=2.16mAVCEQ=VCCICQRcIEQRe 4.81VRb=Rb1Rb2=5612.2 10 k VBBVBE(on)1.79 0.7 IBQ=21.6A Rb+(1+)Re 10+1010.4IEQ=(1+)IBQ=10121.6=2.18mA上述结果表明上述结果表明:晶体三极管被偏置在放大区晶体三极管被偏置在放大区.3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法(2)当当 变化变化50时时,可得到以下的结果可得到以下的结果:IBQ(A)ICQ(mA)IEQ(mA)VCEQ(V)5035.91.
31、801.835.6710021.62.162.184.8115015.52.322.344.40表表 3-2 当当 变化率为变化率为3:1时时,集电极电流和集集电极电流和集-射电压的变化率射电压的变化率 只有只有1.29:1.射极电阻射极电阻Re能在能在变化时变化时,稳定静态工作点稳定静态工作点.【例【例 3.2】试设计一分压偏置电路】试设计一分压偏置电路,要求要求ICQ=1mA,VCEQ=4.5V,已知已知VCC=9V,=100.3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法 实际情况下实际情况下,为要使为要使Q点稳定点稳定,I1愈愈大大于于IB以及以及VB愈大于愈大于VBE愈好愈好,
32、但为兼顾其但为兼顾其他指标他指标,对于硅管对于硅管,一般可选取一般可选取 I1=(510)IB VEQ=0.2VCC 或或 VEQ=(13)VIEQICQIBQRb2TRcRb1VCCReVEQVBQI1【解】【解】(1)取取 VEQ=0.2VCC=0.29=1.8V 则则 Re=VEQ/IEQVEQ/ICQ=1.8/1=1.8k (2)取取 I1=10IBQ=10ICQ/=0.1mA 则则 Rb1+Rb2=VCC/I1=90k 3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法 Rb2VBQ=VCC Rb1+Rb2 VBQ=VBE+VEQ=0.7+1.8=2.5V Rb1+Rb2=90kR
33、b2=25kRb1=90Rb2=75 k(3)VCEQVCCICQ(Rc+Re)VCCVCEQ 9 4.5 Rc=Re=1.8=2.7 k ICQ 1说明说明:除三极管放大电路外除三极管放大电路外,分压偏置电路还适用于各种场分压偏置电路还适用于各种场效应管放大电路效应管放大电路.3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法二、动态分析二、动态分析 1、分析目的、分析目的:确定确定 AV、AI、Ri、Ro.2、分析对象、分析对象:交流通路交流通路 3、分析步骤、分析步骤:(1)(2)(3)RLT+vi +vs Rs+voRcRbibic+ViRobc +Vs RLIbIc+VoRcRbI
34、bIirbeIoeRiRs图图 3.29 3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法 Vo AV=Vi Vo=Ic(RCRL)=IbRLVi=Ibrbe RLAV=(328)rbe Vi Ri=Ri=Rbrberbe (329)Ii VT Ro=Ro=Rc IT Vs=0(330)Ro+VTcIbbrbeRsIcRcRbIbITe图图 3.30 3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法 Io AI=Ii Ro Ro Io=Ic =Ib Ro+RL Ro+RL RbIb=Ii Ii Rb+rbe Ro AI (331)Ro+RL RL=0,AIN 三、带射极电阻的共发射极放
35、大器三、带射极电阻的共发射极放大器 1、电路结构、电路结构:如图如图3.31所示所示.2、静态分析、静态分析:与图与图3.28相似相似.3、动态分析、动态分析:3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法RLC2CeRe1TRe2Rb2C1+vs Rs+vi+voRcRb1VCC(a)TRe1 +vs icRs+voRcRb+viRLib(b)图图 3.31 IbcRL+VirbeIc +Vs Rs+VoRcRbIbIiIobeRiRoRe1(c)Ri3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法 RLAV=(332)rbe+(1+)Re1 Vo AV=Vi Vo=Ic(RcRL
36、)=IbRLVi=Ibrbe+IeRe1=Ib rbe+(1+)Re1Ri=RbRi=Rb rbe+(1+)Re1 (333)ViRi=rbe+(1+)Re1 IbRo Rc (334)其中其中:3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分析法RcRoRorbeIb+VTRsRbrceITbceIbRe1RsIc图图 3.32 Re1Ro=RcRo=Rc rce(1+)(335)rbe+Re1+RsVT=(IcIb)rce+(Ib+Ic)Re1 Re1Ib=Ic rbe+Re1+Rs VT Re1Ro=rce(1+)Ic rbe+Re1+Rs3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效电路分
37、析法【例【例 3.3】试确定图】试确定图3.33所示电路的所示电路的AV、Ri、Ro.已知晶体管已知晶体管的的 参数如下参数如下:VBE=0.7V,=150,VA=100V.【解】【解】(1)静态分析静态分析Re22kCeRe120T RL8.2kRc8.2k+viCB+voRb156kVCC15VCCRb215k图图 3.33 Rb=Rb1Rb2=561511.83k Rb2 15 VBQ=VCC=153.17V Rb1+Rb2 56+15 VBQVBE(on)IBQ=Rb+(1+)(Re1+Re2)3.170.7 =7.8A 11.83+(1+150)(0.02+2)3.4 放大器的等效电
38、路分析法放大器的等效电路分析法ICQ=IBQ=1507.8 103 1.17mAIEQ=(1+)IBQ=1517.8 103 1.18mA或 VEQ VBQVBE(on)3.170.7 ICQIEQ=1.22mA Re1+Re2 Re1+Re2 0.02+2rceVA/ICQ=100/1.17 85.47k(81.97k)(2)动态分析动态分析 VT 26rbe=rbb+(1+)=0+(1+150)3.33k(3.22k)IEQ 1.18 RL 150(8.2 8.2)AV=96.9(98.6)rbe+(1+)Re1 3.33+(1+150)0.02 3.4 放大器的等效电路分析法放大器的等效
39、电路分析法Ri =Rb rbe+(1+)Re1 =11.83 3.33+(1+150)0.02 4.13k(4.1k)RoRcRo=8.2 102.4 7.59k(7.57k)Re1 1500.02 Rorce 1+=85.47(1+)102.4k rbe+Re1+Rb 3.33+0.02+11.83(98.29k)Assume that VA=,then如果假设如果假设VA=,则则RoRc=8.2 k 讨论讨论:放大器的增益几乎与放大器的增益几乎与的的变化无关变化无关.表表3-3的计算证明了这一的计算证明了这一事实事实.AV 5095.8(97.2)10096.5(98.3)15096.9(
40、98.6)表表3-33.5 共集电极放大器共集电极放大器(射极跟随器射极跟随器)一、电路结构一、电路结构RL+voTReRb2+vs RsRb1VCC+viC1C2VEQRb2IEQTRb1VCCReIBQICQ图图 3.34二、静态分析二、静态分析 VBQVBE IBQ=Rb+(1+)Re Rb2 VBQ=VCC Rb1+Rb2 Rb=Rb1Rb2IEQ=(1+)IBQVCEQ=VCCIEQ Re 3.5 共集电极放大器共集电极放大器(射极跟随器射极跟随器)三、动态分析三、动态分析T+viRLie +vs Rs+voReRbib+VoebIb+ViRLIi +Vs RsReRbIbrbecR
41、iRoRi Vo AV=Vi Vo=(Ib+Ib)(ReRL)=(1+)IbRLVi=Ibrbe+Vo (1+)RLAV=(336)rbe+(1+)RLAV1，(1+)RL rbe，AV1 射极跟随器射极跟随器 图图 3.353.5 共集电极放大器共集电极放大器(射极跟随器射极跟随器)Ri=RbRi=Rbrbe+(1+)RL (337)Vi Ri=rbe+(1+)RL Ib VT VT Ro=Ie (1+)IbVT=Ib(rbe+Rs)rbe+Rs Ro=1+Ro=ReRo rbe+Rs=Re (338)1+Ro+VTrbeeIbbRsRbIbITcReRo IeRs 图图 3.363.5 共
42、集电极放大器共集电极放大器(射极跟随器射极跟随器)射极跟随器的特点射极跟随器的特点:(1)(2)(3)四、采用复合管四、采用复合管(Darlington)的射极跟随器的射极跟随器 1、复合管的构成原则及其特点、复合管的构成原则及其特点 (1)复合管可由两个或多个复合管可由两个或多个BJT组成组成,也可由也可由BJT和和FET组成组成;(2)复合管的类型取决于第一只管的类型复合管的类型取决于第一只管的类型;(3)前、后级晶体管之间的电流应有正常的流通通路前、后级晶体管之间的电流应有正常的流通通路.(4)两管复合后两管复合后,其主要优点是其主要优点是:12 rbe rbe1+1rbe2(3-39)
43、3.5 共集电极放大器共集电极放大器(射极跟随器射极跟随器)主要缺点是主要缺点是:ICEO ICEO2+2ICEO1 (3-40)ce(b)bT(a)ic12 ibT1T2bib(1+1)ib2(1+1)ibce1ibie图图 3.373.5 共集电极放大器共集电极放大器(射极跟随器射极跟随器)图图 3.38bTceecT1T2bib(1+1)ib12 ib1ibieic 12 ibbTceT1T2bib(1+1)ib12 ibce1ibieic 12 ib3.5 共集电极放大器共集电极放大器(射极跟随器射极跟随器)图图 3.392、采用复合管的射极跟随器、采用复合管的射极跟随器eReT1T2
44、bcvivo数百千欧数百千欧五、射极跟随器的用途五、射极跟随器的用途 1、输入级、输入级;2、输出级、输出级;3、中间缓冲级、中间缓冲级.3.6 共共 基基 极极 放放 大大 器器图图 3.40一、电路结构一、电路结构(a)(b)ICQIBQRb2TRcRb1VCCRe +VCEQ +vs Rc+viCBRLRs+voRb1VCCCb1Cb2TRb2Re二、静态分析二、静态分析:与共射放大器相同与共射放大器相同.三、动态分析三、动态分析3.6 共共 基基 极极 放放 大大 器器图图 3.41RsTRL+vi+vs+voReRceRLrbe+Vi +Vs Rs+VoRcRebcIbRiRoRiI
45、iIbIe Vo AV=Vi Vo=Ic(RcRL)=IbRLVi=Ibrbe RLAV=(341)rbe3.6 共共 基基 极极 放放 大大 器器图图 3.42 rbe rbeRi=ReRi=Re (342)1+1+Vi Ibrbe rbe Ri=Ie (1+)Ib 1+其中其中:ecIbb+VTRsRcRerbeITIbRoRo=rcbRcRc (343)3.7 三种基本放大器的比较三种基本放大器的比较三种基本放大器的小信号特性如表三种基本放大器的小信号特性如表3-4所示所示.组态组态共射极共射极共集电极共集电极共基极共基极AV RL (高高)rbe (1+)RL (低低)rbe+(1+)
46、RL RL (高高)rbeAIN(1+)Rirbe(中等中等)rbe+(1+)RL(高高)rbe/(1+)(低低)RoRcrceRc(高高)rbe+Rs Re (低低)1+RcrcbRc (高高)用途用途多级放大电路多级放大电路的中间级的中间级输入级、输出级输入级、输出级或缓冲级或缓冲级高频或宽带电路高频或宽带电路或恒流源电路或恒流源电路表表 3-4基本放大器的小信号特性将用于指导设计多级放大器基本放大器的小信号特性将用于指导设计多级放大器.3.8 多多 级级 放放 大大 器器 在大多数应用中在大多数应用中,单管放大器不能满足特定的放大倍数、单管放大器不能满足特定的放大倍数、输入电阻、输出电阻
47、等各项性能指标的要求输入电阻、输出电阻等各项性能指标的要求.因此因此,可将多个可将多个基本放大器级联起来基本放大器级联起来,构成多级放大器构成多级放大器,如图如图3.43所示所示.图图 3.43+vsRo2RonRLRo1Ri1 +vo1=vi2 +vi=vi1 +vo2+vinRs第一级 AV1Ri2Rin+vo第二级 AV2第N级 Avn一、级间耦合方式一、级间耦合方式3.8 多多 级级 放放 大大 器器图图 3.441、阻容耦合、阻容耦合Rb22RL+voRe2Re2T1T2Ce1Re1+vs RsRc1Rb11+viC1C2Rb12Rc2Rb21VCCC3Ce2 阻容耦合不适合传递缓慢
48、变化的信号阻容耦合不适合传递缓慢变化的信号,更不能传递直流信更不能传递直流信号号,不易集成不易集成.3.8 多多 级级 放放 大大 器器2、变压器耦合、变压器耦合 在某些电子设备中在某些电子设备中,常用变压器耦合方式传送交变信号常用变压器耦合方式传送交变信号.例如例如,半导体收音机中的中频变压器及其选用的音频输入、半导体收音机中的中频变压器及其选用的音频输入、输出变压器等输出变压器等.采用变压器耦合的一个重要目的是采用变压器耦合的一个重要目的是:耦合变压耦合变压器在传送信号的同时能起阻抗变换作用器在传送信号的同时能起阻抗变换作用.利用变压器可将负利用变压器可将负载阻抗变换成与信号源内阻相匹配的
49、情况载阻抗变换成与信号源内阻相匹配的情况,从而可大大提高从而可大大提高信号传输的效率信号传输的效率.3、直接耦合、直接耦合 直接耦合方式既可以放大和传递交流信号直接耦合方式既可以放大和传递交流信号,也可以放大和也可以放大和传递缓慢变化或直流信号传递缓慢变化或直流信号.便于集成便于集成.3.8 多多 级级 放放 大大 器器VCQnVCQ3VCQ2VCQ1RenVCQ3TnRe3VCQ2T2T1VCQ1RC1VCCRC2Re2RC3T3RCnVCQnRe2T1VCQ1RbVCQ2T2Rc1Rc2VCCVBQ1图图 3.45图图 3.46(1)电平移动电平移动(2)零点漂移零点漂移3.8 多多 级级
50、 放放 大大 器器二、交流指标分析二、交流指标分析 1、小信号电压增益为、小信号电压增益为:Vo Vo1 Vo2 VonAV=AV1 AV2 AVN (344)Vi Vi1 Vi2 Vin2、输入电阻为、输入电阻为:Ri=Ri1 RL1=Ri2 (345)3、输出电阻为、输出电阻为:Ro=Ron Rsn=Ro(n1)(346)3.8 多多 级级 放放 大大 器器三、组合放大器三、组合放大器+vs T1T2RLRs(a)共射共射-共共基基(b)共集共集-共射共射+vs T1RLRsT2+vi+voT2T1RL(c)共集共集-共基共基图图 3.473.8 多多 级级 放放 大大 器器图图 3.48