模擬電路三極管放大電路講解第1頁/共110頁3.1.1BJT的結構簡介3.1半導體三極管（BJT）3.1.2BJT的電流分配與放大原理3.1.3BJT的特性曲線3.1.4BJT的主要參數(shù)第2頁/共110頁3.1.1BJT的結構簡介

半導體三極管的結構示意圖如圖03.1.01所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。兩種類型的三極管發(fā)射結(Je)

集電結(Jc)

基極，用B或b表示（Base）

發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；集電極，用C或c表示（Collector）。

發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)三極管符號第3頁/共110頁

結構特點：?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，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。管芯結構剖面圖第4頁/共110頁3.1.2BJT的電流分配與放大原理1.內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)射結正偏，集電結反偏。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）

載流子的傳輸過程IC=InC+ICBOIE=IB+IC第5頁/共110頁

以上看出，三極管內有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導電，故稱為雙極型三極管或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

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

=0.90.99。第6頁/共110頁2.電流分配關系根據(jù)傳輸過程可知IC=InC+ICBO通常

IC>>ICBOIE=IB+IC載流子的傳輸過程第7頁/共110頁根據(jù)

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

>>1。IE=IB+ICIC=InC+ICBO且令ICEO=(1+)ICBO（穿透電流）2.電流分配關系第8頁/共110頁3.三極管的三種組態(tài)共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示。共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示；共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；BJT的三種組態(tài)第9頁/共110頁RLecb1k共基極放大電路4.放大作用若vI=20mV使當則電壓放大倍數(shù)VEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iBiE=-1mA，iC=iE=-0.98mA，vO=-iC?

RL=0.98V，=0.98時，第10頁/共110頁+-bceRL1k共射極放大電路共射極放大電路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iBvI=20mV

設若則電壓放大倍數(shù)iB=20μAvO=-iC?

RL=-0.98V，=0.98使4.放大作用第11頁/共110頁

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，然后到達集電極而實現(xiàn)的。實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：（1）內部條件：發(fā)射區(qū)雜質濃度遠大于基區(qū)雜質濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。3.1.2BJT的電流分配與放大原理第12頁/共110頁vCE=0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE

iB=f(vBE)

vCE=const(2)當vCE≥1V時，vCB=vCE

-vBE>0，集電結已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復合減少，同樣的vBE下IB減小，特性曲線右移。vCE=0VvCE

1V(1)當vCE=0V時，相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線3.1.3BJT的特性曲線（以共射極放大電路為例）第13頁/共110頁(3)輸入特性曲線的三個部分①死區(qū)

②非線性區(qū)③線性區(qū)

1.輸入特性曲線3.1.3BJT的特性曲線第14頁/共110頁飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內，一般vCE＜0.7V(硅管)。此時，發(fā)射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小。iC=f(vCE)

iB=const2.輸出特性曲線輸出特性曲線的三個區(qū)域:3.1.3BJT的特性曲線截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。此時，vBE小于死區(qū)電壓。放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結正偏，集電結反偏。第15頁/共110頁3.1.4BJT的主要參數(shù)(1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const1.電流放大系數(shù)

第16頁/共110頁(2)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=IC/IBvCE=const3.1.4BJT的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)

第17頁/共110頁(3)共基極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

(4)共基極交流電流放大系數(shù)α

α=IC/IE

VCB=const

當ICBO和ICEO很小時，≈、≈，可以不加區(qū)分。3.1.4BJT的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)

第18頁/共110頁

(2)集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

2.極間反向電流ICEO (1)集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時，集電結的反向飽和電流。

3.1.4BJT的主要參數(shù)

即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應的Y坐標的數(shù)值。ICEO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。第19頁/共110頁(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)3.1.4BJT的主要參數(shù)第20頁/共110頁(3)反向擊穿電壓

V(BR)CBO——發(fā)射極開路時的集電結反 向擊穿電壓。V(BR)EBO——集電極開路時發(fā)射結的反 向擊穿電壓。

V(BR)CEO——基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關系

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO

3.極限參數(shù)3.1.4BJT的主要參數(shù)第21頁/共110頁

由PCM、ICM和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。

輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)（思考題）end第22頁/共110頁3.2共射極放大電路

電路組成

簡化電路及習慣畫法

簡單工作原理

放大電路的靜態(tài)和動態(tài)

直流通路和交流通路第23頁/共110頁3.2共射極放大電路1.電路組成輸入回路（基極回路）輸出回路（集電極回路）第24頁/共110頁2.簡化電路及習慣畫法習慣畫法

共射極基本放大電路3.2共射極放大電路第25頁/共110頁3.簡單工作原理Vi=0Vi=Vsint3.2共射極放大電路電容的阻抗：設Cb1=10uF，f=1kHz。第26頁/共110頁4.

放大電路的靜態(tài)和動態(tài)

靜態(tài)：輸入信號為零（vi=0或ii=0）時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。

動態(tài)：輸入信號不為零時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。

電路處于靜態(tài)時，三極管各個電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點，稱為靜態(tài)工作點，常稱為Q點。一般用IB、IC和VCE

（或IBQ、ICQ和VCEQ

）表示。#

放大電路為什么要建立正確的靜態(tài)？3.2共射極放大電路第27頁/共110頁第28頁/共110頁3.2共射極放大電路工作點合適工作點偏低第29頁/共110頁3.2共射極放大電路5.直流通路和交流通路

直流通路耦合電容：通交流、隔直流直流電源：內阻為零直流電源和耦合電容對交流相當于短路

共射極放大電路end（思考題）交流通路第30頁/共110頁3.3圖解分析法

用近似估算法求靜態(tài)工作點用圖解分析法確定靜態(tài)工作點

交流通路及交流負載線輸入交流信號時的圖解分析

BJT的三個工作區(qū)輸出功率和功率三角形

3.3.1

靜態(tài)工作情況分析

3.3.2

動態(tài)工作情況分析第31頁/共110頁

共射極放大電路

3.3.1

靜態(tài)工作情況分析1.用近似估算法求靜態(tài)工作點根據(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=0.2V。直流通路+-第32頁/共110頁

采用該方法分析靜態(tài)工作點，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。

共射極放大電路2.用圖解分析法確定靜態(tài)工作點首先，畫出直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-

3.3.1

靜態(tài)工作情況分析3.3圖解分析法第33頁/共110頁直流通路IBVBE+-ICVCE+-列輸入回路方程：

VBE=VCC－IBRb列輸出回路方程（直流負載線）：

VCE=VCC－ICRc在輸入特性曲線上，作出直線VBE=VCC－IBRb，兩線的交點即是Q點，得到IBQ。在輸出特性曲線上，作出直流負載線VCE=VCC－ICRc，與IBQ曲線的交點即為Q點，從而得到VCEQ

和ICQ。第34頁/共110頁

3.3.2

動態(tài)工作情況分析由交流通路得交流負載線：

共射極放大電路交流通路icvce+-vce=-ic(Rc//RL)

因為交流負載線必過Q點，即vce=

vCE-VCEQ

ic=

iC-ICQ

同時，令RL=Rc//RL1.交流通路及交流負載線則交流負載線為vCE-VCEQ=-(iC-

ICQ)RL

即iC

=(-1/RL)vCE+(1/RL)VCEQ+

ICQ3.3圖解分析法第35頁/共110頁R'L=RL∥Rc，是交流負載電阻。

交流負載線是有交流輸入信號時Q點的運動軌跡。

過輸出特性曲線上的Q點做一條斜率為-1/RL直線，該直線即為交流負載線。第36頁/共110頁3.3圖解分析法2.輸入交流信號時的

圖解分析

3.3.2

動態(tài)工作情況分析

共射極放大電路通過圖解分析，可得如下結論：

1.vivBEiBiCvCE|-vo|

2.vo與vi相位相反；

3.可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；

4.可以確定最大不失真輸出幅度。#

動態(tài)工作時，

iB、

iC的實際電流方向是否改變，vCE的實際電壓極性是否改變？第37頁/共110頁

3.3.2

動態(tài)工作情況分析3.BJT的三個工作區(qū)3.3圖解分析法當工作點進入飽和區(qū)或截止區(qū)時，將產(chǎn)生非線性失真。飽和區(qū)特點：

iC不再隨iB的增加而線性增加，即此時截止區(qū)特點：iB=0，iC=ICEO。vCE=VCES，典型值為0.3V。第38頁/共110頁4.輸出功率和功率三角形

要想Po大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom

和Iom

都要大。功率三角形放大電路向電阻性負載提供的輸出功率

在輸出特性曲線上，正好是三角形ABQ的面積，這一三角形稱為功率三角形。

3.3.2

動態(tài)工作情況分析3.3圖解分析法（思考題）第39頁/共110頁

共射極放大電路

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。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（2）當Rb=100k時，放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）解：（1）（2）當Rb=100k時，靜態(tài)工作點為Q（40A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：，所以BJT工作在飽和區(qū)。VCE不可能為負值，此時，Q（120uA，6mA，0V），

例題end第40頁/共110頁3.4小信號模型分析法3.4.1BJT的小信號建模3.4.2共射極放大電路的小信號模型分析

H參數(shù)的引出H參數(shù)小信號模型模型的簡化H參數(shù)的確定利用直流通路求Q點畫小信號等效電路求放大電路動態(tài)指標第41頁/共110頁建立小信號模型的意義建立小信號模型的思路

當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作線性電路來處理。

由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。3.4.1BJT的小信號建模第42頁/共110頁1.H參數(shù)的引出在小信號情況下，對上兩式取全微分得用小信號交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce3.4.1BJT的小信號建模

對于BJT雙口網(wǎng)絡，已知輸入輸出特性曲線如下：iB=f(vBE)

vCE=constiC=f(vCE)

iB=const可以寫成：vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡第43頁/共110頁3.4.1BJT的小信號建模輸出端交流短路時的輸入電阻；輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)；輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比；輸入端交流開路時的輸出電導。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)）。1.H參數(shù)的引出vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce第44頁/共110頁H參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。H參數(shù)與工作點有關，在放大區(qū)基本不變。H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。第45頁/共110頁3.4.1BJT的小信號建模2.H參數(shù)小信號模型根據(jù)可得小信號模型BJT的H參數(shù)模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcevBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡第46頁/共110頁3.4.1BJT的小信號建模3.模型的簡化hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即rbe=hie

=hfe

μ

T=hre

rce=1/hoe一般采用習慣符號則BJT的H參數(shù)模型為ibicvceibvbeμT

vcerberce

μT很小，一般為10-310-4。

rce很大，約為100k。故一般可忽略它們的影響，得到簡化電路

ib

是受控源

，且為電流控制電流源(CCCS)。電流方向與ib的方向是關聯(lián)的。

第47頁/共110頁3.4.1BJT的小信號建模4.H參數(shù)的確定

一般用測試儀測出；

rbe

與Q點有關，可用圖示儀測出。一般也用公式估算rbe

rbe=rb+(1+

)re其中對于低頻小功率管rb≈200

則

而

(T=300K)

（思考題）第48頁/共110頁3.4.2共射極放大電路的小信號模型分析

共射極放大電路1.利用直流通路求Q點一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V，已知。第49頁/共110頁2.畫小信號等效電路RbviRbRbviRc3.4.2小信號模型分析共射極放大電路icvce+-交流通路RbviRcRLH參數(shù)小信號等效電路第50頁/共110頁3.求放大電路動態(tài)指標根據(jù)RbviRcRL則電壓增益為3.4.2小信號模型分析（可作為公式）(1)求電壓增益第51頁/共110頁(2)求輸入電阻3.4.2小信號模型分析RbRcRLRi(3)求輸出電阻令Ro=Rc所以3.求放大電路動態(tài)指標第52頁/共110頁1.電路如圖所示。試畫出其小信號等效模型電路。

解：例題第53頁/共110頁例題

解：（1）（2）2.放大電路如圖所示。試求：（1）Q點；（2）、、。已知=50。end第54頁/共110頁第55頁/共110頁3.5放大電路的工作點穩(wěn)定問題溫度變化對ICBO的影響溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度變化對的影響穩(wěn)定工作點原理放大電路指標分析固定偏流電路與射極偏置電路的比較3.5.1溫度對工作點的影響3.5.2射極偏置電路第56頁/共110頁3.5.1溫度對工作點的影響1.溫度變化對ICBO的影響2.溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度T

輸出特性曲線上移溫度T

輸入特性曲線左移3.溫度變化對的影響溫度每升高1°C，要增加0.5%1.0%溫度T

輸出特性曲線族間距增大第57頁/共110頁總之：

ICBO

ICEOT

VBE

IB

IC

第58頁/共110頁3.5.2射極偏置電路1.穩(wěn)定工作點原理目標：溫度變化時，使IC維持恒定。

如果溫度變化時，b點電位能基本不變，則可實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。T穩(wěn)定原理：

ICIEIC

VE、VB不變

VBE

IB（反饋控制）b點電位基本不變的條件：I1>>IB，此時，不隨溫度變化而變化。VB>>VBE

且Re可取大些，反饋控制作用更強。一般取I1=(5~10)IB，VB=3~5V

第59頁/共110頁3.5.2射極偏置電路2.放大電路指標分析①靜態(tài)工作點第60頁/共110頁3.5.2射極偏置電路2.放大電路指標分析②電壓增益<A>畫小信號等效電路第61頁/共110頁3.5.2射極偏置電路2.放大電路指標分析②電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：<A>畫小信號等效電路<B>確定模型參數(shù)已知，求rbe<C>增益第62頁/共110頁3.5.2射極偏置電路2.放大電路指標分析③輸入電阻根據(jù)定義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源的內阻第63頁/共110頁3.5.2射極偏置電路2.放大電路指標分析④輸出電阻輸出電阻求輸出電阻的等效電路網(wǎng)絡內獨立源置零負載開路輸出端口加測試電壓對回路1和2列KVL方程rce對分析過程影響很大，此處不能忽略其中則當時，一般（）第64頁/共110頁3.5.2射極偏置電路3.固定偏流電路與射極偏置電路的比較

共射極放大電路靜態(tài)：第65頁/共110頁3.5.2射極偏置電路3.固定偏流電路與射極偏置電路的比較

固定偏流共射極放大電路電壓增益：RbviRcRL固定偏流共射極放大電路輸入電阻：輸出電阻：Ro=Rc#

射極偏置電路做如何改進，既可以使其具有溫度穩(wěn)定性，又可以使其具有與固定偏流電路相同的動態(tài)指標？第66頁/共110頁3.5.2射極偏置電路第67頁/共110頁3.5.2射極偏置電路end第68頁/共110頁3.6共集電極電路和共基極電路

電路分析復合管

靜態(tài)工作點動態(tài)指標

三種組態(tài)的比較3.6.1共集電極電路3.6.2共基極電路第69頁/共110頁3.6.1共集電極電路1.電路分析

共集電極電路結構如圖示

該電路也稱為射極輸出器①求靜態(tài)工作點由得第70頁/共110頁②電壓增益<A>畫小信號等效電路3.6.1共集電極電路1.電路分析第71頁/共110頁②電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：<A>畫小信號等效電路<B>確定模型參數(shù)已知，求rbe<C>增益3.6.1共集電極電路1.電路分析其中一般，則電壓增益接近于1，電壓跟隨器即。第72頁/共110頁③輸入電阻根據(jù)定義由電路列出方程則輸入電阻當，時，3.6.1共集電極電路1.電路分析輸入電阻大第73頁/共110頁3.6.1共集電極電路1.電路分析④輸出電阻由電路列出方程其中則輸出電阻當，時，輸出電阻小#

既然共集電極電路的電壓增益小于1（接近于1），那么它對電壓放大沒有任何作用。這種說法是否正確？第74頁/共110頁共集電極電路特點：◆電壓增益小于1但接近于1，◆輸入電阻大，對電壓信號源衰減小◆輸出電阻小，帶負載能力強第75頁/共110頁3.6.1共集電極電路2.復合管作用：提高電流放大系數(shù)，增大電阻rbe復合管也稱為達林頓管第76頁/共110頁3.6.2共基極電路1.靜態(tài)工作點

直流通路與射極偏置電路相同第77頁/共110頁3.6.2共基極電路2.動態(tài)指標①電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：第78頁/共110頁3.6.2共基極電路#

共基極電路的輸入電阻很小，最適合用來放大何種信號源的信號？2.動態(tài)指標②輸入電阻③輸出電阻第79頁/共110頁3.三種組態(tài)的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：3.6.2共基極電路共射極電路共集電極電路第80頁/共110頁例題1.放大電路如圖所示。試求。已知=50。

解：end第81頁/共110頁兩者比較可看出增益明顯提高第82頁/共110頁3.7.1單時間常數(shù)RC電路的頻率響應3.7.2單級放大電路的高頻響應

RC低通電路的頻率響應

RC高通電路的頻率響應3.7放大電路的頻率響應3.7.3單級放大電路的低頻響應3.7.4多級放大電路的頻率響應

多級放大電路的增益

多級放大電路的頻率響應

低頻等效電路

低頻響應

研究放大電路的動態(tài)指標（主要是增益）隨信號頻率變化時的響應。第83頁/共110頁3.7.1單時間常數(shù)RC電路的頻率響應1.RC低通電路的頻率響應（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）RC電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：則且令又電壓增益的幅值（模）（幅頻響應）電壓增益的相角（相頻響應）①增益頻率函數(shù)第84頁/共110頁最大誤差-3dB②頻率響應曲線描述3.7.1RC電路的頻率響應幅頻響應0分貝水平線斜率為-20dB/十倍頻程的直線相頻響應1.RC低通電路的頻率響應表示輸出與輸入的相位差高頻時，輸出滯后輸入因為所以第85頁/共110頁RC高通電路的頻率響應3.7.1RC電路的頻率響應2.RC高通電路的頻率響應RC電路的電壓增益：幅頻響應相頻響應輸出超前輸入第86頁/共110頁3.7.2單級放大電路的高頻響應1.BJT的高頻小信號建模◆

模型的引出◆

模型簡化◆

模型參數(shù)的獲得◆

的頻率響應2.共射極放大電路的高頻響應◆

型高頻等效電路◆

高頻響應3.共基極放大電路的高頻響應◆

增益-帶寬積◆

高頻等效電路◆

高頻響應◆

幾個上限頻率的比較第87頁/共110頁3.7.2單級放大電路的高頻響應1.BJT的高頻小信號建模①模型的引出rb'e---發(fā)射結電阻re歸算到基極回路的電阻

---發(fā)射結電容---集電結電阻---集電結電容

rbb'---基區(qū)的體電阻，b'是假想的基區(qū)內的一個點。互導第88頁/共110頁3.7.2單級放大電路的高頻響應1.BJT的高頻小信號建模②模型簡化混合型高頻小信號模型第89頁/共110頁3.7.2單級高頻響應又因為所以③模型參數(shù)的獲得（與H參數(shù)的關系）1.BJT的高頻小信號建模低頻時，混合模型與H參數(shù)模型等效所以從手冊中查出第90頁/共110頁3.7.2單級高頻響應④的頻率響應由H參數(shù)可知1.BJT的高頻小信號建模即根據(jù)混合模型得低頻時所以當時，第91