三章半导体三极管及放大电路基础.ppt

《三章半导体三极管及放大电路基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三章半导体三极管及放大电路基础.ppt（131页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/三章半导体三极管及放大电路基础 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。有生命必有希望模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 教学要求：本章需重点掌握三极管的模型与特性；并能熟练进行基本放大电路静态工作点的确定，估算法和微变等效电路法的掌握，以及输入电阻、输出电阻、电压放大倍数的计算。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 3.1 半导体三极管 3.2 共射极放大电路 3.3 放大电路的性能指标 3.4 放大电

2、路的静态分析 3.5 放大电路的动态分析 3.6 放大电路的工作点稳定情况 3.7 共集电极电路和共基极电路 3.8 多级放大电路 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 3.1 半导体BJT BJT是通过一定的工艺，将两个PN结接合在一起而构成的器件。BJT有两种类型：NPN型和 PNP型。其内部特点是发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，基区厚度很小。外部放大条件是发射结正向偏置、集电结反向偏置。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/3.1.1 BJT的结构 当两块不同类型的半导体结合在一起时，它们的交界处就会形成PN结，因此BJT有两 个PN 结：发射区与基区交界处的PN结称

3、为 发射结，集电区与基区交界处的 PN结称为 集电结，两个PN 结通过很薄的基区联系着。同样，PNP型与 NPN型相似，特性几乎相同，只不过各点极端的电压极性和电流流向不同 而已。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/图3.1.1 NPN型三极管的结构示意图及其在电路中的符号(a)NPN(b)PNP基极bbceceb集电区发射区发射结集电结基极bccbeeb基区发射极e集电极cNP发射极e集电极cPNNP晶体管3个区有如下特点：（1）发射区的掺杂浓度远大于集电区的掺杂浓度（2）基区很薄，一般为1m至几m。（3）集电结面积大于发射结面积。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 3

4、.1.2 BJT的电流放大原理 通过改变加在晶体管三个极上的电压可以改变两个PN结的偏置电压，从而使晶体管有三种工作状态：当发射结和集电结均反偏时，处于截至状态；当发射结正偏、集电结反偏时，处于放大状态；当发射结和集电结均正偏时，处于饱和状态。当晶体管处于放大状态时，能将基极的小电流放大为集电极的大电流，现以NPN型晶体管为例分析其放大原理。1.BJT内部载流子的运动 为使发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备的条件是:发射结加正向电压(正向 偏置)，集电结加反向电压(反向偏置)，在 这些外加电压的条件下，管内载流子的传输 将发生下列过程，如图2-2所示:模拟电子技术基础模拟电子技术基础 h

5、ttp:/图3.1.2三极管内部载流子的运动情况+RCcbeICIEIBVCcVBBRBICBOICNIBNNPN模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/(1)发射区向基区注入电子 由于发射结外加正向电压，发射区的多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区，同时基区的多子-空穴越过发射结进入发射区。因为基区很薄，掺杂浓度又较低，所以空穴数目较少，因此由空穴形成的电流可以忽略。故可认为主要有发射区电子形成发射极电流E，其方向与电子流动方向相反。(2)电子在基区中的扩散和复合 电子到达基区后，由于基区中空穴浓度低，只有很少一部分电子与基区中的空穴复合。复合掉的空穴由外电源补充，这样就形成了较小的

6、电流IBN，IBN的方向由外电源流入基区。剩下的大部分电子扩散到集电结。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ (3)集电区收集扩散过来的电子 由于集电结处于反偏状态，扩散到集电结的电子很快漂移到集电区，形成电流ICN。由于集电结反偏，使集电区的多子电子和基区的少子空穴不能向对方扩散；而集电区中的少子空穴和基区中的少子电子可以漂移到对方，形成反向饱和电流ICBO，ICBO值很小，但由于它是由少子形成的，容易受温度的影响，对三极管性能影响较大。ICN的方向由外电源流入集电区（与扩散到集电结的电子漂移到集电区的方向相反），ICBO的方向从集电区流向基区。经以上分析和图2-2可知，由ICN与

7、ICBO构成集电极电流IC。IBN和ICBO构成基极电流IB。根据KCL（Kirchhoffs Current Law,基尔霍夫电路定律）得出电流分配关系如下：模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/我们定义 为共射直流电流放大系数则 将 带入上式得令 则 上式中 称作穿透电流，或集电极-发射极极间反向饱和电流 2.各级电流之间的关系模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 一般为计算方便而忽略 ，那么 值一般远大于1。IC与IE值相差不大，但它们都远大于IB值。由此可见当UBE有微小变化即IB有微小变化时，IE和IC有较大变化，这种情况称为电流放大。实用电路中，晶体管主要用于放大

8、动态信号。衡量三极管放大能力的指标是共射交流放大系数 ，其定义为 一般在放大状态下，和 差别较小，可以认为两者近似相 等，故在以后的分析中取 ，其值为几十到一百左右。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 3.放大作用分析 (1)BJT的放大作用，主要是依靠它的发射极 电流能通过基区传输，然后到达集电极而实现 的。为此要满足两个条件:a.(内部)：要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区浓度要很小;b.(外部)：发射结要正向偏置、集电结要反向偏置。(2)BJT内各个电流之间有确定的分配关系，所以只要输入电流 B给定了，输出电流 c 和输出电压便基本确定了。IE主要是由发射区扩散

9、到基区的电子而产生的；IB主要是由发射区扩散过来的电子在基区与空穴复合而产生的；IC主要是由发射区注入基区的电子漂移到集电区而形成的。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/4.截止状态和饱和状态1）当发射结和集电结均反偏时，处于截至状态：当发射结反偏或零偏时，发射区不再发射电子，三极管内部只有由少子形成的电流ICBO，通常认为IB0，IC 0。三极管的这种状态叫截止。2）当发射结和集电结均正偏时，处于饱和状态：发射结正偏可形成发射极电流IE，而集电结正偏或零偏则失去了收集电子的能力，无论IB增大多少，IC值都不再增大，这种状态称作饱和状态。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/

10、3.1.3 BJT的特性曲线（共射）共发射极电路以发射极作为共同端，以基极 为输入端，集电极为输出端，如图所示。图3.1.3共射极放大电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 在低频电压放大电路中以共发射极的使用方法居多，故以共射接法来分析BJT的特性曲线。BJT的特性曲线是指各电极电压与电流 之间的关系曲线，它是内部载流子运动的外 部表现。1.输入特性曲线 输入特性是指UCE一定时，输入回路中iB与uBE之间的关系，即 iB=f(BE)|CE=常数模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 1）当uCE=0时，相当于发射结与集电结并联起来，此时输入特性与二极管伏案特性相似。2）

11、当uCE增大时，集电极收集电子的能力增强，使得在基区要获得相同的iB值（IB主要是由发射区扩散过来的电子在基区与空穴复合而产生的），所需的电压uBE相应增大，即曲线随uCE增大而右移。3）当uCE1V后，各曲线已经很接近了，因为集电结反偏后，其收集电子的能力已强大至基本不再增加，从而iB也不再明显减小，故只用一条曲线代替所有uCE1V的曲线。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/由图可知，特性比较平坦的部分随着VCE的增加略向上倾斜。实际上VCE1V以后的输入特性与VCE=1V的特性曲线非常接近uBE/v0.2uCE/v（a）输入特性（b）输出特性uCE1VuCE=00.80.60.4

12、iB/A10080604020饱和区放大区100A80A60A40A20AiB=0A108642ic/mA4321截止区图3.1.4三极管的特性曲线模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/2.输出特性曲线 输出特性是指iB一定时，输出回路中iC与uCE之间的关系，即:iC=f(CE)|iB=常数 每条曲线可分为上升、转折、平坦三个阶段。上升曲线很陡。这是由于uCE值很小，集电区收集电子的能力不够，因此iC受uCE的影响。当uCE略有增加时，iC增加较大。转折段iC随uCE变化缓慢。这是由于uCE 1V后，集电区收集电子的能力基本恢复正常，iB一定，则基区扩散到集电结附近的电子数目一定，大

13、部分电子已被集电区收集，再增大uCE，iC的增大趋势减缓。平坦段较平直，iC基本不随uCE的增加而增加。由于uCE增大到一定程度后，集电区把从基区扩散过来的电子全都收集到集电区，再增大，扩散来的电子数目也不会增多，即ic值不随uCE增加，只与iB有关，在这个区域内，近似为常数。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 输出特性曲线可分为3个区：放大区、截止区、饱和区，分别对应三极管的3种工作状态：(1)饱和区：曲线上拐点左面的区域（uCE uBE，即uC uB），在此区域内iCiB，iC不受iB的控制三极管无放大作用。一般把输出特性直线上升和弯曲部分划为饱和区。(2)放大区：BJT 输出

14、特性的平坦部分，接近于恒流特性，它符合iC=iB的规律，iC大小只受iB控制。(3)截止区：iB 0的部分，iC0，晶体管处于截止状态。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/3.1.4 三极管的微变等效电路 由输入输出特性曲线得知，三极管是一个非线性器件，在输入输入大幅度交流信号时，会出现由于器件非线性变化特性而引起的非线性失真。若输入信号幅度很小即“微变”时，三极管的电压和电流的变化范围很小。我们可以把微小范围内的曲线近似为直线，那么，三极管电压与电流之间的伏案关系基本是线性的。所以，可以用一个线性电路等效代替在微小工作范围内的三极管。等效原则是：线性电路引出端的电压和电流的伏安关系

15、与三极管3个电极的电压和电流的伏安关系相同。我们把这个线性电路称为三极管的微变等效电路。由输入特性曲线可知，在工作点附近的较小的工作段可认为是直线，ube与 ib有线性关系。我们用一个等效电阻rbe来表示输入回路中电压与电流的关系，即模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/由输出特性曲线可知，在放大区，曲线几乎是水平的，可以认为ic与uCE无关，只与iB的大小有关。所以输出回路可用电流控制的受控电流源iC=iB来等效。三极管的微变等效电路如图3.1.5所示。图3.1.5 三极管的微变等效电路beic+uCEibciC+UBErbeibib+UBE +Uce模拟电子技术基础模拟电子技术基础

16、 http:/ 应该指出，微变等效电路只能用于交流信号的分析计算，不能用来分析直流电量的计算问题。rbe的确定：经推证：式中IE是发射极直流电流，rbe是等效电路中的交流电阻。公式体现的是工作点对动态的影响。由于微变等效电路没有考虑PN结的电容效应，所以只适用于信号频率较低的情况。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/例3.1 如图所示，晶体管各极电位如图中标注，试判断晶体管处于何种工作状态（饱和、放大、截止或已损坏），若处于放大或饱和状态，请判断是硅管还是锗管。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/解：判断晶体管的工作状态主要是分析其两个PN结的偏置状态；而判断锗管或硅管主要

17、是看其导通时发射结的压降，若|UBE|=0.7V左右则为硅管，|UBE|=0.2V左右则为锗管。（a）NPN型管，UBE=0.1-（-0.2）=0.3V，锗管，发射结正偏；UBC=0.1-6=-5.9V，集电结反偏；故该管工作在放大状态。（b）PNP型管，UEB=1-0.3=0.7V，硅管，发射结正偏；UCB=-2-0.3=-2.3V，集电结反偏；故该管工作在放大状态。（c）NPN型管，UBE=-3-（-2）=-1V，发射结反偏；UBC=-3-0=-3V，集电结反偏；故该管工作在截止状态。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/（b）PNP型管，UEB=6-5.3=0.7V，硅管，发射结

18、正偏；UCB=5.5-5.3=0.2V，集电结正偏；故该管工作在饱和状态。（c）NPN型管，UBE=4-4=0V，发射结压降为0；UBC=4-4=0V，集电结压降也为0；则该管可能因被击穿而损坏；也可能因电路连线问题而使之截止。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/3.1.4 BJT的主要参数 1.电流放大系数 共射极放大电路：直流：交流：共基极放大电路：直流：交流：在通常情况下，直流与交流在通常情况下，直流与交流放大系数接近，故可混用。放大系数接近，故可混用。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/已知某三极管，；当IB增加到时，。求：，。IC变成解：例 3.2模拟电子技术基础

19、模拟电子技术基础 http:/例3.3输出特性例3.3已知如图所示输出特性，各点电流如下：（1）计算Q1，Q2，Q4各点直流（2）由Q1Q2两点的增量电流，计算交流（3）由Q3Q4两点的增量电流，计算交流模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/（2）由）由Q1 Q2两点，计算交流两点，计算交流 由由Q3 Q4两点，计算交流两点，计算交流 例例3.3 输出特性输出特性Q4点点（1）在）在Q1点点Q2点点解：解：模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 2.极间反向电流 (1)集电极-基极反向饱和电流CBO 表示发射极开路，c、b间加上一定反向 电压时的反向电流，且它仅决定与温度和少

20、数载流子的浓度。(2)集电极-发射极反向饱和电流CEO 表示基极开路，c、e间加上一定反向电 压时的集电极电流；此电流又称为穿透电流。CEO=CBO+CBO=(1+)CBO硅管的反向电流很小，锗管的较大。作为判断管子质量的重要依据模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 3.极限参数 (1)集电极最大允许电流CM:集电极电流iC的一个很大范围内，BJT的值基本不变，但当iC超过一定值后，将明显下降，且BJT可能有损坏的危险，该电流值即为ICM。(2)集电极最大允许功率损耗PCM：表示集电结上允许损耗功率的最大值。(PCM=iCCE)(3)反向击穿电压 a.V(BR)EBO 指集电极开路时

21、，发射极-基极间的反 向击穿电压。b.V(BR)CBO 指发射极开路时，集电极-基极间的反 向击穿电压。c.V(BR)CEO 指基极开路时，集电极-发射极间的反 向击穿电压。实质上就是发射结本身的击穿电压模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 3.2 共射极放大电路一.电路元件作用图3.2.1基本共发射极交流放大电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/基极偏置电阻RB基极电源UBB经RB把电压加在集电极负载电阻RC电源UCC经RC把电压加在以共发电路为例，图3.2.1电路中各元件作用：晶体管T在交流信号激励下，把直流电源UCC的能量转化为输出交流电压。集电极上，保证CB结反偏

22、；同时RC还将集电极电流的变化转化为电压的变化。基极上，保证BE结正偏。耦合电容（C1，C2）隔断放大电路与信号源及负载之间的直流通路，而对交流信号又应畅通无阻（交流耦合作用）。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/二.偏置方法1.为什么需要直流偏置？放大电路在加交流激励信号以前，就应该首先给管子各电极加上正确的直流电压，以保证放大的外部条件：EB结正向偏置CB结反向偏置在正确的偏压下，管子基极就会有相应的直流电流（称为基极直流工作点电流，或称偏置电流）。晶体管放大器为什么一定需要偏置电流？可用图3.2.2简单电路原理图说明之。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/在加交流信号

23、以前，如果没有基极偏置电压，即UBEQ=0，则IB=0，IC0；加上交流信号ui以后，基极电流波形对应图3.2.2(b)中的情况，可见iB是脉冲波，于是iC，uO波形也是脉冲波形，输出产生严重失真。若基极加上正向偏压UBEQ，产生相应的偏置电流IBQ，波形不再失真，如图(b)所示。图3.2.2放大器的直流偏置模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/可见，直流偏置保证晶体管在交流信号一个周期内均处于放大状态。电路不产生放大失真。晶体管在直流工作状态（静态）下的电压和电流称为静态工作点，用符号Q表示，即ICQ，IBQ，UBEQ，UCEQ。如图3.2.3所示。加上交流（正弦）信号以后，各电极电

24、压与电流既包含直流又包含交流成份。其波形如图3.2.4所示。图3.2.3直流工作点2.交流信号激励下，管内电压电流的波形模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/图3.2.4 放大状态下的电压、电流波形由图可见，加在晶体三极管发射结上的电压为如果Uim足够小，基极电流模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/当三极管工作在放大区，且忽略ICEO时，集电极电流相应集电极上的电压uCE为式中式中，UCEQ=UCC-ICQRC为集电极上的静态工作点电压。输出负载电阻RL上的电压模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/为统一起见，我们对符号及其相应含义作如下规定（以电压为例）：UBE 直

25、流电压ube 交流电压瞬时值uBE直流电压叠加交流电压（总电压瞬时值）Ube 正弦交流电压有效值3.偏置方法分为简单偏置与分压式偏置两种。.简单偏置图3.2.3就是简单偏置电路。该电路的缺点是需要两个偏置电源。上式右边第二项是RC上的交流电压输出。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/图3.2.5简单偏置电路（NPN管）如果是PNP管，则应改为负电源供电，如图3.2.6所示。为了简化起见，可以合为一个电源，如图3.2.5（a）所示。（b）是习惯画法。图3.2.6PNP管简单偏置电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/(2)分压式偏置图3.2.7分压式偏置电路图3.2.7(a)

26、其特点是基极上有直流电压UB，它由UCC经RB1与RB2分压获得。I1I2RB1RB2RBQRC+UCC+UCCICQUbEQ(a)(b)+_UBEQUBRB1RB2UECE+_ICQRCIEQRC模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/因此UBEQ=UB-UE 基极偏压的大小,由所需基极偏置电流(以及相应)决定,它一般在下列范围内:图3.2.7（b）直流工作点的热稳定性要比图3.2.7（a）好，原因解释如下：设由于温度T上升，导致ICQ有增加趋势，图3.2.7（b）电路中RE的作用，将使ICQ变化减小，上述稳定过程表示如下:(锗三极管)(硅三极管)T IC IE UE UBEQ IC

27、IBQ模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/各种放大器均可统一表示为如图所示的组成框图。图中，US ，RS代表输入信号电压源的等效电动势和内阻。RL为放大器负载。图中所标注的电压和电流均为交流有效值，方向为假定正方向。衡量放大器放大性能的主要指标是增益、输入电阻、输出电阻、频率失真和非线性失真等。3.3放大电路的性能指标图3.3.1放大器的组成框图模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/图3.3.2放大器输出电阻1.输入电阻：定义，它是从输入端向电路看进去的交流等效电阻（信号源内阻RS不计入输入电阻内），输入电阻越大，放大电路向信号源索取的电流越大，放大电路获得信号能力就越强。2

28、.输出电阻：在输入电压为0，将信号源US短路（如为电流源应开路），输出端加电压U0，如产生电流I0，则定义，其值越小，电路带负载能力越强。3.增益包括电压增益（又称电压放大倍数），电流增益（又称电流放大倍数）以及功率增益（功率放大倍数）ui模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/(1).电压增益.定义称为外观电压增益（简称电压增益）.定义称为源电压增益。图3.3.3电压增益两者之间关系是：模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/(2).电流增益.外观电流增益（简称电流增益）.源电流增益两者关系：图3.3.4电流增益模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/(3).功率增益(4)

29、.电压增益的一般表达式任何放大电路（不管采用什么连接方式，不管是单级或多级），在图3.3.6中我们用四端网络框图来表示。图3.3.5功率增益图3.3.6一般放大系统模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/该系统的电流增益，输入阻抗为Ri，则该电路系统的电压增益如果放大系统是同相放大器，Au取正号，正号可以省去；如果是反相放大器，应取负号。同时，注意Ai 与Ri 应该相互对应。4.频率响应它表示放大器的增益与信号频率之间的关系。由于放大电路一般含有电抗元件，因而放大器对于不同频率的输入信号具有不同的放大能力。这样，相应的增益应是频率的复函数，即模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/

30、式中，A（）是增益的幅值，A()是增益的相角，图3.3.7是相应的曲线。幅值随变化的特性A()称为幅频特性；相角随变化的特性A()称为相频特性。两者统称为放大器的频率特性（或频率响应），由图3.3.7（a）可见，信号频率太高或太低A()均要降低。A0称为中频增益，A()降为时，对应的频率fL及fH分别称为下限频率及上限频率，放大器的频带宽（通频带）度定义为:图图 3.3.7 频率响应曲线频率响应曲线 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/3.4 放大电路的静态分析静态是指放大电路没有交流输入信号时的工作状态，即直流工作状态。分析的目的：确定IBQ，ICQ，UBEQ及UCEQ。直流分析方

31、法：图解法和近似估算法一.直流通路进行静态分析时，一般先要画出直流通路（或称直流等效电路）。直流通路是指直流流通的路径，它与分析直流工作状态有关。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/图3.4.1直流通路一例模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/例如对于图3.4.1（a）电路，直流流通的路径由箭头表示。电容C2对直流开路，所以C2、RL不是直流流通路径；互感线圈如果没有铜阻，IB在其次级没有电压降，可以看成短路；C1与CE对直流均开路。于是获得直流通路如图3.4.1（b）所示。由此例，总结出画直流通路的原则：.理想电感（包括变压器）短路.电容开路模拟电子技术基础模拟电子技术基础

32、 http:/二.近似估算法此方法鉴于下列假定：.在线性放大区，输入特性曲线与UCE无关，且有恒压特性，如图3.4.2（a）所示。.在线性放大区，输出集电极电流iC与uCE无关，既有恒流特性，如图3.4.2（b）所示。图3.4.2共发理想化特性模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/例3.4求图3.4.3简单偏置电路的静态工作点。.三极管BE之间的直流电压降UBEQ假定是已知数，一般可按下式选取：UBEQ=UBE(on)0.60.7伏（Si）0.20.3伏（Ge）已知UBB=5伏，UCC=10伏，RB=430K，三极管是硅管，图3.4.3简单偏置求解步骤：此图已经是直流通路，故可直接进入

33、解题。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/1.列输入回路的回路方程，求基极静态工作点电流故选取代入已知数，求得如果满足UBBUBEQ条件，则2.求集电极静态工作点电流模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/3.求集电极静态电压例3.5求图3.4.4分压式偏置电路三极管是硅管，ICEO0。的静态工作点，图3.4.4求解过程：1.首先根据画直流通路的原则，画出直流通路如图3.4.4（b）所示。2.根据戴维南定理，画出分压电路的等效电路，如图3.4.5（b）所示。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/图3.4.5图中3.按图3.4.6（a）列回路方程。图3.4.6故(3.4.

34、1)模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/讨论：式(3.4.2)清楚表明，发射极直流电压降相当于IBQ流经.按式（3.4.1）画出求IBQ的直流等效电路如图3.4.6（b）所示。由图可见，在等效电路中，RE的值扩大了倍，这是由于RE电阻接在发射极上，当基极流过IBQ时，在RE上流过倍的IBQ，于是RE直流压降是即(3.4.2)电阻所产生的压降。所以相当于发射极支路电阻RE折算到基极支路的等效数值。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/.若满足条件则(3.4.3)或写成(3.4.4)而或三.直流图解法1.采用图解法，求输入电路的直流工作点电流IBQ。图3.4.6模拟电子技术基础模

35、拟电子技术基础 http:/把输入回路看成是两个支路的并联，列出左边支路的方程。列出右边支路的方程:前者是线性电路方程，后者是非线性方程，也就是共发输入特性方程。显然我们需要求解的IBQ，既满足方程式（3.4.5），又应满足方程式（3.4.6），必定是此两方程的解.运用图解法求其方程组的解就是对应曲线的交点，如图3.4.8所示。(3.4.5)(3.4.6)图3.4.7输入回路模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/代表线性方程式（3.4.5）的直线称为输入回路的直流负载线。该直线在横坐标与纵坐标上的截距，分别确定如下：令iB=0,uBE=UBB 得A点令uBE=0,iB=UBB/RB得B

36、点直流负载线的斜率为2.求输出回路的直流工作点电流ICQ。图3.4.8用作图法求输入回路直流工作点图解法求输出回路的直流工作点图3.4.9模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/再列出左边输出特性非线性方程：iC=f2(iB,uCE)(3.4.8)由于iB已经求出，故式（3.4.8）应是对应iB=IBQ那条输出特性曲线。显然ICQ，UCEQ应同时满足方程式（3.4.7）及类似于输入回路的求解原理，先列出图3.4.9（a）所示输出回路右边支路的线性方程 uCE=UCC-iCRC(3.4.7)方程式（3.4.8），因此输出回路静态工作点就是上述方程组对应曲线的交点，如图3.4.7.9（b）所

37、示。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/代表线性方程式（3.4.7）的直线称为输出回路的直流负载线。直流负载线在横轴与纵轴上的截距为：令iC=0,uCE=UCC 得A点令uCE=0,iC=UCC/RC得B点直流负载线的斜率为总结：采用图解法求解静态工作点ICQ的步骤如下：.由图解法或近似估算法求出输入回路静态工作点IBQ。.在输出特性上作直流负载线。.由直流负载线与对应IBQ的输出特性曲线的交点就是输.找出对应工作点Q的ICQ与UCEQ。出回路静态工作点Q。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/简单偏置电路如图3.4.10（a）所示。已知UCC=12V，RC=4K，RB=30

38、0K输出特性如图3.4.10（b）所示。（1）作直流负载线（2）求静态工作点例3.6图3.4.10例3.5图.计算IBQ.作直流负载线A点坐标 iC=0，uCE=UCC=12VB点坐标uCE=0，解:模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/直流负载线与对应IBQ=40A的输出特性的交点就是静态工作点Q，其坐标为UCEQ=6VICQ=1.5mA模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/3.5 放大电路的动态分析动态分析又称交流分析，是在静态工作点确定以后，分析放大器交流输入、输出信号的数值及相互关系，从而求出放大器性能指标，如交流输入阻抗，输出阻抗，电压增益以及电流增益等。动态分析的基

39、本方法：微变等效电路法和交流图解法。一.交流通路未加入输入信号时，电路中只有直流电量，其等效电路为直流通路；加入输入信号后，电路中既有直流电量又有交流电量，若只考虑交流电量的影响，放大电路的等效形式为交流通路。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/将电容、直流电源短路，电感开路即可得到交流通路，如图3.5.1（b）所示。图3.5.1动态分析（a）原理图（b）交流通路模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/二.微变等效电路法 将交流通路中的三极管用微变等效电路代替后得到放大电路的微变等效电路，它用于计算AU、ri和ro等动态指标。等效条件：输入信号必须符合.交流.小信号（微变量）因

40、为只有这样，才能 在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管特性的非线性曲线。由图3.5.1（b）的交流通路可得其微变等效电路：ib+Usriui+RcRbrs+bcicrbeibuoRLro图3.5.2 微变等效电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/由图中电路可求得：Ui=iBrbeUo=-iC（RCRL）=-iC RL=-iB RL上式中，RL=RCRL，那么电压放大倍数为式中负号表示输出电压与输入电压的相位差为180，即输出与输入倒相。输入电阻 ri=RB rbe输出电阻ro=RC注意：求输入电阻时，信号源内阻RS不计入输入电阻内；求输出电阻时，负载RL不计入输出电

41、阻内。ib+Usriui+RcRbrs+bcicrbeibuoRLro模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/三.交流图解法图解法较为形像直观，适合交流大信号的分析。下面采用图解法重点分析输出回路。图3.5.3动态分析图解法模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/1.交流负载线前已分析，在静态时由于负载电阻RL没有直流压降，故电容C2上压降UC2=UCEQ 输入端加入交流信号以后，iC及uCE除包含直流以外尚附加交流成份。其中交流电流既流经RC支路，又流经RL支路。但直流电源UCC及大电容C2均不产生交流压降，可视作短路，因而对交流信号而言，RL与RC是并联的，如图3.5.4所示。

42、图3.5.4集电极交流负载模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/集电极交流负载电阻变为（3.5.1）输出交流电压与交流电流的关系为：（3.5.2）上式负号表示交流输出电压uce的实际方向与规定方向相反。式（3.5.2）改写成：（3.5.3）式（3.5.3）为输出回路方程，可据此做出交流负载线。交流负载线反映动态时瞬时电流iC和瞬时电压uCE的变化关系，即瞬时工作点的移动轨迹。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/图3.5.5交流负载线如图3.5.5所示。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/讨论：.因为交流电量在静态工作点附近变化，所以交流负载线应通过Q点。故过Q点，做

43、斜率为的直线即为交流负载线。.交流负载线的斜率为，因为RL VE;VB VE ;VBVBVEE结正偏、C结 反偏;VCVBVE ;VBVCE结、C结正偏;VBVE ;VB|VBE|对NPN管：VE VB VB VC 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 例3.10:已知如图所示,问：(1)该电路是哪一类型放大 电路；(2)计算Q，设VBE=0.6V；(3)画出电路的等效电路；(4)计算AV；模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 解:(1)是共发射极放大电路；(2)模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/(3)等效电路如图所示：模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http

44、:/ 例3.11:NPN型三极管接成如图所示两种电路，试 分析三极管T在这两种电路中分别处于何种工 作状态。设T的VBE=0.7V。(a)(b)模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 解：三极管的工作状态，可以通过比较基极电流B和临界饱和基极电流BS来判定。由图(a)可知，因为B BS，所以，三极管处于饱和状态。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/小结：判断三极管的工作状态，可有多种方法:(1)根据发射接和集电结的偏置电压来判别。(2)根据静态工作点BQ和CQ之来判别：BQ0,管子工作在截止区；CQ=BQ，管子工作在 放大区；BQ CQ/,管子工作在饱和区。(3)根据UBEQ

45、值来判别，UBEQ 0.5V(对硅管)，管子工作在截止区；UBEQ 0.7VUCEQ,管子工作 在饱和区。(4)根据UCEQ值来判别，UCEQ EC,管子工作在 截止区；UCEQ0,管子工作在饱和区。模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 例3.12:设如图三极管T的=100，rbb=100,VBEQ=0.7V；C1,C2,C3对交流信号可视为短路，RS=600。(1)计算静态工作点Q(VCEQ,CQ)；(2)画出交流通路及交流小信号低频等效电路；(3)求输入电阻Ri；(4)求输出电阻Ro；(5)求电压增益Av=Vi/V0和Avs=V0/Vs；模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http

46、:/ 解：(1)电容对于直流信号相当于开路，因此根据该放大电路的直流通路可以列出方程：VCC=CR3+BQ(R1+R2)+VBE将C=BQ代入，得：模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ CQ=BQ=3.1mA VCEQVCC-CQR3=10-3.12=3.8V (2)交流通路如图(a)所示，交流小信号低频等 效电路如图(b)所示：(a)(b)模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/(3)由微变等效电路可知，输入电阻为：模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 讨论：本题的目的在于熟悉放大器静态工作点 的估算法，以及利用微变等效电路求放大器 的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。求 放大器的静态工作点实际上就是求解放大器 的直流通路。具体的方法有两种：一是图解 法，条件是要知道管子的特性曲线；二是估模拟电子技术基础模拟电子技术基础 http:/ 算法，条件是要知道管子的电流放大系数。求放大器的电压放大倍数、输入电阻和输出 电阻，实际上就是求解放大器的微变等效电 路。该放大器的微变等效电路可以根据电容 和直流电源对交流相当于短路以及用管子的 微变等效电路代替管子的原则来画出。