雙極結型三極管及其放大電路

1、 2 電子技術電子技術基礎模擬部分基礎模擬部分 1 1 緒論緒論 2 2 運算放大器運算放大器 3 3 二極管及其基本電路二極管及其基本電路 4 4 場效應三極管及其放大電路場效應三極管及其放大電路 5 5 雙極結型三極管及其放大電路雙極結型三極管及其放大電路 6 6 頻率響應頻率響應 7 7 模擬集成電路模擬集成電路 8 8 反饋放大電路反饋放大電路 9 9 功率放大電路功率放大電路 10 10 信號處理與信號產生電路信號處理與信號產生電路 11 11 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 3 5 5 雙雙極結型三極管及其放大極結型三極管及其放大電路電路 5.1 BJT5.1 BJT 5.2 5.2 基

2、本共射極放大電路基本共射極放大電路 5.3 BJT5.3 BJT放大電路的分析方法放大電路的分析方法 5.4 BJT5.4 BJT放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題 5.5 5.5 共集電極放大電路和共基極放大電路共集電極放大電路和共基極放大電路 5.6 FET5.6 FET和和BJTBJT及其基本放大電路性能的比較及其基本放大電路性能的比較 5.7 5.7 多級放大電路多級放大電路 5.8 5.8 光電三極管光電三極管 4 5.1 BJT 5.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介 5.1.2 放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJT的工作原理的工作原理 5.1.3 BJT的的V-I 特

3、性曲線特性曲線 5.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) 5.1.5 溫度對溫度對BJT參數(shù)及特性的影響參數(shù)及特性的影響 5 5.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介 (a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管 6 5.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介 7 5.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介 半導體三極管的結構示意圖如圖所示。它有兩種類半導體三極管的結構示意圖如圖所示。它有兩種類 型：型：NPNNPN型和型和PNPPNP型型。 NPNNPN型型PNPPNP型型 8 5.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介 結構特點：結構特點： 發(fā)射區(qū)

4、的摻雜濃度最高；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；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。低。 集成電路集成電路中典型中典型NPN型型BJT的截面圖的截面圖 9 載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程 5.1.2 放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJT的工作原理的工作原理 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過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。載流子傳輸體現(xiàn)出來的。 外部條件：外部條件：發(fā)射結正偏發(fā)射結正偏 集電結反偏集電結反偏 1. 內部

5、載流子的傳輸過程內部載流子的傳輸過程 發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子 集電區(qū)：收集載流子集電區(qū)：收集載流子 基區(qū)：傳送和控制載流子基區(qū)：傳送和控制載流子 （以（以NPNNPN為例）為例） 由于三極管內有兩種載流子由于三極管內有兩種載流子( (自由自由 電子和空穴電子和空穴) )參與導電，故稱為雙極型參與導電，故稱為雙極型 三極管或三極管或BJTBJT ( (Bipolar Junction Transistor) )。 IC= ICN+ ICBO IE=IB+ IC 10 載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程 2. 電流分配關系電流分配關系 發(fā)射極注入電流發(fā)射極注入電流 傳輸?shù)郊姌O的電流傳

6、輸?shù)郊姌O的電流 設設 E nC I I 即即 根據(jù)傳輸過程可知根據(jù)傳輸過程可知 IC= InC+ ICBO 通常通常 IC ICBO E C I I 則有則有 為電流放大系數(shù)。它為電流放大系數(shù)。它 只與管子的結構尺寸和摻雜只與管子的結構尺寸和摻雜 濃度有關，與外加電壓無關。濃度有關，與外加電壓無關。 一般一般 =0.9=0.9 0.990.99。 IE=IB+ IC 11 1 又設又設 B CEOC I II 則則 是另一個電流放大系數(shù)。同樣，它也只與管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。子的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。 一般一般

7、1 1 。 根據(jù)根據(jù)IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO E nC I I 且令且令 B C CEOC I I II 時，時，當當 ICEO= (1+ ) ICBO（穿透電流）（穿透電流） 2. 電流分配關系電流分配關系 12 3. 三極管的三種組態(tài)三極管的三種組態(tài) 共集電極接法共集電極接法，集電極作為公共電極，簡稱，集電極作為公共電極，簡稱CC。 共基極接法共基極接法，基極作為公共電極，簡稱，基極作為公共電極，簡稱CB； 共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，簡稱，發(fā)射極作為公共電極，簡稱CE； iEiC iB iC iB iE iC = iEiC = iB iE = (1

8、+ ) iB 輸輸 出出 口口 輸輸 入入 口口 輸輸 出出 口口 輸輸 入入 口口 輸輸 出出 口口 輸輸 入入 口口 13 共基極放大電路共基極放大電路 4. 放大作用放大作用 若若 vI = 20mV 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)49 20mV V98. 0 I O v v v A 使使 iE = -1 mA， 則則 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V， 當當 = 0.98 時時， 14 5.1.2 放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJT的工作原理的工作原理 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的 發(fā)射極電流能

9、夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實發(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。現(xiàn)的。 實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是： （1）內部條件：內部條件：發(fā)射區(qū)雜質濃度遠大于基區(qū)雜質濃度，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。且基區(qū)很薄。 （2）外部條件：外部條件：發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。 15 5.1.3 BJT的的 I-V 特性曲線特性曲線 + - b c e 共射極放大電路共射極放大電路 VBB VCC vBE iC iB+ - vCE iB= f (vBE) vCE=const (2) 當當vCE1V時，時

10、， vCB= vCE - vBE0，集電結已進入反偏狀態(tài)，收集載流，集電結已進入反偏狀態(tài)，收集載流 子能力增強，基區(qū)復合減少，同樣的子能力增強，基區(qū)復合減少，同樣的vBE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。 (1) 當當vCE=0V時，相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線。時，相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線。 1. 輸入特性曲線輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例） 16 5.1.3 BJT的的 I-V 特性曲線特性曲線 (3) (3) 輸入特性曲線的三個部分輸入特性曲線的三個部分 死區(qū)死區(qū) 非線性區(qū)非線性區(qū) 近似線性區(qū)近似線性區(qū) iB vBE iB vBE iB

11、 vBE 1. 輸入特性曲線輸入特性曲線 17 5.1.3 BJT的的 I-V 特性曲線特性曲線 飽和區(qū)：飽和區(qū)：iC明顯受明顯受vCE控制的區(qū)域，控制的區(qū)域， 該區(qū)域內，一般該區(qū)域內，一般vCE0.7V (硅硅 管管)。此時，。此時，發(fā)射結正偏，集電發(fā)射結正偏，集電 結正偏或反偏電壓很小結正偏或反偏電壓很小。 iC= f (vCE) iB=const 輸出特性曲線的三個區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域: : 截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相接近零的區(qū)域，相 當當iB=0的曲線的下方。此時，的曲線的下方。此時， vBE小于死區(qū)電壓小于死區(qū)電壓。 放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于vCE軸的區(qū)軸的區(qū)

12、 域，曲線基本平行等距。此域，曲線基本平行等距。此 時，時，發(fā)射結正偏，集電結反發(fā)射結正偏，集電結反 偏偏。 2. 輸出特性曲線輸出特性曲線 18 5.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) (1) 共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) const B C B CEOC CE v I I I II (2) 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = IC/ IB vCE=const 19 5.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) (3) 共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基極交流電流放大系

13、數(shù)共基極交流電流放大系數(shù) = IC/ IE VCB=const 當當ICBO和和ICEO很小時，很小時， 、 ，可以不加區(qū)分。，可以不加區(qū)分。 1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 20 5.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) (1) 集電極基極間反向飽和電流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。發(fā)射極開路時，集電結的反向飽和電流。 + b c e - A IE=0 VCC ICBO 2. 極間反向電流極間反向電流 21 5.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) (2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 即輸

14、出特性曲線即輸出特性曲線IB=0那那 條曲線所對應的條曲線所對應的Y坐標的數(shù)坐標的數(shù) 值。值。 ICEO也稱為集電極發(fā)射也稱為集電極發(fā)射 極間穿透電流。極間穿透電流。 + b c e - VCC ICEO mA 2. 極間反向電流極間反向電流 22 5.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) (1) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM (2) 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM PCM= ICVCE 3. 極限參數(shù)極限參數(shù) (3) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 V(BR)CBO發(fā)射極開路時的集電結反發(fā)射極開路時的集電結反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開路時

15、發(fā)射結的反集電極開路時發(fā)射結的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR)CEO基極開路時集電極和發(fā)射基極開路時集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。極間的擊穿電壓。 23 5.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) 由由PCM、 、 ICM和 和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定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)。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)輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū) 過流區(qū)過流區(qū) 過過 壓壓 區(qū)區(qū) 24 5.1.5 溫度對溫度對BJT參數(shù)及特性的影響參數(shù)及特性的影響 (1) 溫度對溫度對ICBO的影響的影響 溫度每升高溫度每升高10，ICBO

16、約增加一倍。約增加一倍。 (2) 溫度對溫度對 的影響的影響 溫度每升高溫度每升高1， 值約增大值約增大0.5%1%。 (3) 溫度對反向擊穿電壓溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響的影響 溫度升高時，溫度升高時，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都會有所提高。都會有所提高。 2. 溫度對溫度對BJT特性曲線的影響特性曲線的影響 1. 溫度對溫度對BJT參數(shù)的影響參數(shù)的影響 25 5.2 基本共射極放大電路基本共射極放大電路 5.2.1 基本共射極放大電路的組成基本共射極放大電路的組成 5.2.2 基本共射極放大電路的工作原理基本共射極放大電路的工作原理 26 5.2.

17、1 基本共射極放大電路的組成基本共射極放大電路的組成 27 5.2.2 基本共射極放大電路的工作原理基本共射極放大電路的工作原理 1. 靜態(tài)靜態(tài) 輸入信號輸入信號vi0時，時， 放大電路的工作狀態(tài)稱為放大電路的工作狀態(tài)稱為 靜態(tài)或直流工作狀態(tài)。靜態(tài)或直流工作狀態(tài)。 直流通路直流通路 b BEQBB BQ R VV I BQCEOBQCQ IIII VCEQ=VCCICQRc 28 5.2.2 基本共射極放大電路的工作原理基本共射極放大電路的工作原理 2. 動態(tài)動態(tài) 輸入正弦信號輸入正弦信號vs后，電后，電 路將處在動態(tài)工作情況。此路將處在動態(tài)工作情況。此 時，時，BJT各極電流及電壓都各極電流

18、及電壓都 將在靜態(tài)值的基礎上隨輸入將在靜態(tài)值的基礎上隨輸入 信號作相應的變化。信號作相應的變化。 交流通路交流通路 29 BJT放大電路的其它組成形式放大電路的其它組成形式 信號源不共地信號源不共地 30 BJT放大電路的其它組成形式放大電路的其它組成形式 31 5.3 BJT放大電路的分析方法放大電路的分析方法 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法 5.3.2 BJT放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法 32 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法 1. 靜態(tài)工作點的圖解分析靜態(tài)工作點的圖解分析 采用該方法分析靜態(tài)工作點，必須已知三極

19、管的輸入輸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。出特性曲線。 共射極放大電路共射極放大電路 首先，畫出直流通路首先，畫出直流通路 直流通路直流通路 33 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法 列輸入回路方程列輸入回路方程 vBE =VBBiBRb 列輸出回路方程列輸出回路方程 （直流負載線）（直流負載線） vCE=VCCiCRc 直流通路直流通路 1. 靜態(tài)工作點的圖解分析靜態(tài)工作點的圖解分析 34 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法 在輸入特性曲線上，作出直線在輸入特性曲線上，作出直線 vBE =VBBiBRb，兩線的交點

20、即，兩線的交點即 是是Q點，得到點，得到IBQ。 在輸出特性曲線上，作出直流負載線在輸出特性曲線上，作出直流負載線 vCE=VCCiCRc，與，與IBQ曲曲 線的交點即為線的交點即為Q點，從而得到點，從而得到VCEQ 和和ICQ 1. 靜態(tài)工作點的圖解分析靜態(tài)工作點的圖解分析 35 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法 2. 動態(tài)工作情況的圖解分析動態(tài)工作情況的圖解分析 tVsin sms v bBsBBBE RiV vv 根據(jù)根據(jù)vs的波形，在的波形，在BJT的輸入特的輸入特 性曲線圖上畫出性曲線圖上畫出vBE、iB的波形的波形 36 5.3.1 BJT放大電路的圖解分

21、析法放大電路的圖解分析法 2. 動態(tài)工作情況的圖解分析動態(tài)工作情況的圖解分析 cCCCCE RiV v 根據(jù)根據(jù)iB的變化范的變化范 圍在輸出特性曲線圍在輸出特性曲線 圖上畫出圖上畫出iC和和vCE 的波形的波形 37 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法 2. 動態(tài)工作情況的圖解分析動態(tài)工作情況的圖解分析 38 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法 3. 靜態(tài)工作點對波形失真的影響靜態(tài)工作點對波形失真的影響 靜態(tài)工作點太高容易出現(xiàn)飽和失真靜態(tài)工作點太高容易出現(xiàn)飽和失真 飽和失真的波形飽和失真的波形 39 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電

22、路的圖解分析法 3. 靜態(tài)工作點對波形失真的影響靜態(tài)工作點對波形失真的影響 靜態(tài)工作點太低容易出現(xiàn)截止失真靜態(tài)工作點太低容易出現(xiàn)截止失真 截止失真的波形截止失真的波形 40 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法 s v 例例5.3.1 阻容耦合共射極放大電路圖解阻容耦合共射極放大電路圖解 與前一個電路相比，靜態(tài)時輸與前一個電路相比，靜態(tài)時輸 入回路方程略有差別入回路方程略有差別 vBE =VCCiBRb 輸出回路方程相同輸出回路方程相同 vCE=VCCiCRc 動態(tài)時，輸入信號動態(tài)時，輸入信號vi疊加疊加Cb1上已充的上已充的 靜態(tài)電壓靜態(tài)電壓VBEQ，然后加在，然后加在

23、BJT的的b-e間，間， 即即 且電容且電容Cb1充電完成后，其充電完成后，其 電壓等于電壓等于VBEQ vBE=VBEQ+ vi 41 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法 s v 例例5.3.1 阻容耦合共射極放大電路圖解阻容耦合共射極放大電路圖解 由于輸出端有隔直電容，所以動態(tài)和由于輸出端有隔直電容，所以動態(tài)和 靜態(tài)時有差別。靜態(tài)時有差別。 由交流通路可得交流負載線：由交流通路可得交流負載線： 交流通路交流通路 vce= -ic (Rc | RL) 因為交流信號過零時，電路中因為交流信號過零時，電路中 電壓、電流值就等于靜態(tài)值，所以電壓、電流值就等于靜態(tài)值，所以 交

24、流負載線必過交流負載線必過Q點，即點，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同時，令同時，令R L = Rc | RL則交流負載線為則交流負載線為 iC = (-1/R L) vCE + (1/R L) VCEQ+ ICQ 42 5.3.1 BJT放大電路的圖解分析法放大電路的圖解分析法 斜率斜率 - 1 Rc Q VCEQ ICQIBQ Rc VCC VCC vCE iC 斜率斜率 - 1 Rc Q VCEQ ICQIBQ Rc VCC VCC vCE iC 斜率斜率 - 1 Rc 斜率斜率 1 Rc/ RL Q VCEQ ICQIBQ Rc VCC VCC vCE

25、iC 交流負載線是有交流輸入信交流負載線是有交流輸入信 號時號時Q點的運動軌跡。點的運動軌跡。 交流負載線交流負載線 例例5.3.1 阻容耦合共射極放大電路圖解阻容耦合共射極放大電路圖解 iC = (-1/R L) vCE + (1/R L) VCEQ+ ICQ 43 5.3.2 BJT放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法 1. BJT的的H參數(shù)及小信號模型參數(shù)及小信號模型 與與FET類似，也可通過類似，也可通過BJT的小信號模型來分析其的小信號模型來分析其 放大電路的動態(tài)指標。放大電路的動態(tài)指標。 當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以

26、把BJT 小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把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。理。 44 1. BJT的的H參數(shù)及小信號模型參數(shù)及小信號模型 H參數(shù)的引出參數(shù)的引出 ),( CEB1BE vvif 在小信號情況下，對上在小信號情況下，對上 兩式取全微分得兩式取全微分得 CE CE BE B B BE BE ddd BCE v v v i i v v IV 用小信號交流分量表示用小信號交流分量表示 vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoev

27、ce 對于對于BJT雙口網絡，已知輸入輸出特性雙口網絡，已知輸入輸出特性 曲線如下：曲線如下： iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const 可以寫成：可以寫成：),( CEB2C vifi CE CE C B B C C ddd BCE v v i i i i i IV BJTBJT雙口網絡雙口網絡 45 CE B BE ie V i v h 輸出端交流短路時的輸入電阻；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輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電 流放大系數(shù)；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反向電壓傳輸

28、比； 輸入端交流開路時的輸出電導。輸入端交流開路時的輸出電導。 其中：其中： 四個參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（四個參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（H參數(shù)）。參數(shù)）。 CE B C fe V i i h B CE BE re I v v h B CE C oe I v i h H參數(shù)的引出參數(shù)的引出 vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 1. BJT的的H參數(shù)及小信號模型參數(shù)及小信號模型 46 H參數(shù)小信號模型參數(shù)小信號模型 根據(jù)根據(jù) 可得小信號模型可得小信號模型 BJT的的H參數(shù)模型參數(shù)模型 BJTBJT雙口網絡雙口網絡 vbe= hieib+ hre

29、vce ic= hfeib+ hoevce 受控電流源受控電流源h hfe fei ib b ，反映了 ，反映了 BJTBJT的基極電流對集電極電流的的基極電流對集電極電流的 控制作用。電流源的流向由控制作用。電流源的流向由ib的的 流向決定。流向決定。 hrevce是一個受控電壓源。反是一個受控電壓源。反 映了映了BJT輸出回路電壓對輸入回輸出回路電壓對輸入回 路的影響。路的影響。 1. BJT的的H參數(shù)及小信號模型參數(shù)及小信號模型 47 H參數(shù)小信號模型參數(shù)小信號模型 H H參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微 變參數(shù)或交流參數(shù)。變參數(shù)或交流參數(shù)。 H H參數(shù)與工作點有關，在放

30、大參數(shù)與工作點有關，在放大 區(qū)基本不變。區(qū)基本不變。 H H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只 適合對交流信號的分析。適合對交流信號的分析。 模型的簡化模型的簡化 hre和和hoe都很小，常忽略都很小，常忽略 它們的影響。常用習慣符號它們的影響。常用習慣符號 rbe= hie ， = hfe BJT的的H參數(shù)數(shù)量級一般為參數(shù)數(shù)量級一般為 S1010 101010 52 433 oefe reie e hh hh h 1. BJT的的H參數(shù)及小信號模型參數(shù)及小信號模型 48 H參數(shù)的確定參數(shù)的確定 一般用測試儀測出一般用測試儀測出 rbe 與與Q點有關，可用圖示儀測出點有關，可用圖

31、示儀測出 一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe （忽略（忽略 r e ） = rb + (1+ ) re 對于低頻小功率管對于低頻小功率管 rb200 則則 )mA( )mV(26 )1(200 EQ be I r )mA( )mV(26 )mA( )mV( EQEQ e II V r T 而而 (T=300K) b ebbb b be be )1( i riri i v r (估算公式估算公式) # # 若用萬用表的若用萬用表的“歐姆歐姆”檔測量檔測量b b、e e兩極之間的電阻，是否為兩極之間的電阻，是否為r rbe be? ? 1. BJT的的H參數(shù)及小信號模型參數(shù)及小信號模型 49

32、 5.3.2 BJT放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法 2. 用用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路 （1）利用直流通路求）利用直流通路求Q點點 共射極放大電路共射極放大電路 b BEBB B R VV I 一般硅管一般硅管VBE=0.7V，鍺管，鍺管VBE=0.2V， 已知已知。 BC II LC c CECC CE )(RI R VV V vs=0 50 5.3.2 BJT放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法 （2）畫小信號等效電路）畫小信號等效電路 2. 用用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路參數(shù)小信號模型分析

33、基本共射極放大電路 H參數(shù)小信號等效電路參數(shù)小信號等效電路 51 5.3.2 BJT放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法 （3）求放大電路動態(tài)指標）求放大電路動態(tài)指標 已知已知 ，估算，估算rbe 則電壓增益為則電壓增益為 （可作為公式）（可作為公式） 電壓增益電壓增益 2. 用用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路 根據(jù)根據(jù) )mA( )mV(26 )1(200 EQ be I r )( bebbi rRi v bc ii )/( Lcco RRi v beb Lc bebb Lcc i o )/( )( )/( rR RR rRi RR

34、i A v v v 52 5.3.2 BJT放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法 輸入電阻輸入電阻 （3）求放大電路動態(tài)指標）求放大電路動態(tài)指標 2. 用用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路 beb b bebb b i i i i rR i rRi ii R )( vv 令令0 i v0 b i 0 b i Ro = Rc 所以所以 Ls R,0 t t o v v i R 輸出電阻輸出電阻 53 1. 放大電路如圖所示。已知放大電路如圖所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k ， Rc=2k ， VCC= +12V，求：，求：

35、（1）放大電路的）放大電路的Q點。此時點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？工作在哪個區(qū)域？ （2）當）當Rb=100k 時，放大電路的時，放大電路的Q點。此時點。此時BJT 工作在哪個區(qū)域？（忽略工作在哪個區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）的飽和壓降） 解：解：（1）A40 300k 2V1 b BECC BQ R VV I （2）當）當Rb=100k 時，時， 3.2mAA4080 BQCQ II 5.6V3.2mA2k-V12 CQcCCCEQ IRVV 靜態(tài)工作點為靜態(tài)工作點為Q（40 A，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大區(qū)。工作在放大區(qū)。 其最小值也只能為其最小值也只能為0，即，即I

36、C的最大電流為：的最大電流為： A120 100k 2V1 b CC BQ R V ImA6 . 9A12080 BQCQ II V2 . 79.6mA2k-V12 CQcCCCEQ IRVV mA6 2k 2V1 c CESCC CM R VV I CMBQ II 由由于于 ，所以，所以BJT工作在飽和區(qū)。工作在飽和區(qū)。 VCE不可能為負值，不可能為負值， 此時，此時，Q（120uA，6mA，0V），）， 54 解：解：（ （1） 4Vk4mA2V12 cCCCCE RIVV mA2A4050 BC II A40 k300 V12 b CC b BECC B R V R VV I （2） 8

37、63 )mA( )mV(26 )1(200 )mA( )mV(26 )1(200 C E be I I r 87.115 )|( be Lc i o r RR v v Av 863| bebebi rrRR k4 co RR i o v v Av s o s v v Av 2. 放大電路如圖所示。試求：（放大電路如圖所示。試求：（1）Q點；點；（2） 、 oi RR 、 、 。已知。已知 =50。 +VCC + RC + 300k +12V 4k Cb2 + Rb RL vo vi 500 Rs vs 50 F Cb1 50 F e b c T 4k + + 55 i o v v Av s o

38、 s v v Av 2. 放大電路如圖所示。試求：（放大電路如圖所示。試求：（1）Q點；點；（2） 、 oi RR 、 、 。已知。已知 =50。 36.73 )87.115( 500863 863 si i i o s i s o vvs A RR R v v v v v v A Rs + vs vi + 放大電路放大電路 Ri +VCC + RC + 300k +12V 4k Cb2 + Rb RL vo vi 500 Rs vs 50 F Cb1 50 F e b c T 4k + + 56 5.4 BJT放大電路靜態(tài)工作放大電路靜態(tài)工作 點的穩(wěn)定點的穩(wěn)定問題問題 5.4.1 溫度對靜態(tài)

39、工作點的影響溫度對靜態(tài)工作點的影響 5.4.2 射極偏置電路射極偏置電路 57 5.4.1 溫度對靜態(tài)工作點的影響溫度對靜態(tài)工作點的影響 5.1節(jié)曾討論過，溫度變化將導致下列結果：節(jié)曾討論過，溫度變化將導致下列結果： 要想使要想使ICQ基本穩(wěn)定不變，就要求在溫度升高時，電路基本穩(wěn)定不變，就要求在溫度升高時，電路 能自動地適當減小基極電流能自動地適當減小基極電流IBQ 。 溫度溫度T (內部內部)VBE ICBO、ICEO 、 、 ICQ 58 5.4.2 射極偏置電路射極偏置電路 （1 1）穩(wěn)定工作點的原理）穩(wěn)定工作點的原理 目標：溫度變化時，使目標：溫度變化時，使ICQ維持恒定維持恒定 如果

40、溫度變化時，如果溫度變化時，b點電位能基本點電位能基本 不變不變，則可實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。，則可實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。 T 穩(wěn)定原理：穩(wěn)定原理： ICQ IEQ VE 、VB不變不變 VBEQ IBQ ICQ （反饋控制）（反饋控制） 1. 基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路 59 5.4.2 射極偏置電路射極偏置電路 b點電位基本不變的條件點電位基本不變的條件： I1 IBQ ， CC b2b1 b2 B V RR R V 此時，此時， VB與溫度無關與溫度無關 VB VBEQ Re取值越大，反饋控制作用越強取值越大，反饋控制作用越強 一般取一般取 I1 =(510)IBQ， V

41、B =35V （1 1）穩(wěn)定工作點的原理）穩(wěn)定工作點的原理 1. 基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路 直流通路直流通路 60 5.4.2 射極偏置電路射極偏置電路 （2 2）放大電路指標分析）放大電路指標分析 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 CC b2b1 b2 B V RR R V e BEQB EQCQ R VV II )( ecCQCCeEQcCQCCCEQ RRIVRIRIVV CQ BQ I I 1. 基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路 直流通路直流通路 61 5.4.2 射極偏置電路射極偏置電路 電壓增益電壓增益 畫小信號等效電路畫小信號等效電路 （2 2）放大電路指標分

42、析）放大電路指標分析 1. 基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路 62 電壓增益電壓增益 輸出回路：輸出回路： 輸入回路：輸入回路： 電壓增益：電壓增益： 確定模型參數(shù)確定模型參數(shù) 已知，求已知，求r rbe be )mA( )mV(26 )1(200 EQ be I r 增益增益 （2 2）放大電路指標分析）放大電路指標分析 （可作為公式用）（可作為公式用） )|( Lcbo RRi v ebbebeebebi )1(RiriRiri v ebe Lc ebeb Lcb i o )1( )|( )1( )|( Rr RR Rri RRi A v v v 63 輸入電阻輸入電阻 )1(

43、| ebeb2b1 i i i RrRR i R v bRi b iii ebbebeebebi )1(RiriRiri v )|( b2b1Ri b RRi v 根據(jù)定義根據(jù)定義 由電路列出方程由電路列出方程 則輸入電阻則輸入電阻 放大電路的輸入電阻不包含信號源的內阻放大電路的輸入電阻不包含信號源的內阻 i i i i R v 2R1RR bbb iii （2 2）放大電路指標分析）放大電路指標分析 64 輸出電阻輸出電阻 oco | RRR 求輸出電阻的等效電路求輸出電阻的等效電路 網絡內獨立源置零網絡內獨立源置零 負載開路負載開路 輸出端口加測試電壓輸出端口加測試電壓 對回路對回路1和和

44、2列列KVL方程方程 為便于分析考慮為便于分析考慮rce的影響的影響 其中其中 b2b1ss |RRRR 當當 co RR 時，時， co RR 一般一般 cceo RrR （） 12 o R 0)()( ecbsbeb RiiRri 0)()( ebccebct Riiriiv 則則)1( esbe e ce c t o RRr R r i R v （2 2）放大電路指標分析）放大電路指標分析 65 5.4.2 射極偏置電路射極偏置電路 2. 含有雙電源的射極偏置電路含有雙電源的射極偏置電路 穩(wěn)定工作點作用？穩(wěn)定工作點作用？ （1 1）阻容耦合阻容耦合 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 0)()(0 E

45、EEQe2e1BEQBQb VIRRVIR EQCQ II )()( e2e1EQcCQEECCCEQ RRIRIVVV CQ BQ I I BQEQ )1(II 66 5.4.2 射極偏置電路射極偏置電路 電壓增益電壓增益 小信號等效電路小信號等效電路 2. 含有雙電源的射極偏置電路含有雙電源的射極偏置電路 （1 1）阻容耦合阻容耦合 67 5.4.2 射極偏置電路射極偏置電路 （2 2）直接耦合直接耦合 電路如圖所示，求：電路如圖所示，求： （1 1）靜態(tài)工作點）靜態(tài)工作點 （2 2）畫出小信號等效電路）畫出小信號等效電路 （3 3）電壓增益）電壓增益（A Av v= =vo o/ /vi

46、 i）、輸入、輸入 電阻和輸出電阻電阻和輸出電阻 Re 2. 含有雙電源的射極偏置電路含有雙電源的射極偏置電路 68 5.4.2 射極偏置電路射極偏置電路 靜態(tài)工作點由恒流源提供靜態(tài)工作點由恒流源提供 分析該電路的分析該電路的Q點及點及、 、 v A i R o R 3. 含有恒流源的射極偏置電路含有恒流源的射極偏置電路 恒流源對交流信號恒流源對交流信號 而言相當于開路而言相當于開路 69 5.5 共集電極放大電路和共集電極放大電路和 共基極放大共基極放大電路電路 5.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路 5.5.2 共基極放大電路共基極放大電路 5.5.3 BJT放大電路三種組態(tài)的比較放

47、大電路三種組態(tài)的比較 70 三種組態(tài)的判別三種組態(tài)的判別 以輸入、輸出信號的位置為判斷依據(jù)：以輸入、輸出信號的位置為判斷依據(jù)： 信號由基極輸入，集電極輸出信號由基極輸入，集電極輸出 共射極放大電路共射極放大電路 信號由基極輸入，發(fā)射極輸出信號由基極輸入，發(fā)射極輸出 共集電極放大電路共集電極放大電路 信號由發(fā)射極輸入，集電極輸出信號由發(fā)射極輸入，集電極輸出 共基極電路共基極電路 +VCC RcRb1 e b c T vi C1 C2 vo Rb2 Re +VCC RcRb1 C1 e b c T C2 vo Rb2 Re vi +VCC RcRb1 vi C1 e b c T C2 vo Rb2

48、 Re 71 5.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路 1.1.靜態(tài)分析靜態(tài)分析 共集電極電路結構如圖示共集電極電路結構如圖示 該電路也稱為該電路也稱為射極輸出器射極輸出器 直流通路直流通路 eb BEQCC BQ )1(RR VV I eCQCCeEQCCCEQ RIVRIVV BQCQ II eEQBEQbBQCC RIVRIV BQEQ )1(II 由由 得得 72 5.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路 小信號等效電路小信號等效電路 2.2.動態(tài)分析動態(tài)分析 73 5.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路 電壓增益電壓增益 輸入回路：輸入回路： 2.2.動態(tài)分析動態(tài)分析

49、輸出回路：輸出回路： Lbbeb Lbbbebi )1( )( Riri Riiri v 電壓增益：電壓增益： 1 )1( )1( )1( )1( Lbe L Lbe L Lbeb Lb i o Rr R Rr R Rri Ri A v v v 其中其中 LeL / RRR LbLbbo )1()(RiRii v 一般一般 beL rR ，則電壓增益接近于，則電壓增益接近于1，同同相相與與 io vv 電壓跟隨器電壓跟隨器 1 v A即即。 74 5.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路 輸入電阻輸入電阻 )1(| Lbeb i i i RrR i R v bi b iii R Lbbeb

50、T )1(Riri v bT b RiR v 根據(jù)定義根據(jù)定義 由電路列出方程由電路列出方程 則輸入電阻則輸入電阻 i i i i R v LeL | RRR 當當1 ， beL rR 時，時， Lbi |RRR 輸入電阻大輸入電阻大 2.2.動態(tài)分析動態(tài)分析 b R i 75 5.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路 輸出電阻輸出電阻 由電路列出方程由電路列出方程 當當 1 bes e rR R ，1 時，時， bes o rR R 輸出電阻小輸出電阻小 2.2.動態(tài)分析動態(tài)分析 e bbtR iiii )( sbebt Rri v et e RiR v其中其中 bss | RRR 則則

51、輸出電阻輸出電阻 rR R i R 1 | bes e t t o v 76 5.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路 rR RR 1 | bes eo # # 既然共集電極電路的電壓增益小于既然共集電極電路的電壓增益小于1 1（接近于（接近于1 1），）， 那么它對電壓放大沒有任何作用。這種說法是否正確？那么它對電壓放大沒有任何作用。這種說法是否正確？ 共集電極電路特點：共集電極電路特點： 同同相相與與 io VV 電壓增益小于電壓增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 輸入電阻大，對電壓信號源衰減小輸入電阻大，對電壓信號源衰減小 輸出電阻小，帶負載能力強輸出電阻小，帶負載能力強 )1(

52、| Lbebi RrRR 1 v A 77 5.5.2 共基極放大電路共基極放大電路 1.1.靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 直流通路與射極偏置電路相同直流通路與射極偏置電路相同 CC b2b1 b2 BQ V RR R V e BEQBQ EQCQ R VV II )( ecCQCC eEQcCQCCCEQ RRIV RIRIVV I I CQ BQ 78 5.5.2 共基極放大電路共基極放大電路 2.2.動態(tài)指標動態(tài)指標 交流通路交流通路 小信號等效電路小信號等效電路 79 5.5.2 共基極放大電路共基極放大電路 2.2.動態(tài)指標動態(tài)指標 電壓增益電壓增益 輸出回路：輸出回路： 輸入回路：輸入回路

53、： 電壓增益：電壓增益： LcL | RRR Lbo Ri v bebi ri v be L i o r R A v v v 輸入電阻輸入電阻 1)(1 be b beb e i ebi r i ri i rR v r r RrR i R 11 | bebe eebe i i i v 80 5.5.2 共基極放大電路共基極放大電路 # # 共基極電路的輸入電阻很小，最適合用來放大何種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？信號源的信號？ 輸出電阻輸出電阻 co RR 2.2.動態(tài)指標動態(tài)指標 81 5.5.3 BJT放大電路三種組態(tài)的比較放大電路三種組態(tài)的比較 82 5.5

54、.3 BJT放大電路三種組態(tài)的比較放大電路三種組態(tài)的比較 三種組態(tài)的特點及用途三種組態(tài)的特點及用途 共射極放大電路：共射極放大電路： 電壓和電流增益都大于電壓和電流增益都大于1 1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集 電極電阻有很大關系。適用于低頻情況下，作多級放大電路的中間級。電極電阻有很大關系。適用于低頻情況下，作多級放大電路的中間級。 共集電極放大電路：共集電極放大電路： 只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中，只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中， 輸入電阻最輸入電阻最大大，輸出電阻最小，頻率特性

55、好?？捎糜谳斎爰墶⑤敵黾壔蚓彌_，輸出電阻最小，頻率特性好?？捎糜谳斎爰?、輸出級或緩沖 級。級。 共基極放大電路：共基極放大電路： 只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小， 輸出電阻與集電極電阻有關。高頻特性較好，常用于高頻或寬頻帶低輸入輸出電阻與集電極電阻有關。高頻特性較好，常用于高頻或寬頻帶低輸入 阻抗的場合，模擬集成電路中亦兼有電位移動的功能。阻抗的場合，模擬集成電路中亦兼有電位移動的功能。 83 5.6 FET和和BJT及其基本放及其基本放 大電路性能的大電路性能的比較比較 5.6.1 FET和和BJT重要特

56、性的比較重要特性的比較 5.6.2 FET和和BJT放大電路性能的比較放大電路性能的比較 84 5.6.1 FET和和BJT重要特性的比較重要特性的比較 1.FET和和BJT內部都含有兩個內部都含有兩個PN結，外部都有結，外部都有3個電極。它們有個電極。它們有 如下的對應關系：如下的對應關系： FET BJT 柵極柵極g 基極基極b 源極源極s 發(fā)射極發(fā)射極e 漏極漏極d 集電極集電極c 85 5.6.1 FET和和BJT重要特性的比較重要特性的比較 2.雖然這兩類器件的工作原理不相同，但它們都可以利用兩個電極之雖然這兩類器件的工作原理不相同，但它們都可以利用兩個電極之 間的電壓控制流過第三個

57、電極的電流來實現(xiàn)輸入對輸出的控制。間的電壓控制流過第三個電極的電流來實現(xiàn)輸入對輸出的控制。 MOS管：柵管：柵-源電壓源電壓vGS控制漏極控制漏極iD BJT：基 ：基-射極間電壓射極間電壓vBE控制集電極電流控制集電極電流iC 在放大區(qū)域內，在放大區(qū)域內，MOS管的管的iD與與vGS之間是平方律關系，而之間是平方律關系，而BJT的的 iC與與vBE之間是指數(shù)關系。顯然，指數(shù)關系更加敏感，所以通常之間是指數(shù)關系。顯然，指數(shù)關系更加敏感，所以通常BJT 管的跨導要大于管的跨導要大于MOS管的跨導。管的跨導。 因因MOS管的柵極電流管的柵極電流iG=0，而，而BJT管的基極電流管的基極電流iB 0

58、，且電壓，且電壓 vBE首先影響首先影響iB（或（或iE），然后通過），然后通過iB（或（或iE）實現(xiàn)對）實現(xiàn)對iE的控制，故常的控制，故常 將將BJT稱為電流控制器件，稱為電流控制器件，MOS管稱為電壓控制器件，以示兩者之管稱為電壓控制器件，以示兩者之 差別。差別。 86 5.6.1 FET和和BJT重要特性的比較重要特性的比較 3.MOS管的跨導管的跨導gm不僅與不僅與VGSQ和開啟（夾斷）電壓的差值（或和開啟（夾斷）電壓的差值（或 IDQ）有關，而且還與其溝道的寬長比）有關，而且還與其溝道的寬長比W/L 有關。而有關。而BJT的的gm 僅與僅與ICQ有關。有關。 4.這兩類器件的輸出電阻這兩類器件的輸出電阻ro都等于都等于Early電壓電壓VA與靜態(tài)電流（與靜態(tài)電流（IDQ 或或ICQ）的比值。通常）的比值。通常BJT的的VA比比MOS管的管的VA大。意味著大。意味著 BJT的輸出電阻的輸出電阻ro 比比MOS管的大。管的大。 5.MOS管的管的Kn與與BJT的的 或或 具有類似的性質，即它們主要取決具有類似的性質，即它們主要取決 于管子的固有參數(shù)（如，尺寸、參雜濃度、載流子遷移率于管子的固有參數(shù)（如，尺寸、參雜濃度、載流子遷移率 等），而與它們所在的電