模擬電子電路 第二章雙極型晶體管及其放大電路

1、2021年12月2日星期四1第二章第二章 雙極型晶體管及其放大電路雙極型晶體管及其放大電路2-1 雙極型晶體管的工作原理雙極型晶體管的工作原理2-1-1 放大狀態(tài)下晶體管中載流子的傳輸過程放大狀態(tài)下晶體管中載流子的傳輸過程一、發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子一、發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子二、電子在基區(qū)中邊擴(kuò)散邊復(fù)合二、電子在基區(qū)中邊擴(kuò)散邊復(fù)合三、擴(kuò)散到集電結(jié)的電子被集電區(qū)收集三、擴(kuò)散到集電結(jié)的電子被集電區(qū)收集2-1-2 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系一、直流電流放大系數(shù)一、直流電流放大系數(shù)二、二、IC、 IE、 IB、三者關(guān)系、三者關(guān)系2021年12月2日星期四222 晶體管伏安特性曲線及參數(shù)晶體管伏安特性曲線及參數(shù)

2、221 晶體管共發(fā)射極特性曲線晶體管共發(fā)射極特性曲線一、共發(fā)射極輸出特性曲線一、共發(fā)射極輸出特性曲線1. 放大區(qū)2. 飽和區(qū)3. 截止區(qū)二、共發(fā)射極輸入特性曲線二、共發(fā)射極輸入特性曲線三、溫度對晶體管特性曲線的影響三、溫度對晶體管特性曲線的影響2021年12月2日星期四32-2-2 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù) 一、電流放大系數(shù)一、電流放大系數(shù)二、極間反向電流二、極間反向電流三、三、 結(jié)電容結(jié)電容四、晶體管的極限參數(shù)四、晶體管的極限參數(shù)23 晶體管直流工作狀態(tài)分析及偏置電路晶體管直流工作狀態(tài)分析及偏置電路231晶體管的直流模型晶體管的直流模型232晶體管直流工作狀態(tài)分析晶體管直流工作狀態(tài)分

3、析2021年12月2日星期四4233 放大狀態(tài)下的偏置電路放大狀態(tài)下的偏置電路一、固定偏流電路一、固定偏流電路二、電流負(fù)反饋型偏置電路二、電流負(fù)反饋型偏置電路三、分壓式偏置電路三、分壓式偏置電路24放大器的組成及其性能指標(biāo)放大器的組成及其性能指標(biāo)241 基本放大器的組成原則基本放大器的組成原則242 直流通路和交流通路直流通路和交流通路2021年12月2日星期四5243放大器的主要性能指標(biāo)放大器的主要性能指標(biāo)一、放大倍數(shù)一、放大倍數(shù)A二、輸入電阻二、輸入電阻 Ri三、輸出電阻三、輸出電阻Ro四、非線性失真系數(shù)四、非線性失真系數(shù)THD五、線性失真五、線性失真25 放大器圖解分析法放大器圖解分析法

4、251 直流圖解分析直流圖解分析252 交流圖解分析交流圖解分析253 直流工作點與放大器非線性失真的關(guān)系直流工作點與放大器非線性失真的關(guān)系2021年12月2日星期四626 放大器的交流等效電路分析法放大器的交流等效電路分析法261 晶體管交流小信號電路模型晶體管交流小信號電路模型一、混合一、混合型電路模型型電路模型二、低頻二、低頻H參數(shù)電路模型參數(shù)電路模型262 共射極放大器的交流等效電路分析法共射極放大器的交流等效電路分析法27 共集電極放大器和共基極放大器共集電極放大器和共基極放大器271共集電極放大器共集電極放大器272共基極放大器共基極放大器273 三種基本放大器性能比較三種基本放大

5、器性能比較2021年12月2日星期四728 放大器的級聯(lián)放大器的級聯(lián) 281級間耦合方式級間耦合方式282級聯(lián)放大器的性能指標(biāo)計算級聯(lián)放大器的性能指標(biāo)計算283 組合放大器組合放大器一、一、CCCE和和CECC組合放大器組合放大器二、二、CECB組合放大器組合放大器作業(yè)作業(yè)2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)8（1）掌握雙極型晶體管的工作原理、特性和參數(shù)。）掌握雙極型晶體管的工作原理、特性和參數(shù)。（2）掌握雙極型晶體管的大信號和小信號模型。了）掌握雙極型晶體管的大信號和小信號模型。了解模型參數(shù)的含義。解模型參數(shù)的含義。（3）掌握晶體管基本放大器的組成、工作原理及性）掌握晶體管基本放大器的組成

6、、工作原理及性能特點。能特點。（4）掌握靜態(tài)工作點的基本概念和偏置電路的估算。）掌握靜態(tài)工作點的基本概念和偏置電路的估算。（5）掌握圖解分析方法和小信號等效電路分析方法，）掌握圖解分析方法和小信號等效電路分析方法，掌握動態(tài)參數(shù)（掌握動態(tài)參數(shù)（ ）的分析方法。）的分析方法。（6）掌握多級放大電路動態(tài)參數(shù)的分析方法。）掌握多級放大電路動態(tài)參數(shù)的分析方法。omoiURRAu、第二章第二章 雙極型晶體管及其放大電路雙極型晶體管及其放大電路2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)9ecb發(fā)射極發(fā)射極基極基極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)NPNcbeNPNPNPcbe(

7、a) NPN管的管的原理結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意圖示意圖(b) 電路符號電路符號2-1 雙極型晶體管的工作原理雙極型晶體管的工作原理Base collector emitter BJT(Bipolar Junction Transistor)，簡稱晶體管晶體管或三極管。三極管。2021年12月2日星期四10P集電極基極發(fā)射極集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電區(qū)(a)NPNcebPNPcebb基區(qū)ec(b)N襯底N型外延PNcebSiO2絕緣層集電結(jié)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)集電區(qū)(c)NN(c)平面管結(jié)構(gòu)剖面圖平面管結(jié)構(gòu)剖面圖圖圖2-1 晶體管的結(jié)構(gòu)與符號晶體管的結(jié)構(gòu)與符號2021年12月2日星期四11結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點 1

8、.三區(qū)二結(jié)三區(qū)二結(jié)2.基區(qū)很?。◣讉€微米至幾十個微米）基區(qū)很薄（幾個微米至幾十個微米）3.e區(qū)重?fù)诫s、區(qū)重?fù)诫s、 c區(qū)輕摻雜、區(qū)輕摻雜、 b區(qū)摻雜最輕區(qū)摻雜最輕4.Sc結(jié)結(jié)Se結(jié)結(jié)2021年12月2日星期四12 2-1-1放大狀態(tài)下晶體管中載流子的傳輸過程放大狀態(tài)下晶體管中載流子的傳輸過程一、發(fā)射區(qū)向基區(qū)一、發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入注入電子電子二、電子在基區(qū)中邊二、電子在基區(qū)中邊擴(kuò)散擴(kuò)散邊復(fù)合邊復(fù)合三、擴(kuò)散到集電結(jié)的電子被集電區(qū)三、擴(kuò)散到集電結(jié)的電子被集電區(qū)收集收集（發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏）（發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏）基區(qū)從厚變薄，兩個基區(qū)從厚變薄，兩個PN結(jié)演變?yōu)槿龢O管，這是量結(jié)演變?yōu)槿龢O管，這是量變

9、引起質(zhì)變的一個實例。變引起質(zhì)變的一個實例。 2021年12月2日星期四13圖圖22 晶體管內(nèi)載流子的運動和各極電流晶體管內(nèi)載流子的運動和各極電流cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN雙極型三極管的電流傳輸關(guān)系雙極型三極管的電流傳輸關(guān)系.avi2021年12月2日星期四142-1-2 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系CBOEPBNBIIIIENEPEIIICBOCNCIIICBEIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICNIBICIEENI跨越兩個跨越兩個PN節(jié)，體現(xiàn)了放大作用節(jié)，體現(xiàn)了放大作用2021年12月2日星期四1

10、5 一、直流電流放大系數(shù)一、直流電流放大系數(shù)ECBOCEBEENENCNECNIIIIIIIII 一般99.097.0cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICN共基直流電流放大系數(shù)CBOEPBNBIIIIENEPEIIICBOCNCIIICBEIII2021年12月2日星期四16一般20020CBOBCBOCEPBNCNCNECNIIIIIIIIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICN共射直流電流放大系數(shù) CBOEPBNBIIIIENEPEIIICBOCNCIIICBEIII2021年12月2日星期四171EEECNEC

11、NIIIIII1)1 (CNCNECNIIII共射、共基直流電流放大系數(shù) 、 間關(guān)系112021年12月2日星期四18 若忽略 ICBO , 則,BCIIBEII)1(,ECIIEBII)1(二、二、IC、 IE、 IB、三者關(guān)系三者關(guān)系：CBOBCBOCIIIIECBOCIII 2021年12月2日星期四1922 晶體管伏安特性曲線及參數(shù)晶體管伏安特性曲線及參數(shù)全面描述晶體管各極電流與極間電壓關(guān)系的曲線。圖23晶體管的三種基本接法（組態(tài)）(a)cebiBiC輸出回路輸入回路(a)共發(fā)射極；(b)共集電極；(c)共基極 輸入回路輸入回路（接信號源，加入信號）輸出回路輸出回路（接負(fù)載，取出信號）

12、(b)ecbiBiEceiEiCb(c)2021年12月2日星期四20 221 晶體管共發(fā)射極特性曲線晶體管共發(fā)射極特性曲線一、共發(fā)射極輸出特性曲線一、共發(fā)射極輸出特性曲線圖24共發(fā)射極特性曲線測量電路 常數(shù)BiCECufi)(AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE2021年12月2日星期四21uCE/V5101501234飽和區(qū)截止區(qū)IB40A30A20A10A0AiBICBO放大區(qū)iC/mAuCEuBE圖25 共射輸出特性曲線共發(fā)射極接法輸出特性曲線共發(fā)射極接法輸出特性曲線.avi2021年12月2日星期四22cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIE

13、NICN1. 放大區(qū)（發(fā)射結(jié)正偏， 集電結(jié)反偏）（1）uCE 變化時, IC 影響很?。ê懔魈匦裕?）基極電流 iB 對集電極電流 iC 的控制作用很強（3）交流電流放大倍數(shù)常數(shù)CEuBCII2021年12月2日星期四23cICeIENPNIBRCUCCUBBRBb2. 飽和區(qū)（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置）E結(jié)正偏結(jié)正偏C結(jié)零偏的正向傳輸結(jié)零偏的正向傳輸（1） i B 一定時，i C 比放大時要?。?）U CE 一定時 i B 增大，i C 基 本不變C結(jié)正偏結(jié)正偏E結(jié)零偏的反向傳輸結(jié)零偏的反向傳輸內(nèi)部載流子的傳輸過程分解為內(nèi)部載流子的傳輸過程分解為2021年12月2日星期四24臨界飽和：

14、UCE = UBE，即UCB=0（C結(jié)零偏）。飽和壓降（一般飽和|深度飽和） UCE(sat) = 0.5V|0.3V（小功率Si管）； UCE(sat) = 0.2V|0.1V（小功率Ge管）。關(guān)于飽和區(qū)的說明關(guān)于飽和區(qū)的說明2021年12月2日星期四25cICeIENPNIBRCUCCUBBRBb3. 截止區(qū)（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于反向偏置）三個電極均為反向電流，所以數(shù)值很小。（1）i B =-i CBO （此時i E =0 ）以下稱為截止區(qū)（2）工程上認(rèn)為：i B =0 以下即為截止區(qū)。因為在i B =0 和i B =-i CBO 間，放大作用很弱ICBOIEBO2021年12月2日星期四

15、26 c 結(jié)結(jié)e 結(jié)結(jié)正偏正偏反偏反偏正偏正偏 反偏反偏晶體管的工作狀態(tài)總結(jié)晶體管的工作狀態(tài)總結(jié)飽和飽和放大放大截止截止倒置放大倒置放大2021年12月2日星期四27 二、共發(fā)射極輸入特性曲線二、共發(fā)射極輸入特性曲線（1）U CE = 0 時，晶體管相當(dāng)于兩個并聯(lián)二極管，i B 很大，曲線明顯左移。（2）0 UCE 1 時，隨著 UCE 增加，曲線右移，特別在 0 UCE1 時，曲線近似重合。 2021年12月2日星期四28三、溫度對晶體管特性曲線的影響三、溫度對晶體管特性曲線的影響T ，uBE：CmVmVTuBE)/5 . 22(T ， ICBO ：1012122TTCBOCBOIIT ，

16、：CT/) 15 . 0(CBOBCIII)1 (T ， IC ：結(jié)結(jié) 論論 2021年12月2日星期四292-2-2 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù) 一、電流放大系數(shù)一、電流放大系數(shù)1. 共射直流放大系數(shù)反映靜態(tài)時集電極電流與基極電流之比。2. 共射交流放大系數(shù)反映動態(tài)時的電流放大特性。在以后的計算中，不必區(qū)分。由于 ，呈線性關(guān)系CEOBCBOBCIIIII)1 (因此2021年12月2日星期四304.共基交流放大系數(shù) 3.共基直流放大系數(shù)常數(shù)CBECuII在以后的計算中，不必區(qū)分。由于 ，呈線性關(guān)系CBOECIII因此31二、極間反向電流二、極間反向電流1 ICBO發(fā)射極開路時，集電極基

17、極間的反向電流，稱為集電極反向飽和電流。2 ICEO基極開路時，集電極發(fā)射極間的反向電流，稱為集電極穿透電流。3. IEBO集電極開路時，發(fā)射極基極間的反向電流。cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICNCBOEPBNBIIIIENEPEIIICBOCNCIIICBEIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICN1. ICBO2. ICEO3. IEBO由于 ，呈線性關(guān)系CEOBCBOBCIIIII)1 (2021年12月2日星期四33三、三、 結(jié)電容結(jié)電容包括發(fā)射結(jié)電容Ce 和集電結(jié)電容Cc 四、晶體管的極限參數(shù)四、晶體管

18、的極限參數(shù) 1 擊穿電壓U(BR)CBO指發(fā)射極開路時，集電極基極間的反向擊穿電壓。U(BR)CEO指基極開路時，集電極發(fā)射極間的反向擊穿電壓。U(BR)CEO ICM時，雖然管子不致于損壞，但值已經(jīng)明顯減小。例如：3DG6(NPN)， U(BR)CBO =115V， U(BR)CEO =60V，U(BR)EBO=8V。2021年12月2日星期四353 集電極最大允許耗散功率PCM PCM 表示集電極上允許損耗功率的最大值。超過此值就會使管子性能變壞或燒毀。PCM與管芯的材料、大小、散熱條件及環(huán)境溫度等因素有關(guān)。 PCM =ICUCE2021年12月2日星期四36uCE工作區(qū)iC0安全I(xiàn)CMU

19、(BR)CEOPCM圖27 晶體管的安全工作區(qū) 功耗線過損耗區(qū)擊穿區(qū)過流區(qū)2021年12月2日星期四3723 晶體管直流工作狀態(tài)分析及偏置電路晶體管直流工作狀態(tài)分析及偏置電路直流工作狀態(tài)分析（靜態(tài)分析）將輸入、輸出特性曲線線性化（即用若干直線段表示）等效電路（模型）靜態(tài)：由電源引起的一種工作狀態(tài)2021年12月2日星期四38(a) 輸入特性近似 圖28晶體管伏安特性曲線的折線近似uBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB 0(b) 輸出特性近似 231晶體管的直流模型晶體管的直流模型2021年12月2日星期四39 圖29晶體管三種狀態(tài)的直流模型(a)截止?fàn)顟B(tài)模型；(b)放大狀態(tài)

20、模型；(c)飽和狀態(tài)模型 (b)ebcIBIBUBE(on)(a)ebc(c)ebcUBE(on)UCE(sat)2021年12月2日星期四40例例1 晶體管電路如圖210(a)所示。若已知晶體管工作在放大狀態(tài)，=100，試計算晶體管的IBQ，ICQ和UCEQ。ICQUCEQ270kRBUBB6VIBQUCC12VRC3k(a) 電路2021年12月2日星期四41 (b)直流等效電路圖210晶體管直流電路分析eRBUBE(on)bIBQIBQcICQUCCRCUCEQ2021年12月2日星期四42 解解 因為UBB使e結(jié)正偏，UCC使c結(jié)反偏，所以晶體管可以工作在放大狀態(tài)。這時用圖29(b)的

21、模型代替晶體管，便得到圖2-10(b)所示的直流等效電路。由圖可知)(onBEBBQBBURIUVRIUUmIImRUUICCQCCCEQBQCQBonBEBBBQ63212202. 010002. 02707 . 06)(故有2021年12月2日星期四43 232晶體管工作狀態(tài)分析晶體管工作狀態(tài)分析RBUBBUEERERCUCC(a)電路2021年12月2日星期四44RBUBBRCUCCUEEREUBE(on)IB(b)放大狀態(tài)下的等效電路2021年12月2日星期四45 圖211晶體管直流分析的一般性電路RBUBBRCUCCUEEREUBE(on)(c)飽和狀態(tài)下的等效電路UCE(sat)2

22、021年12月2日星期四461.先判斷晶體管是否處于截止?fàn)顟B(tài)：CCBBonBEEEBBUUUUU且若,)(則晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)；EECCCEEEBBBEUUUUUU,此時，2.再判斷晶體管是處于放大狀態(tài)還是飽和狀態(tài)：晶體管工作狀態(tài)的判斷方法晶體管工作狀態(tài)的判斷方法RBUBBUEERERCUCC(a)電路2021年12月2日星期四47 UBB - UEE - UBE(on) =IBQRB+(1+)IBQRE)()1 ()(ECCQEECCCEQEQBQCQEBOnBEEEBBBQRRIUUUIIIRRUUUI)(onBECEQUU若方法1：則晶體管處于放大狀態(tài)；則晶體管處于飽和狀態(tài)；)(onBE

23、CEQUU若RBUBBUEERERCUCC(a)電路2021年12月2日星期四48ECOnBEEECCsatCRRUUUI)()(BQsatCII)(若方法2：則晶體管處于放大狀態(tài)；則晶體管處于飽和飽和狀態(tài)；BQsatCII)(若RBUBBUEERERCUCC(a)電路2021年12月2日星期四49ECQBQsatCECCQEECCECQBQonBEBBQEEBBRIIURIUURIIURIUU)()()()(晶體管處于飽和狀態(tài)時：RBUBBUEERERCUCC(a)電路聯(lián)立求解, 得出相應(yīng)電流值2021年12月2日星期四50補充例題1電路補充例題補充例題1 晶體管電路如下圖所示。已知=100

24、，試判斷晶體管的工作狀態(tài)。5VRBUBBRERCUCC500K1K2K 12V511.先判斷晶體管是否處于截止?fàn)顟B(tài)：CCBBonBEBBUUUU且,)(晶體管不處于截止?fàn)顟B(tài)；2.再判斷晶體管是處于放大狀態(tài)還是飽和狀態(tài)： UBB - UBE(on) =IBQRB+(1+)IBQREmARRUUIEBOnBEBBBQ2)(1072. 01015007 . 05)1 (5VRBUBBRERCUCC500K1K2K12V2021年12月2日星期四52)(onBECEQUU晶體管處于放大狀態(tài)；mAIIBQCQ72. 01072. 01002VRRIUUECCQCCCEQ10372. 012)(5VRBU

25、BBRERCUCC500K1K2K12V2021年12月2日星期四53補充例題2電路補充例題補充例題2 晶體管電路如下圖所示。已知=100，試判斷晶體管的工作狀態(tài)。5VRBUBBRCUCC50K2K 12V541.先判斷晶體管是否處于截止?fàn)顟B(tài)：CCBBonBEBBUUUU且,)(晶體管不處于截止?fàn)顟B(tài)；2.再判斷晶體管是處于放大狀態(tài)還是飽和狀態(tài)： UBB - UBE(on) =IBQRBmARUUIBOnBEBBBQ2)(106 . 8507 . 055VRBUBBRCUCC50K2K 12V則VUsatCE5 . 0)(設(shè)0CEQU晶體管不可能處于放大區(qū)，而應(yīng)工作在飽和區(qū)；mAIIBQCQ6

26、. 8106 . 81002VRIUUCCQCCCEQ2 . 526 . 812mARUUICsatCECCCQ75. 525 . 012)(VUCEQ5 . 05VRBUBBRCUCC50K2K 12V2021年12月2日星期四56例例2 晶體管電路及其輸入電壓ui的波形如圖2-12(a),(b)所示。已知=50，試求ui作用下輸出電壓uo的值，并畫出波形圖。 R33kUCC5VRB39kuiuo(a)電路2021年12月2日星期四5705tuo/V0.3(c) uo波形圖03tui/V(b) ui波形圖58 解解當(dāng)ui=0時，UBE=0，則晶體管截止。此時，ICQ=0,uo=UCEQ=UC

27、C=5V。當(dāng)ui =3V時，晶體管導(dǎo)通且有mImIsatCBQ028. 0504 . 106. 0)( 而集電極臨界飽和電流為 因為 mRUuIBonBEiBQ06. 0397 . 03)(mRUUIConBECCsatC4.137.05)()(R33kUCC5VRB39kuiuo(a)電路)(satCBQII即59所以晶體管處于飽和。ICQIC(sat)=1.4mA，uo=UCEQ=UCE(sat)=0.3V。uo波形如圖212(c)所示。R33kUCC5VRB39kuiuo05tuo/V0.3(c) uo波形圖03tui/V(b) ui波形圖2021年12月2日星期四60 233 放大狀態(tài)

28、下的偏置電路放大狀態(tài)下的偏置電路 一、固定偏流電路一、固定偏流電路圖213固定偏流電路RBUCCRCBCCBonBECCBQRURUUI)(只要合理選擇RB，RC的阻值，晶體管將處于放大狀態(tài)。,BQCQIICCQCCCEQRIUU2021年12月2日星期四61CBOBCIII)1 (若 T ， 則IC 導(dǎo)致 UCEQ CCCCCEQRIUU即：電路的靜態(tài)工作點Q(UCEQ,ICQ)不穩(wěn)定。RBUCCRC固定偏流電路的缺點固定偏流電路的缺點2021年12月2日星期四62二、電流負(fù)反饋型偏置電路二、電流負(fù)反饋型偏置電路圖214 電流負(fù)反饋型偏置電路RBUCCRCRE若 ICQEBonBECCBQR

29、RUUI)1 ()(IEQUEQ(=IEQRE)UBEQ(= UBQ - UEQ)IBQICQ)(ECCQCCCEQRRIUUBQCQII2021年12月2日星期四63三、分壓式偏置電路三、分壓式偏置電路(a)電路RB1UCCRCRERB2圖215分壓式偏置電路1I鍺管）硅管）()2010()105(BQBQII兼顧UCEQCCBUU)3151(為確保UB固定I1 I2 IBQRB1、RB2的取值愈小愈好增大電源UCC的無謂損耗取I1I2UB=?2021年12月2日星期四64RB1UCCRCRERB2(b)用戴維南定理等效后的電路UCCRCRERBUBB圖215分壓式偏置電路baRCRERB1

30、UCCRB2baCCBBBBBBURRRUU212 RB=RB1RB22021年12月2日星期四65EBQBEQBQRIUU)1 (時）（當(dāng)BERR )1 (EEBonBEBBBEQRRRUUU)1 ()1 ()(BBUUCCRCRERBICQUBBIBQI1 I2 IBQBERR )1 (與等價I1 I2 IBQ當(dāng)時BBBQUU所以CCBBBBBBURRRUU212 RB=RB1RB22021年12月2日星期四66RB1UCCRCRERB2 UEQ(=IEQRE)ICQ分壓式偏置電路如何穩(wěn)定Q點?若 ICQIEQUBEQ(= UBQ -UEQ)IBQ2021年12月2日星期四67例例3 電路

31、如圖215(a)所示。已知=100, UCC=12V,RB1=39k,RB2=25k,RC=RE=2k，試計算工作點ICQ和UCEQ。kRRRBBB15253921 解解 RB1UCCRCRERB2VRRIUUECCQCCCEQ4 . 4)22(9 . 112)(VURRRUCCBBBBB7 . 412253925212mARRUUIEBonBEBBBQ019. 02101157 . 07 . 4)1 ()(mAIIBQCQ9 . 1019. 01002021年12月2日星期四68若按估算法直接求ICQ，則：mARUUIEonBEBQCQ227 . 07 . 4)(BERR )1 (RB1UC

32、CRCRERB2誤差：%3 . 59 . 19 . 12時，誤差很小。按估算法求CQI2021年12月2日星期四6924放大器的組成及其性能指標(biāo)放大器的組成及其性能指標(biāo) 圖216共射極放大電路RCUoVUsRsUiC1RB(UCC)C2RLUS、RS：正弦信號源電壓及內(nèi)阻正弦信號源電壓及內(nèi)阻UCC：直流電源直流電源RB：基極偏置電阻基極偏置電阻RC：集電極負(fù)載電阻集電極負(fù)載電阻RL：負(fù)載電阻負(fù)載電阻C1(C2)：耦合電容耦合電容UCC2021年12月2日星期四70（1）直流偏置使放大器工作在放大區(qū)。）直流偏置使放大器工作在放大區(qū)。（2）當(dāng)靜態(tài)工作點設(shè)置在放大區(qū)后，就要疊加需）當(dāng)靜態(tài)工作點設(shè)置在

33、放大區(qū)后，就要疊加需要放大的交流小信號要放大的交流小信號US，為了，為了不影響電路的直流工不影響電路的直流工作作(靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點)。必須選擇合理的疊加方式。該圖。必須選擇合理的疊加方式。該圖采用采用阻容耦合連接方式阻容耦合連接方式。（3）選擇合適的電容）選擇合適的電容C1、C2使其電容阻抗對交流使其電容阻抗對交流信號近似短路，這樣交流信號可以無損耗的送入輸信號近似短路，這樣交流信號可以無損耗的送入輸入端。而電容對直流信號而言，又近似開路。入端。而電容對直流信號而言，又近似開路。放大電路中各元件的作用放大電路中各元件的作用2021年12月2日星期四71 241基本放大器基本放大器的組成原則

34、的組成原則(1) 晶體管偏置在放大狀態(tài)，且有合適的工作點。(2) 輸入信號必須加在基極發(fā)射極回路。(3) 須有合理的信號通路。只有一個放大管的放大器，共有三種組態(tài)。需進(jìn)行交流分析需進(jìn)行直流分析RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCC)1e(TBESEUuIi2021年12月2日星期四72 242直流通路和交流通路直流通路和交流通路分析對象：直流成份、直流通路（偏置電路）分析對象：直流成份、直流通路（偏置電路） 直流（靜態(tài)）分析：直流（靜態(tài)）分析：交流（動態(tài)）分析交流（動態(tài)）分析 ：加入交流信號，加入交流信號，即即ui0當(dāng)放大器沒有送入交流信號時，即當(dāng)放大器沒有送入交流信號時，即u

35、i=0=0分析對象：交流成分、交流通路分析對象：交流成分、交流通路2021年12月2日星期四73（1）畫直流通路的原則C開路L短路（2）畫交流通路的原則C短路 直流電源對地短路（恒壓源處理）2021年12月2日星期四74圖217共射放大器的交、直流通路RBUCCRC (a)直流通路RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCC(b)交流通路RCUoUsRsRBRLIiIo習(xí)慣用有效值畫交、直流通路練習(xí)題幾種常見的偏置電路圖217共射放大器的交、直流通路RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCC2021年12月2日星期四752021年12月2日星期四76 243放大器的主要性

36、能指標(biāo)放大器的主要性能指標(biāo)線性放大器IoRLUoUiIi圖218 放大器等效為有源二端口網(wǎng)絡(luò)的框圖放大的基本概念幅度增大（放大）頻譜不變（波形）線性放大器Io+_Uo+_UiIi信號源信號源負(fù)負(fù) 載載信號源信號源負(fù)負(fù) 載載放大器二端口網(wǎng)絡(luò)通用模型UoIoUiIi2021年12月2日星期四77電壓放大器電壓放大器互導(dǎo)放大器互導(dǎo)放大器互阻放大器互阻放大器電流放大器電流放大器2021年12月2日星期四78UsAuoUiRLRsUiRiRoUoIsAisIiRLRsRiRoIoIiAroIiRLRiRoUoIsIiRoAgsUiRLRiRoIoUsRsUi 圖219放大器二端口網(wǎng)絡(luò)模型(a)電壓放大器

37、(b)電流放大器(c)互導(dǎo)放大器(d)互阻放大器低頻小信號放大器的三個主要指標(biāo):放大倍數(shù)放大倍數(shù) 、輸入電阻、輸入電阻、輸出電阻、輸出電阻2021年12月2日星期四79 一、放大倍數(shù)一、放大倍數(shù)AiouUUA 電壓放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)互導(dǎo)放大倍數(shù) 互阻放大倍數(shù)ioiIIA iogUIA iorIUA 其中，Au和Ai為無量綱的數(shù)值，而Ag的單位為西門子(S)，Ar的單位為歐姆()。有時為了方便，Au和Ai可取分貝(dB)為單位，即),(lg20),(lg20dBIIAdBUUAioiiou2021年12月2日星期四80二、輸入電阻二、輸入電阻 RiiiiIUR UsAuoUiRLRsUiRiR

38、oUo(a)電壓放大器Ii三、輸出電阻三、輸出電阻Ro00sIUooosIUR或UsAuoUiRLRsUiRiRoUo(a)電壓放大器IiIo加壓求流法2021年12月2日星期四812021年12月2日星期四82 四、非線性失真系數(shù)四、非線性失真系數(shù)THDmnnmIITHD122 由于小信號非線性失真很小，一般只在大信號工作時才考慮THD指標(biāo)。普通功放THD在（110%） ，高保真功放在1%之內(nèi)。當(dāng)輸入某一頻率的正弦信號時，其輸出波形中除基波I1m成分之外，還包含有一定數(shù)量的諧波In,n=2,3,，該失真為非線性失真。它是由放大電路中的非線性器件引起。2021年12月2日星期四83放大器對輸入

39、信號中的不同頻率分量具有不同的放大倍數(shù)和附加相移，輸出波形相對輸入波形產(chǎn)生畸變，稱為放大器的線性失真或頻率失真。這是由于放大器中含有線性電抗元件引起。 五、線性失真五、線性失真兩種失真的區(qū)別 線性失真僅使信號中各頻率分量的幅度和相位發(fā)生相對變化，但不會產(chǎn)生新的頻率分量；非線性失真則產(chǎn)生了新的頻率分量。 下次課預(yù)習(xí)要求下次課預(yù)習(xí)要求.預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)25 放大器圖解分析法放大器圖解分析法.什么叫直流負(fù)載線？什么叫交流負(fù)載線？它們的斜什么叫直流負(fù)載線？什么叫交流負(fù)載線？它們的斜率如何確定？率如何確定？.如何確定放大器的輸出動態(tài)范圍？如何確定放大器的輸出動態(tài)范圍？2021年12月2日星期四842-82-10

40、2-13作作 業(yè)業(yè)2021年12月2日星期四8525 放大器圖解分析法放大器圖解分析法 251直流圖解分析直流圖解分析直流負(fù)載線方程特性曲線方程CCCCCEIiCECRiUuufiBQB)(RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCCRBUCCRCIBQICQUCEQRCUoUiRBRLiBiCUCE2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)87圖220共射放大器的直流、交流通路RBUCCRCIBQICQUCEQRCUoUiRBRLiBiCUCE(a)直流通路(b)交流通路2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)88iBIBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC(a)直流負(fù)載線

41、與Q點CR1:斜率為由于UCC，導(dǎo)致收音機聲音混濁不清。圖221放大器的直流圖解分析2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)89圖221放大器的直流圖解分析(b)Q點與RB、RC的關(guān)系uCE/V21012012340A30A20A10AiC/mA4684MNQRBQ3Q2Q4RCRBQ1RC2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)90例例4 在圖220(a)電路中，若RB=560k, RC=3k,UCC=12V，晶體管的輸出特性曲線如圖221(b)所示，試用圖解法確定直流工作點。umRUUIBBEQCCBQ2002. 05607 . 012解解 取UBEQ=0.7V，由估算法可得在輸出特性上找兩個

42、特殊點：當(dāng)uCE=0時，iC=UCC/RC=12/3=4mA，得M點；當(dāng)iC =0時，uCE=UCC=12V，得N點。由圖中Q點的坐標(biāo)可得，ICQ=2mA,UCEQ=6V。 2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)91252交流圖解分析交流圖解分析LCECRuik1即：ceCEQCEcCQCuUuiIi,由交流通路知：LCQCCEQCEcCQCRIiUuiIi)(,瞬時值 直流值 交流值RCUoUsVRsUiC1RB(UCC)C2RLUCCRBUCCRCIBQICQUCEQRCUoUiRBRLiBiCUCE2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)93iBIBQtiBIBQuBEuBEtiBmaxi

43、BminQUBEQ(a)輸入回路的工作波形圖222放大器的交流圖解分析2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)94圖222放大器的交流圖解分析(b)輸出回路的工作波形QiCiBmaxiBminiCICQttuCEuCEUCCUCEQICQRLICQUCCRC交流負(fù)載線 kRL1Q1Q2IBQA放大電路的動態(tài)圖解分析放大電路的動態(tài)圖解分析.avi2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)95tuituBEUBEQiBtIBQiCtICQuCEtUCEQuo000000t圖223共射極放大器的電壓、電流波形2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)962-5-3直流工作點與放大器非線性失真的關(guān)系直流工作點與

44、放大器非線性失真的關(guān)系Q交流負(fù)載線iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真圖224 Q點不合適產(chǎn)生的非線性失真2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)97圖224 Q點不合適產(chǎn)生的非線性失真(b)飽和失真Q交流負(fù)載線iCiCiB0tuCEuCE0t0放大器的截止失真和飽和失真放大器的截止失真和飽和失真.avi2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)98LCQomRIUCESCEQomUUU Uopp=2Uom 放大器輸出動態(tài)范圍：受截止失真限制，其最大不失真輸出電壓的幅度為因飽和失真的限制，最大不失真輸出電壓的幅度為其中較小的即為放大器最大不失真輸出電壓的幅度，而輸出動態(tài)范圍Uopp則為該

45、幅度的兩倍，即放大器的最大不失真輸出幅度放大器的最大不失真輸出幅度.avi2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)9926 放大器的交流等效電路分析法放大器的交流等效電路分析法261 晶體管交流小信號電路模型晶體管交流小信號電路模型交流工作狀態(tài)分析（動態(tài)分析）在Q點處對輸入、輸出特性曲線線性化（即用直線段表示）Q點處的交流小信號等效電路（線性等效模型）便于交流參數(shù)計算，適用于小信號狀態(tài)。2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)100 一、混合一、混合型電路模型型電路模型 圖225晶體管放大過程分析及電路模型uceibubeicgmubeubeucerbercerbcbce(a)共發(fā)射極晶體管(b)

46、電路模型2021年12月2日星期四模擬電子線路101eQBEEBEQBBEbbeberiiiuiuiur)1 (. 1ceCEQCEcCQCbBQBbeBEQBEuUuiIiiIiuUu,beQBEebeQEBEeiiiiiuiur1,式中：因為，在Q點處，將輸入、輸出特性曲線線性化ebeQEBEQEBEeiuiuiur所以2021年12月2日星期四模擬電子線路102TBEUuSEeIi EQTUUSTQBEEeIUeIUuirTBEQ/1112. ic =gmube beQBEBBCQBECbecmruiiiuiuigTCQTEQeemUIUIrrg)1 (bcQBCiiii式中：2021年

47、12月2日星期四模擬電子線路103QCCEcceceiuiur. 3ceQBCCCEQBCEbcebcriiiuiuiur. 4晶體管電路模型見圖225（b）gmubeubeucerbercerbcbce2021年12月2日星期四模擬電子線路104cebrbbrccPNNNCb cCb ereeb 圖226平面管結(jié)構(gòu)示意圖b：基區(qū)的理 論 基 極r bb通常取值2002021年12月2日星期四模擬電子線路105gmub eubeucercebcerbbCb crb ebrb cCb e(a)高頻時的電路模型圖227完整的混合型電路模型2021年12月2日星期四模擬電子線路106(b)低頻時的電

48、路模型圖227完整的混合型電路模型gmub eubeucercebcerbbrb ebrb c2021年12月2日星期四模擬電子線路107 二、低頻二、低頻H參數(shù)電路模型參數(shù)電路模型適用范圍：線性四端網(wǎng)絡(luò)uBEuCEiBiC等；其中：beBEQBEuUu取iB和uCE為自變量，則有：電路的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)很多，如：Z參數(shù)，Y參數(shù)，A參數(shù)，H參數(shù)等。低頻、小信號（振幅低頻、小信號（振幅2.6mV左右）交流信號。左右）交流信號。2021年12月2日星期四模擬電子線路108),(),(21CEBCCEBBEuifiuifuCEQCECBQBCCCEQCEBEBQBBEBEduuidiiididuuudiiu

49、ducecebfeccerebiebeuhihiuhihu因為，在Q點處，將輸入、輸出特性曲線線性化所以，duBE、 diC等式成立 uBE 、 iC等式成立ube 、ic等式成立 Ube 、Ic等式成立cecebfeccerebiebeUhIhIUhIhU交流值有效值（正弦量）BEQbeBEQBEUuUu)(2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)1090000bcebceIcecQCECoeUbcQBCfeIcebeQCEBEreUbbeQBBEieUIuihIIiihUUuuhIUiuh輸出交流短路時的輸入電阻輸入交流開路時的反向電壓傳輸系數(shù)輸出交流短路時的電流放大系數(shù)輸入交流開路時的輸出

50、電導(dǎo)2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)110UbeUcebcehiehoe1hfeIbIcIbhreUce圖228 共發(fā)射極晶體管H參數(shù)電路模型2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)111圖229在特性曲線上求H參數(shù)的方法uBEQIBQuBEiB(a)iB0UBEQuCEUCEQ0ceUbbeQBBEieIUiuh輸入電阻2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)112uBEQIBQuBEiB(b)0uBE1uCE1uCE2uCEuBE2圖229在特性曲線上求H參數(shù)的方法0bIcebeQCEBEreUUuuh反向電壓傳輸系數(shù)2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)1130iCuCE(c)QUCE

51、QIB2IB1IBiC1iC2iC圖229在特性曲線上求H參數(shù)的方法0ceUbcQBCieIIiih電流放大系數(shù)2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)1140iCuCE(d)QUCEQIBQiC2iC1iCuCE2uCE1uCE圖229在特性曲線上求H參數(shù)的方法0bIcecQCECoeUIuih輸出電導(dǎo)2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)115ACQICEQACQQCECoeUIUUIuihBQiCUA0UCEQuCEICQuCEQ iCIBQ圖230利用厄爾利電壓求hoe2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)116Uce 0UbercebcerbbrbebrbcIbgmUb e Ic圖23

52、1求H參數(shù)用的混合型電路(a)輸出交流短路的混合型電路 2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)117圖231求H參數(shù)用的混合型電路 (b)輸入交流開路的混合型電路Ubercebcerbbrbebrb cgmUb e IcIb 0Uce2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)118cbebebIceberecbebebmceIcceoecbebmUbcfecbebbbUbbeierrrUUhrrrgrIUhrrgIIhrrrIUhbbcece000011)()(2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)119如果忽略r bc的影響，則式(240)可簡化為01)1 (receoeebmfebeebbie

53、hrhrghrrrh1K左右2020010-510-310-42021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)120UbeUce(rce)bcehie(rbe)hoe1hfeIbIcIb(Ib)圖232 實用的低頻H參數(shù)電路模型2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)121 2-6-2 共射極放大器的交流等效電路分析法共射極放大器的交流等效電路分析法根據(jù)直流通路估算直流工作點確定放大器交流通路、交流等效電路計算放大器的各項交流指標(biāo)2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)122UoUiUsRsRB2C1RECERLUCCRCRB1C2圖233共射極放大器及其交流等效電路(a)電路2021年12月2日星期四模擬

54、電子技術(shù)123(b)交流等效電路圖233共射極放大器及其交流等效電路UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB12021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)1241.電壓放大倍數(shù)AubeLbeLCiouLCbLCcobebirRrRRUUARRIRRIUrIU)()()(輸出、輸入電壓反相LCLCQbbebbbeRRRmVImVrrrr)()()(26)1 (2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)125關(guān)于電壓放大倍數(shù)Au的討論成正比；無關(guān)，而與時，與當(dāng)CQI. 1CQLLmbeLuImVRRgrRA)(26由于成正比。與LR. 22021年12月2日星期四模擬電子

55、技術(shù)126 2.電流放大倍數(shù)AiiLCCbeBBioiBbeBbiLCCbLCCcoARRRrRRIIARrRIIRRRIRRRII2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)127 3.輸入電阻RibebeBBiiirrRRIUR214.輸出電阻RoCUoooRIURs05.源電壓放大倍數(shù)AusuisiiosisousARRRUUUUUUA2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)128 6.發(fā)射極接有電阻RE時的情況EbbebiRIrIU)1 (UsRsUiRb2Rb1RErbeIbRCRLUoIb 圖235 發(fā)射極接電阻時的交流等效電路2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)129EmLmEbeLi

56、ouRgRgRrRUUA1)1 (時）當(dāng)beEELurRRRA)1 (EbebiiRrIUR)1 (Ri=RB1RB2R2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)130例例5 在圖233(a)電路中，若RB1=75k，RB2=25k,RC=RL=2k,RE=1k,UCC=12V，晶體管采用3DG6管，=80, r bb=100,Rs=0.6k,試求該放大器的直流工作點ICQ、UCEQ及Au,Ri,Ro和Aus等項指標(biāo)。VRRIUUmARUUIIVURRRUECCQCCCEQEBEQBEQCQCCBBBB1 . 5) 12(3 . 212)(3 . 217 . 03312257525212 解解 按

57、估算法計算Q點： 2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)131kRRRkIrrrRUUALCLCQbbbebeLiou12213 . 2268010026式中：50)80(16 . 01211157580118021uisisousCobeBBiuARRRUUAkRRkrRRRA的阻值代入上式，得，將LbeRr2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)132例例6 在上例中，將RE變?yōu)閮蓚€電阻RE1和RE2串聯(lián)，且RE1=100,RE2=900，而旁通電容CE接在RE2兩端，其它條件不變，試求此時的交流指標(biāo)。解解 由于RE=RE1+RE2=1k，所以Q點不變。對于交流通路，現(xiàn)在射極通過RE1接地。

58、此時，各項指標(biāo)分別為2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)1338)8 . 8(66 . 0626 1 . 0811 2575)1 (8 . 81 . 0811180)1 (1211uisisousCoEbeBBiEbeLiouARRRUUAkRRkRrRRRRrRUUA可見，RE1的接入，使得Au減小了約10倍。但是，由于輸入電阻增大，因而Aus與Au的差異明顯減小了。2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)13427 共集電極放大器和共基極放大器共集電極放大器和共基極放大器 271共集電極放大器共集電極放大器UoUiUsRsRB2C1RERLUCCRB1C2(a)電路2021年12月2日星期

59、四模擬電子技術(shù)135圖236共集電極放大器及交流等效電路(b)交流等效電路UiRiRsUsRB1IbRoRB2rbeIbbcIcIeRERLIoRiIie2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)1361.電壓放大倍數(shù)AuLELLbeLiouLbbebobebiLbLEeoRRRRrRUUARIrIUrIURIRRIU)1 ()1 ()1 ()1 ()(因而 式中： 2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)137 2.電流放大倍數(shù)Ai在圖236(b)中，當(dāng)忽略RB1、RB2的分流作用時，則Ib=Ii，而流過RL的輸出電流Io為LEEbLEEeoRRRIRRRII)1 (由此可得 LEEioiRRRI

60、IA)1 (2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)1383.輸入電阻RiiBBiRRRR21LbeiRrR)1 (KRKrLbe1,100,1若KRi102則：2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)1394.輸出電阻RoUorbeRsRB2RB1IbRoRERoIoIeIoIb 圖237求共集放大器Ro的等效電路)(sbeboRrIU式中：而beoIII)1 (21BBssRRRR 1sbeoooRrIUR2021年12月2日星期四模擬電子技術(shù)140所以，輸出電阻10sbeEoEUbooRrRRRIURsKRKrSbe1,100,2若7 .29oR則：UorbeRsRB2RB1IbRoRERo