半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)-模電講義

1、 3-1 半導(dǎo)體三極管（半導(dǎo)體三極管（BJT） 3.1. 1 BJT 的結(jié)構(gòu)簡介的結(jié)構(gòu)簡介 在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相關(guān)的在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相關(guān)的PN結(jié)而成結(jié)而成的的BJT(晶體管晶體管) PNP型和NPN型。 小、中、大功率管小、中、大功率管， 低、高頻管低、高頻管. 3 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ) 制造時滿足制造時滿足內(nèi)部條件內(nèi)部條件: 發(fā)射區(qū)參雜濃度高發(fā)射區(qū)參雜濃度高, 基區(qū)和集電區(qū)參雜基區(qū)和集電區(qū)參雜低低,基區(qū)薄基區(qū)薄, 集電區(qū)面積比發(fā)射區(qū)大集電區(qū)面積比發(fā)射區(qū)大。 發(fā)射極箭頭方向表發(fā)射極箭頭方向表示晶體管的發(fā)射結(jié)示晶體管的發(fā)射結(jié)正向偏置時，管子正向偏

2、置時，管子發(fā)射極電流的實(shí)際發(fā)射極電流的實(shí)際流向。流向。 晶體管有兩個結(jié)晶體管有兩個結(jié)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。 3個區(qū)個區(qū)：發(fā)射區(qū)、發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)基區(qū)、集電區(qū)。 3個極個極：發(fā)射極、發(fā)射極、基極、集電極?；鶚O、集電極。 3. 1. 2 BJT 的電流分配及放大作用的電流分配及放大作用 1. 內(nèi)部載流子的傳輸過程內(nèi)部載流子的傳輸過程 晶體管的放大作用是通過內(nèi)部載流子的傳輸和控制作用實(shí)現(xiàn)的，晶體管的放大作用是通過內(nèi)部載流子的傳輸和控制作用實(shí)現(xiàn)的，即發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子，基區(qū)傳輸和控制載流子，集電區(qū)即發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子，基區(qū)傳輸和控制載流子，集電區(qū)收集載流子。為此，必須滿足收集載流

3、子。為此，必須滿足內(nèi)部及外部條件內(nèi)部及外部條件。 內(nèi)部條件內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)摻雜多，載流子濃度高；基區(qū)摻雜少載流發(fā)射區(qū)摻雜多，載流子濃度高；基區(qū)摻雜少載流子濃度低而且??；集電結(jié)面積大。子濃度低而且薄；集電結(jié)面積大。 外部條件外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。 圖圖 3.1.4 表示表示NPN管的一種接法，叫做管的一種接法，叫做共基共基連接，其中連接，其中VCCVEE，并滿足上述兩個條件。以圖，并滿足上述兩個條件。以圖 3.1.4(a)為例說明內(nèi)部載為例說明內(nèi)部載流子的傳輸過程。流子的傳輸過程。ICBO(1) 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子過程發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子過程

4、 發(fā)射結(jié)正向偏置，擴(kuò)散大于漂移發(fā)射結(jié)正向偏置，擴(kuò)散大于漂移，形成發(fā)射極電流形成發(fā)射極電流 IE 。(2)復(fù)合與擴(kuò)散過程復(fù)合與擴(kuò)散過程 大部分電子擴(kuò)散到集電結(jié)，只有很少一部分電子與基區(qū)大部分電子擴(kuò)散到集電結(jié)，只有很少一部分電子與基區(qū)中的空穴復(fù)合，形成基極復(fù)合電流中的空穴復(fù)合，形成基極復(fù)合電流IBN 。（這里為使基區(qū)空。（這里為使基區(qū)空穴濃度不變，復(fù)合掉的空穴由電源穴濃度不變，復(fù)合掉的空穴由電源VEE補(bǔ)充）補(bǔ)充）(3) 收集過程收集過程 由于集電結(jié)反向偏置，擴(kuò)散到集電結(jié)的電子很快漂移到集電區(qū)，由于集電結(jié)反向偏置，擴(kuò)散到集電結(jié)的電子很快漂移到集電區(qū)，形成集電極電流形成集電極電流 ICN。此外，集電結(jié)

5、兩邊原來的少數(shù)載流子，在此外，集電結(jié)兩邊原來的少數(shù)載流子，在集電結(jié)反偏下，漂移形成反向飽和電流集電結(jié)反偏下，漂移形成反向飽和電流 ICBO，其值很小其值很小。ICBO 2. 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系 發(fā)射極的總電流與發(fā)射結(jié)的電壓發(fā)射極的總電流與發(fā)射結(jié)的電壓 成指數(shù)關(guān)系成指數(shù)關(guān)系 (3.1.1) 共基電流放大系數(shù)共基電流放大系數(shù) , (3.1.2) (3.1.3) 由此可導(dǎo)出由此可導(dǎo)出 (3.1.4) 稱為共射電流放大系數(shù)，一般為幾十至幾百稱為共射電流放大系數(shù)，一般為幾十至幾百。 CiBiEi ECii 990980. BEv)(/1 TBEVvESEeIiEiBi)( 1 1BCii 3. 放

6、大作用放大作用 則則 輸出變化電壓輸出變化電壓電壓增益電壓增益 )(mVvvII20 mAiCiE98. 0 VRCiovL9801980. )(mAiE1 kRL1980,. 49020980.IoVvvA 綜上所述，可以歸納下面兩點(diǎn)：綜上所述，可以歸納下面兩點(diǎn)： （1） BJT 的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能的放大作用，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(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。為了保證這夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。為了保證這一傳輸過程，必須滿足外部和內(nèi)部條件。一傳輸過程，必須滿足外部和內(nèi)部條件。 內(nèi)部條件內(nèi)部條件: 發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)，基區(qū)厚度小。發(fā)射區(qū)

7、的雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)，基區(qū)厚度小。 外部條件外部條件: 發(fā)射結(jié)要正向偏置，集電結(jié)反向偏置發(fā)射結(jié)要正向偏置，集電結(jié)反向偏置 。 BBCEBECi )(iiiiii 1,（2） BJT 各電極間的電流之間有確定的分配關(guān)系各電極間的電流之間有確定的分配關(guān)系 只要輸入電流給定了，輸出電流和輸出電壓便基本確定了。只要輸入電流給定了，輸出電流和輸出電壓便基本確定了。它是通過電流的控制作用來實(shí)現(xiàn)放大的，表征這種控制作用的它是通過電流的控制作用來實(shí)現(xiàn)放大的，表征這種控制作用的參數(shù)是電流放大系數(shù)參數(shù)是電流放大系數(shù) 和和 。 4. 共射極連接方式共射極連接方式 構(gòu)成放大電路時構(gòu)成放大電路時, 晶體管晶體管3個電極

8、中，一個作為放大電路個電極中，一個作為放大電路輸入端輸入端,一個作為輸出端一個作為輸出端 , 另一個作為輸入、輸出回路公共另一個作為輸入、輸出回路公共端。端。 根據(jù)輸入、輸出回路公共端的不同，根據(jù)輸入、輸出回路公共端的不同，BJT放大電路有放大電路有3種基本接法種基本接法(或組態(tài)或組態(tài))：共射、共集、共基共射、共集、共基。 共基：共基：e 入入 ， c 出，出， b公共公共; 共射：共射：b 入入 ， c 出，出， e公共公共;共集：共集：b 入入 ， e 出，出， c 公共公共 特點(diǎn)特點(diǎn) (1) 具有電流具有電流 放大作用放大作用 輸入變化信號引起的相應(yīng)基極電流和集電極電流的變化量輸入變化信

9、號引起的相應(yīng)基極電流和集電極電流的變化量 的比值為的比值為 (2) 具有電壓放大作用具有電壓放大作用 (3) 反相放大反相放大 輸出電壓輸出電壓 vo 與與 輸入電壓輸入電壓 vi 反相反相 , 即相位相差即相位相差180 。 1BiCiILCIoVvRivvA 3.1.3 特性曲線特性曲線常數(shù)CEvBEBvfi)(常數(shù)BiCECvfi)( 3.1.4 主要參數(shù)主要參數(shù) 1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 和和 2. 極間反向電流極間反向電流 其值很小其值很小 , 但與但與 溫度有關(guān)溫度有關(guān) 。 3. 極限參數(shù)極限參數(shù) CBOCEOCBOIII)( 1CEOBRCMCMVPI)(,作業(yè)作業(yè) 3.1

10、. 1 3. 1. 2 3. 1. 3 3. 1. 4 3.2 共射極放大電路共射極放大電路 (4) 電源、電路參數(shù)的選擇，應(yīng)保證電路有一個合適的電源、電路參數(shù)的選擇，應(yīng)保證電路有一個合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)工作點(diǎn)。 放大電路的構(gòu)成原則放大電路的構(gòu)成原則 : (1) 電源電源VCC的極性應(yīng)保證的極性應(yīng)保證T的發(fā)的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置而處于放大狀態(tài)。置而處于放大狀態(tài)。 (2) 輸入回路的接法，使輸入輸入回路的接法，使輸入信號信號 vi 加到放大電路的輸入端加到放大電路的輸入端并能產(chǎn)生相應(yīng)的變化電流并能產(chǎn)生相應(yīng)的變化電流 ib 。 (3) 輸出回輸出回 路的接法，

11、使輸出路的接法，使輸出信號信號 vo 幾乎無衰減地加到負(fù)載幾乎無衰減地加到負(fù)載上。上。 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo) 第一類指標(biāo)為輸入信號幅值一定，頻率一定時的指標(biāo)，適用第一類指標(biāo)為輸入信號幅值一定，頻率一定時的指標(biāo)，適用于低頻小信號的場合。于低頻小信號的場合。 1. 放大倍數(shù)放大倍數(shù)(增益增益) 放大倍數(shù)又叫增益，是衡量放大電路放大能力的指標(biāo)。定放大倍數(shù)又叫增益，是衡量放大電路放大能力的指標(biāo)。定義為輸出與輸入變化量之比。有種，常用的有：義為輸出與輸入變化量之比。有種，常用的有： 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù) ioVVVAioIIIA2. 輸入電阻輸入電阻

12、 它是衡量放大電路對信號源影響程度的指標(biāo)。其值越大，放它是衡量放大電路對信號源影響程度的指標(biāo)。其值越大，放大電路從信號源索取的電流越小，對信號源影響就越小。大電路從信號源索取的電流越小，對信號源影響就越小。 3. 輸出電阻輸出電阻其值越小，接入負(fù)載其值越小，接入負(fù)載RL后，后，o下降越小。帶負(fù)載能力越強(qiáng)。下降越小。帶負(fù)載能力越強(qiáng)。iiiIVR0SLVRTToIVR,osocoIVR 第二類指標(biāo)為輸入信號第二類指標(biāo)為輸入信號Vs幅值一定，頻率改變時的指標(biāo)。適幅值一定，頻率改變時的指標(biāo)。適用于輸入為小信號，但頻率變化范圍較寬的場合。用于輸入為小信號，但頻率變化范圍較寬的場合。 4. 頻率響應(yīng)及帶寬

13、頻率響應(yīng)及帶寬 1) 用分貝表示增益用分貝表示增益 電壓增益電壓增益 = 20 l g dB 電流增益電流增益 = 20 l g dB 2) 頻率響應(yīng)及帶寬頻率響應(yīng)及帶寬 放大電路存在電抗性元件，放大倍數(shù)要隨信號頻率變化。在放大電路存在電抗性元件，放大倍數(shù)要隨信號頻率變化。在中間一段頻率范圍內(nèi)，放大倍數(shù)基本不變。叫做中頻放大倍數(shù)，中間一段頻率范圍內(nèi)，放大倍數(shù)基本不變。叫做中頻放大倍數(shù)，記作記作 Avm 。 放大倍數(shù)下降到放大倍數(shù)下降到0.707 Avm(3dB)所對應(yīng)的高、低頻率，分別所對應(yīng)的高、低頻率，分別叫做上限截止頻率叫做上限截止頻率 fH 及下限截止頻率及下限截止頻率 fL,，見下圖，

14、見下圖。VAIA帶寬為帶寬為通常有通常有故有故有 對于直接耦合對于直接耦合(直流放大直流放大)放大電路的下限截止頻率放大電路的下限截止頻率為零為零, 其頻率響應(yīng)如圖其頻率響應(yīng)如圖1.2.8所示。所示。LHffBWLHffHfBW3）頻率失真）頻率失真 第三類指標(biāo)為輸入信號頻率不變，幅值改變時的指標(biāo)，適用第三類指標(biāo)為輸入信號頻率不變，幅值改變時的指標(biāo)，適用于輸入低頻但輸出幅值較大的場合。于輸入低頻但輸出幅值較大的場合。 5. 非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù) 其值越小，失真越小。其值越小，失真越小。 6. 最大輸出幅值最大輸出幅值 它是指輸入信號增加，輸出波形的非線性失真系數(shù)達(dá)到額它是指輸入信號增加

15、，輸出波形的非線性失真系數(shù)達(dá)到額定值時的輸出電壓定值時的輸出電壓Vomax(或電流或電流omax)，一般指有效值。也有，一般指有效值。也有用峰峰值表示的。用峰峰值表示的。%100122 okokVV作業(yè)作業(yè) 3. 2. 1 3. 2. 2 3. 3 圖解分析法圖解分析法 3.3.1 靜態(tài)工作情況分析靜態(tài)工作情況分析 當(dāng)放大電路沒有輸入信號當(dāng)放大電路沒有輸入信號( vi =0 ) 時時, 電路中各處的電壓、電電路中各處的電壓、電流都是不變的直流，稱為直流工作狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，簡稱流都是不變的直流，稱為直流工作狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，簡稱靜態(tài)靜態(tài)。 靜態(tài)時，靜態(tài)時， 三極管各電極的直流電壓和電流的值，在管子

16、的三極管各電極的直流電壓和電流的值，在管子的特性曲線上確定一點(diǎn)，稱為特性曲線上確定一點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn) Q 。 當(dāng)放大電路輸入信號后，電路中各處的電壓、電流便處于當(dāng)放大電路輸入信號后，電路中各處的電壓、電流便處于變動狀態(tài)，電路處于動態(tài)工作情況，簡稱變動狀態(tài)，電路處于動態(tài)工作情況，簡稱動態(tài)動態(tài) 。 放大電路分析一般分為靜態(tài)分析和動態(tài)分析放大電路分析一般分為靜態(tài)分析和動態(tài)分析。 1. 近似估算近似估算Q點(diǎn)點(diǎn) 例例 3.3.1 電路如圖所示電路如圖所示 ,試試近似估算它的近似估算它的 Q 點(diǎn)。點(diǎn)。 CCBEBbVVIRCCCCCEIRVV解解： 1）畫電路的直流通路）畫電路的直流通路2）利

17、用）利用 VBE=Von， IC= IB 這一靜態(tài)時這一靜態(tài)時,工程上適用的晶工程上適用的晶體管的直流模型，由電路的體管的直流模型，由電路的直流通路列方程直流通路列方程：基射回路基射回路集電極回路集電極回路BCbCCbBECCBIIRVRVVI 直流通路有非線直流通路有非線性和線性兩部分性和線性兩部分 非線性部分非線性部分V-I 特特性由輸入、輸出特性性由輸入、輸出特性曲線來描述。曲線來描述。 線性部分，可列出線性部分，可列出V-I 特性電路方程為特性電路方程為BEbBCCVRIV CCCCCEIRVV2. 用圖解法確定用圖解法確定Q點(diǎn)點(diǎn) 圖解法是以三極管的的特性曲線為基礎(chǔ)，在特性曲線圖上用圖

18、解法是以三極管的的特性曲線為基礎(chǔ)，在特性曲線圖上用作圖的方法來分析放大電路的工作狀態(tài)或求解電路性能指標(biāo)的作圖的方法來分析放大電路的工作狀態(tài)或求解電路性能指標(biāo)的一種方法。一種方法。ARVIbCCB40 在輸出特性上作出上述方程表示的直線在輸出特性上作出上述方程表示的直線 稱為直流負(fù)載線。稱為直流負(fù)載線。直流負(fù)載線與輸出特直流負(fù)載線與輸出特性（性（ ）的）的交點(diǎn)交點(diǎn) Q點(diǎn)。點(diǎn)。 由作圖結(jié)果可得由作圖結(jié)果可得AIB40VVmAIAICECB65140. 3.3.2 動態(tài)工作情況分析動態(tài)工作情況分析 1. 接入正弦信號的工作情況接入正弦信號的工作情況 1) 根據(jù)根據(jù) vi 在輸入特性上求在輸入特性上求

19、iB 2）根據(jù)根據(jù) iB 在輸出特性上求在輸出特性上求iC 、vCE 由上分析，可得如下結(jié)論：由上分析，可得如下結(jié)論： (1) 沒有輸入信號電壓時沒有輸入信號電壓時, 三極管的各電極電流及極間電三極管的各電極電流及極間電壓均為直流壓均為直流, 當(dāng)加上輸入信號電壓后當(dāng)加上輸入信號電壓后, 都是在原來靜態(tài)直都是在原來靜態(tài)直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個交流量流量的基礎(chǔ)上疊加了一個交流量, 即即 (2) vCE 中的交流分量中的交流分量(交流輸出交流輸出vce )的幅度遠(yuǎn)比的幅度遠(yuǎn)比 vi 大大, 且且同為正弦波電壓同為正弦波電壓 , 具有具有電壓放大作用電壓放大作用。 (3) vO (vce) 與與 vi

20、 的相位相反的相位相反, 稱為稱為反相反相 , 共射放大電路為共射放大電路為反相放大電路。反相放大電路。 ceCECEcCCbBBvVviIiiIi 2. 交流負(fù)載線交流負(fù)載線 放大電路接上負(fù)載會對放大電路的動態(tài)工作情況有影響放大電路接上負(fù)載會對放大電路的動態(tài)工作情況有影響。 交流通路交流通路 僅考慮輸入交流信號作用時的電流通路僅考慮輸入交流信號作用時的電流通路。畫交流通路的原則：畫交流通路的原則：隔直電容隔直電容短接，直流電壓源短路。短接，直流電壓源短路。 kRRRCLL2/交流負(fù)載線交流負(fù)載線 考慮負(fù)載電阻考慮負(fù)載電阻 時，電路動態(tài)工作點(diǎn)移動的軌跡時，電路動態(tài)工作點(diǎn)移動的軌跡 。 由交流通

21、路，有由交流通路，有而而得得LCLCCECEceCECEcCCcLceRiRIVvvVviIiiRv 此方程代表的直線此方程代表的直線 交交流負(fù)載線流負(fù)載線 最大不失真輸出幅度最大不失真輸出幅度CESCEVV CECCVV Vom =Vcc VCEQ =3V3. BJT 的三個工作區(qū)域的三個工作區(qū)域 (1) 放大區(qū)放大區(qū) 當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，對應(yīng)特性曲線比較平坦對應(yīng)特性曲線比較平坦部分。此時部分。此時iC= iB，iC受受iB控制?？刂?。 (2) 飽和區(qū)飽和區(qū) 當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏，也正偏，iC I，三極管，三極管失去了放

22、大作用失去了放大作用, vCE 0. 3 (3) 截止區(qū)截止區(qū) 當(dāng)發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)當(dāng)發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)也反偏，也反偏，在輸出特性上在輸出特性上iB0的區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)。的區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)。 iB=0時，時， iC=ICEO 0 。 飽和失真和截止失真飽和失真和截止失真 BJT 三種工作狀態(tài)三種工作狀態(tài) 的判斷的判斷 (常利用測量常利用測量BJT各電極各電極電位來判斷它的工作狀態(tài)電位來判斷它的工作狀態(tài)) 以以NPN為例：為例： 放大放大： 飽和：飽和： 截止：截止： 發(fā)射結(jié)正向?qū)妷海汗韫馨l(fā)射結(jié)正向?qū)妷海汗韫?為為 0.7 V; 鍺管為鍺管為 0.2 V.EBCVVV VVVVVVCEEBCB3

23、 . 0;, EBCVVV 截止失真截止失真飽和失真飽和失真例例 3.3.2 試分析圖示電路對正弦交流信號有無放大作用試分析圖示電路對正弦交流信號有無放大作用, 并簡述并簡述理由理由(設(shè)各電容的容抗可忽略設(shè)各電容的容抗可忽略). 解解: (1) 畫直流通路畫直流通路, 判斷判斷BJT 是否工作在放大狀態(tài)及電路參已知是否工作在放大狀態(tài)及電路參已知時估算靜態(tài)工作點(diǎn)并判斷位置是否恰當(dāng)時估算靜態(tài)工作點(diǎn)并判斷位置是否恰當(dāng); 例例3.3.2 電路圖電路圖電路的直流通路電路的直流通路判斷結(jié)果：判斷結(jié)果： 發(fā)射結(jié)沒加正向偏壓發(fā)射結(jié)沒加正向偏壓 , BJT 為截止?fàn)顟B(tài)。為截止?fàn)顟B(tài)。 不能放大。不能放大。(2)

24、畫交流通路畫交流通路, 判斷輸入交流信號能否加到判斷輸入交流信號能否加到 BJT 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)及放大的集電極電流能否送到電路的負(fù)載上產(chǎn)生輸出及放大的集電極電流能否送到電路的負(fù)載上產(chǎn)生輸出交流電壓；交流電壓；例例 3.3.3 測量某硅測量某硅 BJT 各電極對地的電壓如下各電極對地的電壓如下, 試判別管試判別管子工作在什么區(qū)域子工作在什么區(qū)域? (1) (2) 解解: (1) 由由 知知 所以該管處于放大區(qū)域。所以該管處于放大區(qū)域。 (2) 由由 知知 所以該管處于臨介飽和區(qū)域。所以該管處于臨介飽和區(qū)域。VVVVVVEBC07 . 06 VVVVVVEBC4 . 566 VVVVVVEBC07

25、. 06 VVVVVBEEBC7 . 0, VVVVVVEBC4 . 566 VVVVVBEEBC6 . 0, 作業(yè)作業(yè) 3. 3. 1 3. 3. 2 3. 3. 4 3. 3. 5 3. 3. 6 3. 3. 8 3. 4 小信號模型分析法小信號模型分析法 對于低頻小信號放大電路主要需計算的性能指標(biāo)為電壓對于低頻小信號放大電路主要需計算的性能指標(biāo)為電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù)AV，輸入電阻，輸入電阻 Ri，輸出電阻，輸出電阻 Ro。常采用的方法是常采用的方法是小信號模型分析法（微變等效電路法）。小信號模型分析法（微變等效電路法）。 低頻小信號時，放大電分析變成了線性電路的求解低頻小信號時，放大電分

26、析變成了線性電路的求解, 這就這就是小信號建模的指導(dǎo)思想。常用小信號模型是是小信號建模的指導(dǎo)思想。常用小信號模型是BJT 的的H 參數(shù)參數(shù)模型模型。 3. 4. 1 BJT 的小信號建模的小信號建模 1. BJT H 參數(shù)的引出參數(shù)的引出 共射接法時，晶體管的輸入、輸出特性為共射接法時，晶體管的輸入、輸出特性為 式中式中微變量間的關(guān)系為微變量間的關(guān)系為),(),(CEBCCEBBEvifivifv ceCEQCEbeBEQBEcCQCbBQBvVvvVviIiiIi CEICECBVBCCCEICEBEBVBBEBEdvvidiiididvvvdiivdvBQCEQBQCEQ 由于由于dvBE

27、代表代表vBE的變化部分，即輸入的正弦信號的變化部分，即輸入的正弦信號vbe。同。同理理diB=ib，diC=ic，dvCE=vce，于是有，于是有ceoebfeccerebiebevhihivhihv CEQVBBEieivh CEQVBCfeiih BQICEBErevvh BQICECoevih 輸出交流短路的輸入電阻輸出交流短路的輸入電阻 rbe （ ）；輸出交流短路的電流傳輸系數(shù)輸出交流短路的電流傳輸系數(shù) （無量綱無量綱）；輸入端交流開路時的反向電壓傳輸輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比 r（無量綱無量綱）輸入端交流開路時的輸出電導(dǎo)輸入端交流開路時的輸出電導(dǎo) 1/ rce （S）；2.

28、 H 參數(shù)模型參數(shù)模型 受控電流源受控電流源 大小受基極交流電流控制大小受基極交流電流控制 ( ib) ， 方向與方向與基極電流一致?；鶚O電流一致。 模型的對象是變化量模型的對象是變化量 小信號模型的參數(shù)是在小信號模型的參數(shù)是在Q點(diǎn)求出來。點(diǎn)求出來。 3. H 參數(shù)的確定參數(shù)的確定 需確定的參數(shù)是需確定的參數(shù)是 和rbe 。 一般很易測得一般很易測得，rbe可用可用下式近似估算：下式近似估算：)()()1(200)1(mAImVVrrrETebbe 室溫下，室溫下，VT =24mV，只要計算出靜態(tài)發(fā)射極電流，即，只要計算出靜態(tài)發(fā)射極電流，即可估算出可估算出rbe ； 估算式適用范圍估算式適用范

29、圍mAImAE51 . 0 3.4.2 用用 H 參數(shù)模型分析共射基本放大電路參數(shù)模型分析共射基本放大電路 分析步驟：分析步驟： 1. 畫出小信號等效電路畫出小信號等效電路 2. 求電壓增益求電壓增益 由等效電路有由等效電路有 由電壓增益定義可得由電壓增益定義可得LCLLcoRRRRIV/. bcbeibIIrVI., beLbebLbbebLcioVrRrIRIrIRIVVA .3. 計算輸入電阻和輸出電阻計算輸入電阻和輸出電阻 (1) 輸入電阻輸入電阻 輸入電阻的定義輸入電阻的定義 由等效電路由等效電路 得得TTiIVR beTbTbRTrVRVIIIb bebirRR/ (2) 輸出電阻

30、輸出電阻 由輸出電阻的定義由輸出電阻的定義cocTTRVTToRRRVIIVRLs ,0 故故cobebiVsiisiiiosoVsbeLioVRRrRRARrrRrrVVVVArRVVA ,/)()(. 例例 3.4.1 計算電路的電壓增益、輸入和輸出電阻，計算電路的電壓增益、輸入和輸出電阻，BJT的的 = 40。 解解：(1) 計算計算 Q 點(diǎn)點(diǎn)VRIVVmAIIIARVICCCCCEBCEbCCB6 . 56 . 140 (2) 計算交流性能指標(biāo)計算交流性能指標(biāo) 866)()()1(200mAImVVrETbe kRRkrRRrRAcobebibeLV4866. 0866. 0/300/

31、92866. 0240. 3. 5 放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題 3.5.1 溫度對工作點(diǎn)的影響溫度對工作點(diǎn)的影響 1) VBE 、ICBO(ICEO)、 隨溫度隨溫度 T 升高的升高的結(jié)果，都集中表現(xiàn)在結(jié)果，都集中表現(xiàn)在 Q 點(diǎn)電流點(diǎn)電流 IC 的增大；的增大； 2) 硅管硅管ICBO 小，受溫度的影響可忽略，主要小，受溫度的影響可忽略，主要考慮考慮VBE 和和 的溫度影響；的溫度影響； 3) 鍺管的鍺管的 ICBO 較大，其溫度影響是主要要考較大，其溫度影響是主要要考慮的。慮的。 2. 5 .2 射極偏置電路射極偏置電路 1. 計算計算Q點(diǎn)點(diǎn) 在直流通路上，如果流過電阻

32、的電流在直流通路上，如果流過電阻的電流 I1IB，則，則 CCbbbBVRRRV212 eBCRVI eBEBeEECRVVRVII CBII如果如果VB VBE ，則則)(eCCCCCERRIVV 電路具有工作點(diǎn)穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此，稱具有這種直流通路電路具有工作點(diǎn)穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此，稱具有這種直流通路結(jié)構(gòu)的電路為工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。結(jié)構(gòu)的電路為工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。 實(shí)際應(yīng)用時，既要穩(wěn)定工作點(diǎn)，又要兼顧放大電路的其它實(shí)際應(yīng)用時，既要穩(wěn)定工作點(diǎn)，又要兼顧放大電路的其它指標(biāo)，一般常取指標(biāo)，一般常取 1) I1 = （510）IB（硅管）（硅管） 或或 （1020）IB（鍺管）（鍺管） 2) VB = （35）

33、V （硅管）硅管） 或或 （13）V （鍺管）（鍺管） 2.計算電壓增益、輸入電阻和輸出電阻計算電壓增益、輸入電阻和輸出電阻 1) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) 接入接入Re，雖然解決了工作，雖然解決了工作點(diǎn)穩(wěn)定問題，卻使電壓增點(diǎn)穩(wěn)定問題，卻使電壓增益下降。益下降。 解決方法：解決方法： 在在 Re 旁并接旁并接大電容大電容 Ce . i 加入加入Re 后，后，輸輸入電阻提高入電阻提高了。了。2) 輸入電阻輸入電阻 3) 輸出電阻輸出電阻由等效電路有由等效電路有cooRRR/ .cToIVR （1）（2）（3）將將(3)式式代入（代入（2）式得）式得考慮考慮 實(shí)際情況下，實(shí)際情況下， ，故有，故有

34、 eceRr )1(eSbeeceoRRrRrR 一般情況下，一般情況下， ，所以，所以coRR ccooRRRR /3. 6 共集電極電路和共基極電路共集電極電路和共基極電路 3. 6. 1 共集電極電路（射極輸出器）共集電極電路（射極輸出器） 圖圖3.6.1 放大電路的交流通路表明，輸入、輸出回路的公共端是集電極，因放大電路的交流通路表明，輸入、輸出回路的公共端是集電極，因此叫做共集放大電路。因?yàn)樾盘枏陌l(fā)射極送出，所以又叫做射極輸出器。此叫做共集放大電路。因?yàn)樾盘枏陌l(fā)射極送出，所以又叫做射極輸出器。1. 電路分析電路分析 (1) 求求 Q 點(diǎn)點(diǎn) 由直流通路由直流通路eBBEbBeEBEbB

35、CCRIVRIRIVRIV)1( eCCCeECCCEBCebBECCBRIVRIVVIIRRVVI )1(2) 電壓增益電壓增益 由小信號等效電路可得：由小信號等效電路可得：(3) 輸入電阻輸入電阻LbiLeLLbebTTiRRR/RRRR(rRIVR /)1/式中式中考慮考慮 及及 ，則，則 beLrR 1(4) 輸出電阻輸出電阻 由輸出電阻定義畫等效電路。由輸出電阻定義畫等效電路。 1/111)1()111(,beseooesbeTToesbesbeTRbbTTTorRRGRRRrVIGRRrRrVIIIIIVRebSSRRR/ besorRR 共集電路的特點(diǎn)共集電路的特點(diǎn) 共集電路具有

36、共集電路具有電壓跟隨電壓跟隨性能，電壓增益電壓增益小于小于 1 , 而接而接近近 1, 輸入電阻高，輸出電阻低輸入電阻高，輸出電阻低，常用于放大電路的輸入常用于放大電路的輸入級，功率輸出級及起隔離作用的中間級。級，功率輸出級及起隔離作用的中間級。 2. 采用復(fù)合管進(jìn)一步提高輸入電阻采用復(fù)合管進(jìn)一步提高輸入電阻 21121bebeberrr 互補(bǔ)型復(fù)合管互補(bǔ)型復(fù)合管 3.6.2 共基放大電路共基放大電路 圖圖3.6.6(a)電路的交電路的交流通路中輸入、輸出回流通路中輸入、輸出回路的公共端是基極，因路的公共端是基極，因此叫做共基放大電路。此叫做共基放大電路。 1 . 靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)畫放大電

37、路的直流通路畫放大電路的直流通路 2) 輸入電阻輸入電阻 其值很小，一般為幾歐至其值很小，一般為幾歐至幾十歐幾十歐。 3) 輸出電阻輸出電阻beLbebLbiovrRrIRIVVA 1bebbbebiiirIIrIIVRcoRR 2. 動態(tài)分析動態(tài)分析1) 電壓增益電壓增益rr/RRbebeei 11 綜上所述綜上所述，3種基本組態(tài)的主要特點(diǎn)和應(yīng)用大種基本組態(tài)的主要特點(diǎn)和應(yīng)用大致歸納如下致歸納如下： 1) 共射放大電路具有較大的電壓、電流及功率放大共射放大電路具有較大的電壓、電流及功率放大作用，輸入電阻適中。被廣泛用作低頻電壓放大的作用，輸入電阻適中。被廣泛用作低頻電壓放大的輸入級、輸出級和中

38、間級。輸入級、輸出級和中間級。 2) 共集電路具有電壓跟隨性能，輸入電阻高，輸出共集電路具有電壓跟隨性能，輸入電阻高，輸出電阻低，常用于放大電路的輸入級，功率輸出級及電阻低，常用于放大電路的輸入級，功率輸出級及起隔離作用的中間級。起隔離作用的中間級。 3) 共基電路的主要特點(diǎn)是輸入電阻低，晶體管的結(jié)共基電路的主要特點(diǎn)是輸入電阻低，晶體管的結(jié)電容影響小，頻率特性好，常用于寬頻帶放大器電容影響小，頻率特性好，常用于寬頻帶放大器。3. 7 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng) 3. 7. 1 頻率響應(yīng)的基本概念頻率響應(yīng)的基本概念 放大電路的頻率響應(yīng)就是放大電路的增益與信號頻率的放大電路的頻率響應(yīng)就是

39、放大電路的增益與信號頻率的關(guān)系關(guān)系, 即即)()(ffAAvv AV( f ) 表示電壓增益的模與頻率的關(guān)系，叫做表示電壓增益的模與頻率的關(guān)系，叫做幅頻特性幅頻特性。 ( f ) 表示輸出電壓與輸入電壓的相位差與頻率的關(guān)系，表示輸出電壓與輸入電壓的相位差與頻率的關(guān)系， 叫做叫做相頻特性相頻特性。 右圖右圖(a)、(b)分別分別是是 一個基本共射放一個基本共射放大電路的大電路的幅頻特性幅頻特性和和相頻特性相頻特性，統(tǒng)稱統(tǒng)稱為為頻率特性頻率特性。 f L以下的頻率范圍以下的頻率范圍叫做叫做低頻區(qū)低頻區(qū)。當(dāng)頻率。當(dāng)頻率降低時，容抗增加降低時，容抗增加，由于由于極間電容極間電容與電路與電路參數(shù)并聯(lián)參數(shù)

40、并聯(lián)，其影響可其影響可以以忽略忽略；而耦合電容而耦合電容與電路參數(shù)串聯(lián)，分壓作用增加，加到放大元件兩端的有效信與電路參數(shù)串聯(lián)，分壓作用增加，加到放大元件兩端的有效信號減小號減小，電壓增益減小，且產(chǎn)生電壓增益減小，且產(chǎn)生 090的超前附加相移的超前附加相移。 fH 以上的頻率范圍叫做以上的頻率范圍叫做高頻區(qū)高頻區(qū)。當(dāng)頻率升高時，容抗減小，當(dāng)頻率升高時，容抗減小，耦合電容的影響可以忽略，而極間電容的影響必須考慮，并耦合電容的影響可以忽略，而極間電容的影響必須考慮，并聯(lián)結(jié)果使信號源電流增加，信號源內(nèi)阻壓降增加，放大元件聯(lián)結(jié)果使信號源電流增加，信號源內(nèi)阻壓降增加，放大元件兩端有效信號減小，放大倍數(shù)兩端

41、有效信號減小，放大倍數(shù) Av(f) 下降下降，且產(chǎn)生090的滯后附加相移滯后附加相移。 波特圖波特圖 電子技術(shù)中，信號頻率大致是幾赫茲至幾十兆赫茲，放大倍數(shù)大致電子技術(shù)中，信號頻率大致是幾赫茲至幾十兆赫茲，放大倍數(shù)大致是幾倍到幾百萬倍。畫頻率響應(yīng)曲線時，為了縮短坐標(biāo)，擴(kuò)大視野，簡是幾倍到幾百萬倍。畫頻率響應(yīng)曲線時，為了縮短坐標(biāo)，擴(kuò)大視野，簡化分析，代表頻率的橫坐標(biāo)采用對數(shù)刻度，化分析，代表頻率的橫坐標(biāo)采用對數(shù)刻度，用分貝表示電壓增益和用分貝表示電壓增益和用角度表示相位的縱坐標(biāo)采用線性分度，這種半對數(shù)坐標(biāo)圖用角度表示相位的縱坐標(biāo)采用線性分度，這種半對數(shù)坐標(biāo)圖，叫做叫做 對數(shù)頻率響應(yīng)或波特圖對數(shù)頻

42、率響應(yīng)或波特圖。 3.7.2 單級放大電路的頻率響應(yīng)單級放大電路的頻率響應(yīng) h 參數(shù)等效電路用于高頻信號時，必須考慮極間電容效參數(shù)等效電路用于高頻信號時，必須考慮極間電容效應(yīng)，應(yīng)，4個參數(shù)將是隨頻率變化的復(fù)數(shù)，分析時很不方便。為個參數(shù)將是隨頻率變化的復(fù)數(shù)，分析時很不方便。為此，引出一種包括極間電容在內(nèi)的高頻小信號模型，即混此，引出一種包括極間電容在內(nèi)的高頻小信號模型，即混合合模型。模型。 高頻高頻混合混合模型模型1 混合混合模型模型 1) 模型的引出模型的引出 受控電流源為受控電流源為 gmvb e 它與加在發(fā)射結(jié)上的電壓成正比。它與加在發(fā)射結(jié)上的電壓成正比。 跨導(dǎo)跨導(dǎo) gm 表示這種控制關(guān)系

43、，單位為表示這種控制關(guān)系，單位為 mS 。)(5 .38026. 026mSVmVCQCQCQebmIIIrg CQEQebIIr 2626)1( 2) 混合混合模型中的參數(shù)的確定模型中的參數(shù)的確定 高頻等效模型的簡化高頻等效模型的簡化 放大電路中，由于三極管的集電結(jié)處于反向偏置，放大電路中，由于三極管的集電結(jié)處于反向偏置，rb c 很大，可視很大，可視作開路。而作開路。而rce 與與 負(fù)載負(fù)載 RL 并聯(lián)，一般并聯(lián)，一般 rce RL，也可忽略，也可忽略, 并將集電結(jié)并將集電結(jié)結(jié)電容進(jìn)行密勒處理結(jié)電容進(jìn)行密勒處理, 于是得簡化高頻等效模型于是得簡化高頻等效模型cbCmebCRgCC )1(bbr 簡化高頻等效模型簡化高頻等效模型 值可由產(chǎn)品手冊查到，值可由產(chǎn)品手冊查到， 的值一般不給出，但的值一般不給出，但可通過手冊中給定的特征頻率可通過手冊中給定的特征頻率 f 計算出來。計算出來。 晶體管的頻率參數(shù)晶體管的頻率參數(shù) 頻率比較低時，電流放大系數(shù)基本上是實(shí)數(shù)，用頻率比較低時，電流放大系