第7章_晶體管及其放大電路

1、第第7章章 晶體管及其放大電路晶體管及其放大電路7.1 晶體管晶體管 7.2 放大電路的直流偏置放大電路的直流偏置7.3 共射極放大電路共射極放大電路7.4 共集電極和共基極放大電路共集電極和共基極放大電路 7.5 組合放大電路組合放大電路 7.6 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應7.1.1 晶體管的結構晶體管的結構 發(fā)射結發(fā)射結 集電結集電結 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) N P N 基區(qū)基區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) c 集電集電極極 e 發(fā)射發(fā)射極極 b 基極基極 b （a）內部內部結構結構 （b）結構示意圖結構示意圖 （c）電路符號電路符號 集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 基區(qū)基區(qū) c e 1、NPN型晶體管的結

2、構和電路符號型晶體管的結構和電路符號 （c）圖中的箭頭表示發(fā)射結正向電流的方向。）圖中的箭頭表示發(fā)射結正向電流的方向。 2、PNP型晶體管的結構和電路符號型晶體管的結構和電路符號 3、常見晶體管的封裝外形如圖所示：、常見晶體管的封裝外形如圖所示： 發(fā)射結發(fā)射結 集電結集電結 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) N P P 基區(qū)基區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) c 集電集電極極 e 發(fā)射發(fā)射極極 b基極基極 （a）結構結構示意圖示意圖 （b）電路符號電路符號 b c e 7.1.2 晶體管的工作原理晶體管的工作原理 內部條件：內部條件：發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高；基區(qū)很薄，摻雜濃度低；集電區(qū)發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高；基區(qū)很薄，摻雜濃度低；集電區(qū)

3、面積很大，摻雜濃度遠低于發(fā)射區(qū)。通過制造工藝保證內部條件的面積很大，摻雜濃度遠低于發(fā)射區(qū)。通過制造工藝保證內部條件的實現。實現。外部條件：外部條件：發(fā)射結加正向電壓（正向偏置），集電結加反向電壓發(fā)射結加正向電壓（正向偏置），集電結加反向電壓（反向偏置）。通過電路設計保證外部條件的實現。（反向偏置）。通過電路設計保證外部條件的實現。 1.載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程 （1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子 由于發(fā)射結正向偏置，發(fā)射由于發(fā)射結正向偏置，發(fā)射區(qū)的電子源源不斷地注入基區(qū)，區(qū)的電子源源不斷地注入基區(qū)，基區(qū)的空穴也要注入發(fā)射區(qū)，基區(qū)的空穴也要注入發(fā)射區(qū)，二者共同形成發(fā)射極

4、電流二者共同形成發(fā)射極電流IE。 ENEPENEIIII由于基區(qū)摻雜濃度比發(fā)射區(qū)小由于基區(qū)摻雜濃度比發(fā)射區(qū)小23個數量級，個數量級，基區(qū)注入發(fā)射區(qū)的空穴電流可以忽略不計基區(qū)注入發(fā)射區(qū)的空穴電流可以忽略不計 c e b N P N Rc VCC RbVBB IEN IEP ICN ICBO IBN IE IC IB + _ vCE + _ vBE （2）載流子在基區(qū)中的擴散與復合）載流子在基區(qū)中的擴散與復合 電子不斷地向集電結方向擴散，電子不斷地向集電結方向擴散，擴散過程中少量電子與空穴復合，擴散過程中少量電子與空穴復合，形成基極電流的一部分形成基極電流的一部分IBN。 由于基區(qū)寬度很窄，且摻雜

5、濃度由于基區(qū)寬度很窄，且摻雜濃度很低，從而大大地減小了電子與很低，從而大大地減小了電子與空穴復合的機會，使注入基區(qū)的空穴復合的機會，使注入基區(qū)的95以上的電子都能到達集電結，以上的電子都能到達集電結，它們將形成集電極電流的一部分它們將形成集電極電流的一部分ICN。 所以所以CNBNENIII c e b N P N Rc VCC RbVBB IEN IEP ICN ICBO IBN IE IC IB + _ vCE + _ vBE （3）集電區(qū)收集載流子）集電區(qū)收集載流子 集電結外加反向電壓，基區(qū)中擴散集電結外加反向電壓，基區(qū)中擴散到集電結邊緣的電子，受電場的作到集電結邊緣的電子，受電場的作用

6、，漂移越過集電結形成集電極電用，漂移越過集電結形成集電極電流的一部分流的一部分ICN。 另一方面，集電結兩邊的少數載流另一方面，集電結兩邊的少數載流子漂移形成反向飽和電流，記為子漂移形成反向飽和電流，記為I ICBOCBO。通常，。通常，I ICBOCBOIICNCN。CNCBOCNCIIIICBOEPBNBIIII顯然，電子和空穴都參與電流傳導過程，因此，稱為雙極結型三顯然，電子和空穴都參與電流傳導過程，因此，稱為雙極結型三極管（極管（Bipolar Junction Transistor，BJT），簡稱晶體管。），簡稱晶體管。 由基爾霍夫電流定律由基爾霍夫電流定律: CBEIIIc e b

7、 N P N Rc VCC RbVBB IEN IEP ICN ICBO IBN IE IC IB + _ vCE + _ vBE 2.電流控制作用電流控制作用 定義定義I ICNCN與與I IE E之比為晶體管的共基極直流電流放大系數之比為晶體管的共基極直流電流放大系數 ，即，即ECNII得得 CBOECIII值越大，值越大，發(fā)射極電流對集電極電流的控制能力越強。發(fā)射極電流對集電極電流的控制能力越強。 CBEIII因為則則 CBOCBCBOECIIIIII)(得得CBOBCIII111令令1為為共射極直流電流放大系數共射極直流電流放大系數 EEECIIII即共基極交流放大系數即共基極交流放大

8、系數 近似等于近似等于共基極直流電流放大系數共基極直流電流放大系數定義集電極電流變化量定義集電極電流變化量IC與基極電流變化量與基極電流變化量IB之比為共射極交流之比為共射極交流放大系數放大系數，即，即 constvBCCEIIBBBCIIII即共射極交流放大系數即共射極交流放大系數近似近似等于共基極直流電流放大系數等于共基極直流電流放大系數 定義變化量定義變化量I IC C與與I IE E之比為晶體管的共基極交流電流放大系數之比為晶體管的共基極交流電流放大系數，即，即7.1.3 7.1.3 晶體管的伏安特性晶體管的伏安特性 1.輸入特性曲線輸入特性曲線 輸入特性曲線描述了在集射電壓輸入特性曲

9、線描述了在集射電壓vCE一定的情況下，基極電流一定的情況下，基極電流iB與基射電壓與基射電壓vBE之間的函數關系之間的函數關系, ,即即constvBEBCEvfi)( 小功率硅管的小功率硅管的門坎電壓門坎電壓vth約為約為0.5V，鍺管約為，鍺管約為0.1V。 小功率硅管的小功率硅管的導通壓降導通壓降Von約為約為0.60.8V，一般，一般取取0.7V；小功率鍺管約為；小功率鍺管約為0.20.3V，一般取，一般取0.2V。 2.輸出特性曲線輸出特性曲線 輸出特性曲線描述了在基極電流輸出特性曲線描述了在基極電流iB一定的情況下，集電極電流一定的情況下，集電極電流iC與集射電壓與集射電壓vCE之

10、間的函數關系之間的函數關系,即即 constiCECBvfi)(在輸出特性曲線上可劃分為三個工在輸出特性曲線上可劃分為三個工作區(qū)：放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)。作區(qū)：放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)。(1)放大區(qū)（放大區(qū)（Active region） 放大區(qū)的特點是：放大區(qū)的特點是： 發(fā)射結正偏，集電結反偏發(fā)射結正偏，集電結反偏； iCiB+ICEO，體現了晶體管的，體現了晶體管的放大作用（電流控制作用），曲線放大作用（電流控制作用），曲線的間隔越大，的間隔越大，值越大；值越大；iC 隨隨vCE增加很小，呈恒流特性。增加很小，呈恒流特性。 (2)飽和區(qū)（飽和區(qū)（Saturation region） 飽和區(qū)內的

11、飽和區(qū)內的vCE稱為飽和壓降，小稱為飽和壓降，小功率硅管的飽和壓降典型值為功率硅管的飽和壓降典型值為0.3V，鍺管為鍺管為0.1V。 飽和區(qū)的特點：飽和區(qū)的特點：發(fā)射結和集電結均為正偏置；發(fā)射結和集電結均為正偏置；iC不受不受iB控制，而近似隨控制，而近似隨vCE線線性增長。由于性增長。由于vCE小、而小、而iC大，故大，故ce（集電極和發(fā)射極）之間等效（集電極和發(fā)射極）之間等效為開關的導通，或等效為一個小為開關的導通，或等效為一個小電阻，稱為導通電阻。電阻，稱為導通電阻。 (3)截止區(qū)截止區(qū)(Cutoff region) 特點：特點：發(fā)射結和集電結都是反向偏置；發(fā)射結和集電結都是反向偏置；i

12、C=ICEO0，故，故ce之間等之間等效為開關的斷開，或等效為一個大電阻，稱為截止電阻。效為開關的斷開，或等效為一個大電阻，稱為截止電阻。 PNP型晶體管的特性如圖型晶體管的特性如圖7.1.7所示所示 7.1.4 晶體管的主要參數晶體管的主要參數1.電流放大系數電流放大系數（Current amplification factor） 2.極間反向電流極間反向電流極間反向電流是由少數載流子形成的，其大小表征了晶體管的溫度特性。極間反向電流是由少數載流子形成的，其大小表征了晶體管的溫度特性。（1）集電結反向飽和電流）集電結反向飽和電流ICBO：發(fā)射極開路時，集電極和基極之間：發(fā)射極開路時，集電極和

13、基極之間的反向飽和電流。的反向飽和電流。 （2）穿透電流）穿透電流ICEO：基極開路時，通過集電極和發(fā)射極回路的電流，：基極開路時，通過集電極和發(fā)射極回路的電流，ICEO=(1+)ICBO。 3.極限參數極限參數（1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流ICM ICM是指當是指當下降到正常下降到正常值的值的2/3時所對應的時所對應的IC值。當值。當IC超過超過ICM時，時，晶體管的放大性能下降，但不一定損壞。晶體管的放大性能下降，但不一定損壞。（2）反向擊穿電壓（）反向擊穿電壓（Reverse breakdown voltage）發(fā)射結反向擊穿電壓發(fā)射結反向擊穿電壓V(BR)EBO：集電極開

14、路時，發(fā)射極與基極之間允許施加的：集電極開路時，發(fā)射極與基極之間允許施加的最高反向電壓。超過此值，發(fā)射結發(fā)生反向擊穿。最高反向電壓。超過此值，發(fā)射結發(fā)生反向擊穿。集電結反向擊穿電壓集電結反向擊穿電壓V(BR)CBO：發(fā)射極開路時，集電極與基極之間允許施加的：發(fā)射極開路時，集電極與基極之間允許施加的最高反向電壓。超過此值，集電結發(fā)生反向擊穿。最高反向電壓。超過此值，集電結發(fā)生反向擊穿。集電極與發(fā)射極之間的反向擊穿電壓集電極與發(fā)射極之間的反向擊穿電壓V(BR)CEO：在輸出特性曲線中，在輸出特性曲線中，iB0的曲線的曲線開始急劇上翹所對應的電壓開始急劇上翹所對應的電壓。（3 3）集電極最大允許耗散

15、功率）集電極最大允許耗散功率P PCMCMP PC C= =iC vCE當當P PC C P PCMCM時，晶體管的實際結溫小時，晶體管的實際結溫小于允許的結溫，不會損壞晶體管。于允許的結溫，不會損壞晶體管。為了可靠工作，通常選擇為了可靠工作，通常選擇P PCMCM= =（1.51.5）P PC C。7.1.5 溫度對晶體管的特性與參數的影響溫度對晶體管的特性與參數的影響 （1) 1) 溫度對溫度對I ICBOCBO的影響的影響I ICBOCBO是少數載流子形成的集電結反向飽和電流，受溫度影響很大。溫度每升高，是少數載流子形成的集電結反向飽和電流，受溫度影響很大。溫度每升高，I ICBOCBO

16、增加一倍。反之，溫度降低時增加一倍。反之，溫度降低時I ICBOCBO減小。減小。因為因為 ，故穿透電流，故穿透電流I ICEOCEO隨溫度變化的規(guī)律與隨溫度變化的規(guī)律與I ICBOCBO 類似。類似。CBOCEOII)1 (當溫度升高時，當溫度升高時，I ICEOCEO的增大，體現為整個輸出特性曲線族向上平移。的增大，體現為整個輸出特性曲線族向上平移。（2) 溫度對溫度對的影響的影響 溫度升高時，晶體管內部載流子的擴散能力增強，使基區(qū)內載流子溫度升高時，晶體管內部載流子的擴散能力增強，使基區(qū)內載流子的復合概率減小，因而溫度升高時，放大倍數的復合概率減小，因而溫度升高時，放大倍數隨之增大，隨之

17、增大，體現為整個輸體現為整個輸出特性曲線族之間的間隔加大出特性曲線族之間的間隔加大。以以 時測得的時測得的值為基數，溫度每升高值為基數，溫度每升高 ，增加約增加約(0.5(0.51)%1)%。C25C1（3）溫度對輸入特性的影響）溫度對輸入特性的影響溫度升高時，對于同樣的發(fā)射極電流，晶體管所需的溫度升高時，對于同樣的發(fā)射極電流，晶體管所需的|vBE| 減小。減小。 （4） 溫度對輸出特性的影響溫度對輸出特性的影響（5 5） 溫度對反向擊穿電壓的影響溫度對反向擊穿電壓的影響溫度升高時，晶體管的溫度升高時，晶體管的I ICBOCBO、I ICEOCEO、都將增大，導致晶體管的輸出特性曲線向上移都將

18、增大，導致晶體管的輸出特性曲線向上移溫度升高，溫度升高，V V(BR)CEO(BR)CEO和和V V(BR)CBO(BR)CBO都增大都增大7.2 放大電路的直流偏置放大電路的直流偏置將晶體管偏置在放大狀態(tài)將晶體管偏置在放大狀態(tài):發(fā)射結正偏，集電結反偏。發(fā)射結正偏，集電結反偏。 7.2.1 基本偏置電路和靜態(tài)工作點分析方法基本偏置電路和靜態(tài)工作點分析方法1基本偏置電路基本偏置電路晶體管晶體管T T的直流電壓和電流在其特性曲線上組成靜態(tài)工作點，的直流電壓和電流在其特性曲線上組成靜態(tài)工作點，分別是（分別是（V VBEBE，I IB B）和（）和（V VCECE，I IC C），通常用），通常用Q

19、Q表示。表示。+ Rb Rc T VBE + VCE IB IC +VCC（12V） + Rb Rc T VBE + VCE IB IC -VCC（-12V） （a）NPN 管管 (b)PNP管管 2晶體管的分段線性模型晶體管的分段線性模型在輸入特性曲線中，用垂足為導通電壓（在輸入特性曲線中，用垂足為導通電壓（V Vonon）的垂直線段逼近輸入特性的導通）的垂直線段逼近輸入特性的導通區(qū)，用過原點的水平線段逼近輸入特性的死區(qū)，如圖區(qū)，用過原點的水平線段逼近輸入特性的死區(qū)，如圖7.2.27.2.2（a a）所示。）所示。在輸出特性曲線中，用一組水平直線段逼近晶體管的放大區(qū)特性，用垂足為原點在輸出特

20、性曲線中，用一組水平直線段逼近晶體管的放大區(qū)特性，用垂足為原點的垂直線段逼近晶體管的飽和特性，如圖的垂直線段逼近晶體管的飽和特性，如圖7.2.27.2.2（b b）所示。）所示。3 3靜態(tài)工作點的計算靜態(tài)工作點的計算CcCCCEBCbBECCBonBEIRVVIIRVVIVV例例7.1 7.1 試計算圖試計算圖7.2.17.2.1電路的靜態(tài)工作點。已知：三極管是硅管，其電路的靜態(tài)工作點。已知：三極管是硅管，其=50=50；VCC=12V，Rb=400k，Rc=4k。解：將電路參數代入（解：將電路參數代入（7.2.1），得），得VmAkVIRVVmAmAIIAmARVVIVVVCcCCCEBCb

21、BECCBonBE35. 6)(41. 141241. 10285. 0505 .280285. 04007 . 0127 . 0（7.2.1）若若Rb=40k,靜態(tài)工靜態(tài)工作點的值有何變作點的值有何變化？化？3 3靜態(tài)工作點的計算靜態(tài)工作點的計算例例7.17.1* * * 試計算圖試計算圖7.2.17.2.1電路的靜態(tài)工作點。電路的靜態(tài)工作點。已知：三極管是硅管，其已知：三極管是硅管，其=50=50；VCC=12V，Rb=40k，Rc=4k。解：將電路參數代入（解：將電路參數代入（7.2.1），得），得01 .14285. 050285285. 0407 . 0127 . 0CcCCCECC

22、bBECCBonBEIRVVmAmAIIAmARVVIVVV不可能發(fā)生！不可能發(fā)生！可推測，電路沒有工作在放大區(qū)，而在飽和區(qū)！可推測，電路沒有工作在放大區(qū)，而在飽和區(qū)！BSBIAI285mARVVIVVCCESCCCSCES95. 242 . 0122 . 0設假設電路工作在飽和區(qū)和放大區(qū)的交界處：假設電路工作在飽和區(qū)和放大區(qū)的交界處：根據飽和區(qū)的工作特性計算根據飽和區(qū)的工作特性計算ICSAmAIICSBS595095. 2由此證明：電路工作在飽和區(qū)！由此證明：電路工作在飽和區(qū)！4基本偏置電路的缺點基本偏置電路的缺點CBECEOCBOIvIIT)/(穩(wěn)定靜態(tài)工作點的基本方法之一是在直流偏穩(wěn)定靜

23、態(tài)工作點的基本方法之一是在直流偏置電路中引入置電路中引入直流負反饋直流負反饋，使集電極直流電，使集電極直流電流流I IC C和集射直流電壓和集射直流電壓V VCECE隨溫度的變化很小，隨溫度的變化很小，穩(wěn)定靜態(tài)工作點穩(wěn)定靜態(tài)工作點Q Q（V VCECE，I IC C）。）。 基本偏置電路的靜態(tài)工作點受環(huán)境溫度基本偏置電路的靜態(tài)工作點受環(huán)境溫度T的影響很大。的影響很大。7.2.2 電流串聯(lián)負反饋偏置電路電流串聯(lián)負反饋偏置電路 圖中圖中射極電阻射極電阻Re引入電流串聯(lián)負反引入電流串聯(lián)負反饋，所以簡稱為射極偏置電路。饋，所以簡稱為射極偏置電路。基極電流基極電流IB B遠遠小于基極偏置電阻上的電流遠遠

24、小于基極偏置電阻上的電流I1時：時：CCbbbBVRRRV212當溫度升高引起集電極電流增加時，電流串聯(lián)負反饋將自動進行如下反饋過程：當溫度升高引起集電極電流增加時，電流串聯(lián)負反饋將自動進行如下反饋過程： 在電子工程設計中，選擇電路參數，使：在電子工程設計中，選擇電路參數，使： 鍺管硅管BBIII)2010()105(1BEBVV)105(Rb1 Rc T VB VC +VCC Re Rb2 I1 I2 IB VE IC onBEVVeBeBEBECRVRVVII/ )(CecCCCEIRRVV)(/CBII 靜態(tài)工作點計算：靜態(tài)工作點計算：例例7.2 7.2 射極偏置電路如圖射極偏置電路如圖

25、7.2.47.2.4所示。已知：晶體管是硅管，其所示。已知：晶體管是硅管，其=50=50；V VCC=12V，Rb1=40k，Rb2=20k，Rc=3k，Re=2k。試試計算電路的靜態(tài)工作點。計算電路的靜態(tài)工作點。解：解： VVVonBE7 . 0mARVVIIeBEBEC65. 12/ )7 . 04(/ )(VIRRVVCecCCCE75. 365. 1)23(12)(AmAIICB33033. 050/65. 1/CCbbbBVRRRV212Rb1 Rc T VB VC +VCC Re Rb2 I1 I2 IB VE IC 7.2.3 電壓并聯(lián)負反饋偏置電路電壓并聯(lián)負反饋偏置電路電阻電阻

26、Rb引入電壓并聯(lián)負反饋。引入電壓并聯(lián)負反饋。集電極電阻集電極電阻R Rc c上的電流上的電流IR為為: : IR=IC+IBIC當溫度升高引起集電極電流增加時，電路將自動進行如下反饋過當溫度升高引起集電極電流增加時，電路將自動進行如下反饋過程：程： Rc T VB VC +VCC Rb IB IC IR VBE=VC-IBRb靜態(tài)工作點計算：靜態(tài)工作點計算：由電路得由電路得 cbBECCBbBECBBcCCCcCCRcCCCRRVVIRVVIIRVIRVIRVV得到,所以，所以，ECBRRcCCCBCbBECBonBEIIIIIRVVIIRVVIVVRc T VBE VC +VCC Rb IB

27、 IC IR 直接耦合直接耦合A1A2阻容耦合阻容耦合A1A2變壓器耦合變壓器耦合A1A27.3 共射極放大電路共射極放大電路7.3.1 信號的耦合方式信號的耦合方式7.3.1 信號的耦合方式信號的耦合方式信號的耦合方式主要有直接耦合、電容耦合、變壓器耦合等。信號的耦合方式主要有直接耦合、電容耦合、變壓器耦合等。 1. 直接耦合直接耦合 信號源直接引入到晶體管的發(fā)射結信號源直接引入到晶體管的發(fā)射結回路，即輸入回路。輸出信號直接回路，即輸入回路。輸出信號直接從晶體管的集電極對地引出送負載從晶體管的集電極對地引出送負載電阻電阻R RL L，形成輸出回路。，形成輸出回路。 優(yōu)點優(yōu)點:可以放大輸入信號

28、的直流分可以放大輸入信號的直流分量和低頻信號；電路不包含大電容和量和低頻信號；電路不包含大電容和大電感，適合集成電路制造工藝。大電感，適合集成電路制造工藝。Rb1 Rc T vB vC +VCC Re iB iC RL vo + vs vi + Rs + Rb2 iS 缺點缺點:(1)放大電路的靜態(tài)工作點受信號源內阻和負載的影響，并放大電路的靜態(tài)工作點受信號源內阻和負載的影響，并且隨溫度變化而移動，稱為且隨溫度變化而移動，稱為溫度漂移溫度漂移。 (2)多級放大電路的靜態(tài)工作點設置、調試困難。多級放大電路的靜態(tài)工作點設置、調試困難。直接耦合放大電路中的零點漂移問題直接耦合放大電路中的零點漂移問題

29、1）何謂零點漂移？）何謂零點漂移？理想的直接耦合放大電路應在輸入信號為零時理想的直接耦合放大電路應在輸入信號為零時( (ui =0) ) ，保持輸出電壓，保持輸出電壓u0=0。但，實際的放大電路往往在輸入端短接時，所測得但，實際的放大電路往往在輸入端短接時，所測得的輸出電壓并不恒定，而是緩慢地、無規(guī)則地變化的輸出電壓并不恒定，而是緩慢地、無規(guī)則地變化著，這就是零點漂移。著，這就是零點漂移。2）產生零點漂移的原因）產生零點漂移的原因 晶體管參數隨溫度的變化；晶體管參數隨溫度的變化； 電源電壓的波動；電源電壓的波動； 電路元件參數的變化。電路元件參數的變化。溫度變化的影響是最嚴重的。溫度變化的影響

30、是最嚴重的。3）零點漂移的嚴重性）零點漂移的嚴重性如果零點漂移的大小足以和輸出的有用信號相比擬，如果零點漂移的大小足以和輸出的有用信號相比擬，就無法正確地將兩者加以區(qū)分。就無法正確地將兩者加以區(qū)分。因此，為了使放大電路能正常工作，必須有效地抑制因此，為了使放大電路能正常工作，必須有效地抑制零點漂移。零點漂移。4）抑制零點漂移的方法）抑制零點漂移的方法采用恒溫措施，使晶體管工作溫度穩(wěn)定。需采用恒溫措施，使晶體管工作溫度穩(wěn)定。需要恒溫室或槽，因此設備復雜，成本高。要恒溫室或槽，因此設備復雜，成本高。采用溫度補償法。就是在電路中用熱敏元件采用溫度補償法。就是在電路中用熱敏元件或二極管（或晶體管的發(fā)射

31、結）來與工作管或二極管（或晶體管的發(fā)射結）來與工作管的溫度特性互相補償。的溫度特性互相補償。采用直流負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點。采用直流負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點。各級之間采用阻容耦合。各級之間采用阻容耦合。 最有效的方法：采用最有效的方法：采用“差分放大電路差分放大電路” 。2. 電容耦合電容耦合 信號源通過電容信號源通過電容C1引入到晶體管的發(fā)射引入到晶體管的發(fā)射結回路；輸出信號從晶體管的集電極通結回路；輸出信號從晶體管的集電極通過電容過電容C2對地引出送負載電阻對地引出送負載電阻R RL L。 優(yōu)點：優(yōu)點：輸入信號為零時，電容對輸入信號為零時，電容對直流電流相當于開路，故信號源和直流電流相當于開路，

32、故信號源和負載不影響放大電路的靜態(tài)工作點，負載不影響放大電路的靜態(tài)工作點，電路設計和調試方便。電路設計和調試方便。 電容通常是幾十個微法，保證對信號相當于短路（簡稱為交流短路）、對直電容通常是幾十個微法，保證對信號相當于短路（簡稱為交流短路）、對直流電源相當于開路（簡稱為直流開路）。流電源相當于開路（簡稱為直流開路）。 例如，在音頻（例如，在音頻（20Hz20kHz）放大器中，若耦合電容取值）放大器中，若耦合電容取值50F，其，其阻抗小于阻抗小于160，與電阻比較，耦合電容相當于交流短路。，與電阻比較，耦合電容相當于交流短路。Rb1 Rc T vB +VCC Re iB iC RL vo +

33、vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 缺點：（缺點：（1）不能放大直流和低頻信號。不能放大直流和低頻信號。 （2）不適合集成電路工藝，放大電路不能集成化。）不適合集成電路工藝，放大電路不能集成化。 7.3.2 晶體管的低頻小信號模型晶體管的低頻小信號模型晶體管的低頻小信號模型晶體管的低頻小信號模型),(1CEBBEvifv),(2CEBCvifi 式中式中vBE、iB、vCE和和iC都是瞬時總量，包括直流電源引起的直流量和信號引起的都是瞬時總量，包括直流電源引起的直流量和信號引起的變化量（交流量）。變化量（交流量）。求全微分，得求全微分，得CEICEBEBVBBEBEdvvvdiivd

34、vBCECEICECBVBCCdvvidiiidiBCE + vBE vCE _ + _ iB iC iB( A) vBE/V 20 40 60 80 0.5 1.0 vCE=0V vCE?1V （c）輸出特性曲線輸出特性曲線 （b）輸輸入入特性曲線特性曲線 （a） 共射極連接共射極連接 0 1 2 2 3 3 4 V Vthth V VononV Vthth 0 vCE=0.5V iB=0?A 100 CEv/ V 2 4 6 8 截止區(qū)截止區(qū) 放放 大大 區(qū)區(qū) 100 80 60 40 20 飽和區(qū)飽和區(qū) iC /mA ICEO CEICEBEBVBBEBEdvvvdiivdvBCECEI

35、CECBVBCCdvvidiiidiBCE在靜態(tài)工作點附近，微分量的系數是常數。令在靜態(tài)工作點附近，微分量的系數是常數。令,CEVBBEieivh,BICEBErevvh,CEVBCfeiihBICECoevih由于微分量由于微分量dvBE、diB、dvCE、diC表示小信號變化量表示小信號變化量ccebbeiviv、所以，所以， cerebiebevhihvceoebfecvhihi晶體管的低頻晶體管的低頻小信號模型小信號模型: : T e b ib c + + + + _ _ _ _ vbe vbe ic vce b c e vce + _ hrevce hie ic hfeib oeh1

36、 ib (b) (a) 2.h2.h參數的物理意義參數的物理意義,CEVBBEieivh,BICEBErevvh,CEVBCfeiihBICECoevihhie是晶體管輸出端交流短是晶體管輸出端交流短路（路（vCE=VCEvce=0）時）時b-eb-e之間的交流輸入電阻，之間的交流輸入電阻，常用常用rbe來表示，約為來表示，約為10103 3量級。量級。hre是晶體管輸入端交流是晶體管輸入端交流開路（開路（iB=IBib=0）時）時的反向電壓傳輸系數的反向電壓傳輸系數（無量綱）（無量綱）, ,也稱為電壓也稱為電壓反饋系數。反饋系數。iB( A) vBE/V 20 40 60 80 0.5 1.

37、0 vCE=VCE （a） hie的意義的意義 0 VB100 IB iB( A) vBE/V 20 40 60 80 0.5 1.0 vCE=VCE 0 VB 100 IB 斜率斜率的倒數的倒數 CEVBBEieivh BICEBErevvh 2 6 8 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 3 4 0 iC /mA CEv/ V （c）hfe的意義的意義 （b） hre的意義的意義 VC IB IC CEVBCfeiih 2 6 8 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 3 4 0 iC /mA CEv/ V （d）hfe的意義的意義 VC IB IC 斜率斜率的倒數的

38、倒數 BICECoevih ,CEVBBEieivh,BICEBErevvh,CEVBCfeiihBICECoevihhfe是晶體管輸出端交流短是晶體管輸出端交流短路（路（vCE=VCEvce=0）時）時的正向電流傳輸系數（無的正向電流傳輸系數（無量綱），等于電流放大系量綱），等于電流放大系數數 ，約為，約為10102 2量級。量級。hoe是晶體管輸入端交流開是晶體管輸入端交流開路（路（iB=IBib=0）時）時c-ec-e之間的輸出電導，常用之間的輸出電導，常用1 / rce表示，表示，hoe很小，在放大很小，在放大電路的簡化分析中，電路的簡化分析中，hoe常常常忽略不計。常忽略不計。h h

39、參數第一個下標的含義是：參數第一個下標的含義是：i表示輸入，表示輸入，r表示反向傳輸，表示反向傳輸，f表示正向傳輸，表示正向傳輸，o表示表示輸出。第二個下標輸出。第二個下標e表示是共發(fā)射極接法。表示是共發(fā)射極接法。iB( A) vBE/V 20 40 60 80 0.5 1.0 vCE=VCE （a） hie的意義的意義 0 VB100 IB iB( A) vBE/V 20 40 60 80 0.5 1.0 vCE=VCE 0 VB 100 IB 斜率斜率的倒數的倒數 CEVBBEieivh BICEBErevvh 2 6 8 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 3 4 0 iC

40、/mA CEv/ V （c）hfe的意義的意義 （b） hre的意義的意義 VC IB IC CEVBCfeiih 2 6 8 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 3 4 0 iC /mA CEv/ V （d）hfe的意義的意義 VC IB IC 斜率斜率的倒數的倒數 BICECoevih 3.小信號模型的簡化和參數的確定小信號模型的簡化和參數的確定電壓受控源電壓受控源hre vce的電壓及輸出電阻的電壓及輸出電阻1/1/ hoe很小，常忽略。很小，常忽略。故晶體故晶體管的簡化小信號模型如圖管的簡化小信號模型如圖 (b)所示。所示。 圖中，用圖中，用 替換替換hfe，用，用rbe替

41、換替換hie在放大區(qū)內，晶體管的電流放大倍數在放大區(qū)內，晶體管的電流放大倍數 是常數，與晶體管的制造有是常數，與晶體管的制造有關。但是，關。但是，rbe與靜態(tài)工作點有關，可以根據晶體管的物理結構模型與靜態(tài)工作點有關，可以根據晶體管的物理結構模型導出導出rbe的計算公式。的計算公式。(b) (a) + + _ _ vbe b c e vce + _ hrevce hie ic hfeib oeh1 ib + + _ _ vbe b c e vce rbe ic ib ib 簡化的小信號模型簡化的小信號模型rbe的計算：的計算：rbb模擬從基極到發(fā)射結的基區(qū)體電阻，模擬從基極到發(fā)射結的基區(qū)體電阻，

42、rbe模擬發(fā)射結的正向導通電阻，模擬發(fā)射結的正向導通電阻，re模擬發(fā)射區(qū)模擬發(fā)射區(qū)的體電阻的體電阻( (遠小于遠小于rbe) )，rbc模擬集電結的反模擬集電結的反向電阻，向電阻，rc模擬集電區(qū)的體電阻模擬集電區(qū)的體電阻( (遠小于遠小于rbc) )。) 1(TBEVvSEeIi發(fā)射結電流方程：發(fā)射結電流方程：所以所以 ETVVSTVvBEEebIVeIVdvdirTBEBEBE111)1 (ebbbbbebebbbbeririririv由圖由圖73.6:)1 (ebbbbbeberrivr小功率晶體管小功率晶體管rbb200300 ，常取，常取200 。 EETbbbeImVIVrr)(26

43、)1 (200)1 (晶體管的結構模型晶體管的結構模型: :b cb e rbb re rbe e Jc Je ib ic ie rbc rc 7.3.3 放大電路的小信號分析放大電路的小信號分析應用小信號模型分析晶體管放大電路，步驟如下：應用小信號模型分析晶體管放大電路，步驟如下：（1）令交流信號源不作用（交流電壓源短路、交流電流源開）令交流信號源不作用（交流電壓源短路、交流電流源開路），得到僅有直流電源作用的直流非線性電路（電容開路、電路），得到僅有直流電源作用的直流非線性電路（電容開路、電感短路），簡稱感短路），簡稱直流通路直流通路。（2）求解晶體管的靜態(tài)工作點（分段模型法），據此計算晶

44、體）求解晶體管的靜態(tài)工作點（分段模型法），據此計算晶體管的交流輸入電阻管的交流輸入電阻rbe。（3）令直流電源不作用（直流電壓源短路、直流電流源開路），）令直流電源不作用（直流電壓源短路、直流電流源開路），得到僅有交流信號源作用的交流電路，簡稱為交流通路。用小信得到僅有交流信號源作用的交流電路，簡稱為交流通路。用小信號模型代替晶體管，得到交流線性等效電路，簡稱為號模型代替晶體管，得到交流線性等效電路，簡稱為交流等效電交流等效電路路。（4）用線性電路的分析方法（時域方法或頻域方法等）求解交）用線性電路的分析方法（時域方法或頻域方法等）求解交流線性電路的相關參數。流線性電路的相關參數。前前2步作靜

45、態(tài)分析，后步作靜態(tài)分析，后2步作動態(tài)分析（也稱為交流分析）。步作動態(tài)分析（也稱為交流分析）。 以電容耦合共射極放大電路為例闡述分析步驟。以電容耦合共射極放大電路為例闡述分析步驟。 1靜態(tài)分析靜態(tài)分析onBEVVeBeBEBECRVRVVII/ )(CecCCCEIRRVV)(/CBII CCbbbBVRRRV212在交流通路中用簡化小信號模型替代晶體管，得到在交流通路中用簡化小信號模型替代晶體管，得到小信號等效電路如下：小信號等效電路如下：+ ii RL bi b + rbe RC Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb2 Re e Ri iR Ro ie Rs + vs Rb1 Rc

46、T +VCC Re RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 vB vC 2.動態(tài)分析動態(tài)分析(1)畫出放大電路的交流等效電路畫出放大電路的交流等效電路 交流通路：交流通路：直流電壓源短路直流電壓源短路，因為其端電壓變化量為零，對交流電流相當于短路；，因為其端電壓變化量為零，對交流電流相當于短路；直流電直流電流源開路流源開路，因為其電流變化量為零，對交流電流相當于開路。，因為其電流變化量為零，對交流電流相當于開路。大電容短路，大大電容短路，大電感開路電感開路。 c （2） 放大電路的參數計算放大電路的參數計算 + ii RL bi c b + rbe RC Rb1 vi v

47、o ib ic _ _ Rb2 Re e Ri iR Ro ie Rs + vs 2121bibiiibibibiRvRvRvRvRviiebeiibebebebbebeebebiRrRRiRriRiriRiriv)1 ()1 ()1 (iR( 是晶體管基極對地的輸入電阻是晶體管基極對地的輸入電阻) 211111bbiiiiRRRivR)1 (/2121ebebbibbiRrRRRRRR輸入電阻輸入電阻Ri的計算的計算: （2） 放大電路的參數計算放大電路的參數計算電壓增益電壓增益Av的計算的計算: )/()/(LcLLbLccoRRRRiRRiv電壓增益為電壓增益為 ebeLebebLbio

48、vRrRRriRivvA)1 ()1 (增益表達中的負號表示輸出電壓與輸入電壓相位增益表達中的負號表示輸出電壓與輸入電壓相位相反相反。 + ii RL bi c b + rbe RC Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb2 Re e Ri iR Ro ie Rs + vs （2） 放大電路的參數計算放大電路的參數計算輸出電阻輸出電阻Ro的計算的計算: 令信號源電壓為零令信號源電壓為零 00)1 ()/(21bbbebbbbsiiriiRRR所以輸出電阻為所以輸出電阻為ccttvttoRRvvivRs/0+ ii RL bi c b + rbe RC Rb1 vi vo ib ic _

49、_ Rb2 Re e Ri iR Ro ie Rs + vs + ii bi c b + rbe Rc Rb1 vi vt ib ic _ _ Rb2 Re e Ro ie Rs it 0Ci（3） 電壓放大模型電壓放大模型輸出電壓對信號源電壓的增益為輸出電壓對信號源電壓的增益為 isiebeLisivsiiosovsRRRRrRRRRAvvvvvvA)1 ( Vi Vo + - - + ii ioRS VS RL Ro Ri AVOVi + + - - + ii bi c b + rbe Rc Rb1 vi vt ib ic _ _ Rb2 Re e Ro ie Rs it 例例7.3 共射

50、極放大電路如圖共射極放大電路如圖7.3.7（a）所示。已知：晶體管是硅管，其）所示。已知：晶體管是硅管，其=50；VCC=12V，Rb1=40k，Rb2=20k，Rc=3k，Re=2k；C1= C1=10F；vs=sint=sin2000t，Rs=0.5k；RL=12k。試計算放大電路的增益、輸入電阻。試計算放大電路的增益、輸入電阻和輸出電阻；畫出和輸出電阻；畫出vs、vB、vC和和vo的波形。的波形。解：解：(1)直流通路直流通路 )V(412204020212CCbbbBVRRRVmARVVIIeBEBEC65. 12/ )7 . 04(/ )(VIRVVCcCCC05. 765. 131

51、2VIRVEeE3 . 365. 12（2）計算靜態(tài)工作點和）計算靜態(tài)工作點和rbe kmAmVImVrEbe1100065. 126)501 (20026)1 (200Rb1 Rc T +VCC Re RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 vB vC Rb1 Rc T VB VC +VCC Re Rb2 I1 I2 IB VE IC （3）小信號等效電路）小信號等效電路 電容的容抗很小，對交流電流相當于短路電容的容抗很小，對交流電流相當于短路1/wcRi。 （4）計算放大電路的增益、輸入電阻和輸出電阻）計算放大電路的增益、輸入電阻和輸出電阻 17. 12)501 (1

52、)12/3(50)1 (ebeLvRrRAkRrRRRebebbi8 .112)501 (1/20/40)1 (/21kRRco312. 18 .115 . 08 .1117. 1isivvsRRRAA + ii RL bi c b + rbe RC Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb2 Re e Ri iR Ro ie Rs + vs Rb1 Rc T +VCC Re RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 vB vC （5 5）畫出）畫出vs、vB、vC和和vo的波形的波形ttvRRRvvssiiibsin96. 0sin5 . 08 .118 .11tvV

53、vttvAvvtvVvcCCivocbBBsin12. 105. 7sin12. 1sin96. 017. 1sin96. 04圖中虛線表示直流分量，圖中虛線表示直流分量，vo與與vs相位相反。由于電容的隔相位相反。由于電容的隔直作用，直作用，vo和和vs不包含直流分量。不包含直流分量。Rb1 Rc T +VCC Re RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 vB vC vs=sint=sin2000t例例7.4 7.4 共射極放大電路如圖所示。已知：晶體管是硅管，其共射極放大電路如圖所示。已知：晶體管是硅管，其=50=50；VCC=12V，Rb1=40k，Rb2=20k

54、，Rc=3k，Re=2k，Rs=0.5k，RL=12k。假設電容足夠大，。假設電容足夠大，試計算放大電路的增益、輸入電阻和試計算放大電路的增益、輸入電阻和輸出電阻。輸出電阻。krRRRbebbi11/20/40/211201)12/3(50beLvrRA8015 . 01120isibeLvsRRRrRAkRRco3 + ii RL bi c b + rbe Rc Rb1 vi vo ib ic _ _ Rb2 e Ri iR Ro ie Rs + vs 。 Rb1 Rc T +VCC Re RL vo + vs vi + Rs + Rb2 C2 C1 Ce 解：解：并聯(lián)并聯(lián)Ce與否，并不影響

55、與否，并不影響Q點的設置，故點的設置，故rbe不變。不變。 krbe17.3.4 放大電路的大信號分析放大電路的大信號分析當輸入信號幅度較大時，晶體管的電流和電壓幅度當輸入信號幅度較大時，晶體管的電流和電壓幅度變化大，不能用靜態(tài)工作點的切線表示它們之間的變化大，不能用靜態(tài)工作點的切線表示它們之間的函數關系，函數關系，故不能用小信號模型分析輸入大信號情故不能用小信號模型分析輸入大信號情況下的放大電路況下的放大電路，可采用圖解法分析之。，可采用圖解法分析之。 放大電路的大信號分析主要是確定放大電路的大信號分析主要是確定最大不失真輸出最大不失真輸出幅度和定性分析非線性失真。幅度和定性分析非線性失真。

56、 1.輸出交流負載線輸出交流負載線 交流通路：交流通路：晶體管不能用小信號模型替換晶體管不能用小信號模型替換 。交流負載線方程：交流負載線方程：)(LCLCCELCCCELcCEceCECERiRIVRIiVRiVvVv2.晶體管的電壓和電流波形晶體管的電壓和電流波形 ibevv由交流通路：由交流通路：tVvimisin設則則 tVVvVvVvimBEiBEbeBEBEsinLCCEJRIVV)(LCLCCELCCCELcCEceCECERiRIVRIiVRiVvVv交流負載線和晶體管電壓電流波形交流負載線和晶體管電壓電流波形: 3.最大不失真輸出幅度最大不失真輸出幅度最大不失真輸出幅度為最大

57、不失真輸出幅度為: ,min,minLCCESCECEJCESCEommRIVVVVVVV最佳靜態(tài)工作點最佳靜態(tài)工作點Q（VCE，IC）應滿足下式：應滿足下式： LCCESCERIVVLCCEJRIVV4.非線性失真非線性失真(以以NPN型管為例型管為例)2 6 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 4 0 iC /mA CEv/ V IB IC VCES VJ t 2 iC/mA 0 t 2 VCE4 交流負載線交流負載線 Q (a) 飽和失真飽和失真飽和失真：晶體管工作狀態(tài)進入飽和區(qū)。飽和失真：晶體管工作狀態(tài)進入飽和區(qū)。2 100 80 60 20 iB=0?A 1 2 4 0

58、iC /mA CEv/ V IB IC VCES VJ t 2 iC/mA 0 t 2 VCE4 交流負載線交流負載線 Q 6 (b) 截止失真截止失真截止失真：晶體管工作狀態(tài)進入截止區(qū)。截止失真：晶體管工作狀態(tài)進入截止區(qū)。 大信號失真：當輸出電壓同時出現截頂和截底大信號失真：當輸出電壓同時出現截頂和截底 7.3.5 放大電路的組成原則放大電路的組成原則（1）適當的直流偏置電路，將有源元件偏置在放大區(qū)。對）適當的直流偏置電路，將有源元件偏置在放大區(qū)。對于晶體管，偏置電路應保證發(fā)射結正偏，集電結反偏。于晶體管，偏置電路應保證發(fā)射結正偏，集電結反偏。 （2）適當的信號耦合電路，保證輸入信號能作用于

59、有源元件）適當的信號耦合電路，保證輸入信號能作用于有源元件的輸入回路，在負載上能獲得放大了的交流信號。的輸入回路，在負載上能獲得放大了的交流信號。（3）適當的靜態(tài)工作點，保證有足夠的最大不失真輸出信號幅）適當的靜態(tài)工作點，保證有足夠的最大不失真輸出信號幅度。度。 7.4 共集電極和共基極放大電路共集電極和共基極放大電路7.4.1共集電極放大電路共集電極放大電路1靜態(tài)分析靜態(tài)分析 直流通路：直流通路：eBBEbBeEBEbBCCRIVRIRIVRIV)1 (VCC靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點: EeCCCEBEebBECCBonBEIRVVIIRRVVIVV)1 ()1 (2動態(tài)分析動態(tài)分析 7.4.1

60、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：（1）輸入電阻）輸入電阻Ri)1 (/)1 ()/(iibiiLbeiLeLbiLbbebLeebebiRvRviRrRRRRiRRiriRRiriv所以，所以， )1 (/111LbebibibiiiRrRRRRRivR2動態(tài)分析動態(tài)分析 （2 2）電壓增益）電壓增益Av和電流增益和電流增益AiLbLeeoRiRRiv)1 ()/(電壓增益為：電壓增益為：)1 ()1 ()1 ()1 (LbeLLbbebLbiovRrRRiriRivvA通常，通常， beLrR )1 (故共集電極放大電路的電壓增益約故共集電極放大電路的電壓增益