半導體三極管及其應用

半導體三極管及其應用第1頁/共175頁§3.1雙極型三極管半導體三極管的結構三極管內部的電流分配與控制三極管各電極的電流關系三極管的共射極特性曲線半導體三極管的參數三極管的型號三極管應用第2頁/共175頁3.1.1半導體三極管的結構

雙極型半導體三極管的結構示意圖如圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。e-b間的PN結稱為發(fā)射結(Je)c-b間的PN結稱為集電結(Jc)

中間部分稱為基區(qū)，連上電極稱為基極，用B或b表示（Base）；

一側稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；

另一側稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示（Collector）。雙極型三極管的符號中，發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實際方向。第3頁/共175頁半導體三極管的結構

從外表上看兩個N區(qū),(或兩個P區(qū))是對稱的，實際上發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結面積大。基區(qū)要制造得很薄，其厚度一般在幾個微米至幾十個微米。第4頁/共175頁3.1.2

三極管內部的電流分配與控制

雙極型半導體三極管在工作時一定要加上適當的直流偏置電壓。

若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結加正向電壓，集電結加反向電壓，如圖所示。

現以

NPN型三極管的放大狀態(tài)為例，來說明三極管內部的電流關系。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVo第5頁/共175頁電流分配與控制

在發(fā)射結正偏，集電結反偏條件下，三極管中載流子的運動：(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子：在VBB作用下，發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子形成IEN，基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)擴散形成IEP。IEN>>IEP方向相同VBBVCC第6頁/共175頁電流分配與控制(2)電子在基區(qū)復合和擴散由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子繼續(xù)向集電結擴散，擴散過程中少部分電子與基區(qū)空穴復合形成電流IBN。由于基區(qū)薄且濃度低，所以IBN較小。(3)集電結收集電子由于集電結反偏，所以基區(qū)中擴散到集電結邊緣的電子在電場作用下漂移過集電結，到達集電區(qū)，形成電流ICN。VBBVCC第7頁/共175頁電流分配與控制(4)集電極的反向電流集電結收集到的電子包括兩部分： 發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的電子——ICN

基區(qū)的少數載流子——ICBOVBBVCC電流分配與控制（動畫2-1）第8頁/共175頁電流分配與控制

IE=IEN+IEP

且有IEN>>IEP

IEN=ICN+IBN

且有IEN>>IBN

，ICN>>IBN

IC=ICN+ICBO

IB=IEP+IBN－ICBOIE=IC+IBVBBVCC第9頁/共175頁3.1.3三極管各電極的電流關系(1)三種組態(tài)

雙極型三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入,兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)，見下圖

共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;

共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；第10頁/共175頁(2)三極管的電流放大系數

對于集電極電流IC和發(fā)射極電流IE之間的關系可以用系數來說明，定義:

稱為共基極直流電流放大系數。它表示最后達到集電極的電子電流ICN與總發(fā)射極電流IE的比值。ICN與IE相比，因ICN中沒有IEP和IBN，所以的值小于1,但接近1，一般為0.98~0.999。由此可得:IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=IC+IB+ICBO第11頁/共175頁電流放大系數在忽略ICBO情況下，IC

、IE

和IB之間的關系可近似表示為：式中：稱為共發(fā)射極接法直流電流放大倍數。第12頁/共175頁3.1.4三極管的共射極特性曲線

輸入特性曲線——iB=f(vBE)

vCE=const

輸出特性曲線——

iC=f(vCE)

iB=const共發(fā)射極接法三極管的特性曲線：這兩條曲線是共發(fā)射極接法的特性曲線。iB是輸入電流，vBE是輸入電壓，加在B、E兩電極之間。iC是輸出電流，vCE是輸出電壓，從C、E兩電極取出。RCRbVccBBV+_VoiBiCiE+_vBE+_vCEbce第13頁/共175頁1.輸入特性曲線VCE一定時，iB與vBE之間的變化關系：由于受集電結電壓的影響，輸入特性與一個單獨的PN結的伏安特性曲線有所不同。

在討論輸入特性曲線時，設vCE=const(常數)。(1)VCE=0時：b、e間加正向電壓，JC和JE都正偏，JC沒有吸引電子的能力。所以其特性相當于兩個二極管并聯(lián)PN結的特性。

VCE=0V：兩個PN結并聯(lián)第14頁/共175頁輸入特性曲線(2)VCE>1V時，b、e間加正向電壓，這時JE正偏，JC反偏。發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的載流子絕大部分被JC收集，只有小部分與基區(qū)多子形成電流IB。所以在相同的VBE下，IB要比VCE=0V時小。

VCE>1V：iB比VCE=0V時小(3)VCE介于0~1V之間時，JC反偏不夠，吸引電子的能力不夠強。隨著VCE的增加，吸引電子的能力逐漸增強，iB逐漸減小，曲線向右移動。

0<VCE<1V:VCEiB第15頁/共175頁2.輸出特性曲線表示IB一定時，iC與vCE之間的變化關系。放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0(1)放大區(qū)JE正偏，JC反偏，對應一個IB，iC基本不隨vCE增大，IC=IB

。處于放大區(qū)的三極管相當于一個電流控制電流源。截止區(qū)：對應IB0的區(qū)域，JC和JE都反偏，IB=IC=0第16頁/共175頁輸出特性曲線(3)飽和區(qū) 對應于vCE<vBE的區(qū)域，集電結處于正偏，吸引電子的能力較弱。隨著vCE增加，集電結吸引電子能力增強，iC增大。JC和JE都正偏，VCES約等于0.3V，IC<IB飽和時c、e間電壓記為VCES，深度飽和時VCES約等于0.3V。飽和時的三極管c、e間相當于一個壓控電阻。放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0第17頁/共175頁輸出特性曲線總結飽和區(qū)——iC受vCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內vCE的數值較小，一般vCE＜0.7

V(硅管)。此時

發(fā)射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)——iC接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。此時，發(fā)射結反偏，集電結反偏。放大區(qū)——iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結正偏，集電結反偏，電壓大于0.7

V左右(硅管)。動畫2-2第18頁/共175頁三極管工作情況總結三極管處于放大狀態(tài)時，三個極上的電流關系： 電位關系：第19頁/共175頁3.溫度對三極管特性的影響溫度升高使： （1）輸入特性曲線左移 （2）ICBO增大，輸出特性曲線上移 （3）增大第20頁/共175頁3.1.5半導體三極管的參數半導體三極管的參數分為三大類:

直流參數交流參數極限參數1.直流參數①直流電流放大系數

a.共基極直流電流放大系數

=IC/IE=IB/1+IB=/1+第21頁/共175頁三極管的直流參數

在放大區(qū)基本不變。在共發(fā)射極輸出特性曲線上，通過垂直于X軸的直線(vCE=const)來求取IC/IB

，如下左圖所示。在IC較小時和IC較大時，會有所減小，這一關系見下右圖。b.共射極直流電流放大系數：

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const第22頁/共175頁三極管的直流參數b.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO和ICBO之間的關系：

ICEO=（1+）ICBO相當于基極開路時，集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流，即輸出特性曲線IB=0時曲線所對應的Y坐標的數值,如圖所示。②極間反向電流a.集電極基極間反向飽和電流ICBO

ICBO的下標CB代表集電極和基極，O是Open的字頭，代表第三個電極E開路。它相當于集電結的反向飽和電流。

第23頁/共175頁三極管的交流參數2.交流參數①交流電流放大系數

a.共發(fā)射極交流電流放大系數

=IC/IBvCE=const在放大區(qū)值基本不變，可在共射接法輸出特性曲線上通過垂直于X軸的直線求取IC/IB。或在圖上通過求某一點的斜率得到。具體方法如圖所示。

第24頁/共175頁三極管的交流參數

b.共基極交流電流放大系數α=IC/IE

VCB=const

當ICBO和ICEO很小時，≈、≈，可以不加區(qū)分。

②特征頻率fT

三極管的值不僅與工作電流有關，而且與工作頻率有關。由于結電容的影響，當信號頻率增加時，三極管的將會下降。當下降到1時所對應的頻率稱為特征頻率，用fT表示。第25頁/共175頁三極管的極限參數

如圖所示，當集電極電流增加時，就要下降，當值下降到線性放大區(qū)值的70～30％時，所對應的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。至于值下降多少，不同型號的三極管，不同的廠家的規(guī)定有所差別?？梢姡擨C＞ICM時，并不表示三極管會損壞。

(3)極限參數①集電極最大允許電流ICM第26頁/共175頁三極管的極限參數②集電極最大允許功率損耗PCM

集電極電流通過集電結時所產生的功耗，

PCM=ICVCB≈ICVCE，因發(fā)射結正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結上。在計算時往往用VCE取代VCB。第27頁/共175頁三極管的極限參數③反向擊穿電壓:反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓的能力，其測試時的原理電路如圖所示。BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭。幾個擊穿電壓在大小上有如下關系：

V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO第28頁/共175頁三極管的極限參數

a.V(BR)CBO——發(fā)射極開路時的集電結擊穿電壓。下標

CB代表集電極和基極，O代表第三個電極E開路。b.V(BR)EBO——集電極開路時發(fā)射結的擊穿電壓。c.V(BR)CEO——基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。對于V(BR)CER表示BE間接有電阻，V(BR)CES表示BE間是短路的。第29頁/共175頁三極管的安全工作區(qū)由PCM、ICM和V(BR)CEO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)，見下圖。第30頁/共175頁3.1.6三極管應用Vi=5V時，IB=(5-0.7)/10K=0.43mAICS=10V/5K=2mA<IB=22mA三極管飽和，VO=0V;Vi=0V時，三極管截止,VO=10V。5V10VttViVOce10K5K10Vb+_+_ViVO例如：三極管用作可控開關(=50)第31頁/共175頁例3.1.1：判斷三極管的工作狀態(tài)

測量得到三極管三個電極對地電位如圖所示，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和第32頁/共175頁例3.1.2：判斷三極管的工作狀態(tài)用數字電壓表測得VB=4.5V、VE=3.8V、VC=8V，試判斷三極管的工作狀態(tài)，設β=100，求IE和VCE。第33頁/共175頁1.放大電路概念：基本放大電路一般是指由一個三極管與相應元件組成的三種基本組態(tài)放大電路。a.放大電路主要用于放大微弱信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，輸出信號的能量得到了加強。b.輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，經過三極管的控制，使之轉換成信號能量，提供給負載。§3.2基本共射極放大電路第34頁/共175頁2.基本共射放大電路電路組成:(1)三極管T;(3)RC：將iC的變化轉換為vo的變化，一般幾K~幾十K。

VCE=VCC-ICRCRC，VCC同屬集電極回路。(2)VCC：為JC提供反偏電壓，一般幾

~幾十伏;(4)VBB：為發(fā)射結提供正偏。ceRbRCVCCb+_+_VBBCb2++TvivoCb1第35頁/共175頁基本共射放大電路(5)Rb：一般為幾十K~幾千K，

Rb,Vbb屬基極回路一般，硅管VBE=0.7V

鍺管VBE=0.2V當VBB>>VBE時：ceRbRCVCCb+_+_VBBCb2++TvivoCb1第36頁/共175頁基本共射放大電路(7)vi：輸入信號(8)vo：輸出信號

公共地或共同端，電路中每一點的電位實際上都是該點與公共端之間的電位差。圖中各電壓的極性是參考極性，電流的參考方向如圖所示。(6)Cb1，Cb2：耦合電容或隔直電容，其作用是通交流隔直流。ceRbRCVCCb+_+_VBBCb2++TvivoCb1第37頁/共175頁基本共射放大電路RL:負載電阻ceRbRCVCCb+_+_VBBCb2++TvivoCb1RLT++vivoRLTCb1VCCCb2+_+_RbRC第38頁/共175頁3.共射電路放大原理++vivoCb1VCCCb2+_+_RbRC12V300K4K=40vi變化——iB變化————iC變化——————vCE變化——vo變化Cb1iC=iBvCE=VCC-iCRC第39頁/共175頁3.3

放大電路的圖解分析法直流通路與交流通路靜態(tài)分析近似估算法圖解分析電路參數變化對Q點的影響動態(tài)分析截止失真飽和失真交流負載線最大不失真輸出輸出功率和功率三角形第40頁/共175頁1.直流通路與交流通路靜態(tài)：只考慮直流信號，即vi=0，各點電位不變（直流工作狀態(tài)）。直流通路：電路中無變化量，電容相當于開路，電感相當于短路交流通路：電路中電容短路，電感開路，直流 電源對公共端短路

放大電路建立正確的靜態(tài)，是保證動態(tài)工作的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)，正確地區(qū)分直流通道和交流通道。動態(tài)：只考慮交流信號，即vi不為0，各點電位變化（交流工作狀態(tài)）。第41頁/共175頁直流通路TRRVb1b2bCCCCC++vovi電容Cb1和Cb2斷開TRRVbCCC直流通路

即能通過直流的通道。從C、B、E向外看，有直流負載電阻，Rc

、Rb

。第42頁/共175頁交流通路TRRVvvb1b2bCCCCCio++vovi直流電源和耦合電容對交流相當于短路TRRbC+_+_vovi若直流電源內阻為零，交流電流流過直流電源時，沒有壓降。設C1、C2足夠大，對信號而言，其上的交流壓降近似為零。在交流通道中，可將直流電源和耦合電容短路。

交流通路：能通過交流的電路通道。從C、B、E向外看，有等效的交流負載電阻，Rc//RL和偏置電阻Rb

。第43頁/共175頁2.靜態(tài)分析(1)靜態(tài)工作點的近似估算法已知硅管導通時VBE≈0.7V，鍺管VBE≈0.2V以及=40，根據直流通路則有：Q:（40uA，1.6mA，5.6V）RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流電路第44頁/共175頁RbRCvoviCb1Cb2VCC++Re0.5K330K4K15V=50例3.3.1：電路及參數如圖，求Q點值直流通路RbRCVCC330K4K15V=50Re0.5K第45頁/共175頁例3.3.1直流通路RbRCVCC330K4K15V=50Re0.5K第46頁/共175頁例3.3.2：電路及參數如圖，求Q點值固定偏壓電路，射極偏置電路（動畫3-5）Rb1RCvoviCb1Cb2VCC++Re0.5K68K4K15VRb212K=40直流通路Rb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K=40第47頁/共175頁例3.3.2Rb1RCRe0.5K68K4KRb212K15VVCC15VVCC直流通路Rb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K=40第48頁/共175頁例3.3.268KRb212K15VVCCRb2.25V10.2KRb1VBB第49頁/共175頁

例3.3.2RCRe0.5K4K2.25VVBB15V10.2KRbVCC第50頁/共175頁(2)靜態(tài)工作點的圖解分析I求VBE、IB的方法同二極管圖解分析輸入特性VBE=VBB-IBRb輸出特性VCE=VCC-ICRCb、e回路c、e回路(a)畫直流通路(b)把基極回路和集電極回路電路分為線性和非線性兩部分如圖IB=40uA、RC=4K、VCC=12V第51頁/共175頁圖解分析vCE(v)iC(mA)32124680101220uA40uA60uA80uAIB=100uA(c)作非線性部分的伏安特性曲線=40uA(d)作線性部分的伏安特性曲線—直流負載線

VCE=12-4IC(VCC=12V,RC=4K)

用兩點法做直線M(12V,0)，N(0,3mA)MN(e)直線MN與IB=40uA曲線的交點(5.6V,1.6mA)

就是靜態(tài)工作點Q（5.6V，1.6mA）Q直流負載線IB=40uA、RC=4K、VCC=12V第52頁/共175頁討論：電路參數變化對Q點的影響MNQRb改變：Q點沿MN向下移動Q’RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流電路第53頁/共175頁電路參數變化對Q點的影響MNQRC改變：Q’RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流電路第54頁/共175頁電路參數變化對Q點的影響MNQVCC改變：Q’RRVIBVBBbCCCV+_+_CEBEVIC第55頁/共175頁iC(mA)32124680101220uA40uA60uA80uA100uA040vivoiB(uA)6020vi=0.02sint(V)vBE(V)vCE(V)2.動態(tài)分析vi=0.02sint(V)ib=20sint(uA)iB=20uA~60uARRVb1b2bCCCCC++voviβ=40iC=iB=0.8~2.4(mA)vCE=8.8V~2.4Vvo=vce=-3.2sintRRVb1b2bCCCCC++voviβ=404K動態(tài)分析（動畫）第56頁/共175頁截止失真截止失真：由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現為頂部失真。截止失真（動畫）第57頁/共175頁飽和失真飽和失真：由于放大電路的工作點達到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現為底部失真。注意：對于PNP管，由于是負電源供電，失真的表現形式，與NPN管正好相反。飽和失真（動畫）第58頁/共175頁TRRbC+_+_voviRL交流通路交流負載線TRRVvvb1b2bCCCCCio+++vo-viRLRL’=RC//RL第59頁/共175頁交流負載線交流負載線確定方法：通過輸出特性曲線上的Q點做一條直線，其斜率為-1/R'L

。R‘L=RL∥Rc

是交流負載電阻。c.交流負載線和直流負載線相交與

Q點。

b.交流負載線是有交流輸入信號時

Q點的運動軌跡。第60頁/共175頁最大不失真輸出放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：1.工作點Q要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；2.要有合適的交流負載線。Q位于交流負載線中間時，Vom≈ICQ×RL’交流動態(tài)范圍（動畫）第61頁/共175頁

要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom

和Iom

都要大。放大電路向電阻性負載提供的輸出功率：

在輸出特性曲線上，正好是三角形ABQ的面積，這一三角形稱為功率三角形。輸出功率和功率三角形第62頁/共175頁3.4放大電路的小信號模型分析法圖解法的適用范圍：信號頻率低、幅度較大的情況。

如果電路中輸入信號很小，可把三極管特性曲線在小范圍內用直線代替，從而把放大電路當作線性電路處理——微變等效電路。

1.三極管可以用一個模型來代替。

2.對于低頻模型可以不考慮結電容的影響。

3.小信號意味著三極管在線性條件下工作，微變也具有線性同樣的含義。第63頁/共175頁1.h參數等效電路如果I1和V2是獨立源：I1I2+—雙端口網絡+—V2V1第64頁/共175頁h參數等效電路I1I2V1V2雙端口網絡1222根據公式雙端口網絡可等效為下圖所示電路。第65頁/共175頁2.三極管共射h參數等效電路共射接法等效的雙端口網絡：輸入特性表達式：vBE=f1(iB,vCE)輸出特性表達式：iC=f2(iB,vCE)+_+_第66頁/共175頁三極管共射h參數等效電路求全微分：c+_+-第67頁/共175頁參數的物理含義ebcb’rerb’erbb’rb’crcVCEQ時iB

對vBE的影響，是三極管在Q點附近b與e之間的動態(tài)電阻，用rbe表示。rbe的組成：rbe=rbb’+rb’ere

很小，忽略rbb’

：基區(qū)體電阻rb‘e：發(fā)射結正偏電阻第68頁/共175頁參數的物理含義IBQ附近vCE

對vBE的影響：vCE>1V后，h12<10-2VCEQ附近iB

對iC的影響，即第69頁/共175頁參數的物理含義IBQ處vCE

對iC的影響，是IBQ這條曲線在Q點的導數通常用rce表示h22：一般

rce>105第70頁/共175頁三極管共射簡化h參數等效電路忽略h12和h22影響的簡化參數等效電路c第71頁/共175頁3.4.3基本共射電路分析計算放大電路分析步驟：畫直流通路，計算靜態(tài)工作點Q計算rbe畫交流通路畫微變等效電路計算電壓放大倍數Av計算輸入電阻Ri計算輸出電阻Ro第72頁/共175頁1.計算電壓放大倍數Avvovivovibce第73頁/共175頁2.計算輸入電阻RiRi第74頁/共175頁3.計算輸出電阻Ro方法一：Ro第75頁/共175頁計算輸出電阻Ro方法二：把輸入信號源短路（Vs=0）但保留信號源內阻，在輸出端加信號Vo，求此時的Io，則：如圖，如果Vs＝0，則Ib=0，所以Ib=0Ro第76頁/共175頁例3.4.3：求Av，Ri，Ro電路及參數如圖，rbb’=100，求Av，Ri，Ro=50vivo解：靜態(tài)工作點（40uA，2mA，6V)=100+5126/2=0.763K第77頁/共175頁例3.4.3=-7.62vivo第78頁/共175頁例3.4.3=330K//26.263K=24.3KRiRo第79頁/共175頁例3.4.4：電路及參數如圖，=40，

rbb’=100，

(1)計算靜態(tài)工作點

(2)求Av，Ri，Ro解：(1)畫直流通路求靜態(tài)工作點vivo射極偏置電路穩(wěn)定工作點（動畫）第80頁/共175頁例3.4.4：直流通路第81頁/共175頁例3.4.4：RbVBB第82頁/共175頁例3.4.4：VBBRb第83頁/共175頁例3.4.4：(2)畫微變等效電路，求Av，Ri，RoRiRo=RC=4KRo第84頁/共175頁§3.5靜態(tài)工作點的穩(wěn)定為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。但是，溫度的變化嚴重影響靜態(tài)工作點。對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO決定，這三個參數隨溫度而變化，溫度對靜態(tài)工作點的影響主要體現在這一方面。TUBEICEOQ第85頁/共175頁一、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC第86頁/共175頁二、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移。第87頁/共175頁小結：TIC

固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。Q點不穩(wěn)定可能會導致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導致失真。為此，需要改進偏置電路，當溫度升高、IC增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化。保持Q點基本穩(wěn)定。常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。電路見下頁。第88頁/共175頁分壓式偏置電路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、靜態(tài)分析I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路RE射極直流負反饋電阻CE

交流旁路電容第89頁/共175頁TUBEIBICUEIC本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了RE形成了負反饋過程I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1.靜態(tài)工作點穩(wěn)定的原理第90頁/共175頁I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路+EC方框中部分用戴維南定理等效為：RdESB進而，可求出IE

、UCE

。算法一：2.求靜態(tài)工作點第91頁/共175頁I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路算法二：第92頁/共175頁可以認為與溫度無關。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十k。I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路第93頁/共175頁例：已知=50，EC=12V，RB1=7.5k，RB2=2.5k，RC=2k，RE=1k，求該電路的靜態(tài)工作點。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo算法一的結果：算法二的結果：結論：二種算法的結果近似相等，但算法二的計算過程要簡單得多。第94頁/共175頁二、動態(tài)分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR'B微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路第95頁/共175頁CE的作用：交流通路中，CE將RE短路，RE對交流不起作用，放大倍數不受影響。問題1：如果去掉CE，放大倍數怎樣？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo第96頁/共175頁去掉CE后的交流通路和微變等效電路：rbeRCRLRER'BRB1RCRLuiuoRB2RE第97頁/共175頁用加壓求流法求輸出電阻。rbeRCRER'BRS可見，去掉CE后，放大倍數減小、輸出電阻不變，但輸入電阻增大了。第98頁/共175頁RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2問題2：如果電路如下圖所示，如何分析？第99頁/共175頁I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1RE2靜態(tài)分析：直流通路第100頁/共175頁RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2動態(tài)分析：交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1第101頁/共175頁交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微變等效電路：rbeRCRLRE1R'B第102頁/共175頁問題：Au和Aus的關系如何？定義：放大電路RLRS第103頁/共175頁§3.6共集電極電路和共基極電路共射電路Ri=Rb//rbeRo=Rcvovivovibce第104頁/共175頁一共集電極放大電路RB+ECC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道第105頁/共175頁一、靜態(tài)分析IBIE折算RB+ECRE直流通道第106頁/共175頁二、動態(tài)分析RB+ECC1C2RERLuiuoRBRERLuiuo交流通道第107頁/共175頁RBRERLuiuo交流通道rbeRERLRB微變等效電路第108頁/共175頁1.電壓放大倍數rbeRERLRB第109頁/共175頁1.所以但是，輸出電流Ie增加了。2.輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。結論：第110頁/共175頁2.輸入電阻輸入電阻較大，作為前一級的負載，對前一級的放大倍數影響較小且取得的信號大。rbeRERLRB第111頁/共175頁3.輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS電源置0第112頁/共175頁一般：所以：射極輸出器的輸出電阻很小，帶負載能力強。所謂帶負載能力強，是指當負載變化時，放大倍數基本不變。第113頁/共175頁RB+ECC1C2RERLuiuo例：已知射極輸出器的參數如下：RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V求Au、

ri和ro

。設：RS=1k，求：Aus、ri和ro

。3.RL=1k時，求Au。第114頁/共175頁RB+ECC1C2RERLuiuoRB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V第115頁/共175頁RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V1.求Au、

ri和ro

。rbeRERLRB微變等效電路rbe=2.9k，RS=0第116頁/共175頁rbeRERLRB微變等效電路2.設：RS=1k，求：Aus、ri和roRB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12Vrbe=2.9k，RS=0第117頁/共175頁RL=1k時3.RL=1k和時，求Au。比較：空載時,Au=0.995

RL=5.6k時,Au=0.990

RL=1k時,Au=0.967RL=時可見：射極輸出器帶負載能力強。第118頁/共175頁射極輸出器的使用1.將射極輸出器放在電路的首級，可以提高輸入電阻。2.將射極輸出器放在電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負載能力。3.將射極輸出器放在電路的兩級之間，可以起到電路的匹配作用。第119頁/共175頁二共基極放大電路共基組態(tài)放大電路如圖第120頁/共175頁交流、直流通路交流通路：第121頁/共175頁微變等效電路共基極組態(tài)基本放大電路的微變等效電路Ie第122頁/共175頁性能指標③輸出電阻

Ro≈RC①電壓放大倍數②輸入電阻第123頁/共175頁三種組態(tài)電路比較共射電路：電壓和電流放大倍數均大，輸入輸出電壓相位相反，輸出輸出電阻適中。常用于電壓放大。共集電路：電壓放大倍數是小于且接近于1的正數，具有電壓跟隨特點，輸入電阻大，輸出電阻小。常作為電路的輸入和輸出級。共基電路：放大倍數同共射電路，輸入電阻小，頻率特性好。常用作寬帶放大器。第124頁/共175頁§3.7基本放大電路的頻率響應頻率失真：幅度失真和相位失真(p20-21圖1.2.9)相位頻率特性:幅度頻率特性:

幅頻特性是描繪輸入信號幅度固定，輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律。即∣∣=∣∣=

相頻特性是描繪輸出信號與輸入信號之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律。即第125頁/共175頁3.7.1RC電路的頻率響應1.RC低通濾波電路其中，是角頻率 =RC(1)分析第126頁/共175頁RC低通濾波電路頻率響應幅頻特性相頻特性第127頁/共175頁RC低通濾波電路頻率響應當f<<fH時當f=fH時當f>>fH時第128頁/共175頁+5.7°0.1fHfH10fH0-20-40-45-900ff-20dB/十倍頻-30.1fHfH10fHRC低通濾波電路頻率響應(2)波特圖幅頻特性相頻特性-3dB-5.7°-5.7°幅頻特性的X軸采用指數坐標，Y軸采用對數坐標,fH稱為上限截止頻率。當

f>>fH

時，幅頻特性將以十倍頻20dB的斜率下降，或寫成-20dB/dec。在

f=fH處的誤差最大，有－3dB。當f=fH

時，相頻特性將滯后45°，并具有-45/dec的斜率。在0.1fH

和10fH

處與實際的相頻特性有最大的誤差，其值分別為+5.7°和－5.7°。

這種折線化畫出的頻率特性曲線稱為波特圖，是分析放大電路頻率響應的重要手段。第129頁/共175頁2.RC高通濾波電路(1)分析第130頁/共175頁RC高通濾波電路頻率響應當f=fL時當f>>fL時當f<<fL時第131頁/共175頁RC高通濾波電路頻率響應(2)波特圖φ幅頻特性相頻特性第132頁/共175頁3.7.2三極管的高頻等效模型ebcrerb’erbb’rb’crc三極管結構：b’Cb’eCb’cCb’c:2~10pF(Cμ)幾十到幾百pF(Cπ)第133頁/共175頁三極管的高頻等效模型

這一模型中用代替，這是因為β本身就與頻率有關，而gm與頻率無關。推導如下:第134頁/共175頁三極管的高頻等效模型忽略rce和rb‘c對電路的影響的簡化等效模型：第135頁/共175頁三極管的頻率參數fβ和fT第136頁/共175頁三極管的頻率參數fβ和fT共射極截止頻率與RC低通濾波電路的頻響表達式相同第137頁/共175頁三極管的頻率參數fβ和fTfT：頻率增大使|

|下降到0dB（|

|=1）時的 頻率，稱為特征頻率。00第138頁/共175頁三極管的頻率參數fβ和fT當β=1時對應的頻率稱為特征頻率fT，且有fT≈β0f

當20lgβ下降3dB時,頻率f稱為共發(fā)射極接法的截止頻率第139頁/共175頁高頻等效模型的單向化

在簡化混合π型模型中，因存在Cb’c

，對求解不便，可通過單向化處理加以變換。第140頁/共175頁密勒定理I+Vi-+Vo-KK+Vi-+Vo-II12第141頁/共175頁密勒定理I+Vi-+Vo-KK+Vi-+Vo-II12第142頁/共175頁高頻等效模型的單向化

可以用輸入側的C’和輸出側的C’’兩個電容去分別代替Cb’c

，但要求變換前后應保證相關電流不變，如圖所示。第143頁/共175頁高頻等效模型的單向化利用米勒定理，第144頁/共175頁高頻等效模型的單向化由于C’’<<C’,所以可忽略Cμ’’對電路的影響。圖中C'=Cb'e+C'。第145頁/共175頁3.7.3基本共射電路的頻率響應

對于圖示的共發(fā)射極接法的基本放大電路，分析其頻率響應，需畫出放大電路從低頻到高頻的全頻段小信號模型。

然后分低、中、高三個頻段加以研究。第146頁/共175頁1.中頻段中頻時:C1、C2、Ce容抗較小，可視為短路；Cπ’容抗較大，可視為開路。等效電路如圖。Rb’=Rb1//Rb2Ri=Rb‘//rbe

Ro=Rc第147頁/共175頁2.高頻段等效電路顯然這是一個RC低通環(huán)節(jié)

將全頻段小信號模型中的C1、C2和Ce短路，即可獲得高頻段小信號模型微變等效電路，如圖所示。第148頁/共175頁高頻段Rs’Vs’V’R’第149頁/共175頁高頻段V’R’第150頁/共175頁高頻段上限截止頻率第151頁/共175頁高頻段頻響波特圖

其頻率特性曲線與RC低通電路相似。只不過其幅頻特性在Y軸方向上上移了20lgAvsM(dB)。-180o-225o-270o

相頻特性則在Y軸方向上向下移180，以反映單級放大電路倒相的關系。第152頁/共175頁3.低頻段等效電路

低頻段的微變等效電路如圖所示，C1、C2和Ce被保留，C'被忽略。顯然，該電路有三個RC電路環(huán)節(jié)。當Re>