(第6讲)04_03第四章双极结型三极管及放大电路基础

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1、VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章Microelectronic CircuitsMicroelectronic Circuits第四章 双极结型三极管及放大电路基础第四章 双极结型三极管及放大电路基础Zhi-Nian Luo, , Associate Professor微电子电路微电子电路微电子电路微电子电路Bipolar Junction TransistorVerVer. 2013 . 2013 第四章第四章第六讲 放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路 二、图解法 三、等效电路法VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章一、放大电路的直流通路和交

2、流通路一、放大电路的直流通路和交流通路 p1161. 直流通路：直流通路： vs=0，保留，保留Rs；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。）。2. 交流通路：大容量电容相当于短路； 直流电源相当于短路（内阻为交流通路：大容量电容相当于短路； 直流电源相当于短路（内阻为0）。通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作 用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将 它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。）。通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作 用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将 它们分开作用，引入直流通路和交流通

3、路的概念。VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章(vo)vsvovsvocCQCCCEQBQCQbBEQBB BQRIVVIIRVVI=VBB越大，越大， VBEQ取不同的 值所引起的取不同的 值所引起的IBQ 的误差越小。的误差越小。基本共射放大电路的直流通路和交流通路基本共射放大电路的直流通路和交流通路列晶体管输入、输出回路方程，将列晶体管输入、输出回路方程，将VBEQ作为已知条件， 令作为已知条件， 令ICQIBQ，可估算出静态工作点。，可估算出静态工作点。VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章vsvocCQCCCEQBQCQbBEQCC BQRIVVIIRV

4、VI=当当VCCVBEQ时，时，bCC BQRVI已知：已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， ， 100。 Q？直流通路直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路vsvoVerVer. 2013 . 2013 第四章第四章讨论一讨论一画出图示电路的直流通路和交流通路。画出图示电路的直流通路和交流通路。将将uS短路，即为直流通路。短路，即为直流通路。VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章二、图解法二、图解法应实测特性曲线应实测特性曲线应实测特性曲线应实测特性曲线p119 p119 ( (简单介绍，自学简单介绍，自学

5、简单介绍，自学简单介绍，自学) )bBBBBERiVv=cCCCCERiVv=输入回路 负载线输入回路 负载线 Q IBQUBEQQIBQICQUCEQ负载线负载线1. 静态分析：图解二元方程1. 静态分析：图解二元方程VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章2. 电压放大倍数的分析2. 电压放大倍数的分析符号为“”。反相，与给定vuAvvvvAvviivsOsO OCECBs)(=bBsBBBERivVv+=svBBQBiII+=CEv斜率不变斜率不变vsCiVerVer. 2013 . 2013 第四章第四章3. 失真分析3. 失真分析p122重点p122重点 截止失真截止失真

6、消除方法：增大消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。，即向上平移输入回路负载线。t截止失真是在输入回路首先产生失真！截止失真是在输入回路首先产生失真！Q减小减小Rb能消除截止失真吗？能消除截止失真吗？VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章饱和失真饱和失真饱和失真产生于晶体管的输出回路！饱和失真产生于晶体管的输出回路！VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章消除饱和失真的方法消除饱和失真的方法 消除方法：增大消除方法：增大Rb（或减小（或减小VBB）以减小）以减小IBQ 减小减小Rc使负载线变陡，减小使负载线变陡，减小，增大，增大VCC使负载线右移使负载线右移

7、 Q QRb或或 或或 VBB Rc或或VCC这可不是 好办法！这可不是 好办法！VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章vsvo交流负载线应过交流负载线应过Q点，且 斜率决定于（点，且 斜率决定于（RcRL）直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线B LCQRIvsvoVerVer. 2013 . 2013 第四章第四章4、图解法的特点4、图解法的特点 形象直观；形象直观； 适应于适应于Q点分析、点分析、失真分析失真分析、最大不失真输出电压的分析；、最大不失真输出电压的分析； 能够用于大信号分析；能够用于大信号分析； 不易准确求解；不易准确求解； 不能求解输入电阻、输出电阻、

8、频带等参数。不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数。VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章三、等效电路法 半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。 利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。 利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。cCQCEQBQCQbBEQBB BQRIVVIIRVVICC=输入回路等 效为恒压源输入回路等 效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源输出回路等效为电流控制的电流源1. 直流模型：适于1. 直流模型：适于Q Q点的分析点的分析理想二极管理想二极管 利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直

9、流模型。利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。(vo)VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章BJT双口网络双口网络晶体管的晶体管的H参数参数等效模型（等效模型（交流等效模型交流等效模型），），混合参数模型混合参数模型、 低频小信号模型低频小信号模型 在交流通路中可将晶体管看成为 一个二端口网络，输入回路、输 出回路各为一个端口。在交流通路中可将晶体管看成为 一个二端口网络，输入回路、输 出回路各为一个端口。 =)()(CEBCCEBBE vifivifv，2. 小信号模型分析法2. 小信号模型分析法VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章在低频、小信号作用下

10、的关系式在低频、小信号作用下的关系式 +=+=CE CEC B BC CCE CEBE B BBE BEddddddBQCEQBQCEQvviiiiivvviivvIVIV交流等效模型（按式子画模型）交流等效模型（按式子画模型）电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceVerVer. 2013 . 2013 第四章第四章H参数的物理意义参数的物理意义beVrih= CEQ BBE ie vb-e间的 动态电阻分清主次，合理近似！什么情况下间的 动态电阻分清主次，合理近似！什么情况下hre和和hoe的作用可忽略不计？的作用可忽略

11、不计？= CEQ BC fe ViihBQ CEBE re Ihvv =ceIrih1BQ CEC oe =v内反馈 系数内反馈 系数电流放大系数电流放大系数c-e间的电导间的电导VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章简化的简化的H H参数等效电路交流等效模型参数等效电路交流等效模型EQT bbebbb bbe be)1 ( IVrrrIVr+=查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻 数值小可忽略发射区体电阻 数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得由由IEQ算出算出在输入特性曲线上，在输入特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小

12、！越小！动态参数动态参数VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章BJT的H参数及小信号模型BJT的H参数及小信号模型 H参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出；rbe与与Q点有关，可用图示仪测出。点有关，可用图示仪测出。rbe= rbb+ (1+ ) re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管rbb200则则)mA()mV(26)1 (200EQbeIr+)mA()mV(26 )mA()mV(EQEQeIIVrT=而而(T=300K)一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe（忽略（忽略 re）VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章vo3. 放大电路

13、的动态分析 p1303. 放大电路的动态分析 p130（1）利用直流通路求）利用直流通路求Q点点bBEBB BRVVI=一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V， 已知。已知。BCII= =cCCCCERIVV=VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章3. 放大电路的动态分析3. 放大电路的动态分析)()(bebbbebiirRirRiv+=+=ccoRiv=bebciorRR vvAv+=beb ii irRivR+=coRR =放大电路的 交流等效电路放大电路的 交流等效电路vovo（2）利用交流通路求动态特性）利用交流通路求动态特性负号表示 输出电压 与输

14、入电 压反相负号表示 输出电压 与输入电 压反相VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章viii ibibvovivo VBEQ VCEQ阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析be LbebLcio)( rR riRRi vvAc v=bebebirrRR=vvARRR vv vv vvA+=isiiosiso scoRR =输入电 阻中不 应含有输入电 阻中不 应含有 Rs!输出电 阻中不 应含有输出电 阻中不 应含有 RL!VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章讨论二讨论二1. 在什么参数、如何变化时在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q

15、4？ 2. 从输出电压上看，哪个从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪 个点下最易产生截止失真？哪 个Q点下最易产生饱和失真？点下最易产生饱和失真？VerVer. 2013 . 2013 第四章第四章放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k ， ， Rc=2k， VCC= +12V，求：，求： (1)放大电路的放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？ (2)当当Rb=100k时，放大电路的时，放大电路的Q点。此时点。此时 BJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？(忽略忽略BJT的饱和压降的饱和压降)解：解：（1）A40300k2V1bBECC BQ= = =RVVI（2）当）当Rb=100k时，时，3.2mAA4080BQCQ= = = II5.6V3.2mA2kV12CQcCCCEQ= = = = = =IRVV静态工作点为静态工作点为Q（40 A，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。其最小值也只能为工作在放大区。其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：A120100k2V1bCC BQ=RVImA6