三极管(基本共射)分析

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1、电路中各元件的作用如下：电路中各元件的作用如下：C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iB+ uBE iC+uCE T 晶晶体体管管 T 晶晶体体管管是是放放大大元元件件，利利用用它它的的电电流流放放大大作作用用，在集电极电路获得放大了的电流在集电极电路获得放大了的电流 iC，该电流受输入信号的控制。，该电流受输入信号的控制。集电极电源电压集电极电源电压 UCC电电源源电电压压 UCC 除除为为输输出出信信号号提提供供能能量量外外，它它还还保保证证集集电电结结处处于于反反向向偏偏置置，以以使使晶晶体体管具有放大作用。管具有放大作用。 2-2 2-2 基本共射级放大电路基本共

2、射级放大电路 集集电极负载电阻电极负载电阻 RC 集电极负载电阻简称集电极电阻，它集电极负载电阻简称集电极电阻，它主要是将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。主要是将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。 偏置电阻偏置电阻 RB 它的作用是提供大小适当的基极电流，以使它的作用是提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。 耦耦合合电电容容 C1 和和 C2 它它们们一一方方面面起起到到隔隔直直作作用用，C1 用用来来隔隔断断放放大大电电路路与与信信号号源源之之间间的的直直流流通通路路，而而 C2

3、用用来来隔隔断断放放大大电电路路与与负负载载之之间间的的直直流流通通路路，使使三三者者之之间间无无直直流流联联系系互互不不影影响响。另另一一方方面面又又起起到到交交流流耦耦合合的的作作用用，其其电电容容值值应应足足够够大大，以以保保证证在在一一定定的的频频率率范范围围内内，耦耦合合电电容容上上的的交交流流压压降降小小到到可可以以忽忽略略不不计计，即对交流信号可视为短路。即对交流信号可视为短路。返回返回基本放大电路的组成基本放大电路的组成放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区，工作在放大区，要保证集电结反要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。uiuo输入输入输出输出RB+ECEBRC

4、C1C2T耦合电容耦合电容隔离输入输隔离输入输出与电路直出与电路直流的联系，流的联系，同时能使信同时能使信号顺利输入号顺利输入输出。输出。RB+ECEBRCC1C2T集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2TRC的值一般为几的值一般为几千欧到几十千欧。千欧到几十千欧。使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点。静态工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2TR

5、B的值一般为几的值一般为几十千欧到几百千十千欧到几百千欧。欧。放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。单管共单管共射射极放大电路的结构及各元件的作用极放大电路的结构及各元件的作用各元件作用：各元件作用：使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的静并提供适当的静IB和和UBE。基极电源与基基极电源与基极电阻极电阻集电极电源，为电路提供能量。并集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。保证集电结反偏。集电极电阻集电极电阻RC，将，将变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电压。变化的电压。耦合电容：耦合电容：电解电容，有

6、极性，电解电容，有极性，大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔直通交隔直通交隔离隔离输入输出与电路直流输入输出与电路直流的联系，同时能使信的联系，同时能使信号顺利输入输出。号顺利输入输出。+各元件作用：各元件作用：可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRBRB需要需要相应地相应地提高阻提高阻值。值。参考点参考点在晶体管电路中，在晶体管电路中，通常将输入电压、通常将输入电压、输出电压以及电输出电压以及电源的公共端称为源的公共端称为“地地”用用表示，表示，但并不见得真的但并不见得真的接到大地，

7、只是接到大地，只是以以“地地”端为零端为零电位，作为电路电位，作为电路中各点电位的参中各点电位的参考点。换句话说，考点。换句话说，电路中各点电位电路中各点电位的极性和数值，的极性和数值，如不特殊注明，如不特殊注明，都是指该点相对都是指该点相对于于“地地”的电位的电位差。差。 符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示交直流量。小写字母、大写下标，表示交直流量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua交直流量交直流量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 基本放大电路的习惯画法基本放大电

8、路的习惯画法 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法直流通路和交流通路直流通路和交流通路 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。

9、直流所走的通道是不同的。交流通路：交流通路：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通路：直流通路：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。 放大电路的静态工作点放大电路的静态工作点 放大电路没有输入信号时的工作状放大电路没有输入信号时的工作状态称为态称为直流工作状态或静止状态直流工作状态或静止状态，简称，简称静态。静态。 静态分析的目的就是确定放大电路静态分析的目的就是确定放大电路的静态（直流）值，的静态（直流）值，IB、IC和和UCE。 这些值可以在晶体管特性曲线上确这些值可以在晶体管特性曲

10、线上确定一个点，称为定一个点，称为静态工作点静态工作点(quiescent point)，用，用Q表示，分别记为表示，分别记为IBQ、ICQ和和UCEQ。开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC1. 1. 用直流通路法确定静态工作点用直流通路法确定静态工作点直流直流通道通道RB+ECRC计算公式如下：计算公式如下：画直流通路：画直流通路：Rb称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏置电流偏置电流。用估算法分析放大器的静态工作点用估算法分析放大器的静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE）IC= IB开路开路画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路将交流电压源短

11、路，将电容开路。将交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路 在本放大电路中，电源电压在本放大电路中，电源电压EC和和集电极电阻集电极电阻RC的大小确定后，静态的大小确定后，静态工作点的位置就仅取决于偏置电流工作点的位置就仅取决于偏置电流IBQ的大小。的大小。 而而IBQECRB，因此当，因此当RB一经一经选定，选定，IBQ也就固定不变，故该电路也就固定不变，故该电路又称为又称为固定偏置电路固定偏置电路。 对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路 放大电路的基本分析方法放大电路的基

12、本分析方法 放大电路没有输入信号时的工作状态称为放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态静态。静态分析。静态分析是要确定放大电路的静态值是要确定放大电路的静态值( (直流值直流值) ) IB ， IC ， UBE 和和 UCE。返回返回1. 用放大电路的直流通路确定静态值用放大电路的直流通路确定静态值 可可用用右右图图所所示示的的直直流流通通路路来来计计算静态值算静态值RCRB+UCCIB+ UBE IC+UCE T 硅管的硅管的 UBE 约为约为 0.6 V，比，比UCC 小得多，可以忽略不计。小得多，可以忽略不计。放大电路的静态分析放大电路的静态分析 例例 1 在在共发射极基本交流放大电路

13、中，已知共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V，RC = 4 k ，RB = 300 k ， ，试求，试求放大电路的静态值。放大电路的静态值。 解解 例：用估算法例：用估算法计算静算静态工作点。工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K ，Rb=300K ， =37.5。解：解：请注意注意电路中路中IB和和IC的数量的数量级 结论：结论：（1）放大电路中的信号是交直流）放大电路中的信号是交直流 共存，可表示成：共存，可表示成：虽然交流量可正负变化，但虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变瞬时量方向始终不变（2 2）输出）输出u uo o与输入与输入u ui i相比，幅度相

14、比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。被放大了，频率不变，但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot2. 用图解法确定静态值用图解法确定静态值根据根据可得出：可得出： 在在晶晶体体管管的的输输出出特特性性曲曲线线组组上上作作出出一一直直线线，它它称称为为直直流流负负载载线线，与与晶晶体体管管的的某某条条( (由由 IB 确确定定) )输输出出特特性性曲曲线线的的交交点点 Q 称称为为放放大大电电路路的的静静态态工工作作点点，由由它它确确定定放放大大电电路路的的电电压和电流的静态值。压和电流的静态值。 基基极极电电流流 IB 的的大大小小不不同同，静静态态工工作作点点在在负负载载线线

15、上上的的位位置置也也就就不不同同，改改变变 IB 的的大大小小，可可以以得得到到合合适适的的静静态态工工作作点点， IB 称称为为偏偏置置电电流流，简简称称偏偏流流。通通常常是是改改变变 RB 的的阻阻值值来来调调整整 IB 的大小。的大小。OIB = 0 A20 A40 A60 A80 A123UCCRCN24681012UCCMQ直流负载线直流负载线图解解过程程:IC / mAUCE /VQ1Q2 例例 2 在在共共发发射射极极基基本本交交流流放放大大电电路路中中，已已知知 UCC = 12V，RC = 4 k ， RB = 300 k ，晶晶体体管管的的输输出出特特性性曲曲线线如如上图。

16、上图。( (1) )作出直流负载线，作出直流负载线，( (2) )求求静态值。静态值。 解解 ( (1) ) 由由 IC = 0 时，时， UCE = UCC = 12 V，和，和 UCE = 0 时，时，可作出直流负载线可作出直流负载线( (2) ) 由由得出静态工作点得出静态工作点 Q，静态值为静态值为OIB = 0 A20 A40 A60 A80 A1231.524681012MQ静态工作点静态工作点求得静求得静态值为 : IB = 40 A ，IC = 1.5 mA , UCE = 6VIC / mAUCE /V对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)交流通路交流通路分析动态工作情

17、况分析动态工作情况交流通路的画法：交流通路的画法：将直流电压源短路，将电容短路。将直流电压源短路，将电容短路。短路短路短路短路置零置零 放大电路的动态态分析放大电路的动态态分析放大电路的交流模型分析法放大电路的交流模型分析法思路：将非线性的思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路等效成一个线性电路条件：交流小信号条件：交流小信号交流通路交流通路放大电路的动态态分析放大电路的动态态分析 放放大大电电路路有有输输入入信信号号时时的的工工作作状状态态称称为为动动态态，动动态态分分析析是是在在静静态态值值确确定定后后，分分析析信信号号的的传传输输情情况况，确确定定放放大大电电路路的的电压放大倍数电压放

18、大倍数 Au ，输入电阻，输入电阻 ri 和输入电阻和输入电阻 ro 晶晶体体管管在在小小信信号号( (微微变变量量) )情情况况下下工工作作时时，可可以以在在静静态态工工作作点点附附近近的的小小范范围围内内用用直直线线段段近近似似地地代代替替三三极极管管的的特特性性曲曲线线，三三极极管管就就可可以以等等效效为为一一个个线线性性元元件件。这这样样就就可可以以将将非非线线性性元元件件晶晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。1. 微变等效电路法微变等效电路法( (1) ) 晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路OIB UBE UCEIB Q IB UB

19、E 在在晶晶体体管管的的输输入入特特性性曲曲线线上上，将将工工作作点点 Q 附附近近的的工工作作段段近近似似地地看看成成直直线线，当当 UCE 为常数时，为常数时， UBE 与与 IB 之比之比称称为为晶晶体体管管的的输输入入电电阻阻，在在小小信信号号的的条条件件下下，rbe是是一一常常数数，由由它它确确定定 ube和和 ib 之之间间的的关关系系。因因此此，晶晶体体管管的的输输入电路可用入电路可用 rbe 等效代替。等效代替。放大电路的动态态分析放大电路的动态态分析低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算Rbe 是对交流而言的一个动态电阻。是对交流而言的一

20、个动态电阻。QIC UCE IB ICICUCE 晶晶体体管管输输出出特特性性曲曲线线的的线线性性工工作作区区是是一一组组近近似似等等距距离离的的平行直线，当平行直线，当 UCE 为常数时，为常数时， IC 与与 IB 之比之比即即为为晶晶体体管管的的电电流流放放大大系系数数，在在小小信信号号的的条条件件下下， 是是一一常常数数，由由它它确确定定 ic受受 ib 的的控控制制关关系系。因因此此，晶晶体体管管的的输输出出电电路路可可用用一一受受控控电电流流源源 ic = = ib 等等效效代替。代替。rbe的计算：的计算：由由PN结的电流公式：结的电流公式：其中：其中：rbb=300所以：所以：

21、QIC UCE IBICICUCEUCE 晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当 IB 为常数为常数时，时， UCE 与与 IC 之比之比 称称为为晶晶体体管管的的输输出出电电阻阻，在在小小信信号号的的条条件件下下，rce 也也是是一一常常数数，在在等等效效电电路路中中与与 ib 并并联联，由由于于rce 的的阻阻值值很很高高，可可以以将将其其看看成开路。成开路。由以上分析可得出晶体管的微变等效电路由以上分析可得出晶体管的微变等效电路ubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路rb

22、e ibib rcerbe ibibbce等等效效cbeEBCrceicrbe ib ib+uce +ube CBE+ube +uce icibT( (2) ) 放大电路放大电路的微变等效电路的微变等效电路 先先画画出出下下图图所所示示放放大大电电路路的的交交流流通通路路，对对交交流流分分量量而而言言，电电容容可可视视作作短短路路；一一般般直直流流电电源源的的内内阻阻很很小小，可可忽忽略略不不计计，对对交交流流讲讲直直流流电电源源也也可可以以认认为为是是短短路路的的。将将交交流流通通路路中中的的三三极极管管用用其其微微变变等等效效电电路路来来代代替替，即即得得到到放放大大电电路路的的微微变变等

23、等效效电路。电路。 C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iBiCT基本放大电路基本放大电路+ube TRCiiibicRLRSRBEBC+ui +es +uo +uce 交流通路交流通路基本放大基本放大电路的电路的微变等效电路微变等效电路rbe EBCRCRLRBRSiiib+ui +es +uo ui = ubeuo = uceic ib当当输输入入的的是是正正弦弦信信号号时时，各各电电压压和和电电流流都都可可用用相相量表示。量表示。( (3) ) 电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算rbe EBCRCRLRBRS+ + + 由上图可列出由上图可列出故放大故放大电路的电

24、路的电压放大倍数电压放大倍数当放大当放大电路电路输出端开路输出端开路( (未接未接 RL ) )时时比接比接 RL 时高，可见时高，可见 RL 越小，电压放大倍数越低。越小，电压放大倍数越低。式中式中 例例 3 在在共发射极基本交流放大电路中，已知共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12 V，RC = 4 k ， RB = 300 k ， ，试求电压放大，试求电压放大倍数倍数 Au。 解解 在例在例 1 中已求出中已求出( (4) ) 放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算如如果果放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻较较小小：第第一一，将将从从信信号号源源取取用用较较大大的的电

25、电流流，从从而而增增加加信信号号源源的的负负担担；第第二二，经经过过内内阻阻 Rs 和和 ri 的的分分压压，使使实实际际加加到到放放大大电电路路的的输输入入电电压压 Ui 减减小小，从从而而减减小小输输出出电电压压；第第三三，后后级级放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻，就就是是前前级级放放大大电电路路的的负负载载电电阻阻，从从而而将将会会降降低低前前级级放放大大电电路路电电压压放放大大倍倍数数。因此，因此，通常希望放大电路的输入电阻能高一些通常希望放大电路的输入电阻能高一些。 放放大大电电路路对对信信号号源源( (或或对对前前级级放放大大电电路路) )来来说说，是是一一个个负负载载，可可用

26、用一一个个电电阻阻来来等等效效代代替替。这这个个电电阻阻是是信信号号源源的的负负载载电电阻，也就是放大电路的输入电阻阻，也就是放大电路的输入电阻 ri ，即，即它是对交流信号而言的一个动态电阻。它是对交流信号而言的一个动态电阻。以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的。阻，是不高的。注意：注意： ri 与与 rbe 意义不同不能混淆。意义不同不能混淆。( (5) ) 放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算 如如果果放放大大电电路路

27、的的输输出出电电阻阻较较大大( (相相当当于于信信号号源源的的内内阻阻较较大大) )，当当负负载载变变化化时时，输输出出电电压压的的变变化化较较大大，也也就就是是放放大大电电路路带带负负载载的的能能力力较较差差。因因此此，通通常常希希望望放放大大电电路路输输出出级级的的输输出电阻低一些。出电阻低一些。 放放大大电电路路对对负负载载( (或或对对后后级级放放大大电电路路) )来来说说，是是一一个个信信号号源源，其其内内阻阻即即为为放放大大电电路路的的输输出出电电阻阻 ro ，它它也也是是一一个个动动态态电电阻。阻。输出电阻的计算输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，对于负载而言，放大

28、电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法：(1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。源的电路不适用）。(2) 所有独立电源置零，保留受控源，加压求所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。流法。所以：所以：用加压求流法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻：rbeRBRC00 放放大大电电路路的的输输出出电电阻阻可可在在信信号号源源短短路路( ( ) )，和和输输出出端端开开路路的的条条件件下下求求得得。从从基基

29、本本放放大大电电路路的的微微变变等等效效电电路路看看，当当 ，电流源相当于开路，故，电流源相当于开路，故2. .图解法图解法RC一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。 首首先先在在输输入入特特性性上上作作图图，由由输输入入信信号号 ui 确确定定基基极极电电流流的的变变化量化量 ib ，再在输出特性上作图，得到交流分量，再在输出特性上作图，得到交流分量 ic 和和 uce 即即( (uo) )。由图解分析可得出由图解分析可得出:( (1) )交流信号的传输情况：交流信号的传输情况：OuBE/VQ1QQ2604020OO60402

30、00.580.60.62UBEttiB / A在输入特性上作图在输入特性上作图(ui )uBE/ViB / AIB(ib)OIB = 40 A2060803Q1. 5612N0MtOOQ22.250.752.251.50.75IC39369交流负载线交流负载线Q1接负载后，接负载后，Uom减小减小, Au下降。下降。 tQ1Q2空载输出电压空载输出电压iC / mAuCE/VuCE/ViC / mA(ic)UCEuo = uce( (2) )电压和电流都含有直流分量和交流分量，即电压和电流都含有直流分量和交流分量，即( (3) )输入信号电压输入信号电压 ui 和输出电压和输出电压 uo 相位

31、相反。相位相反。 此此外外，还还要要求求放放大大电电路路输输出出信信号号尽尽可可能能不不失失真真，所所谓谓失失真真,是是指指输输出出信信号号的的波波形形不不像像输输入入信信号号的的波波形形。引引起起失失真真最最常常见见的的原原因因是是由由于于静静态态工工作作点点不不合合适适或或者者信信号号太太大大，使使放放大大电电路路的的工工作作范范围围超超出出了了晶晶体体管管特特性性曲曲线线上上的的线线性性范范围围。这种通常称为非线性失真。这种通常称为非线性失真。OQ15ibOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / A( (a) ) 工作点工作点偏低引起偏低引起 ib 失真失真 工作点偏低引起截止失

32、真工作点偏低引起截止失真(ui )OIB = 5 A20608031. 5612tOOQ 2.250.752.251.50.7539400( (b) )工作点偏低引起工作点偏低引起 ic、uce ( (uo) )失真失真0.250.25正半周正半周变平变平t截止截止失真失真uo 波形波形iC / mAuCE/VuCE/ViC / mA(iC)uo = uceO20 A40 A80 A123IB = 0QtOO 静态工作点偏高引起饱和失真静态工作点偏高引起饱和失真iC正正半周被削平半周被削平 IB = 60 A uo波形波形tuce负负半周被削平半周被削平饱和失真饱和失真iC / mAuCE/V

33、uCE/ViC / mAuo = uceib(不失真）不失真）返回返回 对于前面的电路（固定偏置电路）而言，对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由静态工作点由UBE、 和和ICEO决定，这三个参决定，这三个参数随温度而变化。数随温度而变化。Q变变UBE ICEO变变T变变IC变变1. 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 2-3 2-3 射极偏置放大电路射极偏置放大电路1）、温度）、温度对UBE的影响的影响iBuBE25 C50CTUBEIBIC2）、温度对）、温度对 值及值及ICEO的影响的影响T 、 ICEOICiCuCEQQ温度上升时，

34、温度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移，造线上移，造成成Q点上移。点上移。总之：总之：TICI1I2IB2. 静态工作点稳定的放大器静态工作点稳定的放大器选选I2=（510）IB I1 I2ICIE（1） 结构及工作原理结构及工作原理静静态工作点工作点稳定定过程：程：TUBEICICIEUE UBE=UB-UE =UB - IE ReUB稳定稳定IB由输入特性曲线由输入特性曲线I1I2IBICIE（2）直流通道及静态工作点估算）直流通道及静态工作点估算:IB=IC/ UCE = VCC - ICRC - IEReIC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re 电容开路电容开路,画出直

35、流通道画出直流通道 将电容短路将电容短路,直流电源短路，画出电路的交直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路流小信号等效电路（3）动态分析：）动态分析：电压放大倍数：电压放大倍数：RL= RC / RL输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：思考：思考：若在若在Re两端并电容两端并电容Ce会对会对Au、Ri、Ro有有 什么影响？什么影响？ 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 放放大大电电路路不不仅仅要要有有合合适适的的静静态态工工作作点点，而而且且要要保保持持静静态态工工作作点点的的稳稳定定。由由于于某某种种原原因因，例例如如温温度度的的变变化化，将将使使集集电电极极电电流流的的静静态态值值

36、IC 发发生生变变化化，从从而而影影响响静静态态工工作作点点的的稳稳定定。上一节所讨论的基本放大电路偏置电流上一节所讨论的基本放大电路偏置电流 当当 RB 一一经经选选定定后后，IB 也也就就固固定定不不变变，这这种种称称为为固固定定偏偏置置放放大大电电路路，它它不不能能稳稳定定静静态态工工作作点点。为为此此，常常采采用用分分压压式式偏偏置置放放大大电路。电路。+UCCRCC1C2TRLRE+CE+RB1RB2RS+ui +es +uo iBiC+uCE + uBE 分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路+UCCRCTRERB1RB2IBIC+UCE + UBE I1I2IE直流通路直流通路由直

37、流通路可列出由直流通路可列出若使若使则则基极电位基极电位可认为可认为VB 与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为RB1和和RB2 的分压电路所固定。的分压电路所固定。若使若使则则 因因此此，只只要要满满足足 和和 两两个个条条件件，VB 和和 IE 或或 IC 就就与与晶晶体体管管的的参参数数几几乎乎无无关关，不不受受温温度度变变化化的的影影响响，使使静静态态工工作作点点能能得得以以基基本本稳稳定定。对对硅硅管管而而言言，在在估估算算时时一一般般可可取取 I2 =( (5 10) ) IB 和和 VB = ( (5 10) )UBE 。 这这种种电电路

38、路稳稳定定工工作作点点的的实实质质是是：当当温温度度升升高高引引起起 IC 增增大大时时，发发射射极极电电阻阻 RE 上上的的压压降降增增大大，使使 UBE 减减小小，从从而而使使 IB 减减小小，以限制以限制 IC 的增大，工作点得以稳定。的增大，工作点得以稳定。 电电容容 CE 的的作作用用是是使使交交流流旁旁路路，防防止止 RE 上上产产生生交交流流压压降降降降低电压放大倍数，低电压放大倍数， CE 称为交流旁路电容。称为交流旁路电容。 例例 1 在在分分压压式式偏偏置置放放大大电电路路中中，已已知知 UCC = 12 V，RC = 2 k ， RE = 2 k ，RB1 = 20 k

39、， RB2 = 10 k ， RL = 6 k ，晶晶体体管管的的 。( (1) )试试求求静静态态值值；( (2) )画画出出微微变变等等效效电电路；路；( (3) )计算该电路的计算该电路的 Au， ri 和和 ro 。 解解 ( (1) )( (2) )rbe EBCRCRLRB2RS+ + + RB1( (3) )返回返回射极输出器是从发射极输出。在接法上是一个共集电极电路。射极输出器是从发射极输出。在接法上是一个共集电极电路。静态分析静态分析RERB+UCCIB+ UBE +UCE TICIE直流通路直流通路C1RS+ui RERB+UCCC2RL+es +uo +iB+ uBE i

40、E+uCE T射极输出器射极输出器用直流通路确定静态值：用直流通路确定静态值：2-4 2-4 共集电极、基极放大电路共集电极、基极放大电路动态分析动态分析由射极输出器的微变等效电路可得出由射极输出器的微变等效电路可得出1. 电压放大倍数电压放大倍数式中式中rbe EBRERLRBRS+ + + C电压放大倍数电压放大倍数rbeRERLRB1.所以所以但是，输出电流但是，输出电流Ie增加了。增加了。2. 输入输出同相，输出电压跟随输入电压，输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称故称电压跟随器电压跟随器。结论：结论：输入电阻输入电阻rbeRERLRB输入电阻较大，作为前一级的负载，对前输入电阻较

41、大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。一级的放大倍数影响较小。输出电阻输出电阻用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS电源置电源置0一般：一般：所以：所以：射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。2. 输入电阻输入电阻射极输出器的输入电阻很高。射极输出器的输入电阻很高。3. 输出电阻输出电阻rbe EBRERBRS+ 计算计算ro的等效电路的等效电路C 可可用用右右图图计计算算输输出出电电阻阻，将将信信号号源源短短路路，保保留留其其内内阻阻RS ，RS 与与 RB并并联联后后的的等等效效电电阻阻

42、为为 。在在输输出出端端将将 RL 取取去去，外外加加一一交交流流电电压压 ，产生电流产生电流 。因因 rbe Ri2，则：，则： 表明：表明：CC-CB 组合放大电路的电压放大倍数只是单组合放大电路的电压放大倍数只是单管管CE放大器的一半；但由于放大器的一半；但由于CC和和CB组态的高频性组态的高频性能都优于能都优于CE状态。所以，它们的组合放大电路的高状态。所以，它们的组合放大电路的高频特性会比频特性会比CE放大器好。放大器好。3. 共射共射-共集（共集（CECC）组合放大电路）组合放大电路输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻其中其中电压放大倍数电压放大倍数其中其中4. 共集共集-共射（共射（

43、CC-CE）组合放大电路）组合放大电路CC组态组态大的大的Ri1提高源电压增益提高源电压增益CC组态小的组态小的Ro1减小减小CE组态的时间常数组态的时间常数扩展了通频带扩展了通频带例例3.6 为提高放大电路信号电压的利用率和带负载的能为提高放大电路信号电压的利用率和带负载的能 力，多级放大电路的第一级和最末级常采用共集力，多级放大电路的第一级和最末级常采用共集 电路。图电路。图3.41是是CC-CE-CC三级直接耦合放大器。三级直接耦合放大器。 已知已知BJT的的 求：该放大器的求：该放大器的Ri、Ro和和Av。分析分析电路采用了正、负电源电路采用了正、负电源是是为了保证输入和输出为了保证输

44、入和输出端的直流电位为零；端的直流电位为零；稳压管和二极管的接入，分别垫高了稳压管和二极管的接入，分别垫高了T2、T3管的射极电位，有利于各级放大电路电平配置，同时管的射极电位，有利于各级放大电路电平配置，同时在交流分析时，因它们的动态电阻很小，又可视为短路。在交流分析时，因它们的动态电阻很小，又可视为短路。(1)(1)输入电阻输入电阻(2)(2)输出出电阻阻(3)(3)电压放大倍数电压放大倍数 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 三极管高频小信号模型三极管高频小信号模型 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应 2-62-6 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 放大电路的频率响应放大

45、电路的频率响应 频率响应分析的必要性频率响应分析的必要性 频率响应分析任务频率响应分析任务 实际的信号大多是含有许多频率成分的复杂信号实际的信号大多是含有许多频率成分的复杂信号(其频率范围称为其频率范围称为信号带宽信号带宽)。 由于放大器件三极管本身具有由于放大器件三极管本身具有极间电容，以及放大电路中存在极间电容，以及放大电路中存在电抗元件，所以放大电路的电压电抗元件，所以放大电路的电压增益是信号频率的函数。增益是信号频率的函数。 图 共射放大共射放大电路的路的频率响率响应放大器的通频带（带宽）放大器的通频带（带宽）BW = fH fL求频率响应表达式求频率响应表达式: :确定上限频率确定上

46、限频率 f H或下限频率或下限频率f L画出对数频率响应曲线（波特图）画出对数频率响应曲线（波特图） 在低频区和高频区，由于电抗在低频区和高频区，由于电抗元件的影响使源电压增益下降，元件的影响使源电压增益下降，同时产生附加相移。同时产生附加相移。 三极管高频小信号模型三极管高频小信号模型 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 根据三极管的特性方程导出了根据三极管的特性方程导出了H参数小信号模型，但参数小信号模型，但没有考虑三极管极间电容的影响。没有考虑三极管极间电容的影响。 混合混合 型小信号模型是从三极管内部各型小信号模型是从三极管内部各PN结的电容和结的电容和电阻的物理模型出发推导出的模拟

47、电路，其参数在很宽电阻的物理模型出发推导出的模拟电路，其参数在很宽的频率范围与频率无关，所以，它适用于在较宽频率范的频率范围与频率无关，所以，它适用于在较宽频率范围内分析放大电路低、中、高各频率区的放大性能。围内分析放大电路低、中、高各频率区的放大性能。 1. 模型的引出 三极管高频小信号模型三极管高频小信号模型b 点是基区内的一个等效点，是为了分析方便引出来的点是基区内的一个等效点，是为了分析方便引出来的 图 混合参数混合参数 型等效型等效电路路(b)等效电路等效电路(a) 结构示意图结构示意图发射结电阻发射结电阻rb e 和发射结电容和发射结电容Cb e集电结电阻集电结电阻rb c 和集电

48、结电容和集电结电容Cb crbb 为基区体电阻为基区体电阻(发射区和集电区的体电阻都很小，忽略发射区和集电区的体电阻都很小，忽略 ) 137 1. 模型的引出模型的引出 三极管高频小信号模型三极管高频小信号模型(b)等效电路等效电路图 混合参数混合参数 型等效型等效电路路图 简化混合化混合 型等效型等效电路路 模型的简化模型的简化高频时高频时: rb c(1Cb c) 可近似可近似开路开路 一般有一般有rceRL，因此，因此rce也可忽略也可忽略 受控受控电流源流源 在高频区，由于电容在高频区，由于电容Cb e和和Cb c的的影响，影响， 不仅包含流过不仅包含流过rb e和和rb c的电的电流

49、，还包括流过结电容流，还包括流过结电容Cb e和和Cb c的的电流，此时受控电流不再与电流，此时受控电流不再与 成正成正比，而是与基、射极之间的结电压比，而是与基、射极之间的结电压 成正比，故用跨成正比，故用跨导gm来表示它们的控来表示它们的控制关系。制关系。rce仍然表示三极管的仍然表示三极管的输出出电阻。阻。 138 2. 模型中参数的获得 三极管高频小信号模型三极管高频小信号模型 发射结电阻发射结电阻rb e 和跨导和跨导gm 发射结电容发射结电容Cb e 集电结电容集电结电容Cb c可从器件手册中查到可从器件手册中查到( fT 特征频率，查手册特征频率，查手册) 基区体电阻基区体电阻r

50、bb 可从器件手册中查到可从器件手册中查到 在低频时，两个极间电容的容抗很大，可以忽略在低频时，两个极间电容的容抗很大，可以忽略(开路开路)，如图，如图a所示。所示。此时剩下的部分应该和此时剩下的部分应该和H参数小信号模型参数小信号模型(图图b)等效。等效。 图图 两个等效模型的比较两个等效模型的比较139 3. 三极管的频率参数 三极管高频小信号模型三极管高频小信号模型图3.6.3简化混合化混合 型等效型等效电路路 图 计算算 的等效的等效电路路 的的频率响率响应根据根据 的定义的定义 考虑到考虑到Cb c约在约在2-10pF范围内，在讨论的频范围内，在讨论的频率范围一般有率范围一般有gm

51、Cb c， 集电极短路电流为：集电极短路电流为：将电路将电路c、e端短路，则得右下图。端短路，则得右下图。140 3. 三极管的频率参数三极管的频率参数 三极管高频小信号模型三极管高频小信号模型 共射极截止频率共射极截止频率f 图图 的波特图的波特图的的频率响率响应具有低通特性具有低通特性 的的频率响率响应 特征频率特征频率fT共射极截止频率共射极截止频率 f 就是就是 频响的上限频率频响的上限频率当当 的幅值下降到的幅值下降到0dB时对应的频率时对应的频率此时此时 141单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应 放大电路的频率响应放大电路的频率响应图图 单级共射放大电路及其等效电路单级共

52、射放大电路及其等效电路一般将输入信号的频率范围分为一般将输入信号的频率范围分为中频中频、低频低频和和高频高频三个频段。根据各频段三个频段。根据各频段的特点对图所示等效电路进行简化，从而得到各频段的放大倍数。的特点对图所示等效电路进行简化，从而得到各频段的放大倍数。 晶体管用简化的混合晶体管用简化的混合 型模型型模型 分析方法仍为分析方法仍为“微变等效电路微变等效电路”法法 保留所有的电容保留所有的电容耦合电容耦合电容Cb1、Cb2一般为一般为几十几十 F 三极管极间电容三极管极间电容Cb e和和Cb c一般只有几一般只有几pF几十几十pF， 采用分频段的方法采用分频段的方法 142 1. 中频

53、源电压增益 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应 极间电容极间电容Cb e和和Cb c均很小，有均很小，有1/ Cb c 1/ Cb e rb e，可视为交流开路。，可视为交流开路。 耦合电容比较大，有耦合电容比较大，有1/ Cb2 RL、1/ Cb1 (rbb + rb e)，可忽略，可忽略143 2. 高频区的频率响应和上限频率fH 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应图单级共射放大电路及其等效电路图单级共射放大电路及其等效电路 极间电容极间电容Cb e和和Cb c的容抗的容抗 ，不，不能视为交流开路，其影响必须予以能视为交流开路，其影响必须予以考虑考虑 。信号频率信号频率

54、f 电容的容抗电容的容抗 耦合电容耦合电容 ，仍可视为交流短路；仍可视为交流短路；图单级共射共射电路的高路的高频等效等效电路路图的分析仍很复杂，化简如下：图的分析仍很复杂，化简如下： Cb c用密勒定理进行等效变换用密勒定理进行等效变换 输入回路：戴维南等效输入回路：戴维南等效 输出回路：诺顿输出回路：诺顿戴维南戴维南 144 2. 高频区的频率响应和上限频率高频区的频率响应和上限频率fH 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应 Cb c用密勒定理进行等效变换用密勒定理进行等效变换图单级共射共射电路的高路的高频等效等效电路路图图 (a)密勒等效密勒等效密勒定理密勒定理为确定系数为确定系数

55、 ，可对图，可对图3.6.9集电极列集电极列KCL 一般有一般有 ，上式中最后一，上式中最后一项表示通过项表示通过Cb c的电流，与前两项相比的电流，与前两项相比可以忽略，则得：可以忽略，则得： 密勒电容密勒电容 2. 高频区的频率响应和上限频率高频区的频率响应和上限频率fH 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应 Cb c用密勒定理进行等效变换用密勒定理进行等效变换图图 (a)密勒等效密勒等效 输入回路：戴维南等效输入回路：戴维南等效 输出回路：诺顿输出回路：诺顿戴维南戴维南 (b)输入回路的等效变换输入回路的等效变换(c)输出回路的等效变换输出回路的等效变换图图 高频等效电路的简化高

56、频等效电路的简化密勒电容密勒电容 146 2. 高频区的频率响应和上限频率高频区的频率响应和上限频率fH 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应(b)输入回路的等效变换输入回路的等效变换(c)输出回路的等效变换输出回路的等效变换图图 高频等效电路的简化高频等效电路的简化可求得高频源电压增益可求得高频源电压增益 放大器的上限频率分别为放大器的上限频率分别为 由于密勒电容的影响，由于密勒电容的影响，fH1(RS+rbe)，满足，满足fL1 5 fL2 。则。则 fL fL1输入回路输入回路输出回路输出回路Rb (rbb + rb e)，可忽略，可忽略(开路开路)诺顿诺顿 戴维南戴维南 3.

57、低频区的频率响应和下限频率低频区的频率响应和下限频率fL 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应图图 单级共射电路的低频等效电路单级共射电路的低频等效电路(b)输出回路的等效变换输出回路的等效变换 4. 完整的波特图 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应综上所述综上所述中频段中频段高频段高频段低频段低频段图 共射放大共射放大电路的路的频率响率响应151 5. 频率响应的改善和增益带宽积 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应 频率响应的改善频率响应的改善 增益带宽积增益带宽积BW = fH fL Cb1 Cb c ，Cb e 选选 fT 大大,Cb c小的三极管小的三极管(

58、1+gmRL) 或采用或采用直接耦合直接耦合 合理的解决办法是设立合理的解决办法是设立一个综合指标来衡量：一个综合指标来衡量： 当三极管选定后，放大器的增益当三极管选定后，放大器的增益-带宽积基本上是个常数。因此，要改善放大带宽积基本上是个常数。因此，要改善放大电路的高频特性，可采用电路的高频特性，可采用rbb 、Cb c、Cb e都比较小的或特征频率都比较小的或特征频率fT大的三极管。大的三极管。 例图图3.6.12 例例3.6.1的放大电路图的放大电路图 单级共射放大共射放大电路如路如图所示。已知三极管的所示。已知三极管的 = 0 =50，rbb = 100 ，Cb c = 4pF，特征特征频率率fT = 400MHz。试估算中估算中频源源电压增益、上限增益、上限频率率fH和下限和下限频率率fL，并画出，并画出 的波的波特特图。 （1）求解）求解Q点和混合点和混合 型参数型参数 （2）计算中频源电压增益）计算中频源电压增益 解解:（3）估算下限频率）估算下限频率fL 显然有然有fL1 5 fL2 =0.5Hz。应取取 （4）估算上限频率）估算上限频率 （5）画出）画出的波特的波特图 图图 例题的波特图例题的波特图