双极性三极管及放大电路

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1、4.1 半导体三极管半导体三极管4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路4.2 共射极放大电路的工作原理共射极放大电路的工作原理4.6 组合放大电路组合放大电路4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.1 半导体三极管半导体三极管4.1.1 BJT的结构简介的结构简介4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理4.1.3 BJT的的VI特性曲线特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数4.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a) 小

2、功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管几种常见三极管实物图大功率三极管大功率三极管功率三极管功率三极管普通塑封三极管普通塑封三极管 半导体三极管的结半导体三极管的结构示意图如图所示。构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型型和和PNP型。型。4.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a) NPN型管结构示意图型管结构示意图(b) PNP型管结构示意图型管结构示意图(c) NPN管的电路符号管的电路符号(d) PNP管的电路符号管的电路符号集成电路中典型集成电路中典型NPNNPN型型BJTBJT的截面图的截面图4.1.1 BJT的结

3、构简介的结构简介BJT生产工艺要求bNNPeccbe为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部条件两方面的要求。条件两方面的要求。对其内部结构要求：发射区进行发射区进行高高掺杂，掺杂，因而其中的多数载流子因而其中的多数载流子浓度很浓度很高高。基区很基区很薄薄，且掺杂比，且掺杂比较较少少，则基区中多子的，则基区中多子的浓度很低。浓度很低。集电区面积很集电区面积很大大，且，且掺杂浓度掺杂浓度少于少于发射区，发射区，和发射区和发射区同型同型。半导体三极管的型号A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管管C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 表示材料：表示材料：X低频

4、小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管表示器件的种类：表示器件的种类：用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号表示同一型号中的不同规格表示同一型号中的不同规格三极管三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。子传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏4.1.2 放大状态下放大状态

5、下BJT的工作原理的工作原理1. 内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPNNPN为例）为例） 由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子( (自自由电子和空穴由电子和空穴) )参与导电，故称为双参与导电，故称为双极型三极管或极型三极管或BJTBJT ( (Bipolar Junction Transistor) )。 IC= InC+ ICBOIE=IB+ IC放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程2. 电流分配关系电流分配关系

6、根据传输过程可知根据传输过程可知 IC= InC+ ICBO通常通常 IC ICBO 为电流放大系数。它只为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般有关，与外加电压无关。一般 = 0.9 0.99 。IE=IB+ IC放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般一般 1 。根据根据IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO且令且令ICEO= (

7、1+ ) ICBO（穿透电流）（穿透电流）2. 电流分配关系电流分配关系3. 三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态共基极放大电路共基极放大电路4. 放大作用放大作用若若 vI = 20mV电压放大倍数电压放大倍数使使 iE = -1 mA，则则 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98

8、 V，当 = 0.98 时，时， 综上所述，三极管的放大作用，主要是依综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const(2) 当当vCE1V时

9、，时， vCB= vCE - - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。(1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般该区域内，一般vCE0.7V (硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集电结正偏或反发射结正偏，集电结正偏或反偏电压

10、很小偏电压很小。iC=f(vCE) iB=const2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域: :截止区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时， vBE小于死区小于死区电压电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲轴的区域，曲线基本平行等距。此时，线基本平行等距。此时，发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 (1) 共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const1. 电

11、流放大系数电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数与与iC的关系曲线的关系曲线 (2) 共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 = IC/ IB vCE=const1. 电流放大系数电流放大系数 (3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = IC/ IE vCB=const 当当ICBO和和ICEO很小时，很小时， 、 ，可以不，可以不加区分。加区分。4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 2. 极间反向电流极间反向电流 (1) 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱

12、和电流ICBO 发射极开发射极开路时，集电结的反向饱和电流。路时，集电结的反向饱和电流。 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 2. 极间反向电流极间反向电流(1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2) 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 3. 极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 3. 极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数(3) 反向击穿电压反向击穿电压 V(BR

13、)CBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR) EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO4.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响(1) 温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。 (2) 温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1， 值约增大值约增大0

14、.5%1%。 (3) 温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。 2. 温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响1. 温度对温度对BJT参数的影响参数的影响end4.2 共射极放大电路的工作原理共射极放大电路的工作原理4.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路基本共射极放大电路 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理1. 静态静态(直流工作状态直流工作状态) 输入信号输入信号vi0时，时，放大电路

15、的工作状态称放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。为静态或直流工作状态。 直流通路直流通路 VCEQ=VCCICQRc 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理2. 动态动态 输入正弦信号输入正弦信号vs后，电路后，电路将处在动态工作情况。此时，将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作态值的基础上随输入信号作相应的变化。相应的变化。 交流通路交流通路 4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.3.1 图解分析法图解分析法4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法1. 静态工作点的图解分析静态工作

16、点的图解分析2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3. 非线性失真的图解分析非线性失真的图解分析4. 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型2. 用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路3. 小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围4.3.1 图解分析法图解分析法1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。输出特性曲线。 共射极放大电路共射极放大电路4.3.1 图解分析法图

17、解分析法1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 列输入回路方程列输入回路方程 列输出回路方程（直流负载线）列输出回路方程（直流负载线）VCE=VCCiCRc 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与，与IBQ曲曲线的交点即为线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点，两线的交点即是即是Q点，得到点，得到IBQ。 根据根据vs的波形，在的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出的输入特性曲线图上画出vB

18、E 、 iB 的的波形波形2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 根据根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和和vCE 的波形的波形2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 共射极放大电路中的电压、共射极放大电路中的电压、电流波形电流波形3. 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响截止失真的波形截止失真的波形 饱和失真的波形饱和失真的波形3. 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响4. 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围幅度较大而工作频率不太高的情况幅

19、度较大而工作频率不太高的情况优点：优点： 直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。工作情况。缺点：缺点： 不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。4.3.2 小信号模型分析法

20、小信号模型分析法1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。处理。 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信

21、号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的引出参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 对于对于BJT双口网络，已知输入双口网络，已知输入输出特性曲线如下：输出特性曲线如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：可以写成：BJT双口网络双口网络输出端交流短路时的输入电阻；输出端

22、交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。输入端交流开路时的输出电导。其中：其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。参数）。vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的引出参数的引出1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得

23、小信号模型BJT的的H参数模型参数模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceBJT双口网络双口网络1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数小信号模型参数小信号模型 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H H参数与工作点有关，在放大区基本不变。参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。 受控电流源受控电流源h hfefei ib b ，反，反映了映了BJTBJT的基极电流对集电的基极电流对集电极电流

24、的控制作用。电流源极电流的控制作用。电流源的流向由的流向由ib的流向决定。的流向决定。 hrevce是一个受控电压是一个受控电压源。反映了源。反映了BJT输出回路电输出回路电压对输入回路的影响。压对输入回路的影响。1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 模型的简化模型的简化 hre和和hoe都很小，常忽都很小，常忽略它们的影响。略它们的影响。 BJT在共射连接时，其在共射连接时，其H参数的数量级一般为参数的数量级一般为1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 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

25、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 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 ）4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法2. 用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（1）利用直流通路求）利用直流通路求Q点点 共射极放大电路共射极放大电路一般硅管一般硅管VBE，锗管，锗管VBE， 已知已知。2. 用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（2）画小信号等效电路）画小信号等效电路H参数小信号等效电路参数小

26、信号等效电路2. 用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标根据根据则电压增益为则电压增益为（可作为公式）（可作为公式）电压增益电压增益H参数小信号等效电路参数小信号等效电路2. 用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻令令Ro = Rc 所以所以3. 小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围 放大电路的输入信号幅度较小，放大电路的输入信号幅度较小，BJTBJT工作在其工作在其V VT T特

27、性特性曲线的线性范围（即放大区）内。曲线的线性范围（即放大区）内。H H参数的值是在静态工作参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。值的大小及稳定性密切相关。优点优点： 分析放大电路的动态性能指标分析放大电路的动态性能指标(Av 、Ri和和Ro等等)非常方便，非常方便，且适用于频率较高时的分析。且适用于频率较高时的分析。4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法缺点缺点： 在在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及电量及BJT

28、的的H参数均是针对变化量参数均是针对变化量(交流量交流量)而言的，不能用而言的，不能用来分析计算静态工作点。来分析计算静态工作点。共射极放大电路共射极放大电路 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工工作在哪个区域？（忽略作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）的饱和压降）解：解：（1）（2）当）当Rb=100k 时，时，静态工作点为静态工作

29、点为Q（40 A，），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：，所以，所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），）， 例题例题例题例题end4.4 放大电路静态工作点放大电路静态工作点的稳定问题的稳定问题4.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响4.4.2 射极偏置电路射极偏置电路1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路2. 含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路3. 含有恒流源的射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路

30、4.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 节讨论过，温度上升时，节讨论过，温度上升时，BJT的反向电流的反向电流ICBO、ICEO及及电流放大系数电流放大系数 或或 都会增大，而发射结正向压降都会增大，而发射结正向压降VBE会减小。会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流流ICQ随温度升高而增加随温度升高而增加（ICQ= IBQ+ ICEO） ，从而使，从而使Q点随点随温度变化。温度变化。 要想使要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电

31、流能自动地适当减小基极电流IBQ 。4.4.2 射极偏置电路射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理 目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使IC维持恒定。维持恒定。 如果温度变化时，如果温度变化时，b点电点电位能基本不变位能基本不变，则可实现静，则可实现静态工作点的稳定。态工作点的稳定。T 稳定原理：稳定原理： IC IE VE 、VB不变不变 VBE IB IC （反馈控制）（反馈控制）1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路(a) 原理电路原理电路 (b) 直流通路直流通路b点电位基本不变的条件点电位基本不变的条件：I1 IBQ ，此时，此时，VBQ与温度无关与温度

32、无关VBQ VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强取值越大，反馈控制作用越强一般取一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析静态工作点静态工作点电压增益电压增益画小信号等效电路画小信号等效电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe增

33、益增益（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析（可作为公式用）（可作为公式用）输入电阻输入电阻则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零网络内独立源置零 负载开路负载开路 输出端口加测试电压输出端口加测试电压其中其中则则当当时，时，一般一般（）（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析2. 含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路（1 1）阻容耦合阻容耦合静态工作点静态工作点2. 含有双电源的射极偏

34、置电路含有双电源的射极偏置电路（2 2）直接耦合直接耦合3. 含有恒流源的射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路静态工作点由恒流源提供静态工作点由恒流源提供分析该电路的分析该电路的Q点及点及、 、 end4.5 共集电极放大电路和共集电极放大电路和共基极放大电路共基极放大电路4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路1.1.静态分析静态分析共集电极电路结构如图示共集电极电路结构如图示该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器由由得得直流通路直流通路 小信

35、号等效电路小信号等效电路4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析交流通路交流通路 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：其中其中一般一般，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，电压跟随器电压跟随器即即。4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析输入电阻输入电阻当当，时，时，输入电阻大输入电阻大输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程其中其中则则输出电阻输出电阻当当，时，时，输出电阻小输出电阻小4.5.1 共集电极放大电路共集电极

36、放大电路2.2.动态分析动态分析共集电极电路特点：共集电极电路特点： 电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强。4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路1.1.静态工作点静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同2.2.动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻2.2.动态指

37、标动态指标小信号等效电路小信号等效电路 4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较1.1.三种组态的判别三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据： 信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路共集电极放大电路 信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出共基极电路共基极电路 2.2.三种组态的比较三种组态的比较3.3.三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途共射极放大电路：共射极放大电路： 电压和电流增益都大于电压和电流增益

38、都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：共集电极放大电路： 只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。级。共基极放大电路：共基极放大电路： 只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，

39、输入电阻小，输只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。 4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较end4.6 组合放大电路组合放大电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路共射共基放大电路共射共基放大电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路

40、其中其中 所以所以 因为因为因此因此 组合放大电路总的电压增益等于组合放大电路总的电压增益等于组成它的各级单管放大电路电压增益组成它的各级单管放大电路电压增益的乘积。的乘积。 前一级的输出电压是后一级的输前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻是前一级入电压，后一级的输入电阻是前一级的负载电阻的负载电阻RL。电压增益电压增益4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路输入电阻输入电阻RiRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻输出电阻Ro Rc2 T T1 1、T T2 2构成复合管，可等效为一个构成复合管，可等效为一个NPNNPN管管(a) (a) 原理图原理图 (b)

41、(b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路1. 复合管的主要特性复合管的主要特性两只两只NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 两只两只PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路1. 复合管的主要特性复合管的主要特性PNP与与NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 NPN与与PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe14.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路end2. 共集共集 共集放大电路的共集放大电路的Av、 Ri 、Ro 式

42、中式中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1 )R L 4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。号频率变

43、化时的响应。4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应1. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则且令且令又又电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模）（幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角（相频响应）（相频响应）增益频率函数增益频率函数RC低通电路低通电路 最大误差最大误差 -3dB频率响应曲线描述频率响应曲线描述幅频响应幅频响应1. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应相频响应相频响应2. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应RC电路的

44、电压增益：电路的电压增益：幅频响应幅频响应相频响应相频响应输出超前输入输出超前输入RC高通电路高通电路 4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型模型的引出模型的引出 rbe-发射结电阻发射结电阻re归算到基极回路的电阻归算到基极回路的电阻 -发射结电容发射结电容-集电结电阻集电结电阻 -集电结电容集电结电容 rbb -基区的体电阻，基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点是假想的基区内的一个点互导互导BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 简化模型简化模型混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型1. BJT的高频小信号模

45、型的高频小信号模型2. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H参数参数模型等价模型等价所以所以又因为又因为从手册中查出从手册中查出所以所以2. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H H参数参数模型等价模型等价3. BJT的频率参数的频率参数由由H参数可知参数可知即即根据混合根据混合 模型得模型得低频时低频时所以所以当当时，时，令令 的幅频响应的幅频响应共发射极截止频率共发射极截止频率特征频率特征频率共基极截止频率共基极截止频率3. BJT的频率参数的

46、频率参数 的相频响应的相频响应f (1 0)f f fT 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路对节点对节点 c 列列KCL得得由于输出回路电流比较大，所由于输出回路电流比较大，所以可以以可以 忽略忽略 的分流，得的分流，得称为称为密勒电容密勒电容而输入回路电流比较小，所以而输入回路电流比较小，所以不能不能忽略忽略 的电流。的电流。目标：断开输入输出之间的连接目标：断开输入输出之间的连接4.7.

47、3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应同理，在同理，在c、e之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且，且等效后断开了输入输出之间的联系等效后断开了输入输出之间的联系1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路目标：简化和变换目标：简化和变换 输出回路的时间常数输出回路的时间常数远小于输入回路时间常数，远小于输入回路时间常数，考虑高频响应时可以忽略考虑高频响应时可以忽略CM2的影响。的影响。4.7.3 单级共射极放大电路的频率

48、响应单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路目标：简化和变换目标：简化和变换4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应高频响应高频响应和上限频率高频响应和上限频率由电路得由电路得电压增益频响电压增益频响其中其中中频增益或通中频增益或通带源电压增益带源电压增益上限频率上限频率1. 高频响应高频响应高频响应和上限频率高频响应和上限频率RC低通电路低通电路共射放大电路共射放大电路频率响应曲线变化趋势相同频率响应曲线变化趋势相同 180 arctg(f/fH) 相频响应相频响应幅频响应幅频响应增益增益-带宽积带宽积BJT

49、一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数1. 高频响应高频响应当当RbRs及及Rbrbe时，有时，有 例题例题 解：解：模型参数为模型参数为例例3.7.1 设共射放大电路在室温下运行，其参数为：设共射放大电路在室温下运行，其参数为：负载开路，负载开路，Rb足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。低频电压增益为低频电压增益为又因为又因为所以上限频率为所以上限频率为2. 低频响应低频响应低频等效电路低频等效电路2. 低频响应低频响应低频等效电路低频等效电路Rb=（Rb1/Rb2）远大于）远大于Ri ，CeCb2 Ri中

50、频区中频区(即通常内即通常内)源电压增益源电压增益当当则则下限频率取决于下限频率取决于2. 低频响应低频响应低频响应低频响应当当2. 低频响应低频响应低频响应低频响应 下限频率取决于下限频率取决于当当 时，时，相频响应相频响应 180 arctg( fL1 / f) 180arctg(fL1/f) 幅频响应幅频响应2. 低频响应低频响应低频响应低频响应包含包含fL2的幅频响应的幅频响应4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应1. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应高频等效电路高频等效电路高频响应高频响应特征频率特征频率1. 共基极放

51、大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应其中其中由于由于re很小很小由于由于Cb c很小，很小，fH2也很高。也很高。 4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应2. 共集电极放大电路的上限频率共集电极放大电路的上限频率1. 多级放大电路的增益多级放大电路的增益 前级的开路电压是下级的信号源电压前级的开路电压是下级的信号源电压 前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗 下级的输入阻抗是前级的负载下级的输入阻抗是前级的负载4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应2. 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电多级放大电路的通频带比路的通频带比它的任何一级它的任何一级都窄。都窄。（以两级为例）（以两级为例）则单级的上下限频率处的增益为则单级的上下限频率处的增益为当两级增益和频带均相同时，当两级增益和频带均相同时，两级的增益为两级的增益为即两级的带宽小于单级带宽。即两级的带宽小于单级带宽。4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应end