第3章半导体三极管及其放大电路课件.ppt

1、第3章 晶体三极管及其放大电路2022-9-28基本要求基本要求 1）熟悉晶体三极管结构、工作原理及特性曲线；2）掌握基本放大电路的静态和动态分析，即静态工作点和交流性能参数（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）的计算；多级放大电路的分析和计算；3）了解放大电路的频率特性等。2022-9-283.1 晶体三极管晶体三极管 3.1.1 晶体三极管的分类及结构晶体三极管的分类及结构 晶体三极管通常简称为三极管，也称为晶体管和半导体三极管。采用光刻、扩散等工艺在同一块半导体硅(锗)片上掺杂形成三个区、两个PN结，并引出三个电极。由两个N区夹一个P区结构的三极管称为NPN型晶体管；由两个P区夹一个N区结

2、构的三极管称为PNP型晶体管。图3-1 常用三极管的外形及管脚排列2022-9-28图图3-2 三极管的结构示意图及其符号三极管的结构示意图及其符号 NNP集电区发射区基区c集电极b基极e 发射极（a）NPN管结构示意图NPNebc（b）NPN管芯结构剖面示意图PNP集电区发射区基区c集电极b基极e 发射极集电结发射结（c）PNP管结构示意图cbecbeNPN 管PNP管（d）2022-9-28 三极管都有三个区：基区、集电区和发射区；两个PN结：集电区和基区之间的PN称为集电结，基区和发射区之间的PN结称为发射结；三个电极：基极b、集电极c和发射极e。结构特点是发射区掺杂浓度高，集电区掺杂浓

3、度比发射区低，且集电区面积比发射区大，基区掺杂浓度很低且很薄，符号中的箭头方向是表示发射极电流的实际流向。2022-9-283.1.2三极管的工作原理三极管的工作原理 1.三极管放大交流信号的外部条件 要使三极管正常放大交流，要求：发射结外加正向电压（正偏），集电结外加反向电压（反偏），对于NPN管，；对于PNP管，。为此，利用两个电源、来实现正确偏置，如图3-3所示。0BEU0BCU0BEU0BCUcbe图3-3 三极管内部载流子运动示意图CNICBOIBNIEBIENINPNbRBBUcRCCUCIBIEI2022-9-282.晶体管内部载流子运动过程晶体管内部载流子运动过程 发射区的电子

4、向基区运动 如图3-3所示。由于发射结外加正向电压，多子的扩散运动增强，所以发射区的多子自由电子不断越过发射结扩散到基区，形成了发射区电流 （电流的方向与电子运动方向相反）。同时电源向发射区补充电子，形成电流 。而此时基区的多子空穴也会向发射区扩散，形成空穴电流 。但由于基区掺杂浓度低，空穴浓度小，很小，可忽略不计，故基本上等于发射极电流。发射区注入到基区的电子在基区的扩散与复合 当发射区的电子到达基区后，由于浓度的差异，并且由于基区很薄，电子很快运动到集电结。在扩散过程中有一部分电子与基区的空穴相遇而复合，同时，电源 不断向基区补充空穴，形成基区复合电流 。由于基区掺杂浓度低且薄，故复合的电

5、子很少，亦即很小。EIEPIEPIBBUBNIBNIENI2022-9-28 集电区收集发射区扩散过来的电子 由于集电结加反向电压，有利于少子的漂移运动，所以基区中扩散到集电结边缘的电子少子，在电场力作用下，几乎全部漂移过集电结，到达集电区，形成集电极电流 。同时，集电区少子空穴和基区本身的少子电子，也要向对方做漂移运动，形成反向饱和电流 。的数值很小，一般可忽略。但由于 是由少子形成的电流，称为集电结反向饱和电流反向饱和电流，方向与 一致，该电流与外加电压关系不大，但受温度影响很大，易使管子工作不稳定，所以在制造管子时应设法减少 。CNICBOICBOICBOI2022-9-283.三极管的

6、电流分配关系三极管的电流分配关系CBCBOCCBOBE)()(IIIIIII(3-4)CBOBNBIII(3-3)CBOCNCIII(3-2)CNBNENEIIII(3-1)2022-9-28三极管的组态三极管的组态 三极管有三个电极，可视为一个二端口网络，其中两个电极构成输入端口、两个电极构成输出端口，输入、输出端口公用某一个电极。根据公共电极的不同，三极管组成的放大电路有3种连接方式，通常称为放大电路的三种组态，即共基极、共发射极和共集电极电路组态，如图3-4所示。图3-4 晶体三极管的三种组态(a)共基极接法 (b)共发射极接法 (c)共集电极接法2022-9-283.1.3 三极管的放

7、大作用三极管的放大作用 在实际应用中利用三极管放大电路放大微弱信号，其原理电路如图3-5a所示，实际电路中常取，于是有图3-5b所示习惯画法的共射极放大电路图。iu1CbR+-BEubici+-CEu+2C+ou-BBUCCU+-CR+-T+-susR(a)原理电路图2k300 k+ou+-bRcR2C1Ciu+-+-susRT(b)放大器的习惯画法CCUBEu+-+-CEu300 k2k2022-9-28放大的原理放大的原理2022-9-28放大的实质放大的实质 放大电路实质上是放大器件的控制作用，三极管就是一个电流控制电流器件，由微弱的基极电流，控制较大的集电极电流，放大作用是针对变化量而

8、言的，放大的能量是由直流电源供给。2022-9-283.1.4 三极管的特性曲线及主要参数三极管的特性曲线及主要参数 3.1.4.1 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 晶体三极管的特性曲线是指其各电极间电压和电流之间的关系曲线，包括输入特性曲线和输出特性曲线，它们是三极管内部特性的外部表现，是分析放大电路的重要依据。BiBEu1.输入特性曲线 对于图3-6所示测试电路，输入特性曲线是指在集射极电压为一定值时，输入基极电流与输入基射极电压之间的关系曲线CEu常数CE)(BEBuufi(3-21)2022-9-280A/BiBEvV 0CEuV 1CEu(a)输入特性0.40.8mA/CiV/CE

9、uA20Bi4060800(b)输出特性0Bi放大区CMI(BR)CEOUAB8VC安全工作区BECEuu饱饱和和区区截止区截止区过过功功耗耗区区放大区放大区2022-9-28输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域2022-9-283.1.4.2 三极管的主要参数三极管的主要参数 1电流放大倍数 1）直流电流放大系数 2）交流电流放大系数2极间反向电流 1）集电极基极之间的反向饱和电流 2）集电极发射极之间的穿透电流 3集电极最大允许电流4集电极发射极之间反向击穿电压5集电极最大允许功率损耗 BCIIBCiiCBOICEOICMICEO(BR)UCMP2022-9-283.2 三极管放大

10、电路的基本分析方法三极管放大电路的基本分析方法 三极管构成的放大电路也有三种组态：共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路，如图3-11所示。bR1C2CcRCCULRsRiuouT(a)共发射极放大电路subR1C2CeRCCULRsRsuiuouT(b)共集电极放大电路b1R1C2CcRCCULRsRsuiuoub2RTeR(c)共基极放大电路基极输入集电基极输入集电极输出极输出基极输入发射基极输入发射电极输出电极输出发射极输入集发射极输入集电极输出电极输出2022-9-283.2.2 共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成 2022-9-28iu1CbRk30012V+-

11、BEuBiCi+-CEu.6k312V+2C+ou-图3-12 共射极基本放大电路BBUCCU+-CRT(a)共射极放大电路LR.1k5tOiuOtBIBi电路与波形电路与波形tCiOCItOCEUCEutOou(b)共射极放大电路工作波形2022-9-282各元器件的作用各元器件的作用 2022-9-282022-9-283.基本放大电路中电压和电流的表示方法 0BEuBEU=0beuttbemU图3-13 发射结电压波形BEubeuBEU0t2022-9-283.2.3 共发射极放大电路的分析共发射极放大电路的分析 三极管放大电路的分析包括静态(直流)分析和动态(交流)分析，其分析方法有图

12、解法和微变等效分析法。图解法主要用于大信号放大器分析，微变等效分析法用于低频小信号放大器的动态分析。2022-9-283.2.3.1 图解法图解法 1.直流通路和交流通路直流通路和交流通路 当 时，放大电路处于静态，直流电路流经的通路称为放大电路的直流通路直流通路。通过直流通路为放大电路提供直流直流偏置偏置，建立合适的静态工作点静态工作点。画直流通路时应令交流信号源为零(交流电压源短路，交流电流源开路)，保留其内阻；相关电容器开路，电感短路。当 时，放大电路处于动态工作状态，交流电流流经的通路称为放大器的交流通路交流通路。画交流通路时，令直流电源为零(直流电压源短路，直流电流源开路)，保留其内

13、阻；令电抗很小的大容量电容和小电感短路；令电抗很大的小容量电容和大电感开路；保留电抗不可忽略的电容或电感。0iu0iu2022-9-282静态分析静态分析 在 时，放大电路只有直流电源作用，放大电路的这种状态称为静态静态，对直流通路的分析称为静态分析静态分析。用作图的方法求得Q点的值。其步骤如下：1）给定晶体三极管的输入特性和输出特性，由放大电路的直流通路求得IB和UBE的方程，并在输入特性上作出这条直线。根据图3-14b由KVL得 0iuBEbBCCURIUbCCbBEBRURUI则 0A/BiQBIBEUV/BEuB1RBCCRVA2022-9-28 2）由直流通路得到直流负载线IC f（

14、UCE），并在晶体管的输出特性上作出这条直线。根据图3-14b由KVL得 CCCCCERIUU(3-25)CCCCCECRURUI2022-9-28mA/CiA20Bi4060800Q图3-15 图解法分析静态工作点CEUV/CEuCIC1RCCUNM1Q2Q0(b)0A/BiQBIBEUV/BEuB1RBCCRVA(a)2022-9-282022-9-282动态分析动态分析 在的情况下对放大电路进行分析，称为放大电路的动态分析动态分析。1）交流通路及交流负载线 只考虑交流信号通过放大电路时的等效电路称为放大电路交流通路交流通路。画放大器的交流通路时，令直流电源为零，令耦合电容 C1和 C2、

15、交流旁路电容和滤波电容(如果有)交流短路。图 3-14a 所示的放大电路的交流通路如图 3-16 所示。从图中可以看出，输入的交流信号iu和三极管的发射结电压的交流分量beu相等，三极管的集射级电压的交流分量ceu和输出电压ou相等，即beiuu,ceouu，该放大电路输出回路的瞬时电流为 2022-9-28/LceCcCCRuIiIi输出回路的瞬时电压为 ceCECEuUuLCECECLceCCRUuIRuIi式中 LcLRRR/mA/CiA20Bi4060800QCEUCI/L1RV/CEuc1RCCU0D图3-17 放大电路的交流、直流负载线交流负载线直流负载线M2022-9-28mA/

16、CiA20Bi4060800Q图3-18 图解法分析共射极放大器的工作波形0CEUomUV/CEutCI/L1RmA/CiCItciV/CEu01Q2Qc1RCCU0(b)输出信号及波形00QBIBEUBEutbemUB1RBCCRVA/BiBItbiA/BiBEu01Q2Q(a)输入信号及波形2022-9-282022-9-28tIisincmctUtURiuusinsin omcem/Lcoce2022-9-28晶体三极管各极间的电压和电流均为直流和交流的分量 tUUuUuUuisinimBEBEbeBEBEtIIiIiBBsinbmBbtIIiIisincmCcCCtUUuUuUusin

17、omCEoCEceCECE电压放大倍数的计算：电压放大倍数的计算：放大电路的电压放大倍数等于输出电压相量与输入电压相量的比值。aioiouUUUUAimomiouUUUUA2022-9-284)非线性失真非线性失真 mA/Ci0Bi0C1I/L1RV/CEuc1RCCU1Q2Q0t(1)(1)V/CEut0mA/CiC2I饱和失真2022-9-284)非线性失真非线性失真mA/Ci0Bi0C1I/L1RV/CEuc1RCCU2Q0tV/CEut0mA/CiC2I截止失真2022-9-28双向失真双向失真mA/CiA20Bi4060800Q0CEUomUtCI/L1RV/CEu1Q2Qc1RCC

18、U0输入信号足够大时可能出现双向失真 当静态工作点合适但输入信号幅度过大时，在输入信号的正半周三极管会进入饱和区；而在负半周，三极管进入截止区，于是在输入信号的一个周期内，输出波形正负半周都被切削，输出电压波形近似梯形波，这种情况为双向失真。为了消除双向失真，应减小输入信号的幅度。2022-9-282022-9-283.2.3.2 微变等效电路法微变等效电路法 三极管是一个非线性器件，由三极管组成的放大电路属于非线性电路，不能简单地直接采用线性电路的分析方法进行分析。由图3-18可见，当输入交流信号时，工作点在 之间移动，若该信号为低频小信号，则 将在三极管特性曲线的线性范围内移动，因此可将三

19、极管视为一个线性二端口网络，并采用线性网络的H参数表示三极管输入、输出电流和电压的关系，从而把包含三极管的非线性电路变成线性电路，然后采用线性电路的分析方法分析三极管放大电路。这种方法称为H参数等效电路分析法，又称为微变等效电路分析法。21QQ21 QQ2022-9-28微变等效电路法的分析步骤 1）认识电路。包括电路中各元器件的作用、放大器的组态和直流偏置电路等，这是电子线路读图的基础；2）正确画出放大器的交流、直流通路图；3）在直流通路的基础上，求静态工作点；4)在交流通路图的基础上，画出小信号等效（如H参数）电路图；5）根据定义计算电路的动态性能参数，其中关键关键在于在于用电路中的已知量

20、表示待求量用电路中的已知量表示待求量。2022-9-281估算法计算静态值估算法计算静态值 时，放大电路只有直流电源作用，电容相当于开路，放大电路的这种状态称为静态，对应的电路称为直流通路直流通路，对直流通路的分析称为静态分析静态分析。0iuBICICEU(b)直流通路-+BEUUcc+ou(a)基本放大电路+-LRbRcR2C1Ciu+-+-susR300k3.6kT+12V图3-20 共射极基本放大电路+bRcRTUcc(a)(b)5.1k由图3-20b的直流通路可得 BEbBCCURIUbBECCBRUUIBCIICCCCCERIUU2022-9-282动态分析动态分析 beuceubc

21、ebici(a)三极管视为二端口网络beuceuiehcereuhbfeihoe1hbicibce(b)三极管的H参数等效模型beuceuiehbfeihoe1hbicibce(c)三极管的简化H参数等效模型2022-9-28H参数及其物理意义参数及其物理意义),(),(CEB2CCEB1BEuifiuifu(3-30)对上述方程取全微分得 由三极管输入输出参数得由三极管输入输出参数得 CECECBBCCCECEBEBBBEBEdddddduuiiiiiuuuiiuu(3-31)在输入信号为低频小信号的情况下，可以用交流分量代替相应的电流和电压增量，则式(3-31)可改写为 ceoebfecc

22、erebiebuhihiuhihue(3-32)2022-9-28CEBBEieUiuh为晶体管输出端交流短路时晶体管的输入电阻，单位为欧姆（为晶体管输出端交流短路时晶体管的输入电阻，单位为欧姆（）BCEBEreIuuh为晶体管输入端交流开路时反向电压传输比为晶体管输入端交流开路时反向电压传输比，无量纲，无量纲 表示晶体管输出的集射极电压 uce对输入发射结电压 ube的控制作用；CEBCfeUiih为晶体管输出端交流短路时电流放大系数，无量纲为晶体管输出端交流短路时电流放大系数，无量纲 BCECoeIuih为晶体管输入端交流开路时的输出导纳，其单位为西门子（为晶体管输入端交流开路时的输出导纳

23、，其单位为西门子（S）2022-9-28式（3-32）方程组也可写成矩阵形式 cebceboefereiecbe uiHuihhhhiu(3-33)s1010101010152343cerbeoefereierrhhhhH(3-34)(mA)(mV)62)1()1(EbbETbbbe/IrIUrr(3-35)62)1(200EbeIr(3-36)2022-9-282.放大电路的微变等效电路 在画放大电路的微变等效电路时，首先令图3-20a所示放大电路中的耦合电容、交流旁路电容交流短路，令其直流电压源交流接地，得到如图3-22a所示放大器的交流通路，然后将三极管用图3-21c所示的H参数等效电路

24、来代替三极管符号，即可得到如图3-22b所示放大电路的微变等效电路。由于被放大的交流输入信号ui为正弦量，若已选择了合适的静态工作点，则三极管工作在线性区域，各电极交流电压和电流均为同频率的正弦信号，且用相量表示。2022-9-28+-iususR+-beubiciceuLRou(a)交流通路becbRcRiI+cIbIceberbI-+-LR+-oU(b)微变等效电路+-sRsUbRcRbiRoRceriI1IiUbeUceU2022-9-283放大电路动态性能参数的计算放大电路动态性能参数的计算（1）电压放大倍数（电压增益）uA 放大电路的电压放大倍数uA为输出电压oU和输入电压iU的比值

25、，即 iouUUA(3-37)LbLcco/RIRRIULc/RRRL输入电压为 bebirIU电压放大倍数为 beLbebLbiourRrIRIUUA(3-38)2022-9-28（2）输入电阻Ri和输出电阻Ro 在图3-22b所示的电路中，放大电路相对于信号源而言相当于负载，可用电阻Ri代替，即放大电路的输入电阻。放大电路相对于负载而言相当于信号源，可用戴维南(或若顿)定理等效为电压源和内阻串联(或电流源和内阻并联)的形式，其内阻即为放大电路的输出电阻。由图3-22b可知 beibib1irURUIII放大器的输入电阻为 bebebb1iiii/rrRIIUIUR2022-9-28放大器输

26、出电阻放大器输出电阻 ccce0o/LsRRrIURRU(3-40)对于一个放大电路来说，输入电阻越大越好，输出电阻小低越好。2022-9-283.3 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定 3.3.1 温度对放大电路静态工作点温度对放大电路静态工作点的影响的影响 固定偏置放大电路的优点是电路组件少，电路简单，易于调整。对于图3-14a所示的共发射极放大电路，电路的优点是电路组件少，电路简单，易于调整。但由于 ，当电源电压 和偏置电阻 确定后，基极电流 就为某一常数。当环境温度变化、电源电压波动或组件参数变化时，静态工作点将不稳定，尤其是温度变化引起Q点漂移。bBECCBRUUICC

27、UbRBImA/CiA20Bi4060800V/CEu01Q图3-23 温度对静态工作点的影响2QCCUCEOIcCCRUC1IC2ICE1UCE2U/1Q/2Q/1Q/2Q2022-9-282022-9-283.3.2 分压偏置式共发射极放大电路分压偏置式共发射极放大电路 1.各元件的作用b1R1C2CcRCCULRoub2RTeRsRiusueC图3-24 基极分压射极偏置电路(a)原理电路b1RcRb2RTeRCCU1I2IBICIBEuCEu(b)直流通路EIBU2022-9-28稳定稳定静态工作点静态工作点的原理的原理TCBOICQIEEQRI)(EEQBQBEQRIUU BQICQ

28、IT+_+_b1Rb2RI1I2BQIBEQUBQUCCU CEQUEQICQICReR2022-9-28b2b1CC21RRUII基极电位为 CCb2b1b2b22BURRRRIU（3-41）工程应用中各电极电流和电压的选择如下 CCEB21B21)3151()()2010()()105(UUIIIIII锗管硅管（3-42）2.静态工作点的估算静态工作点的估算2022-9-28由直流通路可知，eEBBECRUUII(3-43)上式中 UB和 Re为固定值，当 UBUBE 时，则有eBECRUII不随温度而变，可以近似认为集电极电路 IC与温度无关，放大电路的静态工作点得以稳定。若使 IC固定

29、不变，要满足 UBUBE。但 UB太高，会使发射极电位 UE也随之增大，这样使得 UCE下降，从而减少输出电压得线性动态范围，一般对于硅管取 UB=(35)UBE，锗管取 UB=(13)UBE。由式(3-41)(3-43)可知，若)/()1(b2b1eRRR，图 3-24 所示放大电路的静态工作点稳定的效果较好，通常需要满足)/(10b2b1eRRR。2022-9-28根据三极管电流分配原理，可得基极电流为 CBII(3-44)集射极电压为)(ecCCCCERRIUU(3-45)由式(3-42)、(3-43)、(3-44)及(3-45)可估算放大电路的静态工作点。2022-9-283动态参数的

30、计算 1）电压放大倍数 LcLcco)/(RIRRIUbebirIUbeLbebLbiourRrIRIUUA(3-46)2022-9-282）输入电阻、输出电阻 由KCL得 beib2ib1ib21irURURUIIII于是 beb2b1b21iiii/rRRIIIUIURccceR0o/LsRRrIURU(3-48)2022-9-28旁路电容Ce的影响+-iususR+-beubiciceuLRou(a)交流通路b2RcRb1ReR+cIbeUbIceberbI-+iULR+-oU(b)微变等效电路+-sRsUbRcRbiRoReReI 如果将图3-24a的电容去掉，其直流通路没有变化，其交

31、流通路和微变等效电路如图3-26所示。电路的电压放大倍数为 ebeLebbebLbiou)1()1(RR RI IRIUUArr.(3-49)2022-9-28由图3-26b 可得无旁路电容时分压偏置放大电路得输入电阻为)1(/ebe2b1biiiRrRRIUR(3-50)ccceR0o/LsRRrIURU2022-9-28应用示例应用示例解：1)选择电路方案。由于本例需要设计一个简易光控开关，因此选用例3-11图所示共发射极放大电路。其中图a为驱动一只LED(或其他小灯泡)；图b为驱动一个继电器(开关)，由继电器的触点的接通与否去控制其他负载，图中二极管D的作用是当三极管T从饱和到截止状态时

32、，吸收继电器线圈的反峰压，从而保护三极管不被击穿。2022-9-282022-9-28V 5.11210106b1bcdsPPCCBRRRRRUU2022-9-28RcdsRV 6PRbR(a)TLEDBU0k10k1b1R5k1cdsRPRDKabcbR(b)TRBUV 60k1b1R0k15k1例3-11图 简易光控开关电路2022-9-28继电器1R2R3R1D2D1T2TVccLR光电耦合开关电路BJT应用电路例12022-9-28BJT应用电路例2K1K2100k+6V1k51051k100k1 UF继电器T1T2T3T4D开关触摸电子开关电路3.3k2022-9-28BJT应用电路

33、例3继电器1R2R3R2D1T2TUccLR4R2C1C1DMIC声控开关电路2022-9-283.4 共集电极放大电路及共基极放大电路共集电极放大电路及共基极放大电路 bR1C2CeRCCULRsRsuiuouT(a)原理图eRTCCUbR(b)直流通路bReRLRsRsuiuouT(c)交流通路3.4.1 共集电极放大电路共集电极放大电路 共集电极放大电路如图3-27所示，由于输出取自集电极，故也称射级输出器。由其交流通路来看，从基极输入发射极输出，输入输出公用集电极，故称为共集电极放大电路。图3-27 共集电极放大电路2022-9-281静态分析 由图3-27b可得 eEBEbBCCRI

34、URIU由于 BE)1(IIebBECCB)1(RRUUI(3-51)BCII(3-52)eECCCERIUU(3-53)由上述三式确定放大电路的静态工作点。2022-9-282动态分析 图3-28 共集电极放大电流等效电路bReRLRsRberiRoRbIbIiUsUoU(a)微变等效电路bRIbeciIbReRsRberiRoRIU0sUiUbIbI(b)求输出电阻的等效电路bRIiI（1）电压放大倍数）电压放大倍数 LbLeeo)1(/RIRRIU（RLRe/RL）2022-9-28输入电压为 LbbebLeebebobebi)1(/RIrIRRIrIUrIU电压放大倍数为 LbeLLb

35、bebLbiou)1()1()1()1(RrRRIrIRIUUA(3-54)（2）输入电阻）输入电阻 iiiIURiLbebLbeibibRi)1(11)1(bURrRRrURUIII)1(/)1(111LbeLbebiiiRrRRrRIURb(3-55)2022-9-28（3）输出电阻 eRcbIIII其中其中 eReRUIbebsb/rRRUIUrRRRrRRURUIIIIIIR)/1)(1(1)/)(1()1()(bebsebebsebcbRee共集电极放大电路的输出电阻为 bReRsRberiRoRIU0sUiUbIbI(b)求输出电阻的等效电路bRIiI2022-9-28通常sbRR

36、，所以)1(/beseorRRR(3-56)1(/)/1)(1(11bebsebebseorRRRrRRRIUR2022-9-28提高输入电阻和降低输出电阻方法 图3-29 几种复合三极管2022-9-283.4.2 共基极放大电路共基极放大电路 ccU1bR2bRb1CTcReR2bCBUBEULR图3-30 共基极放大电路1I2IBIsUsReCoUiU(a)原理电路图 共基极放大电路如图3-30a所示，其输入信号由发射极输入，输出电压取自集电极。由图3-31a所示交流流通路可见，输入回路和输出回路共享基极，故称为共基极放大电路共基极放大电路。1静态分析静态分析 1bR2bRTcReRBU

37、BEU1I2IBIccU(b)直流通路图2022-9-282动态分析动态分析 共基极放大电路的微变等效电路如图3-31b所示。eRsUiUsRcRoULR(a)交流通路T图3-31 共基极等效电路图bersUiUsRcRoULReReIbIcIiI(b)微变等效电路iRoRbI（1）电压放大倍数）电压放大倍数 becbebcbbebcciourRrIRIrIRIUUA(3-57)2022-9-28（2）输入电阻）输入电阻 1/1111)(1(beebeebeieiibbeiiiirRrRrURUUIIIUIUR(3-58)共基极放大电路的输入电阻很小（3）输出电阻）输出电阻 coRR (3-5

38、9)总之共基极放大电路的电压放大倍数较高，输入电阻低，输出电阻高，主要用与高频电路和恒流源电路。2022-9-283.5 多级放大电路多级放大电路 输入级中间级输出级信号源负载图3-32 多级放大器的组成框图1多级放大电路的组成多级放大电路的组成 2022-9-283.5.1 多级放大电路的级间耦合多级放大电路的级间耦合 2多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 在多级放大电路中，将把级与级之间的连接方式称为耦合方式。而级与级之间耦合时，必须满足：（1）耦合后，各级电路仍具有合适的静态工作点；（2）保证信号在级与级之间能够顺利地传输；（3）耦合后，多级放大电路的性能指标必须满足实际的要求

39、。为了满足上述要求,一般常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。2022-9-281）阻容耦合）阻容耦合 b11Rb1Cb2Cc1R图3-33 RC耦合多级放大器b12Re1RsRiusue1Cb21Rb3Cc2RCCULRoub22ReRe2C2T1T2022-9-28阻容耦合放大电路的特点：阻容耦合放大电路的特点：(1)因电容具有“隔直”作用，所以各级电路的静态工作点相互独立，互不影响。这给放大电路的分析、设计和调试带来了很大的方便。此外，还具有体积小、重量轻等优点。(2)因电容对交流信号具有一定的容抗，在信号传输过程中，会受到一定的衰减。尤其对于变化缓慢的信号容抗很大，不便于传

40、输。此外，在集成电路中，制造大容量的电容很困难，所以这种耦合方式下的多级放大电路不便于集成。2022-9-282）直接耦合）直接耦合 为了避免在信号传输过程中，耦合电容对缓慢变化的信号带来不良影响，也可以把级与级之间直接用导线连接起来，这种连接方式称为直接耦合。b1Rb1Cc1R图3-34 直接耦合多级放大器sRiusub2Cc2RCCULRoueRe2C2T1T2022-9-283）变压器耦合）变压器耦合 放大器的级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合变压器耦合。其电路如图3-35所示。变压器耦合电路多用于低频放大电路中，变压器可以通过电磁感应进行交流信号的传输，并且可以进行阻抗匹配，

41、以使负载得到最大功率。b11R1C图3-35 变压器耦合多级放大器b12Re1RsRiusue1Cb21RCCULRoub22ReRe2C2T1T1Tr2Trb2C2022-9-284）光电耦合）光电耦合 光电耦合器件是把发光器件(如发光二极管)和光敏器件(如光敏三极管)组装在一起，通过光线实现耦合构成电一光和光一电的转换器件。图3-36a所示为常用的三极管型光电耦合器(4N25)原理图。当电信号施加道光电耦合器的输入端时，发光二极管通过电流而发光，光敏三极管受到光照后饱和导通，产生电流。(b)光电耦合开关电路1k6.2 k33 k4N25Q1Q212ViuT光敏三极管图3-36 光电耦合器件

42、及其应用阳极阴极发光二极管集电极发射极(a)光电耦合器件2022-9-28光电耦合开关电路光电耦合开关电路 图3-37 交流耦合放大电路4N25iu47+5VF 22 1R510+15V+-A6R100 k10 k1009.1 kou2R3R4R5R1C2CF 22 2022-9-28红外光耦合话筒电路红外光耦合话筒电路 T1 C1 R5 1k 10F T2 R10 3.3k R3 1k R6 220 R4 10k R2 100k+C1 R1 1k 220F 话 筒 R7 10k A1+9V R9 100k+C3 R8 1k 1F A2+9V D 发送器 接收器 去功放电路 图3-38 红外光

43、耦合话筒电路2022-9-283.4.2 多级放大电路的分析和计算多级放大电路的分析和计算 1.电压增益 nu u3u2u1inoni3o3i2o2io1ionu AAAAUUUUUUUUUUA (3-60)2022-9-28b11Rb1Cb2Cc1R(a)b12Re1RsRiusue1Cb21Rb2CCCULRoue2R2T1T 05k 15k 21/e1R 15k 1k 2.4k 015k 1.5k 3.32222220015V1AOo1uB1Ue2RLRbe2roRb2IoU+c1Ibe1Ub1Ibe1rb1I-+iU+-sRsUc1RiR（b）/1eRe1IbRo1U+-b21Rb2I

44、例3-13 图 RC耦合共射共集放大器/L1R1T2T2022-9-283.6 放大电路的频率响应放大电路的频率响应+-+-iU1R1CoU(a)低通电路3.6.1 频率响应基本概念频率响应基本概念 一、RC 低通电路的频率特性1.RC低通电路 00o45o90十倍频dB/02dB/uA(b)频率特性ffHfH1.0fH10 f十倍频/45oHfH1.0fH10 f j11j11 j/1j/1 HiouHffRCCRCUUA(3-61)11H1CR令令 或 11H21CRf相频特性幅频特性 )/arctan()/(11HH2H Hu ffffA(3-63)2022-9-282.频率特性的波特图

45、频率特性的波特图 2022-9-28二、二、RC 高通电路的频率特性高通电路的频率特性+-+-iU1R2CoU(a)高通电路RC高通电路如图3-40a所示，其电压传输系数为 0200o45o90十倍频dB/02dB/uAffLf3L1.0fL10 f十倍频/45o(b)频率特性LfL1.0fL10 f j11 j/1 L222iouLffCRRUUA其中其中 22L1CR或 22L21CRf 2022-9-28幅频特性幅频特性 )/(11 2LuLffA(3-66)相频特性相频特性 ffLLarctan(3-67)由此可做出如图 3-40b 所示的 RC 高通电路的近似频率特性曲线。线。f 1

46、0fL，20lg|Au|=0 dB,0 f=fH，20lg|Au|=20lg0.707=-3 dB,45 f 0.1 fL，20lg|Au|=-20lg(f/fL),90 这是一条斜率为20dB/十倍频的斜线(或写成20dB/dec)，与 0dB 线在Lf处相交,在 f=fL处的误差最大，有3dB。fL称为下限截止频率限截止频率。2022-9-283.6.2 BJT的高频小信号混合型模型的高频小信号混合型模型 1.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 b rbb b rbe Cbe rbc Cbc c e re（a）rc(a)按三极管物理机构等效+cIceebr-+-beU-ebCbbbb

47、rcbCbI(b)eb/UceUebm/Ugcbr b)混合 参数模型2022-9-282022-9-282022-9-28共射极电流放大系数的频响+cIceebr-+-beU-ebCbbcbCbI图3-42 计算 的模型eb/U0ceUebm/Ugebcb/UCj0bcceUII其中ebm/Ug为受控电流源，mg称为互导，CECE/BECebCmUUuiUig输出回路与三极管H参等效电路比较得到 eb0ebb0ebm/rUIUgTEeb0m/UIrg2022-9-28图 3-43b 中eb/C、eb/r为发射结参数，其中 E0eb26)1(/IrTmTmeb2/fggC式中Tf为三极管的特征

48、频率，Tf也可以从三极管手册中查到。CEBCfeUiihcebcUII(3-71)0c be be be bmj1)(j1ffCCrrg(3-72)由图3-42可得到 20)(1ff(3-73)2022-9-28共发射极截止频率 式(3-73)中)(21c be be bCCrf称为共发射极截止频率 随频率升高而下降到0dB时，所对应的频率称为三极管的特征频率。)(2c be bm0TCCgffc be bCC 通常 e bmT2 Cgf 2022-9-282.共发射极放大电路的高频响应共发射极放大电路的高频响应+cIebUeebrebmUg-ebCbbcbCbIsUsRiUbb rcRLRo

49、UbRc图3-43 高频段微变等效电路2022-9-281)求密勒等效电容 cbucbLmM)1()1(CACRgC(3-76)cbcbuuM1CCAAC(3-77)Lmebou/RgUUA为从基极到集电极的电压放大倍数；2022-9-28求密勒等效电容+cIceebr-+-ebCbbbb rMCLRMCsRbIoUsUeb/U(a)bemUg2022-9-28+cI-+-LRCoU(b)eb/Uebm/UgsUsRb/bebrbb rbIMebCCC2022-9-28+-+-LRCoU(c)eb/U/LbemRUg/sURb/b+-MC 2022-9-282)高频响应上限频率高频响应上限频率

50、 由图 3-44b(忽略了2b1bb/RRR 的影响)可得 ebo/sebs/ssousH/UUUUUUUUA/M/L/M/Lmbesebj1j1)(j1j1/CRCRgCRCrRr)j11)j11H2H1m usff(ff(A(3-78)式中 besLebbbseb/Lmm us/rRRrrRrRgA2022-9-28)1(/)(2121cb/LmebebbbsH1/CRgCrrRRCf(3-79)cb/L/M/LH2/2121CRCRf(3-80)j11H1m ususHff(AA(3-81)RCrrRrRgfA21ebbbseb/LmHm us/(3-82)Hm usfA为带宽增益积。可