1、第第6 6章章 晶体管放大电路基础晶体管放大电路基础电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出本章教学内容本章教学内容6.1 放大电路的基本概念放大电路的基本概念6.2 双极型晶体三极管及其电路模型双极型晶体三极管及其电路模型6.3 双极型晶体三极管放大电路双极型晶体三极管放大电路6.4 场效应晶体场效应晶体三极三极管管6.5 场效应场效应晶体三极管晶体三极管放大电路放大电路6.6 多级放大电路多级放大电路6.7功率放大电路功率放大电路6.8 放大电路的频率特性放大电路的频率特性6.9 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈上一页上一页下一页下一页
2、目目 录录返返 回回退退 出出内容概述内容概述u放大电路是模拟电子电路中最重要的单元电路之一，要求在放大电路是模拟电子电路中最重要的单元电路之一，要求在不改变信号波形形状的同时实现对输入电信号功率的放大，不改变信号波形形状的同时实现对输入电信号功率的放大，放大电路在信息的传递、处理、自动控制、测量仪器、计算放大电路在信息的传递、处理、自动控制、测量仪器、计算机等各个领域得到广泛的应用。机等各个领域得到广泛的应用。u放大电路实际上是一种线性受控能量转换装置，在输入信号放大电路实际上是一种线性受控能量转换装置，在输入信号的线性控制下，将电路内的直流电源能量转换为输出信号能的线性控制下，将电路内的直
3、流电源能量转换为输出信号能量。量。u放大电路必须含有完成能量转换的有源器件，如：晶体管、放大电路必须含有完成能量转换的有源器件，如：晶体管、场效应管等，有源器件是放大电路的核心。场效应管等，有源器件是放大电路的核心。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念放大电路的基本概念放大电路实际上是一种功能模块电路，具有两个外接端口，放大电路实际上是一种功能模块电路，具有两个外接端口，输入端口接受需要放大的信号，输出端口将放大以后的信号送输入端口接受需要放大的信号，输出端口将放大以后的信号送给负载，如图所示。给负载，如图所示。在放大电路中，信号的能量（或功率）得到
4、增强，因此在放大在放大电路中，信号的能量（或功率）得到增强，因此在放大电路中必须具备能量补充的来源电路中必须具备能量补充的来源直流电源和将直流电源能直流电源和将直流电源能量转换为信号能量的转换装置或器件。量转换为信号能量的转换装置或器件。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念（续放大电路的基本概念（续1）u单纯从能量转换的角度看，放大电路本身就是一个实现直流单纯从能量转换的角度看，放大电路本身就是一个实现直流电源能量转换为信号能量的装置，这其中输入信号是控制量，电源能量转换为信号能量的装置，这其中输入信号是控制量，在它的控制下，放大电路将电源能量转换成
5、信号能量输出给在它的控制下，放大电路将电源能量转换成信号能量输出给负载。为了描述这种由一个信号控制输出信号的电路装置或负载。为了描述这种由一个信号控制输出信号的电路装置或器件，提出了受控电源的电路模型。器件，提出了受控电源的电路模型。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念（续放大电路的基本概念（续2）6.1.1线性受控电源模型线性受控电源模型u受控电源是另一类电源模型，它的输出端具有理想电源的特受控电源是另一类电源模型，它的输出端具有理想电源的特征，但其参数却受到电路中其他变量的控制。征，但其参数却受到电路中其他变量的控制。u受控电源是为了描述电子器件
6、的特性而提出的电路元件模型。受控电源是为了描述电子器件的特性而提出的电路元件模型。u按照受控电源输出端表现的电压源特性或电流源特性，以及按照受控电源输出端表现的电压源特性或电流源特性，以及控制其参数的变量为电压或电流，受控电源共分控制其参数的变量为电压或电流，受控电源共分4种：种：电压控制电压源电压控制电压源VCVS；电压控制电流源电压控制电流源VCCS；电流控制电压源电流控制电压源CCVS；电流控制电流源电流控制电流源CCCS。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念（续放大电路的基本概念（续3）输出特性输出特性控制变量控制变量受控源种类受控源种类电压
7、源电压源US电压电压U电压控制电压源电压控制电压源VCVS电压源电压源US电流电流I电流控制电压源电流控制电压源CCVS电流源电流源IS电压电压U电压控制电流源电压控制电流源VCCS电流源电流源IS电流电流I电流控制电流源电流控制电流源CCCS受控电源一般具有两个端口：输入（控制）、输出端口受控电源一般具有两个端口：输入（控制）、输出端口如果控制变量对受控电源输出端的控制为线性（比例），如果控制变量对受控电源输出端的控制为线性（比例），这种受控电源称为线性受控电源。这种受控电源称为线性受控电源。本课程中，只讨论线性受控电源。因此，今后所说受控源本课程中，只讨论线性受控电源。因此，今后所说受控源
8、均指线性受控电源。均指线性受控电源。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念（续放大电路的基本概念（续4）受控电源的符号与特性受控电源的符号与特性电压控制电压源电压控制电压源VCVS控制方程控制方程O1UU1UOU实际电路分析中的符号实际电路分析中的符号OU1U电流控制电压源电流控制电压源CCVS1IOUO1Ur I OU1r I 为为电压传输（放大）系数，无量纲。电压传输（放大）系数，无量纲。省去省去开路或短开路或短路的控制端。路的控制端。r为为转移电阻，电阻量纲。转移电阻，电阻量纲。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电
9、路的基本概念（续放大电路的基本概念（续5）受控电源的符号与特性受控电源的符号与特性电压控制电流源电压控制电流源VCCS控制方程控制方程实际电路分析中的符号实际电路分析中的符号电流控制电压源电流控制电压源CCVSg为为转移电导，电导量纲。转移电导，电导量纲。 为为电流传输（放大）系数，无量纲。电流传输（放大）系数，无量纲。O1Ig UO1II1IOI1UOIOI1g UOI1I控制变量必须在电控制变量必须在电路其他位置标出！路其他位置标出！上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念（续放大电路的基本概念（续6）6.1.2 放大电路模型及技术指标放大电路模型及
10、技术指标u受控电源是理想化的能量转换电路元件，实际上放大电路为受控电源是理想化的能量转换电路元件，实际上放大电路为了将信号源信号引入，总是要对信号源构成负载，因此，输了将信号源信号引入，总是要对信号源构成负载，因此，输入端不可能是理想的开路或短路入端不可能是理想的开路或短路u而在输出端放大器也不能做到理想的电压输出或电流输出，而在输出端放大器也不能做到理想的电压输出或电流输出，必然会受到负载的影响。必然会受到负载的影响。u考虑了输入输出端口的非理想情况，在受控电源的基础上增考虑了输入输出端口的非理想情况，在受控电源的基础上增加输入电阻加输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro，得到放大电路模型。，
11、得到放大电路模型。u根据放大电路输入输出信号变量的不同，可以作出四种放大根据放大电路输入输出信号变量的不同，可以作出四种放大电路模型。电路模型。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念（续放大电路的基本概念（续7）电压放大电路模型电压放大电路模型阻抗放大电路模型阻抗放大电路模型导纳放大电路模型导纳放大电路模型电流放大电路模型电流放大电路模型上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念（续放大电路的基本概念（续8）放大电路主要性能指标包括：放大倍数、输入电阻和输出电阻放大电路主要性能指标包括：放大倍数、输入电阻和输出电阻
12、1. 放大倍数放大倍数放大倍数是反映放大电路放大能力的关键指标，定义为放放大倍数是反映放大电路放大能力的关键指标，定义为放大电路输出信号与输入信号的比值，根据放大电路的输入输出大电路输出信号与输入信号的比值，根据放大电路的输入输出变量不同可以有四种形式的放大倍数：变量不同可以有四种形式的放大倍数：Au=uo/ui电压放大电路的电压放大倍数，电压放大电路的电压放大倍数，Auo为为（负载负载）开开路电压放大倍数路电压放大倍数。Ar=uo/ii 阻抗放大电路的转移阻抗，阻抗放大电路的转移阻抗，Aro为（负载）开路转移为（负载）开路转移阻抗。阻抗。Ag=io/ui导纳放大电路的跨导，导纳放大电路的跨导
13、，Ags为（负载）短路跨导。为（负载）短路跨导。Ai =io/ii 电流放大电路的电流放大倍数，电流放大电路的电流放大倍数，Ais为（负载）短路为（负载）短路电流放大倍数。电流放大倍数。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念（续放大电路的基本概念（续9）2. 输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻Ri反映了放大电路对信号源的影响程度，对于电反映了放大电路对信号源的影响程度，对于电压信号源，希望放大电路的输入电阻越大越好，这样放大电路压信号源，希望放大电路的输入电阻越大越好，这样放大电路从信号源吸取电流小，信号源的负载轻，而对于电流信号源，从信号源吸取电流小，
14、信号源的负载轻，而对于电流信号源，则希望放大电路的输入电阻越小越好。因此，在设计放大电路则希望放大电路的输入电阻越小越好。因此，在设计放大电路时，应根据其应用场合信号源的要求设置输入电路。时，应根据其应用场合信号源的要求设置输入电路。3. 输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻Ro反映放大电路输出受负载影响的程度，如果放反映放大电路输出受负载影响的程度，如果放大电路向负载输出电压信号，则希望输出电阻越小越好，这样大电路向负载输出电压信号，则希望输出电阻越小越好，这样放大电路输出端更接近电压源，如果放大电路向负载输出电流放大电路输出端更接近电压源，如果放大电路向负载输出电流信号，则希望输出电阻越大越好
15、，这样放大电路输出端更接近信号，则希望输出电阻越大越好，这样放大电路输出端更接近电流源。电流源。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念（续放大电路的基本概念（续10）4. 频带范围频带范围放大电路的放大倍数保持一定数值的工作信号频率范围，放大电路的放大倍数保持一定数值的工作信号频率范围，常采用常采用3分贝频带表示，给出放大电路放大倍数下降分贝频带表示，给出放大电路放大倍数下降3分贝（下分贝（下降到正常值的降到正常值的0.707倍）所对应的上下两个频率倍）所对应的上下两个频率fL、fH，分别称，分别称为上、下截止频率，在这两个频率之间的输入信号，放大电路
16、为上、下截止频率，在这两个频率之间的输入信号，放大电路能够有效地进行放大。能够有效地进行放大。放大电路的放大倍数随频率变化的关系也称放大电路的频放大电路的放大倍数随频率变化的关系也称放大电路的频率特性，影响放大电路频率特性的主要因素是电路中有源电子率特性，影响放大电路频率特性的主要因素是电路中有源电子器件的寄生电抗参数和电路中耦合器件的寄生电抗参数和电路中耦合/旁路电容元件。旁路电容元件。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.1 放大电路的基本概念（续放大电路的基本概念（续11）5. 不失真输出范围不失真输出范围用放大电路的最大不失真输出幅度表示其不失真输出范围，用放大电路
17、的最大不失真输出幅度表示其不失真输出范围，输入信号经过放大，在最大不失真输出幅度以内的输出信号能输入信号经过放大，在最大不失真输出幅度以内的输出信号能与输入信号保持线性关系（不失真），这一参数也描述了放大与输入信号保持线性关系（不失真），这一参数也描述了放大电路输出信号的最大不失真功率。电路输出信号的最大不失真功率。6. 输入信号范围输入信号范围对于过大的输入信号幅度，可能引起有源电子器件进入非对于过大的输入信号幅度，可能引起有源电子器件进入非线性特性区，从而使放大电路输出信号不再与输入信号保持线线性特性区，从而使放大电路输出信号不再与输入信号保持线性，产生信号波形失真，严重时甚至会损坏器件，
18、为此，放大性，产生信号波形失真，严重时甚至会损坏器件，为此，放大电路常规定其输入信号的幅度范围，如电路常规定其输入信号的幅度范围，如|ui|10mV。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型双极型晶体三极管及其电路模型u双极型晶体三极管双极型晶体三极管(BJT，简称晶体管，简称晶体管)结构结构BJT由两个由两个PN构成，有两种类型构成，有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。NNPNPN型型EBCNPPPNP型型EBC发射结发射结(Je) 集电结集电结(Jc) 基极，用基极，用B或或b表示（表示（Base） 发射极，用发射极，用E或或e表示（表
19、示（Emitter）集电极，用集电极，用C或或c表示（表示（Collector）。）。 发射区发射区集电区集电区基区基区BECBECBJT的电路符号的电路符号常用常用BJT的外形的外形上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续1） BJT结构特点：结构特点：发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。BJT管芯结构剖面图管芯结构剖面图
20、上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续2）BECNNPEBRBUC发射结正偏，发发射结正偏，发射区电子不断向射区电子不断向基区扩散，形成基区扩散，形成发射极电流发射极电流IE。IE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的电子少部分区的电子少部分与基区的空穴复合，与基区的空穴复合，形成电流形成电流IBE，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。集电结反偏，有少子集电结反偏，有少子形成的反向电流形成的反向电流ICBO。ICBO从基区扩散来的电子从基区扩散来的电子作为集电结的
21、少子，作为集电结的少子，漂移进入集电结而被漂移进入集电结而被收集，形成收集，形成ICE。IC=ICE+ICBO ICEICEIB=IBE-ICBO IBEIBICE与与IBE之比称为之比称为直流直流电流放大倍数电流放大倍数CECCBOCBEBCBOBIIIIIIII要使晶体管能放大电流，必须要使晶体管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。使发射结正偏，集电结反偏。两者变化两者变化之比称为之比称为交流交流电流放电流放大倍数大倍数CEBEii上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续3）1. 输入特性曲线：输入
22、特性曲线： 输入特性曲线是指当集射极输入特性曲线是指当集射极之间的电压之间的电压UCE为某一常数时，输入为某一常数时，输入回路中的基极电流回路中的基极电流iB与加在基射与加在基射极间的电压极间的电压uBE之间的关系曲线。之间的关系曲线。OuBEiBUBEUBE 0.7V(硅硅)0.3V(锗锗)0V 1V10VUCE当当UCE=0，晶体管相当于两个二极管的正向并联，其特性曲线，晶体管相当于两个二极管的正向并联，其特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似。与二极管的正向伏安特性曲线相似。当当UCE 1时，特性曲线的形状并不改变，曲线仅仅右移一段距时，特性曲线的形状并不改变，曲线仅仅右移一段距离。只要
23、离。只要uBE不变，无论怎样增大不变，无论怎样增大UCE，iB都基本不变，曲线基都基本不变，曲线基本重合。因此，通常将本重合。因此，通常将UCE=1的特性曲线作为晶体管的输入特的特性曲线作为晶体管的输入特性曲线。性曲线。晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续4）利用利用Multisim观察观察BJT输入特性输入特性上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续5）2. 输出特性曲线输出特性
24、曲线OuCEiCNPNIB=0IB3IB2IB1IB3 IB2 IB10从输出特性上，可将晶体管分为三个工作区（工作状态）：从输出特性上，可将晶体管分为三个工作区（工作状态）：截止截止(Cut off)、饱和、饱和(Saturation)、放大、放大(Active)。截止截止饱和饱和放大放大集电极电流受基极电集电极电流受基极电流控制，所以晶体管流控制，所以晶体管又称为电流控制器件。又称为电流控制器件。 输出特性曲线是指当基极电流输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，输出电路中为常数时，输出电路中集电极电流集电极电流iC与集射极间的电压与集射极间的电压uCE之间的关系曲线。之间的关系曲线。uC
25、E=uBE上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续6）（1）截止区）截止区IB = 0 曲线以下的区域。曲线以下的区域。条件：发射结零偏或反偏条件：发射结零偏或反偏BE0U集电结反偏集电结反偏RCUCCTRBUBBIB=0ICIEIB = 0, IC = IE = ICEO (穿透电流穿透电流) ICEO受温度影响很大受温度影响很大, 温度升高温度升高, ICEO增大。增大。由于由于ICEO很小，此时很小，此时UCE近似等近似等于于UCC，C与与E之间相当于断路。之间相当于断路。OuCEiCIB=0IB3IB
26、2IB1IB3 IB2 IB10截止截止饱和饱和放大放大NPN上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续7）（2）饱和区）饱和区条件：条件：发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。即：即：UBE0，UBE UCE , UC IB2 IB10截止截止饱和饱和放大放大NPN此时此时IB对对IC失去了控制作用，失去了控制作用，管子处于饱和导通状态。管子处于饱和导通状态。特性曲线左边特性曲线左边uCE很小的区域。很小的区域。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模
27、型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续8）（3）放大区）放大区条件：发射结正偏；条件：发射结正偏； 集电结反偏。集电结反偏。特点：特点： UCE变化时，变化时，IC基本不变。基本不变。 这就是晶体管的恒流特性。改这就是晶体管的恒流特性。改变变IC的唯一途径就是改变的唯一途径就是改变IB,而这正是而这正是IB对对IC的控制作用。的控制作用。特性曲线中，接近水平的部分。特性曲线中，接近水平的部分。RCUCCTRBUBBIBICIEOuCEiCIB=0IB3IB2IB1IB3 IB2 IB10截止截止饱和饱和放大放大NPN IC= IB，集电极电流与基极电，集电极电流与基极电流成正比。因此放大区又称
28、为流成正比。因此放大区又称为线性区。线性区。 特性曲线的均匀间隔反映了晶体管电流放大作用的能力，特性曲线的均匀间隔反映了晶体管电流放大作用的能力，间隔大，即间隔大，即IC大，因而放大能力（大，因而放大能力（ ）也大。也大。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续9）利用利用Multisim观察观察BJT输出特性输出特性上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续10）晶体管的主要参数晶体管的主要参数（1）电流放大系数）电流放大系
29、数CBII(a)直流直流(静态静态)FE()h(b)交流交流(动态动态) (hfe)CBii 和和 含义不同，但在输出特性放大区内，曲线接近于含义不同，但在输出特性放大区内，曲线接近于平行等距，平行等距，器件手册上给出的是器件手册上给出的是 使用时也作为使用时也作为 。由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管，由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管， 值也有很值也有很大差别。常用的晶体管的大差别。常用的晶体管的 值一般在值一般在20200之间。之间。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续11）（2）极间反向电
30、流）极间反向电流(a) 集集基反向饱和电流基反向饱和电流ICBO(b) 集射穿透电流集射穿透电流 ICEOCEOCBO(1)II ICBO是发射极开路时，是发射极开路时，集集基反向饱和电流。基反向饱和电流。通常希望通常希望ICBO越小越好。在温度稳定性方面，硅管越小越好。在温度稳定性方面，硅管比锗管好。比锗管好。ICEO是基极开路时，从集电极直接穿透晶体管到达是基极开路时，从集电极直接穿透晶体管到达发射极的电流。发射极的电流。晶体管的主要参数晶体管的主要参数上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续12）（3）
31、集射反向击穿电压）集射反向击穿电压U(BR)CEO 当基极开路时，加在集电当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电极和发射极之间的最大允许电压。集射极之间电压超过压。集射极之间电压超过U(BR)CEO时，集电极电流会大幅时，集电极电流会大幅度上升，此时，晶体管被击穿度上升，此时，晶体管被击穿而损坏。而损坏。U(BR)CEOOuCEiC（NPN）（4）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 ICM 集电极电流集电极电流IC超过一定值时，超过一定值时， 值要下降，当值要下降，当 降降到原来值的到原来值的2/3时，对应的时，对应的IC称为称为ICM。晶体管的主要参数晶体管的主要参数ICM上一
32、页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续13）晶体管的主要参数晶体管的主要参数（5）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率PCM 两个两个PN结上消耗的功率分结上消耗的功率分别等于通过结的电流乘以加在别等于通过结的电流乘以加在结上的电压，一般集电结上消结上的电压，一般集电结上消耗的功率比发射结大得多，用耗的功率比发射结大得多，用PCM表示，这个功率将导致集电结发热，结温上升，当结温表示，这个功率将导致集电结发热，结温上升，当结温超过最高工作温度时，管子性能下降，甚至被烧坏。因此集超过最高工作温度时，管子性
33、能下降，甚至被烧坏。因此集电结的最高工作温度决定了晶体管的最大集电极耗散功率。电结的最高工作温度决定了晶体管的最大集电极耗散功率。由由U(BR)CEO、PCM、ICM共同确定晶体管的安全工作区，如共同确定晶体管的安全工作区，如图所示。图所示。U(BR)CEOOuCEiC（NPN）ICM安全工作区安全工作区UCEIC=PCM过过损损耗耗区区上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续14）晶体管工作在截止区时表现为各极电流基本为零，可等效晶体管工作在截止区时表现为各极电流基本为零，可等效为断开的开关；晶体管工作在放
34、大区时，集电极电流随基极电为断开的开关；晶体管工作在放大区时，集电极电流随基极电流变化，可等效为电流控制电流源；而晶体管工作在饱和区时，流变化，可等效为电流控制电流源；而晶体管工作在饱和区时，各极之间的电压基本为零，可等效为闭合的开关。各极之间的电压基本为零，可等效为闭合的开关。大信号晶体管模型大信号晶体管模型上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.2 双极型晶体三极管及其电路模型（续双极型晶体三极管及其电路模型（续15）u大信号模型中，大信号模型中，UBE为晶体管发射结导通电压，一般硅晶体管为晶体管发射结导通电压，一般硅晶体管为为0.60.7V，UCES为晶体管饱和时为晶体
35、管饱和时CE电压，硅晶体管为电压，硅晶体管为0.30.5V，二极管采用理想二极管。，二极管采用理想二极管。u当当B-E输入电压小于输入电压小于UBE且且C E电压大于电压大于UCES时，二极管时，二极管D1 D2截止，晶体管处于截止工作状态；当截止，晶体管处于截止工作状态；当B E输入电压达到输入电压达到UBE且且C E电压大于电压大于UCES时，二极管时，二极管D1导通导通 D2截止，晶体截止，晶体管处于放大工作状态；当管处于放大工作状态；当B-E输入电压达到输入电压达到UBE且且C E电压电压降到降到UCES时，二极管时，二极管D1 D2均导通，晶体管处于饱和工作状态。均导通，晶体管处于饱
36、和工作状态。u大信号电路模型主要用于晶体管静态工作状态分析和晶体管大信号电路模型主要用于晶体管静态工作状态分析和晶体管开关电路分析。开关电路分析。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3 双极型晶体三极管放大电路双极型晶体三极管放大电路u放大电路的组成放大电路的组成1. 放大器件放大器件2. 偏置电路：使放大器件工作在放大状态偏置电路：使放大器件工作在放大状态+VCCRBRC基极偏置电阻，为基极偏置电阻，为晶体管提供适当的晶体管提供适当的偏置电流偏置电流 IB直流电源为放大直流电源为放大电路提供能源，电路提供能源，并为放大器件提并为放大器件提供正确的偏置供正确的偏置集电极直
37、流负载电阻将集电极直流负载电阻将集电极电流的变化转化集电极电流的变化转化为电压输出。为电压输出。3. 输入耦合电路：使信号源的信号顺利进入放大电路。输入耦合电路：使信号源的信号顺利进入放大电路。C1信号源信号源RSuS4. 输出耦合电路：使放大后的信号有效加载到负载。输出耦合电路：使放大后的信号有效加载到负载。输入耦合输入耦合电容电容C2RL负载负载输出耦输出耦合电容合电容上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3 双极型晶体三极管放大电路（续双极型晶体三极管放大电路（续1）u放大电路的工作原理放大电路的工作原理+UCCRBRCC1信号源信号源RSuSRL负载负载uSuBE=
38、UBEQ+ubeUCC RBiB=IBQ+ibic= ibCQBQIIuCE=UCEQ+uceuo=uceUCEQ=UCC RCICQiC=ICQ+icuce= RL|RCic上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3 双极型晶体三极管放大电路（续双极型晶体三极管放大电路（续2）uBEUBEQiBIBQiCICQuCEUCEQibicuce反相放大反相放大放大电路的工作波形放大电路的工作波形上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3 双极型晶体三极管放大电路（续双极型晶体三极管放大电路（续3）u放大电路的静态工作点的设置放大电路的静态工作点的设置为了确保输出
39、波形不失真，要求放大电路中晶体管始终为了确保输出波形不失真，要求放大电路中晶体管始终工作在放大区。因此，需要设置合适的静态工作点。工作在放大区。因此，需要设置合适的静态工作点。如果静态工作点设置得过高如果静态工作点设置得过高(ICQ过大过大)，靠近饱和区，则，靠近饱和区，则加入信号后，晶体管将在输入信号正半周进入饱和，产加入信号后，晶体管将在输入信号正半周进入饱和，产生饱和失真（上述电路表现为输出波形底部失真）。生饱和失真（上述电路表现为输出波形底部失真）。如果静态工作点设置得过低如果静态工作点设置得过低(UCEQ过大过大)，靠近截止区，靠近截止区，则加入信号后，晶体管将在输入信号负半周进入截
40、止，则加入信号后，晶体管将在输入信号负半周进入截止，产生截止失真（上述电路表现为输出波形顶部失真）。产生截止失真（上述电路表现为输出波形顶部失真）。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法u放大电路的分析放大电路的分析放大电路分析放大电路分析静态分析（确定放大静态分析（确定放大器件工作状态）器件工作状态）图解分析图解分析等效电路分析等效电路分析动态分析（分析放动态分析（分析放大电路性能）大电路性能）图解分析图解分析等效电路分析等效电路分析计算机仿真计算机仿真IB、IC、UCE、UBEAu、ri、ro 等等上一页上一页下一页下
41、一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续1）u放大电路的静态分析放大电路的静态分析（1）静态的概念）静态的概念无信号输入，电路中只有直流电源作用。无信号输入，电路中只有直流电源作用。（2）静态等效电路）静态等效电路直流通路：耦合电容开路。直流通路：耦合电容开路。+UCCRBRCC1信号源信号源RSuSRL负载负载+UCCRBRCIBQICQ+_UBE+_UCE（3）静态分析的目的）静态分析的目的确定晶体管的静态工作点确定晶体管的静态工作点 （IB、IC、UCE、UBE ）（4）静态分析的方法）静态分析的方法图解法、近似估算法（等效电路法
42、）图解法、近似估算法（等效电路法）上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续2）u放大电路静态分析的图解法放大电路静态分析的图解法+UCCRBRCIBIC+_UBE+_UCEUCCRBRCIBIC+_UBE+_UCE+_UCC+_（1）把输入输出回路分开处理）把输入输出回路分开处理（2）输入回路分析）输入回路分析UCCUBEIBOUBEQIBQ晶体管输入特性晶体管输入特性偏置电路伏安特性偏置电路伏安特性直流负载线直流负载线（3）输出回路分析）输出回路分析UCEICOIBQUCCUCCRCUCEQICQ晶体管输出特性晶体
43、管输出特性静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点BECCBBUUR I偏置电路伏安特性偏置电路伏安特性直流负载线直流负载线上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续3）u放大电路静态分析的等效电路法放大电路静态分析的等效电路法（1）晶体管的静态等效电路（放大状态）晶体管的静态等效电路（放大状态）BCEUBE IBIBBCE（2）放大电路静态等效电路）放大电路静态等效电路UCCRBRCIBIC+_UBE+_UCE+_UCC+_UCCRBRCIC+_UCE+_UCC+_UBE IBIB上一页上一页下一页下一页目目 录录返
44、返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续4）u放大电路态分析的等效电路法放大电路态分析的等效电路法(续续)（3）近似条件：）近似条件：UBE 0.7V(硅管硅管)，或，或 0.3V(锗管锗管)（4）近似估算）近似估算CCBEBQBUUIRCQBQIICEQCCCCQUURI（5）检验晶体管是否处于放大状态）检验晶体管是否处于放大状态CEQCES?( 0.3V)UUVCCRBRCIC+_UCE+_VCC+_UBE IBIB上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续5）u放大电路的
45、动态分析放大电路的动态分析动态分析的目的：确定放大电路的性能指标。动态分析的目的：确定放大电路的性能指标。耦合电容容量很大，信号变化一周期电容两端电压保持恒定：耦合电容容量很大，信号变化一周期电容两端电压保持恒定：+UCCRBRCC1RSuSRLC2C1BEQUUUBEQC2CEQUUUCEQ上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续6）UCEQUBEQRLRCRBRSusVCCVCC输入、输出回路作戴维宁等效：输入、输出回路作戴维宁等效：其中，其中，SSB|RRRSBBBCCBEQBEQSBQSBSBRRUUUURI
46、RRRRLCL|RRRCLCCCCCEQCEQLCQCLCLRRUUUURIRRRRiBiCBBQbiIiCCQciIiUCCUBBRLRSusBSSSBRuuRR上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续7）u放大电路动态分析的图解法放大电路动态分析的图解法UCCUBBRLRSusUBBuBEiBOUBEQIBQuCEiCOIBQUCCUCCRLUCEQICQtuBEiBttuCE电路实现了反相放大。电路实现了反相放大。可分析指标：可分析指标：1. 放大倍数放大倍数; 2. 最大不失真输出最大不失真输出cemaxCE
47、QCESCCCEQCCCESmin,1()2UUUUUUU非线性失真：非线性失真：1. 饱和失真（输出平底）饱和失真（输出平底）2. 截止失真（顶端变形）截止失真（顶端变形）为获得最大不失真输出，静为获得最大不失真输出，静态工作点应设置在交流负载态工作点应设置在交流负载线的中点。线的中点。输入电压幅度不能太大，否则输入电压幅度不能太大，否则输入特性非线性严重，要求输入特性非线性严重，要求Ubem5mV上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续8）u放大电路动态分析的等效电路法放大电路动态分析的等效电路法(1)放大电路的
48、交流等效电路放大电路的交流等效电路RLRCRBRSus+ui_+uo_直流电源置零直流电源置零(接地接地)、耦合电容短路、耦合电容短路上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续9）u放大电路动态分析的等效电路法放大电路动态分析的等效电路法(续续)（2）晶体管的小信号）晶体管的小信号(微变微变)等效电路等效电路bcebebbeuircbiiuceubeicibrbebiTbebbTBQ;VKTrrVIqrbb: 晶体管基区体电阻，几欧晶体管基区体电阻，几欧几十欧（常取几十欧（常取10 ）VT: 温度电压当量温度电压当量.
49、 常温常温(27C), VT =25.8 mVK: 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数1.380662 10-23 JK-1T: 绝对温度值绝对温度值q: 电子电荷量电子电荷量1.6021892 10-19 C上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续10）u放大电路动态分析的等效电路法放大电路动态分析的等效电路法(续续)（3）放大电路的的小信号）放大电路的的小信号(微变微变)等效电路等效电路RLRCRBRSus+ui_+uo_rbebiib电压放大倍数：电压放大倍数：oCLLibebe|uURRRAUrr 输入电阻输入电阻输出
50、电阻输出电阻iBbebe|rRrroCrR上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续11）u放大电路动态分析的等效电路法放大电路动态分析的等效电路法(续续)（4）放大器的电压放大等效电路）放大器的电压放大等效电路+- -ro+ui_riiuA uRL+uo_RSsu放大电路放大电路源电压放大倍数：源电压放大倍数：oiLisiSbeiSusuUrRrAAUrRrrR 上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出6.3.2 放大电路的基本分析方法（续放大电路的基本分析方法（续12）u放大电路分析举例放大电路分析举
