1、3半导体三极管及其半导体三极管及其放放 大大 电电 路路11/18/20221本章学习要点本章学习要点v1.半导体三极管半导体三极管(BJT)的结构、工作原理、的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。特性曲线和主要参数。v2.着重讨论着重讨论BJT放大电路的三种组态，即：放大电路的三种组态，即：a.共发射极放大电路共发射极放大电路b.共集电极放大电路共集电极放大电路c.和共基极放大电路。和共基极放大电路。11/18/20222从共发射极电路入手，推及其他两种电路。从共发射极电路入手，推及其他两种电路。分析放大电路的基本方法：分析放大电路的基本方法：a.图解法图解法b.小信号模型法小信号模型法(微
2、变等效电路分析法微变等效电路分析法)11/18/20223v分析的步骤：分析的步骤：a.首先是电路的静态工作点首先是电路的静态工作点(Q点点)，b.然后分析其动态技术指标。然后分析其动态技术指标。v对于电压放大电路来说，主要的技术指标对于电压放大电路来说，主要的技术指标有：电压增益、输入阻抗、输出阻抗和频响有：电压增益、输入阻抗、输出阻抗和频响带宽，这在第一章已作过简要的介绍。带宽，这在第一章已作过简要的介绍。11/18/20224v单极型器件单极型器件场效应管场效应管(FET)及其放大电路将及其放大电路将在第在第4章讨论。章讨论。v由于集成电路制造工艺的迅速发展，从使用由于集成电路制造工艺的
3、迅速发展，从使用的角度来考虑，电子设计主要是选用集成电的角度来考虑，电子设计主要是选用集成电路构件来作系统设计，但是分立元件电路是路构件来作系统设计，但是分立元件电路是基础，这里仍然予以足够的重视。基础，这里仍然予以足够的重视。11/18/202253.1半导体半导体BJTv3.1.1BJT的结构简介的结构简介vBJT通常称为晶体三极管，简称为三极管或通常称为晶体三极管，简称为三极管或晶体管。晶体管。v1.分类：分类：按频率分：有高频管、低频管；按频率分：有高频管、低频管；按功率分：有大、中、小功率管；按功率分：有大、中、小功率管；按材料分：有硅管、锗管。按材料分：有硅管、锗管。v其外型如图其
4、外型如图3.1.1所示所示(实物对照实物对照)。11/18/2022611/18/202272.BJT 的结构的结构v组成：组成：BJT有两个有两个PNJ，三个接触，三个接触电极，三根引线及其外壳组成。电极，三根引线及其外壳组成。11/18/20228v(2)BJT的制造工艺特点：的制造工艺特点：a.e区掺杂浓度最高，以有效的发射载流区掺杂浓度最高，以有效的发射载流子；子；b.b区掺杂浓度最低且最薄，以有效的区掺杂浓度最低且最薄，以有效的传输载流子；传输载流子；c.c区掺杂浓度适中，面积最大，以有效区掺杂浓度适中，面积最大，以有效的收集载流子。的收集载流子。11/18/20229(3)NPN型
5、型BJT的结构的结构v如图如图3.1.2所示。所示。(4)PNP型型BJT的结构的结构v如图如图3.1.3所示。所示。转转1311/18/20221011/18/20221111/18/2022123.1.2BJT的电流分配关系与放大作用的电流分配关系与放大作用v1.BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程(运动规运动规律律)(观看课件观看课件)v为了使为了使BJTe区能有效的发射载流子、区能有效的发射载流子、c区有区有效的收集载流子，必须具备的条件：效的收集载流子，必须具备的条件：发射结正偏集电结反偏发射结正偏集电结反偏11/18/202213vBJT内部载流子的内部载流子的传输过程分
6、三步传输过程分三步(如图如图3.1.4所示所示)：(1)发射区向基区注入载流子发射区向基区注入载流子(2)载流子在基区的扩散与复合载流子在基区的扩散与复合(3)集电区收集载流子集电区收集载流子v有上分析可知，有上分析可知，BJT内部有两种载流子参与内部有两种载流子参与导电，故称之为导电，故称之为双极型晶体管双极型晶体管。转转1611/18/20221411/18/2022152.三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系IEIC+IB IC I B+I CEO IB ICEO(1+)ICBOv以上式子，也适用于三极管纯交流电流或交以上式子，也适用于三极管纯交流电流或交直流共存的情况，即：直流共存
7、的情况，即：11/18/202216v纯交流时：纯交流时：i ei c+i bi ci bv交直流共存时：交直流共存时：i EiC+iB(ie+IE)(ic+IC)+(ib+IB)(ic+IC)(ib+IB)+(1+)ICBO11/18/202217 3.放大作用放大作用v晶体管最基本的一种应用，就是把微弱的电晶体管最基本的一种应用，就是把微弱的电信号加以放大。简单的放大电路如图信号加以放大。简单的放大电路如图3.1.53.1.5所示。所示。v输入电压：输入电压：v I2020mVv晶体管晶体管eJ电压：电压：vEB VEE+vIve极电流：极电流：iEIE+iEvc极电流：极电流：iCIC+
8、iCv输出电压：输出电压：voiC R L转转2011/18/20221811/18/202219 综上所述：综上所述：v(1)要使晶体管具有放大作用必须保证：要使晶体管具有放大作用必须保证：a.内部条件：内部条件：e区的掺杂浓度要远区的掺杂浓度要远大于大于b区的掺杂浓度，且区的掺杂浓度，且b区的厚度要很区的厚度要很薄。薄。b.外部条件：外部条件：eJ正偏，正偏，cJ反偏。反偏。11/18/202220v(2)当晶体管制成之后，晶体管各极之间的当晶体管制成之后，晶体管各极之间的电流关系是确定的：电流关系是确定的：IEIC+IB IC I B+I CEO IB 或或 i EiC+iB11/18/
9、2022214.共发射极连接方式共发射极连接方式v(1)三种连接方式：三种连接方式：v以三极管的某一个极为公共端可组成三种基以三极管的某一个极为公共端可组成三种基本放大电路，即：共基极、共发射极、共集本放大电路，即：共基极、共发射极、共集电极放大电路，如下图所示。电极放大电路，如下图所示。11/18/20222211/18/202223(2)共发射极放大电路共发射极放大电路v如图如图3.1.6所示。由图可以看出，在输入端加所示。由图可以看出，在输入端加入一个待放大的信号入一个待放大的信号v I时，则有：时，则有：vBEVBE+v I，iBIB+iB，iCIC+iC，iEI E+iE。转转261
10、1/18/20222411/18/202225v共射极电路与共基极电路的异同：共射极电路与共基极电路的异同：v相同之处：放大信号的物理本质是相同的。相同之处：放大信号的物理本质是相同的。v(1)共射极电路的输入电流是共射极电路的输入电流是 iB，共基极，共基极电路的输入电流是电路的输入电流是iE，iB作为输入控制电流作为输入控制电流时信号源消耗功率小。时信号源消耗功率小。v(2)对于共射极电路，研究放大过程主要对于共射极电路，研究放大过程主要是分析集电极电流是分析集电极电流(输出电流输出电流)与基极电流与基极电流(输输入电流入电流)之间的关系。之间的关系。11/18/202226v(3)因为因
11、为1，iB，故共发射极放大电路不但能放大电压，故共发射极放大电路不但能放大电压，而且还能放大电流。而且还能放大电流。v共发射极放大电路是目前应用最广泛的共发射极放大电路是目前应用最广泛的一种组态。一种组态。11/18/2022273.1.3BJT的特性曲线v晶体管特性曲线的获得有两种方法：晶体管特性曲线的获得有两种方法：v一是通过实验测量电路和求点描迹的方法，一是通过实验测量电路和求点描迹的方法，在平面坐标上画出输入输出特性曲线；在平面坐标上画出输入输出特性曲线；v另一种方法是利用专用的晶体管特性图示另一种方法是利用专用的晶体管特性图示仪在示波管上显示出来。仪在示波管上显示出来。11/18/2
12、022281.共发射极放大电路的特性曲线共发射极放大电路的特性曲线v(1)输入特性曲线输入特性曲线v输入特性曲线是描述当输入特性曲线是描述当vCE为某常数时，为某常数时，iB与与vBE之间的关系曲线。其函数关系可表示为：之间的关系曲线。其函数关系可表示为：cBEBCEvvfi)(NPN型管的输入特性曲线如图型管的输入特性曲线如图3.1.7(a)所示。所示。11/18/20222911/18/202230特点：特点：va.vCE0的一条曲线与二极管的正向特性的一条曲线与二极管的正向特性相似。相似。v原因是：原因是：vCE0时，集射短路，相当于两个时，集射短路，相当于两个二极管并联，二极管并联，i
13、B与与vBE 的关系曲线就成了两个的关系曲线就成了两个二极管并联的二极管并联的VI 特性曲线。特性曲线。vb.vCE 0且逐渐增大时，曲线右移；当且逐渐增大时，曲线右移；当vCE 1V以后，各条曲线重合。以后，各条曲线重合。11/18/202231原因：原因：v右移：右移：vCE，eJ变宽，变宽，b区宽度区宽度b区载流区载流子数子数 复合复合 iB，要保持，要保持iB的原值，的原值，必须使必须使vBE。所以曲线右移。所以曲线右移。v重合：当重合：当vCE 1V以后，以后，b区注入的载流子绝区注入的载流子绝大部分被大部分被cJ收集，收集，vBE再再，iB无明显无明显。曲。曲线几乎重合。线几乎重合
14、。11/18/202232vc.晶体管晶体管BE间的门限电压：间的门限电压：硅管：硅管：0.5V左右，锗管：左右，锗管：0.1V左右。左右。vd.晶体管晶体管BE间的工作电压：间的工作电压：硅管：硅管：0.7V左右，锗管：左右，锗管：0.2V左右。左右。11/18/202233v(2)输出特性曲线输出特性曲线v输出特性曲线是描述当输出特性曲线是描述当 iB为某常数时，为某常数时，vCE与与iC之间的关系曲线。其函数关系可表示为之间的关系曲线。其函数关系可表示为：cCECBivfi)(NPN型管的输入特性曲线如图型管的输入特性曲线如图3.1.7(b)所示。所示。11/18/202234 特点：特
15、点：va.当当vCE 0.5V后，后，iC 基本不受基本不受vCE的控制的控制作用，作用，iC基本不变。基本不变。v原因：此时，原因：此时，vCE 已足够大，已足够大，J内的总场强可内的总场强可把把e区注入到区注入到b区的大部分非平衡载流子全部区的大部分非平衡载流子全部拉到拉到c区，形成区，形成iC；另外，因为；另外，因为iB一定，一定，b区的区的非平衡载流子数目一定，所以，随着非平衡载流子数目一定，所以，随着vCE 的的增大，增大，iC基本恒定不变。基本恒定不变。11/18/2022362.共基极放大电路的特性曲线共基极放大电路的特性曲线(略略)v3.1.4BJT的主要参数的主要参数v1.电
16、流放大系数电流放大系数va.直流共发电流放大系数：直流共发电流放大系数：ICIBvb.交流共发电流放大系数：交流共发电流放大系数：iCi Bv也就是也就是h参数中的参数中的hf e，由于，由于和和 相差不大，相差不大，通常认为通常认为 11/18/202237vc.直流共基电流放大系数：直流共基电流放大系数：ICIEvd.交流共基电流放大系数：交流共基电流放大系数：iCi Eve.共基与共发电流放大系数的关系：共基与共发电流放大系数的关系：(1)，(1)(1)，(1)11/18/202238v2.极间反向电流极间反向电流v(1)集电极基极反向饱和电流集电极基极反向饱和电流 ICBOv ICBO
17、：表示发射极开路时，：表示发射极开路时，c、b之间加上之间加上一定反向电压时的反向电流。如图一定反向电压时的反向电流。如图3.1.9所所示，为其测量电路。示，为其测量电路。vICBO一般很小，常温下，小功率硅管约为一般很小，常温下，小功率硅管约为1A，锗管约为，锗管约为10A，ICBO随温度的升高随温度的升高而增大，在温度变化范围大的工作环境中，而增大，在温度变化范围大的工作环境中，应选用硅管。应选用硅管。11/18/20223911/18/202240v(2)集电极发射极反向饱和电流集电极发射极反向饱和电流 ICEO（又又称之为穿透电流）称之为穿透电流）v ICEO：表示基极开路时，：表示基
18、极开路时，c、e之间加上一定之间加上一定反向电压时的集电极电流。如图反向电压时的集电极电流。如图3.1.10所示，所示，为其测量电路。为其测量电路。ICEOICBOICBO(1)ICBO11/18/20224111/18/202242v通常把通常把ICEO作为判断管子质量的重要依据，作为判断管子质量的重要依据，常温下，小功率硅管约为常温下，小功率硅管约为A级，锗管约为级，锗管约为mA级，和级，和ICBO一样，一样，ICEO也随温度的升高而也随温度的升高而增大，在温度变化范围大的工作环境中，应增大，在温度变化范围大的工作环境中，应选用硅管。选用硅管。11/18/202243v3.极限参数极限参数
19、v(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICMvICM 是指是指BJT 的参数变化不超过允许值时集的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。当集电极电流超过此电极允许的最大电流。当集电极电流超过此值时，管子的性能将显著下降，甚至烧坏管值时，管子的性能将显著下降，甚至烧坏管子。子。11/18/202244v(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗(功耗功耗)PCMvPCM：表示集电结上允许功率损耗的最大值。：表示集电结上允许功率损耗的最大值。当集电结上的功耗超过此值时，管子的性能当集电结上的功耗超过此值时，管子的性能变坏或烧坏管子。因为变坏或烧坏管子。因为PCMiC vCE1
20、1/18/202245v由上式可在输出特性曲线上画出管子的允许由上式可在输出特性曲线上画出管子的允许功率损耗线，如图功率损耗线，如图3.1.11所示。所示。PCM与环境温与环境温度有关，温度越高，度有关，温度越高，PCM值越小。值越小。v硅管的上限温度达硅管的上限温度达150oC；锗管则低的多，；锗管则低的多，约约70oC。11/18/202246转转9511/18/202247v(3)反向击穿电压反向击穿电压V(BR)EBO是指集电极开路时发射极是指集电极开路时发射极-基基极之间的反向电压。极之间的反向电压。V(BR)CBO是指发射极开路时集电极是指发射极开路时集电极-基基极之间的反向电压。
21、它决定于集电结的雪崩极之间的反向电压。它决定于集电结的雪崩击穿电压，其数值较高。击穿电压，其数值较高。11/18/202248vV(BR)CEO是指基电极开路时集电极是指基电极开路时集电极-发射极之间的反向电压。该电压与发射极之间的反向电压。该电压与BJT的穿透电流的穿透电流 ICEO直接相联系，一般直接相联系，一般V(BR)CEOV(BR)CEO，原因是基极电阻原因是基极电阻Rb对发射结有分流作用，延对发射结有分流作用，延缓了集电结雪崩击穿的产生。集电结击穿电缓了集电结雪崩击穿的产生。集电结击穿电压的测量如图压的测量如图3.1.12所示。所示。vBJT 电击穿后可以恢复，但出现热击穿将损电击
22、穿后可以恢复，但出现热击穿将损坏管子。坏管子。11/18/2022503.2共射极放大电路共射极放大电路v.放大电路基本组成放大电路基本组成v如图如图3.2.1所示。所示。v看看CAI课件课件(基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理)。11/18/20225111/18/202252v(1)双电源电路组成双电源电路组成vT：三极管，作用：电流放大元件；：三极管，作用：电流放大元件；vVBB：基极电源，：基极电源，Rb：基极偏置电阻，给发：基极偏置电阻，给发射结提供正向偏置；射结提供正向偏置；vVCC：集电极电源，：集电极电源，Rc：集电极负载电阻，：集电极负载电阻，给集电结结提供反向偏置
23、，同时给集电结结提供反向偏置，同时Rc的另一个的另一个作用是：把作用是：把T放大的电流信号转换为电压信放大的电流信号转换为电压信号，以电压的形式输出。号，以电压的形式输出。vCb1、Cb2：输入输出耦合电容。起隔直流通：输入输出耦合电容。起隔直流通交流的功能。交流的功能。11/18/202253v(2)单电源电路单电源电路v对于图对于图3.2.1为双电源电路为双电源电路(仅供分析时用仅供分析时用)，实际应用中大都采用图实际应用中大都采用图3.2.2(a)所示的单电源所示的单电源电路，即选取电路，即选取VBBVCC，只用，只用VCC一个电源，一个电源，只要合理选取只要合理选取Rb的值即可。的值即
24、可。转转5611/18/202254转转61转转6611/18/202255v(3)静态工作点：放大电路当交流输入信号静态工作点：放大电路当交流输入信号vi=0时，电路中三极管各极之间的直流电压时，电路中三极管各极之间的直流电压及各极直流电流值，称之为静态工作点。通及各极直流电流值，称之为静态工作点。通常用常用IB、IC、VCE、VBE等四个参数表示，一等四个参数表示，一般般VBE为已知为已知(0.7V或或0.2V)，电路计算只计算，电路计算只计算IB、IC、VCE三个量。对于图三个量。对于图3.2.1其工作点计其工作点计算如下；算如下；11/18/202256bBBbBEBBBRVRVVII
25、C IB，vCEVCCICRc对于图对于图3.2.2(a)所示电路，其静态工作点计所示电路，其静态工作点计算如下：算如下：bCCbBECCBRVRVVIIC IB，vCEVCCICRc11/18/202257v(4)放大原理放大原理va.放大过程放大过程v可用下列过程描述：可用下列过程描述：vi vBE iB iC vCE vo C1 T T Rc C2 交流交流(脉动脉动 脉动脉动 脉动脉动 脉动脉动)交流交流11/18/202258vb.放大作用的实质：放大作用的实质：利用放大器件的控制利用放大器件的控制作用，将直流电能转换为交流电能作用，将直流电能转换为交流电能。v注：注：放大放大作用是
26、针对作用是针对变化量变化量而言的。而言的。vc.正方向正方向vVBB、VCC的公共端称之为的公共端称之为“地地”，用符号，用符号“”表示表示。11/18/202259v为了分析方便。规定：为了分析方便。规定：v电压的正方向：电压以电压的正方向：电压以公共端为负端公共端为负端，其他，其他各各 端端 为为 正正 端，以端，以“”“”分别表示电分别表示电压的假定正方向；压的假定正方向；v电流的正方向：电流的正方向：vNPN型管：型管：流入为正，流出为负流入为正，流出为负；v PNP型管：型管：流流出出为正，流为正，流入入为负为负。v以箭头指向表示电流的正方向。以箭头指向表示电流的正方向。11/18/
27、202260v4.电路的习惯画法电路的习惯画法v如图如图3.2.2(b)所示所示.v5.放大电路的性能指标放大电路的性能指标衡量放大电路性能的好坏，一般用增益衡量放大电路性能的好坏，一般用增益(放大倍数放大倍数)、输入阻抗、输入阻抗(电阻电阻)、输出电抗、输出电抗(电电阻阻)、频率响应、带宽和非线性失真等指标来、频率响应、带宽和非线性失真等指标来衡量。衡量。11/18/202261v6.放大电路的分析方法放大电路的分析方法v主要有：主要有：图解分析法图解分析法和和小信号模型小信号模型(微变等效电路微变等效电路)分析法分析法。11/18/2022623.3图解分析法图解分析法v(先看先看CAI课
28、件课件)11/18/2022633.3.1静态分析静态分析v静态静态：当放大电路交流输入信号：当放大电路交流输入信号vi=0时，电时，电路中路中各处的电压、电流都是不变的各处的电压、电流都是不变的，此时，此时，电路的工作状态称之为直流工作状态，简称电路的工作状态称之为直流工作状态，简称为静态。为静态。v静态工作点：静态时，三极管各极之间的直静态工作点：静态时，三极管各极之间的直流电压及各极直流电流值，将在管子的特性流电压及各极直流电流值，将在管子的特性曲线上确定一个点曲线上确定一个点Q，这个点通常称之为静，这个点通常称之为静态工作点，简称为态工作点，简称为Q点点。11/18/202264v动态
29、动态：当放大电路交流输入信号：当放大电路交流输入信号vi 0时，时，电路中电路中各处的电压、电流处于变动状态各处的电压、电流处于变动状态，这时电路处于动态工作状态，简称为这时电路处于动态工作状态，简称为动动态态。v动态时动态时，三极管，三极管各极之间的电压各极之间的电压及及各极各极电流值电流值是是交直流共存交直流共存的。的。11/18/2022651Q点的估算点的估算v静态的分析方法有静态的分析方法有估算法估算法和和图解分析法图解分析法，此，此处先讨论估算法。处先讨论估算法。v例例3.3.1(P85)：电路如：电路如图图3.2.2b所示，试近似所示，试近似估算它的估算它的Q点。点。11/18/
30、202266(1)直流通路的画法直流通路的画法v画法要点：画法要点：电容电容可可以看成是以看成是开路开路的，的，电感电感可以看成是可以看成是短短路路的。的。v图图3.2.2b的直流通路的直流通路如左图所示。如左图所示。11/18/202267v(2)计算方法：计算方法：v先建立输入输出回路的电压方程式，然后求先建立输入输出回路的电压方程式，然后求解即可。解即可。v输入回路电压方程：输入回路电压方程：VCCIB Rb+VBE 所以，所以，(3.2.1b)(BECCbCCbBECCBVVRVRVVI时11/18/202268v三极管电流关系：三极管电流关系：IC IB (3.3.1)v输出回路电压
31、方程：输出回路电压方程：VCCIC Rc+VCE 所以，所以，VCEVCCICRc (3.3.2)11/18/202269v2.图解分析法图解分析法v如图如图3.3.1所示。所示。v(1)把电路分成两部分把电路分成两部分(图图a所示所示)。v(2)画出三极管的输出特性曲线画出三极管的输出特性曲线(图图b所示所示)在本电路中，由在本电路中，由 IBVBBRb=12V/300k40A，所以，所以，vCE和和iC关系就是三极管对应于关系就是三极管对应于iB=IB=40A的的一条输出特性曲线，即：一条输出特性曲线，即：转转7311/18/20227011/18/202271转转7411/18/2022
32、72 (3)画出直流负载线画出直流负载线v画法：画法：v由输出回路电压方程：由输出回路电压方程：vCE VCCiCRc (3.3.4)3.3.3()(40CECBBAIivfi11/18/202273v对上式，对上式，v令令iC0，则，则vCE VCC，在，在图图b坐标上可得坐标上可得M(12V,0mA)点；点；v令令vCE0,则则 viCVCCRc12V/4k=3mA，在，在 图图 b 坐坐 标标 上上 可可 得得N(0V,3mA)点。点。v连接连接M、N 两点画一条直线，直线两点画一条直线，直线MN称为称为直流负载线。直流负载线。11/18/202274v(4)确定确定Q点点v直流负载线直
33、流负载线MN与与IB40A的那一条输出特的那一条输出特性曲线的交点，及为静态工作点性曲线的交点，及为静态工作点(Q点点)。Q点点所对应的电压、电流值就是放大电路静态情所对应的电压、电流值就是放大电路静态情况下的电压和电流，查图可得：况下的电压和电流，查图可得：IB40A，IC1.5mA，VCE6V11/18/2022753.3.2动态分析动态分析v如图如图3.3.2所示。所示。v1.放大电路在输入正弦信号时的工作情况放大电路在输入正弦信号时的工作情况(RL=时时)v分析步骤：分析步骤：v(1)根据根据vi在输入特性曲线上求在输入特性曲线上求 iB(ib)。v(2)根据根据iB(ib)在输出特性
34、曲线上求在输出特性曲线上求 iC(ic)和和vCE(vce)。11/18/202276转转7811/18/202277v综上所述：综上所述：P88v当在放大电路输入端加入输入信号电压后，当在放大电路输入端加入输入信号电压后，iB、iC、vCE都在原来静态直流量的基础上叠都在原来静态直流量的基础上叠加了一个交流量，即加了一个交流量，即11/18/202278v因此，放大电路中电压、电流包含两个分量：因此，放大电路中电压、电流包含两个分量：v一个是静态工作情况决定的直流成分一个是静态工作情况决定的直流成分IB、IC、VCE；v另一个是由输入电压引起的交流成分另一个是由输入电压引起的交流成分ib、i
35、c和和vce。虽然这些电流、电压的瞬时值是变化的，。虽然这些电流、电压的瞬时值是变化的，但它们的方向始终是不变的。但它们的方向始终是不变的。11/18/202279vvCE交流分量交流分量vce(即经即经Cb2隔直后的交流输隔直后的交流输出电压出电压 vo)的幅度远比的幅度远比vi为大，且同为正弦波为大，且同为正弦波电压，体现了放大作用。电压，体现了放大作用。v 从图从图3.3.2中还可以看到，中还可以看到，vo(vce)与与vi相相位相反。这种现象称为位相反。这种现象称为放大电路的反相作用放大电路的反相作用，因而共射极放大电路又叫做反相电压放大器，因而共射极放大电路又叫做反相电压放大器，它是
36、一种重要的电路组态。它是一种重要的电路组态。11/18/202280v2.交流负载线交流负载线v当当RL时，如时，如RL4k，情况又如何呢？，情况又如何呢？v如图如图3.3.3(a)、(b)所示。静态时，由于所示。静态时，由于Cb2的的隔直流作用，隔直流作用，RL对对Q点无影响；但动态时，点无影响；但动态时，RL对交流信号的分流作用不可不加以考虑。对交流信号的分流作用不可不加以考虑。分析交流时电路的工作情况与直流时的情况分析交流时电路的工作情况与直流时的情况就有所不同。就有所不同。转转8411/18/202281转转8111/18/202282转转81转转8511/18/202283v(1)交
37、流通路交流通路v交流通路的画法交流通路的画法v要求：要求：v电容对交流信号可以看成是短路；电容对交流信号可以看成是短路；v电源内阻很小，可看成是短路。由此电源内阻很小，可看成是短路。由此可以画出放大电路的交流通路。可以画出放大电路的交流通路。v考虑放大电路负载电阻时，其交流负载考虑放大电路负载电阻时，其交流负载电阻为电阻为Rc、RL的并联，用的并联，用RL表示，即：表示，即：11/18/202284如图如图3.3.3(b)所示。所示。)6.3.3(LcLcLcLRRRRR R R(2)交流负载线的画法交流负载线的画法画法：由交流通路建立输出回路的电压方程式：画法：由交流通路建立输出回路的电压方
38、程式：vcevoi c RL因为，电路处于交、直流共存状态，所以应从因为，电路处于交、直流共存状态，所以应从交直流的电压、电流式中求出交直流的电压、电流式中求出vce、ic的表达式，的表达式，代入上式中。因为：代入上式中。因为：11/18/202285iCIC+ic，vCEVCE+vcev则：则：vcevCEVCE，iciCIC v把把()式代入式代入()式中，得式中，得vCEVCE(iCIC)RLv上式移项得：上式移项得：vCEVCE(iCIC)RL11/18/202286v对对()式令式令iC0，则，则vCEVAV CE+IC RL，v得得A点坐标为：点坐标为：A(VCE+IC RL)，0
39、，v过过Q点作直线点作直线 AQ且交纵轴于且交纵轴于B点，直线点，直线AB就是交流负载线就是交流负载线(如如图图3.3.4)。v该直线的斜率为：该直线的斜率为：1/R L。11/18/20228711/18/202288v(3)Q点的选择点的选择vQ点的位置直接影响了放大电路输出信号的点的位置直接影响了放大电路输出信号的质量。质量。vQ点的位置高，易产生饱和失真；点的位置高，易产生饱和失真；vQ点的位置低，易产生截止失真。点的位置低，易产生截止失真。v另外，当信号输入幅度大时，另外，当信号输入幅度大时，Q点应选得高点应选得高一些；当信号输入幅度小时，为了降低直流一些；当信号输入幅度小时，为了降
40、低直流电源电源VCC的能量消耗，的能量消耗，Q点应选得低一些点应选得低一些，当，当输入信号过大时，易出现过荷失真。输入信号过大时，易出现过荷失真。11/18/202289v3.BJT的区域划分的区域划分v(1)饱和区饱和区v如如图图3.3.5所示，曲线所示，曲线0A与纵轴所包围的区域。与纵轴所包围的区域。v0A曲线称为临界饱和区线曲线称为临界饱和区线，该区域，该区域IB失去了失去了对对IC的控制作用。晶体管的控制作用。晶体管c、e之间的管压降之间的管压降称为饱和压降。称为饱和压降。11/18/202290v小功率管硅管：一般为小功率管硅管：一般为0.3V0.5V；v小功率锗管：一般为小功率锗管
41、：一般为0.1V左右。晶体管相当左右。晶体管相当于于c、e间短路。间短路。v此区，发射结、集电结均正偏。此区，发射结、集电结均正偏。转转9311/18/20229111/18/202292v(2)截止区截止区v如如图图3.3.5所示，所示，IB0与横轴所包围的区域。与横轴所包围的区域。v该区，该区，ICICEO0，VCEVCC，晶体管相当于，晶体管相当于c、e间开路。间开路。v此区，发射结、集电结均反偏。此区，发射结、集电结均反偏。11/18/202293v(3)过耗区过耗区v如如图图3.1.11所示所示(P80)，此区由于功耗过大易，此区由于功耗过大易烧坏管子。烧坏管子。11/18/2022
42、94v(4)线性放大区线性放大区v饱和区、截止区和过耗区所包围的区域，为饱和区、截止区和过耗区所包围的区域，为线形放大区。线形放大区。v该区晶体管处于放大状态，该区晶体管处于放大状态，iCiB (ici B)，输入信号与输出信号基本成线形关系。输入信号与输出信号基本成线形关系。v此区，此区，发射结正偏发射结正偏，集电结反偏集电结反偏。11/18/2022953.4 小信号模型分析法小信号模型分析法(微变等效电路分析法微变等效电路分析法)v3.4.1BJT小信号建模小信号建模v如图如图3.4.1所示。所示。11/18/20229611/18/202297v一个双口有源器件组成的网络，可以选择一个
43、双口有源器件组成的网络，可以选择vi、vo及及ii、io这四个参数中的两个作为自这四个参数中的两个作为自变量，其余两个作为因变量，就可得到不变量，其余两个作为因变量，就可得到不同的网络参数，如同的网络参数，如Z参数参数(开路阻抗参数开路阻抗参数)，Y参数参数(短路导纳参数短路导纳参数)，H参数参数(混合参数混合参数)等。等。H参数在低频时用的较广泛参数在低频时用的较广泛。11/18/202298v1.BJT H 参数的引出参数的引出v如如图图3.4.2所示。所示。v图图(a)的输入、输出回路的电压、电流之间的的输入、输出回路的电压、电流之间的关系可分别表示为：关系可分别表示为：vBEf1(iB
44、，vCE)iC f2(iB，vCE)11/18/202299转转106转转10911/18/2022100v由于已假定由于已假定BJT是在小信号下工作，考虑电是在小信号下工作，考虑电压、电流之间的微变关系，对上两式求全微压、电流之间的微变关系，对上两式求全微分，得：分，得：参看参看P94式式(3.4.13.4.2)2.4.3()1.4.3(CECECBBCcCECEBEBBBEBEBCEBCEdvvidiiididvvvdiivdviviv11/18/2022101v上式中，上式中，dvBE、dvCE及及diB、diC等表示无限等表示无限小的信号增量，假定在小信号作用下，及电小的信号增量，假定
45、在小信号作用下，及电压电流的变化没有超出特性曲线的线形范围压电流的变化没有超出特性曲线的线形范围时，无限小的信号增量可以用有限的增量来时，无限小的信号增量可以用有限的增量来表示，即可以用电压、电流的交流分量来代表示，即可以用电压、电流的交流分量来代替，则式替，则式(3.4.1)、(3.4.2)可写成下列形式：可写成下列形式：11/18/2022102vbe=hie ib+hrevce(3.4.3)ic=hfeib+hoev ce(3.4.4)或或ceboerefeiecbevihhhhiv转转106转转10911/18/2022103v式中，式中，hie、hre、hfe、hoe称为称为BJT在
46、共发接法在共发接法时的时的H参数，其中：参数，其中：；时；)无量纲(或称为称为电流放大)传输比(的电电传输系称为为输出端交流短路)(单位为欧姆 ,的输输电称为为输出端交流短路CECEvBCfevBBEieiihivh11/18/2022104(S).单位为西门子,电导时的输入端交流开称为；)无量纲()传输比(系数 电端交流开称为CECCEBEB出路输传输压路时的反向输入Bioeirevihvvh 由于这四个参数的量纲各不相同，因此，由于这四个参数的量纲各不相同，因此，这种参数系统是不同量纲的混合，故称为混合这种参数系统是不同量纲的混合，故称为混合参数。参数。11/18/2022105v2.H
47、参数小信号模型参数小信号模型v(1)小信号模型的引出小信号模型的引出v由由(3.4.3)式与式与图图3.4.2(a)结合可以看出，晶体结合可以看出，晶体管输入回路的输入电压管输入回路的输入电压vbe是由两部分构成，是由两部分构成，hieib表示表示ib在在hie上的电压降；上的电压降；11/18/2022106vhrevce表示输出电压表示输出电压vce(通过集电结结电通过集电结结电容容)对输入回路的反作用，它是一个受对输入回路的反作用，它是一个受控电压源控电压源(受控于受控于vce)；用一个电压源来；用一个电压源来表示。可用图表示。可用图3.4.2(b)左边部分的等效左边部分的等效电路来等效
48、。电路来等效。11/18/202210711/18/2022108v由由(3.4.4)式与式与图图3.4.2(a)结合可以看出，晶体结合可以看出，晶体管输出回路的输入电流管输出回路的输入电流iC也是由两部分构成，也是由两部分构成，hfeib表示表示ib在输出回路产生的电流，用一个电在输出回路产生的电流，用一个电流源表示，它是一个受控电流源流源表示，它是一个受控电流源(受控于受控于ib)；hoevce表示输出电压表示输出电压vce在输出电阻在输出电阻(1hoe)上上产生的电流，可用图产生的电流，可用图3.4.2(b)右边部分的等效右边部分的等效电路来等效。电路来等效。11/18/2022109v
49、由此得到包含四个由此得到包含四个H 参数的参数的BJT的小信号模的小信号模型，既型，既BJT的的H参数等效电路参数等效电路(如图如图3.4.3所所示示)，这就是把，这就是把BJT线性化线性化后的线性模型。在后的线性模型。在电路的分析计算中，利用此模型，可使电路电路的分析计算中，利用此模型，可使电路的计算大大简化。的计算大大简化。转转11211/18/202211011/18/2022111v(2)关于小信号模型的讨论关于小信号模型的讨论v等效电流源等效电流源hfeib是通过电路分析而虚拟是通过电路分析而虚拟出来的，它只是代表出来的，它只是代表BJT的电流控制作用，的电流控制作用，而非而非BJT
50、本身所具有的能源，当本身所具有的能源，当ib0时，该时，该电流源就不存在了，即它从属于电流源就不存在了，即它从属于ib，所以称，所以称之为受控电流源。之为受控电流源。11/18/2022112v hfeib的电流流向是由的电流流向是由ib(也就是也就是vbe)来决来决定的，不能随意假定，否则就会得出错误的定的，不能随意假定，否则就会得出错误的结论。结论。v同理，同理，hrevce也是一个受控源，也具有从属性，也是一个受控源，也具有从属性，它在电路中的极性也不能随意假定。它在电路中的极性也不能随意假定。11/18/2022113v放大电路在工作时，放大的是变化量放大电路在工作时，放大的是变化量(
