1、12:524.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)4.2 共射极放大电路共射极放大电路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电路共集电极放大电路和共基极电路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第四章 双极结型三极管及放大电路基础12:524.1 双极型双极型晶体管晶体管(BJT)4.1.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型12:52BECNN
2、P基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高BJT的结构特点12:52BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结12:524.1.2 放大状态下放大状态下BJT工作原理工作原理BECNN+PVEERBVCC基区空穴向发基区空穴向发射区的扩散形射区的扩散形成成IEP。IBN进入进入P区的电子少部分与区的电子少部分与基区的空穴复合，形成基区的空穴复合，形成电流电流IBN ，多数扩散到集，多数扩散到集电结电结。发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不发射区电子不断向基区扩散
3、，断向基区扩散，形成发射极电形成发射极电流流IEN。1.BJT1.BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程IENIE=IEN+IEP IENIEP从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子，漂移子，漂移进入集电进入集电结而被收结而被收集，形成集，形成ICN。ICN集电结反偏，有少集电结反偏，有少子形成的反向电流子形成的反向电流ICBO。ICBOIB=IEP+IBN-ICBOIC=ICN+ICBOICN=IEN-IBNIB=IEP+IEN-ICN-ICBO=IE-IC前提条件：发射结正偏集电结反偏12:52BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICP
4、NP型三极管型三极管12:52(a)ceiEiCb(b)cebiBiC(c)输出回路输入回路ecbiBiE 晶体管的三种基本接法(a)共发射极；(b)共集电极；(c)共基极 12:522.BJT2.BJT的电流分配关系的电流分配关系1ECNII 为了反映扩散到集电区的电流ICN与射极注入电流IE的比例关系，定义共基极直流电流放大系数为CBOECIIIECIICBOBCIII111CBOCEOII11CBOI)1(BCIICBEIIIBI)1(称为集电极与发射极间反向饱和电流称为集电极与发射极间反向饱和电流CBOCNCIIIBCEIII 反映BJT在共发射极连接时集电极电流IC受基极电流IB控制
5、的关系称为称为共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数12:524.1.3 BJT的的V-I特性曲线特性曲线 测试线路测试线路iCmA AVVvCEvBERBiBVccVBBBJTBJT的的V-IV-I特性曲线特性曲线能直观地描述各极间能直观地描述各极间电压电压和和电流电流的关系的关系1.共射极连接时的共射极连接时的V-I输入特性输入特性12:52工作压降：工作压降：硅管硅管vBE 0.60.7V,锗管锗管vBE 0.20.3V。死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.2V。vCE 1ViB(A)vBE(V)204060800.40.8vCE=0VvCE=0.5V vCE一
6、定时一定时iB与与vBE的关系的关系)(BEBvfi 常数CEv|(1)输入特性输入特性iCmA AVVvCEvBERBiBVccVBB12:52当当vCE大大于一定于一定的数值的数值时，时，iC只只与与iB有关，有关，iC=iB。iB一定时一定时vCE 与与iC的关系的关系iC(mA )1234vCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足iC=iB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）。)(CECvfi 常数Bi|(2)输出特性输出特性iCmA AVVvCEvBERBiBVccVBB12:52iC(mA )1234vCE(V)36912IB
7、=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中vCE vBE,集电结正偏，集电结正偏，iBiC，vCE 0.3V称称为饱和区。为饱和区。)(CECvfi 常数Bi|此区域中此区域中:vBEiC，vCE 0.3V 截止区：截止区：vBE 死区电压，死区电压，iB=0，iC=ICEO 0 其它状态其它状态12:52例：测量三极管三个电极对地电位如图 试判断三极管的工作状态。放大截止饱和2VT8V3V3.7V(a)T12V3V(b)T3.3V3V3.7V(c)12:524.1.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数共发射极直流电流放大系数1.电流放大系数电流放大系数BCEOCIII B
8、CII/共基极直流电流放大系数ECBOCIII ECII/(1)直流电流放大系数显然，1，一般约为0.970.99。1112:52工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为基极电流的变化量为 iB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 iC，则共发则共发射极射极交流电流放大系数交流电流放大系数为：为：常数CEviiBC(2)交流电流放大系数共发射极共发射极交流电流放大系数交流电流放大系数共基极共基极交流电流放大系数交流电流放大系数常数CBECvii12:52例：例：VCE=6V时时：IB=40 A,
9、IC=1.5 mA；IB=60 A,IC=2.3 mA。5.3704.05.1_BCII4004.006.05.13.2BCII在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=12:52(1)集电极集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。2.极间反向电流极间反向电流12:52BECNNPICBOICEO=ICBO+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区，形成区，形成IBE。根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBE的存的存在，必
10、有电流在，必有电流 IBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO(2)集电极集电极-射极反向饱和电流射极反向饱和电流ICEOICEO受温度影响受温度影响很大，当温度上很大，当温度上升时，升时，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相应增加。相应增加。三极三极管的温度特性较管的温度特性较差差。+-+-穿透电流12:52(1)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上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。3.极限参数极限参数12:52(2)集电极最大允许耗
11、散功耗集电极最大允许耗散功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管，所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC=iCvCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMiCvCEiCvCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作区安全工作区12:52V(BR)CEO指基极开路时，集电极发射极间的反向击穿电压(3)反向击穿电压反向击穿电压V(BR)EBO指集电极开路时，发射极基极间的反向击穿电压V(BR)CBO指发射极开路时，集电极基极间的反向击穿电压普通晶体管该电压值比较小，只有几伏当集-射极之间的电压VCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿
12、手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压V(BR)CEO12:524.1.5 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 BJT参数的影响参数的影响(1).温度对温度对ICBO的影响的影响(2).温度对温度对的影响的影响(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的影响的影响对温度非常敏感，温度每升高10，ICBO增加一倍温度升高，增加温度升高，V(BR)CBO、V(BR)CEO增加12:52(1)温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响iBvBE25C50C2.温度对温度对 BJT特性曲线的影响特性曲线的影响(2)温度对输出特
13、性的影响温度对输出特性的影响iCvCE温度升高，vBE减小温度升高，ICBO、ICEO、增大输出特性曲线上移12:52半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母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用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管12:52双极型三极管的参数 参
14、数型 号 PCM mW ICM mAVBR CBO VVBR CEO VVBR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126*83BX31C 125 125 40 246*83CG101C3CG101C 100 30 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5W 5A 300 25042mA3DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DG23250W 30A 400 325 812:52 4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路放大的概念放大的概念电子学中
15、放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：端网络表示，如图：vivoAv放大的实质：在小信号的作用下，将直流能变为交流能。12:52放大电路的性能指标放大电路的性能指标一、电压放大倍数一、电压放大倍数Avvi 和和vo 分别是输入和输出电压分别是输入和输出电压的有效值。的有效值。二、输入电阻二、输入电阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提
16、供信号，那么就要从信号源取电流。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AVitVtvtiovvvAttiivR12:52三、输出电阻三、输出电阻RoAvVS放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我们而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。等效电路的内阻就是输出电阻。RoVS12:52如何确定电路的输
17、出电阻如何确定电路的输出电阻Ro？步骤：步骤：1.所有的电源置零所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。加压求流法。vtit方法一：方法一：计算。计算。0SvivRttoAvVS12:52方法二：方法二：测量。测量。vo1.测量开路电压。测量开路电压。RoVs2.测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。RoVsRLvo步骤：步骤：3.计算。计算。LoooRvvR112:52四、通频带四、通频带fAvAvm0.7AvmfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fHfL放大倍数放大倍数随频率变随频率变化曲
18、线化曲线12:52符号规定符号规定VA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。vA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。va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。vAva全量全量vA交流分量交流分量vatVA直流分量直流分量 12:52 4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理12:52(a)ceiEiCb(b)cebiBiC(c)输出回路输入回路ecb
19、iBiE 晶体管的三种基本接法(a)共发射极；(b)共集电极；(c)共基极 12:524.2.1 共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成参考点参考点Rb+VCCVBBRcC2Tvs+-+-+-vBEvCEiBiCiE图4.2.1 基本共发射极放大电路12:52VCCvivoRbVBRCCb1Cb2T+-+-共发射极放大电路放大元件放大元件iC=iB，工作，工作在放大区，要保证集电在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。结反偏，发射结正偏。隔离输入、输出与隔离输入、输出与电路直流的联系，电路直流的联系，同时能使信号顺利同时能使信号顺利输入输出。输入输出。基极电源与基极基极电源与基极电阻使发
20、射结正电阻使发射结正偏，并提供适当偏，并提供适当的静态工作点。的静态工作点。集电极电源，为集电极电源，为电路提供能量。电路提供能量。并保证集电结反并保证集电结反偏。偏。耦合电容耦合电容集电极电阻，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。注意耦合电容的注意耦合电容的极性！极性！+12:52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+VCCVBRCCb1Cb2T12:52单电源供电电路单电源供电电路+VccRcCb1Cb2TRb12:52 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在放大电路中各点的电压或电流都是在
21、静态直静态直流流上附加了小的上附加了小的交流信号交流信号。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。直流所走的通道是不同的。交流通道：交流通道：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通道：直流通道：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道分析。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。在放大器没有输入信号（vi=0)时
22、电路各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或者静止状态，简称静态rd=VT/ID12:52IR=RVIL=sLV器件器件I/VI/V关系关系DC DC 模型模型ACAC模型模型电阻电容IC=sCV电感二极管ID=IS(eVD/VT-1)独立电压源VS=常数独立电流源IS=常数直流分析与小信号分析时的元件转换+-12:52例：例：对直流信号（只有对直流信号（只有+Vcc）开路开路开路开路RB+VccRCC1C2T直流通道直流通道RB+VccRC12:52对交流信号对交流信号(输入信号输入信号vi)短路短路短路短路置零置零RBRCRLvivo交流通路交流通路RB+VCCRCC1C2TRL
23、vovi12:52 4.3 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计算机仿真计算机仿真12:52vi=0时时由于电源的由于电源的存在存在IBQ 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQRB+VccRCC1C2T4.3.1 图解图解分析法分析法静态工作点静态工作点在静态时，三极管各电极的直流电压和直流电流的数值，在管子的特特性曲线上性曲线上所确定的一个点，称静态工作点，通常称为Q点。12:52IBQICQVBEQVCEQ(ICQ,VCEQ)(IBQ,VBEQ)RB+VccRC
24、C1C2T12:52静态工作点的估算静态工作点的估算（1）根据直流通道估算）根据直流通道估算IBQIBQVBERB称为称为偏置电阻偏置电阻，IBQ称为称为偏置电流偏置电流。+Vcc直流通道直流通道RBRCBBECCBQRVVIBCCRV7.0BCCRViDVccvD-+12:52（2）根据直流通道估算）根据直流通道估算VCEQ、ICQICQVCEQCEOBQCQIIIBQI直流通道直流通道RBRC+VCCCCQCCCEQRIVVIBQ12:52例：例：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：解：注意电路中注意电路中
25、IBQ 和和ICQ 的数量级。的数量级。A40mA04.030012BCCBQRVImA5.104.05.37BQBQCQIIIV645.112CCQCCCEQRIVV注意单位！+VccRBRCIBQICQVCEQ12:52iBvBE直流通道直流通道RB+VCCRCvBEiB满足什么关系？满足什么关系？1.三极管的输入特性。三极管的输入特性。2.vBE=VCCiBRB 。1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析BCCRVVCCQ与输入与输入特性的特性的交点就交点就是是Q点点(1)(1)输入回路输入回路iBvBE4.3.2 静态工作点的图解分析IBQVBEQ(a)输入回路的图解分析12:52
26、iCvCEvCEiC满足什么关系？满足什么关系？1.三极管的输出特性。三极管的输出特性。2.vCE=VCCiCRC 。iCvCEVccQ直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IBQ直流通道直流通道RB+VccRCCCCRV(2)(2)输出回路输出回路ICQVCEQ4.3.2 静态工作点的图解分析(b)输出回路的图解分析12:52(IBQ,VBEQ)和和(ICQ,VCEQ)分别对应于输入输出分别对应于输入输出特性曲线上的一个点特性曲线上的一个点-静态工作点静态工作点(Q Q点）点）。iBvBEQIBQVBEQQVCEQICQiCvCE12:52先估算先估算 IBQ，然
27、后在输出特性曲线上作出，然后在输出特性曲线上作出直直流负载线流负载线，与，与 IBQ 对应的输出特性曲线与直流对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是负载线的交点就是Q点。点。QVccCCCRVBBECCBQRVVIiCvCE12:52交流负载线交流负载线ic其中：其中：CLLRRR/vceRBRCRLvivo交流通路交流通路LcecRvi112:52iC 和和 vCE是全量，与交流量是全量，与交流量ic和和vce有如下关系有如下关系所以：所以：即：交流信号的变化沿着斜率为：即：交流信号的变化沿着斜率为：LR1的直线。的直线。这条直线通过这条直线通过Q点，称为点，称为交流负载线交流负载线。Cc
28、iiCEvvceLCRviCE112:52交流负载线的作法交流负载线的作法VCCQIBQ过过Q点作一条直线，斜率为：点作一条直线，斜率为：LR1交流负载线交流负载线CCCRViCvCE12:52iBvBEQvCE怎么变化怎么变化假设假设vBE有一微小的变化有一微小的变化ibtibtictvit2.2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析+VccVccR Rc cC Cb1b1C Cb2b2T TR Rb bvivovCEiBiCiCvCE12:52vCE的变化沿一的变化沿一条直线条直线vce相位如何相位如何vce与与vi反相！反相！ictvcet+VccVccR Rc cC Cb1b1
29、C Cb2b2T TR Rb biCvCE12:52各点波形各点波形vitiBtiCtvCEtvotRB+VccRCC1C2viiCvCEvoiB图4.3.4 共射极放大电路中的电压、电流波形12:523.静态工作点对波形静态工作点对波形失真的影响失真的影响在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线非线性失真性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在
30、设置在交流交流负载线负载线的中间部分。如果的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。止区或饱和区，造成非线性失真。12:52vo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号(1)选择静态工作点选择静态工作点ib+VccVccR Rc cC Cb1b1C Cb2b2T TR Rb biCvCE12:52iCvCEvo(2)Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区放大电路产生放大电路产生截止失真截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ib+VccVccR Rc cC Cb1b1C Cb2b2T TR Rb bib最小为0，VBE小于死区电压i
31、C最小为0vo最大为VCCiC12:52(3)Q点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区放大电路产生放大电路产生饱和失真饱和失真ib输入波输入波形形vo输出波形输出波形+VccVccR Rc cC Cb1b1C Cb2b2T TR Rb bic最大为VCC/RC，vO=0iCvCE12:52 由于受晶体管截止和饱和的限制，放大器的不失真输出电压有一个范围，其最大值称为放大器输出动态范围。LCQRIVomCESCEQVVVom而因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度则为因受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为(3)最大不失真输出电压最大不失真输出电压12:52Vopp则为该幅度的两
32、倍，即 Vopp=2Vom为了充分利用晶体管的放大区，使输出动态范围最大，直流工作点应选在交流负载线的中点处。式中，VCES表示晶体管的临界饱和压降，一般取为1V。比较以上二式所确定的数值，其中较小的即为放大器最大不失真输出电压的幅度，而输出动态范围12:52实现放大的条件实现放大的条件1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.输出回路将变化的集电极电流转化成
33、变化的集电输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容只输出交流信号。极电压，经电容只输出交流信号。12:52 根据上述交流图解分析，可以画出在输入正弦电压下，放大管各极电流和极间电压的波形，如图所示。观察这些波形，可以得出以下几点结论：(1)放大器输入交变电压时，晶体管各极电流的方向和极间电压的极性始终不变，只是围绕各自的静态值，按输入信号规律近似呈线性变化。(2)晶体管各极电流、电压的瞬时波形中，只有交流分量才能反映输入信号的变化，因此，需要放大器输出的是交流量。(3)将输出与输入的波形对照，可知两者的变化规律正好相反，通常称这种波形关系为反相或倒相。12:52VCCvCEQc
34、ccRV直流负载线直流负载线VCEQICQRLVCES图解法总结IBQ交流负载线交流负载线,斜率为斜率为LR 1iCvCE12:52例：例：=50，VCC=12V，RB=70k，RC=6k 当当VBB=-2V，2V，5V时，时，晶体管工作于哪个区？晶体管工作于哪个区？当当VBB=-2V时：时：ICQVCEQIBQVCCRBVBBCBERCVBEIBQ=0，ICQ=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区 mA2612maxCCCCRVI12:52例：例：=50，VCC=12V，RB=70k，RC=6k 当当VBB=-2V，2V，5V时，时，晶体管工作于哪个区？晶体管工作于哪个区
35、？IC Icmax(=2 mA)，Q位于饱和区。位于饱和区。(实际上，此时实际上，此时IC和和IB 已不是已不是 的关系）的关系）5mA03mA061050.IIBCmA061070705.RVVIBBEBBBQ12:52三极管模型的建立三极管模型的建立h(hybrid)参数参数低频低频4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三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，从而极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可以把三极管这个非线性器件非线性器件所组成的电路当作所组成的电路当作线性线
36、性电路来处理。电路来处理。1.1.BJT的的H H参数的及小信号模型参数的及小信号模型双口有源器件i1i2vivo-+-+图4.3.10 双口网络交流交流小信号小信号12:52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在小信号情况下，在小信号情况下，上两式取全微分得上两式取全微分得CECEBEBBBEBEBQCEQdvvvdiivdvIVCECECBBCBQCEQdvvidiiidIVCi对于对于BJT双口网络，我们已经知道输入输双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：出特性曲线如下：iC=f2(iB,vCE)vBE=f1(iB,
37、vCE)(1)BJT(1)BJT的的H H参数的引出参数的引出i:输入r:反向传输f:正向传输o:输出vBEiBvCEcbeiC+-+-T图图4.3.11(a)BJT在共发在共发射极连接时的双口网络射极连接时的双口网络12:52CEQBBEie Vivh输出端交流短路(vce=0,vCE=VCEQ)时的输入电阻输出端交流短路时的正向电流传输比输入端交流开路(ib=0,iB=IBQ)的反向电压传输比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 H参数）。参数）。CEQBCfe ViihBQCEBEre IvvhBQCECoe
38、 Ivihceboefereiecbevihhhhivcebcerbevirr1小信号下b-e间动态电阻，r rbebe电流放大系数r1/rce12:52hrevce+-(2)BJT(2)BJT的的H H参数参数参数小信号模型（微变等效电路）参数小信号模型（微变等效电路）oeh1ibicvcevbe+-+-ceboefereiecbevihhhhivhiehfeib图图4.3.11(b)H参数小信号模型参数小信号模型12:52rce很大，很大，一般忽略。一般忽略。等等效效vbeibvceiccbe(3)(3)小信号模型的简化小信号模型的简化r vce+-ceribicvcevbe+-+-rbe
39、 ibr很小，很小，一般忽略。一般忽略。erbe ibibbcic+-+-vbevce图图4.3.12 BJT4.3.12 BJT的简化小信号模型的简化小信号模型12:52发射结电阻发射结电阻基区体电阻基区体电阻.输入回路输入回路iBvBE当信号很小时，将输入特性当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。在小范围内近似线性。vBE iB对输入的小交流信号而言，对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻三极管相当于电阻rbe。rbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：对于小功率三极管：(mA)(mV)(1200ETbeIVr0.1mAIEQ1/CE忽略RB影响CE)
40、1(ECCEC12:52波特图:确定fL1、fL2和fL3，分别做出三条曲线，然后相加。beSLsM321sMs/11/11/11rRRAjffjffjffAAvLLLvv12:52耦合电容耦合电容和和旁路电容旁路电容的选择的选择1.耦合电容耦合电容2.旁路电容旁路电容)()()(21)103(2121ffRRRCRRRCRfCCLOiSL几十几)(1)r(R/Re21)31(beSffRRfCeeLe几百几十12:52钽电容12:52求放大倍数求放大倍数Av、Ri和和Ro。分别求分别求C1、C2、C3引起的电路下限频率引起的电路下限频率fl1、fl2、fl3=?RB1C1RE1viT1RB2
41、+VccC2C3RE2voT2RLRSVS12:524.7.3 单级放大电路的高频响应单级放大电路的高频响应一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模模型的引出模型的引出互导互导CECEEBCEBCmVVvivig ecbbrbe-发射结发射结电阻电阻re归算到归算到基极回路的电基极回路的电阻阻rbb-基区基区的体电阻，的体电阻，-集电结电阻集电结电阻rbc-发射结电容发射结电容Cbe -集电结电容集电结电容 Cbce bmVg混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型rceceVrbe+bceebmVgbCbeVbebeVrbbCbcrbc+cIbI12:52模型简化模型简化 cecbr
42、r和和忽忽略略 一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模模型的引出模型的引出rceceVrbe+bceebmVgbCbeVbebeVrbbCbcrbc+cIbI+bceVrbe+ceebmVgbCbeVbebeVrbbCbc+cIbI12:52又因为又因为所以所以模型参数的获得模型参数的获得（与（与H参数的关系）参数的关系）低频时，混合低频时，混合 模型与模型与H参数模型等效参数模型等效ebbbberrrebbebrIVbebmIVg所以所以又又 rbe=rb+(1+)re ETb)1(IVrETeb)1(IVrebbebbrrrTmeb2 fgC从手册中查出 TcbfC和TEebmVI
43、rg一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模+bceVrbe+ceebmVgbCbeVbebeVrbbCbc+cIbIceVrbe+bceebmVgbVbebeVrbb+cIbI图3.7.5 BJT的高频小信号模型BJT的低频小信号模型12:52 的的频率响应频率响应由H参数可知CEBCfeViih 即0bcce VII 根据混合模型得cbebebmc1/j CVVgI)/1/1/(cbebebbeb CjCjrIV 低频时低频时ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 当当cbm Cg 时，时，ebcbeb0)(j1 rCC 一、一、BJT的高频小信号
44、建模的高频小信号建模+bceVrbe+ceebmVgbCbeVbebeVrbbCbc+cIbI12:52共发射极截止频率共发射极截止频率ebcbeb0)(j1 rCC 的幅频响应令令ebcbeb)(21 rCCf 则则20)/(1 ff f特征频率特征频率Tfebmcbebm0T2)(2 CgCCgff fff T共基极截止频率共基极截止频率 f一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模 的的频率响应频率响应当=1时对应的频率称为特征频率fT，且有fT0f 当20lg下降3dB时,频率f称为共发射极接法的截止频率12:522.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路
45、型高频等效电路等效电路等效电路RsReRc-+-+bceoVsV+boVrbeceebmVgbCbeVberbbCbcRc+RssV(a)(b)图 3.7.8(a)共射极放大电路的简化交流通路(b)高频小信号等效电路12:52对节点对节点 c 列列KCL得得电路简化电路简化0j)(cbebocoebmCVVRVVgcb C忽略 的分流得ebcmo VRgVcboebj)(cbCVVIC又因为称为称为密勒电容密勒电容MCcbcmebMj)1(1cbCRgIVZC则则表示表示若用若用个电容个电容之间存在一之间存在一和和相当于相当于 ,e b MC cbcmM)1(CRgC等效后断开了输入输出之间的
46、联系等效后断开了输入输出之间的联系+boVrbeceebmVgbCbeVberbbCbcRc+RssVcbcIZM+boVrbeceebmVgbCbeVberbbRc+RssVCM12:52电路简化电路简化最后最后MebCCC ebbbs/)(rrRRsebbbsebsVrrRrV +boVrbeceebmVgbCbeVberbbRc+RssVCM12:52高频响应高频响应MebCCC ebbbs/)(rrRRsebj11VRCV ebcmo VRgVsebbbsebsVrrRrV 由电路得由电路得)/j(1H0soHffAVVAVV 电压增益频响电压增益频响又又其中其中ebbbsebcm0
47、rrRrRgAVRCf 21H 低频增益低频增益上限频率上限频率+oVceebmVgbVbeRc+RsVC+12:52增益增益-带宽积带宽积0VAcmRgebbbseb rrRr HfRC 21 ebbbsebcm rrRrRg)1()(2cmcbebbbscmRgCCrRRg 1)1(cbcmeb CRgC 2/)(ebbbs rrRBJT 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12:52sIebm Vg)j/1/(ebebeb CrV 高频响应高频响应列列 e 点的点的KCL0 oIebm Vg而而所以电流增益为所以电流增益为eb0m rg soIImeb00/j1)
48、1/(gC meb0/j1 gC 其中其中 iVVVA0电压增益为电压增益为 sscoRIRI0001 meb0/j11gCRRsc 其中其中 ebmH2 Cgf)/j(11H0ffRRsc Tf 特征频率特征频率 sRbb rcb C忽略忽略3.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应12:52几个上限频率的比较几个上限频率的比较TebmHb2fCgf )1(/)(21 cbcmebebbbsHe CRgCrrRf 的的上限频率上限频率ebcbeb)(21 rCCf 特征频率特征频率共基极上限频率共基极上限频率 ff0T 共发射极上限频率共发射极上限频率THbHeffff 共基极电路
49、频带最宽，无密勒电容共基极电路频带最宽，无密勒电容3.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应12:52单级放大电路波特图综合：总电压放大倍数总电压放大倍数的复数形式为beSLsMHL2L1sMs/11/11/11rRRAfjfjffjffAAvvv12:52多级放大电路的频率特性二、二、波特图波特图一、频率特性关系式一、频率特性关系式n1kvk3v2v1vvAAAAAn1kvk2v1vvA20lgAlg20Alg20Alg20n1kk212H22H1Hf1f1f12L22L1Lfff12:52半导体三极管是由两个PN结组成的三端有源器件。有NPN型和PNP型两大类，两者电压、电流的实
50、际方向相反，但具有相同的结构特点，即基区宽度薄且掺杂浓度低，发射区掺杂浓度高，集电结面积大，这一结构上的特点是三极管具有电流放大作用的内部条件。三极管是一种电流控制器件，即用基极电流或发射极电流来控制集电极电流，故所谓放大作用，实质上是一种能量控制作用。放大作用的实现，依赖于三极管发射结必须正向偏置、集电结必须反向偏置这一条件的满足，以及静态工作点的合理设置。12:52三极管的特性曲线是指各极间电压与各极电流间的关系曲线，最常用的是输出特性曲线和输入特性曲线。它们是三极管内部载流子运动的外部表现，因而也称外部特性。器件的参数直观地表明了器件性能的好坏和适应的工作范围，是人们选择和正确使用器件的
