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1、3.1 半导体三极管（BJT）,3.2 共射极放大电路,3.3 图解分析法,3.4 小信号模型分析法,3.5 放大电路的工作点稳定问题,3.6 共集电极电路和共基极电路,3.7 放大电路的频率响应,3 半导体三极管及放大电路基础,学习指导,小结,3.8 多级放大电路,作业,学习目标： 1、掌握BJT的电流分配关系、放大条件及放大工作原理； 2、掌握静态、动态、直流通路、交流通路、频率特性及温度漂移等基本概念； 3、掌握结合具体电路进行合理近似的估算法； 4、学会用图解法分析放大电路的静态、动态工作情况； 5、熟练掌握运用小信号模型等效电路法计算放大电路的动态性能指标； 6、熟练掌握共射（包括工
2、作点稳定电路）、共集和共基放大电路的工作原理及特点； 7、掌握放大电路频率特性的相关概念； 8、会画出近似波特图； 9、定性了解多级放大电路频带宽度与单级的关系 。 10、多级放大电路的分析,3.1.1 BJT的结构简介,3.1 半导体三极管（BJT）,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,3.1.3 BJT的特性曲线,3.1.4 BJT的主要参数,BJT是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。由于两个PN结之间的相互影响，使BJT表现出不同于单个PN结的特性而具有电流放大作用，从而使PN结的应用发生了质的飞跃。,3.1.1 BJT的结构简介,半导体三极管的结构示意图如下图所示。它有
3、两种类型:NPN型和PNP型。 两种类型的三极管,发射结(Je),集电结(Jc),基极，用B或b表示（Base）,发射极，用E或e 表示（Emitter）；,集电极，用C或c 表示（Collector）。,发射区,集电区,基区,三极管符号,结构特点：,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；,基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,管芯结构剖面图,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,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。 外部条件：发射结正偏，集电结反偏。,发射区：发射载流子 基区：传送和控制载流
4、子集电区：收集载流子,载流子的传输过程,以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。,载流子运动 动画四,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IC= InC+ ICBO,IB= IB - ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+ IC,载流子的传输过程,3. 三极管的三种组态,共集电极接法：集电极作为公共电极，用CC表示。,共基极接法：基极作为公共电极，用CB表示。,共发射极接法：发射极作为公共电极，用CE表示。,BJT的三种组态,4. 放大作用,若,vI = 20mV,使,当,则,电压
5、放大倍数,VEE,VCC,VEB,IB,IE,IC,vI,+vEB,+iC,+iE,+iB,iE = -1 mA，,iC = iE = -0.98 mA，,vO = -iC RL = 0.98 V，, = 0.98 时，,VBB,VCC,VBE,IB,IE,IC,vI,+vBE,+iC,+iE,+iB,vI = 20mV,设,若,则,电压放大倍数,iB = 20 uA,vO = -iC RL = -0.98 V，, = 0.98,使,4. 放大作用,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，然后到达集电极而实现的。 实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：发
6、射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。 （2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,BJT的电流分配与放大原理,vCE = 0V,iB=f(vBE) vCE=const,(2) 当vCE1V时， vCB= vCE - vBE0，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vBE下IB减小，特性曲线右移。,(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1. 输入特性曲线,3.1.3 BJT的特性曲线,死区,非线性区,线性区,iC=f(vCE) iB=const,2. 输出特性曲线,3.1.3 BJT的特性曲线,共射输出特性 动画五,特性曲线,判断三极管工作状
7、态的依据：,饱和区:,发射结正偏，集电结正偏,截止区：,发射结反偏，集电结反偏,或：,Ube0.5V（Si),|Ube | 0.2V（Ge),放大区:,发射结正偏，集电结反偏,3.1.4 BJT的主要参数,(1)共发射极直流电流放大系数,1. 电流放大系数,(2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const,(3) 共基极直流电流放大系数 IC/IE,(4)共基极交流电流放大系数 =IC/IE VCB=const,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO,2. 极间反向电流,ICEO,(1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结
8、的反向饱和电流。,3.1.4 BJT的主要参数,(1)集电极最大允许电流ICM,(2)集电极最大允许功率损耗PCM,PCM= ICVCE,3. 极限参数,3.1.4 BJT的主要参数,当集电极电流增加时， 就要下降，当值下降到线性放大区值的2/3时所对应的最大集电极电流。,ICICM时，并不表示三极管会损坏。只是管子的放大倍数降低。,(3) 反向击穿电压,V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区, 基本放大电路组成, 简单工作原理, 放大电路的静态和动态, 直流
9、通路和交流通路, 放大的概念,3.2 共射极放大电路,基本放大电路一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。,1.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。,2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。,1、放大的概念,三 极 管T 负载电阻RC 、RL 偏置电路VBB 、Rb 耦合电容Cb1 、Cb2 电源VBB 、VCC,起放大作用,将变化的集电极电流 转换为电压输出,使三极管工作在线性区 给输出信号提供能量,起隔直作用,对交流起耦合的作用,组成原则：,1、发射结正偏，集电结反偏,2
10、、输入信号能加到三极管上,3、输出信号能有效地传送到负载,4、不失真地放大信号,2、基本放大电路的组成,发射结正偏，极电结反偏,Vi=0,Vi=Vsint,3、简单工作原理,工作点合适,工作点偏低,静态：输入信号为零时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,电路处于静态时,三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点,称为静态工作点,常称为Q点.常用IB、 IC和VCE (或IBQ、ICQ和VCEQ)表示。,# 放大电路为什么要建立合适的静态工作点？,4. 放大电路的静态和动态,共射极放大电路,5. 简化电路形式,放大电路的分
11、析指标: 增益(放大倍数)、输入阻抗、输出阻抗、非线性失真、频率响应等。,交流通路,直流通路,共射极放大电路,6. 直流通路和交流通路,3.3 图解分析法, 用近似估算法求静态工作点, 用图解分析法确定静态工作点, 交流通路及交流负载线, 输入交流信号时的图解分析, BJT的三个工作区与波形失真, 输出功率和功率三角形,3.3.1 静态工作情况分析,3.3.2 动态工作情况分析,静态,vi=0时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,静态分析,确定放大电路的静态值IBQ、ICQ、VCEQ,即静态工作点Q。静态工作点的位置直接影响放大电路的质量。,静态分析方法,计算法,图解分析法,要借助于放大
12、电路的直流通路，直流通路是通过直流的通道。,只要将电路中的耦合电容和旁路电容开路，即可得到直流通路。,3.3.1 静态工作情况分析,Si管：VBEQ=0.6V0.7V,Ge管:VBEQ=0.2V0.3V,（2）求静态值,（1） 首先画出直流通路,求解顺序是先求IBQICQVCEQ,VCEQ=VCC-ICQRC,1.计算法求 Q,3.3.1 静态工作情况分析,2. 图解法-求Q,放大电路的输入和输出直流负载线,三极管的输入和输出特性曲线,确定静态工作点,（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、VBEQ,VBE=VCC-IBRb, 直流负载线,Vcc/Rb,Vcc,IBQ,Q,- 1/Rb,
13、作出直流负载线，直流负载线和输入特性曲线的交点即是静态工作点Q，由Q可确定IBQ、VBEQ,VCE=VCC-ICRc, 直流负载线,（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、VBEQ,（2）由输出特性曲线和输出直流负 载线求ICQ、VCEQ,求两点,IC=0 VCE=VCC,VCE=0 IC=VCC/Rc,作出直流负载线，它和输出特性曲线有多个交点。只有与iB=IBQ对应的那条曲线的交点才是静态工作点。,2. 图解法,若改变IB，便可改变静态工作点的位置，从而影响放大电路的放大质量。,动态,输入信号vi0时放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,动态分析要借助于交流通路,动态 分析,确定放
14、大电路的放大倍数AV 或AI 输入电阻ri和输出电阻ro,(1)将放大电路中电容视作短路；,1、交流通路的画法：,(2)直流电源内阻很小，对交流信号可视作短路。,3.3.2 动态工作情况分析,vi,vo,vo与vi的相差为1800,2.放大电路的工作过程,当交流信号加到放大器输入端时,管子各点的电压和电流将在静态值基础上叠加一交流分量, 电路中的信号既有直流又有交流。,由交流通路得纯交流负载线：,共射极放大电路,vce= -ic (Rc /RL),因为交流负载线必过Q点，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令RL = Rc/RL,3.交流通路及交流负载线,则交流
15、负载线为,vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) RL,即 iC = (-1/RL) vCE + (1/RL) VCEQ+ ICQ,不截止 Ucm1,不饱和 Ucm2,4. 输入交流信号时的图解分析,3.3.2 动态工作情况分析,共射极放大电路,通过图解分析，可得如下结论： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度min（VCEQ ，ICQ.RL）。,# 动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？,5. BJT的三个工作区与波形失真,
16、当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。,饱和区特点： iC不再随iB的增加而线性增加，即,此时,截止区特点：iB=0， iC= ICEO,vCE= VCES ，典型值为0.3V,Q点过低，动态工作点进入截止区会产生截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为顶部失真。,截止失真,由于放大电路的工作点到达了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。,Q点过高，动态工作点进入饱和区会产生饱和失真,饱和失真,饱和失真,截止失真,原因：工作点在饱和区 消除： 调节b增大 或减小,原因：工作点工作点 消除：调
17、节b减小,波形的失真,双向失真,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：,1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位。,2.要有合适的交流负载线。,3. 输入信号的幅度不能太大。,原因：静态工作点位置合适，但信号过大 消除：减小输入，或增大电源,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：,（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）,解：（1）,（2）当Rb=100k时，,静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V
18、），BJT工作在放大区。,其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：,所以BJT工作在饱和区。,VCE不可能为负值，,此时，Q（120uA，6mA，0V），,例题,3.4 小信号模型分析法,3.4.1 BJT的小信号建模,3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析（）, H参数的引出, H参数小信号模型, 模型的简化, H参数的确定,（意义、思路）, 利用直流通路求Q点, 画小信号等效电路, 求放大电路动态指标,建立小信号模型的意义,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处
19、理。,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线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,3.4.1 BJT的小信号建模,1. H参数的引出,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,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,对于BJT双口网络，其输入输出特性曲线如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,可以写成：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数(H参数)。,输出端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流放大系数,输入端交流开
20、路时的反向电压传输比,输入端交流开路时的输出电导,2. H参数小信号模型, H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与静态工作点有关，在放大区基本不变。 H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,3. 模型的简化,即 rbe= hie = hfe ur = hre rce= 1/hoe,一般采用习惯符号,则BJT的H参数模型为, ur很小，一般为10-310-4 ， rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路, ib 是受控电流源 ，其方向与ib的方向是关联的。,4. H参数的确定, 一般用测试仪测出；, rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,一般也用公
21、式估算 rbe,rbe= rb + (1+ ) re,其中对于低频小功率管 rb200,则,3.4.2 用H参数小信号模型分析共 射极基本放大电路,共射极放大电路,1. 利用直流通路求Q点,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。,2. 画出小信号等效电路,共射极放大电路,H参数小信号等效电路,画微变等效电路的基本步骤： 画出交流通路 三极管的等效电路，参考地点 补齐输入回路、输出回路的其他元器件 标注极性,模拟信号的放大,3.求电压增益,根据,则电压增益为,4.求输入电阻：从输入端看过去整个电路的等效电阻,5.求输出电阻： 负载开路，信号源短路条件下，输出短看过来，整个电路的等效电阻,例题,解：,（1）,H参数小信号等效电路,RS,Rb,RL,RC,RS,(2),Ri,