第三章半导体三极管及放大电路基础

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第三章半导体三极管及放大电路基础

教学内容：本章首先讨论了半导体三极管 (BJT) 的结构、

工作原理、特性曲线和主要参数。随后着重讨论了 BJT 放大电路的三种组态，即共发射极、共集电极和共基极三种基本放大电路。还介绍了 BJT 的静态、动态分析，图解法和微变等效电路法，并把其作为分析放大电路的基本方法。然后就是工作点的稳定和多级放大电路。


教学要求：本章需重点掌握三极管的模型与特性；

并能熟练进行基本放大电路静态工作点的确定，估算法和微变等效电路法的掌握，以及输入电阻、输出电阻、电压放大倍数的计算。


3.1 半导体三极管 3.2 共射极放大电路 3.3 放大电路的性能指标 3.4 放大电路的静态分析 3.5 放大电路的动态分析 3.6 放大电路的工作点稳定情况 3.7 共集电极电路和共基极电路 3.8 多级放大电路


3.1 半导体 BJT

BJT 是通过一定的工艺，将两个 PN 结

接合在一起而构成的器件。 BJT 有两种类

型： NPN 型和 PNP 型。其内部特点是发射

区杂质浓度远大于基区杂质浓度，基区厚

度很小。外部放大条件是发射结正向偏置、

集电结反向偏置。


3.1.1 BJT 的结构当两块不同类型的半导体结合在一起时，它们的交界处就会形成 PN 结，因此 BJT 有两个 PN 结：发射区与基区交界处的 PN 结称为发射结，集电区与基区交界处的 PN 结称为集电结，两个 PN 结通过很薄的基区联系着。同样， PNP 型与 NPN 型相似，特性几乎相同，只不过各点极端的电压极性和电流流向不同而已。


图 3.1.1 NPN 型三极管的结构示意图及其在电路中的符号(a)NPN (b)PNP

基极 bb

c

e

c

e

b

集电区

发射区发射结

集电结

基极 b

cc

b

ee

b基区

发射极 e

集电极 c

N

P

发射极 e

集电极 c

P

N

N P

晶体管 3 个区有如下特点：

（ 1 ）发射区的掺杂浓度远大于集电区的掺杂浓度

（ 2 ）基区很薄，一般为 1μm 至几 μm 。

（ 3 ）集电结面积大于发射结面积。


3.1.2 BJT 的电流放大原理通过改变加在晶体管三个极上的电压可以改变两个 PN

结的偏置电压，从而使晶体管有三种工作状态：当发射结和集电结均反偏时，处于截至状态；当发射结正偏、集电结反偏时，处于放大状态；当发射结和集电结均正偏时，处于饱和状态。当晶体管处于放大状态时，能将基极的小电流放大为集

电极的大电流，现以 NPN 型晶体管为例分析其放大原理。 1. BJT 内部载流子的运动为使发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备的条件是 : 发射结加正向电压 ( 正向偏置 ) ，集电结加反向电压 ( 反向偏置 ) ，在这些外加电压的条件下，管内载流子的传输将发生下列过程，如图 2-2 所示 :


图 3.1.2 三极管内部载流子的运动情况

－

+

－

+

RC

c

b

e

IC

IE

IB

VCc

VBB

RB

ICBO

ICN

IBN

N

P

N


(1) 发射区向基区注入电子由于发射结外加正向电压，发射区的多数载流子电子

不断通过发射结扩散到基区，同时基区的多子 - 空穴越过发射结进入发射区。因为基区很薄，掺杂浓度又较低，所以空穴数目较少，因此由空穴形成的电流可以忽略。故可认为主要有发射区电子形成发射极电流 E ，其方向与电子流动方向相反。

(2) 电子在基区中的扩散和复合电子到达基区后，由于基区中空穴浓度低，只有很少

一部分电子与基区中的空穴复合。复合掉的空穴由外电源补充，这样就形成了较小的电流 IBN ， IBN 的方向由外电源流入基区。剩下的大部分电子扩散到集电结。


(3) 集电区收集扩散过来的电子由于集电结处于反偏状态，扩散到集电结的电子很快漂移到

集电区，形成电流 ICN 。由于集电结反偏，使集电区的多子电子和基区的少子空穴不能向对方扩散；而集电区中的少子空穴和基区中的少子电子可以漂移到对方，形成反向饱和电流 ICBO ， ICBO值很小，但由于它是由少子形成的，容易受温度的影响，对三极管性能影响较大。 ICN 的方向由外电源流入集电区（与扩散到集电结的电子漂移到集电区的方向相反）， ICBO

的方向从集电区流向基区。经以上分析和图 2-2 可知，由 ICN

与 ICBO 构成集电极电流 IC 。 IBN 和 ICBO 构成基极电流 IB 。根据KCL （ Kirchhoff’s Current Law, 基尔霍夫电路定律）得出电流分配关系如下：

CBOBNB

CBOCNC

CBE

III

III

III


我们定义为共射直流电流放大系数

则将带入上式得

令

则

上式中称作穿透电流，或集电极 - 发射极极间反向饱和电流

CBOBBN III

BNCN I/I

CBOBNC III

CBOBC I)1(II

CBOCEO I)1(I

CEOBC III

CEOI

2. 各级电流之间的关系


一般为计算方便而忽略，那么

值一般远大于 1 。 IC 与 IE值相差不大，但它们都远大于 IB值。由此可见当 UBE 有微小变化即 IB 有微小变化时， IE 和 IC 有较大变化，

这种情况称为电流放大。实用电路中，晶体管主要用于放大动态信号。衡量三极管放大能力的指标是共射交流放大系数，其定义为

一般在放大状态下，和差别较小，可以认为两者近似相等，故在以后的分析中取，其值为几十到一百左右。

CEOBE II)1(I

BEBCBC I)1(I,II,I/I CEOI

B

C

i

i


3. 放大作用分析 (1) BJT 的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能通过基区传输，然后到达集电极而实现的。为此要满足两个条件 :

a.( 内部 ) ：要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区浓度要很小 ;

b.( 外部 ) ：发射结要正向偏置、集电结要反向偏置。 (2) BJT 内各个电流之间有确定的分配关系，所以只要输入电

流 B给定了，输出电流 c 和输出电压便基本确定了。 IE 主要是由发射区扩散到基区的电子而产生的； IB 主要

是由发射区扩散过来的电子在基区与空穴复合而产生的； IC

主要是由发射区注入基区的电子漂移到集电区而形成的。


4. 截止状态和饱和状态1 ）当发射结和集电结均反偏时，处于截至状态：当发射结反偏或零偏时，发射区不再发射电子，

三极管内部只有由少子形成的电流 ICBO ，通常认为 IB≈0 ， IC ≈ 0 。三极管的这种状态叫截止。

2 ）当发射结和集电结均正偏时，处于饱和状态：发射结正偏可形成发射极电流 IE，而集电结正偏或零偏则失去了收集电子的能力，无论 IB增大多少， IC值都不再增大，这种状态称作饱和状态。


3.1.3 BJT 的特性曲线（共射）共发射极电路以发射极作为共同端，以基极为输入端，集电极为输出端，如图所示。

Rl

¦ ¤VI

i =I +¦ ¤ic c c

BBV

B B B i =I +¦ ¤i

E E E i =I +¦ ¤i VCC

¦ ¤vo

c

e

b

BEV

图 3.1.3 共射极放大电路


在低频电压放大电路中以共发射极的使用方法居多，故以共射接法来分析 BJT 的特性曲线。BJT 的特性曲线是指各电极电压与电流

之间的关系曲线，它是内部载流子运动的外部表现。 1. 输入特性曲线输入特性是指UCE 一定时，输入回路中 iB 与 uBE

之间的关系，即 iB= f(BE)| CE=常数


1 ）当 uCE=0 时，相当于发射结与集电结并联起来，此时输入特性与二极管伏案特性相似。

2 ）当 uCE增大时，集电极收集电子的能力增强，使得在基区要获得相同的 iB值（ IB 主要是由发射区扩散过来的电子在基区与空穴复合而产生的），所需的电压 uBE 相应增大，即曲线随 uCE增大而右移。

3 ）当 uCE＞ 1V 后，各曲线已经很接近了，因为集电结反偏后，其收集电子的能力已强大至基本不再增加，从而 iB也不再明显减小，故只用一条曲线代替所有 uCE＞ 1V 的曲线。


由图可知，特性比较平坦的部分随着 VCE

的增加略向上倾斜。

实际上 VCE>1V 以后的输入特性与 VCE=1V 的

特性曲线非常接近

uBE /v

0.2

uCE /v（ a ）输入特性（ b ）输出特性

u CE≥

1V

u CE=

0

0.8 0.60.4

iB/μA

100

80

60

40

20

饱和区

放大

区

100μA

80μA

60μA

40μA

20μA

iB=0μA108642

ic /mA4

3

2

1

截止区

图 3.1.4 三极管的特性曲线


2. 输出特性曲线输出特性是指 iB 一定时，输出回路中 iC与 uCE之间的关系，

即 : iC= f(CE)| iB= 常数

每条曲线可分为上升、转折、平坦三个阶段。上升曲线很陡。这是由于 uCE值很小，集电区收集电子的

能力不够，因此 iC受uCE的影响。当 uCE略有增加时， iC增加较大。

转折段 iC随 uCE变化缓慢。这是由于 uCE ≥1V 后，集电区收集电子的能力基本恢复正常， iB 一定，则基区扩散到集电结附近的电子数目一定，大部分电子已被集电区收集，再增大 uCE， iC的增大趋势减缓。

平坦段较平直， iC基本不随 uCE的增加而增加。由于 uCE增大到一定程度后，集电区把从基区扩散过来的电子全都收集到集电区，再增大，扩散来的电子数目也不会增多，即 ic值不随 uCE增加，只与 iB 有关，在这个区域内， β 近似为常数。


输出特性曲线可分为 3 个区：放大区、截止区、饱和区，分别对应三极管的 3 种工作状态：

(1) 饱和区：曲线上拐点左面的区域（ uCE ＞ uB

E ，即 uC ＞ uB ），在此区域内 iC≠βiB ， iC 不受 iB 的控制三极管无放大作用。一般把输出特性直线上升和弯曲部分划为饱和区。

(2) 放大区： BJT 输出特性的平坦部分，接近于恒流特性，它符合 iC = iB 的规律， iC 大小只受 iB控制。

(3) 截止区： iB ≤0 的部分， iC≈0 ，晶体管处于截止状态。


3.1.4 三极管的微变等效电路

由输入输出特性曲线得知，三极管是一个非线性器件，在输入输入大幅度交流信号时，会出现由于器件非线性变化特性而引起的非线性失真。若输入信号幅度很小即“微变”时，三极管的电压和电流的变化范围很小。我们可以把微小范围内的曲线近似为直线，那么，三极管电压与电流之间的伏案关系基本是线性的。所以，可以用一个线性电路等效代替在微小工作范围内的三极管。等效原则是：线性电路引出端的电压和电流的伏安关系与三极管 3 个电极的电压和电流的伏安关系相同。我们把这个线性电路称为三极管的微变等效电路。

由输入特性曲线可知，在工作点附近的较小的工作段可认为是直线，△ ube 与△ ib 有线性关系。我们用一个等效电阻 rbe 来表示输入回路中电压与电流的关系，即


b

be

B

BE

iu

IU

ber

由输出特性曲线可知，在放大区，曲线几乎是水平的，可以认为 ic 与 uCE 无关，只与 iB 的大小有关。所以输出回路可用电流控制的受控电流源 iC=βiB 来等效。三极管的微变等效电路如图 3.1.5 所示。

图 3.1.5 三极管的微变等效电路

b

e

ic

+uCE

－

ib

c

iC

+

UBE

—

rbe

ib

βib+

UBE

—

+

Uce

－


应该指出，微变等效电路只能用于交流信号的分析计算，不能用来分析直流电量的计算问题。

rbe 的确定：经推证：

式中 IE 是发射极直流电流， rbe 是等效电路中的交流电阻。公式体现的是工作点对动态的影响。

由于微变等效电路没有考虑 PN 结的电容效应，所以只适用于信号频率较低的情况。

)mA(I)mV(26

be E)1(200r


1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

D D

C C

B B

A A

Title

Number RevisionSize

B

Date: 2006-5-13 Sheet of File: Sheet1.SchDoc Drawn By:

-0.2V

+0.1V

+6V

+1V-2V

+0.3V0V

-3V

-2V

+4V

+4V

+4V+6V

+5.5V

+5.3V

(a) (b) (c) (d) (e)

例 3.1 如图所示，晶体管各极电位如图中标注，试判断晶体管处于何种工作状态（饱和、放大、截止或已损坏），若处于放大或饱和状态，请判断是硅管还是锗管。


解：判断晶体管的工作状态主要是分析其两个 PN 结的偏置状态；而判断锗管或硅管主要是看其导通时发射结的压降，若 |UBE|=0.7V 左右则为硅管， |UBE|=0.2V 左右则为锗管。

（ a ） NPN 型管， UBE=0.1- （ -0.2 ） =0.3V ，锗管，发射结正偏； UBC=0.1-6=-5.9V ，集电结反偏；故该管工作在放大状态。

（ b ） PNP 型管， UEB=1-0.3=0.7V ，硅管，发射结正偏； UCB=-2-0.3=-2.3V ，集电结反偏；故该管工作在放大状态。

（ c ） NPN 型管， UBE=-3- （ -2 ） =-1V ，发射结反偏； UBC=-3-0=-3V ，集电结反偏；故该管工作在截止状态。


（ b ） PNP 型管， UEB=6-5.3=0.7V ，硅管，发射结正偏； UCB=5.5-5.3=0.2V ，集电结正偏；故该管工作在饱和状态。

（ c ） NPN 型管， UBE=4-4=0V ，发射结压降为 0 ； UBC=4-4=0V ，集电结压降也为 0 ；则该管可能因被击穿而损坏；也可能因电路连线问题而使之截止。


3.1.4 BJT 的主要参数 1. 电流放大系数共射极放大电路：直流：

交流：

共基极放大电路：直流：

交流：

B

C

B

C

i

i

E

C

E

C

i

i

1

1

1

1

在通常情况下，直流与交流放大系数接近，故可混用。

BCE iii


mAIC 2已知某三极管，；当 IB 增加到时，AIB 20 A22

。求：，，，。IC 变成 mA2.2

解：倍100

202

A

mA

倍99.01001

1001

例 3.2

倍100

202222.2

A

mAI

I

B

C

倍99.01

IE

IC

IB

100

101 IB

IB


IC (m A )

U C E (V )

IB = 0

1

2

3

4

6

1 .5

2 .3

3

Q 1

Q 2

Q 3

Q 4

例 3.3 输出特性

例 3.3 已知如图所示输出特性，各点电流如下：

mAIAIQ CB 5.1,40:1

mAIAIQ CB 3.2,60:2

mAIAIQ CB 3,80:3

mAIAIQ CB 4,100:4

（ 1 ）计算 Q1 ， Q2 ， Q4 各点直流

（ 2 ）由 Q1 ~Q2 两点的增量电流，计算交流（ 3 ）由 Q3 ~Q4 两点的增量电流，计算交流


（ 2 ）由 Q1 ~Q2 两点，计算交流

404060

5.13.2

A

mAI

I

B

C

由 Q3 ~Q4 两点，计算交流

50

8010034

A

mAI

I

B

C

IC (m A )

U C E (V )

IB = 0

1

2

3

4

6

1 .5

2 .3

3

Q 1

Q 2

Q 3

Q 4

例 3.3 输出特性

Q4 点 401004

A

mA

（ 1 ）在 Q1

点5.37

405.1

A

mA

Q2 点 3.3860

3.2

AmA

解：


2. 极间反向电流 (1) 集电极 - 基极反向饱和电流 CBO

表示发射极开路， c 、 b间加上一定反向电压时的反向电流，且它仅决定与温度和少数载流子的浓度。 (2) 集电极 - 发射极反向饱和电流 CEO 表示基极开路， c 、 e 间加上一定反向电压时的集电极电流；此电流又称为穿透电流。 CEO=CBO+ CBO= (1+ )CBO

硅管的反向电流很小，锗管的较大。

作为判断管子质量的重要依据


3. 极限参数 (1) 集电极最大允许电流 CM: 集电极电流 iC的一个很大范围内， BJT 的值基本不变，但当 iC 超过一定值后，将明显下降，且 BJT 可能有损坏的危险，该电流值即为 ICM。

(2) 集电极最大允许功率损耗 PCM ：表示集电结上允许损耗功率的最大值。 (PCM=iCCE)

(3) 反向击穿电压 a.V(BR)EBO 指集电极开路时，发射极 - 基极间的反向击穿电压。 b.V(BR)CBO 指发射极开路时，集电极 - 基极间的反向击穿电压。 c.V(BR)CEO 指基极开路时，集电极 - 发射极间的反向击穿电压。

实质上就是发射结本身的击穿电压


3.2 共射极放大电路

一 . 电路元件作用

C 1

R C

R S

e S U B B

R Lu 0

u C Eu B E

u i

U C CR B

C 2

信号源

T

图 3.2.1

基本共发射极交流放大电路


基极偏置电阻 RB—— 基极电源 UBB 经 RB 把电压加在

集电极负载电阻 RC—— 电源 UCC 经 RC 把电压加在

以共发电路为例，图 3.2.1 电路中各元件作用：晶体管 T—— 在交流信号激励下，把直流电源 UCC

的能量转化为输出交流电压。

集电极上，保证 CB 结反偏；同时 RC 还将集电极电流的变化转化为电压的变化。

基极上，保证 BE 结正偏。

耦合电容（ C1 ， C2 ）——隔断放大电路与信号源及负载之间的直流通路，而对交流信号又应

畅通无阻（交流耦合作用）。


二 . 偏置方法

1. 为什么需要直流偏置？

放大电路在加交流激励信号以前，就应该首先给管子各电极加上正确的直流电压，以保证放大的外部条件：

EB 结正向偏置

CB 结反向偏置

在正确的偏压下，管子基极就会有相应的直流电流（称为基极直流工作点电流，或称偏置电流）。

晶体管放大器为什么一定需要偏置电流？可用图 3.2.2 简单电路原理图说明之。


在加交流信号以前，如果没有基极偏置电压，即 UBEQ=0 ，则 IB=

0 ， IC≈0 ；加上交流信号 ui 以后，基极电流波形对应图 3.2.2(b)

中①的情况，可见 iB 是脉冲波，于是 iC ， uO 波形也是脉冲波形，输出产生严重失真。若基极加上正向偏压 UBEQ ，产生相应的偏置电流 IBQ ，波形不再失真，如图 (b) 所示。

图 3.2.2 放大器的直流偏置

U B E Q U C C

u C E u 0

u i

iB

iC

u B E

R C

(a )原理电路

IB Q

IB

U B E

u i①②

U B E Q

Q

b（）波形图


可见，直流偏置保证晶体管在交流信号一个周期内均处于放大状态。电路不产生放大失真。晶体管在直流工作状态（静态）下的电压和电流

称为静态工作点，用符号 Q 表示，即 ICQ ， IBQ ，

UBEQ ， UCEQ 。如图 3.2.3 所示。

加上交流（正弦）信号以后，各电极电压与电流既包含直流又包含交流成份。其波形如图 3.2.4 所示。

R B

R C

U B E Q

U C E Q

IC Q

IB Q

U B B

U C C

图 3.2.3 直流工作点

2. 交流信号激励下，管内电压电流的波形


U B E Q

U B E

t

u i

to o

= U B E Q

to

u B E

to

IB Q

iBib

u i

to

IC Q

iciC

to

u C E u ce

U C E Q

图 3.2.4 放大状态下的电压、电流波形

由图可见，加在晶体三极管发射结上的电压为

iBEQBE uUu

tSinUU imBEQ

如果 Uim 足够小，基极电流bBQB iIi

tSinII bmBQ


当三极管工作在放大区，且忽略 ICEO 时，集电极电流

相应集电极上的电压 uCE 为

tSinIIiIi cmCQCCQC

式中BQCQ II

bmcm II

CCCCCE RiUu tSinRIRIU CcmCCQCC

tSinRIU CcmCEQ

式中， UCEQ = UCC - ICQRC 为集电极上的静态工作点电压。输出负载电阻 RL 上的电压

tSinRIRIRiu CcmCCQCCO


为统一起见，我们对符号及其相应含义作如下规定（以电压为例）：

UBE —— 直流电压

ube —— 交流电压瞬时值

uBE —— 直流电压叠加交流电压（总电压瞬时值）

Ube —— 正弦交流电压有效值3. 偏置方法分为简单偏置与分压式偏置两种。①. 简单偏置

图 3.2.3 就是简单偏置电路。该电路的缺点是需要两个偏置电源。

上式右边第二项是 RC 上的交流电压输出。


N P NR B

R C

U C C

(a )简单偏置

+ U C C

R B R C

N P N

(b )习惯画法

图 3.2.5 简单偏置电路（ NPN 管）

如果是 PNP 管，则应改为负电源供电，如图 3.2.6 所示。

为了简化起见，可以合为一个电源，如图 3.2.5 （ a ）所示。（ b ）是习惯画法。

图 3.2.6 PNP 管简单偏置电路

-U C C

R B R C

P N P


(2) 分压式偏置

图 3.2.7 分压式偏置电路

图 3.2.7(a) 其特点是基极上有直流电压 UB ，它由 UCC 经RB1 与 RB2 分压获得。

I1

I2

RB1

RB2

RBQ

RC

+UCC +UCC

ICQ

UbEQ

(a) (b)

+

_UBEQUB

RB1

RB2 UECE

+_

ICQ

RC

IEQ

RC


因此 UBEQ = UB - UE

基极偏压的大小 , 由所需基极偏置电流 ( 以及相应 ) 决定 , 它一般在下列范围内 :

图 3.2.7 （ b ）直流工作点的热稳定性要比图 3.2.7 （ a ）好，原因解释如下：设由于温度 T℃ 上升，导致 ICQ 有增加趋势，图 3.2.7 （ b ）电路中 RE 的作用，将使 ICQ 变化减小，上述稳定过程表示如下 :

BEQU BQI

CQI

伏3.02.0

伏7.06.0

BEQU

( 锗三极管 )

( 硅三极管 )

T I℃ C IE UE UBEQ

IC IBQ


各种放大器均可统一表示为如图所示的组成框图。

图中， US ， RS 代表输入信号电压源的等效电动势和内阻。

RL 为放大器负载。图中所标注的电压和电流均为交流有效值，

方向为假定正方向。

衡量放大器放大性能的主要指标是增

益、输入电阻、输出电

阻、频率失真和非线性

失真等。

3.3 放大电路的性能指标

线性有源四端网络

A

R L U 0U S

R S

I i

U i

R 0

I0

R i

图 3.3.1 放大器的组成框图


图 3.3.2 放大器输出电阻

四端网络 U 0R S

R 0

I0

1. 输入电阻：定义，它是从输入端向电路看进去的交流等效电阻（信号源内阻 RS 不计入输入电阻内），输入电阻越大，放大电路向信号源索取的电流越大，放大电路获得信号能力就越强。

2. 输出电阻：在输入电压为 0 ，将信号源 US短路（如为电流源应开路），

输出端加电压 U0 ，如产生电流 I0 ，则定义，其值越

小，电路带负载能力越强。

i

i

IU

iR

Li0

0

R,0UIU

0R

3. 增益包括电压增益（又称电压放大倍数），电流增益（又称电流放大倍数）以及功率增益（功率放大倍数）

ui


(1). 电压增益

①. 定义

称为外观电压增益（简称电压增益）

②. 定义

称为源电压增益。

i

O

UU

uA

s

O

UU

usA

放大器 R LU 0U S

R S

U i

R i

电压源 A u

A u s

负载

图 3.3.3 电压增益

Si

i

S

i

i

O

RRR

uUU

UU

us AA

两者之间关系是：


(2). 电流增益

①. 外观电流增益（简称电流增益）

②. 源电流增益

两者关系：

i

O

II

iA

s

O

II

isA

is

s

s

i

i

O

s

O

RRR

iII

II

II

is AA

图 3.3.4 电流增益

放大器 R LU 0R S

I i I 0

R i

IS

IS

电流源负载

A i

A is


(3). 功率增益

(4). 电压增益的一般表达式任何放大电路（不管采用什么连接方式，不管是单级或多级），在图 3.3.6 中我们用四端网络框图来表示。

iUii

00PP

P AAIU

IUA

i

O

图 3.3.5 功率增益

放大器 R LP i P 0

放大系统 U 0

I i

U i

R 0

I0

R i

LR

图 3.3.6 一般放大系统


该系统的电流增益，输入阻抗为 Ri ，则该电路系统的电压增益

i

O

II

iA

i

L

ii

L

i

O

RR

iRIRI

UU

u AA 0

如果放大系统是同相放大器， Au 取正号，正号可以省去；如果是反相放大器，应取负号。同时，注意 Ai 与 Ri 应该相互对应。 4. 频率响应它表示放大器的增益与信号频率之间的关系。由于放大电路一般含有电抗元件，因而放大器对于不同频率的输入信号具有不同的放大能力。这样，相应的增益应是频率的复函数，即

)()()( AjeAjAA


式中， A （）是增益的幅值，是增益的相角，图

3.3.7 是相应的曲线。幅值随变变变特性 A() 称为幅频特性；相

角随变化的特性 A() 称为相频特性。

两者统称为放大器的频率特性（或频率响应），由图 3.3.7 （ a ）可见，信号频率太高或太低 A() 均要降低。

A0 称为中频增益， A() 降为

时，对应的频率 fL 及 fH 分别称为下限频率

及上限频率，放大器的频带宽（通频带）度定义为 :

LH ffBW 7.0

A()

A 0

fL fH

0 .7B W20A

0

0

A ()(a )

(b )

图 3.3.7 频率响应曲线


3.4 放大电路的静态分析

静态是指放大电路没有交流输入信号时的工作状态，即直流工作状态。

分析的目的：确定 IBQ ， ICQ ， UBEQ 及 UCEQ 。直流分析方法：图解法和近似估算法

一 . 直流通路

进行静态分析时，一般先要画出直流通路（或称直流等效电路）。直流通路是指直流流通的路径，它与分析直流工作状态有关。


图 3.4.1 直流通路一例

R CR B 1

R B 2R E C E

I 1

I 2

IE + I 2

IE

C 1

C 2

R L

IC C

U C C

IC

IB

I 2

w

T r

(a )实际电路

R CR B 1

R B 2 R E

U C C

I 1

I 2IE

IC CIC

IB

(b )直流通路


例如对于图 3.4.1 （ a ）电路，直流流通的路径由箭头

表示。电容 C2 对直流开路，所以 C2 、 RL 不是直流流

通路径；互感线圈如果没有铜阻， IB 在其次级没有电

压降，可以看成短路； C1 与 CE 对直流均开路。于是

获得直流通路如图 3.4.1 （ b ）所示。由此例，总结出画直流通路的原则：

②. 理想电感（包括变压器）短路①. 电容开路


二 . 近似估算法此方法鉴于下列假定：①. 在线性放大区，输入特性曲线与 UCE 无关，

且有恒压特性，如图 3.4.2 （ a ）所示。②. 在线性放大区，输出集电极电流 iC 与 uCE 无关，既有恒流特性，如图 3.4.2 （ b ）所示。

iB

u B EU B E (o u )

u C E

iC

(a )理想化输入特性 ( b)理想化输出特性O

图 3.4.2

共发理想化特性


例 3.4 求图 3.4.3 简单偏置电路的静态工作点。

③. 三极管 BE 之间的直流电压降 UBEQ 假定是已知数，一般可按下式选取：

UBEQ = UBE(on)

0.6～ 0.7 伏（ Si ）

0.2～ 0.3 伏（ Ge ）

已知 UBB=5 伏， UCC=10 伏， RB=430K

，

三极管是硅管， 0CEOI

KRC 1 100 ，

R B

R C

U C C

IB QIC Q

U B E Q

U C E Q

U B B

43 0K

5V

1K

10 V

图 3.4.3 简单偏置

求解步骤：此图已经是直流通路，故可直接进入解题。


1. 列输入回路的回路方程，求基极静态工作点电流

BEQBQBBB UIRU

B

BEQBBBQ R

UUI

故

选取 VU BEQ 7.0 代入已知数，求得

AAK

VIBQ

1010

4307.05 5

如果满足 UBB>>UBEQ 条件，则B

BBBQ R

UI

2. 求集电极静态工作点电流CEOBQCQ III

A10100mA1


3. 求集电极静态电压 CCQCCCEQ RIUU KmA 1110

V9

例 3.5 求图 3.4.4 分压式偏置电路

三极管是硅管， ICEO≈0 。的静态工作点，

R CR B 1

R B 2R E C E

C 2

R L

+ U C C

(a )实际电路

R CR B 1

R B 2 R E

+ U C C

(b )直流通路

C 1

U i

EBC

u 0

图 3.4.4

求解过程：1. 首先根据画直流通路的原则，画出直流通路如图 3.4.4 （ b ）所示。

2. 根据戴维南定理，画出分压电路的等效电路，如图 3.4.5 （ b ）所示。


B

R B 1

R B 2

U C C

(a )分压电路

变R B

U B B

B

(b )等效电路

图 3.4.5

图中

2121

21 // BBBB

BBB RR

RRRR

R

CCBB

BBB U

RRR

U21

2

3. 按图 3.4.6 （ a ）列回路方程。R B

U B B

(a )输入回路

U E

R E

IE Q

R B

U B B

(b )求 IB Q的输入直流等效电路

ER1

图 3.4.6

EEQBEQBBQBB RIURIU ECEOBQBEQBBQ RIIURI 1

故

EB

BEQBB

RR

UU

1

EB

ECEOBEQBBBQ RR

RIUUI

1

(3.4.1)


讨论：

式 (3.4.2)清楚表明，发射极直流电压降相当于 IBQ 流经

①. 按式（ 3.4.1 ）画出求 IBQ 的直流等效电路如图 3.4.6 （ b ）所示。由图可见，在等效电路中， RE 的值扩大了倍， 1

这是由于 RE 电阻接在发射极上，当基极流过 IBQ 时，在 RE 上流过倍的 IBQ ， 1 于是 RE 直流压降是 BQE IR 1 即

EBQEEQE RIRIU 1 (3.4.2)

电阻所产生的压降。所以相当于发射极支路电阻 RE 折算到基极支路的等效数值。

ER1 ER1


②. 若满足条件 BE RR 1

则 E

BEQBBBQ R

UUI

1 (3.4.3)

或写成

E

BEQBBBQEQ R

UUII

1 (3.4.4)

而BQCQ II

EQCQ II 或

三 . 直流图解法

1. 采用图解法，求输入电路的直流工作点电流 IBQ 。

R B

U B B

(a )输入回路

U E

R E

IE Q

R B

U B B

(b )求 IB Q的输入直流等效电路

ER1

图 3.4.6


把输入回路看成是两个支路的并联，列出左边支路的方程。

列出右边支路的方程 :

前者是线性电路方程，后者是非线性方程，也就是共发输入特性方程。显然我们需要求解的 IBQ ，既满足方程式（ 3.4.

5 ），又应满足方程式（ 3.4.6 ），必定是此两方程的解 . 运用图解法求其方程组的解就是对应曲线的交点，如图 3.4.8 所示。

BBBBBE RiUu (3.4.5)

CEBEB uufi ,1 (3.4.6)

R B

R C

U C Cu B E

u C E

U B B

iC

iB

图 3.4.7 输入回路


代表线性方程式（ 3.4.5 ）的直线称为输入回路的直流负载线。该直线在横坐标与纵坐标上的截距，分别确定如下：令 iB=0 , uBE = UBB 得 A 点

令 uBE=0, iB=UBB/RB 得 B 点

直流负载线的斜率为BR

tg1

2. 求输出回路的直流工作点电流 ICQ 。

R C

U C C

IB Q

u C E

iC

(a )输出回路

U C C

u C E

iB

QB

C

C C

RU

A直流负载线

IB Q

(b )图解

U B B

u B E

iB

Q

BB

B B

RU

BRtg

11

A

直流负载线

图 3.4.8用作图法求输入回路直流工作点

图解法求输出回路的直流工作点

图 3.4.9


再列出左边输出特性非线性方程：

iC = f2 ( iB , uCE ) (3.4.8)

由于 iB 已经求出，故式（ 3.4.8 ）应是对应 iB = IBQ 那条输出特性曲线。显然 ICQ ， UCEQ 应同时满足方程式（ 3.4.7 ）及

类似于输入回路的求解原理，先列出图3.4.9 （ a ）所示输出回路右边支路的线性方程

uCE=UCC-iCRC (3.4.7)

方程式（ 3.4.8 ），因此输出回路静态工作点就是上述方程组对应曲线的交点，如图 3.4.7.9 （ b ）所示。


代表线性方程式（ 3.4.7 ）的直线称为输出回路的直流负载线。直流负载线在横轴与纵轴上的截距为：

令 iC=0 , uCE = UCC 得 A 点

令 uCE=0, iC=UCC/RC 得 B 点

直流负载线的斜率为 CRtg

1

总结：采用图解法求解静态工作点 ICQ 的步骤如下：

①. 由图解法或近似估算法求出输入回路静态工作点 IBQ 。

②. 在输出特性上作直流负载线。

③. 由直流负载线与对应 IBQ 的输出特性曲线的交点就是输

④. 找出对应工作点 Q 的 ICQ 与 UCEQ 。出回路静态工作点 Q 。


简单偏置电路如图 3.4.10 （ a ）所示。已知 UCC=12V ， RC=4K， RB=300K

输出特性如图 3.4.10 （ b ）所示。（ 1 ）作直流负载线（ 2 ）求静态工作点

例 3.6

+ U C C

R B R C

U C E

U B E

IBIC

300K 4K

12V

iC (m A )

u C E (V )

IB = 0

1

2

3

6

1 .5

3 9

Q

0 12

A

BC

C C

RU

(a )

(b )

图 3.4.10 例 3.5图

① . 计算 IBQ

AK

VR

U

R

UUI

B

CC

B

BEQCCBQ 40

30012

②. 作直流负载线A 点坐标

iC=0 ， uCE=UCC=12V

B 点坐标 uCE=0 ， mAR

Ui

C

CCC 3

解 :


直流负载线与对应 IBQ=40A 的输出特

性的交点就是静态工作点 Q ，其坐标为

UCEQ = 6V

ICQ=1.5mA


3.5 放大电路的动态分析

动态分析又称交流分析，是在静态工作点确定以后，分

析放大器交流输入、输出信号的数值及相互关系，从而求出放

大器性能指标，如交流输入阻抗，输出阻抗，电压增益以及电流增益等。动态分析的基本方法：微变等效电路法和交流图解法。一 . 交流通路未加入输入信号时，电路中只有直流电量，其等效电路为直流通路；加入输入信号后，电路中既有直流电量又有交流电量，若只考虑交流电量的影响，放大电路的等效形式为交流通路。


将电容、直流电源短路，电感开路即可得到交流通路，如图 3.5.1 （ b ）所示。

图 3.5.1 动态分析

（ a ）原理图（ b ）交流通路


二 . 微变等效电路法将交流通路中的三极管用微变等效电路代替后得到放

大电路的微变等效电路，它用于计算 AU 、 ri 和 ro 等动态指标。

等效条件：输入信号必须符合① . 交流② . 小信号（微变量）因为只有这样，才能在静态工作点附近的小范围内，用直

线段近似地代替晶体管特性的非线性曲线。由图 3.5.1 （ b ）的交流通路可得其微变等效电路：

Βib

+

Us

－

ri

ui

－

+

RcRb

rs

－

+b

cic

rbe

ib

uoRL

ro

图 3.5.2 微变等效电路


由图中电路可求得：Ui=iBrbe

Uo=-iC （ RC R∥ L ） =-iC RL’

=-βiB RL’

上式中， RL’ = RC R∥ L ，那么电压放大倍数为

式中负号表示输出电压与输入电压的相位差为 180° ，即输出与输入倒相。

输入电阻 ri=RB r∥ be

输出电阻 ro=RC

注意：求输入电阻时，信号源内阻 RS 不计入输入电阻内；求输出电阻时，负载 RL 不计入输出电阻内。

be

L

beB

LB

beB

LC

i

0U r

'R

rI

'RI

rI

'RI

U

UA

Βib

+

Us

－

ri

ui

－

+

RcRb

rs

－

+b

cic

rbe

ib

uoRL

ro


三 . 交流图解法

U B E Q

u S

iB

iL R L

U C C

R C

C 2iR

u C E

u B E

u 0

iC

图解法较为形像直观，适合交流大信号的分析。下面采用图解法重点分析输出回路。

图 3.5.3 动态分析图解法


1. 交流负载线前已分析，在静态时

CCQCCCEQCE RIUUu

由于负载电阻 RL 没有直流压降，故电容 C2 上压降 UC2=UCEQ

输入端加入交流信号以后， iC 及 uCE除包含直流以外尚附加交流成份。其中交流电流既流经 RC

支路，又流经 RL支路。但直流电源 UCC 及大电容 C2 均不产生交流压降，可视作短路，因而对交流信号而言， RL 与RC 是并联的，如图 3.5.4 所示。

u i

iB

iL

R LR C

iR

u ce u 0

iC

图 3.5.4 集电极交流负载


集电极交流负载电阻变为

LCL RRR || （ 3.5.1 ）输出交流电压与交流电流的关系为：

Lcce Riu （ 3.5.2 ）

上式负号表示交流输出电压 uce 的实际方向与规定方向相反。式（ 3.5.2 ）改写成：

'R

1

u

i

LCE

C （ 3.5.3 ）

式（ 3.5.3 ）为输出回路方程，可据此做出交流负载线。交流负载线反映动态时瞬时电流 iC 和瞬时电压 uCE 的变化关系，即瞬时工作点的移动轨迹。


图 3.5.5 交流负载线

如图 3.5.5 所示。

iC (m A )

u C E (V )

IB =Q

0

3

2

1

4

3 6 9 12

直流负载线

交流负载线


讨论：①. 因为交流电量在静态工作点附近变化，所以交流负载线应通过 Q 点。故过 Q 点，做斜率为的直线即为交流负载线。② . 交流负载线的斜率为，因为 RL' <RC ，所以交流负载线比直流负载线要陡些。③. 交流负载线在横轴的截距：过 Q 点向横轴做垂线，与变化量△uCE 构成一三角形，得

得横轴上截距 uCE=UCEQ+ICQRL'

所以通过 Q 点和横轴截距也可以做出一条交流负载线。

LRtg 1

图 3.5.6

iC

u C E

Q

0

直流负载线

交流负载线，斜率 LR

1

LR

C E QUC QI

U C E Q

IC Q

M

N

C E QU C QI LR

'R

1

U

I

LCE

CQ

'R

1

L

方法一

方法二


2. 图解分析

iC (m A )

u C E (V )

IB =

Q

O

3

2

1

3 6 9

交流负载线

Q 1

Q 2

O O

O

1.5

3

2

11 .5

O

O

( iC )

IC Q

U C E Q

u C E

u B E

(u i)(V )

(V )

u B E (V )

U B E Q

tt

( ib)

IB Q

ib

iB (A )iC (m A ) iB (A )

Q

Q 1

Q 2

0 .4 0 .8

(u o)

tt

图 3.5.7 交流放大电路有输入信号时的图解分析


3. 非线性失真对放大电路的基本要求，是输出信号尽可能不失真。引起失真的原因有多种，其中最基本的一个，就是由于静态工作点不合适或者信号太大，使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围。这种失真称为非线性失真。

由图 3.5.7 的图解分析可得出下列两点：（ 1 ）交流信号的传输过程： ui （即 ube ）→ ib → ic → uo （即 uce ）（ 2 ）输入信号电压 ui 和输出信号电压 uo 相位相反。如设公共端（发射极）的电位为零，那么，基极的电位升高时，集电极的电位降低；基极的电位降低时，集电极的电位升高。一高一低两者变化相反。


在图 3.5.8 （ a ）中，静态工作点 Q1 的位置太低，即使输入

的是正弦电压，但在它的负半周，晶体管进入截止区工作， iB 、

uCE 和 iC （ iC 图中未画出）都严重失真了， iB 的负半周和 uCE 的

正半周被削平，这是由于晶体管的截止而引起的，故称为截止失

真。

在图 3.5.8 （ b ）中，静态工作点 Q2太高，在输入电压的正

半周，晶体管进入饱和区工作，这时 iB 可以不失真，但是 uCE 和 i

C 都严重失真了。这是由于晶体管的饱和而引起的，故称为饱和失

真。因此，要放大电路不产生非线性失真，必须有一个合适的


静态工作点，工作点 Q 应大致选在交流负载线（分析失真时，设为空载，则 RL=RL’ ，交流负载线与直流负载线重合）的中点。此外，输入信号的幅值不能太大，以避免放大电路的工作范围超过特性曲线的线性范围。在小信号放大电路中，工作点的选择不是很严格。

图 3.5.8 工作点不合适引起输出电压波形失真

O

O

O

u B E (V )

u B E (V )t

( ib)

iB (A ) iB (A )

Q 1

Q 2

iC

u C E

O

交流负载线

Q 1

Ou C E

5

t

IB = 0

t

(a ) 截止失真

Ou C E

iC (m A )

u C E

O

交流负载线

Q 2

t ( b)饱和失真


3.6 放大电路的工作点稳定问题3.6.1 直流偏置电路通过前面的讨论可知， Q 点在放大电路中是很重要的，所以在设计或调试放大电路时，为获得较好的性能，必须首先设置一个合适的Q点。直流偏置电路的作用是为放大电路设定合适的工作点，以便保证放大器完成信号的线性非失真放大。因此，对直流偏置电路有以下要求：


(1) 工作点 Q设置要合理 Q点偏高可能引起饱和失真， Q点偏低可能引起截止失真， Q点在交流负载线的中央时不失真的输出幅度最大。 (2) 工作点 Q要稳定三极管参数随温度 T 变化，使工作点 Q变化，会引起失真。工作点随规律变化的定性规律如下： VBE T C CBO


(3) 稳定工作点 Q的方法：负反馈方法、补偿法 ( 用其它温度敏感元件补偿 ) 。 3.6.2 射极偏置电路由前面的分析可知。 BJT 参数 CBO,VBE, 随温度变化对 Q点的影响，都表现在使 Q点电流 C增加。为使 C近似维持恒定，采取下列措施：


a.针对 CBO 的影响，可使基极电流 B 随温度的升高而自动减小。 b.针对 VCE 的影响，可使发射结的外加电压随温度的增加而自动减小。而射极偏置电路正是实现了以上两点设想的电路。它是交流放大电路中最常用的一种基本电路。以下就是对射极偏置电路的分析。

T I℃ C IE UE UBEQ

IC IBQ


近似估算如图的 Q 点，并计算它的电压增益、输入电阻和输出电阻。解 : (1) 确定 Q 点

eECCCCCE

e

B

e

BEBEC

CCbb

bB

RRVV

R

V

R

VV

VRR

RV

21

)( eCCCC RRV

C

B

Rb1

Rb2

T

RC

Re

RL

Cb1

Cb2

Vi

+

-

+

VCC

iB

iC

i ¡ Öi +iE B Ci1Vo

+

-


(2) 求电压增益由电路图可知，

])1([

])1([

||

0

0

ebe

L

iV

ebebeebebi

LCL

Lb

Rr

R

V

VA

RrRrV

RRR

RV

iV

+b

+

o

¦ ÂIrbe

VRc

b

RL

bI Ic

ReIe

Rb1 Rb2e

c

Rb


(3) 求输入电阻和输出电阻

])1([||

])1(

11[

ebebT

Ti

ebebTbRbT

RrRV

R

RrRV

CRCC

T

T

T RRVV

R ||00

(a)

b2Rb1R ber

Rb

Ie Re

e

b

Ib

Rc LR

cI

¦ ÂIb

c

+

VT

TI

iR

IRb

Ic TI

¦ ÂI =0b

cR

Ro

+

VT

's

I

R

Rs

Rb

eI

beRbr

c

bI

eR

IRc

b

rce

e

'oR

(b)


3.7 共集电极电路和共基极电路

3.7.1 共集电极电路共集电极电路又称为射极输出器、电压跟随器。此电路的优点是输入电阻很高、输出电阻很低，多用于输入级、输出级或缓冲级。 1. 电路分析 (1) 求 Q点


根据如图所示：

eb

BECCB

eBeEE

EBEbBCC

R)1(R

VV

R)1(RV

VVRV

eb

CCB RR

V

)1(

,VV BECC

eCCCCEBC RVV ,

T

Rb

Re RL

Rs

Vs

+

VCC

+Vo-

Vi

++

-

+

c

b

e

sR

-Vs

+iV

R

-

e Vo

+

++

bR

bT

LR

e

c

共集电极电路原理图

交流通路


(2) 电压增益

由于射极输出器的电压接近于 1 ，它的输出电压和输入电压是同相的，因此称为电压跟随器。

)1(Rr

V)1(RV

)1(R)(RV

)](Rr[V

R||RR

)(RrV

Lbe

iL0

bLbbL0

bbLbebi

LeL

bbLbebi

¦ ÂIr

ReI

Rbe

be

e

b

RL

bIb c

Ic

Rs

+

sV-

Vi

+

-Vo

+

Au


(3) 输入电阻

LbT

Ti

beL

LbebTbRbT

LeLT

Ti

RRV

R

rR

RrRV

RRRV

R

||

,,1

])1(

11[

||,

+TVoeI Re

-V RL

I+

rRRb b

b

Ib

¦ ÂIe

be b

Ic

c

iR

IT


(4) 输出电阻

1||

]11

[

||,|

0

Re

00

beSe

ebeSbeSTbbT

bSSVsT

T

rRRR

RrRrRV

RRRV

R

T

+IRe Re

-V

TI

rRIbb

b

Ib

¦ ÂIe

be b

Ic

c

RS


综上分析说明，电压跟随器的特点是：

电压增益小于 1 而近于 1 ，输出电压与输

入电压同相，输入电阻高、输出电阻低。

3.7.2 共基极电路

共基极电路又被称为电流跟随器。此电

路适用于宽频带和高频情况下，要求稳定性

较好时。


3.8 多级放大电路多级放大时，级与级之间的联接称为耦合。

常见的耦合方式 : 直接耦合，阻容耦合，变压器耦合，前两种应用较多

1. 阻容耦合 C 1

R C 1

R S R L

U C C

R B 2

C 2R B 1

C E 1

U i

.

E S

.

R C 2B 1R

B 2RU 0

.

C 3

R E 1

R E 2 C E 2

U 0 1

.T 1T 2

图 3.8.1 阻容耦合放大器

图 3.8.1 为两级阻容耦合放大电路，两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接，故称为阻容耦合。

由于电容有隔直作用，它可使前、后级的直流工作状态相互之间无影响，故各级放大电路的静态工作点可以单独考虑。


阻容耦合在一般多级分立元件交流放大电路中得到广泛应用。但在集成电路中，由于难于制造容量较大的电容，因而这种耦合方式几乎无法采用。两级放大器的总增益

2101

0010uu

iiu AA

U

U

U

U

U

UA

耦合电容对交流信号的容抗必须很小，其交流分压作用可以忽略不计，以使前级输出信号电压差不多无损失地传送到后级输入端。信号频率愈低，电容值应愈大。耦合电容通常取几十微法。

21211 ////// beBciCL rRRRRR 注意：第一级的交流负载电阻应包括： RC1 以及第二级的交流输入电阻 Ri2 ，即式中 21 // BBB RRR


例 3.7 已知图 3.8.1 两级阻容耦合放大器， 4021 Krbe 4.11 Krbe 1.12

所有电容对交流均可认为短路，

解：先画出交流通路，如图 3.8.2 所示i

u U

UA 0试求两极总增益

1

11

011

be

L

iu r

RU

UA

第一级电压增益：

KrRRR beBCL 7.0//// 211 式中

故20

4.17.0

401

uA 倍

R C 1R L

R BU i

R C 2

BRU 0

U 0 1

T 1T 2

5K

2 .5K

6 .7K

3K

10K

R i2

图 3.8.2 图 3.8.1 的交流通路


2

22

01

02

be

Lu r

RU

UA

第二级电压增益：

KRRR LCL 7.1//22 式中

621.17.1

402 KK

Au 倍

于是 124021 uuu AAA 倍

Au 是正实数表明输入电压 Ui

经过两次倒相，输出 Uo 与输入Ui 同相。

R C 1R L

R BU i

R C 2

BRU 0

U 0 1

T 1T 2

5K

2 .5K

6 .7K

3K

10K

R i2

图 3.8.3 图 3.8.1 的交流通路


例 3.8 试求图 3.8.4 所示三级放大器

已知：各三极管均相同 =40 ， rbe1 = 1.4 ，

解：先对电路作简单分析

iu U

UA 0的总增益

rbe2 = 1， rbe3 = 1.1

图 3.8.4 电路是在图 3.8.1 基础上插入射极输出器而得。该射极输出器，如图 3.8.5 所示。

图 3.8.4

三级放大器

C 1

R C 1

R B 2

C 2

R B 1

C E 1

U i

R E 1

T 1

R L

U C C

R C 3B 1R

B 2R U 0

C 4

R E 3 C E 3

T 3

BR

C 3

R E 2

T 2

30K

15K

3K 300K

1 .7K10K

2 .5K

5K

20K


图 3.8.5 （ c ）是三级放大器的交流通路。

+ U C C

R 'B

R E 2 U 0 2U 0 1

(a ) (b )

T 2

300K

1 .7K

R 'B R E 2U 0 2U 0 1

300K 1 .7K

T 2

图 3.8.5 射极输出器

U i

R C 1

T 1

R LR C 3BR

U 0

T 3

BR R E 2

T 2

300K 1 .7K 6 .7K2 .5K 5KBR

10K3K

R i2

图 3.8.5(C)三级放大器交流通路


222

222 )1(

)1(

Lbe

Lu Rr

RA

96.06.256.24

6.0)401(1)401(6.0

2

KK

Au

KRRrR BLbei 6.23//])1([ 2222

计算从第三级开始

第二级

K.K.//K.//K.r//R//RR beBEL 60117671322 由于

621.1

5//5.240

3

33

KKK

rR

Abe

Lu 倍

U i

R C 1

T 1

R LR C 3BR

U 0

T 3

BR R E 2

T 2

300K 1 .7K 6 .7K2 .5K 5KBR

10K3K

R i2


第 (53)页


第一级1

11

be

Lu r

RA

211 // iCL RRR 2//3 iRKK66.2

倍764.166.2

401 KK

Au故

于是 321 uuuu AAAA )76(96.0)62(

4524 倍

U i

R C 1

T 1

R LR C 3BR

U 0

T 3

BR R E 2

T 2

300K 1 .7K 6 .7K2 .5K 5KBR

10K3K

R i2



把例 3.7 及例 3.8 计算结果见表 3 。

前级增益中级增益末级增益总增益

插入射极输出器前 20倍无 62倍 1240倍

插入射极输出器后 76倍 0．96倍 62倍 4524倍


由此得出结论：射极输出器的电压增益虽然小于 1 而近于

1, 但在多级放大器中，它的插入仍然使总增益得到提高，究其

原因是由于射极输出器输入阻抗很高，它防止了图 3.8.2 中，

后级放大器输入阻抗 Ri2 对前级放大器负载的影响。因为这种

影响将使前级 R'L1 降低，从而减少前级电压增益。由于射极输

出器能有效防止后级放大器对前级的影响，故又称隔离级。本

例题中，前级增益由原来的 20 倍增加至 76 倍，就是隔离级带

来的好处。


2. 直接耦合直接耦合就是把前级的输出端直接接到后级的输入端，不需任何耦合元件。对于缓慢变化的信号或直流信号必须采用直接耦合放大器，直接耦合时，需要解决两个问题：

(1). 前级与后级静态工作点的相互影响由图 3.8.6 可见，前级的集电极电位恒等于后级的基极电位，而且前级的集电极电阻 RC1 同时又是后级的偏流电阻，前、后级的静态工作点就相互影响，相互牵制。

第 (54)页图 3.8.6 直接耦合两级放大电路


因此，在直接耦合放大电路中必须采取一定的措施，以保证既能有效地传输信号，又要使每一级有合适的静态工作点。常用的办法之一是提高后级的发射极电位。如图 3.8.7 所示：

图 3.8.7 提高后级发射极电位的直接耦合电路

U C C

R C 2R C 1

R B 1

R B 2

T 1 T 2

R E 2 IE 2u 0u i

U C C

T 1T 2

RR C 1R C 2

R B 1

R B 2

D 2

u 0

u i

( a)串接发射极电阻 ( b)串接硅稳压管


在图 3.8.7 （ a ）中，是利用电阻 RE2 上的压降来提高发射极的电位。这一方面能提高 T1 的集电极电位，增大其输出电压的幅度，另一方面又能使 T2 获得合适的工作点。 RE2 的大小可根据静态时前级的集 - 射极电压 UCE1 和后极的发射极电流 IE2 来决定，即

2

212

E

BECEE I

UUR

（ 3.8.1 ）

图 16-74

U C C

R C 2R C 1

R B 1

R B 2

T 1 T 2

R E 2 IE 2u 0u i

U C C

T 1T 2

RR C 1R C 2

R B 1

R B 2

D 2

u 0

u i

( a)串接发射极电阻 ( b)串接硅稳压管图 3.8.7


采用硅稳压管 DZ （或硅二极管）代换电阻 RE2[ 见图 3.8.

7 （ b ） ] ，也可以提高 T2 的发射极电位。同时，由于稳压管

的管压降具有相应的固定值，基本上不随 IE2 而变，所以，也就

几乎不会引起负反馈了。图中的 R 是稳压电路的限流电阻，它使稳压管工作于正常电流范围内。

不过要注意，电阻 RE2 又使后级引进了较深的电流负反馈

，这固然有利于该级工作点的稳定，但却也使该级的放大倍数

下降了。对直流信号或缓慢变化信号来讲，还不能像交流放大

电路那样，也在电阻 RE2 两端并接旁路电容来排除这种负反馈

。


(2). 零点漂移

一个理想的直接耦合放大电路，当输入信号为零时，其输出电压应保持不变（不一定是零）。但实际上，把一个多级直接耦合放大电路的输入端短接（ ui=0 ），测其输出端电压时，却如图 3.8.8 中记录仪所显示的那样，它并不保持恒值，而在缓慢地、无规则地变化着，这种现象就称为零点漂移。所谓漂移就是指输出电压偏离原来的起始值作上下漂动，看上去似乎像个直流信号，其实它是个假“信号”。

多级直接耦合放大电路

记录仪t

u0

u0ui =0图 3.8.8

零点漂移现象

第 (55)页


当放大电路输入信号后，这种漂移就伴随着信号共存于放

大电路中，两者都在缓慢地变动着，一真一假，互相纠缠在一

起，难于分辨。如果当漂移量大到足以和信号量相比时，放大

电路就更难工作了。因此必须查明产生漂移的原因，并采取相

应的抑制漂移的措施。

引起零点漂移的原因很多 , 如晶体管参数（ ICBO 、 UBE 、

）随温度的变化，电源电压的波动，电路元件参数的变化等，其

中温度的影响是最严重的。在多级放大电路各级的漂移当中，第

一级的漂移被逐级放大 , 以致影响到整个放大电路的工作 . 所以

，抑制漂移要着重于第一级。


抑制零点漂移最有效的措施是采用差动放大电路。放大器采用直接耦合的连接方式，优点是：

①. 有利于集成化②. 具有良好的低频特性，如图 3.8.9 所示

fH f

A 0

20A

A (f)

图 3.8.9 直接耦合放大器的频率响应


+

C2

+

+

RL

T2

T1

Ce

C1

Rb12

Rb22

Rb21

Rb11

＋ VCC

+uo

－

+ui

－Re2

Re1

V2V1

图 3.8.10 变压器耦合放大电路

3. 变压器耦合（ 1 ）优点：因变压器不能传输直流信号，只能传输交流信号和进行阻抗变换，所以，各级电路的静态工作点相互独立，互不影响。改变变压器的匝数比，容易实现阻抗变换，因而容易获得较大的输出功率。（ 2 ）缺点：变压器体积大而重，不便于集成。同时频率特性差，也不能传送直流和变化非常缓慢的信号。


小结1. 半导体三极管是电流放大器件。体现放大功能的指标是电流放大系数 β=iC/iB 。三极管处于放大状态的条件是：发射结正偏，集电结反偏。

2. 放大电路放大过程的实质是将直流电源的能量转化为交流能量输出。放大电路必须设置合适的静态工作点，以保证不失真地输出放大输出信号。

3. 分析放大电路的静态有图解法和估算法，分析放大电路的动态有图解法和微变等效电路法。图解法既能分析静态又能分析动态，对大、小信号均适用，并且比较直观形象，特别是对失真的分析更是一目了然。但作图比较麻烦，而且要知道三极管的准确的特性曲线。微变等效法在在计算动态势比较简便，例如计算输入电阻、输出电阻和放大倍数等性能指标时。但只适用于小信号的动态分析，不能解决动态问题。


也不便于分析失真，但在分析较复杂的电路时要优于图解法。在实用中有时两种分析方法配合使用，取长补短。

4. 基本放大电路有公射、共基和共集等三种形式。共射放大电路因为电压放大倍数较高而广泛应用；共集放大电路因输入电阻高、输出电阻低、放大倍数约为 1 的特点，而常用作缓冲级、输入级或输出级；共基电路因频率响应好，常用于宽带放大器中。在三种电路中只有共射电路的输出信号与输入信号反相，在共集和共基电路中输出和输入电压同相。

5. 多级放大电路是提高电压倍数的一种手段。它由各基本放大电路串联而成。唯一应该注意的是，讨论某单级电路时，将前级当作它的信号源，或者把后级当作它的负载。总的电压倍数为各级电压放大倍数之乘积，但在计算多级电压放大倍数时，要注意后级的输入电阻就是前级的负载。


注意：分析放大电路应遵循“先静态，后动态”的

原则。直流通路用于静态分析，可以通过列回路方程的方法估算 IBQ 、 ICQ 和 UCEQ ；也可以利用图解法求出 Q 点。当 Q 点正常（即 Q 点在晶体管的放大区或场效应管的恒流区）时，才对电路进行动态分析。求解动态参数时，应首先将放大电路的交流通路绘出，再用其微变等效电路去取代，从而得到放大电路的微变等效电路；然后根据 Au 、 Ri 、 Ro 的定义分别列出它们的表达式；最后代入数据求出具体数值。


图解分析法

3.3.1 静态工作情况分析 a. 静态：当放大电路没有输入信号时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。 b. 动态：当放大电路输入信号后，电路中各处的电压、电流便处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。


(1) 图解法确定静态工作点 Q的方法： a.做出 BJT 的输出特性曲线 iC=f(CE)|iB, 并由偏

置电路确定 B值； b.做出直流负载线； c. 由两条线的交点确定静态工作点 Q。 (2) 图解法分析动态工作情况的方法： a. 过 Q点做出交流负载线； b. 根据 Vi 在输入特性上求 iB根据在输出特性曲线上求 iC 和 CE 确定输出电压。同时可以确定放大器最大不失真输出电压的幅值、饱和失真与截止失真情况等。

Q 点表示在给定条件下电路的工作状态，此时没有输入信号电压


3.3.2 BJT 的三个工作区域 (见例题) (1) 饱和区：一般把输出特性直线上升和弯曲部分划为饱和区。 (2) 放大区： BJT 输出特性的平坦部分接近于恒流特性，它符合 C= B 的规律。 (3) 截止区：一般把输出特性 B = 0 曲线以下的部分称为截止区。

0 1 3 4 6

iC/mA4

3

2

1

VCE/V

25℃

N

iB

IB=40 μA

80

120

160

200

2 5

0Q2

Q

Q1

M

饱和区

放大区

截止区


三极管的三种工作状态

工作状态 NPN PNP 特点

截止状态 E 结、 C 结反偏 ; VB> VE ; VB<VC

E 结、 C 结反偏 ; VB> VE ;VB<VC

C≈0

放大状态 E 结正偏、 C 结反偏； VC>VB>VE

E 结正偏、 C 结反偏 ;VC<VB<VE

C≈B

饱和状态 E 结、 C 结正偏 ; VB>VE ; VB>VC

E 结、 C 结正偏 ; VB<VE ;VB<VC

VCE=VCES


例题例 3.9: 在一个交流放大电路中，测出某三极管三个管脚对地电位为： (1) 端为 1.5V (2) 端为 4V (3) 端为 2.1V ；试判断各级和管子的类型。解：则 (1) 端为 e 极； (2) 端为 c 极； (3) 端为 b 极；该管子为 NPN 型。讨论：工作在放大区的三极管应有下列关系： |VBE|≈0.7V( 硅管 ) 或 0.2V( 锗管 ), |VCE| > |VBE| 对 NPN 管： VE < VB < VC

对 PNP 管： VE > VB > VC


例 3.10: 已知如图所示 , 问：(1) 该电路是哪一类型放大电

路；(2) 计算 Q，设 VBE=0.6V ；

(3) 画出电路的等效电路；(4) 计算 AV；

40k

20k

T

Rc1k

1.4k

30¦ Ì

1k

50¦ Ì

v i

-

++

+

+

30¦ Ì

6V


解 : (1) 是共发射极放大电路；

(2)

eECCCCCE

e

BEBEC

B

RRVV

mAR

VV

VV

14.1

6.02

262040

20

V6.314.1116

mACB 01.0

100

1


(3) 等效电路如图所示：

126

)1100(200

5.0100)4(

be

LV r

RA

018.02626200

50

20k 40k rb 1k 1k

Vi

+

_

¦ Âibe

_

+

oV


例 3.11: NPN 型三极管接成如图所示两种电路，试

分析三极管 T 在这两种电路中分别处于何种工作状态。设 T 的 VBE=0.7V 。

Rb

100K Rc2K

T¦ Â=40

+5V

¦ Â=35TRb

30K

Rc

2.5K

-5V

Vi

3V

(a) (b)


解：三极管的工作状态，可以通过比较基极电流B和临界饱和基极电流BS来判定。由图(a)可知，

因为 B< BS, 故三极管 T 处于放大状态。

mAR

VV

b

BECCB 043.0

100

7.05

mAR

VV

C

CESCCBS 054.0

240

7.05


又由图 (b) 可知 Vi=0V时，三极管发射结无正向偏置， T 处于截止状态； Vi=3V时，

由于 B > BS ，所以，三极管处于饱和状态。

mAR

VV

mAR

VV

C

CESCCBS

b

BEiB

049.05.235

7.05

077.030

7.03


小结：判断三极管的工作状态，可有多种方法 : (1) 根据发射接和集电结的偏置电压来判别。 (2) 根据静态工作点 BQ和 CQ之来判别： BQ0, 管子工作在截止区； CQ= BQ，管子工作在放大区； BQ > CQ/, 管子工作在饱和区。 (3) 根据UBEQ值来判别， UBEQ 0.5V( 对硅管 ) ，管子工作在截止区； UBEQ 0.7V>UCEQ, 管子工作在饱和区。 (4) 根据UCEQ值来判别， UCEQ≈ EC, 管子工作在截止区； UCEQ≈0, 管子工作在饱和区。


例 3.12: 设如图三极管 T 的 =100 ， rbb´=100,

VBEQ=0.7V ； C1 ,C2 ,C3对交流信号可视为短路， RS=600。 (1) 计算静态工作点 Q(VCEQ,CQ) ； (2) 画出交流通路及交流小信号低频等效电路； (3) 求输入电阻 Ri ； (4) 求输出电阻 Ro ； (5) 求电压增益 Av=Vi/V0和 Avs=V0/Vs ；


解：(1)电容对于直流信号相当于开路，因此根据该放大电路的直流通路可以列出方程：

VCC=CR3+BQ(R1+R2)+VBE 将 C= BQ代入，得：

mARRR

VV BEQCCBQ 031.0

80202100

7.010

213

R1

20K

R2

80KR3

2K

RL

3K

T

C3

VCC

10V

Rs

Vs

C1

C2

Uo


CQ= BQ=3.1mA

VCEQ≈VCC-CQR3=10-3.12=3.8V

(2) 交流通路如图 (a) 所示，交流小信号低频等效电路如图 (b) 所示：

RS

R1 R2 R3 RL

Vs

oVVi iV1R

sV

SRLR3R2RVob

ib变

bi r

(a) (b)


(3) 由微变等效电路可知，输入电阻为：

031.0)1001(

26)1001(100

26)1(

||1

E

bbbe

bei

mArr

rRR

940

75)5(

125)||||(

)4(

95.180||2||

9.0940||20

0

230

230

VSi

i

SVS

be

L

iV

i

ARR

R

V

VA

r

RRR

V

VA

kRRR

kkkR


讨论：本题的目的在于熟悉放大器静态工作点

的估算法，以及利用微变等效电路求放大器

的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。求

放大器的静态工作点实际上就是求解放大器

的直流通路。具体的方法有两种：一是图解

法，条件是要知道管子的特性曲线；二是估


算法，条件是要知道管子的电流放大系数。求放大器的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，实际上就是求解放大器的微变等效电路。该放大器的微变等效电路可以根据电容和直流电源对交流相当于短路以及用管子的微变等效电路代替管子的原则来画出。

第三章半导体三极管及放大电路基础

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