第四章 半导体三极管及其应用

• 半导体三极管• 放大电路的图解分析法• 放大电路的小信号模型分析法• 三种组态放大电路• 多级放大电路• 共集电极和共基极电路• 放大电路的频率响应

§4.1 双极型三极管

• 半导体三极管的结构

• 三极管内部的电流分配与控制

• 三极管各电极的电流关系

• 三极管的共射极特性曲线

• 半导体三极管的参数

• 三极管的型号

• 三极管应用

4.1.1 半导体三极管 (BJT) 的结构• BJT 是双极结型晶体管 Bipolar Junction Transistor 的简写

+

外形

符号（ NPN 型）

集成 BJT 剖面

结构示意图

BJT 结构集电极C

发射区

集电区

基区

发射结Je

集电结Jc

发射极E

基极 B

集电极C

发射区

集电区

基区

发射结Je

集电结Jc

发射极E

基极 B

BJT 结构• 三个电极

– 发射极，基极，集电极– 发射极箭头方向是指实际电流方向

• 三个区 – 发射区 ( 高掺杂 ) ，基区 ( 很窄 ) ，集电区

• 两个 PN 结– 发射结 (eb 结 ), 集电结 (cb 结 )

• 晶体管具有的能力– 电流控制（ current control ）– 电流放大（ current amplify ）

BJT 结构

发射区的掺杂浓度大，发射载流子 集电区掺杂浓度低，且集电结面积大，收集载流子 基区得很薄，控制载流子分配，其厚度一般在几个微米至几

十个微米。

+

从外表上看两个 N 区 ,( 或两个 P 区 ) 是对称的，实际上 :

BJT 的三种组态

CC(Common Collector) ：共集电极，集电极为公共电极

CB (Common Base) ：共基极，基极为公共电极

CE (Common Emitter) ：共发射极，发

射极为公共电极

4.1.2 三极管内部的电流分配与控制• 三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压• 放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压

NPN R

CRbVCC

VBB

+

_

IB

IC

IE

Vo

以 NPN 型 BJT 为例

什么组态？正偏

反偏

电流分配与控制

VBBVC

C

• 发射结正偏，集电结反偏时三极管中载流子的运动：

1. 发射区向基区注入电子在 VBB 作用下，发射区向基区注入电子形成 IEN ，基区空穴向发射区扩散形成IEP 。

IEN >> IEP 方向相同

非平衡载流子

电流分配与控制2. 电子在基区复合和扩散 发射区注入基区的电子继续向集电结扩散，扩散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流 IBN 。由于基区薄且浓度低，所以 IBN 较小。

3. 集电结收集电子 由于集电结反偏，所以基区中扩散到集电结边缘的电子在电场作用下漂移过集电结，到达集电区，形成电流 ICN 。

VBBVCC

电流分配与控制4.集电极的反向电流 集电结收集到的电子包括两部分： 发射区扩散到基区的电子——ICN

基区的少数载流子——ICBO

VBBVCC

收集载流子

电流分配与控制

IE= IEN+ IEP 且有 IEN>>IEP

IEN=ICN+ IBN 且有 ICN>>IBN

IC=ICN+ ICBO

IB=IEP+ IBN － ICBO

IE =IC+IB VBBVCC

电流分配与控制• 使晶体管具有电流分配与控制能力的两个重要条件

– ① 内部条件• 发射区高掺杂 ( 故管子 e 、 c 极不能互换 )• 基区很薄 ( 几个 m)

– ② 外部条件 • 发射结 (eb 结 ) 正偏• 集电结 (cb 结 ) 反偏

• 晶体管工作的内部机理：-------“ 非平衡载流子”的传输

• 非平衡载流子传输三步曲 ( 以 NPN 为例 )– ① 发射区向基区的多子注入 ( 扩散运动）为主– ② 基区的 复合 和 继续扩散– ③ 集电结对非平衡载流子的收集作用（漂移为主）

4.1.3 三极管各电极的电流关系集电极电流 IC 和发射极电流 IE 之间的关系定义 :

ECN / II

IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= IC+ IB+ICBO

CEOBCBOB II

II

11IC

表示集电极收集到的电子电流 ICN 与总发射极电流 IE 的比值。 ICN 与 IE 相比，因 ICN 中没有 IEP 和 IBN ，所以 的值小于 1, 但接近 1 ，一般为 0.98~0.999 。

称为共基极直流电流放大系数。

电流放大系数

在忽略 ICBO 情况下， IC 、 IE 和IB 之间的关系可近似表示为：

BCE

BE

BC

III

II

IβI

1

BCE

BE

BC

III

II

II

1

B

CCEO

B

C

I

II

I

I 很小时当定义

式中：

称为共发射极接法直流电流放大倍数。

CBOCBO

CEO Iβα

II )+1(=

-1=

1

4.1.4 三极管的共射极特性曲线

输入特性曲线—— iB=f(vBE) vCE=const

输出特性曲线—— iC=f(vCE) iB=const

共发射极接法三极管的特性曲线：

iB 是输入电流

vBE 是输入电压

加在 B 、 E 电极之间

输入回路

输出回路iC 是输出电流vCE 是输出电压从 C 、 E 两电极取出

RC

Rb

VCCVBB

+

_

vO

iB

iC

iE

+

_

vBE

+

_

vCE

b

c

e+vi-

1. 输入特性曲线

i (uA)B

100

20

40

60

80

0.2 0.40

v (V)BE

V =0VCE

V =0.5VCE

V >1VCE

输入特性曲线—— iB=f(vBE) vCE=const

表示 vCE 为常数时， iB 与 vBE 间关系。由于受集电结电压的影响，输入特性与一个单独的 PN 结的伏安特性曲线有所不同。(1)VCE=0 时： b 、 e 间加正向电压，

JC 和 JE 都正偏， JC 没有吸引电子的能力。所以其特性相当于两个二极管并联 PN 结的特性。

VCE=0V ： 两个 PN 结并联

b

e c

输入特性曲线

i (uA)B

100

20

40

60

80

0.2 0.40

v (V)BE

V =0VCE

V =0.5VCE

V >1VCE

(2) VCE>1V 时， b 、 e 间加正向电压，这时 JE 正偏， JC 反偏。发射区注入到基区的载流子绝大部分被 JC 收集，只有小部分与基区多子形成电流 IB 。所以在相同的 VBE 下， IB 要比 VCE=0V时小。 VCE>1V ： iB 比 VCE=0V 时小，且 vCE

增大，曲线略有右移，到一定程度则不再变化。这是管子的基区调制效应。(3) VCE 介于 0~1V 之间时， JC 反偏不够，吸引电子的能力不够强。随着VCE 的增加，吸引电子的能力逐渐增强， iB 逐渐减小，曲线向右移动。 0<VCE<1V: VCE iB

b

e c

2. 输出特性曲线输出特性曲线—— iC=f(vCE) iB=const

表示 iB 一定时， iC 与 vCE 之间的变化关系。

放大区

饱和区

截止区0uA

100uA

80uA

60uA

40uA

20uA

ICBO

vCE

iC

6

4

2

2 4 6 8 10 12

VCE=VBE

0

(1)放大区： JE 正偏， JC 反偏，对应一个 IB ，

IC 基本不随 VCE 增大，IC= IB 。

处于放大区的三极管相当于电流控制电流源。

(2)截止区：对应 IBICBO 的区域， JC 和 JE 都反偏， IB

≈0 ， IC ≈0

输出特性曲线(3) 饱和区： 对应于

VCE≤VBE (VCB≤0) 的区域，集电结处于零偏或正偏，吸引电 子的能力较弱。VCE 增加，集电结吸引电子能力增强， IC 增大。

JC 和 JE 都正偏， VCES 约等于 0.3V ，IC< IB

饱和时 c 、 e 间电压记为 VCES ，深度饱和时 VCES 约等于 0.3V 。

放大区

饱和区

截止区0uA

100uA

80uA

60uA

40uA

20uA

ICBO

vCE

ic

6

4

2

2 4 6 8 10 12

VCE=VBE

0

饱和时的三极管 c 、 e 间相当于一个压控电阻。

输出特性曲线总结• 饱和区

– eb 结正偏， cb 结正偏或反偏电压很小– iC 受 vCE 显著控制的区域– 该区域内 vCE 的数值较小，管子完全导通– 相当一个开关“闭合（ Turn on ）”。

• 放大区– eb 结 正偏， cb 结 反偏 。– iC 平行于 vCE 轴的区域，曲 线基本平行等距 -- 恒流特性– vCE 的数值大于 0.7V

• 截止区– eb 结和 cb 结 均为反偏。– iC 接近零的区域，相当 iB=0 的曲线的下方– 管子不通，相当于一个“开关”打开（ Turn off ）。

自学：共基极连接的 I-V 特性

3. 温度对三极管特性的影响自学：共基极连接的 I-V 特性

温度升高使：（ 1 ）输入特性曲线左移（ 2 ） ICBO 增大，输出特性曲线上移（ 3 ）增大

三极管工作情况总结状态 发射结 集电结 IC

截止 反偏或零偏 反偏 0

放大 正偏 反偏 IB

饱和 正偏 正偏 < IB

三极管处于放大状态时，三个极上的 电流关系： 电位关系：

BCE

BE

BC

III

II

II

1

NPN PNPc 最高 最低b 中

VB=VE+0.7V中

VB=VE-0.7Ve 最低 最高

锗管： VB=VE+0.2V VB=VE+0.2V

例 4.1.1 ：判断三极管的工作状态 测量得到三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。

放大 截止 饱和

例 4.1.2：判断三极管的工作状态用数字电压表测得 VB =4.5 V 、 VE = 3.8 V 、 VC =8 V ，试判断三极管的工作状态，设 β=100 ，求 IE 和 VCE 。

4.1.5 三极管的型号中国国家标准（ GB—249—74 ）规定的中国半导体器件型号命名方法 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器件的种类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

三极管

2.1.6 半导体三极管的参数管子参数 是衡量晶体管质量好坏和选择管子的主要依据。半导体三极管的参数分为三大类 :

直流参数 交流参数 极限参数

1. 直流参数

① 直流电流放大系数

a. 共基极直流电流放大系数 = (IC-ICBO)/IE= IB/1+ IB= /1+

三极管的直流参数b. 共射极直流电流放大系数： = （ IC － ICEO ） /IB≈IC / IB vCE=constβ 在放大区基本不变

共发射极输出特性曲线上，可通过垂直于 X 轴的直线 vCE=const来求取 =IC / IB

IC 较小时和 IC 较大时， 有所减小，iC/mA

vCE/V

iC/mA

iB/uA

三极管的直流参数

b. 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO

ICEO 和 ICBO 之间的关系： ICEO= （ 1+ ） ICBO

相当于基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线 IB=0 时曲线所对应的 Y

坐标的数值。

② 极间反向电流a. 集电极基极间反向饱和电流 ICBO

ICBO 的下标 CB代表集电极和基极， O 是 Open 的字头，代表第三个电极 E 开路。它相当于集电结的反向饱和电流。

vCE/V

iC/mA

硅管比锗管小。此值与本征激发有关。取决于温度特性（少子特性）。

三极管的交流参数2.交流参数①交流电流放大系数 a. 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const

在放大区 值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上通过垂直于X 轴的直线求取 IC/

IB 。vCE/V

iC/mA

三极管的交流参数 b. 共基极交流电流放大系数 α=IC/IE VCB=const

② 特征频率 fT 和截至频率 f

三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到 1 时所对应的频率称为特征频率，用 fT 表示。

当下降到原来大小的 0.707 倍时所对应的频率称为截至频率，用 f 表示。

当 ICBO 和 ICEO 很小时， ≈、 ≈，可以不加区分。

三极管的极限参数

如图所示，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 70～ 30％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流 ICM 。

(3) 极限参数① 集电极最大允许电流 ICM

iC/mA

vCE/V

值下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有所差别。当 IC＞ ICM 时，并不表示三极管会损坏。

三极管的极限参数

② 集电极最大允许功率损耗 PCM

集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICVCB≈ICVCE ，

因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。 在计算时往往用 VCE取代 VCB 。

三极管的极限参数③ 反向击穿电压 : 反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。 BR--Breakdown

a. V(BR)CBO—— 发射极开路时的集电结击穿电压。下标 CB代表集电极和基极， O代表第三个电极 E 开路。

b. V(BR) EBO—— 集电极开路时发射结的击穿电压。

c. V(BR)CEO—— 基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。

三极管的极限参数V(BR)CER 表示 BE 间接有电阻， V(BR)CES 表示 BE 间短路

V(BR)CBO≈V(BR)CES ＞ V(BR)CER ＞ V(BR)CEO ＞ V(BR) EBO

三极管的安全工作区三个极限参数 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，所限定的区域称为晶体管安全工作区。

iC/mA

vCE/V

三极管的参数参 数型 号

PCM

mW I CM

mAVR CBO

VVR CEO

VVR EBO

V I C BO

μA f T MHz

3AX31D 125 125 20 12 ≤6 *≥ 83BX31C 125 125 40 24 ≤6 *≥ 8

3CG101C 100 30 45 0.1 1003DG123C 500 50 40 30 0.353DD101D 5A 5A 300 250 4 ≤2mA3DK100B 100 30 25 15 ≤0.1 300

3DKG23 250W 30A 400 325 8

注： * 为 f

作业

4.1.1

4.1.2

4.2.3

4.3.1

4.1.7 三极管应用

vi=5V 时， iB=(5-0.7)/10K=0.43mA

ICS=10V/5K=2mA< iB=22mA

三极管饱和， vO=0V; vi=0V 时，三极管截止 , vO=10V 。

5V

10V

t

t

vi

vO

c

e

10K

5K 10V

b+

_+

_vi

vO

例如：三极管用作可控开关 (=50)

§4.2 基本共射极放大电路电路分析 基本共射放大电路 基本共射放大电路 直流通路与交流通路

放大电路的图解分析法 静态分析 动态分析

放大电路的小信号模型分析法 微变等效电路 指标计算

基本放大电路的三种组态

4.2.1 基本共射放大电路

c

eRb

RC

VCC

b

+

_

+

_ VBB

Cb2

+

+ T

vi

vo

Cb1

vs

Rs

RL

电路组成 : 三极管 T VCC ：几 ~ 几十伏 RC ：几 K~ 几十 K VBB ：为发射结提供正偏 Rb ：几十 K~ 几千 K

硅管 VBE≈0.7V 锗管 VBE≈0.2V

Cb1 ， Cb2 ：耦合电容或隔直电容 vi ：输入信号； vo ：输出信号 公共地或共同端，电路中每一点的电位实际上都是该点

与公共端之间的电位差。图中各电压和电流的极性是参考极性。

基本共射放大电路• 核心元件

– 晶体管是放大器的“心脏”– 起放大作用

• 电路的构成要保证两个基本方面条件：– 直流条件

• 通过电源和偏置保证• VCC ， Rc ， VBB ， Rb

• 这是放大器的外部条件（静态）– 交流条件

• 通过信号和传输回路保证• Cb1 ， Cb2 ：耦合电容或隔直电容• vs ：输入信号； vo ：输出信号• 这是放大器的工作目的（动态）

c

eRb

RC

VCC

b

+

_

+

_VBB

Cb2

+

+

T

vi

vo

Cb1

vs

Rs

RL

基本共射放大电路

• 两种状态– 静态 （由电源引起） ---- “ 直流是条件”– 动态 （由信号源引起） ----交流是目的

• “ 两种通路”（交、直流分开看）– 直流通路–交流通路

静态与动态静态：只考虑直流信号，即 vi=0 ，各点电位不变 （直流工作状态，是条件）。

放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。

动态：只考虑交流信号，即 vi 不为 0 ，各点电位变化 （交流工作状态，是目的）。

直流通路与交流通路• 直流通路

– 电路中只有直流量通过– 如何得到直流电路？

• 电容开路• 电感短路

• 交流通路–交流量（信号）通过的电路– 如何得到交流电路？

• 电容短路• 电感开路• 电流源两端开路（内阻大）• 电压源两端短路（内阻小）

基本共射放大电路

c

eRb

RC

VCC

b

+

_

+

_ VBB

Cb2

+

+ T

vi

vo

Cb1

vs

Rs

RL

RL

Cb1 +

+

+

vi

T

VCC

Cb2

+

_

Rb RC

vo

_vs

Rs

直流通路与交流通路

从 C 、 B 、E 向外看，有直流负载电阻， Rc 、 Rb

T

Rb RC

VCC

T

Rb RC

v

Cb1

Cb2

VCC

i

+

+

+vo

-vi

RL

电容相当于开路，电感相当于短路

T

Rb

RC

+

_

+

_

vovi

RL直流电源和耦合电容对交流相当于短路

从 C 、 B 、 E 向外看，有等效的交流负载电阻， Rc//RL 和偏置电阻Rb

信号表示

信号表示（对 IC 、 VBE 、 VCE 等意义相同）：IB 表示直流量

Ib 表示交流有效值

Ib 表示复数量

iB 表示交直流混合量

ib 表示交流小信号

IB 表示直流变化量

iB 表示 iB 的变化量

用不同符号表示的物理量

• 静态值：主字母大写，脚标大写，如 IC

• 交流（瞬时值）：主字母小写，脚标小写，如 vbe

• 交流有效值：主字母大写，脚标小写，如 Ic

• 总瞬时值：主字母小写，脚标大写• 总瞬时值 = 直流分量 ±交流分量

如： vBE=VBE±vbe

用不同符号表示的物理量• 总瞬时值与直流分量、交流分量之间的关系（图）

VBE

t

t

t

vbe

vBE

基本共射电路放大原理

+

+

vi

vo

Cb1

VCC

Cb2

+

_

+

_

Rb RC

12V

300K 4K

=40

vi 变化—— iB 变化———— iC 变化

—————— vCE 变化— vo 变化

Cb1 iC= iB

vCE= VCC - iCRC

V.R-IVVmA.II

uAR

VI

CCCECE

BC

b

CCB

6561β

40

oCCCE

C

Bi

vV.RivmA.i

uAimVv

80ΔΔ20Δ

5Δ1Δ

4.2.2 放大电路的图解分析法

• 直流通路与交流通路• 静态分析

– 近似估算法– 图解分析– 电路参数变化对 Q点的影响

• 动态分析– 截止失真– 饱和失真– 交流负载线– 最大不失真输出– 输出功率和功率三角形

静态分析 -- 近似估算法

已知硅管导通时 VBE≈0.7V ， 锗管 VBE ≈ 0.2V

=40

V.RIVVmA.II

AR

VVI

CCQCCCEQ

BQCQ

b

BECCBQ

65-61β

μ40≈-

Q: （ 40uA ， 1.6mA ， 5.6V ）

固定偏流电路

+

+

vi

vo

Cb1

VCC

Cb2

+

_

+

_

Rb RC

12V

300K 4K

=40

RbRC

vo

vi

Cb1

Cb2

VCC

+

+

Re

0.5K

330K 4K15V

=50

例 4.2.1 ：电路及参数如图，求 Q点值

Rb RC

VCC

330K 4K 15V

=50

Re

0.5K

uA.

.R)(R

VVI

eb

BECCB

405051330

7015β1

mAuA

II EC

24050

150β

V.)RR(IV

RIRIVVecCCC

eEcCCCCE

654215

Q: （ 40uA ， 2mA ， 6V ）

例 4.2.2 ：电路及参数如图，求 Q点值

固定偏压电路射极偏置电路

Rb1RC

vo

vi

Cb1

Cb2

VCC

+

+

Re

0.5K

68K 4K15V

Rb2

12K

=40

直流通路

Rb1 RC

VCC

Re

0.5K

68K 4K 15V

Rb2

12K

=40 Rb1

RC

Re

0.5K

68K

4K

Rb2

12K

15VVCC

15VVCC

Rb

2.25V

10.2K

VBB

K.RR

RRR//RR

bb

bbbbb 210

21

2121

V.VRR

RV CC

bb

bBB 252

21

2

例 4.2.2

uA50R)1(R

7.0VI

eb

BBB ≈

-

V6)5.4(215

I)RR(VV CeCCCCE

-

-

mA2I II BEC RC

Re

0.5K

4K

2.25VVBB

15V10.2K

Rb

VCC

=40

Q: （ 50uA ， 2mA ， 6V ）

问题• 1 、基本放大电路有哪几种结构，分别叫什么放大电路？• 2 、射极放大电路以的哪个电极做为输入端，哪个电极做

为输出端，哪个电极作为输入、输出公共端。• 3 、什么叫做放大电路的静态，什么叫做放大电路的动态，静态分析动态分析内容一样吗？

• 4 、为保证信号不失真，静态工作点应设置在特性曲线哪个部分，为什么放大电路要设置静态工作点？

• 5 、固定偏置电路中，偏流由哪些参数决定？• 6 、为什么在放大电路中要有隔直电容，它在电路中的作

用是什么？

静态分析 -- 图解法

R

R

V

I

VBB

bCC

C

V

+

_

+

_

CEBEV

B

CI

求 VBE 、 IB 的方法同二极管图解分析输入特性VBE=VBB-IBRb

输出特性 VCE=VCC-ICRC

b 、 e 回路c 、 e 回路

a. 画直流通路

b. 把基极回路 (b,e) 和集电极回路 (c,e) 电路分为线性和非线性两部分

IB=40uA 、RC=4K 、VCC=12V

vCE(v)

i C (mA)

3

2

1

2 4 6 80

10 12

20uA

40uA

60uA

80uA

IB =100uA

静态分析 -- 图解法c. 作非线性部分的伏安特性曲线 uAICEC B

)v(fi 40

M

N

直流负载线

d. 作线性部分的伏安特性曲线 -- 直流负载线VCE=12 - 4 IC (VCC=12V , RC=4K)

用两点法做直线 M(12V,0) ， N(0,3mA)e. 直线 MN 与 IB=40uA 曲线的交点 (5.6V,1.6mA)就是静态工作点 Q

Rb

RC

VCC

IB

VBB

VCE

+

_

+

_VBE

IC

Q

(5.6V,1.6mA)

讨论：电路参数变化对 Q点的影响

v

i (mA)

3

2

1

2 4 6 8 CE

C

010 12

I =20uAB

I =40uAB

I =60uAB

I =80uAB

I =100uAB

M

N

Q

Rb改变： Q点沿MN 向下移动

CECBb VIIR

Q’

R Rb

VCC

C

12V300K 4K

=40

固定偏流电路

电路参数变化对 Q点的影响

v

i (mA)

3

2

1

2 4 6 8 CE

C

010 12

I =20uAB

I =40uAB

I =60uAB

I =80uAB

I =100uAB

M

N

Q

Rc改变：点逆时针转动绕的斜率变小

MMN

MNR

RIVV

C

CCCCCE

Q’

R Rb

VCC

c

12V300K 4K

=40

固定偏流电路

电路参数变化对 Q点的影响

v

i (mA)

3

2

1

2 4 6 8 CE

C

010 12

I =20uAB

I =40uAB

I =60uAB

I =80uAB

I =100uAB

M

N

Q

VCC改变：向右平移不变

MN

VIV

RIVV

CECCC

CCCCCE

Q’Rb

RC

VCC

IB

VBB

VCE

+

_

+

_

VBE

IC

动态分析—图解法• 放大器加入交流信号后，将同时存在直流

和交流 两种物理量。• 交流是依存直流而存在的。• 此时各值均为交直流共存（为总瞬时值）。

vBE=VBE±vbe

VBE

t

t

t

vbe

vBE

动态分析—图解法

vi

vi=0.02sint(V)

0

40

iB(uA)

60

20

vBE(V)

vo

iC(mA)

3

2

1

2 4 6 80

10 12

20uA

40uA

60uA

80uA

100uA

vCE(V)

+

+

vi

vo

Cb1

VCC

Cb2

+

_

+

_

Rb RC

=40

IB=40uA ， vi=0.02sint(V) ib=20sint(uA) iB= 20uA~60uA

iC=iB=0.8~2.4(mA)

vCE= 8.8V ~ 2.4V vo= vce=-3.2sin t

动态分析—截止失真

vi

vCE2 4 6 80

10 12

iC (mA)

3

2

1

0

20uA

40uA

60uA

80uA

100uA

Q

vo

0

40uA

iB (uA)

vBE

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。

动态分析—饱和失真

0

80uA

i B (uA)

0 vBE

vi

3

2

vCE

iC (mA)

1

2 4 6 80

10 12

20uA

40uA

60uA

80uA

100uA

Q

vo

饱和失真：由于放大电路的工作点达到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。

注意：对于 PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与 NPN 管正好相反。

T

Rb

RC

+

_

+

_

vo

vi

RL

交流负载

RL’=RC//RL

问题：无负载时的等效负载电阻？

T

Rb RC

Cb1

Cb2

VCC

+

+

+vo

-vi

RL

直流负载线与交流负载线

c. 有负载时交流负载 线确定方法： 通过输出特性曲线 上的 Q点做一条直 线，其斜率为 -1/R'L

R‘L= RL∥Rc

是交流负载电阻

b. 交流负载线和直流 负载线相交与 Q点。

a. 交流负载线是有交流输入信号时 Q点的运动轨迹。

直流负载线方程： VCE=VCC-ICRC

无负载时的交流负载线与直流负载线相同。

最大不失真输出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。

Q 位于交流负载线中间时，Vom≈ICQ×RL’

要想 PO 大，就要使功率三角形的面积大，即必须使 V

om 和 Iom 都要大。

omomomom

o 2

1

22IV

IVP

放大电路向电阻性负载提供的输出功率：

在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ 的面积，这一三角形称为功率三角形。

输出功率和功率三角形

作业

4.2.1

4.2.2

4.3.4

4.3.5

4.2.3 放大电路的小信号模型分析法

图解法的适用范围：信号频率低、幅度较大的情况。

如果电路中输入信号很小，可把三极管特性曲线在小范围内用直线代替，从而把放大电路当作线性电路处理——微变等效电路。

1. 三极管可以用一个模型来代替。 2. 对于低频模型可以不考虑结电容的影响。 3. 小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也 具有线性同样的含义。

将晶体管等效为二端口网络，取其网络参数。 H 参数是电路网络参数的一种，称为混合参数。

1 2 2

2

h 参数等效电路

输入开路时输出导纳 :0

2

222 1

I

V

Ih

输出短路时的输入电阻:0

1

111 2

V

I

Vh

数输入开路时电压反馈系 :0

2

112 1

I

V

Vh

数输出短路时电流放大系:0

1

221 2

V

I

Ih

I1 I2

+

—

双端口网络

+

—

V2V1

2221212

2121111

VhIhI

VhIhV

如果 I1 和 V2 是独立源：

三极管共射 h 参数等效电路共射接法等效的双端口网络：输入表达式： vBE= f1 ( iB ,vCE ) 输出表达式： iC= f2 ( iB ,vCE

)

CEI

CE

CBV

B

CC

CEI

CE

BEBV

B

BEBE

dvv

idi

i

idi

dvv

vdi

i

vdv

BCE

BCE

ce

.

b

.

c

.

ce

.

b

.

be

.

VhIhI

VhIhV

2221

1211

c

be

+

_

+

-

iC

iB

vCEvBEbeV

bI

cI

ceV

参数的物理含义

e

b

c

b’

re rb’e

rbb’

rb’c rc

CEB

BE Vi

vh

11VCEQ 时 iB 对 vBE 的影响，是三极管在 Q点附近 b 与 e 之间的动态电阻，用 rbe 表示。

rbe 的组成：rbe = rbb’ + rb’e

re 很小，忽略

rbb’ ：基区体电阻 约 200Ω

rb‘e ：发射结正偏电阻

Ee'b I

mV)(r

26β1

E'bbbe I

mV)(rr

26β1

参数的物理含义

BCE

BE Iv

vh

12IBQ附近 vCE 对 vBE 的影响 ,vCE >1V后， h12<10-2

CEB

C Vi

ih

21VCEQ附近 iB 对 i

C 的影响，即

BCE

C Iv

ih

22

IBQ 处 vCE 对 iC 的影响，是 IBQ

这条曲线在 Q点的导数 , 通常用 rce 表示 1/h22 ， rce >105

三极管共射简化 h 参数等效电路

忽略 h12 和 h22 影响的简化参数等效电路

c

be

基本放大电路总结• 静态分析（直流通路）

– 近似估算法– 图解法

• 参数对工作点的影响• 动态分析（交流通路）

– 图解法• 最大动态范围• 饱和失真• 截止失真

– 小信号模型法• rbe

• β

+

+

vi

vo

Cb1

VCC

Cb2

+

_

+

_

Rb RC12V

300K 4K

=40

4.2.3 基本共射电路分析计算放大电路分析步骤：

画直流通路，计算静态工作点 Q 计算 rbe

画交流通路 画微变等效电路 ( 小信号等效电路 ) 计算电压放大倍数 Av

计算输入电阻 Ri

计算输出电阻 Ro

注意：只有在 Q 点正常的情况下，动态分析才有意义。 Ri 中不应含有 Rs ， Ro 中不应含有 RL 。

计算电压放大倍数 Av

T

R R

V

v

v

b1

b2b

C

C

CC

C

i

o

+

+ vo

vi

T

R

R

b

C

+

_

+

_

vo

vi

b

c

e

CC

be

RIIRV

rV

bco

bi

β--

I

be

C

i

ov

r

R

V

V β-A

2. 计算输入电阻 Ri

bebeb

bebbeb.

.

i rrR

rRr//RR

i

i

I

V

Ri

3. 计算输出电阻 Ro方法一：

C

o

.

o

.

oc

.

o

.

Cc

.

o

.

R'I

'VRI'IRI'V

Ro

输出开路时的输出电压:'o

.

V

输出短路时的输出电流:'I o

.

Ro

方法二：把输入信号源短路（ Vs=0 ）但保留信号源内阻，在输出端加信号 Vo ，求此时的 Io

Cooo RI/VR

如图，如果 Vs＝ 0 ，则 Ib=0 ， 所以 Ib=0

例 4.2.3 ：求 Av ， R i ， Ro

电路及参数如图， rbb’=100 ，求 Av ， Ri ，Ro 解：静态工作点（ 40uA ， 2mA ，

6V) Ω736026

β1 K.I

mV)(rr

E'bbbe

T

R

R

b

c

+

_

+

_ReVi

Vo

vi

vo

交流分析：

627β1

β-.

R)(r

R

V

VA

ebe

c

i

ov

Rb RC

vo

vi

Cb1

Cb2

VCC

+

+

Re

0.5K

330K 4K 15V

=50

例 4.2.3

K4 co RR ebebi R)(r//RR β1

=330K//26.263K=24.3K

Ri Ro

R R

V

b1

CC

c

Re1

0.1K

68K 4K 15V

R

Re2

0.4K

b2

12K

例 4.2.4 ：

解：静态分析：画直流通路求静态工作点

R R

V

v

v

b1

b2b1

C

C

CC

c

i

o

+

+

Re1

0.1K

68K 4K 15V

R

R eC

+

e2

0.4K

b2

12Kvi

vo

Q:（ 50uA ， 2mA ， 6V ）

Ω6330

26β1

K.I

mV)(rr

E'bbbe

电路及参数如图， =40 ， rbb’=100 ， (1)计算静态工作点 (2)求 Av ， Ri ， Ro

例 4.2.4 ：

833-10416330

440-

β1

β-

β--

β1

1

1

...

R)(r

R

V

VA

RIRIV

RI)(IrV

ebe

C

i

ov

CbCco

ebbbei

Ω2337334210

β1 1

K..//.R)(r//RR ebebi

Ri

Ro=RC=4K

Ro

动态分析：画交流通路和微变等效电路，求 Av ， Ri ，Ro

作业

4.3.9

4.3.11

4.4.4

4.4.5

§4.3 基本放大电路的三种组态组态一：共射电路

be

C.

o

.

ov

.

r

R

V

VA

β- Ri=Rb//rbe Ro=Rc

T

R R

V

v

v

b1

b2b

C

C

CC

C

i

o

+

+vo

vi

T

R

R

b

C

+

_

+

_

vovi

bc

e

直接耦合基本共射极放大电路

cCQCEQ

BQCQ

b

BEQBBBQ

RIVV

II

R

VVI

CC

－＝

beb

c

i

o β

rR

R

V

VAv

beb

i

i

i rRI

VR

co RR

电流，电压均放大！功率放大器

oV

iV

vivo

组态二：共集电极电路

直流通路

IB=( VBB － VBE)/ [Rb+(1+)Re]

IC= IB

VCE= VCC － IERe= VCC － ICRe

Rb =Rb1 //Rb2

共集电极电路分析

o L

be L

(1 ) '1

(1 ) 'v

i

RVA

r RV

Ri=Rb1// Rb2 //[rbe +(1+)R'L )]

R'L = RL // Re

共集电极电路

β1

+=

)+β1

+

sbee

o

oo

eosbeoo

b2b1sssbeob

'Rr//R

'I

'VR

R/'V()]'Rr/('V)[('I

R//R//R'R,)'Rr/('VI

.

.

...

..

令 Vs=0 ， Rs保留， RL 开路，加 o'V

)β1

β

eob

bbo e

R/'V()(I

III'I..

R

....

直接耦合共集电极电路

eEQCEQCC

eEQBEQbBQBB

RIVV

RIVRIV

ebeb

e

i

o

β1

β1

R)(rR

R)(

V

VAv

.

ebeb

i

ii β1 R)(rR

I

VR .

.

β1

0

bebe

o

o

o

oss

rRR

I

VR

VRV

∥

，则，在输出端加，保留令

只放大电流，不放大电压！电压跟随器

vi

vo

oV

iV

?V

VA

s

ovs

组态三：共基极放大电路

微变等效电路

Ie

Ro ≈RC

be

Lv r

RβVVA

'+=/= io

β1

β1

be

ebe

iii

r

R//r

I/VR

直接耦合共基极放大电路

cEQCCCEQ

EQBQ

e

BEQBBEQ 1

RIVV

II

R

VVI

，

co

beei

ebe

c

β1

β1

β

RR)(

rRR

R)(r

RAv

.

只放大电压，不放大电流！电流跟随器

vivo

oV

iV

三种组态电路比较

•均是 针对 信号（交流）而言•输入回路（接信号源，加入信号）•输出回路（接负载，取出信号）•信号流向：

CE : b 进 c 出 CC : b 进 e 出 CB : e 进 c 出

•公共端（地）（介于输入、输出之间） C E 共射，（ E ） 接地

CC 共集，（ C ）接地 C B 共基，（ B ）接地

三种组态电路比较共射电路：同时放大电压和电流（功率放大），输入输出电压相位相反，输出电阻适中。常用于电压放大 ( 中间级 ) 。共集电路：只放大电流，电压放大倍数是小于且接近于 1的正数，具有电压跟随特点，输入电阻大，输出电阻小。常作为电路的输入和输出级，缓冲级。共基电路：只放大电压不放大电流，具有电流跟随特点。电压放大倍数同共射电路，但输入输出同相。输入电阻小，频率特性好。常用作宽带放大器。

输入级 输出级中间级输入信号

输出信号

作业

4.5.3

4.5.4

4.5.5

基本放大电路总结

基本放大电路

三极管电阻电容电源等

CE CC CB

Av Ri Ro

静态动态

直流通路 估算图解 VCE=VCC-ICRC

交流通路 图解小信号模型 vce = - icRC

vCE=VCC-iCRC