1
3 半导体三极管及放大电路基础
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
例 题,放大电路如下图所示,估算 Q点。 V CC
R c
R L
R b C b2
C b1
+
-
v o
+
-
v i
+
+
c
e
b
+

v i
i B i 1
R b1
b
c
i C
R c
V CC
+

v o
R L
i E R
e
R b 2
C b 1
+
C b2
+
e
+

v i
i B
R b
b
c
i C
R c
V CC
+

v o
R L
i E R
e
C b 1
+
C b2
+
e
射极偏置电路 固定偏流电路
分压式射极偏置电路 集电极-基极偏置电路
共射
+

v i
i B
R b
b
c
i C
R c
V CC
+

v o
R L
i E R
e
C b 1
+
C b2
+
e
例 1:放大电路如下图所示,估算 Q点。
射极偏置 固定偏流
BEbBCC VRIV ??
Je回路 KVL方程 解,
eEBEbBCC RIVRIV ???
即,
b
CC
b
BECC
B R
V
R
VVI ???
eb
BECCB
)1( RR
VVI
???
??
)( ecCCC
eEcCCCCE
RRIV
RIRIVV
???
???
BC II ??
cCCCCE RIVV ??
Jc回路 KVL方程(直流负载线)
T放大
BE )( I1I ???
4
例 1:放大电路如下图所示,估算 Q点。
解,
b22b1B2CC )( RIRIIV ???
eEBEb22B RIVRIV ???
对 Je回路,有
b2b1
b2CC'
BB RR
RVV
??
+

v i
i B
i 1
R b1
b
c
i C
R c
V CC
+

v o
R L
i E R
e
R b 2
C b 1
+
C b2
+
e
i 2
分压式射极偏置电路
方法一,
方法二,
从 b极 向左侧求戴维南等效电路
I B
V’ BB
R b
T
R e
I E b2b1b // RRR ?
则 Je回路 KVL方程
eEBEbB' RIVRIV BB ???
eb
BE
'
B )1( RR
VVI BB
???
??
5
V CC
R c
R L
R b C b2
C b1
+
-
v o
+
-
v i
+
+
c
e
b
集电极-基极偏置电路
例 1:放大电路如下图所示,估算 Q点。
解,Je回路 KVL方程
Jc回路 KVL方程(直流负载线)
BEbBcBCCC )( VRIRIIV ????
cb
BECCB
)1( RR
VVI
???
??
cCCC
cBCCCCE
)(
RIV
RIIVV
??
???
BC II ??
T放大 小结:
近似估算法求 Q点
T放大的基本条件 = Je正偏 ; Jc反偏
3个方程解 3个变量( IBQ,ICQ,VCEQ)
关键方程 ——Je回路 KVL方程
6
3.5 放大电路的工作点稳定问题
? 温度变化对 ICBO的影响
? 温度变化对输入特性曲线的影响
? 温度变化对 ? 的影响
? 稳定工作点原理
? 放大电路指标分析
? 固定偏流电路与射极偏置电路的比较
3.5.1 温度对工作点的影响
3.5.2 射极偏置电路
7
3.5.1 温度对工作点的影响
温度 T ?
少子浓度 ?
IC ?
ICBO ?,ICEO ?
IB ?
VBE ?
载流子运动加剧,
发射相同数量载流
子所需电压 ?
b
BECCB
R
VVI ??
输入特性曲线 左移
? ?
载流子运动加剧,
多子穿过基区的速
度加快,复合减少
输出特性 曲线 上移 输出特性 曲线族间隔加宽
3.5.1 温度对工作点的影响
be
Lc
i
o
V
)//(
r
RR
V
VA ???? ?
?
?? Q点上移 ? rbe ?? AV ?
3.5.2 射极偏置电路
1,稳定工作点原理 目标:温度变化时,使 IC维持恒定。
+

v i
i B
R b
b
c
i C
R c
V CC
+

v o
R L
i E R
e
C b 1
+
C b2
+
e
射极偏置电路 固定偏流电路
+

v i
i B
i 1
R b1
b
c
i C
R c
V CC
+

v o
R L
i E R
e
R b 2
C b 1
+
C b2
+
e
i 2
分压式射极偏置电路
BEbBCC VRIV ?? eEBEbBCC RIVRIV ???
b
BECCB
R
VVI ??
b
eEBECCB
R
RIVVI ???
eEBEbB' RIVRIV BB ???
b
eEBE'B
R
RIVVI BB ???
只能单向设置 具有检测 Q点位置,并自动调整的功能
T ? ? IC? ~ IE?
IC?
? VE?= IE Re ? IB?
(反馈控制)
+

v i
i B
i 1
R b1
b
c
i C
R c
V CC
+

v o
R L
i E R
e
R b 2
C b 1
+
C b2
+
e
i 2
分压式射极偏置电路
如果温度变化时,b点电位能基本
不变,则可实现静态工作点的稳定。
T ? ? IC? ~ IE?
IC?
? VE? ? VBE ?
eEBEBBE RIVVVV ????
利用
稳定 Q思路
则可实现如下 自动调整 过程
b点电位基本不变的条件,I1 >>IB
VB >>VBE
I1=(5~10)IB (硅 )
I1=(10~20)IB(锗 )
VB =3V~5V (硅 )
VB =1V~3V (锗 ) CCb2b1
b2B V
RR
RV ?
??
e
BEBEC
R
VVII ???
)( ecCCCeEcCCCCE RRIVRIRIVV ??????
?
C
B
II ?
e
CC
b2b1
b2
e
B
R
V
RR
R
R
V ?
???
求 Q点方法三
11
2,放大电路指标分析 3.5.2 射极偏置电路
+

v i
i B
i 1
R b1
b
c
i C
R c
V CC
+

v o
R L
i E R
e
R b 2
C b 1
+
C b2
+
e
i 2
① 确定静态工作点
CC
b2b1
b2B V
RR
RV ?
??
e
BEBEC
R
VVII ???
Je回路 KVL方程
一般采用方法三
② 画小信号等效电路
并确定模型参数
)mA(
)mV(26)1(2 0 0
EQ
be Ir ?????
e
r be
b
I b
c
? I b
I c
I e R
e
+

V i
R b 1 R b2
R b
R c
+

V o
R L
12
2,放大电路指标分析 3.5.2 射极偏置电路
输出回路,)//(
Lcbo RRIV ?? ??? ?
输入回路,
eebebi RIrIV ??? ??
电压增益,
ebe
Lc
ebeb
Lcb
i
o
V
)(
)//(
])([
)//(
R1r
RR
R1rI
RRI
V
V
A
?
?
?
?
??
?
??
??
??
??
?
?
?
?
?
③ 电压增益
+

v i
i B
i 1
R b1
b
c
i C
R c
V CC
+

v o
R L
i E R
e
R b 2
C b 1
+
C b2
+
e
i 2
i
oV
V
VA
?
?? ?
ebbeb )( R1IrI ???? ??
(1+? )Re >> rbe ? >> 1 若,
e
Lc
i
o
V
//
R
RR
V
VA ???
?
??
])(/ / [// ebeb2b1i R1rRRR ????
④ 输入电阻
co RR ?
⑤ 输出电阻
+

e
V i
R b 1
r be
b
I b
R c
+

V o
R L
c
? I b
R b2
I e
R b
R e
I c
13
])(/ / [// ebeb2b1i R1rRRR ????
④ 输入电阻
2,放大电路指标分析 3.5.2 射极偏置电路
+

e
V i
R b 1
r be
b
I b
R c
+

V o
R L
c
? I b
R b2
I e
R b
R e
I c
ebbebi )( R1IrIV ???? ???Ri R’i
证明如下,
'ib2b1i //// RRRR ?
ebe
b
i'
i )( R1rI
VR ?????
?
?
从 b极看 e极的电阻,要扩大 (1+?)倍!
那从 e极看 b极的电阻,要?
co RR ?
⑤ 输出电阻
Ro
14
3.5.2 射
极偏置电

2,放大电路指标分析
⑤ 输出电阻
输出电阻
oco // RRR ??
求输出电阻的等效电路
?网络内独立源置零
?负载开路
?输出端口加测试电压
求 R’o,可对回路 1和 2列 KVL方程
rce对分析过程影响很大,此处不能忽略
0)()( ecbsbeb ????? RIIRrI ???
0)()( ebccebcT ?????? RIIrIIV ????? ?
其中
b2b1ss //// RRR??

)1(
esbe
e
ce
c
T
o RRr
Rr
I
VR
???
????? ?
?
?

co RR ???
时,
co RR ?
一般
cceo RrR ????
( )
15
3,固定偏流电路与射极偏置电路的比较
共射极放大电路
静态,
b
BECC
B R
VVI ??
BC IβI ??
cCCCCE RIVV ??
CC
b2b1
b2
B VRR
RV ?
??
e
BEB
EC R
VVII ???
)( ecCCCCE RRIVV ???
?
C
B
II ?
3.5.2 射极偏置电路
16
3.5.2 射
极偏置电

3,固定偏流电路与射极偏置电路的比较
固定偏流共射极放大电路
电压增益,
be
Lc )//(
r
RRA
V
??? ??
ebe
Lc
V )1(
)//(
Rr
RRA
?
?
??
????
Rb vi Rc RL iV?
bI?
cI?
OV?
bI?
固定偏流共射极放大电路
输入电阻,
beb
i
i
i // rRI
VR ??
?
? ? ?
ebeb2b1i )1(//// RrRRR ????
输出电阻,Ro = Rc
co RR ?
# 射极偏置电路做如何改进,既可以使其具有温度稳定性,
又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标?
17
3.5.2 射
极偏置电

be
Lc
ebe
Lc
V
)//(
)1(
)//(
r
RR
Rr
RRA ???
??
??? ?
?
??
? ? beb2b1ebeb2b1i ////)1(//// rRRRrRRR ???? ?
18
+

+ V CC
C 2
+
C 1
C e
+
R c
R e 2
R L v o
T
R b 1
+
R e 1
R b 2
+

v i
1
e1be
Lc
V )1(
)//(
Rr
RRA
?
?
??
????
? ?e1beb2b1i )1(//// RrRRR ????
3.5.2 射
极偏置电

end
19
3.6 共集电极电路和共基极电路
? 电路分析
? 复合管
? 静态工作点
? 动态指标
? 三种组态的比较
3.6.1 共集电极电路
3.6.2 共基极电路
20
3.6.1 共集电极电路
R b
v i
R e
+V CC
+

v o R
L
T
v s
e R
s
b
c
+
+
+

+

1,电路分析
结构特点 …
也称为 射极输出器
① 求静态工作点
eb
BECC
B )1( RR
VVI
???
??
eCCCeECCCE RIVRIVV ????
BC II ?? ?
eEBEbBCC RIVRIV ???
BE )1( II ???
e
r b e 2
b
I b
c
? I b
I c
+

V o R L R
e
+

V i R
b
v s
R s
+
– ② 画小信号等效电路
)mA(
)mV(26)1(2 0 0
EQ
be Ir ?????
21
R b
v i
R e
+V CC
+

v o R
L
T
v s
e R
s
b
c
+
+
+

+

+

e
V i
r b e 2
b
I b
+

V o R L
c
? I b
R b
R e
I c
v s
R s
+

?电压增益 1,电路分析
3.6.1 共集电极电路
1
R1r
R1
R1rI
R1I
V
V
A
?
???
??
?
???
??
??
Lbe
L
Lbeb
Lb
i
o
V
)(
)(
])([
)(
?
?
?
?
?
?
?
?
?
一般有
beL)( rR1 ???? ?
1V ?A?即 同相与 io VV ??
电压跟随器( 射极输出器)
LeL // RRR ??其中
])(//[ Lbeb
i
i
i R1rRI
VR ????? ?
?
?
④ 输入电阻 Ri大?
⑤ 输出电阻
??
??
1
RRrRR sbbe
eo
////
Ro小
22
⑤ 输出电阻
+

e
V i
r b e 2
b
I b
+

V o R L
c
? I b
R b
R e
I c
v s
R s
+

1,电路分析
3.6.1 共集电极电路
R b R
s
V T
+

b
R e
R s I T
I Re
??
??
1
RRrRR sbbe
eo
////
sbbe
T
e
TT
//)( RRr
V1
R
VI
?
???? ??? ?
bR
bbRT
)(
e
e
I1I
IIII
??
????
?
?
???
???
)(
// sbbeeT
T
o
??
????
1
RRr
1
R
1
V
I
R
1
?
?
证明如下,电路变换
对 e极列 KCL方程,
将各支路关系代入,
证毕!
◆ 电压增益小于 1但接近于 1,
◆ 输入电阻大,对电压信号源衰减小
◆ 输出电阻小,带负载能力强
同相io VV ?? 与
共集电极电路特点,
23
2,复合管
3.6.1 共集电极电路
Lbe
L
i
o
V )1(
)1(
Rr
R
V
VA
???
????
?
?
?
??
])1(/ / [ Lbebi RrRR ???? ?
??
??
1
RRrRR sbbe
eo
////
作用:提高电流放大系数
达林顿管
24
3.6.2 共基极电路
结构特点 …
1,静态工作点
直流通路与分压式射极
偏置电路相同
CC
b2b1
b2
B VRR
RV ?
??
e
BEB
EC R
VVII ???
)( ecCCC
eEcCCCCE
RRIV
RIRIVV
???
???
?
C
B
II ?
25
2,动态指标
① 电压增益
输出回路,
输入回路,
bebi rIV ?? ??
电压增益,
be
L
beb
Lb
i
o
V r
R
rI
RI
V
VA ??
?
???? ??
?
?
?
??
LbLco RIRIV ?????? ??? ? LcL // RRR ??
画小信号等效电路
3.6.2 共基极电路
26
# 共基极电路的输入电阻很小,最适合用来放大何种信号源的信号?
2,动态指标
② 输入电阻
③ 输出电阻
e
ii
I
VR
?
?
???
'ie
i
ii // RR
I
VR ??
?
?
co RR ?
?? ????
??
1)(1
be
b
beb r
I
rI
?
?
?? ?????? 1
r
1
rRRR
I
VR bebe
e'ie
i
ii ////??
3.6.2 共基极电路
27
3,三种组态的比较
电压增益,
be
Lc )//( r RR?? ?
输入电阻,
beb//rR
输出电阻,
cR
)//)(1(
)//()1(
Lebe
Le RRr RR???? ??
? ?)//)(1(// Lebeb RRrR ???
?? ?1 )//(// bebse rRRR
be
Lc )//( r RR??
??1// bee rR
cR
3.6.2 共基极电路
end
28
多级放大电路
+

Vo RL
Io R s I i
+

V s
+

V i

V i1
+

V o1
+
放大电路

V i2
+

V o2
+
放大电路

V i3
+

V o3
+
放大电路
引出 … 例如,要求 AV > 2000,Ri > 2M?和 Ro < 100?
R o1

+
R i1 A
V O 1 V i1

V i2
+
R o2

V o2
+

+
R i2 A
V O 2 V i2
R o3

+
R i3 A
V O 3 V i3
级联(级间耦合),直接、阻容和变压器耦合
性能分析 静态分析 ——求 Q(见例题)
动态分析 ——求 AV, Ri和 Ro
i
oV
V
VA ??
o3o RR ?
i1i RR ?
方法 1,… 习题 1.2.5
方法 2,
i2L1 RR ?
3V2V1V
3i
3o
2i
2o
1i
1o
i
oV AAA
V
V
V
V
V
V
V
VA ???? ???????
例如 求 AV1 ——
计算第一级电压增益时,将第二级的输入电阻 Ri2作为
第一级的负载
29
例 题 1
+

+ V CC
C 2
+
T 1
C 1
+

R 2
11 k ?
C 3
+
10 ? F
T 2
+
47 ? F
R 3
5.1k ?
10 ? F
R 7
3.3k ? R L
5,1 k ?
1 0 ? F
v s v
o
R 1
51 k ?
I
R 6
150 k ?
A
R 5
1 k ?
R 4
51 ?
I B1
+ 15 V
为提高放大电路
的带负载能力,多级
放大器的末级常采用
共集电路。共射 -共
集两级阻容耦合放大
电路如图所示。已知
电路中 ?1=?2=50,
VBE=0.7V。
(1) 求各级的静态工作点;
(2) 求电路的输入电阻 Ri和输出电阻 Ro;
(3) 试分别计算 RL接在第一级输出端和第二级输出端时,电路
的电压放大倍数。
30
V2
21
2CC
1B ??? RR
RVV
mA24.1
54
BE1B
1E1C ??
???
RR
VVII
A8.24/C1B ??? ?II
? ? V37.4543CCC1CE ????? RRRIVV
各级静态工作点彼此独立,
可分级计算。
解,
+

+ V CC
C 2
+
T 1
C 1
+

R 2
11 k ?
C 3
+
10 ? F
T 2
+
47 ? F
R 3
5.1k ?
10 ? F
R 7
3.3k ? R L
5,1 k ?
1 0 ? F
v s v
o
R 1
51 k ?
I
R 6
150 k ?
A
R 5
1 k ?
R 4
51 ?
I B1
+ 15 V
(1) 求各级的静态工作点;
? ? mA035.01 726 BECC2B ??? ?? RR VVI ?
mA75.12B2E1C ??? III ?
V23.672ECC2CE ??? RIVV
第二级:射极偏置
第一级,分压式射极偏置
电容开路,所以 …
阻容耦合的特点
变压器耦合
31
+

e 1
V i
R 1
r b e 1
b1
I b 1
R 3
+

V o 1
c1
? I b1
R 2
R 4
I c1
+

+ V CC
C 2
+
T 1
C 1
+

R 2
11 k ?
C 3
+
10 ? F
T 2
+
47 ? F
R 3
5.1k ?
10 ? F
R 7
3.3k ? R L
5,1 k ?
1 0 ? F
v s v
o
R 1
51 k ?
I
R 6
150 k ?
A
R 5
1 k ?
R 4
51 ?
I B1
+ 15 V
+

e 2
V i 2
r b e 2
b2
I b 2
+

V o R L
c2
? I b2
R 6
R 7
I c2
Ri Ro Ro1
(2) 求 Ri和 Ro;
? ? ?????? k27.1)mA( )mV(261200
1E
11be Ir ?
? ? ?????? k96.0)mA( )mV(261200
2E
22be Ir ?
=
Ri= Ri1= R1//R2//[rbe1+ (1+? 1)R4]≈2.66k?
????
?
?
??
? ?
??
?
?
?
?
?
?
?
?
??
k11.0k
51
)1.5//150(96.0
//k3.3
1
)//(
//
2
362be
7o2o ?
RRr
RRR
32
(3) 分别计算 RL接在第一级输出端和第二级输出端时,电压增益
+

e 1
V i
R 1
r b e1
b1
I b 1
R 3
+

V o 1
c1
? I b1
R 2
R 4
I c1
R L
+

e 2
V i 2
r b e 2
b2
I b 2
+

V o R L
c2
? I b2
R 6
R 7
I c2
Ri1
9532
051051271
151550
R1r
RR
V
V
AA
411
3
i
1o
1VV
.
)k..(
k).//.(
)(
)//(
be
L
??
???
???
?
??
?
???
?
??? 21
2
1
VV
i
o
i
o
i
o
V AAV
V
V
V
V
VA ??? ?????
=
? ? 41be 2311 1 )//( Rr RRVVA iioV ?? ??????
Ri2=R6//[rbe2+ (1+?)(R7//RL)]
=150//104=61.11k?
82.60??
990RR1r RR1VVA
72
7
2i
o2V,
)//)((
)//)((
Lbe
L ?
??
???
?
??
21.6099.082.6021 ??????? VVV AAA ???
级间耦合的优、缺点及应用比较
耦合方式 优 点 缺 点 应 用
直流或交流
放大,分立
或集成电路。
? 可放大直流及
缓慢变化的信号,
低频响应好
? 便于集成 ? 有严重的零点漂移问题
? 各级 Q不独立,
设计计算及调试
不便 直接耦合
阻容耦合
?各级 Q独立
?体积小成本低
? 无法集成
?传输交流信号
损失小,增益高
? 不能放大直流
及缓慢变化的信
号,低频响应差
交流放大
分立电路
变压器耦合
? 无法集成 功率放大
调谐放大 ?高频和低频响
应差
?体积大,笨重
?各级 Q独立
?可以改变交流
信号的电压、电
流和阻抗
34
(a) 直接连接 (b) 第 2级加射极电阻或二极管
(c) 第 2级发射极加稳压二极管 (d) NPN型管和 PNP型管混合使用
直接耦合放大电路静态工作点的设置
35
例 题 2
+ V CC
C 2
T 2
T 3
v
o
C 1
R 2
B 1
B 2
R 3
R 4
R 5
C 4
R 6
R 1
C 3
+

+

v
i
T 1 多级放大器如图所示。设电路中 r
be1、
rbe2,?1,?2,?3及各参数均已知。
(1) 判断电路中 T1,T2和 T3各组成什
么组态的电路;
(2) 求各级的静态工作点;
(3) 推导 AV, Ri及 Ro的表达式。
结构特点 …
解,(1) 判断电路的组成形式
由三种不同组态的基本放大电路组合而成的共射 -共基 -
共集组合放大电路。
级间耦合,直接耦合
输入和输出耦合,阻容耦合
36
+ V CC
C 2
T 2
T 3
v
o
C 1
R 2
B 1
B 2
R 3
R 4
R 5
C 4
R 6
R 1
C 3
+

+

v
i
T 1
(2) 求各级的静态工作点;
CCB VRRR
RV
321
11
???
T1,分压式射极偏置
CCB VRRR
RRV
321
212
??
??
5111 RVVI /)( BEBC ??
222 II ?/CB ? ? ? 634
342
3 R1R
VRIVI
???
??? BECCC
B
63B33BE43BC2CC RI1VRIIV )()( ??????
T3,射极偏置 T2,分压式射极偏置
VVVVV 1BE1BB E 2B2C E 1 )()( ????
333 II BC ??
VVV 1BB2CE1 ??
63B3CC3CE RI1VV )( ????
111 II ?/CB ?
12 II CC ?
VVV 1E1CC E 1 ??
VVV 2E2C2CE ??
)(])([ 2BE2B43BC2CC VVRIIV ?????
37
+ V CC
C 2
T 2
T 3
v
o
C 1
R 2
B 1
B 2
R 3
R 4
R 5
C 4
R 6
R 1
C 3
+

+

v
i
T 1
(3) 推导 AV, Ri及 Ro的表达式。
2
22i
1
rR
???
be
1
211
1V r
R
V
VA
be
i
i
o ???? ???
? ?
2
3i42
1
22V
r
RR
V
VA
beo
o //??? ???
? ?
? ? 633 6323V R1r
R1
V
VA
?
?
??
???
beo
o???
3V2V1VV AAAA ???? ???
b e 1b e 121i1i //// rrRRRR ???
3
436
3
236
1
RrR
1
RrRR
?? ?
??
?
?? beobe
o ////
r be 3
R 4
V o
I b3
r b e 2
I b2
I b1
r be 1 R 1
+

V i
+

? 1 I b3
R 6
? 1 I b2
? 1 I b1
R 2
? ? 6333 R1rR ???? bei
? ?
? ?
1
3i41
2
3i42
1
2
2
1
2V2V
r
RR
r
RR
r
1
r
AA
be
bebe
be
//
//
?
??
?
??
?
?
??? ??
共射 -共基组合又称 串接放大器
38
多级放大电路
+

Vo RL
Io R s I i
+

V s
+

V i

V i1
+

V o1
+
放大电路

V i2
+

V o2
+
放大电路

V i3
+

V o3
+
放大电路
R o1

+
R i1 A
V O 1 V i1

V i2
+
R o2

V o2
+

+
R i2 A
V O 2 V i2
R o3

+
R i3 A
V O 3 V i3
输入级 —Ri? 中间放大级 —AV ? 输出级 —Ro ?
共集、共射 共射、共基 共集
第 4章
场效应管
第 6.2节
差分放大电路
2个信号
相减
第 5章
功率放大电路
直接耦合
零漂
Ri? RL特别小
第 6.1节
电流源
第 6章
集成 运算放大器
性能
改善 第 7章
反馈 技术、方法
第 8,9,10章
运算放大器 应用
各种功能电路 end