2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 1
第二章 双极型晶体管及其放大电路
2-1 双极型晶体管的工作原理
2-1-1 放大状态下晶体管中载流子的传输过程一、发射区向基区注入电子二、电子在基区中边扩散边复合三、扩散到集电结的电子被集电区收集
2-1-2 电流分配关系一、直流电流放大系数二,IC,IE,IB、三者关系
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 2
2―2 晶体管伏安特性曲线及参数
2―2―1 晶体管共发射极特性曲线一、共发射极输出特性曲线
1,放大区
2,饱和区
3,截止区二,共发射极输入特性曲线三、温度对晶体管特性曲线的影响
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 3
2-2-2 晶体管的主要参数一、电流放大系数二、极间反向电流三,结电容四、晶体管的极限参数
2―3 晶体管直流工作状态分析及偏置电路
2―3―1 晶体管的直流模型
2―3―2 晶体管直流工作状态分析
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 4
2―3―3 放大状态下的偏置电路一、固定偏流电路二、电流负反馈型偏置电路三、分压式偏置电路
2―4 放大器的组成及其性能指标
2―4―1 基本放大器的组成原则
2―4―2 直流通路和交流通路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 5
2―4―3 放大器的主要性能指标一、放大倍数 A
二、输入电阻 Ri
三、输出电阻 Ro
四、非线性失真系数 THD 五、线性失真
2―5 放大器图解分析法
2―5―1 直流图解分析
2―5―2 交流图解分析
2― 5― 3 直流工作点与放大器非线性失真的关系
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 6
2―6 放大器的交流等效电路分析法
2―6―1 晶体管交流小信号电路模型一、混合 π
二、低频 H参数电路模型
2―6―2 共射极放大器的交流等效电路分析法
2―7 共集电极放大器和共基极放大器
2―7―1 共集电极放大器
2―7―2 共基极放大器
2―7―3 三种基本放大器性能比较
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 7
2―8 放大器的级联
2―8―1 级间耦合方式
2―8―2 级联放大器的性能指标计算
2―8―3 组合放大器一,CC―CE 和 CE―CC 组合放大器二,CE―CB 组合放大器作业
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 8
（ 1）掌握双极型晶体管的工作原理、特性和参数。
（ 2）掌握双极型晶体管的大信号和小信号模型。了解模型参数的含义。
（ 3）掌握晶体管基本放大器的组成、工作原理及性能特点。
（ 4）掌握静态工作点的基本概念和偏置电路的估算。
（ 5）掌握图解分析方法和小信号等效电路分析方法，
掌握动态参数（ ）的分析方法。
（ 6）掌握多级放大电路动态参数的分析方法。
omoi URRA u,、、
第二章 双极型晶体管及其放大电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 9
e c
b
发射极基极集电极发射结 集电结基区发射区 集电区
N P N
c
b
e
NPN
PNP
c
b
e(a) NPN管的 原理结构 示意图
(b) 电路符号
2-1 双极型晶体管的工作原理
Base collector emitter
BJT(Bipolar Junction Transistor)，简称 晶体管 或 三极管。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 10
P
集电极基极发射极集电结发射结发射区 集电区
( a )
N P N
c
e
b
P N P
c
e
b
b
基区
e c
( b )
N
＋
衬底
N 型外延
P
N
＋
c
e b
S i O
2
绝缘层集电结基区发射区发射结集电区
( c )
N N
(c)平面管结构剖面图图 2-1 晶体管的结构与符号
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 11
结构特点
1.三区二结
2.基区很薄（几个微米至几十个微米）
3.e区重掺杂,c区轻掺杂,b区掺杂最轻
4.Sc结 >Se结
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 12
2-1-1放大状态下晶体管中载流子的传输过程一、发射区向基区 注入 电子二、电子在基区中边 扩散 边复合三、扩散到集电结的电子被集电区 收集
（发射结正偏，集电结反偏）
基区从厚变薄，两个 PN结演变为三极管，这是量变引起质变的一个实例。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 13
图 2― 2 晶体管内载流子的运动和各极电流
c
IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
ICBO
15V
b I
BN
IEP IEN
ICN
双极型三极管的电流传输关系,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 14
2-1-2 电流分配关系
c
IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
ICBO
b I
BN
IEP IEN
ICN IB
IC
IE
跨越两个 PN节,体现了放大作用
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 15
一、直流电流放大系数
E
C B OC
EB
E
EN
EN
CN
E
CN
I
II
I
I
I
I
I
I
基区传输效率发射区发射效率一般
c IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
ICBO
b I
BN
IEP IEN
ICN
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 16
一般
CBOB
CBOC
EPBN
CN
CNE
CN
II
II
II
I
II
I
c
IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
ICBO
b I
BN
IEP IEN
ICN
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 17
1EE
E
CNE
CN
II
I
II
I
1)1( CN
CN
E
CN
I
I
I
I
共射、共基直流电流放大系数,间关系
1?
1
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 18
若忽略 ICBO,则二,IC,IE,IB,三者关系,
CBOB
CBOC
II
II
E
C B OC
I
II
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 19
2―2 晶体管伏安特性曲线及参数全面描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。
图 2― 3晶体管的三种基本接法 （ 组态 ）
c
e
b
iB
iC
输出回路输入回路
(a)共发射极
(Common Emitter)
(b)共集电极
(Common Collecter)
(c)共基极
(Common Base)
输入回路 （接信号源，加入信号）；
输出回路 （接负载，取出信号）；
e
c
b
iB
iE
ce
iE iC
b
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 20
2―2―1 晶体管共发射极特性曲线一、共发射极输出特性曲线图 2―4 共发射极特性曲线测量电路常数 BiCEC ufi )(
μA
mA
V V
iB
iC
UCC
UBB
RC
RB
＋
－
uBE
＋
－
uCE
＋
－
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 21
u
C E
/ V5 10 15
0
1
2
3
4
饱和区截止区
I
B
＝ 40 μ A
30 μ A
20 μ A
10 μ A
0 μ A
i
B
＝－ I
C B O
放大区
i
C
/ m A
u
C E
＝ u
BE
图 2― 5 共射输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线,avi
Active Region
Cutoff Region
Saturation
Region
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 22
c IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
ICBO
b
IBN
IEP IEN
ICN
1,放大区 （发射结正偏,集电结反偏）
（ 1） uCE 变化时,IC 影响很小（ 恒流特性 ）
（ 2）基极电流 iB 对集电极电流 iC 的控制作用很强
（ 3）交流电流放大倍数常数
CEu
B
C
I
I?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 23
c IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
b
2,饱和区 （发射结和集电结均处于正向偏置）
E结正偏 C结零偏的正向传输
（ 1） i B 一定时,i C 比放大时要小
（ 2） U CE 一定时 i B 增大,i C 基 本不变
C结正偏 E结零偏的反向传输内部载流子的传输过程分解为
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 24
临界饱和,UCE = UBE，即 UCB=0（ C结零偏）。
饱和压降 （一般饱和 ||深度饱和）
UCE(sat) = 0.5V||0.3V（小功率 Si管）；
UCE(sat) = 0.2V||0.1V（小功率 Ge管）。
饱和（ saturation）
关于饱和区的说明
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 25
c IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
b
3,截止区 （发射结和集电结均处于反向偏置）
三个电极均为反向电流，所以数值很小。
（ 1） i B =-i CBO （此时 i E
=0 ）以下称为截止区
（ 2） 工程上认为,i B =0
以下即为截止区。 因为在 i B =0 和 i B =-i CBO
间，放大作用很弱
ICBO
I EBO
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 26
c 结
e 结 正偏 反偏正偏反偏晶体管的工作状态总结饱和 放大截止倒置放大
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 27
二,共发射极输入特性曲线
（ 1） U CE = 0 时，晶体管相当于两个并联二极管,i B 很大，曲线明显左移。
（ 2） 0< UCE< 1 时，随着 UCE 增加，曲线右移，
特别在 0< UCE< UCE (SAT),即工作在饱和区时，移动量将更大一些。
（ 3） UCE >1 时，曲线近似重合。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 28
三、温度对晶体管特性曲线的影响
T ↑,uBE↓,CmVmV
T
u BE?)/5.2~2(
T ↑,ICBO ↑,10
12
12
2
TT
C B OC B O II
T ↑,β↑,C
T
/)1~5.0(
C B OBC III )1(
T ↑,IC ↑,
结 论
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 29
2-2-2 晶体管的主要参数一、电流放大系数
1,共射直流放大系数反映静态时集电极电流与基极电流之比。
2,共射交流放大系数反映动态时的电流放大特性。
在以后的计算中，不必区分。
由于,呈线性关系
C E OBC B OBC IIIII )1(
因此
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 30
4.共基交流放大系数
3.共基直流放大系数常数
CB
E
C
uI
I?
在以后的计算中，不必区分。
由于,呈线性关系
CBOEC III
因此
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 31
二、极间反向电流
1 ICBO
发射极开路时，集电极 —基极间的反向电流，称为集电极反向饱和电流。
2 ICEO
基极开路时，集电极 —发射极间的反向电流，称为集
3 IEBO
集电极开路时，发射极 — 基极间的反向电流。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 32
三,结电容包括发射结电容 Ce 和集电结电容 Cc
四、晶体管的极限参数
1 击穿电压
U(BR)CBO指发射极开路时，集电极 —基极间的反向击穿电压。
U(BR)CEO指基极开路时，集电极 —发射极间的反向击穿电压。
U(BR)CEO < U(BR)CBO。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 33
U(BR)EBO指集电极开路时，发射极 —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。
2 集电极最大允许电流 ICM
ICM (Maximum Collector Current)一般指 β下降到正常值的 2/3时所对应的集电极电流。当 iC
>ICM时，虽然管子不致于损坏，但 β值已经明显减小。
例如,3DG6(NPN),U(BR)CBO =115V，
U(BR)CEO =60V,U(BR)EBO=8V。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 34
3 集电极最大允许耗散功率 PCM
※ PCM (Maximum Power Dissipation)表示集电极上允许损耗功率的最大值。超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。
※ PCM与管芯的材料、大小、散热条件及环境温度等因素有关。
PCM =IC·UCE
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 35
u
C E
工作区
i
C
0
安全
I
C M
U
( B R ) C E O
P
C M
图 2―7 晶体管的安全工作区功耗线过损耗区击穿区过流区
Safe Operating Area
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 36
2―3 晶体管直流工作状态分析及偏置电路将输入、输出特性曲线 线性化
（即用若干直线段表示）
等效电路（模型）
静态：由电源引起的一种工作状态
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 37
(a) 输入特性近似图 2― 8晶体管伏安特性曲线的折线近似
uBE0
iB
UBE(on) 0 uCE
iC
UCE(sat)
IB＝ 0
(b) 输出特性近似
2―3―1 晶体管的直流模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 38
图 2― 9
(a)截止状态模型； (b)放大状态模型； (c)饱和状态模型
(b)
e
b c
βI B
I B
UBE(on)
(a)
e
b c
(c)
e
b c
UBE(on) UCE(sat)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 39
例 1 晶体管电路如图 2―10(a) 所示。若已知晶体管工作在放大状态,β=100，试计算晶体管的
IBQ,ICQ和 UCEQ。 ICQ
＋
－
UCEQ
270kRB
UBB 6V
IBQ
UCC12V
RC3k
(a) 电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 40
(b)直流等效电路图 2― 10晶体管直流电路分析
e
RB
UBE(on)
b
IBQ
βI BQ
c
ICQ
UCC
RC
＋
－
UCEQ
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 41
解 因为 UBB使 e结正偏,UCC使 c结反偏,所以晶体管可以工作在放大状态 。 这时用图 2― 9(b)的模型代替晶体管,便得到图 2--10(b)所示的直流等效电路 。 由图可知
)( onBEBBQBB URIU
VRIUU
mII
m
R
UU
I
CCQCCC E Q
BQCQ
B
onBEBB
BQ
63212
202.0100
02.0
270
7.06)(
故有
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 42
2―3―2 晶体管工作状态分析
R B
UBB UEE
RE
R C
UCC
(a)电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 43
RB
U BB
RC
UCCU
EE
R E
UBE(on) βI B
(b)放大状态下的等效电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 44
图 2― 11晶体管直流分析的一般性电路
RB
U BB
RC
UCCU
EE
R E
UBE(on)
(c)饱和状态下的等效电路
UCE(sat)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 45
1.先判断晶体管是否处于 截止状态,
CCBBonBEEEBB UUUUU 且若,)(
则晶体管处于 截止状态 ；
EECCCEEEBBBE UUUUUU,此时，
2.再判断晶体管是处于 放大状态 还是 饱和状态,
晶体管工作状态的判断方法
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 46
∵ UBB - UEE - UBE(on) =IBQRB+(1+β)IBQRE
)(
)1(
)(
ECCQEECCC E Q
EQBQCQ
EB
OnBEEEBB
BQ
RRIUUU
III
RR
UUU
I
)( onBEC E Q UU?若方法 1：
则晶体管处于放大状态；
则晶体管处于饱和状态；
)( onBEC E Q UU?若
∴
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 47
EC
OnBEEECC
s a tC RR
UUU
I
)()(
)(
)(
s a tC
s a tB
I
I?
)( s a tBBQ II?若
)( s a tBBQ II?若方法 2：
则晶体管处于放大状态；
则晶体管处于饱和状态；
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 48
ECQBQs a tCECCQEECC
ECQBQonBEBBQEEBB
RIIURIUU
RIIURIUU
)(
)(
)(
)(
晶体管处于饱和状态时：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 49
补充例题 1电路补充例题 1 晶体管电路如下图所示 。 已知
β=100,试判断晶体管的工作状态 。
5V
R B
UBB
R E
R C
UCC
500KΩ 1KΩ
2K Ω
12V
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 50
1.先判断晶体管是否处于截止状态：
CCBBonBEBB UUUU 且,)(?
∴ 晶体管不处于 截止状态 ；
2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：
∵ UBB - UBE(on) =IBQRB+(1+β)IBQRE
mA
RR
UU
I
EB
OnBEBB
BQ
2
)(
1072.0
1 0 15 0 0
7.05
)1(
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 51
)( onBEC E Q UU
∴ 晶体管处于放大状态；
mAII BQCQ 72.01072.0100 2
V
RRIUU ECCQCCC E Q
10372.012
)(
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 52
补充例题 2电路补充例题 2 晶体管电路如下图所示 。 已知
β=100,试判断晶体管的工作状态 。
5V
R B
UBB
R C
UCC
50KΩ
2K Ω
12V
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 53
1.先判断晶体管是否处于截止状态：
CCBBonBEBB UUUU 且,)(?
∴ 晶体管不处于 截止状态 ；
2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：
∵ UBB - UBE(on) =IBQRB
mA
R
UU
I
B
OnBEBB
BQ
2
)(
106.8
50
7.05
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 54
则
VU s a tCE 5.0)(?设
0?C E QU?
∴ 晶体管不可能处于放大区,而应工作在饱和区；
mAII BQCQ 6.8106.81 0 0 2
VRIUU CCQCCC E Q 2.526.812
mA
R
UU
I
C
s a tCECC
CQ 75.52
5.012)(
VU C EQ 5.0?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 55
例 2 晶体管电路及其输入电压 ui的波形如图 2--
12(a),(b)所示 。 已知 β=50,试求 ui作用下输出电压
uo的值,并画出波形图 。
R3
3k
UCC
5V
RB
39k
ui
＋
－
＋
－
uo
(a)电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 56
图 2― 12例题 2电路及 ui,uo波形图
0
5
t
uo/V
0.3
(c) uo波形图
0
3
t
ui/V
(b) ui波形图
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 57
解 当 ui=0时,UBE=0,则晶体管截止 。 此时,
ICQ=0,uo=UCEQ=UCC=5V。 当 ui =3V时,晶体管导通且有
mImI s a tCBQ 0 2 8.050 4.106.0 )(?
而集电极临界饱和电流为因为
mRUuI
B
onBEi
BQ 06.039
7.03)(
mR UUI
C
onBECC
s a tC 4.13
7.05)(
)(
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 58
所以晶体管处于饱和。
ICQ≈IC(sat)=1.4mA，
uo=UCEQ=UCE(sat)=0.3V。
uo波形如图 2―12(c) 所示。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 59
2―3―3 放大状态下的偏置电路一、固定偏流电路图 2― 13固定偏流电路
RB
UCC
RC
B
CC
B
onBECC
BQ R
U
R
UUI )(
只要合理选择 RB,RC的阻值,晶体管将处于放大状态 。
,BQCQ II
CCQCCC E Q RIUU
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 60
C B OBC III )1(
若 T ↑,则 IC ↑
导致 UC ↓
BCCCC RIUU
即：电路的静态工作点 Q(UCEQ,ICQ)不稳定。
RB
UCC
RC
固定偏流电路的缺点
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 61
二、电流负反馈型偏置电路图 2― 14 电流负反馈型偏置电路
RB
UCC
RC
RE
若 ICQ
EB
onBECC
BQ RR
UU
I
)1(
)(
IEQ UEQ(=IEQRE)
UBEQ(= UBQ - UEQ)IBQICQ
)( ECCQCCC E Q RRIUU
BQCQ II
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 62
三、分压式偏置电路
(a)电路
RB1
UCC
RC
RERB2
图 2― 15分压式偏置电路
1I
锗管）
硅管）
()20~10(
()10~5(
BQ
BQ
I
I
兼顾 UCEQ
CCB UU )3
1~
5
1(?
为确保 UB固定 I1≈ I2>> IBQ
RB1,RB2的取值愈小愈好增大电源 UCC的无谓损耗取
I1
I2
UB=?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 63
RB1
UCC
RC
RERB2
(b)用戴维南定理等效后的电路
UCC
RC
RE
RB
U BB
图 2― 15分压式偏置电路
b
a
RC
RE
RB1
UCC
RB2
b
a
CC
BB
B
BBB URR
RUU
21
2
RB=RB1‖ RB2
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 64
EBQB E QBQ RIUU )1(
时）（当 BE RR )1(?
E
EB
onBEBB
BEQ RRR
UUU )1(
)1(
)(?
BBU?
UCC
RC
RE
RB
ICQ
UBB
IBQ
I1≈ I2>> IBQBE RR )1(? 与 等价
I1≈ I2>> IBQ当 时
BBBQ UU?
所以
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 65
RB1
UCC
RC
RERB2
UEQ(=IEQRE)
ICQ
分压式偏置电路如何稳定 Q点?
若 ICQ IEQ
UBEQ(= UBQ -UEQ)
IBQ
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 66
例 3 电路如图 2―15(a) 所示。已知 β=100,
UCC=12V,RB1=39kΩ,RB2=25kΩ,RC=RE=2kΩ，试计算工作点 ICQ和 UCEQ。
kRRR BBB 15253921解
RB1
UCC
RC
RERB2
VRRIUU ECCQCCC E Q 4.4)22(9.112)(
VURR RU CC
BB
B
BB 7.4122539
25
21
2
mARR UUI
EB
onBEBB
BQ 019.0210115
7.07.4
)1(
)(?
mAII BQCQ 9.10 1 9.01 0 0
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 67
若按估算法直接求 ICQ,则：
mAR UUI
E
onBEBQ
CQ 22
7.07.4)(
BE RR )1(
RB1
UCC
RC
RERB2
误差：
%3.59.1 9.12
时，误差很小。按估算法求 CQI?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 68
2―4 放大器的组成及其性能指标图 2― 16共射极放大电路
RC
Uo
＋
V＋
Us
＋
－
Rs
＋
－
Ui
C 1
RB
(UCC )
C2
R L
＋
－
US,RS,正弦信号源电压及内阻
UCC,直流电源
RB,基极偏置电阻
RC,集电极负载电阻
RL,负载电阻
C1(C2),耦合电容
UCC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 69
（ 1）直流偏置使放大器工作在放大区。
（ 2）当静态工作点设置在放大区后，就要叠加需要放大的交流小信号 US，为了 不影响电路的直流工作 (静态工作点 )。必须选择合理的叠加方式。该图采用 阻容耦合连接方式 。选择合适的电容 C1,C2使其电容阻抗对交流信号近似短路，这样交流信号可以无损耗的送入输入端。而电容对直流信号而言，
又近似开路。
放大电路中各元件的作用
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 70
2―4―1 基本放大器 的组成原则
(1) 晶体管偏置在放大状态，
且有合适的工作点。
(2) 输入信号必须加在基极 — 发射极回路。
(3) 须有合理的信号通路。
只有一个放大管的放大器，共有三种组态。
需进行交流分析需进行直流分析
RC
Uo
Us
＋
V＋
＋
－
R s
＋
－
Ui
C1
RB
(UCC)
C2
RL
＋
－
UCC
)1e( T
BE
SE
U
u
Ii
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 71
2―4―2 直流通路和交流通路
分析对象：直流成份、直流通路（偏置电路）
直流（静态）分析：
交流（动态）分析,
加入交流信号,即 ui≠0
当放大器没有送入交流信号时，即 ui=0
分析对象：交流成分、交流通路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 72
（ 1）画直流通路的原则
① C开路
② L短路
（ 2）画交流通路的原则
① C短路
② L保留
③ 直流电源对地短路（恒压源处理）
③ 直流电源作恒压源处理
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 73
图 2― 17(a) 共射放大器的直流通路
RB
UCC
RC
RC
Uo
Us
＋
V＋
＋
－
R s
＋
－
Ui
C1
RB
(UCC)
C2
RL
＋
－
UCC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 74
RC Uo
Us
＋
－
Rs
RB
RL
＋
－
Ii
Io
习惯用有效值画交,直流通路练习题 几种常见的偏置电路图 2― 17(b) 共射放大器的交流通路
RC
Uo
Us
＋
V＋
＋
－
R s ＋
－
Ui
C1
RB
(UCC)
C2
RL
＋
－
UCC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 75
2―4―3 放大器的主要性能指标线性放大器
I
o
R
L
＋
－
U
o
＋
－
U
i
I
i
图 2― 18 放大器等效为有源二端口网络的框图线性放大的基本概念
① 幅度增大（放大） ② 频谱不变（波形）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 76
线性 放大器 Io
+
_
Uo
+
_
U i
Ii
信号源负载信号源负载放大器二端口网络通用模型
Uo Io
U i
Ii
电压放大器 互导放大器互阻放大器 电流放大器
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 77
＋
－
Us AuoUi
RL＋
－
Rs
Ui Ri
＋
－
Ro ＋
－
Uo Is
AisIi
R LRs Ri Ro
IoIi
AroIi RLRi
＋
－
Ro ＋
－
UoIs
Ii
Ro
AgsUi
R LRi Ro
Io
Us
＋
－
Rs ＋
－
Ui
图 2― 19放大器二端口网络模型
(a)电压放大器 (b)电流放大器
(c)互导放大器 (d)互阻放大器低频小信号放大器的三个主要指标,
放大倍数,输入电阻,输出电阻
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 78
一、放大倍数 A
i
o
u U
UA?电压放大倍数 电流放大倍数互导放大倍数 互阻放大倍数
i
o
i I
IA?
i
o
g U
IA?
i
o
r I
UA?
其中,Au和 Ai为无量纲的数值,而 Ag的单位为西门子 (S),Ar的单位为欧姆 (Ω)。 有时为了方便,Au和
Ai可取分贝 (dB)为单位,即
),(lg20),(lg20 dBIIAdBUUA
i
o
i
i
o
u
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 79
二、输入电阻 Ri(Input Resistance)
i
i
i I
UR?
＋
－
Us AuoU i
RL＋
－
Rs
U i R i
＋
－
Ro ＋
－
U o
(a)电压放大器
Ii
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 80
三、输出电阻 Ro(Output Resistance)
00 s IU
o
o
o sI
UR
或
＋
－
Us AuoU i
RL＋
－
Rs
U i R i
＋
－
Ro ＋
－
U o
(a)电压放大器
Ii Io
加压求流法
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 81
四、非线性失真系数 THD
m
n
m
I
I
TH D
1
2
2?
由于小信号非线性失真很小，一般只在大信号工作时才考虑 THD指标。普通功放 THD在（ 1～
10%）,高保真功放在 1%之内。
当输入某一频率的正弦信号时，其输出波形中除基波 I1m成分之外，还包含有一定数量的谐波
In,n=2,3,…,该失真为 非线性失真 。它是由放大电路中的非线性器件引起。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 82
放大器对输入信号中的不同频率分量具有不同的放大倍数和附加相移，输出波形相对输入波形产生畸变，称为放大器的 线性失真 或 频率失真 。这是由于放大器中含有线性电抗元件引起。
五、线性失真两种失真的区别线性失真仅使信号中各频率分量的幅度和相位发生相对变化，但不会产生新的频率分量；非线性失真则产生了新的频率分量。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 83
下次课预习要求
１,预习 2―5 放大器图解分析法
２,什么叫直流负载线？什么叫交流负载线？它们的斜率如何确定？
３,如何确定放大器的输出动态范围？
2-8 2-10 2-13
作 业
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 84
动态：由交流信号源引起的一种工作状态。
动态分析方法：图解法、等效电路法。
图解法,在晶体管特性曲线上通过作图确定信号变化量之间的关系。
特点,形象、直观，便于理解放大原理、波形关系及非线性失真； 适用于大信号分析,对于小信号放大器，用图解法难以准确地进行定量分析。
等效电路法,利用器件的小信号模型进行电路分析,确定信号变化量之间的关系。
特点,适用于小信号，运算简便，误差小。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 85
2―5 放大器图解分析法
2―5―1 直流图解分析直流负载线方程特性曲线方程
CCCCCE
IiCEC
RiUu
ufi
BQB
)(
1.输出回路分析
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 86
图 2― 20共射放大器的直流,交流通路
RB
UCC
RC
IBQ
ICQ
＋
－
UCEQ
RC Uo
Ui
＋
－
RB
RL
＋
－
ΔiB
ΔiC
＋
－
ΔUCE
(a)直流通路 (b)交流通路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 87
iB＝ IBQ
uCE0
N
Q
M
iC
UCEQ UCC
ICQ
UCC
RC
(a)直流负载线与 Q点
CR
1,?斜率为由于 UCC↓，导致收音机声音混浊不清。
图 2― 21放大器的直流图解分析
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 88
图 2― 21放大器的直流图解分析
(b)Q点与 RB,RC的关系
uCE/V2 10 120
1
2
3
40μA
30μA
20μA
10μA
iC/mA
4 6 8
4 M
N
Q
RB
Q3
Q2 Q4
RC
RB
Q1 RC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 89
例 4 在 图 2―20(a) 电路中，若 RB=560kΩ,
RC=3kΩ,UCC=12V，晶体管的输出特性曲线如图
2―21(b) 所示，试用图解法确定直流工作点。
umR UUI
B
BEQCC
BQ 2002.05 6 0
7.012
解 取 UBEQ=0.7V，由估算法可得在输出特性上找两个特殊点：
当 uCE=0时,iC=UCC/RC=12/3=4mA，得 M点 ；
当 iC =0时,uCE=UCC=12V，得 N点 。
由图中 Q点的坐标可得,ICQ=2mA,UCEQ=6V。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 90
2―5―2 交流图解分析
ceC E QCEcCQC uUuiIi,
瞬时值 直流值 交流值
1.输入回路分析
RC Uo
Ui
＋
－
R B
RL
＋
－
ΔiB
＋
－
ΔU BE
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 91
iB
IBQ
t
iB
I BQ
uBE
uBE
t
iBmax
iBmin
Q
UBEQ
图 2― 22放大器的交流图解分析 (a)输入回路的工作波形
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 92
2.输出回路分析
LCCE Riu
ceC E QCEcCQC uUuiIi,
RC Uo
Ui
＋
－
RB
RL
＋
－
ΔiC
＋
－
ΔuCE
ceC E QCECE uUuu
cCQCC iIii
LCQCC E QCE RIiUu )(
交流负载线方程
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 93
图 2―22 放大器的交流图解分析 (b)输出回路的工作波形
Q
iC
iBmax
iBmin
iC
ICQ
t
t
uCE
uCE
UCCU CEQ I CQRL′
ICQ
UCC
RC
交流负载线 k＝－
RL′
1
Q1
Q2
IBQ
A
放大电路的动态图解分析,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 94
图 2― 23共射极放大器的电压,电流波形
RC
Uo
Us
＋
V＋
＋
－
R s
＋
－
Ui
C1
RB
(UCC)
C2
RL
＋
－
UCC
t
ui
0
t
u BE
UBE Q
0
uCE
t
UCEQ
0
uo
0 t
iB
t
I BQ
0
iC
t
ICQ
0
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 95
2-5-3直流工作点与放大器非线性失真的关系
Q
交流负载线iC
0t0
iC
iB
uCE
uCE0
t
图 2― 24 Q点不合适产生的非线性失真 (a)截止失真
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 96
图 2― 24 Q点不合适产生的非线性失真 (b)饱和失真
Q
交流负载线
i C iC iB
0t uCE
uCE
0
t
0
放大器的截止失真和饱和失真,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 97
LCQom RIU
C E SC E Qom UUU
Uopp=2Uom
放大器输出动态范围：
受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为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 Uopp则为该幅度的两倍，
即放大器的最大不失真输出幅度,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 98
2―6 放大器的交流等效电路分析法
2―6―1 晶体管交流小信号电路模型在 Q点处对输入、输出特性曲线 线性化
（即用直线段表示）
Q点处的交流小信号等效电路
（线性等效模型）
便于交流参数计算，适用于小信号状态。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 99
一、混合 π
图 2― 25晶体管放大过程分析及电路模型
uce
ib
＋
－
＋
－
ube
ic
gmube
＋
－
u be
＋
－
ucerbe rce
rbcb c
e
(a)共发射极晶体管 (b)电路模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 100
gmub e
＋
－
ube
＋
－
ucerce
b c
e
r bb′
C b′c
r b′e
b′
r b′c
′
C b′e
(a)高频时的电路模型图 2― 27完整的混合 π型电路模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 101
(b)低频时的电路模型图 2― 27完整的混合 π型电路模型
gmu b e
＋
－
ube
＋
－
ucerce
b c
e
r bb′
r b′e
b′ r b′c
′
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 102
二、低频 H参数电路模型适用范围：
线性四端网络
＋
－
＋
－
uBE uCE
iB iC
等；其中,beB E QBE uUu
取 iB和 uCE为自变量,则有：
电路的网络参数很多,如,Z参数,Y参数,A参数,
H参数等 。
低频、小信号（振幅 2.6mV左右）交流信号。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 103
),(
),(
CEB2C
CEB1BE
uifi
uifu
CEQ
CE
C
BQ
B
C
C
CEQ
CE
BE
BQ
B
BE
BE
du
u
i
di
i
i
di
du
u
u
di
i
u
du
cecebfec
cerebiebe
uhihi
uhihu
因为,在 Q点处,将输入,输出特性曲线线性化所以,duBE,diC等式成立 →ΔuBE,Δ iC等式成立
ube,ic等式成立Ube,Ic等式成立 ←
cecebfec
cerebiebe
UhIhI
UhIhU
交流值 有效值（正弦量）
B E QbeB E QBE UuUu )(
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 104
0
ce
c
Q
CE
C
oe
0
b
c
Q
B
C
fe
0
ce
be
Q
CE
BE
re
0
b
be
Q
B
BE
ie
b
ce
b
ce
I
U
I
U
U
I
u
i
h
I
I
i
i
h
U
U
u
u
h
I
U
i
u
h
输出交流短路时的输入电阻输入交流开路时的反向电压传输系数输出交流短路时的电流放大系数输入交流开路时的输出电导
CEQ
CE
C
BQ
B
C
C
CEQ
CE
BE
BQ
B
BE
BE
du
u
i
di
i
i
di
du
u
u
di
i
u
du
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 105
＋
－
Ube
＋
－
Uce
b c
e
hie
hoe
1hfeI b
IcIb
＋
－
hreUce
图 2― 28 共发射极晶体管 H参数电路模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 106
图 2― 29在特性曲线上求 H参数的方法
uBE
QI
BQ
ΔuBE
iB
(a)
ΔiB
0 UBEQ
uCE＝ UCEQ
0
b
be
Q
B
BE
ie ce
UI
U
i
uh
输入电阻
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 107
uBE
Q
IBQ
ΔuBE
iB
(b)
0 uBE1
uCE1 uCE2
ΔuCE
uBE2
图 2― 29在特性曲线上求 H参数的方法
0
ce
be
Q
CE
BE
re b
IU
U
u
uh
反向电压传输系数
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 108
图 2― 29在特性曲线上求 H参数的方法
0
b
c
Q
B
C
fe ce
U
I
I
i
i
h
电流放大系数
0
iC
uCE
(c)
Q
UCEQ
IB2
IB1
IB
iC1
iC2
iC ΔΔ
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 109
0
iC
uCE
(d)
Q
UCEQ
I BQiC2
i C1ΔiC
uCE2uCE1
ΔuCE
图 2― 29在特性曲线上求 H参数的方法
0
ce
c
Q
CE
C
oe b
I
U
I
u
i
h
输出电导
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 110
A
CQ
C E QA
CQ
Q
CE
C
oe BQ U
I
UU
I
u
ih
I
iC
UA
0 UCEQ uCE
ICQ
ΔuCE
Q
Δ iC
IBQ
图 2― 30利用厄尔利电压求 hoe
厄尔利电压 (Early Voltage)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 111
U ce＝ 0
＋
－
U be r ce
b c
e
r bb′
r b′e
b′ r b′c
I b
g mU b e′
Ic
图 2― 31求 H参数用的混合 π型电路
(a)输出交流短路的混合 π型电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 112
图 2― 31求 H参数用的混合 π型电路
(b)输入交流开路的混合 π型电路
＋
－
Ube rce
b c
e
r bb′
r b′e
b′ r b′c
gmUb e′
IcIb＝ 0 ＋
－
Uce
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 113
cbeb
eb
0
ce
be
re
cbeb
ebm
ce
0
c
ce
oe
cbebm0
b
c
fe
cbebbb0
b
be
ie
b
b
ce
ce
11
)(
)(
rr
r
U
U
h
rr
rg
rI
U
h
rrg
I
I
h
rrr
I
U
h
I
I
U
U
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 114
如果忽略 r b′c的影响,则式 (2― 40)可简化为
0
1
)1(
re
ce
oe
ebmfe
beebbie
h
r
h
rgh
rrrh
···1KΩ左右
···20～ 200
··10-5
··10-3～ 10-4
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 115
＋
－
U
be
＋
－
U
ce
( r
ce
)
b c
e
h
ie
( r
be
)
h
oe
1
h
fe
I
b
I
c
I
b
( βI
b
)
图 2― 32 实用的低频 H参数电路模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 116
2-6-2 共射极放大器的交流等效电路分析法根据直流通路估算直流工作点确定放大器交流通路,交流等效电路计算放大器的各项交流指标
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 117
＋
－ －
＋
＋
－
Uo
Ui
Us
Rs
RB2
＋
C1
RE
CE ＋
RL
UCC
RCR
B1 ＋ C2
图 2― 33共射极放大器及其交流等效电路
(a)电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 118
(b)交流等效电路图 2― 33共射极放大器及其交流等效电路
Ui
Ri
＋
＋
－ －
Rs RB2
r be
Ii
RC
RL Uo
＋
－
e
Ib
βI b rce
Ro
Ic Iob c
RB1
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 119
1.电压放大倍数 Au
be
L
be
LC
i
o
LCbLCco
bebi
)(
)()(
r
R
r
RR
U
U
A
RRIRRIU
rIU
u
输出、输入电压反相
LCL
CQ
bbebbbe )(
)mV(
)mV(26
)1(
RRR
I
rrrr
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 120
关于电压放大倍数 Au的讨论成正比；无关，而与时，与当 CQ.1 I
CQ
L
Lm
be
L
)mV(26 I
RRg
r
RA
u
由于成正比。与 L.2 R?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 121
2.电流放大倍数 Ai
i
i
A
RR
R
rR
R
I
I
A
R
rR
II
RR
R
I
RR
R
II
LC
C
beB
B
i
o
B
beB
bi
LC
C
b
LC
C
co
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 122
3.输入电阻 Ri
bebeB2B1
i
i
i //// rrRRI
UR
4.输出电阻 Ro
C0
o
o
o s RI
UR
U
5.源电压放大倍数 Aus
uu ARR
R
U
U
U
U
U
UA
is
i
i
o
s
i
s
o
s
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 123
6.发射极接有电阻 RE时的情况
Ebbebi )1( RIrIU
＋
－
U
s
R
s
＋
－
U
i
R
b2
R
b1
R
E
r
be βI b
R
C
R
L
＋
－
U
o
I
b
图 2― 35 发射极接电阻时的交流等效电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 124
Em
Lm
Ebe
L
i
o
1)1( Rg
Rg
Rr
R
U
UA
u?
时）当 beE
E
L )1(( rR
R
RA
u
Ebe
b
i
i )1( RrI
UR
Ri=RB1‖ RB2‖ R′
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 125
例 5 在 图 2―33(a) 电路中，若 RB1=75kΩ，
RB2=25kΩ,RC=RL=2kΩ,RE=1kΩ,UCC=12V，晶体管采用 3DG6管,β=80,r bb′=100Ω,Rs=0.6kΩ,试求该放大器的直流工作点 ICQ,UCEQ及 Au,Ri,Ro和 Aus等项指标。
V1.5)12(3.212)(
mA3.2
1
7.03
V312
2575
25
ECCQCCC E Q
E
B E QB
EQCQ
CC
B2B1
B2
B
RRIUU
R
UU
II
U
RR
R
U
解 按估算法计算 Q点：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 126
k122
k1
3.2
26
80100
26
LCL
CQ
bbbe
be
L
i
o
RRR
I
rr
r
R
U
U
A
u
式中：
50)80(
16.0
1
k2k111575
80
1
180
is
i
s
o
s
CobeB2B1i
uu
u
A
RR
R
U
U
A
RRrRRR
A
的阻值代入上式，得，将 Lbe Rr?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 127
例 6 在上例中,将 RE变为两个电阻 RE1和 RE2串联,
且 RE1=100Ω,RE2=900Ω,而旁通电容 CE接在 RE2两端,其它条件不变,试求此时的交流指标 。
解 由于 RE=RE1+RE2=1kΩ，所以 Q点不变。对于交流通路，现在射极通过 RE1接地。此时，各项指标分别为
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 128
8)8.8(
66.0
6
k2
k6]1.0811[2575])1([
8.8
1.0811
180
)1(
is
i
s
o
s
Co
E1beB2B1i
E1be
L
i
o
uu
u
A
RR
R
U
U
A
RR
RrRRR
Rr
R
U
U
A
可见,RE1的接入,使得 Au减小了约 10倍 。 但是,由于输入电阻增大,因而 Aus与 Au的差异明显减小了 。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 129
2―7 共集电极放大器和共基极放大器
2―7―1 共集电极放大器
＋
－ －
＋
UoUiU
s
Rs
RB2
C1
RE RL
UCC
RB1
＋ C2
(a)电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 130
图 2― 36共集电极放大器及交流等效电路
(b)交流等效电路
Ui
Ri
＋
＋
－
－
Rs
Us RB1
Ib
Ro
RB2
rbe βIb
b c
Ic
I e
RE RL
Io
Ri′
Ii
e
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 131
1.电压放大倍数 Au
LEL
Lbe
L
i
o
Lbbebobebi
LbLEeo
//
)1(
)1(
)1(
)1()//(
RRR
Rr
R
U
U
A
RIrIUrIU
RIRRIU
u
因而式中：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 132
2.电流放大倍数 Ai
在图 2― 36(b)中,当忽略 RB1,RB2的分流作用时,则 Ib=Ii,而流过 RL的输出电流 Io为
LE
E
b
LE
E
eo )1( RR
RI
RR
RII
由此可得
LE
E
i
o )1(
RR
R
I
IA
i
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 133
3.输入电阻 Ri
iB2B1i //// RRRR
Lbei )1( RrR
K1,1 0 0,K1 Lbe Rr?若
K102iR则：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 134
4.输出电阻 Ro
＋
－
U
o
r
be
R
s
R
B2
R
B1
βI
b
R
o
′
R
E
R
o
I
o
I
e
I
o
′
I
b
图 2― 37求共集放大器 Ro的等效电路
)( sbebo RrIU 式中：
而
beo )1( III
B2B1ss //// RRRR
1
sbe
o
o
o
Rr
I
UR
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 135
所以,输出电阻
1////
sbe
EoE0
b
o
o s
RrRRR
I
UR
U
K1,100,K2 Sbe Rr?若 7.29oR则：
＋
－
U
o
r
be
R
s
R
B2
R
B1
βI
b
R
o
′
R
E
R
o
I
o
I
e
I
o
′
I
b
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 136
2―7―2 共基极放大器
C1
－
＋
Ui
＋
R E
＋
C2
RCR B1
RB2＋ CB
－
＋
UoR L
UCC
(a)共基极放大电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 137
图 2― 38共基极放大器及其交流等效电路
(b)交流等效电路
Ii
－
＋
Ui RE
Ri
Ie
rbe
Ri ′
βI b
Ic
RC
Ro
RL
Io
－
＋
Uo
Ib
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 138
1.电压放大倍数 Au
bebi rIU?
Ii
－
＋
Ui R E
Ri
Ie
rbe
Ri ′
βI b
Ic
RC
Ro
RL
Io
－
＋
Uo
Ib
LCL // RRR
be
L
i
o
r
R
U
UA
u
)//( LCbo RRIU
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 139
2.电流放大倍数 Ai
LC
C
co RR
RII
LC
C
LC
C
e
c
i
o
RR
R
RR
R
I
I
I
IA
i
Ii
－
＋
Ui R E
Ri
Ie
rbe
Ri ′
βI b
Ic
RC
Ro
RL
Io
－
＋
Uo
Ib
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 140
3.输入电阻 Ri
1
be
e
i
i
r
I
UR
1////
be
EiEi
rRRRR
Ii
－
＋
Ui R E
Ri
Ie
rbe
Ri ′
βI b
Ic
RC
Ro
RL
Io
－
＋
Uo
Ib
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 141
4.输出电阻 Ro
Co RR?
Ii
－
＋
Ui R E
Ri
Ie
rbe
Ri ′
βI b
Ic
RC
Ro
RL
Io
－
＋
Uo
Ib
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 142
2―7―3 三种基本放大器性能比较
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 143
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 144
2―8 放大器的级联
2―8―1 级间耦合方式
3.直接耦合 方式
1.阻容耦合方式
2.变压器耦合方式如：收音机中用的中周（中频变压器）。
广泛用于集成电路中。
4.光电耦合方式
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 145
2―8―2 级联放大器的性能指标计算
n21
1)o ( n
o
01
o2
i
o1
i
o
uuuu AAAU
U
U
U
U
U
U
UA
i2L1i1i RRRR
1)o (nsnono
RRRR
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 146
2―8―3 组合放大器一,CC―CE 和 CE―CC 组合放大器
＋
－
Uo
RB1
Ri↑
RB2 RC2
RL
Ro
－
＋
Ui＋
－
Us
Rs
RE1
Ro1↓
V1
V2
(a)CC―CE 电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 147
图 2― 42 CC―CE 和 CE―CC 组合放大器
(b)CE―CC 电路
＋
－
Uo
RB1
Ri
RB2
RL
Ro↓
－
＋
Ui
V1 R
C1
Ri2↑
RE2
V2
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 148
例 8 放大电路如图 2―43 所示。已知晶体管 β=100,
rbe1=3kΩ,rbe2=2kΩ,rbe3=1.5kΩ，试求放大器的输入电阻、输出电阻及源电压放大倍数。
图 2―43 例 8电路
Rs
＋
－
Us RE1 5.3k R
RC2 3k
RE3
3k
－ UEE (－ 6V)
RL Uo
－
＋
0.2k
VD1
V1
V2
V3
(＋ 6V)
＋ UCC
2k
VZ
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 149
解 该电路为共集,共射和共集三级直接耦合放大器 。
))(1( i2E1b e 1i1i i2L1 RRrRR RR
(1)输入电阻 Ri：
Rs
＋
－
Us RE1 5.3k R
RC2 3k
RE3
3k
－ UEE (－ 6V)
RL Uo
－
＋
0.2k
VD1
V1
V2
V3
(＋ 6V)
＋ UCC
2k
VZ
k2b e 2i2 rR
k150)2//3.5)(1001(3
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 150
(2)输出电阻 Ro,
k3C2o2 RR
Rs
＋
－
Us RE1 5.3k R
RC2 3k
RE3
3k
－ UEE (－ 6V)
RL Uo
－
＋
0.2k
VD1
V1
V2
V3
(＋ 6V)
＋ UCC
2k
VZ
451001 5.13//31// b e 3C2E3o3o
o2s3?
rRRRR
RR
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 151
(3)源电压放大倍数 Aus,
98.0
)23.5(1 0 13
)23.5(1 0 1
))(1(
))(1(
i2E1b e 1
i2E1
i
o1
1
RRr
RR
U
UA
u?
Rs
＋
－
Us RE1 5.3k R
RC2 3k
RE3
3k
－ UEE (－ 6V)
RL Uo
－
＋
0.2k
VD1
V1
V2
V3
(＋ 6V)
＋ UCC
2k
VZ
1 3 0
2
)2.03(1 0 0)//(
b e 2
i3C2
i2
o2
2 r
RR
U
UA
u
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 152
1 2 095.0)1 3 0(98.0
1 5 02
1 5 0
321
is
i
s
o
s
uuuu
AAA
RR
R
U
U
A
95.0
)2.0//3(1015.1
)2.0//3(101
)//)(1(
)//)(1(
LE3b e 3
L3E
i3
o
3
RRr
RR
U
U
A u
K20)2.0//3(1015.1)//)(1( L3Eb e 3i3 RRrR?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 153
二,CE―CB 组合放大器
RB3＋
－
Us
Rs
Ui
＋C1
RB2
＋
C3 RB1
RC
＋ C2
UCC
Uo
＋
CERE
RL
V2
V1
Uo1
(a)电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 154
图 2― 44 CE―CB 组合放大器 (b)交流通路
＋
－
Us
Rs
Ri
RB
＋
－
Ui
V1
Ri2
V2Uo1
RC RL
Ro
＋
－
Uo
b e 1
1L
b e 1
L21
b1b e 1
L2b11
i
o
r
R
r
Ra
Ir
RaI
U
UA
u
121
2e
c2
1b
c1
b1
c2
i
o a
I
I
I
I
I
I
I
IA
i
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 155
作 业
2-3
2-4
2-5
2-6
2-8
2-9
2-13
2-17
2-23(2)
2-24
2-25
2-28
2-30
2-32
2-33
2-35
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 156
uCE
t
Ucem
uCE(max)uCE(min)
有效值
2
c e m
ce
UU?
注意,主字母 大小写,脚标 大小写的用法瞬时值
UCE
t
uce
t
= +
直流分量 交流分量
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 157
CEB
C E OBC B OBE )1()1()1(
)1(
III
IIIII
IIIII C E OBC B OBC
式中,CBOC E O )1( II 称为穿透电流。
c
ICEO
e
N
P
N
IB
R C
U CC
ICBO
15V
b
IBN
IEN
ICN
= 0
c
b
e
R C
U CC
15V
ICEO
IEP
C B OB
C B OC
EPBN
CN
CNE
CN
II
II
II
I
II
I
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 158
i
B
/ μA
u
BE
/ V
0
60
90
0,5 0,7 0,9
30
U
C E
＝ 0 U
C E
≥ 1
常数 CEuBEB ufi )(
图 2―6 共发射极输入特性曲线
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 159
＋
－
U i
Ri2
A2
＋
－
Uo
R i1
Us2
Rs2
R LRin
Us(n+1)
Rs(n+1)
Usn
Rsn
R oR i
A 1 A n-1 A n
级联放大器的框图
Us
Rs
321
2o
o
o1
o2
i
o1
i
o
uuuu AAAU
U
U
U
U
U
U
UA
i2L1i1i RRRR 1)o (nsnono RRRR
(1) 第 i级的负载是第 i+1级的输入电阻 (1<i<n)；
(2) 第 i级的信号源内阻是第 i-1级的输出电阻；
)3(?n
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 160
常见双极型晶体三极管型号的含义
3 D G 6
三极管
NPN型
Si材料高频小功率管
W1,M H z3 cα Pf
序号
A,PNP型 Ge材料
B,NPN型 Ge材料
C,PNP型 Si材料
A：高频大功率管
D：低频大功率管
G：高频小功率管
#
#
*
*
D,NPN型 Si材料 X：低频小功率管
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 161
交流小信号情况下三极管伏安特性的近似及简化的三极管等效电路
iB
uBE
Q
Bi?
BEu?
O
CEu?
Ci?
＋
－
b
e
BEu?
Bi?
ber
uCEO
iC
Q
＋
－
c
CEu?
Ci?
Bi e
bBQbBQBQBB )( iIiIIii
＋
－
b
e
BEu
Bi
ber
BE(on)U ＋
－
c
CEu
Ci
BQI? ebi?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 162
c
eb
r bb′
r cc′
P
N＋
N＋
N
Cb′c
C b′eree′
b′
图 2― 26平面管结构示意图
b′：基区的理论基极
r bb′通常取值 200Ω
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 163
＋
－
＋
r bb′
r b′e
b′
b c
e
BEu?
Bi?
CEu?
Ci?
考虑基区体电阻及引线接触电阻引入的参数
EBug m
EQ
eQ
B
E
E
EB
Q
B
EB
eb )1()1( I
Ur
i
i
i
u
i
ur T
eb
Q
EB
B
B
C
Q
EB
C
m
ru iiiu ig?
e
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 164
考虑基区宽度调制效应和 PN结的电容效应时如何修改等效模型？
iB
uBE
Q
Bi?
BEu?
O
),( CEBE1B uufi
CEu?
Ci?
uCEO
iC
Q
),( CEBE2C uufi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 165
ceceebmc
cecbebebb
ugugi
ugugi
)()()(
)()(
ebcecbcecbceebcbmc
ceebcbebcbebb
uugugguggi
uuguggi
见图 1
见图 2
图 1
＋
－
ube
＋
－
uce
b c
e
r bb′ b′
cecb ug?
eb?g
ebm?ug
ceg
bi
ci
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 166
＋
－
ube
＋
－
uce
b c
e
r bb′ b′ cb?g
cbeb gg
ebcbm )( ugg cbce gg
图 2
cecbmcbebcb,,gggggg
)()()(
)()(
ebcecbcecbceebcbmc
ceebcbebcbebb
uugugguggi
uuguggi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 167
＋
－
ube
＋
－
uce
b c
e
r bb′ b′ cb?g
eb?g
ebm?ug
ceg
cecbmcbebcb,,gggggg
考虑基区宽度调制效应引入的参数
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 168
＋
－
＋
－
uce
rce
b c
e
r bb′
r b′e
b′
r b′c
图 2―27(a) 完整的混合 π型电路模型 (高频模型 )
ebm?ug
e
c
e
C b′
C b′ube
考虑 PN结电容引入的参数
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 169
＋
－
＋
r bb′
r b′e
b′b c
e
beu ceu
实用的低频混合 π型电路模型
ebm?ug －
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 170
画出下图电路的交,直流通路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 171
画出下图电路的交,直流通路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 172
输出接负载
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 173
带负载时输入、输出波形输入输出
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 174
输出不接负载
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 175
无负载时输入、输出波形输入输出
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 176
空载时的非线性失真系数有载时的非线性失真系数
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 177
iB
IBQ
t
iB
I BQ
uBE
uBE
t
UBEQ
Q点不合适产生的截止失真
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 178
图 2― 39阻容耦合与变压器耦合的方框图
＋
－
Ui R i2A1 A 2
＋
－
UoC
(a)阻容耦合框图
＋
－
Ui R i2A1 A 2
＋
－
UoN2N 1
Ri2′
(b)变压器耦合框图
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 179
Uo
RE2
UCC
Uo
UCC
(a)垫高后级的发射极电位
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 180
(b)稳压管电平移位
Uo
UCC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 181
(c)电阻和恒流源电平移位
UCC
UoQ
UiQ
R
Io
Uo
UCC
NPN
PNP
图 2― 40直接耦合电平配置方式实例
(d)NPN,PNP管级联
第二章 双极型晶体管及其放大电路
2-1 双极型晶体管的工作原理
2-1-1 放大状态下晶体管中载流子的传输过程一、发射区向基区注入电子二、电子在基区中边扩散边复合三、扩散到集电结的电子被集电区收集
2-1-2 电流分配关系一、直流电流放大系数二,IC,IE,IB、三者关系
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 2
2―2 晶体管伏安特性曲线及参数
2―2―1 晶体管共发射极特性曲线一、共发射极输出特性曲线
1,放大区
2,饱和区
3,截止区二,共发射极输入特性曲线三、温度对晶体管特性曲线的影响
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 3
2-2-2 晶体管的主要参数一、电流放大系数二、极间反向电流三,结电容四、晶体管的极限参数
2―3 晶体管直流工作状态分析及偏置电路
2―3―1 晶体管的直流模型
2―3―2 晶体管直流工作状态分析
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 4
2―3―3 放大状态下的偏置电路一、固定偏流电路二、电流负反馈型偏置电路三、分压式偏置电路
2―4 放大器的组成及其性能指标
2―4―1 基本放大器的组成原则
2―4―2 直流通路和交流通路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 5
2―4―3 放大器的主要性能指标一、放大倍数 A
二、输入电阻 Ri
三、输出电阻 Ro
四、非线性失真系数 THD 五、线性失真
2―5 放大器图解分析法
2―5―1 直流图解分析
2―5―2 交流图解分析
2― 5― 3 直流工作点与放大器非线性失真的关系
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 6
2―6 放大器的交流等效电路分析法
2―6―1 晶体管交流小信号电路模型一、混合 π
二、低频 H参数电路模型
2―6―2 共射极放大器的交流等效电路分析法
2―7 共集电极放大器和共基极放大器
2―7―1 共集电极放大器
2―7―2 共基极放大器
2―7―3 三种基本放大器性能比较
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 7
2―8 放大器的级联
2―8―1 级间耦合方式
2―8―2 级联放大器的性能指标计算
2―8―3 组合放大器一,CC―CE 和 CE―CC 组合放大器二,CE―CB 组合放大器作业
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 8
（ 1）掌握双极型晶体管的工作原理、特性和参数。
（ 2）掌握双极型晶体管的大信号和小信号模型。了解模型参数的含义。
（ 3）掌握晶体管基本放大器的组成、工作原理及性能特点。
（ 4）掌握静态工作点的基本概念和偏置电路的估算。
（ 5）掌握图解分析方法和小信号等效电路分析方法，
掌握动态参数（ ）的分析方法。
（ 6）掌握多级放大电路动态参数的分析方法。
omoi URRA u,、、
第二章 双极型晶体管及其放大电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 9
e c
b
发射极基极集电极发射结 集电结基区发射区 集电区
N P N
c
b
e
NPN
PNP
c
b
e(a) NPN管的 原理结构 示意图
(b) 电路符号
2-1 双极型晶体管的工作原理
Base collector emitter
BJT(Bipolar Junction Transistor)，简称 晶体管 或 三极管。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 10
P
集电极基极发射极集电结发射结发射区 集电区
( a )
N P N
c
e
b
P N P
c
e
b
b
基区
e c
( b )
N
＋
衬底
N 型外延
P
N
＋
c
e b
S i O
2
绝缘层集电结基区发射区发射结集电区
( c )
N N
(c)平面管结构剖面图图 2-1 晶体管的结构与符号
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 11
结构特点
1.三区二结
2.基区很薄（几个微米至几十个微米）
3.e区重掺杂,c区轻掺杂,b区掺杂最轻
4.Sc结 >Se结
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 12
2-1-1放大状态下晶体管中载流子的传输过程一、发射区向基区 注入 电子二、电子在基区中边 扩散 边复合三、扩散到集电结的电子被集电区 收集
（发射结正偏，集电结反偏）
基区从厚变薄，两个 PN结演变为三极管，这是量变引起质变的一个实例。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 13
图 2― 2 晶体管内载流子的运动和各极电流
c
IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
ICBO
15V
b I
BN
IEP IEN
ICN
双极型三极管的电流传输关系,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 14
2-1-2 电流分配关系
c
IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
ICBO
b I
BN
IEP IEN
ICN IB
IC
IE
跨越两个 PN节,体现了放大作用
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 15
一、直流电流放大系数
E
C B OC
EB
E
EN
EN
CN
E
CN
I
II
I
I
I
I
I
I
基区传输效率发射区发射效率一般
c IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
ICBO
b I
BN
IEP IEN
ICN
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 16
一般
CBOB
CBOC
EPBN
CN
CNE
CN
II
II
II
I
II
I
c
IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
ICBO
b I
BN
IEP IEN
ICN
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 17
1EE
E
CNE
CN
II
I
II
I
1)1( CN
CN
E
CN
I
I
I
I
共射、共基直流电流放大系数,间关系
1?
1
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 18
若忽略 ICBO,则二,IC,IE,IB,三者关系,
CBOB
CBOC
II
II
E
C B OC
I
II
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 19
2―2 晶体管伏安特性曲线及参数全面描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。
图 2― 3晶体管的三种基本接法 （ 组态 ）
c
e
b
iB
iC
输出回路输入回路
(a)共发射极
(Common Emitter)
(b)共集电极
(Common Collecter)
(c)共基极
(Common Base)
输入回路 （接信号源，加入信号）；
输出回路 （接负载，取出信号）；
e
c
b
iB
iE
ce
iE iC
b
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 20
2―2―1 晶体管共发射极特性曲线一、共发射极输出特性曲线图 2―4 共发射极特性曲线测量电路常数 BiCEC ufi )(
μA
mA
V V
iB
iC
UCC
UBB
RC
RB
＋
－
uBE
＋
－
uCE
＋
－
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 21
u
C E
/ V5 10 15
0
1
2
3
4
饱和区截止区
I
B
＝ 40 μ A
30 μ A
20 μ A
10 μ A
0 μ A
i
B
＝－ I
C B O
放大区
i
C
/ m A
u
C E
＝ u
BE
图 2― 5 共射输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线,avi
Active Region
Cutoff Region
Saturation
Region
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 22
c IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
ICBO
b
IBN
IEP IEN
ICN
1,放大区 （发射结正偏,集电结反偏）
（ 1） uCE 变化时,IC 影响很小（ 恒流特性 ）
（ 2）基极电流 iB 对集电极电流 iC 的控制作用很强
（ 3）交流电流放大倍数常数
CEu
B
C
I
I?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 23
c IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
b
2,饱和区 （发射结和集电结均处于正向偏置）
E结正偏 C结零偏的正向传输
（ 1） i B 一定时,i C 比放大时要小
（ 2） U CE 一定时 i B 增大,i C 基 本不变
C结正偏 E结零偏的反向传输内部载流子的传输过程分解为
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 24
临界饱和,UCE = UBE，即 UCB=0（ C结零偏）。
饱和压降 （一般饱和 ||深度饱和）
UCE(sat) = 0.5V||0.3V（小功率 Si管）；
UCE(sat) = 0.2V||0.1V（小功率 Ge管）。
饱和（ saturation）
关于饱和区的说明
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 25
c IC
e I
E
N
P
N
IB
RC
UCC
UBB
RB
b
3,截止区 （发射结和集电结均处于反向偏置）
三个电极均为反向电流，所以数值很小。
（ 1） i B =-i CBO （此时 i E
=0 ）以下称为截止区
（ 2） 工程上认为,i B =0
以下即为截止区。 因为在 i B =0 和 i B =-i CBO
间，放大作用很弱
ICBO
I EBO
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 26
c 结
e 结 正偏 反偏正偏反偏晶体管的工作状态总结饱和 放大截止倒置放大
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 27
二,共发射极输入特性曲线
（ 1） U CE = 0 时，晶体管相当于两个并联二极管,i B 很大，曲线明显左移。
（ 2） 0< UCE< 1 时，随着 UCE 增加，曲线右移，
特别在 0< UCE< UCE (SAT),即工作在饱和区时，移动量将更大一些。
（ 3） UCE >1 时，曲线近似重合。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 28
三、温度对晶体管特性曲线的影响
T ↑,uBE↓,CmVmV
T
u BE?)/5.2~2(
T ↑,ICBO ↑,10
12
12
2
TT
C B OC B O II
T ↑,β↑,C
T
/)1~5.0(
C B OBC III )1(
T ↑,IC ↑,
结 论
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 29
2-2-2 晶体管的主要参数一、电流放大系数
1,共射直流放大系数反映静态时集电极电流与基极电流之比。
2,共射交流放大系数反映动态时的电流放大特性。
在以后的计算中，不必区分。
由于,呈线性关系
C E OBC B OBC IIIII )1(
因此
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 30
4.共基交流放大系数
3.共基直流放大系数常数
CB
E
C
uI
I?
在以后的计算中，不必区分。
由于,呈线性关系
CBOEC III
因此
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 31
二、极间反向电流
1 ICBO
发射极开路时，集电极 —基极间的反向电流，称为集电极反向饱和电流。
2 ICEO
基极开路时，集电极 —发射极间的反向电流，称为集
3 IEBO
集电极开路时，发射极 — 基极间的反向电流。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 32
三,结电容包括发射结电容 Ce 和集电结电容 Cc
四、晶体管的极限参数
1 击穿电压
U(BR)CBO指发射极开路时，集电极 —基极间的反向击穿电压。
U(BR)CEO指基极开路时，集电极 —发射极间的反向击穿电压。
U(BR)CEO < U(BR)CBO。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 33
U(BR)EBO指集电极开路时，发射极 —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。
2 集电极最大允许电流 ICM
ICM (Maximum Collector Current)一般指 β下降到正常值的 2/3时所对应的集电极电流。当 iC
>ICM时，虽然管子不致于损坏，但 β值已经明显减小。
例如,3DG6(NPN),U(BR)CBO =115V，
U(BR)CEO =60V,U(BR)EBO=8V。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 34
3 集电极最大允许耗散功率 PCM
※ PCM (Maximum Power Dissipation)表示集电极上允许损耗功率的最大值。超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。
※ PCM与管芯的材料、大小、散热条件及环境温度等因素有关。
PCM =IC·UCE
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 35
u
C E
工作区
i
C
0
安全
I
C M
U
( B R ) C E O
P
C M
图 2―7 晶体管的安全工作区功耗线过损耗区击穿区过流区
Safe Operating Area
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 36
2―3 晶体管直流工作状态分析及偏置电路将输入、输出特性曲线 线性化
（即用若干直线段表示）
等效电路（模型）
静态：由电源引起的一种工作状态
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 37
(a) 输入特性近似图 2― 8晶体管伏安特性曲线的折线近似
uBE0
iB
UBE(on) 0 uCE
iC
UCE(sat)
IB＝ 0
(b) 输出特性近似
2―3―1 晶体管的直流模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 38
图 2― 9
(a)截止状态模型； (b)放大状态模型； (c)饱和状态模型
(b)
e
b c
βI B
I B
UBE(on)
(a)
e
b c
(c)
e
b c
UBE(on) UCE(sat)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 39
例 1 晶体管电路如图 2―10(a) 所示。若已知晶体管工作在放大状态,β=100，试计算晶体管的
IBQ,ICQ和 UCEQ。 ICQ
＋
－
UCEQ
270kRB
UBB 6V
IBQ
UCC12V
RC3k
(a) 电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 40
(b)直流等效电路图 2― 10晶体管直流电路分析
e
RB
UBE(on)
b
IBQ
βI BQ
c
ICQ
UCC
RC
＋
－
UCEQ
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 41
解 因为 UBB使 e结正偏,UCC使 c结反偏,所以晶体管可以工作在放大状态 。 这时用图 2― 9(b)的模型代替晶体管,便得到图 2--10(b)所示的直流等效电路 。 由图可知
)( onBEBBQBB URIU
VRIUU
mII
m
R
UU
I
CCQCCC E Q
BQCQ
B
onBEBB
BQ
63212
202.0100
02.0
270
7.06)(
故有
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 42
2―3―2 晶体管工作状态分析
R B
UBB UEE
RE
R C
UCC
(a)电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 43
RB
U BB
RC
UCCU
EE
R E
UBE(on) βI B
(b)放大状态下的等效电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 44
图 2― 11晶体管直流分析的一般性电路
RB
U BB
RC
UCCU
EE
R E
UBE(on)
(c)饱和状态下的等效电路
UCE(sat)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 45
1.先判断晶体管是否处于 截止状态,
CCBBonBEEEBB UUUUU 且若,)(
则晶体管处于 截止状态 ；
EECCCEEEBBBE UUUUUU,此时，
2.再判断晶体管是处于 放大状态 还是 饱和状态,
晶体管工作状态的判断方法
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 46
∵ UBB - UEE - UBE(on) =IBQRB+(1+β)IBQRE
)(
)1(
)(
ECCQEECCC E Q
EQBQCQ
EB
OnBEEEBB
BQ
RRIUUU
III
RR
UUU
I
)( onBEC E Q UU?若方法 1：
则晶体管处于放大状态；
则晶体管处于饱和状态；
)( onBEC E Q UU?若
∴
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 47
EC
OnBEEECC
s a tC RR
UUU
I
)()(
)(
)(
s a tC
s a tB
I
I?
)( s a tBBQ II?若
)( s a tBBQ II?若方法 2：
则晶体管处于放大状态；
则晶体管处于饱和状态；
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 48
ECQBQs a tCECCQEECC
ECQBQonBEBBQEEBB
RIIURIUU
RIIURIUU
)(
)(
)(
)(
晶体管处于饱和状态时：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 49
补充例题 1电路补充例题 1 晶体管电路如下图所示 。 已知
β=100,试判断晶体管的工作状态 。
5V
R B
UBB
R E
R C
UCC
500KΩ 1KΩ
2K Ω
12V
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 50
1.先判断晶体管是否处于截止状态：
CCBBonBEBB UUUU 且,)(?
∴ 晶体管不处于 截止状态 ；
2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：
∵ UBB - UBE(on) =IBQRB+(1+β)IBQRE
mA
RR
UU
I
EB
OnBEBB
BQ
2
)(
1072.0
1 0 15 0 0
7.05
)1(
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 51
)( onBEC E Q UU
∴ 晶体管处于放大状态；
mAII BQCQ 72.01072.0100 2
V
RRIUU ECCQCCC E Q
10372.012
)(
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 52
补充例题 2电路补充例题 2 晶体管电路如下图所示 。 已知
β=100,试判断晶体管的工作状态 。
5V
R B
UBB
R C
UCC
50KΩ
2K Ω
12V
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 53
1.先判断晶体管是否处于截止状态：
CCBBonBEBB UUUU 且,)(?
∴ 晶体管不处于 截止状态 ；
2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：
∵ UBB - UBE(on) =IBQRB
mA
R
UU
I
B
OnBEBB
BQ
2
)(
106.8
50
7.05
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 54
则
VU s a tCE 5.0)(?设
0?C E QU?
∴ 晶体管不可能处于放大区,而应工作在饱和区；
mAII BQCQ 6.8106.81 0 0 2
VRIUU CCQCCC E Q 2.526.812
mA
R
UU
I
C
s a tCECC
CQ 75.52
5.012)(
VU C EQ 5.0?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 55
例 2 晶体管电路及其输入电压 ui的波形如图 2--
12(a),(b)所示 。 已知 β=50,试求 ui作用下输出电压
uo的值,并画出波形图 。
R3
3k
UCC
5V
RB
39k
ui
＋
－
＋
－
uo
(a)电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 56
图 2― 12例题 2电路及 ui,uo波形图
0
5
t
uo/V
0.3
(c) uo波形图
0
3
t
ui/V
(b) ui波形图
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 57
解 当 ui=0时,UBE=0,则晶体管截止 。 此时,
ICQ=0,uo=UCEQ=UCC=5V。 当 ui =3V时,晶体管导通且有
mImI s a tCBQ 0 2 8.050 4.106.0 )(?
而集电极临界饱和电流为因为
mRUuI
B
onBEi
BQ 06.039
7.03)(
mR UUI
C
onBECC
s a tC 4.13
7.05)(
)(
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 58
所以晶体管处于饱和。
ICQ≈IC(sat)=1.4mA，
uo=UCEQ=UCE(sat)=0.3V。
uo波形如图 2―12(c) 所示。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 59
2―3―3 放大状态下的偏置电路一、固定偏流电路图 2― 13固定偏流电路
RB
UCC
RC
B
CC
B
onBECC
BQ R
U
R
UUI )(
只要合理选择 RB,RC的阻值,晶体管将处于放大状态 。
,BQCQ II
CCQCCC E Q RIUU
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 60
C B OBC III )1(
若 T ↑,则 IC ↑
导致 UC ↓
BCCCC RIUU
即：电路的静态工作点 Q(UCEQ,ICQ)不稳定。
RB
UCC
RC
固定偏流电路的缺点
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 61
二、电流负反馈型偏置电路图 2― 14 电流负反馈型偏置电路
RB
UCC
RC
RE
若 ICQ
EB
onBECC
BQ RR
UU
I
)1(
)(
IEQ UEQ(=IEQRE)
UBEQ(= UBQ - UEQ)IBQICQ
)( ECCQCCC E Q RRIUU
BQCQ II
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 62
三、分压式偏置电路
(a)电路
RB1
UCC
RC
RERB2
图 2― 15分压式偏置电路
1I
锗管）
硅管）
()20~10(
()10~5(
BQ
BQ
I
I
兼顾 UCEQ
CCB UU )3
1~
5
1(?
为确保 UB固定 I1≈ I2>> IBQ
RB1,RB2的取值愈小愈好增大电源 UCC的无谓损耗取
I1
I2
UB=?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 63
RB1
UCC
RC
RERB2
(b)用戴维南定理等效后的电路
UCC
RC
RE
RB
U BB
图 2― 15分压式偏置电路
b
a
RC
RE
RB1
UCC
RB2
b
a
CC
BB
B
BBB URR
RUU
21
2
RB=RB1‖ RB2
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 64
EBQB E QBQ RIUU )1(
时）（当 BE RR )1(?
E
EB
onBEBB
BEQ RRR
UUU )1(
)1(
)(?
BBU?
UCC
RC
RE
RB
ICQ
UBB
IBQ
I1≈ I2>> IBQBE RR )1(? 与 等价
I1≈ I2>> IBQ当 时
BBBQ UU?
所以
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 65
RB1
UCC
RC
RERB2
UEQ(=IEQRE)
ICQ
分压式偏置电路如何稳定 Q点?
若 ICQ IEQ
UBEQ(= UBQ -UEQ)
IBQ
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 66
例 3 电路如图 2―15(a) 所示。已知 β=100,
UCC=12V,RB1=39kΩ,RB2=25kΩ,RC=RE=2kΩ，试计算工作点 ICQ和 UCEQ。
kRRR BBB 15253921解
RB1
UCC
RC
RERB2
VRRIUU ECCQCCC E Q 4.4)22(9.112)(
VURR RU CC
BB
B
BB 7.4122539
25
21
2
mARR UUI
EB
onBEBB
BQ 019.0210115
7.07.4
)1(
)(?
mAII BQCQ 9.10 1 9.01 0 0
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 67
若按估算法直接求 ICQ,则：
mAR UUI
E
onBEBQ
CQ 22
7.07.4)(
BE RR )1(
RB1
UCC
RC
RERB2
误差：
%3.59.1 9.12
时，误差很小。按估算法求 CQI?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 68
2―4 放大器的组成及其性能指标图 2― 16共射极放大电路
RC
Uo
＋
V＋
Us
＋
－
Rs
＋
－
Ui
C 1
RB
(UCC )
C2
R L
＋
－
US,RS,正弦信号源电压及内阻
UCC,直流电源
RB,基极偏置电阻
RC,集电极负载电阻
RL,负载电阻
C1(C2),耦合电容
UCC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 69
（ 1）直流偏置使放大器工作在放大区。
（ 2）当静态工作点设置在放大区后，就要叠加需要放大的交流小信号 US，为了 不影响电路的直流工作 (静态工作点 )。必须选择合理的叠加方式。该图采用 阻容耦合连接方式 。选择合适的电容 C1,C2使其电容阻抗对交流信号近似短路，这样交流信号可以无损耗的送入输入端。而电容对直流信号而言，
又近似开路。
放大电路中各元件的作用
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 70
2―4―1 基本放大器 的组成原则
(1) 晶体管偏置在放大状态，
且有合适的工作点。
(2) 输入信号必须加在基极 — 发射极回路。
(3) 须有合理的信号通路。
只有一个放大管的放大器，共有三种组态。
需进行交流分析需进行直流分析
RC
Uo
Us
＋
V＋
＋
－
R s
＋
－
Ui
C1
RB
(UCC)
C2
RL
＋
－
UCC
)1e( T
BE
SE
U
u
Ii
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 71
2―4―2 直流通路和交流通路
分析对象：直流成份、直流通路（偏置电路）
直流（静态）分析：
交流（动态）分析,
加入交流信号,即 ui≠0
当放大器没有送入交流信号时，即 ui=0
分析对象：交流成分、交流通路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 72
（ 1）画直流通路的原则
① C开路
② L短路
（ 2）画交流通路的原则
① C短路
② L保留
③ 直流电源对地短路（恒压源处理）
③ 直流电源作恒压源处理
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 73
图 2― 17(a) 共射放大器的直流通路
RB
UCC
RC
RC
Uo
Us
＋
V＋
＋
－
R s
＋
－
Ui
C1
RB
(UCC)
C2
RL
＋
－
UCC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 74
RC Uo
Us
＋
－
Rs
RB
RL
＋
－
Ii
Io
习惯用有效值画交,直流通路练习题 几种常见的偏置电路图 2― 17(b) 共射放大器的交流通路
RC
Uo
Us
＋
V＋
＋
－
R s ＋
－
Ui
C1
RB
(UCC)
C2
RL
＋
－
UCC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 75
2―4―3 放大器的主要性能指标线性放大器
I
o
R
L
＋
－
U
o
＋
－
U
i
I
i
图 2― 18 放大器等效为有源二端口网络的框图线性放大的基本概念
① 幅度增大（放大） ② 频谱不变（波形）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 76
线性 放大器 Io
+
_
Uo
+
_
U i
Ii
信号源负载信号源负载放大器二端口网络通用模型
Uo Io
U i
Ii
电压放大器 互导放大器互阻放大器 电流放大器
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 77
＋
－
Us AuoUi
RL＋
－
Rs
Ui Ri
＋
－
Ro ＋
－
Uo Is
AisIi
R LRs Ri Ro
IoIi
AroIi RLRi
＋
－
Ro ＋
－
UoIs
Ii
Ro
AgsUi
R LRi Ro
Io
Us
＋
－
Rs ＋
－
Ui
图 2― 19放大器二端口网络模型
(a)电压放大器 (b)电流放大器
(c)互导放大器 (d)互阻放大器低频小信号放大器的三个主要指标,
放大倍数,输入电阻,输出电阻
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 78
一、放大倍数 A
i
o
u U
UA?电压放大倍数 电流放大倍数互导放大倍数 互阻放大倍数
i
o
i I
IA?
i
o
g U
IA?
i
o
r I
UA?
其中,Au和 Ai为无量纲的数值,而 Ag的单位为西门子 (S),Ar的单位为欧姆 (Ω)。 有时为了方便,Au和
Ai可取分贝 (dB)为单位,即
),(lg20),(lg20 dBIIAdBUUA
i
o
i
i
o
u
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 79
二、输入电阻 Ri(Input Resistance)
i
i
i I
UR?
＋
－
Us AuoU i
RL＋
－
Rs
U i R i
＋
－
Ro ＋
－
U o
(a)电压放大器
Ii
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 80
三、输出电阻 Ro(Output Resistance)
00 s IU
o
o
o sI
UR
或
＋
－
Us AuoU i
RL＋
－
Rs
U i R i
＋
－
Ro ＋
－
U o
(a)电压放大器
Ii Io
加压求流法
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 81
四、非线性失真系数 THD
m
n
m
I
I
TH D
1
2
2?
由于小信号非线性失真很小，一般只在大信号工作时才考虑 THD指标。普通功放 THD在（ 1～
10%）,高保真功放在 1%之内。
当输入某一频率的正弦信号时，其输出波形中除基波 I1m成分之外，还包含有一定数量的谐波
In,n=2,3,…,该失真为 非线性失真 。它是由放大电路中的非线性器件引起。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 82
放大器对输入信号中的不同频率分量具有不同的放大倍数和附加相移，输出波形相对输入波形产生畸变，称为放大器的 线性失真 或 频率失真 。这是由于放大器中含有线性电抗元件引起。
五、线性失真两种失真的区别线性失真仅使信号中各频率分量的幅度和相位发生相对变化，但不会产生新的频率分量；非线性失真则产生了新的频率分量。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 83
下次课预习要求
１,预习 2―5 放大器图解分析法
２,什么叫直流负载线？什么叫交流负载线？它们的斜率如何确定？
３,如何确定放大器的输出动态范围？
2-8 2-10 2-13
作 业
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 84
动态：由交流信号源引起的一种工作状态。
动态分析方法：图解法、等效电路法。
图解法,在晶体管特性曲线上通过作图确定信号变化量之间的关系。
特点,形象、直观，便于理解放大原理、波形关系及非线性失真； 适用于大信号分析,对于小信号放大器，用图解法难以准确地进行定量分析。
等效电路法,利用器件的小信号模型进行电路分析,确定信号变化量之间的关系。
特点,适用于小信号，运算简便，误差小。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 85
2―5 放大器图解分析法
2―5―1 直流图解分析直流负载线方程特性曲线方程
CCCCCE
IiCEC
RiUu
ufi
BQB
)(
1.输出回路分析
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 86
图 2― 20共射放大器的直流,交流通路
RB
UCC
RC
IBQ
ICQ
＋
－
UCEQ
RC Uo
Ui
＋
－
RB
RL
＋
－
ΔiB
ΔiC
＋
－
ΔUCE
(a)直流通路 (b)交流通路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 87
iB＝ IBQ
uCE0
N
Q
M
iC
UCEQ UCC
ICQ
UCC
RC
(a)直流负载线与 Q点
CR
1,?斜率为由于 UCC↓，导致收音机声音混浊不清。
图 2― 21放大器的直流图解分析
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 88
图 2― 21放大器的直流图解分析
(b)Q点与 RB,RC的关系
uCE/V2 10 120
1
2
3
40μA
30μA
20μA
10μA
iC/mA
4 6 8
4 M
N
Q
RB
Q3
Q2 Q4
RC
RB
Q1 RC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 89
例 4 在 图 2―20(a) 电路中，若 RB=560kΩ,
RC=3kΩ,UCC=12V，晶体管的输出特性曲线如图
2―21(b) 所示，试用图解法确定直流工作点。
umR UUI
B
BEQCC
BQ 2002.05 6 0
7.012
解 取 UBEQ=0.7V，由估算法可得在输出特性上找两个特殊点：
当 uCE=0时,iC=UCC/RC=12/3=4mA，得 M点 ；
当 iC =0时,uCE=UCC=12V，得 N点 。
由图中 Q点的坐标可得,ICQ=2mA,UCEQ=6V。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 90
2―5―2 交流图解分析
ceC E QCEcCQC uUuiIi,
瞬时值 直流值 交流值
1.输入回路分析
RC Uo
Ui
＋
－
R B
RL
＋
－
ΔiB
＋
－
ΔU BE
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 91
iB
IBQ
t
iB
I BQ
uBE
uBE
t
iBmax
iBmin
Q
UBEQ
图 2― 22放大器的交流图解分析 (a)输入回路的工作波形
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 92
2.输出回路分析
LCCE Riu
ceC E QCEcCQC uUuiIi,
RC Uo
Ui
＋
－
RB
RL
＋
－
ΔiC
＋
－
ΔuCE
ceC E QCECE uUuu
cCQCC iIii
LCQCC E QCE RIiUu )(
交流负载线方程
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 93
图 2―22 放大器的交流图解分析 (b)输出回路的工作波形
Q
iC
iBmax
iBmin
iC
ICQ
t
t
uCE
uCE
UCCU CEQ I CQRL′
ICQ
UCC
RC
交流负载线 k＝－
RL′
1
Q1
Q2
IBQ
A
放大电路的动态图解分析,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 94
图 2― 23共射极放大器的电压,电流波形
RC
Uo
Us
＋
V＋
＋
－
R s
＋
－
Ui
C1
RB
(UCC)
C2
RL
＋
－
UCC
t
ui
0
t
u BE
UBE Q
0
uCE
t
UCEQ
0
uo
0 t
iB
t
I BQ
0
iC
t
ICQ
0
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 95
2-5-3直流工作点与放大器非线性失真的关系
Q
交流负载线iC
0t0
iC
iB
uCE
uCE0
t
图 2― 24 Q点不合适产生的非线性失真 (a)截止失真
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 96
图 2― 24 Q点不合适产生的非线性失真 (b)饱和失真
Q
交流负载线
i C iC iB
0t uCE
uCE
0
t
0
放大器的截止失真和饱和失真,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 97
LCQom RIU
C E SC E Qom UUU
Uopp=2Uom
放大器输出动态范围：
受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为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 Uopp则为该幅度的两倍，
即放大器的最大不失真输出幅度,avi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 98
2―6 放大器的交流等效电路分析法
2―6―1 晶体管交流小信号电路模型在 Q点处对输入、输出特性曲线 线性化
（即用直线段表示）
Q点处的交流小信号等效电路
（线性等效模型）
便于交流参数计算，适用于小信号状态。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 99
一、混合 π
图 2― 25晶体管放大过程分析及电路模型
uce
ib
＋
－
＋
－
ube
ic
gmube
＋
－
u be
＋
－
ucerbe rce
rbcb c
e
(a)共发射极晶体管 (b)电路模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 100
gmub e
＋
－
ube
＋
－
ucerce
b c
e
r bb′
C b′c
r b′e
b′
r b′c
′
C b′e
(a)高频时的电路模型图 2― 27完整的混合 π型电路模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 101
(b)低频时的电路模型图 2― 27完整的混合 π型电路模型
gmu b e
＋
－
ube
＋
－
ucerce
b c
e
r bb′
r b′e
b′ r b′c
′
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 102
二、低频 H参数电路模型适用范围：
线性四端网络
＋
－
＋
－
uBE uCE
iB iC
等；其中,beB E QBE uUu
取 iB和 uCE为自变量,则有：
电路的网络参数很多,如,Z参数,Y参数,A参数,
H参数等 。
低频、小信号（振幅 2.6mV左右）交流信号。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 103
),(
),(
CEB2C
CEB1BE
uifi
uifu
CEQ
CE
C
BQ
B
C
C
CEQ
CE
BE
BQ
B
BE
BE
du
u
i
di
i
i
di
du
u
u
di
i
u
du
cecebfec
cerebiebe
uhihi
uhihu
因为,在 Q点处,将输入,输出特性曲线线性化所以,duBE,diC等式成立 →ΔuBE,Δ iC等式成立
ube,ic等式成立Ube,Ic等式成立 ←
cecebfec
cerebiebe
UhIhI
UhIhU
交流值 有效值（正弦量）
B E QbeB E QBE UuUu )(
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 104
0
ce
c
Q
CE
C
oe
0
b
c
Q
B
C
fe
0
ce
be
Q
CE
BE
re
0
b
be
Q
B
BE
ie
b
ce
b
ce
I
U
I
U
U
I
u
i
h
I
I
i
i
h
U
U
u
u
h
I
U
i
u
h
输出交流短路时的输入电阻输入交流开路时的反向电压传输系数输出交流短路时的电流放大系数输入交流开路时的输出电导
CEQ
CE
C
BQ
B
C
C
CEQ
CE
BE
BQ
B
BE
BE
du
u
i
di
i
i
di
du
u
u
di
i
u
du
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 105
＋
－
Ube
＋
－
Uce
b c
e
hie
hoe
1hfeI b
IcIb
＋
－
hreUce
图 2― 28 共发射极晶体管 H参数电路模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 106
图 2― 29在特性曲线上求 H参数的方法
uBE
QI
BQ
ΔuBE
iB
(a)
ΔiB
0 UBEQ
uCE＝ UCEQ
0
b
be
Q
B
BE
ie ce
UI
U
i
uh
输入电阻
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 107
uBE
Q
IBQ
ΔuBE
iB
(b)
0 uBE1
uCE1 uCE2
ΔuCE
uBE2
图 2― 29在特性曲线上求 H参数的方法
0
ce
be
Q
CE
BE
re b
IU
U
u
uh
反向电压传输系数
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 108
图 2― 29在特性曲线上求 H参数的方法
0
b
c
Q
B
C
fe ce
U
I
I
i
i
h
电流放大系数
0
iC
uCE
(c)
Q
UCEQ
IB2
IB1
IB
iC1
iC2
iC ΔΔ
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 109
0
iC
uCE
(d)
Q
UCEQ
I BQiC2
i C1ΔiC
uCE2uCE1
ΔuCE
图 2― 29在特性曲线上求 H参数的方法
0
ce
c
Q
CE
C
oe b
I
U
I
u
i
h
输出电导
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 110
A
CQ
C E QA
CQ
Q
CE
C
oe BQ U
I
UU
I
u
ih
I
iC
UA
0 UCEQ uCE
ICQ
ΔuCE
Q
Δ iC
IBQ
图 2― 30利用厄尔利电压求 hoe
厄尔利电压 (Early Voltage)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 111
U ce＝ 0
＋
－
U be r ce
b c
e
r bb′
r b′e
b′ r b′c
I b
g mU b e′
Ic
图 2― 31求 H参数用的混合 π型电路
(a)输出交流短路的混合 π型电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 112
图 2― 31求 H参数用的混合 π型电路
(b)输入交流开路的混合 π型电路
＋
－
Ube rce
b c
e
r bb′
r b′e
b′ r b′c
gmUb e′
IcIb＝ 0 ＋
－
Uce
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 113
cbeb
eb
0
ce
be
re
cbeb
ebm
ce
0
c
ce
oe
cbebm0
b
c
fe
cbebbb0
b
be
ie
b
b
ce
ce
11
)(
)(
rr
r
U
U
h
rr
rg
rI
U
h
rrg
I
I
h
rrr
I
U
h
I
I
U
U
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 114
如果忽略 r b′c的影响,则式 (2― 40)可简化为
0
1
)1(
re
ce
oe
ebmfe
beebbie
h
r
h
rgh
rrrh
···1KΩ左右
···20～ 200
··10-5
··10-3～ 10-4
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 115
＋
－
U
be
＋
－
U
ce
( r
ce
)
b c
e
h
ie
( r
be
)
h
oe
1
h
fe
I
b
I
c
I
b
( βI
b
)
图 2― 32 实用的低频 H参数电路模型
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 116
2-6-2 共射极放大器的交流等效电路分析法根据直流通路估算直流工作点确定放大器交流通路,交流等效电路计算放大器的各项交流指标
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 117
＋
－ －
＋
＋
－
Uo
Ui
Us
Rs
RB2
＋
C1
RE
CE ＋
RL
UCC
RCR
B1 ＋ C2
图 2― 33共射极放大器及其交流等效电路
(a)电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 118
(b)交流等效电路图 2― 33共射极放大器及其交流等效电路
Ui
Ri
＋
＋
－ －
Rs RB2
r be
Ii
RC
RL Uo
＋
－
e
Ib
βI b rce
Ro
Ic Iob c
RB1
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 119
1.电压放大倍数 Au
be
L
be
LC
i
o
LCbLCco
bebi
)(
)()(
r
R
r
RR
U
U
A
RRIRRIU
rIU
u
输出、输入电压反相
LCL
CQ
bbebbbe )(
)mV(
)mV(26
)1(
RRR
I
rrrr
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 120
关于电压放大倍数 Au的讨论成正比；无关，而与时，与当 CQ.1 I
CQ
L
Lm
be
L
)mV(26 I
RRg
r
RA
u
由于成正比。与 L.2 R?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 121
2.电流放大倍数 Ai
i
i
A
RR
R
rR
R
I
I
A
R
rR
II
RR
R
I
RR
R
II
LC
C
beB
B
i
o
B
beB
bi
LC
C
b
LC
C
co
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 122
3.输入电阻 Ri
bebeB2B1
i
i
i //// rrRRI
UR
4.输出电阻 Ro
C0
o
o
o s RI
UR
U
5.源电压放大倍数 Aus
uu ARR
R
U
U
U
U
U
UA
is
i
i
o
s
i
s
o
s
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 123
6.发射极接有电阻 RE时的情况
Ebbebi )1( RIrIU
＋
－
U
s
R
s
＋
－
U
i
R
b2
R
b1
R
E
r
be βI b
R
C
R
L
＋
－
U
o
I
b
图 2― 35 发射极接电阻时的交流等效电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 124
Em
Lm
Ebe
L
i
o
1)1( Rg
Rg
Rr
R
U
UA
u?
时）当 beE
E
L )1(( rR
R
RA
u
Ebe
b
i
i )1( RrI
UR
Ri=RB1‖ RB2‖ R′
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 125
例 5 在 图 2―33(a) 电路中，若 RB1=75kΩ，
RB2=25kΩ,RC=RL=2kΩ,RE=1kΩ,UCC=12V，晶体管采用 3DG6管,β=80,r bb′=100Ω,Rs=0.6kΩ,试求该放大器的直流工作点 ICQ,UCEQ及 Au,Ri,Ro和 Aus等项指标。
V1.5)12(3.212)(
mA3.2
1
7.03
V312
2575
25
ECCQCCC E Q
E
B E QB
EQCQ
CC
B2B1
B2
B
RRIUU
R
UU
II
U
RR
R
U
解 按估算法计算 Q点：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 126
k122
k1
3.2
26
80100
26
LCL
CQ
bbbe
be
L
i
o
RRR
I
rr
r
R
U
U
A
u
式中：
50)80(
16.0
1
k2k111575
80
1
180
is
i
s
o
s
CobeB2B1i
uu
u
A
RR
R
U
U
A
RRrRRR
A
的阻值代入上式，得，将 Lbe Rr?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 127
例 6 在上例中,将 RE变为两个电阻 RE1和 RE2串联,
且 RE1=100Ω,RE2=900Ω,而旁通电容 CE接在 RE2两端,其它条件不变,试求此时的交流指标 。
解 由于 RE=RE1+RE2=1kΩ，所以 Q点不变。对于交流通路，现在射极通过 RE1接地。此时，各项指标分别为
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 128
8)8.8(
66.0
6
k2
k6]1.0811[2575])1([
8.8
1.0811
180
)1(
is
i
s
o
s
Co
E1beB2B1i
E1be
L
i
o
uu
u
A
RR
R
U
U
A
RR
RrRRR
Rr
R
U
U
A
可见,RE1的接入,使得 Au减小了约 10倍 。 但是,由于输入电阻增大,因而 Aus与 Au的差异明显减小了 。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 129
2―7 共集电极放大器和共基极放大器
2―7―1 共集电极放大器
＋
－ －
＋
UoUiU
s
Rs
RB2
C1
RE RL
UCC
RB1
＋ C2
(a)电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 130
图 2― 36共集电极放大器及交流等效电路
(b)交流等效电路
Ui
Ri
＋
＋
－
－
Rs
Us RB1
Ib
Ro
RB2
rbe βIb
b c
Ic
I e
RE RL
Io
Ri′
Ii
e
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 131
1.电压放大倍数 Au
LEL
Lbe
L
i
o
Lbbebobebi
LbLEeo
//
)1(
)1(
)1(
)1()//(
RRR
Rr
R
U
U
A
RIrIUrIU
RIRRIU
u
因而式中：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 132
2.电流放大倍数 Ai
在图 2― 36(b)中,当忽略 RB1,RB2的分流作用时,则 Ib=Ii,而流过 RL的输出电流 Io为
LE
E
b
LE
E
eo )1( RR
RI
RR
RII
由此可得
LE
E
i
o )1(
RR
R
I
IA
i
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 133
3.输入电阻 Ri
iB2B1i //// RRRR
Lbei )1( RrR
K1,1 0 0,K1 Lbe Rr?若
K102iR则：
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 134
4.输出电阻 Ro
＋
－
U
o
r
be
R
s
R
B2
R
B1
βI
b
R
o
′
R
E
R
o
I
o
I
e
I
o
′
I
b
图 2― 37求共集放大器 Ro的等效电路
)( sbebo RrIU 式中：
而
beo )1( III
B2B1ss //// RRRR
1
sbe
o
o
o
Rr
I
UR
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 135
所以,输出电阻
1////
sbe
EoE0
b
o
o s
RrRRR
I
UR
U
K1,100,K2 Sbe Rr?若 7.29oR则：
＋
－
U
o
r
be
R
s
R
B2
R
B1
βI
b
R
o
′
R
E
R
o
I
o
I
e
I
o
′
I
b
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 136
2―7―2 共基极放大器
C1
－
＋
Ui
＋
R E
＋
C2
RCR B1
RB2＋ CB
－
＋
UoR L
UCC
(a)共基极放大电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 137
图 2― 38共基极放大器及其交流等效电路
(b)交流等效电路
Ii
－
＋
Ui RE
Ri
Ie
rbe
Ri ′
βI b
Ic
RC
Ro
RL
Io
－
＋
Uo
Ib
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 138
1.电压放大倍数 Au
bebi rIU?
Ii
－
＋
Ui R E
Ri
Ie
rbe
Ri ′
βI b
Ic
RC
Ro
RL
Io
－
＋
Uo
Ib
LCL // RRR
be
L
i
o
r
R
U
UA
u
)//( LCbo RRIU
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 139
2.电流放大倍数 Ai
LC
C
co RR
RII
LC
C
LC
C
e
c
i
o
RR
R
RR
R
I
I
I
IA
i
Ii
－
＋
Ui R E
Ri
Ie
rbe
Ri ′
βI b
Ic
RC
Ro
RL
Io
－
＋
Uo
Ib
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 140
3.输入电阻 Ri
1
be
e
i
i
r
I
UR
1////
be
EiEi
rRRRR
Ii
－
＋
Ui R E
Ri
Ie
rbe
Ri ′
βI b
Ic
RC
Ro
RL
Io
－
＋
Uo
Ib
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 141
4.输出电阻 Ro
Co RR?
Ii
－
＋
Ui R E
Ri
Ie
rbe
Ri ′
βI b
Ic
RC
Ro
RL
Io
－
＋
Uo
Ib
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 142
2―7―3 三种基本放大器性能比较
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 143
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 144
2―8 放大器的级联
2―8―1 级间耦合方式
3.直接耦合 方式
1.阻容耦合方式
2.变压器耦合方式如：收音机中用的中周（中频变压器）。
广泛用于集成电路中。
4.光电耦合方式
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 145
2―8―2 级联放大器的性能指标计算
n21
1)o ( n
o
01
o2
i
o1
i
o
uuuu AAAU
U
U
U
U
U
U
UA
i2L1i1i RRRR
1)o (nsnono
RRRR
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 146
2―8―3 组合放大器一,CC―CE 和 CE―CC 组合放大器
＋
－
Uo
RB1
Ri↑
RB2 RC2
RL
Ro
－
＋
Ui＋
－
Us
Rs
RE1
Ro1↓
V1
V2
(a)CC―CE 电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 147
图 2― 42 CC―CE 和 CE―CC 组合放大器
(b)CE―CC 电路
＋
－
Uo
RB1
Ri
RB2
RL
Ro↓
－
＋
Ui
V1 R
C1
Ri2↑
RE2
V2
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 148
例 8 放大电路如图 2―43 所示。已知晶体管 β=100,
rbe1=3kΩ,rbe2=2kΩ,rbe3=1.5kΩ，试求放大器的输入电阻、输出电阻及源电压放大倍数。
图 2―43 例 8电路
Rs
＋
－
Us RE1 5.3k R
RC2 3k
RE3
3k
－ UEE (－ 6V)
RL Uo
－
＋
0.2k
VD1
V1
V2
V3
(＋ 6V)
＋ UCC
2k
VZ
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 149
解 该电路为共集,共射和共集三级直接耦合放大器 。
))(1( i2E1b e 1i1i i2L1 RRrRR RR
(1)输入电阻 Ri：
Rs
＋
－
Us RE1 5.3k R
RC2 3k
RE3
3k
－ UEE (－ 6V)
RL Uo
－
＋
0.2k
VD1
V1
V2
V3
(＋ 6V)
＋ UCC
2k
VZ
k2b e 2i2 rR
k150)2//3.5)(1001(3
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 150
(2)输出电阻 Ro,
k3C2o2 RR
Rs
＋
－
Us RE1 5.3k R
RC2 3k
RE3
3k
－ UEE (－ 6V)
RL Uo
－
＋
0.2k
VD1
V1
V2
V3
(＋ 6V)
＋ UCC
2k
VZ
451001 5.13//31// b e 3C2E3o3o
o2s3?
rRRRR
RR
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 151
(3)源电压放大倍数 Aus,
98.0
)23.5(1 0 13
)23.5(1 0 1
))(1(
))(1(
i2E1b e 1
i2E1
i
o1
1
RRr
RR
U
UA
u?
Rs
＋
－
Us RE1 5.3k R
RC2 3k
RE3
3k
－ UEE (－ 6V)
RL Uo
－
＋
0.2k
VD1
V1
V2
V3
(＋ 6V)
＋ UCC
2k
VZ
1 3 0
2
)2.03(1 0 0)//(
b e 2
i3C2
i2
o2
2 r
RR
U
UA
u
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 152
1 2 095.0)1 3 0(98.0
1 5 02
1 5 0
321
is
i
s
o
s
uuuu
AAA
RR
R
U
U
A
95.0
)2.0//3(1015.1
)2.0//3(101
)//)(1(
)//)(1(
LE3b e 3
L3E
i3
o
3
RRr
RR
U
U
A u
K20)2.0//3(1015.1)//)(1( L3Eb e 3i3 RRrR?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 153
二,CE―CB 组合放大器
RB3＋
－
Us
Rs
Ui
＋C1
RB2
＋
C3 RB1
RC
＋ C2
UCC
Uo
＋
CERE
RL
V2
V1
Uo1
(a)电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 154
图 2― 44 CE―CB 组合放大器 (b)交流通路
＋
－
Us
Rs
Ri
RB
＋
－
Ui
V1
Ri2
V2Uo1
RC RL
Ro
＋
－
Uo
b e 1
1L
b e 1
L21
b1b e 1
L2b11
i
o
r
R
r
Ra
Ir
RaI
U
UA
u
121
2e
c2
1b
c1
b1
c2
i
o a
I
I
I
I
I
I
I
IA
i
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 155
作 业
2-3
2-4
2-5
2-6
2-8
2-9
2-13
2-17
2-23(2)
2-24
2-25
2-28
2-30
2-32
2-33
2-35
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 156
uCE
t
Ucem
uCE(max)uCE(min)
有效值
2
c e m
ce
UU?
注意,主字母 大小写,脚标 大小写的用法瞬时值
UCE
t
uce
t
= +
直流分量 交流分量
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 157
CEB
C E OBC B OBE )1()1()1(
)1(
III
IIIII
IIIII C E OBC B OBC
式中,CBOC E O )1( II 称为穿透电流。
c
ICEO
e
N
P
N
IB
R C
U CC
ICBO
15V
b
IBN
IEN
ICN
= 0
c
b
e
R C
U CC
15V
ICEO
IEP
C B OB
C B OC
EPBN
CN
CNE
CN
II
II
II
I
II
I
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 158
i
B
/ μA
u
BE
/ V
0
60
90
0,5 0,7 0,9
30
U
C E
＝ 0 U
C E
≥ 1
常数 CEuBEB ufi )(
图 2―6 共发射极输入特性曲线
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 159
＋
－
U i
Ri2
A2
＋
－
Uo
R i1
Us2
Rs2
R LRin
Us(n+1)
Rs(n+1)
Usn
Rsn
R oR i
A 1 A n-1 A n
级联放大器的框图
Us
Rs
321
2o
o
o1
o2
i
o1
i
o
uuuu AAAU
U
U
U
U
U
U
UA
i2L1i1i RRRR 1)o (nsnono RRRR
(1) 第 i级的负载是第 i+1级的输入电阻 (1<i<n)；
(2) 第 i级的信号源内阻是第 i-1级的输出电阻；
)3(?n
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 160
常见双极型晶体三极管型号的含义
3 D G 6
三极管
NPN型
Si材料高频小功率管
W1,M H z3 cα Pf
序号
A,PNP型 Ge材料
B,NPN型 Ge材料
C,PNP型 Si材料
A：高频大功率管
D：低频大功率管
G：高频小功率管
#
#
*
*
D,NPN型 Si材料 X：低频小功率管
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 161
交流小信号情况下三极管伏安特性的近似及简化的三极管等效电路
iB
uBE
Q
Bi?
BEu?
O
CEu?
Ci?
＋
－
b
e
BEu?
Bi?
ber
uCEO
iC
Q
＋
－
c
CEu?
Ci?
Bi e
bBQbBQBQBB )( iIiIIii
＋
－
b
e
BEu
Bi
ber
BE(on)U ＋
－
c
CEu
Ci
BQI? ebi?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 162
c
eb
r bb′
r cc′
P
N＋
N＋
N
Cb′c
C b′eree′
b′
图 2― 26平面管结构示意图
b′：基区的理论基极
r bb′通常取值 200Ω
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 163
＋
－
＋
r bb′
r b′e
b′
b c
e
BEu?
Bi?
CEu?
Ci?
考虑基区体电阻及引线接触电阻引入的参数
EBug m
EQ
eQ
B
E
E
EB
Q
B
EB
eb )1()1( I
Ur
i
i
i
u
i
ur T
eb
Q
EB
B
B
C
Q
EB
C
m
ru iiiu ig?
e
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 164
考虑基区宽度调制效应和 PN结的电容效应时如何修改等效模型？
iB
uBE
Q
Bi?
BEu?
O
),( CEBE1B uufi
CEu?
Ci?
uCEO
iC
Q
),( CEBE2C uufi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 165
ceceebmc
cecbebebb
ugugi
ugugi
)()()(
)()(
ebcecbcecbceebcbmc
ceebcbebcbebb
uugugguggi
uuguggi
见图 1
见图 2
图 1
＋
－
ube
＋
－
uce
b c
e
r bb′ b′
cecb ug?
eb?g
ebm?ug
ceg
bi
ci
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 166
＋
－
ube
＋
－
uce
b c
e
r bb′ b′ cb?g
cbeb gg
ebcbm )( ugg cbce gg
图 2
cecbmcbebcb,,gggggg
)()()(
)()(
ebcecbcecbceebcbmc
ceebcbebcbebb
uugugguggi
uuguggi
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 167
＋
－
ube
＋
－
uce
b c
e
r bb′ b′ cb?g
eb?g
ebm?ug
ceg
cecbmcbebcb,,gggggg
考虑基区宽度调制效应引入的参数
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 168
＋
－
＋
－
uce
rce
b c
e
r bb′
r b′e
b′
r b′c
图 2―27(a) 完整的混合 π型电路模型 (高频模型 )
ebm?ug
e
c
e
C b′
C b′ube
考虑 PN结电容引入的参数
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 169
＋
－
＋
r bb′
r b′e
b′b c
e
beu ceu
实用的低频混合 π型电路模型
ebm?ug －
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 170
画出下图电路的交,直流通路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 171
画出下图电路的交,直流通路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 172
输出接负载
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 173
带负载时输入、输出波形输入输出
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 174
输出不接负载
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 175
无负载时输入、输出波形输入输出
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 176
空载时的非线性失真系数有载时的非线性失真系数
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 177
iB
IBQ
t
iB
I BQ
uBE
uBE
t
UBEQ
Q点不合适产生的截止失真
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 178
图 2― 39阻容耦合与变压器耦合的方框图
＋
－
Ui R i2A1 A 2
＋
－
UoC
(a)阻容耦合框图
＋
－
Ui R i2A1 A 2
＋
－
UoN2N 1
Ri2′
(b)变压器耦合框图
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 179
Uo
RE2
UCC
Uo
UCC
(a)垫高后级的发射极电位
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 180
(b)稳压管电平移位
Uo
UCC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 181
(c)电阻和恒流源电平移位
UCC
UoQ
UiQ
R
Io
Uo
UCC
NPN
PNP
图 2― 40直接耦合电平配置方式实例
(d)NPN,PNP管级联
