3半導體三極管及放大電路根底3.1BJT3.3放大電路的分析方法3.4放大電路靜態任務點的穩定問題3.5共集電極放大電路和共基極放大電路3.2根本共射極放大電路3.6組合放大電路*3.7放大電路的頻率呼應*3.8單級放大電路的瞬態呼應3.1BJT3.1.1BJT的構造簡介3.1.2放大形狀下BJT的任務原理3.1.3BJT的V-I特性曲線3.1.4BJT的主要參數3.1.5溫度對BJT參數及特性的影響3.1.1BJT的構造簡介(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管半導體三極管的構造表示圖如下圖。它有兩種類型:NPN型和PNP型。3.1.1BJT的構造簡介(a)NPN型管構造表示圖(b)PNP型管構造表示圖(c)NPN管的電路符號(d)PNP管的電路符號基區很薄，摻雜濃度很低發射區比集電區摻雜濃度高得多集電區比發射區面積大集成電路中典型NPN型BJT的截面圖3.1.1BJT的構造簡介三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，經過內部載流子傳輸表達出來的。外部條件：發射結正偏集電結反偏3.1.2放大形狀下BJT的任務原理1.內部載流子的傳輸過程發射區：發射載流子集電區：搜集載流子基區：傳送和控制載流子〔以NPN為例〕由于三極管內有兩種載流子(自在電子和空穴)參與導電，故稱為雙極型三極管或BJT(BipolarJunctionTransistor)。IC=ICN+ICBOIE=IEN+IEP放大形狀下BJT中載流子的傳輸過程IB=IEP+IBN-ICBOIEN=ICN+IBN2.電流分配關系根據傳輸過程可知IC=ICN+ICBO通常ICN>>ICBO為電流放大系數。它只與管子的構造尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。普通=0.90.99。IE=IB+IC放大形狀下BJT中載流子的傳輸過程是另一個電流放大系數。同樣，它也只與管子的構造尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。普通>>1。2.電流分配關系3.三極管的三種組態(c)共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示。(b)共發射極接法，發射極作為公共電極，用CE表示；(a)共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示；BJT的三種組態共基極放大電路4.放大作用假設vI=20mV電壓放大倍數將使iE=1mA，那么iC=iE=0.98mA，vO=iC?RL=0.98V，當=0.98時，RL=1kΩRe=20Ω綜上所述，三極管的放大作用，主要是依托它的發射極電流可以經過基區傳輸，然后到達集電極而實現的。實現這一傳輸過程的兩個條件是：〔1〕內部條件：發射區雜質濃度遠大于基區雜質濃度，且基區很薄。〔2〕外部條件：發射結正向偏置，集電結反向偏置。3.1.3BJT的V-I特性曲線iB=f(vBE)vCE=const.(2)當vCE=1V時，vCB=vCE-vBE>0，集電結已進入反偏形狀，開場搜集電子，基區復合減少，同樣的vBE下iB減小，特性曲線右移。(1)當vCE=0V時，相當于發射結的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線〔以共射極放大電路為例〕共射極銜接(3)當vCE>1V時，已能將絕大部分電子拉到集電結來，以致于vCE再添加，iB不再明顯減小，故vCE>1V后的輸入特性曲線根本重合。飽和區：iC明顯受vCE控制的區域，該區域內，普通vCE＜0.7V(硅管)。此時，發射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小。iC=f(vCE)iB=const.2.輸出特性曲線輸出特性曲線的三個區域:截止區：iC接近零的區域，相當iB=0的曲線的下方。此時，發射結反偏，vBE小于死區電壓Vth。放大區：iC平行于vCE軸的區域，曲線根本平行等距〔iC=βiB〕。此時，發射結正偏，集電結反偏。3.1.3BJT的V-I特性曲線(1)共發射極直流電流放大系數=IC/IB〔hFE〕1.電流放大系數3.1.4BJT的主要參數(2)共發射極交流電流放大系數=iC/iB1.電流放大系數(3)共基極直流電流放大系數 =IC/IE(4)共基極交流電流放大系數αα=iC/iE在通常情況下，≈、≈，可以不加區分。今后運用中，只用符號、表示。3.1.4BJT的主要參數2.極間反向電流 (1)集電極基極間反向飽和電流ICBO發射極開路時，集電結的反向飽和電流。3.1.4BJT的主要參數(2)集電極發射極間的反向飽和電流ICEOICEO=〔1+〕ICBO3.1.4BJT的主要參數2.極間反向電流3.極限參數3.1.4BJT的主要參數(1)反向擊穿電壓V(BR)CBO——發射極開路時的集電結反 向擊穿電壓。V(BR)EBO——集電極開路時發射結的反 向擊穿電壓。V(BR)CEO——基極開路時集電極和發射極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關系 V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO(2)集電極最大允許電流ICM(3)集電極最大允許功率損耗PCMPCM=iCvCE3.極限參數3.1.4BJT的主要參數3.1.5溫度對BJT參數及特性的影響(1)溫度對ICBO的影響溫度每升高10℃，ICBO約添加一倍。(2)溫度對的影響溫度每升高1℃，值約增大0.5%~1%。(3)溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響溫度升高時，V(BR)CBO和V(BR)CEO都會有所提高。2.溫度對BJT特性曲線的影響1.溫度對BJT參數的影響end3.2根本共射極放大電路3.2.1根本共射極放大電路的組成3.2.2根本共射極放大電路的任務原理3.2.1根本共射極放大電路的組成根本共射極放大電路3.2.2根本共射極放大電路的任務原理1.靜態(直流任務形狀)輸入信號vi＝0時，放大電路的任務形狀稱為靜態或直流任務形狀。直流通路VCEQ=VCC－ICQRc〔VBEQ：硅0.7V，鍺0.2V〕3.2.2根本共射極放大電路的任務原理2.動態輸入正弦信號vs后，電路將處在動態任務情況。此時，BJT各極電流及電壓都將在靜態值的根底上隨輸入信號作相應的變化。交流通路end3.3放大電路的分析方法3.3.1圖解分析法3.3.2小信號模型分析法1.靜態任務點的圖解分析2.動態任務情況的圖解分析3.非線性失真的圖解分析4.圖解分析法的適用范圍1.BJT的H參數及小信號模型2.用H參數小信號模型分析根本共射極放大電路3.小信號模型分析法的適用范圍3.3.1圖解分析法1.靜態任務點的圖解分析采用該方法分析靜態任務點，必需知三極管的輸入輸出特性曲線。共射極放大電路3.3.1圖解分析法1.靜態任務點的圖解分析列輸入回路方程

列輸出回路方程〔直流負載線〕 vCE=VCC－iCRc首先，畫出直流通路直流通路在輸出特性曲線上，作出直流負載線vCE=VCC－iCRc，與IBQ曲線的交點即為Q點，從而得到VCEQ和ICQ。在輸入特性曲線上，作出直線，兩線的交點即是Q點，得到IBQ。根據vs的波形，在BJT的輸入特性曲線圖上畫出vBE、iB的波形2.動態任務情況的圖解分析根據iB的變化范圍在輸出特性曲線圖上畫出iC和vCE的波形2.動態任務情況的圖解分析iB=iB1iB=iB22.動態任務情況的圖解分析共射極放大電路中的電壓、電流波形沒有輸入信號電壓時，BJT各電極都是恒定的電壓電流〔IB、IC、VCE〕，當輸入信號電壓后，各電極電壓電流〔iB、iC、vCE〕都在原來靜態直流根底上疊加一個交流量〔ib、ic、vce〕。3.靜態任務點對波形失真的影響截止失真的波形〔Q點過低〕飽和失真的波形〔Q點過高〕3.靜態任務點對波形失真的影響4.圖解分析法的適用范圍幅度較大而任務頻率不太高的情況優點：直觀、籠統。有助于建立和了解交、直流共存，靜態和動態等重要概念；有助于了解正確選擇電路參數、合理設置靜態任務點的重要性。能全面地分析放大電路的靜態、動態任務情況。缺陷：不能分析任務頻率較高時的電路任務形狀，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動態性能目的。3.3.2小信號模型分析法1.BJT的H參數及小信號模型建立小信號模型的意義建立小信號模型的思緒當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極管小范圍內的特性曲線近似地用直線來替代，從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處置。由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處置，從而簡化放大電路的分析和設計。1.BJT的H參數及小信號模型H參數的引出在小信號情況下，對上兩式取全微分得用小信號交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce對于BJT雙口網絡，知輸入輸出特性曲線如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以寫成：BJT雙口網絡輸出端交流短路時的輸入電阻；輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電流放大系數；輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比；輸入端交流開路時的輸出電導。其中：四個參數量綱各不一樣，故稱為混合參數〔H參數〕。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce1.BJT的H參數及小信號模型H參數的引出1.BJT的H參數及小信號模型H參數小信號模型根據可得小信號模型BJT的H參數模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevceBJT雙口網絡1.BJT的H參數及小信號模型H參數小信號模型H參數都是小信號參數，即微變參數或交流參數。H參數與任務點有關，在放大區根本不變。H參數都是微變參數，所以只適宜對交流信號的分析。受控電流源hfeib，反映了BJT的基極電流對集電極電流的控制造用。電流源的流向由ib的流向決議。hrevce是一個受控電壓源。反映了BJT輸出回路電壓對輸入回路的影響。1.BJT的H參數及小信號模型模型的簡化hre和hoe都很小，常忽略它們的影響。BJT在共射極銜接時，其H參數的數量級普通為1.BJT的H參數及小信號模型H參數確實定普通用測試儀測出；rbe與Q點有關，可用圖示儀測出。rbe=rbb′+(1+)re其中對于低頻小功率管rbb′≈200那么而(T=300K)普通也用公式估算rbe〔忽略r’e〕3.3.2小信號模型分析法2.用H參數小信號模型分析根本共射極放大電路〔1〕利用直流通路求Q點共射極放大電路普通硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V，知。2.用H參數小信號模型分析根本共射極放大電路〔2〕畫小信號等效電路H參數小信號等效電路bce交流通路→小信號等效電路2.用H參數小信號模型分析根本共射極放大電路〔3〕求放大電路動態目的根據那么電壓增益為a.電壓增益H參數小信號等效電路2.用H參數小信號模型分析根本共射極放大電路〔3〕求放大電路動態目的b.輸入電阻c.輸出電阻令Ro=Rc所以3.小信號模型分析法的適用范圍放大電路的輸入信號幅度較小，BJT任務在其V-I特性曲線的線性范圍〔即放大區〕內。H參數的值是在靜態任務點上求得的，所以，放大電路的動態性能與靜態任務點參數值的大小及穩定性親密相關。優點：分析放大電路的動態性能目的(Av、Ri和Ro等)非常方便，且適用于頻率較高時的分析。3.3.2小信號模型分析法缺陷：在BJT與放大電路的小信號等效電路中，電壓、電流等電量及BJT的H參數均是針對變化量(交流量)而言的，不能用來分析計算靜態任務點。共射極放大電路放大電路如下圖。知BJT的?=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：〔1〕放大電路的Q點。此時BJT任務在哪個區域？〔2〕當Rb=100k時，放大電路的Q點。此時BJT任務在哪個區域？〔忽略BJT的飽和壓降〕解：〔1〕〔2〕當Rb=100k時，靜態任務點為Q〔40A，3.2mA，5.6V〕，BJT任務在放大區。其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：，所以BJT任務在飽和區。VCE不能夠為負值，此時，Q〔120uA，6mA，0V〕，例題end1.電路如下圖。試畫出其小信號等效模型電路。解：例題例題解：〔1〕〔2〕2.放大電路如下圖。試求：〔1〕Q點；〔2〕、、。知=50。P973.4放大電路靜態任務點的穩定問題3.4.1溫度對靜態任務點的影響3.4.2射極偏置電路1.基極分壓式射極偏置電路2.含有雙電源的射極偏置電路3.含有恒流源的射極偏置電路3.4.1溫度對靜態任務點的影響3.1.5節討論過，溫度上升時，BJT的反向電流ICBO、ICEO及電流放大系數或都會增大，而發射結正向壓降VBE會減小。這些參數隨溫度的變化，都會使放大電路中的集電極靜態電流ICQ隨溫度升高而添加，從而使Q點隨溫度變化。要想使ICQ根本穩定不變，就要求在溫度升高時，電路能自動地適當減小基極電流IBQ。3.4.2射極偏置電路〔1〕穩定任務點原理目的：溫度變化時，使IC維持恒定。假設溫度變化時，b點電位能根本不變，那么可實現靜態任務點的穩定。T穩定原理：ICIEVE、VB不變VBEIBIC〔反響控制〕1.基極分壓式射極偏置電路(a)原理電路(b)直流通路Re取值越大，反響控制造用越強b點電位根本不變的條件：I1>>IBQ即I1≈I2此時，VBQ與溫度無關普通取I1=(5~10)IBQ，VBQ=3~5V1.基極分壓式射極偏置電路〔1〕穩定任務點原理1.基極分壓式射極偏置電路〔2〕放大電路目的分析①靜態任務點直流通路②電壓增益<A>畫小信號等效電路〔2〕放大電路目的分析②電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：<A>畫小信號等效電路<B>確定模型參數知，求rbe<C>增益〔2〕放大電路目的分析③輸入電阻那么輸入電阻放大電路的輸入電阻不包含信號源的內阻〔2〕放大電路目的分析④輸出電阻輸出電阻求輸出電阻的等效電路網絡內獨立源置零負載開路輸出端口加測試電壓其中那么當時，普通〔〕〔2〕放大電路目的分析2.含有雙電源的射極偏置電路〔1〕阻容耦合靜態任務點2.含有雙電源的射極偏置電路〔2〕直接耦合3.含有恒流源的射極偏置電路靜態任務點：由恒流源提供分析該電路的H參數小信號等效電路3.5共集電極放大電路和共基極放大電路3.5.1共集電極放大電路3.5.2共基極放大電路3.5.3放大電路三種組態的比較3.5.1共集電極放大電路1.靜態分析共集電極電路構造如圖示該電路也稱為射極輸出器由得直流通路①小信號等效電路3.5.1共集電極放大電路2.動態分析交流通路小信號等效電路3.5.1共集電極放大電路2.動態分析②電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：其中普通，那么電壓增益接近于1，共集電極放大電路——電壓跟隨器即。3.5.1共集電極放大電路2.動態分析③輸入電阻當，時，輸入電阻大④輸出電阻由電路列出方程其中那么輸出電阻當，時，輸出電阻小3.5.1共集電極放大電路2.動態分析共集電極電路特點：◆電壓增益小于1但接近于1，◆輸入電阻大，對電壓信號源衰減小◆輸出電阻小，帶負載才干強3.5.1共集電極放大電路3.5.2共基極放大電路1.靜態任務點直流通路與射極偏置電路一樣直流通路2.動態目的①電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：交流通路小信號等效電路②輸入電阻③輸出電阻2.動態目的小信號等效電路3.5.3放大電路三種組態的比較1.三種組態的判別以輸入、輸出信號的位置為判別根據：信號由基極輸入，集電極輸出——共射極放大電路信號由基極輸入，發射極輸出——共集電極放大電路信號由發射極輸入，集電極輸出——共基極電路2.三種組態的比較3.三種組態的特點及用途共射極放大電路：電壓和電流增益都大于1，輸入電阻在三種組態中居中，輸出電阻與集電極電阻有很大關系。適用于低頻情況下，作多級放大電路的中間級。共集電極放大電路：只需電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態中，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好。可用于輸入級、輸出級或緩沖級。共基極放大電路：只需電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關。高頻特性較好，常用于高頻或寬頻帶低輸入阻抗的場所，模擬集成電路中亦兼有電位挪動的功能。3.5.3放大電路三種組態的比較end3.6組合放大電路3.6.1共射-共基放大電路3.6.2共集-共集放大電路3.6.1共射-共基放大電路共射－共基放大電路3.6.1共射-共基放大電路其中所以由于因此組合放大電路總的電壓增益等于組成它的各級單管放大電路電壓增益的乘積。前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓，后一級的輸入電阻是前一級的負載電阻RL。電壓增益3.6.1共射-共基放大電路輸入電阻Ri＝＝Rb||rbe1＝Rb1||Rb2||rbe1輸出電阻RoRc2在無越級反響的情況下，第一級的輸入電阻即為整個放大電路的輸入電阻。在無越級反響的情況下，最后一級的輸出電阻即為多級放大器的輸出電阻。T1、T2構成復合管，可等效為一個NPN管(a)原理圖(b)交流通路3.6.2共集-共集放大電路3.6.2共集-共集放大電路1.復合管的主要特性兩只NPN型BJT組成的復合管兩只PNP型BJT組成的復合管rbe＝rbe1＋(1＋1)rbe2≈123.6.2共集-共集放大電路1.復合管的主要特性〔互補型復合管〕PNP與NPN型BJT組成的復合管NPN與PNP型BJT組成的復合管rbe＝rbe1≈123.6.2共集-共集放大電路end2.共集-共集放大電路的Av、Ri、Ro式中≈12rbe＝rbe1＋(1＋1)rbe2RL＝Re||RLRi＝Rb||[rbe＋(1＋)RL]設：1=2==100，UBE1=UBE2=0.7V。例題：兩級放大電路如以下圖示，求Q點、Av、Ri、Ro解：〔1〕求靜態任務點〔2〕求電壓放大倍數先計算三極管的輸入電阻畫微變等效電路：電壓增益：〔3〕求輸入電阻Ri=Ri1=rbe1//Rb1//Rb2=2.55k〔4〕求輸出電阻RO=RC2=4.3k*3.7放大電路的頻率呼應3.7.1單時間常數RC電路的頻率呼應3.7.2BJT的高頻小信號模型及頻率參數3.7.3單級共射極放大電路的頻率呼應3.7.4單級共基極和共集電極放大電路的高頻呼應3.7.5多級放大電路的頻率呼應研討放大電路的動態目的〔主要是增益〕隨信號頻率變化時的呼應。3.7.1單時間常數RC電路的頻率呼應1.RC低通電路的頻率呼應〔電路實際中的穩態分析〕RC電路的電壓增益〔傳送函數〕：那么且令又電壓增益的幅值〔模〕〔幅頻呼應〕電壓增益的相角〔相頻呼應〕①增益頻率函數RC低通電路最大誤差-3dB②頻率呼應曲線描畫幅頻呼應1.RC低通電路的頻率呼應相頻呼應2.RC高通電路的頻率呼應RC電路的電壓增益：幅頻呼應相頻呼應輸出超前輸入RC高通電路3.7.2BJT的高頻小信號模型及頻率參數1.BJT的高頻小信號模型①模型的引出rb'e——發射結電阻re歸算到基極回路的電阻Cb'e——發射結電容rb'c——集電結電阻Cb'c——集電結電容rbb'——基區的體電阻，b'是假想的基區內的一個點互導BJT的高頻小信號模型②簡化模型混合形高頻小信號模型1.BJT的高頻小信號模型2.BJT高頻小信號模型中元件參數值的獲得低頻時，混合模型與H參數模型等價所以又由于從手冊中查出所以2.BJT高頻小信號模型中元件參數值的獲得低頻時，混合模型與H參數模型等價3.BJT的頻率參數由H參數可知即根據混合模型得低頻時所以當時，令的幅頻呼應——共發射極截止頻率——特征頻率——共基極截止頻率3.BJT的頻率參數的相頻呼應f＝(1＋0)f≈f＋fT3.7.3單級共射極放大電路的頻率呼應1.高頻呼應①形高頻等效電路3.7.3單級共射極放大電路的頻率呼應1.高頻呼應①形高頻等效電路對節點c列KCL得由于輸出回路電流比較大，所以可以忽略的分流，得稱為密勒電容而輸入回路電流比較小，所以不能忽略的電流。目的：斷開輸入輸出之間的銜接3.7.3單級共射極放大電路的頻率呼應同理，在c、e之間也可以求得一個等效電容CM2，且等效后斷開了輸入輸出之間的聯絡1.高頻呼應①形高頻等效電路3.7.3單級共射極放大電路的頻率呼應1.高頻呼應①形高頻等效電路目的：簡化和變換輸出回路的時間常數遠小于輸入回路時間常數，思索高頻呼應時可以忽略CM2的影響。3.7.3單級共射極放大電路的頻率呼應1.高頻呼應①形高頻等效電路目的：簡化和變換3.7.3單級共射極放大電路的頻率呼應1.高頻呼應②高頻呼應和上限頻率由電路得電壓增益頻響其中中頻增益或通帶源電壓增益上限頻率1.高頻呼應②高頻呼應和上限頻率RC低通電路共射放大電路頻率呼應曲線變化趨勢一樣＝－180－arctan(f/fH)相頻呼應幅頻呼應③增益-帶寬積BJT一旦確定，帶寬增益積根本為常數1.高頻呼應當Rb>>Rs及Rb>>rbe時，有例題解：模型參數為例4.7.1設共射放大電路在室溫下運轉，其參數為：負載開路，Rb足夠大忽略不計。試計算它的低頻電壓增益和上限頻率。低頻電壓增益為又由于所以上限頻率為2.低頻呼應①低頻等效電路