模电-康华光-第六版第五部分ppt课件

电子技术基础电子技术基础模拟部分模拟部分 （第六版第六版）华中科技大学华中科技大学 张林张林电子技术基础模拟部分 （第六版）华中科技大学 张12华中科技大学 张林电子技术电子技术基础模拟部分基础模拟部分1 1 绪论绪论2 2 运算放大器运算放大器3 3 二极管及其基本电路二极管及其基本电路4 4 场效应三极管及其放大电路场效应三极管及其放大电路5 5 双极结型三极管及其放大电路双极结型三极管及其放大电路6 6 频率响应频率响应7 7 模拟集成电路模拟集成电路8 8 反馈放大电路反馈放大电路9 9 功率放大电路功率放大电路10 10 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路11 11 直流稳压电源直流稳压电源电子技术基础模拟部分1 绪论2华中科技大学 张林3 5 5 双双极结型三极管及其放大极结型三极管及其放大电路电路5.1 BJT5.1 BJT5.2 5.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路5.3 BJT5.3 BJT放大电路的分析方法放大电路的分析方法5.4 BJT5.4 BJT放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题5.5 5.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路5.6 FET5.6 FET和和BJTBJT及其基本放大电路性能的比较及其基本放大电路性能的比较5.7 5.7 多级放大电路多级放大电路5.8 5.8 光电三极管光电三极管 5 双极结型三极管及其放大电路5.1 BJT3华中科技大学 张林45.1 BJT5.1.1 BJT的结构简介的结构简介5.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理5.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线5.1.4 BJT的主要参数的主要参数5.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响5.1 BJT5.1.1 BJT的结构简介45华中科技大学 张林5.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a)小功率管小功率管 (b)小功率管小功率管 (c)大功率管大功率管 (d)中功率管中功率管5.1.1 BJT的结构简介(a)小功率管 56华中科技大学 张林5.1.1 BJT的结构简介的结构简介5.1.1 BJT的结构简介67华中科技大学 张林5.1.1 BJT的结构简介的结构简介 半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型：型：NPNNPN型和型和PNPPNP型型。NPNNPN型型PNPPNP型型 5.1.1 BJT的结构简介 半导体三极管的结78华中科技大学 张林5.1.1 BJT的结构简介的结构简介 结构特点：结构特点：发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。低。集成电路集成电路中典型中典型NPN型型BJT的截面的截面图图5.1.1 BJT的结构简介 结构特点：发射区的掺杂89华中科技大学 张林载流子的传输过程载流子的传输过程5.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。载流子传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏1.内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPNNPN为例）为例）由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子(自由自由电子和空穴电子和空穴)参与导电，故称为双极型参与导电，故称为双极型三极管或三极管或BJTBJT(Bipolar Junction Transistor)。IC=ICN+ICBOIE=IB+IC载流子的传输过程5.1.2 放大状态下BJT的工作原理 910华中科技大学 张林载流子的传输过程载流子的传输过程2.电流分配关系电流分配关系根据传输过程可知根据传输过程可知 IC=InC+ICBO通常通常 IC ICBO 为电流放大系数。它为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。浓度有关，与外加电压无关。一般一般 =0.9=0.9 0.990.99。IE=IB+IC载流子的传输过程2.电流分配关系根据传输过程可知 IC=1011华中科技大学 张林 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般一般 1 1。根据根据IE=IB+IC IC=InC+ICBO且令且令ICEO=(1+)ICBO（穿透电流）（穿透电流）2.电流分配关系电流分配关系 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺1112华中科技大学 张林3.三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，简称，集电极作为公共电极，简称CC。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，简称，基极作为公共电极，简称CB；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，简称，发射极作为公共电极，简称CE；iEiCiBiCiBiEiC=iEiC=iBiE=(1+)iB输输出出口口输输入入口口输输出出口口输输入入口口输输出出口口输输入入口口3.三极管的三种组态共集电极接法，集电极作为公共电极，简称1213华中科技大学 张林共基极放大电路共基极放大电路4.放大作用放大作用若若 vI=20mV电压放大倍数电压放大倍数使使 iE=-1 mA，则则 iC=iE =-0.98 mA，vO=-iC RL=0.98 V，当当 =0.98 时时，共基极放大电路4.放大作用若vI=20mV电压放大倍1314华中科技大学 张林5.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理 综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。5.1.2 放大状态下BJT的工作原理 综上1415华中科技大学 张林5.1.3 BJT的的 I-V 特性曲线特性曲线+-bce共射极放大电路共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE)vCE=const(2)当当vCE1V时，时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，收集载流，集电结已进入反偏状态，收集载流子能力增强，基区复合减少，同样的子能力增强，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。(1)当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线输入特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）5.1.3 BJT的 I-V 特性曲线+-bce共射极放大1516华中科技大学 张林5.1.3 BJT的的 I-V 特性曲线特性曲线(3)(3)输入特性曲线的三个部分输入特性曲线的三个部分死区死区非线性区非线性区近似线性区近似线性区 iBvBE iBvBE iBvBE1.输入特性曲线输入特性曲线5.1.3 BJT的 I-V 特性曲线(3)输入特性曲线1617华中科技大学 张林5.1.3 BJT的的 I-V 特性曲线特性曲线饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般该区域内，一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，。此时，发射结正偏，集电结发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小正偏或反偏电压很小。iC=f(vCE)iB=const输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的区域，相接近零的区域，相当当iB=0的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压小于死区电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区轴的区域，曲线基本平行等距。此域，曲线基本平行等距。此时，时，发射结正偏，集电结反发射结正偏，集电结反偏偏。2.输出特性曲线输出特性曲线5.1.3 BJT的 I-V 特性曲线饱和区：iC明显受v1718华中科技大学 张林5.1.4 BJT的主要参数的主要参数 (1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 1.电流放大系数电流放大系数 (2)共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =IC/IB vCE=const5.1.4 BJT的主要参数 (1)共发射极直流电流1819华中科技大学 张林5.1.4 BJT的主要参数的主要参数(3)共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE (4)共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 =IC/IE VCB=const当当ICBO和和ICEO很小时，很小时，、，可以不加区分。，可以不加区分。1.电流放大系数电流放大系数 5.1.4 BJT的主要参数(3)共基极直流电流放大系1920华中科技大学 张林5.1.4 BJT的主要参数的主要参数(1)集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。发射极开路时，集电结的反向饱和电流。2.极间反向电流极间反向电流5.1.4 BJT的主要参数(1)集电极基极间反向饱2021华中科技大学 张林5.1.4 BJT的主要参数的主要参数 (2)集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+）ICBO 即输出特性曲线即输出特性曲线IB=0那那条曲线所对应的条曲线所对应的Y坐标的数坐标的数值。值。ICEO也称为集电极发射也称为集电极发射极间穿透电流。极间穿透电流。2.极间反向电流极间反向电流5.1.4 BJT的主要参数 (2)集电极发射极2122华中科技大学 张林5.1.4 BJT的主要参数的主要参数(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM=ICVCE 3.极限参数极限参数(3)反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。V(BR)EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。5.1.4 BJT的主要参数(1)集电极最大允许电流I2223华中科技大学 张林5.1.4 BJT的主要参数的主要参数 由由PCM、ICM和和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区过流区过流区过过压压区区5.1.4 BJT的主要参数 由2324华中科技大学 张林5.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响(1)温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。(2)温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1，值约增大值约增大0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。2.温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响1.温度对温度对BJT参数的影响参数的影响5.1.5 温度对BJT参数及特性的影响(1)温度对IC24华中科技大学 张林255.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路5.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成5.2.2 基本共射极放大电路的工作原基本共射极放大电路的工作原理理5.2 基本共射极放大电路2526华中科技大学 张林5.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成5.2.1 基本共射极放大电路的组成2627华中科技大学 张林5.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理1.静态静态 输入信号输入信号vi0时，时，放大电路的工作状态称为放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。静态或直流工作状态。直流通路直流通路 VCEQ=VCCICQRc 5.2.2 基本共射极放大电路的工作原理1.静态 2728华中科技大学 张林5.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理2.动态动态 输入正弦信号输入正弦信号vs后，电后，电路将处在动态工作情况。此路将处在动态工作情况。此时，时，BJT各极电流及电压都各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。信号作相应的变化。交流通路交流通路 5.2.2 基本共射极放大电路的工作原理2.动态 2829华中科技大学 张林BJT放大电路的其它组成形式放大电路的其它组成形式信号源不共地信号源不共地BJT放大电路的其它组成形式信号源不共地2930华中科技大学 张林BJT放大电路的其它组成形式放大电路的其它组成形式BJT放大电路的其它组成形式30华中科技大学 张林315.3 BJT放大电路的分析方法放大电路的分析方法5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法5.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析放大电路的小信号模型分析法法5.3 BJT放大电路的分析方法3132华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。出特性曲线。共射极放大电路共射极放大电路 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路 5.3.1 BJT放大电路的图解分析法1.静态工作点的3233华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法 列输入回路方程列输入回路方程vBE=VBBiBRb 列输出回路方程列输出回路方程 （直流负载线）（直流负载线）vCE=VCCiCRc直流通路直流通路 1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析5.3.1 BJT放大电路的图解分析法 列输入回路方程3334华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 vBE=VBBiBRb，两线的交点即，两线的交点即是是Q点，得到点，得到IBQ。在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 vCE=VCCiCRc，与，与IBQ曲曲线的交点即为线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析5.3.1 BJT放大电路的图解分析法 在输入特性曲3435华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 根据根据vs的波形，在的波形，在BJT的输入特的输入特性曲线图上画出性曲线图上画出vBE、iB的波形的波形5.3.1 BJT放大电路的图解分析法2.动态工作情况3536华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 根据根据iB的变化范的变化范围在输出特性曲线围在输出特性曲线图上画出图上画出iC和和vCE 的波形的波形5.3.1 BJT放大电路的图解分析法2.动态工作情况3637华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析5.3.1 BJT放大电路的图解分析法2.动态工作情况3738华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响静态工作点太高容易出现饱和失真静态工作点太高容易出现饱和失真饱和失真的波形饱和失真的波形5.3.1 BJT放大电路的图解分析法3.静态工作点对3839华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响静态工作点太低容易出现截止失真静态工作点太低容易出现截止失真截止失真的波形截止失真的波形 5.3.1 BJT放大电路的图解分析法3.静态工作点对3940华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法例例5.3.1 阻容耦合共射极放大电路图解阻容耦合共射极放大电路图解与前一个电路相比，静态时输与前一个电路相比，静态时输入回路方程略有差别入回路方程略有差别vBE=VCCiBRb输出回路方程相同输出回路方程相同 vCE=VCCiCRc动态时，输入信号动态时，输入信号vi叠加叠加Cb1上已充的上已充的静态电压静态电压VBEQ，然后加在，然后加在BJT的的b-e间，间，即即 且电容且电容Cb1充电完成后，其充电完成后，其电压等于电压等于VBEQ vBE=VBEQ+vi5.3.1 BJT放大电路的图解分析法例5.3.1 阻容4041华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法例例5.3.1 阻容耦合共射极放大电路图解阻容耦合共射极放大电路图解由于输出端有隔直电容，所以动态和由于输出端有隔直电容，所以动态和静态时有差别。静态时有差别。由交流通路可得交流负载线：由交流通路可得交流负载线：交流通路交流通路vce=-ic (Rc|RL)因为交流信号过零时，电路中因为交流信号过零时，电路中电压、电流值就等于静态值，所以电压、电流值就等于静态值，所以交流负载线必过交流负载线必过Q点，即点，即 vce=vCE-VCEQ ic=iC-ICQ 同时，令同时，令R L=Rc|RL则交流负载线为则交流负载线为iC=(-1/R L)vCE+(1/R L)VCEQ+ICQ5.3.1 BJT放大电路的图解分析法例5.3.1 阻容4142华中科技大学 张林5.3.1 BJT放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法 交流负载线是有交流输入信交流负载线是有交流输入信号时号时Q点的运动轨迹。点的运动轨迹。交流负载线交流负载线例例5.3.1 阻容耦合共射极放大电路图解阻容耦合共射极放大电路图解iC=(-1/R L)vCE+(1/R L)VCEQ+ICQ5.3.1 BJT放大电路的图解分析法 交流4243华中科技大学 张林5.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 与与FET类似，也可通过类似，也可通过BJT的小信号模型来分析其的小信号模型来分析其放大电路的动态指标。放大电路的动态指标。当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把BJT小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。理。5.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法1.BJT4344华中科技大学 张林1.BJT的的H参数及小信号模参数及小信号模型型 H参数的引出参数的引出 在小信号情况下，对在小信号情况下，对上两式取全微分得上两式取全微分得用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce 对于对于BJT双口网络，已知输入输出特双口网络，已知输入输出特性曲线如下：性曲线如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：可以写成：BJTBJT双口网络双口网络1.BJT的H参数及小信号模型 H参数的引出 4445华中科技大学 张林输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。输入端交流开路时的输出电导。其中：其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。参数）。H参数的引出参数的引出vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce1.BJT的的H参数及小信号模参数及小信号模型型输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比4546华中科技大学 张林 H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型BJTBJT双口网络双口网络vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce 受控受控电流源电流源h hfefei ib b，反映了，反映了BJTBJT的基极电流对集电极电流的的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由控制作用。电流源的流向由ib的的流向决定。流向决定。hrevce是一个受控电压源。反是一个受控电压源。反映了映了BJT输出回路电压对输入回输出回路电压对输入回路的影响。路的影响。1.BJT的的H参数及小信号模参数及小信号模型型 H参数小信号模型根据可得小信号模型BJT的H参数模型BJ4647华中科技大学 张林 H参数小信号模型参数小信号模型 H H参数都是小信号参数，即微参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。变参数或交流参数。H H参数与工作点有关，在放大参数与工作点有关，在放大区基本不变。区基本不变。H H参数都是微变参数，所以只参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。适合对交流信号的分析。模型的简化模型的简化 hre和和hoe都很小，常忽略都很小，常忽略它们的影响。常用习惯符号它们的影响。常用习惯符号rbe=hie，=hfeBJT的的H参数数量级一般为参数数量级一般为1.BJT的的H参数及小信号模参数及小信号模型型 H参数小信号模型 H参数都是小信号参数，即微变参数或4748华中科技大学 张林 H参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出一般用测试仪测出rbe 与与Q点有关，可用图示仪测出点有关，可用图示仪测出一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe（忽略（忽略 r e）=rb+(1+)re对于低频小功率管对于低频小功率管 rb200 则则 而而 (T=300K)(估算公式估算公式)#若用万用表的若用万用表的“欧姆欧姆”档测量档测量b b、e e两极之间的电阻，是否为两极之间的电阻，是否为r rbebe?1.BJT的的H参数及小信号模参数及小信号模型型 H参数的确定 一般用测试仪测出rbe 与Q点有关，可用4849华中科技大学 张林5.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（1）利用直流通路求）利用直流通路求Q点点 共射极放大电路共射极放大电路一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V，已知已知。vs=05.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法2.用H参数4950华中科技大学 张林5.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法（2）画小信号等效电路）画小信号等效电路2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路H参数小信号等效电路参数小信号等效电路5.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法（2）画小信号5051华中科技大学 张林5.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标已知已知 ，估算，估算rbe则电压增益为则电压增益为（可作为公式）（可作为公式）电压增益电压增益2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路根据根据5.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法（3）求放大电5152华中科技大学 张林5.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法输入电阻输入电阻（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路令令Ro=Rc 所以所以输出电阻输出电阻5.3.2 BJT放大电路的小信号模型分析法输入电阻（3）5253华中科技大学 张林 1.放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的=80，Rb=300k ，Rc=2k，VCC=+12V，求：，求：（1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？（2）当）当Rb=100k 时，放大电路的时，放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）的饱和压降）解：解：（1）（2）当）当Rb=100k 时，时，静态工作点为静态工作点为Q（40 A，3.2mA，5.6V），），BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：，所以，所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），），例题例题例题例题 1.放大电路如图所示。已知BJ5354华中科技大学 张林 解：解：（1）（2）2.放大电路如图所示。试求：（放大电路如图所示。试求：（1）Q点；点；（2）、。已知。已知 =50。例题例题例题例题 解：（1）（2）2.放大电路如图所示。试求：（1）Q点5455华中科技大学 张林2.放大电路如图所示。试求：（放大电路如图所示。试求：（1）Q点；点；（2）、。已知。已知 =50。例题例题例题例题2.放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（2）、。已知55华中科技大学 张林565.4 BJT放大电路静态工作放大电路静态工作点的稳定点的稳定问题问题5.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响5.4.2 射极偏置电路射极偏置电路5.4 BJT放大电路静态工作点的稳定问题5657华中科技大学 张林5.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响5.1节曾讨论过，温度变化将导致下列结果：节曾讨论过，温度变化将导致下列结果：要想使要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流能自动地适当减小基极电流IBQ。温度温度T (内部内部)VBE ICBO、ICEO、ICQ 5.4.1 温度对静态工作点的影响5.1节曾讨论过，温度变5758华中科技大学 张林5.4.2 射极偏置电路射极偏置电路（1 1）稳定工作点的原理）稳定工作点的原理目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使ICQ维持恒定维持恒定 如果温度变化时，如果温度变化时，b点电位能基本点电位能基本不变不变，则可实现静态工作点的稳定。，则可实现静态工作点的稳定。T 稳定原理：稳定原理：ICQ IEQ VE、VB不变不变 VBEQ IBQ ICQ（反馈控制）（反馈控制）1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路5.4.2 射极偏置电路（1）稳定工作点的原理目标：温度变5859华中科技大学 张林5.4.2 射极偏置电路射极偏置电路b点电位基本不变的条件点电位基本不变的条件：I1 IBQ，此时，此时，VB与温度无关与温度无关VB VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强取值越大，反馈控制作用越强一般取一般取 I1=(510)IBQ，VB=35V（1 1）稳定工作点的原理）稳定工作点的原理1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路直流通路直流通路5.4.2 射极偏置电路b点电位基本不变的条件：I1 5960华中科技大学 张林5.4.2 射极偏置电路射极偏置电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析静态工作点静态工作点1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路直流通路直流通路5.4.2 射极偏置电路（2）放大电路指标分析静态工作点6061华中科技大学 张林5.4.2 射极偏置电路射极偏置电路电压增益电压增益画小信号等效电路画小信号等效电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路5.4.2 射极偏置电路电压增益画小信号等效电路（6162华中科技大学 张林电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe增益增益（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析（可作为公式用）（可作为公式用）电压增益输出回路：输入回路：电压增益：确定模型参数6263华中科技大学 张林输入电阻输入电阻根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析输入电阻根据定义由电路列出方程则输入电阻放大电路的输入电阻6364华中科技大学 张林输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零网络内独立源置零 负载开路负载开路 输出端口加测试电压输出端口加测试电压对回路对回路1和和2列列KVL方程方程为便于分析考虑为便于分析考虑rce的影响的影响其中其中当当时，时，一般一般（）12则则（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析输出电阻求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零 负载开路 6465华中科技大学 张林5.4.2 射极偏置电路射极偏置电路2.含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路稳定工作点作用？稳定工作点作用？（1 1）阻容耦合阻容耦合静态工作点静态工作点5.4.2 射极偏置电路2.含有双电源的射极偏置电路稳6566华中科技大学 张林5.4.2 射极偏置电路射极偏置电路电压增益电压增益小信号等效电路小信号等效电路2.含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路（1 1）阻容耦合阻容耦合5.4.2 射极偏置电路电压增益小信号等效电路2.含6667华中科技大学 张林5.4.2 射极偏置电路射极偏置电路（2 2）直接耦合直接耦合电路如图所示，求：电路如图所示，求：（1 1）静态工作点）静态工作点（2 2）画出小信号等效电路）画出小信号等效电路（3 3）电压增益）电压增益（A Av v=vo o/vi i）、输入、输入电阻和输出电阻电阻和输出电阻Re2.含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路5.4.2 射极偏置电路（2）直接耦合电路如图所示，求：R6768华中科技大学 张林5.4.2 射极偏置电路射极偏置电路静态工作点由恒流源提供静态工作点由恒流源提供分析该电路的分析该电路的Q点及点及、3.含有恒流源的射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路恒流源对交流信号恒流源对交流信号而言相当于开路而言相当于开路5.4.2 射极偏置电路静态工作点由恒流源提供分析该电路的68华中科技大学 张林695.5 共集电极放大电路和共集电极放大电路和共基极放大共基极放大电路电路5.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路5.5.2 共基极放大电路共基极放大电路5.5.3 BJT放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较5.5 共集电极放大电路和共基极放大电路5.5.1 共6970华中科技大学 张林三种组态的判别三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据：信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出 共射极放大电路共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出信号由基极输入，发射极输出 共集电极放大电路共集电极放大电路 信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出 共基极电路共基极电路 +VCCRcRb1ebcTviC1C2voRb2Re+VCCRcRb1C1ebcTC2voRb2Revi+VCCRcRb1viC1ebcTC2voRb2Re三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：+VCCRc7071华中科技大学 张林5.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路1.1.静态分析静态分析共集电极电路结构如图示共集电极电路结构如图示该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器直流通路直流通路 由由得得5.5.1 共集电极放大电路1.静态分析共集电极电路结构如7172华中科技大学 张林5.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路小信号等效电路小信号等效电路2.2.动态分析动态分析5.5.1 共集电极放大电路小信号等效电路2.动态分析7273华中科技大学 张林5.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路电压增益电压增益输入回路：输入回路：2.2.动态分析动态分析输出回路：输出回路：电压增益：电压增益：其中其中一般一般，则电压增益接近于，则电压增益接近于1，电压跟随器电压跟随器即即。5.5.1 共集电极放大电路电压增益输入回路：2.动态分7374华中科技大学 张林5.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路输入电阻输入电阻根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程则输入电阻则输入电阻当当，时，时，输入电阻大输入电阻大2.2.动态分析动态分析5.5.1 共集电极放大电路输入电阻根据定义由电路列出方7475华中科技大学 张林5.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程当当，时，时，输出电阻小输出电阻小2.2.动态分析动态分析其中其中则则输出电阻输出电阻5.5.1 共集电极放大电路输出电阻由电路列出方程当，时7576华中科技大学 张林5.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路#既然共集电极电路的电压增益小于既然共集电极电路的电压增益小于1 1（接近于（接近于1 1），），那么它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？那么它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？共集电极电路特点：共集电极电路特点：电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1，输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强5.5.1 共集电极放大电路#既然共集电极电路的7677华中科技大学 张林5.5.2 共基极放大电路共基极放大电路1.1.静态工作点静态工作点直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同5.5.2 共基极放大电路1.静态工作点直流通路与射极偏置7778华中科技大学 张林5.5.2 共基极放大电路共基极放大电路2.2.动态指标动态指标交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路5.5.2 共基极放大电路2.动态指标交流通路 小信号等效7879华中科技大学 张林5.5.2 共基极放大电路共基极放大电路2.2.动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：输入电阻输入电阻5.5.2 共基极放大电路2.动态指标电压增益输出回路：7980华中科技大学 张林5.5.2 共基极放大电路共基极放大电路#共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种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？信号源的信号？输出电阻输出电阻2.2.动态指标动态指标5.5.2 共基极放大电路#共基极电路的输入电阻8081华中科技大学 张林5.5.3 BJT放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较5.5.3 BJT放大电路三种组态的比较8182华中科技大学 张林5.5.3 BJT放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途共射极放大电路：共射极放大电路：电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：共集电极放大电路：只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最输入电阻最大大，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。级。共基极放大电路：共基极放大电路：只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。5.5.3 BJT放大电路三种组态的比较三种组态的特点及用82华中科技大学 张林835.6 FET和和BJT及其基本放及其基本放大电路性能的大电路性能的比较比较5.6.1 FET和和BJT重要特性的比较重要特性的比较5.6.2 FET和和BJT放大电路性能的比放大电路性能的比较较5.6 FET和BJT及其基本放大电路性能的比较8384华中科技大学 张林5.6.1 FET和和BJT重要特性的比较重要特性的比较1.FET和和BJT内部都含有两个内部都含有两个PN结，外部都有结，外部都有3个电极。它们有个电极。它们有如下的对应关系：如下的对应关系：FET BJT 栅极栅极g 基极基极b 源极源极s 发射极发射极e 漏极漏极d 集电极集电极c 5.6.1 FET和BJT重要特性的比较FET和BJT内部8485华中科技大学 张林5.6.1 FET和和BJT重要特性的比较重要特性的比较2.虽然这两类器件的工作原理不相同，但它们都可以利用两个电极之虽然这两类器件的工作原理不相同，但它们都可以利用两个电极之间的电压控制流过第三个电极的电流来实现输入对输出的控制。间的电压控制流过第三个电极的电流来实现输入对输出的控制。MOS管：栅管：栅-源电压源电压vGS控制漏极控制漏极iD BJT：基：基-射极间电压射极间电压vBE控制集电极电流控制集电极电流iC 在放大区域内，在放大区域内，MOS管的管的iD与与vGS之间是平方律关系，而之间是平方律关系，而BJT的的iC与与vBE之间是指数关系。显然，指数关系更加敏感，所以通常之间是指数关系。显然，指数关系更加敏感，所以通常BJT管的跨导要大于管的跨导要大于MOS管的跨导。管的跨导。因因MOS管的栅极电流管的栅极电流iG=0，而，而BJT管的基极电流管的基极电流iB 0，且电压，且电压vBE首先影响首先影响iB（或（或iE），然后通过），然后通过iB（或（或iE）实现对）实现对iE的控制，故常的控制，故常将将BJT称为电流控制器件，称为电流控制器件，MOS管称为电压控制器件，以示两者之管称为电压控制器件，以示两者之差别。差别。5.6.1 FET和BJT重要特性的比较虽然这两类器件的工8586华中科技大学 张林5.6.1 FET和和BJT重要特性的比较重要特性的比较3.MOS管的跨导管的跨导gm不仅与不仅与VGSQ和开启（夹断）电压的差值（或和开启（夹断）电压的差值（或IDQ）有关，而且还与其沟道的宽长比）有关，而且还与其沟道的宽长比W/L 有关。而有关。而BJT的的gm 仅与仅与ICQ有关。有关。4.这两类器件的输出电阻这两类器件的输出电阻ro都等于都等于Early电压电压VA与静态电流（与静态电流（IDQ或或ICQ）的比值。通常）的比值。通常BJT的的VA比比MOS管的管的VA大。意味着大。意味着 BJT的输出电阻的输出电阻ro 比比MOS管的大。管的大。5.MOS管的管的Kn与与BJT的的 或或 具有类似的性质，即它们主要取决具有类似的性质，即它们主要取决于管子的固有参数（如，尺寸、参杂浓度、载流子迁移率等）于管子的固有参数（如，尺寸、参杂浓度、载流子迁移率等），而与它们所在的电路无关。，而与它们所在的电路无关。5.6.1 FET和BJT重要特性的比较MOS管的跨导gm8687华中科技大学 张林5.6.2 FET和和BJT放大电路性能的比较放大电路性能的比较5.6.2 FET和BJT放大电路性能的比较87华中科技大学 张林885.7 多级放大多级放大电路电路5.7.1 共射共射-共基放大电路共基放大电路5.7.2 共集共集-共集放大电路共集放大电路5.7.3 共源共源-共基放大电路共基放大电路5.7 多级放大电路5.7.1 共射-共基放大电路8889华中科技大学 张林5.7.1 共射共射-共基放大电路共基放大电路共射共基放大电路共射共基放大电路5.7.1 共射-共基放大电路共射共基放大电路8990华中科技大学 张林5.7.1 共射共射-共基放大电路共基放大电路其中其中 所以所以 因为因为因此因此 组合放大电路总的电压增益等于组合放大电路总的电压增益等于组成它的各级单管放大电路电压增益组成它的各级单管放大电路电压增益的乘积。的乘积。前一级的输出电压是后一级的输前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻是前一级入电压，后一级的输入电阻是前一级的负载电阻。的负载电阻。电压增益电压增益5.7.1 共射-共基放大电路其中 9091华中科技大学 张林5.7.1 共射共射-共基放大电路共基放大电路输入电阻输入电阻RiRb|rbe1Rb11|Rb21|rbe1 输出电阻输出电阻Ro Rc2 5.7.1 共射-共基放大电路输入电阻RiRb|rb9192华中科技大学 张林5.7.2 共集共集-共集放大电路共集放大电路T T1 1、T T2 2构成复合管，可等效为一个构成复合管，可等效为一个NPNNPN管管(a)(a)原理图原理图 (b)(b)交流通路交流通路5.7.2 共集-共集放大电路T1、T2构成复合管，可等效9293华中科技大学 张林5.7.2 共集共集-共集放大电路共集放大电路1.复合管的主要特性复合管的主要特性两只两只NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 两只两只PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 5.7.2 共集-共集放大电路1.复合管的主要特性两只N9394华中科技大学 张林5.7.2 共集共集-共集放大电路共集放大电路PNP与与NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 NPN与与PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe11.复合管的主要特性复合管的主要特性5.7.2 共集-共集放大电路PNP与NPN型BJT组成的9495华中科技大学 张林5.7.2 共集共集-共集放大电路共集放大电路2.共集共集 共集放大电路的共集放大电路的Av、Ri、Ro 式中式中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1)R L 5.7.2 共集-共集放大电路2.共集共集放大电路的A9596华中科技大学 张林5.7.3 共源共源-共基放大电路共基放大电路所以 5.7.3 共源-共基放大电路所以 9697华中科技大学 张林5.8 光电三极管光电三极管1.工作原理工作原理 三个区域两个三个区域两个PN结，多数情况下基区结，多数情况下基区没有引出电极没有引出电极 当光线通过管壳上的通光窗口照射到集电结的耗尽区时，可当光线通过管壳上的通光窗口照射到集电结的耗尽区时，可以激发出更多的少数载流子以激发出更多的少数载流子电子电子-空穴对，电子和空穴在电场空穴对，电子和空穴在电场力作用下分别向集电区和基区漂移，形成光生电流力作用下分别向集电区和基区漂移，形成光生电流IphN和和IphP。5.8 光电三极管1.工作原理 三个区域9798华中科技大学 张林5.8 光电三极管光电三极管1.工作原理工作原理 构成构成IphP的空穴的空穴在基区与发射区扩散在基区与发射区扩散到基区的电子复合，到基区的电子复合，形成相当于普通三极形成相当于普通三极管中的基极电流。管中的基极电流。若三极管的电流放大系数为若三极管的电流放大系数为，则有则有 IE=IEN=ICN+IBN=IphP+IphP=(+1)IphP和和 IC=ICN+IphN=ICN+IphP=(+1)IphP=IE。5.8 光电三极管1.工作原理 构成Ip9899华中科技大学 张林5.8 光电三极管光电三极管2.等效电路和特性曲线等效电路和特性曲线（a）等效电路）等效电路 （b）符号）符号 （c）输出特性曲线）输出特性曲线end5.8 光电三极管2.等效电路和特性曲线（a）等效电路 99