第3章雙極型三極管及其放大電路

第三章半導(dǎo)體三極管及其放大電路3.1雙極型三極管3.2雙極型三極管基本放大電路3.3放大電路的圖解分析法3.4放大電路的微變等效電路分析法3.5穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法3.6共集電極和共基極電路3.7差分放大電路3.8多級放大電路3.9放大電路的頻率響應(yīng)3.1雙極型三極管(BJT)又稱半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡稱為三極管。(BipolarJunctionTransistor)三極管的外形如下圖所示。三極管有兩種類型：NPN和PNP型。主要以NPN型為例進(jìn)行討論。三極管的外形3.1.1三極管的結(jié)構(gòu)與符號常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。三極管的結(jié)構(gòu)(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe發(fā)射極，b基極，c集電極。平面型(NPN)三極管制作工藝NcSiO2b硼雜質(zhì)擴(kuò)散e磷雜質(zhì)擴(kuò)散磷雜質(zhì)擴(kuò)散磷雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散PN在N型硅片(集電區(qū))氧化膜上刻一個窗口，將硼雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成P型(基區(qū))，再在P型區(qū)上刻窗口，將磷雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成N型的發(fā)射區(qū)。引出三個電極即可。合金型三極管制作工藝：在N型鍺片(基區(qū))兩邊各置一個銦球，加溫銦被熔化并與N型鍺接觸，冷卻后形成兩個P型區(qū)，集電區(qū)接觸面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(a)NPN型ecb符號集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c基極b發(fā)射極eNNP集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c發(fā)射極e基極b

cbe符號NNPPN三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(b)PNP型3.1.2三極管的工作原理以NPN型三極管為例討論三極管中的兩個PN結(jié)cNNPebbec表面看三極管若實現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性來保證。不具備放大作用三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP1.發(fā)射區(qū)高摻雜。2.基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。

三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3.集電結(jié)面積大。becRcRb三極管中載流子運(yùn)動過程IEIB1.發(fā)射發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)—形成發(fā)射極電流

IE

(基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略)。2.復(fù)合和擴(kuò)散電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流Ibn，復(fù)合掉的空穴由VBB補(bǔ)充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。三極管中載流子的運(yùn)動becIEIBRcRb三極管中載流子運(yùn)動過程3.收集集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過來的電子而形成集電極電流

Icn。其能量來自外接電源VCC。IC

另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進(jìn)行漂移運(yùn)動而形成反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO三極管中載流子的運(yùn)動beceRcRb三極管的電流分配關(guān)系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO

IE=ICn+IBn+IEp

=IEn+IEp一般要求ICn在IE中占的比例盡量大。而二者之比稱直流電流放大系數(shù)，即一般可達(dá)0.95~0.99三個極的電流之間滿足節(jié)點(diǎn)電流定律，即IE=IC+IB代入(1)式，得其中：共射直流電流放大系數(shù)。上式中的后一項常用ICEO表示，ICEO稱穿透電流。當(dāng)ICEO<<IC時，忽略ICEO，則由上式可得共射直流電流放大系數(shù)近似等于IC與IB之比。一般值約為幾十~幾百。三極管的電流分配關(guān)系一組三極管電流關(guān)系典型數(shù)據(jù)IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.961.任何一列電流關(guān)系符合IE=IC+IB，IB<IC<IE,ICIE。2.當(dāng)IB有微小變化時，IC較大。說明三極管具有電流放大作用。

3.

共射電流放大系數(shù)共基電流放大系數(shù)IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.964.在表的第一列數(shù)據(jù)中，IE=0時，IC=0.001mA=ICBO，ICBO稱為反向飽和電流。

在表的第二列數(shù)據(jù)中，IB=0，IC=0.01mA=ICEO，稱為穿透電流。根據(jù)和

的定義，以及三極管中三個電流的關(guān)系，可得故與兩個參數(shù)之間滿足以下關(guān)系：直流參數(shù)與交流參數(shù)、的含義是不同的，但是，對于大多數(shù)三極管來說，與，與的數(shù)值卻差別不大，計算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。輸出回路輸入回路+UCE-3.1.3三極管的特性曲線特性曲線是選用三極管的主要依據(jù)，可從半導(dǎo)體器件手冊查得。IBUCE三極管共射特性曲線測試電路ICVCCRbVBBcebRcV+V+A++mA輸入特性：輸出特性：+UCE-+UCE-IBIBIBUBE一、輸入特性

(1)UCE=0時的輸入特性曲線RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bceOIB/A當(dāng)UCE=0時，基極和發(fā)射極之間相當(dāng)于兩個PN結(jié)并聯(lián)。所以，當(dāng)b、e之間加正向電壓時，應(yīng)為兩個二極管并聯(lián)后的正向伏安特性。(2)

UCE>0時的輸入特性曲線

當(dāng)UCE>0時，這個電壓有利于將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子收集到集電極。UCE>UBE，三極管處于放大狀態(tài)。

*特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子)OIB/AUCE≥1時的輸入特性具有實用意義。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A++mAUBE*UCE

≥1V，特性曲線重合。三極管共射特性曲線測試電路三極管的輸入特性二、輸出特性NPN三極管的輸出特性曲線IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321劃分三個區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)1.截止區(qū)IB≤0的區(qū)域。兩個結(jié)都處于反向偏置。IB=0時，IC=ICEO。

硅管約等于1A，鍺管約為幾十~幾百微安。截止區(qū)截止區(qū)2.放大區(qū)：條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏

特點(diǎn)：各條輸出特性曲線比較平坦，近似為水平線，且等間隔。二、輸出特性IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321放大區(qū)集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即放大區(qū)放大區(qū)對NPN管UBE>0，UBC<0NPN三極管的輸出特性曲線3.飽和區(qū)：條件：兩個結(jié)均正偏I(xiàn)C

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321對NPN型管，UBE>0UBC>0。

特點(diǎn)：IC基本上不隨IB而變化，在飽和區(qū)三極管失去放大作用。IC

IB。當(dāng)UCE=UBE，即UCB=0時，稱臨界飽和，UCE

<

UBE時稱為過飽和。飽和管壓降UCES<0.4V(硅管)，UCES<

0.2V(鍺管)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)3.1.4三極管的主要參數(shù)三極管的連接方式ICIE+C2+C1VEEReVCCRc(b)共基極接法VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+(a)共發(fā)射極接法NPN三極管的電流放大關(guān)系一、電流放大系數(shù)是表征管子放大作用的參數(shù)。有以下幾個：1.共射電流放大系數(shù)

2.共射直流電流放大系數(shù)忽略穿透電流ICEO時，3.共基電流放大系數(shù)

4.共基直流電流放大系數(shù)忽略反向飽和電流ICBO時，和

這兩個參數(shù)不是獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系，關(guān)系為：二、反向飽和電流1.集電極和基極之間的反向飽和電流ICBO2.集電極和發(fā)射極之間的反向飽和電流ICEO(a)ICBO測量電路(b)ICEO測量電路ICBOcebAICEOAceb小功率鍺管ICBO約為幾微安；硅管的ICBO小，有的為納安數(shù)量級。當(dāng)b開路時，c和e之間的電流。值愈大，則該管的ICEO也愈大。反向飽和電流的測量電路三、極限參數(shù)1.集電極最大允許電流ICM當(dāng)IC過大時，三極管的值要減小。在IC=ICM時，值下降到額定值的三分之二。2.集電極最大允許耗散功率PCM過損耗區(qū)安全工作區(qū)將IC與UCE乘積等于規(guī)定的PCM值各點(diǎn)連接起來，可得一條雙曲線。ICUCE<PCM為安全工作區(qū)ICUCE>PCM為過損耗區(qū)ICUCEOPCM=ICUCE安全工作區(qū)安全工作區(qū)過損耗區(qū)過損耗區(qū)三極管的安全工作區(qū)3.極間反向擊穿電壓外加在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。

U(BR)CEO：基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。

U(BR)CBO：發(fā)射極開路時，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。

安全工作區(qū)同時要受PCM、ICM和U(BR)CEO限制。過電壓ICU(BR)CEOUCEO過損耗區(qū)安全工作區(qū)ICM過流區(qū)三極管的安全工作區(qū)3.2雙極型三極管基本放大電路3.2.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)一、放大的基本概念本質(zhì)：實現(xiàn)能量的控制。在放大電路中提供一個能源，由能量較小的輸入信號控制這個能源，使之輸出較大的能量，然后推動負(fù)載。小能量對大能量的控制作用稱為放大作用。放大的對象是變化量。元件：雙極型三極管和場效應(yīng)管。二、放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)放大電路技術(shù)指標(biāo)測試示意圖一、放大倍數(shù)二、最大輸出幅度在輸出波形沒有明顯失真情況下放大電路能夠提供給負(fù)載的最大輸出電壓(或最大輸出電流)可用峰-峰值表示，或有效值表示(Uom、Iom)。三、非線性失真系數(shù)D四、輸入電阻Ri所有諧波總量與基波成分之比，即從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。五、輸出電阻Ro從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻。測量Ro：輸入端正弦電壓，分別測量空載和輸出端接負(fù)載RL的輸出電壓、。輸出電阻愈小，帶載能力愈強(qiáng)。Aum六、通頻帶BW七、最大輸出功率與效率輸出不產(chǎn)生明顯失真的最大輸出功率。用符號Pom表示。：效率PV：直流電源消耗的功率fL

fHfL：下限頻率fH：上限頻率圖2.3.23.2.2共射基本放大電路的組成與放大原理一、單管共發(fā)射極放大電路的組成單管共射放大電路原理電路VT：NPN型三極管，為放大元件；VCC：為輸出信號提供能量；RC：當(dāng)iC通過Rc，將電流的變化轉(zhuǎn)化為集電極電壓的變化，傳送到電路的輸出端；VBB、Rb：為發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，提供靜態(tài)基極電流(靜態(tài)基流)。二、放大電路的工作原理1、放大作用：單管共射放大電路的原理電路2、組成放大電路的原則：（1）外加直流電源的極性必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。則有：（2）輸入回路的接法應(yīng)使輸入電壓

u

能夠傳送到三極管的基極回路，使基極電流產(chǎn)生相應(yīng)的變化量

iB。（3）輸出回路的接法應(yīng)使變化量

iC能夠轉(zhuǎn)化為變化量

uCE，并傳送到放大電路的輸出端。3、原理電路的缺點(diǎn)：（1）雙電源供電；2.uI、uO不共地。4、單管共射放大電路單管共射放大電路C1、C2：為隔直電容或耦合電容；RL：為負(fù)載電阻。該電路也稱阻容耦合單管共射放大電路。3.3.3放大電路的基本分析方法1、直流通路圖(b)圖(a)2、靜態(tài)工作點(diǎn)的近似計算bceIBQICQUCEQ圖(a)硅管UBEQ=(0.6~0.8)V鍺管UBEQ=(0.1~0.2)VICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC【例】圖示單管共射放大電路中，VCC=12V，Rc=3k，Rb=280k，NPN硅管的=50，試估算靜態(tài)工作點(diǎn)。圖3.10(b)解：設(shè)UBEQ=0.7VICQ

IBQ=(500.04)mA=2mAUCEQ=VCC–ICQ

Rc=(12-23)V=6V3.3圖解法在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方法求解放大電路的工作情況。一、圖解法的過程(一)圖解分析靜態(tài)1.先用估算的方法計算輸入回路IBQ、UBEQ。2.用圖解法確定輸出回路靜態(tài)值方法：根據(jù)uCE=VCC

-

iCRc式確定兩個特殊點(diǎn)輸出回路輸出特性直流負(fù)載線Q由靜態(tài)工作點(diǎn)Q確定的ICQ、UCEQ為靜態(tài)值。圖3.10(b)【例】圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已知Rb=280k，Rc=3k，集電極直流電源VCC=12V，試用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：首先估算IBQ做直流負(fù)載線，確定Q點(diǎn)根據(jù)UCEQ=VCC–ICQ

RciC=0，uCE=12V；uCE=0，iC=4mA.0iB

=0μA20μA40μA60μA80μA134224681012MQ靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ=40μA，ICQ=2mA，UCEQ=6V.uCE

/V由Q點(diǎn)確定靜態(tài)值為：iC

/mA圖2.13(b)(二)圖解分析動態(tài)1.交流通路的輸出回路輸出通路的外電路是Rc和RL的并聯(lián)。2.交流負(fù)載線交流負(fù)載線交流負(fù)載線斜率為：OIBiC

/mAuCE

/VQ靜態(tài)工作點(diǎn)3.動態(tài)工作情況圖解分析輸入回路工作情況0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB/μAuBE/ViBUBE交流負(fù)載線直流負(fù)載線4.57.5uCE912t0ICQiC

/mA0IB=40μA2060804Q260uCE/ViC

/mA0tuCE/VUCEQiC輸出回路工作情況分析4.電壓放大倍數(shù)【例】用圖解法求圖示電路電壓放大倍數(shù)。輸入、輸出特性曲線如右圖，RL=3k。uCE=(4.5–7.5)V=-3VuBE=(0.72–0.68)V=0.04V解：求確定交流負(fù)載線取iB=(60–20)A=40A則輸入、輸出特性曲線上有單管共射放大電路當(dāng)輸入正弦波uI時，放大電路中相應(yīng)的uBE、iB、iC、uCE、uO波形。共射放大電路的電壓電流波形二、圖解法的應(yīng)用(一)用圖解法分析非線性失真1.靜態(tài)工作點(diǎn)過低，引起iB、iC、uCE的波形失真ibui結(jié)論：iB波形失真OQOttOuBE/ViB/μAuBE/ViB/μAIBQ——截止失真iC

、uCE

(uo

)波形失真NPN管截止失真時的輸出uo波形。uo=

uceOiCtOOQ

tuCE/VuCE/ViC

/mAICQUCEQOIB=0QtOO

NPN管uo波形tiCuCE/VuCE/ViC

/mAuo=

uceib(不失真)ICQUCEQ2.Q點(diǎn)過高，引起iC、uCE的波形失真—飽和失真(二)用圖解法估算最大輸出幅度OiB=0QuCE/ViC

/mAACBDE交流負(fù)載線輸出波形沒有明顯失真時能夠輸出最大電壓。即輸出特性的A、B所限定的范圍。Q盡量設(shè)在線段AB的中點(diǎn)。則AQ=QB，CD=DE(三)用圖解法分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響1.改變Rb，保持VCC，Rc，不變；OIBiCuCE

Q1Rb增大，Rb減小，Q點(diǎn)下移；Q點(diǎn)上移；Q2OIBiCuCE

Q1Q32.改變VCC，保持Rb，Rc，不變；升高VCC，直流負(fù)載線平行右移，動態(tài)工作范圍增大，但管子的動態(tài)功耗也增大。Q23.改變Rc，保持Rb，VCC，不變；4.改變，保持Rb，Rc，VCC

不變；增大Rc，直流負(fù)載線斜率改變，則Q點(diǎn)向飽和區(qū)移近。OIBiCuCE

Q1Q2OIBiCuCE

Q1Q2增大，ICQ增大，UCEQ減小，則Q點(diǎn)移近飽和區(qū)。圖解法小結(jié)1.能夠形象地顯示靜態(tài)工作點(diǎn)的位置與非線性失真的關(guān)系；2.方便估算最大輸出幅值的數(shù)值；3.可直觀表示電路參數(shù)對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響；4.有利于對靜態(tài)工作點(diǎn)Q的檢測等。3.4微變等效電路法晶體管在小信號(微變量)情況下工作時，可以在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以等效為一個線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個線性電路。微變等效條件研究的對象僅僅是變化量信號的變化范圍很小一、簡化的h參數(shù)微變等效電路(一)

三極管的微變等效電路iBuBE晶體管的輸入特性曲線rbe：晶體管的輸入電阻。在小信號的條件下，rbe是一常數(shù)。晶體管的輸入電路可用rbe等效代替。1.輸入電路Q點(diǎn)附近的工作段近似地看成直線可認(rèn)為uBE與iB成正比QOiB

uBE

2.輸出電路假設(shè)在Q點(diǎn)附近特性曲線基本上是水平的(iC

與uCE無關(guān))，數(shù)量關(guān)系上，iC

比iB大

倍；iBiB從三極管輸出端看，可以用iB恒流源代替三極管；該恒流源為受控源；為iB對iC的控制。uCE

QiC

O3.三極管的簡化參數(shù)等效電路

注意：這里忽略了uCE對iC與輸出特性的影響，在大多數(shù)情況下，簡化的微變等效電路對于工程計算來說誤差很小。三極管的簡化h參數(shù)等效電路cbe+uBE+uCEiCiBebcrbe

iB+uBE+uCEiCiB4.電壓放大倍數(shù)Au；輸入電阻Ri、輸出電阻ROC1RcRb+VCCC2RL+++VT+Ri=rbe//Rb，Ro=Rcrbe

ebcRcRLRb++單管共射放大電路的等效電路(二)

rbe的近似估算公式rbb：基區(qū)體電阻。reb：基射之間結(jié)電阻。低頻、小功率管rbb

約為300。UT：溫度電壓當(dāng)量。c

beiBiCiE電流放大倍數(shù)與電壓放大倍數(shù)之間關(guān)系討論1.當(dāng)IEQ一定時，愈大則

rbe也愈大，選用值較大的三極管其Au并不能按比例地提高；因：2.當(dāng)值一定時，IEQ愈大則rbe愈小，可以得到較大的Au，這種方法比較有效。(三)等效電路法的步驟(歸納)1.首先利用圖解法或近似估算法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。2.求出靜態(tài)工作點(diǎn)處的微變等效電路參數(shù)

和rbe。3.畫出放大電路的微變等效電路?？上犬嫵鋈龢O管的等效電路，然后畫出放大電路其余部分的交流通路。4.列出電路方程并求解。二、微變等效電路法的應(yīng)用例：接有發(fā)射極電阻的單管放大電路，計算電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻。C1RcRb+VCCC2RL+++VT+Rerbe

bcRcRLRb+Ree+接有發(fā)射極電阻的放大電路rbe

bcRcRLRb+Ree+根據(jù)微變等效電路列方程引入發(fā)射極電阻后，降低了。若滿足(1+)Re>>rbe與三極管的參數(shù)、rbe無關(guān)。2.放大電路的輸入電阻引入Re后，輸入電阻增大了。3.放大電路的輸出電阻rbe

ebcRcRLRb++Rerbe

bcRcRbRee將放大電路的輸入端短路，負(fù)載電阻RL開路，忽略c、e之間的內(nèi)電阻rce。RL討論引入Re后對輸出電阻的影響。rbe

ebcRcRbRerce

~+_式中輸出電阻的等效電路將代入式，放大電路輸出電阻為上式中，通常，故可簡化為如果Re=0，但考慮rce的作用，則顯然，接入Re后，三極管集電極至公共端之間的等效電阻大大提高了。3.5工作點(diǎn)的穩(wěn)定問題3.5.1溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響三極管是一種對溫度十分敏感的元件。溫度變化對管子參數(shù)的影響主要表現(xiàn)有：

1.UBE改變。UBE的溫度系數(shù)約為–2mV/C，即溫度每升高1C，UBE約下降2mV。

2.改變。溫度每升高1C，值約增加0.5%~1%，溫度系數(shù)分散性較大。3.ICBO改變。溫度每升高10C，ICBQ

大致將增加一倍，說明ICBQ

將隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升。溫度升高將導(dǎo)致IC增大，Q上移。波形容易失真。iCuCEOiBQVCCT=20C

T=50C溫度對Q點(diǎn)和輸出波形的影響3.5.2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路一、電路組成——分壓式偏置電路C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路由于UBQ不隨溫度變化，——電流負(fù)反饋式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路

T

ICQIEQUEQUBEQ

(=UBQ–UEQ)IBQICQ說明：1.Re愈大，同樣的IEQ產(chǎn)生的UEQ愈大，則溫度穩(wěn)定性愈好。但Re增大，UEQ增大，要保持輸出量不變，必須增大VCC。2.接入Re，電壓放大倍數(shù)將大大降低。在Re兩端并聯(lián)大電容Ce，交流電壓降可以忽略，則Au基本無影響。Ce稱旁路電容3.要保證UBQ基本穩(wěn)定，IR>>IBQ，則需要Rb1、Rb2小一些，但這會使電阻消耗功率增大，且電路的輸入電阻降低。實際選用Rb1、Rb2值，取IR

=(5~

10)IBQ，UBQ=(5~10)UBEQ。二、靜態(tài)與動態(tài)分析靜態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于IR>>IBQ，可得(估算)靜態(tài)基極電流動態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe

ebcRcRL++Rb2Rb1RcRb2+VCCRL++uiuoRb1Re3.6共集電極和共基極電路三種基本接法共射組態(tài)共集組態(tài)共基組態(tài)3.6.1共集電極放大電路C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~~++__+rbebec(b)等效電路——為射極輸出器共集電極放大電路(a)電路圖一、靜態(tài)工作點(diǎn)C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~由基極回路求得靜態(tài)基極電流則(a)電路圖共集電極放大電路二、電流放大倍數(shù)所以三、電壓放大倍數(shù)結(jié)論：電壓放大倍數(shù)恒小于1，而接近1，且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱射極跟隨器。~++__+rbebec(b)等效電路四、輸入電阻~++__+rbebec輸入電阻較大。Ri五、輸出電阻+_rbebec~輸出電阻低，故帶載能力比較強(qiáng)。Ro求射極輸出器Ro的等效電路3.6.2共基極放大電路共基極放大電路(a)原理電路VEE保證發(fā)射結(jié)正偏；VCC保證集電結(jié)反偏；三極管工作在放大區(qū)。(b)實際電路實際電路采用一個電源VCC，用Rb1、Rb2分壓提供基極正偏電壓。C1C2+++_+_ReVEEVCCRcRLVTC1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLRc一、靜態(tài)工作點(diǎn)(IBQ,ICQ,UCEQ)實際電路C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLRc二、電流放大倍數(shù)微變等效電路由圖可得：所以由于小于1而近似等于1，所以共基極放電電路沒有電流放大作用。+_+_Rerbebec共基極放大電路的等效電路三、電壓放大倍數(shù)+_+_Rerbebec由微變等效電路可得共基極放大電路沒有電流放大作用，但是具有電壓放大作用。電壓放大倍數(shù)與共射電路相等，但沒有負(fù)號，說明該電路輸入、輸出信號同相位。四、輸入電阻暫不考慮電阻Re的作用五、輸出電阻暫不考慮電阻Re的作用Ro

=

rcb.已知共射輸出電阻rce，而rcb比rce大得多，可認(rèn)為rcb

(1+

)rce如果考慮集電極負(fù)載電阻，則共基極放大電路的輸出電阻為Ro=Rc//rcb

Rc三種基本組態(tài)的比較大(數(shù)值同共射電路，但同相)小(小于、近于1)大(十幾~一幾百)小大(幾十~一百以上)大(幾十~一百以上)電路組態(tài)性能共射組態(tài)共集組態(tài)共基組態(tài)C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLC1Rb+VCCC2RL+Re+++C1Rb+VCCC2RL++++Rc三種基本組態(tài)的比較

頻率響應(yīng)大(幾百千歐~幾兆歐)小(幾歐~幾十歐)中(幾十千歐~幾百千歐)rce小(幾歐~幾十歐)大(幾十千歐以上)中(幾百歐~幾千歐)

rbe組態(tài)性能共射組態(tài)共集組態(tài)共基組態(tài)差較好好3.7差分放大電路3.7.1零點(diǎn)漂移直接耦合時，輸入電壓為零，但輸出電壓離開零點(diǎn)，并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。原因：放大器件的參數(shù)受溫度影響而使Q點(diǎn)不穩(wěn)定。零點(diǎn)漂移現(xiàn)象uOtOuItO放大電路級數(shù)愈多，放大倍數(shù)愈高，零點(diǎn)漂移問題愈嚴(yán)重。抑制零點(diǎn)漂移的措施：(1)引入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定Q點(diǎn)；(2)利用熱敏元件補(bǔ)償放大器的零漂；利用熱敏元件補(bǔ)償零漂R2R1+VCC+VT2+RcVT1uIuOiC1ReRuB1(3)采用差分放大電路。3.7.2差分放大電路輸入級大都采用差分放大電路的形式。電路形式基本形式長尾式恒流源式一、基本形式差分放大電路1.電路組成+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2假設(shè)電路完全對稱當(dāng)uId=0，時UCQ1=UCQ2UO=0差分放大電路的基本形式2.電壓放大倍數(shù)VT1和VT2基極輸入電壓大小相等，極性相反，——稱為差模輸入電壓(uId)。在差模信號作用下：差模電壓放大倍數(shù)為3.共模抑制比差分放大電路輸入電壓差模輸入電壓uId共模輸入電壓uIc(uIc大小相等，極性相同)+VCCRcVT1VT2RbRcRb~+uIc+uoRR共模電壓放大倍數(shù)：Ac愈小愈好，而Ad愈大愈好圖4.2.7共模輸入電壓共模抑制比KCMR

(1)

KCMR描述差分放大電路對零點(diǎn)漂移的抑制能力。KCMR愈大，抑制零漂能力愈強(qiáng)；

(2)理想情況下，電路參數(shù)完全對稱，Ac=0，KCMR=∞。

(3)基本形式差放電路每個三極管的集電極對地電壓，其零漂與單管放大電路相同，絲毫沒有改善。二、長尾式差分放大電路可減小每個管子輸出端的溫漂。1.電路組成+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEERe

Re稱為“長尾電阻”。且引入共模負(fù)反饋。Re愈大，共模負(fù)反饋愈強(qiáng)。Ac愈小。每個管子的零漂愈小。對差模信號無負(fù)反饋。長尾式差分放大電路2.靜態(tài)分析+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEERe當(dāng)uId=0時，由于電路結(jié)構(gòu)對稱，故：

IBQ1=IBQ2=IBQ，ICQ1=ICQ2=ICQ，UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，UCQ1=UCQ2=UCQ，

1=

2=IBQR+UBEQ+2IEQRe=VEE則ICQ

IBQ(對地)長尾式差分放大電路3.動態(tài)分析RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2長尾式差分放大電路的交流通路+-+Rb1Rb2-接有調(diào)零電位器的長尾差分電路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCRe差模電壓放大倍數(shù)為差模輸入電阻為差模輸出電阻為三、恒流源式差分放大電路用三極管代替“長尾式”電路的長尾電阻，即構(gòu)成恒流源式差分放大電路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT31.電路組成VT3：恒流管作用：能使iC1、iC2基本上不隨溫度的變化而變化，從而抑制共模信號的變化。恒流源式差分放大電路2.靜態(tài)分析當(dāng)忽略VT3的基極電流時，Rb1上的電壓為RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3于是得到恒流源式差分放大電路3.動態(tài)分析由于恒流三極管相當(dāng)于一個阻值很大的長尾電阻，它的作用也是引入一個共模負(fù)反饋，對差模電壓放大倍數(shù)沒有影響，所以與長尾式交流通路相同。差模電壓放大倍數(shù)為差模輸入電阻為差模輸出電阻為四、差分放大電路的輸入、輸出接法有四種不同的接法差分輸入、雙端輸出；差分輸入、單端輸出；單端輸入、雙端輸出；單端輸入、單端輸出。1.差分輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+差分輸入、雙端輸出2.差分輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+uououO約為雙端輸出的一半，即若由VT2集電極輸出，uO為“正”。差分輸入、單端輸出3.單端輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+單端輸入則當(dāng)共模負(fù)反饋?zhàn)銐驈?qiáng)時，三極管仍然基本工作在差分狀態(tài)，所以單端輸入、雙端輸出4.單端輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+若改從VT2集電極輸出，則這種接法比一般的單管放大電路具有較強(qiáng)的抑制零漂的能力。單端輸入、單端輸出結(jié)論

(1)雙端輸出時，Ad與單管Au基本相同；單端輸出時，Ad約為雙端輸出時的一半。雙端輸出時，Ro=2Rc；單端輸出時，Ro=Rc。

(2)雙端輸出時，理想情況下，KCMR

→

；單端輸出時，共模抑制比不如雙端輸出高。

(3)單端輸出時，可以選擇從不同的三極管輸出，而使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。

(4)單端輸出時，由于引入很強(qiáng)的共模負(fù)反饋，兩個管子仍基本工作在差分狀態(tài)。

(5)單端輸出時，Rid

2(R+rbe)。差分放大電路四種接法的性能比較接法性能差分輸入雙端輸出差分輸入單端輸出單端輸入雙端輸出單端輸入單端輸出AdKCMR很高很高較高較高RidRo差分放大電路四種接法的性能比較接法性能差分輸入雙端輸出差分輸入單端輸出單端輸入雙端輸出單端輸入單端輸出特性1.Ad與單管放大電路基本相同。2.在理想情況下，KCMR∞。3.適用于差分輸入、雙端輸出，輸入信號及負(fù)載的兩端均不接地的情況。1.Ad約為雙端輸出時的一半。2.由于引入共模負(fù)反饋，仍有較高的KCMR。3.適用于將雙端輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出。1.Ad與單管放大電路基本相同。2.在理想情況下，KCMR∞。3.適用于將單端輸入轉(zhuǎn)換為雙端輸出。1.Ad約為雙端輸出時的一半。2.比單管放大電路具有較強(qiáng)的抑制零漂的能力。3.適用于輸入、輸出均要求接地的情況。4.選擇不同管子輸出，可使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。3.8多級放大電路3.8.1多級放大電路的耦合方式三種耦合方式阻容耦合直接耦合變壓器耦合一、阻容耦合阻容耦合放大電路C1RC1Rb1+VCCC2RL++VT1++Rc2Rb2C3VT2+第一級第二級優(yōu)點(diǎn)：(1)前、后級直流電路互不相通，靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立；(2)選擇足夠大電容，可以做到前一級輸出信號幾乎不衰減地加到后一級輸入端，使信號得到充分利用。不足：(1)不適合傳送緩慢變化的信號；(2)無法實現(xiàn)線性集成電路。二、直接耦合Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Rb2VT2兩個單管放大電路簡單的直接耦合特點(diǎn)：

(1)可以放大交流和緩慢變化及直流信號；

(2)便于集成化。

(3)各級靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響；基極和集電極電位會隨著級數(shù)增加而上升；

(4)零點(diǎn)漂移。1.解決合適靜態(tài)工作點(diǎn)的幾種辦法改進(jìn)電路—(a)電路中接入Re2，保證第一級集電極有較高的靜態(tài)電位，但第二級放大倍數(shù)嚴(yán)重下降。改進(jìn)電路—(b)穩(wěn)壓管動態(tài)電阻很小，可以使第二級的放大倍數(shù)損失小。但集電極電壓變化范圍減小。VDZRc1Rb1+VCC+VT1+Rc2RVT2(b)Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Re2VT2(a)改進(jìn)電路—(c)+VCCRc1Rb1+VT1+Rc2Rb2VT2VDz改進(jìn)電路—(d)

可降低第二級的集電極電位，又不損失放大倍數(shù)。但穩(wěn)壓管噪聲較大?？色@得合適的工作點(diǎn)。為經(jīng)常采用的方式。(c)Rc1Rb1+VCC+VT1+Re2Rc2VT2-(d)直接耦合方式實例三、變壓器耦合選擇恰當(dāng)?shù)淖儽?，可在?fù)載上得到盡可能大的輸出功率。變壓器耦合放大電路第二級VT2、VT3組成推挽式放大電路，信號正負(fù)半周VT2、VT3輪流導(dǎo)電。優(yōu)點(diǎn)：(1)能實現(xiàn)阻抗變換；(2)靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立。缺點(diǎn)：(1)

變壓器笨重；(2)

無法集成化；(3)

直流和緩慢變化信號不能通過變壓器。三種耦合方式的比較阻容耦合直接耦合變壓器耦合特點(diǎn)各級工作點(diǎn)互不影響；結(jié)構(gòu)簡單能放大緩慢變化的信號或直流成分的變化；適合集成化有阻抗變換作用；各級直流通路互相隔離。存在問題不能反應(yīng)直流成分的變化，不適合集成化有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象；各級工作點(diǎn)互相影響不能反應(yīng)直流成分的變化；不適合放大緩慢變化的信號；不適合集成化適合場合分立元件交流放大電路集成放大電路，直流放大電路低頻功率放大，調(diào)諧放大3.8.2多級放大電路的動態(tài)分析一、電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積，即其中，n為多級放大電路的級數(shù)。二、輸入電阻和輸出電阻通常，多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻；輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。具體計算時，有時它們不僅僅決定于本級參數(shù)，也與后級或前級的參數(shù)有關(guān)。

【例】試寫出靜態(tài)工作點(diǎn)，以及Av，Ri，Ro的表達(dá)式。

C1RC1Rb1+VCCC2RL++VT1++Rc2Rb2C3VT2+解：注意后一級的輸入電阻是前一級的負(fù)載電阻3.9放大電路的頻率響應(yīng)由于放大電路中存在電抗性元件，所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關(guān)系稱為頻率響應(yīng)或頻率特性。3.9.1頻率特性的基本概念電壓放大倍數(shù)的幅值和相角都是頻率的函數(shù)。即典型的單管共射放大電路的幅頻特性和相頻特性O(shè)ffLfHBWAum0.707Aum-90o-180o-270of0下限頻率、上限頻率和通頻帶fLfHBWAum0.707AumOffL：下限頻率；fH：上限頻率BW：通頻帶BW=fH

-

fL頻率失真頻率失真(a)幅頻失真(b)相頻失真波特圖放大電路的對數(shù)頻率特性稱為波特圖。

40

20

6

3

0

-3-20-4010010210.7070.10.01一、RC高通電路的波特圖+_+_CRRC高通電路令：則有：對數(shù)幅頻特性：實際幅頻特性曲線：幅頻特性當(dāng)f≥

fL(高頻)，當(dāng)f<fL(低頻)，高通特性：且頻率愈低，的值愈小，低頻信號不能通過。0.1fLfL

10fLf0-20-403dB最大誤差為3dB，發(fā)生在f=fL處-20dB/十倍頻對數(shù)相頻特性相頻特性5.71o-45o/十倍頻fL0.1fL

10fL45o90o0f誤差由式可得，在低頻段，高通電路產(chǎn)生0~90°的超前相移。5.71o二、RC低通電路的波特圖RC波特圖+_+_CR令：則：低通電路的波特圖對數(shù)幅頻特性：0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍頻對數(shù)相頻特性：fH

10fH-45o5.71o5.71o-45o/十倍頻-90o0.1fH0f在高頻段，低通電路產(chǎn)生0~90°的滯后相移。3.9.2單管共射放大電路的頻率響應(yīng)定性分析：C1Rb+VCCC2Rc+++Rs+~+