半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)知識(shí)講解

第二章半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)第一節(jié)學(xué)習(xí)要求

第二節(jié)半導(dǎo)體三極管

第三節(jié)共射極放大電路

第四節(jié)圖解分析法

第五節(jié)小信號(hào)模型分析法

第六節(jié)放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問(wèn)題

第七節(jié)共集電極電路

第八節(jié)放大電路的頻率響應(yīng)概述

第九節(jié)本章小結(jié)第一節(jié)學(xué)習(xí)要求（1）掌握基本放大電路的兩種基本分析方法--圖解法與微變等效電路法。會(huì)用圖解法分析電路參數(shù)對(duì)電路靜態(tài)工作點(diǎn)的影響和分析波形失真等；會(huì)用微變等效電路法估算電壓增益、電路輸入、輸出阻抗等動(dòng)態(tài)指標(biāo)。（2）熟悉基本放大電路的三種組態(tài)及特點(diǎn)；掌握工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的工作原理。（3）掌握頻率響應(yīng)的概念。了解共發(fā)射極電路頻率特性的分析方法和上、下限截止頻率的概念。第二節(jié)半導(dǎo)體三極管（BJT）BJT是通過(guò)一定的工藝，將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件，由于PN結(jié)之間的相互影響，使BJT表現(xiàn)出不同于單個(gè)PN結(jié)的特性而具有電流放大，從而使PN結(jié)的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。本節(jié)將圍繞BJT為什么具有電流放大作用這個(gè)核心問(wèn)題，討論BJT的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及它的特性曲線(xiàn)和參數(shù)。一、BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介BJT又常稱(chēng)為晶體管，它的種類(lèi)很多。按照頻率分，有高頻管、低頻管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半導(dǎo)體材料分，有硅管、鍺管；根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，又可分成NPN型和PNP型等等。但從它們的外形來(lái)看，BJT都有三個(gè)電極，如圖3.1所示。

圖3.1是NPN型BJT的示意圖。它是由兩個(gè)PN結(jié)的三層半導(dǎo)體制成的。中間是一塊很薄的P型半導(dǎo)體(幾微米~幾十微米)，兩邊各為一塊N型半導(dǎo)體。從三塊半導(dǎo)體上各自接出的一根引線(xiàn)就是BJT的三個(gè)電極，它們分別叫做發(fā)射極e、基極b和集電極c，對(duì)應(yīng)的每塊半導(dǎo)體稱(chēng)為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。雖然發(fā)射區(qū)和集電區(qū)都是N型半導(dǎo)體，但是發(fā)射區(qū)比集電區(qū)摻的雜質(zhì)多。在幾何尺寸上，集電區(qū)的面積比發(fā)射區(qū)的大，這從圖3.1也可看到，因此它們并不是對(duì)稱(chēng)的。二、BJT的電流分配與放大作用1、BJT內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程BJT工作于放大狀態(tài)的基本條件：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。

在外加電壓的作用下，BJT內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程為：

（1）發(fā)射極注入電子由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓VEE，因此發(fā)射結(jié)的空間電荷區(qū)變窄，這時(shí)發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子電子不斷通過(guò)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，形成發(fā)射極電流IE，其方向與電子流動(dòng)方向相反，如圖3.2所示。

（2）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合

由發(fā)射區(qū)來(lái)的電子注入基區(qū)后，就在基區(qū)靠近發(fā)射結(jié)的邊界積累起來(lái)，右基區(qū)中形成了一定的濃度梯度，靠近發(fā)射結(jié)附近濃度最高，離發(fā)射結(jié)越遠(yuǎn)濃度越小。因此，電子就要向集電結(jié)的方向擴(kuò)散，在擴(kuò)散過(guò)程中又會(huì)與基區(qū)中的空穴復(fù)合，同時(shí)接在基區(qū)的電源VEE的正端則不斷從基區(qū)拉走電子，好像不斷供給基區(qū)空穴。電子復(fù)合的數(shù)目與電源從基區(qū)拉走的電子數(shù)目相等，使基區(qū)的空穴濃度基本維持不變。這樣就形成了基極電流IB，所以基極電流就是電子在基區(qū)與空穴復(fù)合的電流。也就是說(shuō)，注人基區(qū)的電子有一部分未到達(dá)集電結(jié)，如復(fù)合越多，則到達(dá)集電結(jié)的電子越少，對(duì)放大是不利的。所以為了減小復(fù)合，常把基區(qū)做得很薄(幾微米)，并使基區(qū)摻入雜質(zhì)的濃度很低，因而電子在擴(kuò)散過(guò)程中實(shí)際上與空穴復(fù)合的數(shù)量很少，大部分都能到達(dá)集電結(jié)。（3）集電區(qū)收集電子

集電結(jié)外加反向電壓，其集電結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)非常強(qiáng)，且電場(chǎng)方向從C區(qū)指向B區(qū)。使集電區(qū)的電子和基區(qū)的空穴很難通過(guò)集電結(jié)，但對(duì)基區(qū)擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子卻有很強(qiáng)的吸引力，使電子很快地漂移過(guò)集電結(jié)為集電區(qū)所收集，形成集電極電流IC。與此同時(shí)，集電區(qū)的空穴也會(huì)在該電場(chǎng)的作用下，漂移到基區(qū)，形成很小的反向飽和電流ICB0。2、電流分配關(guān)系與正向偏置的二極管電流類(lèi)似，發(fā)射極電流iE與vBE成指數(shù)關(guān)系：

集電極電流iC是iE的一部分，即：式中β稱(chēng)為BJT的電流放大系數(shù)三、BJT的特性曲線(xiàn)１.共射極電路的特性曲線(xiàn)（1）輸入特性VCE=0V時(shí)，b、e間加正向電壓，這時(shí)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏，相當(dāng)于兩個(gè)二極管正向并聯(lián)的特性。

VCE≥1V時(shí)，這時(shí)集電結(jié)反偏，從發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分都漂移到集電極，只有小部分與空穴復(fù)合形成IB。vCE>1V以后，IC增加很少，因此IB的變化量也很少，可以忽略vCE對(duì)IB的影響，即輸入特性曲線(xiàn)都重合。

注意:發(fā)射結(jié)開(kāi)始導(dǎo)通的電壓vBE：0.6V~0.7V(硅管)，0.1~0.3V(鍺管)

（2）輸出特性曲線(xiàn)

對(duì)于一確定的iB值，iC隨VCE的變化形成一條曲線(xiàn)，給出多個(gè)不同的iB值，就產(chǎn)生一個(gè)曲線(xiàn)族。如圖3.6所示。

①I(mǎi)B=0V，IC=ICEOBJT截止，無(wú)放大作用，因此對(duì)應(yīng)IB=0的輸出特性曲線(xiàn)以下的區(qū)域稱(chēng)為截止區(qū)如圖3.6所示。

②IB﹥0，VCE<1V，iC隨IB的變化不遵循的規(guī)律，而且iC隨VCE的變化也是非線(xiàn)性的，所以該區(qū)域稱(chēng)為飽和區(qū)。

③IB﹥0、VCE≥1V，iC隨iB的變化情況為：或

在這個(gè)區(qū)域中IC幾乎不隨VCE變化，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)IB值的特性曲線(xiàn)都幾乎與水平軸平行，因此該區(qū)域稱(chēng)為線(xiàn)性區(qū)或放大區(qū)。四、BJT的主要參數(shù)BJT的參數(shù)是用來(lái)表征管子性能優(yōu)劣相適應(yīng)范圍的，它是選用BJT的依據(jù)。了解這些參數(shù)的意義，對(duì)于合理使用和充分利用BJT達(dá)到設(shè)計(jì)電路的經(jīng)濟(jì)性和可靠性是十分必要的。1.流放大系數(shù)BJT在共射極接法時(shí)的電流放大系數(shù)，根據(jù)工作狀態(tài)的不同，在直流和交流兩種情況下分別用符號(hào)和表示。其中

上式表明:BJT集電極的直流電流IC與基極的直流電流IB的比值，就是BJT接成共射極電路時(shí)的直流電流放大系數(shù)，有時(shí)用hFE來(lái)代表。

但是，BJT常常工作在有信號(hào)輸人的情況下，這時(shí)基極電流產(chǎn)生一個(gè)變化量，相應(yīng)的集電極電流變化量為，則與之比稱(chēng)為BJT的交流電流放大系數(shù)，記作即2.極間反向電流（1）集電極-基極反向飽和電流ICBO。表示發(fā)射極開(kāi)路，c、b間加上一定的反向電壓時(shí)的電流。（2）集電極-發(fā)射極反向飽和電流（穿透電流）ICEO。表示基極開(kāi)路，c、e間加上一定的反向電壓時(shí)的集電極電流。3.極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM。表示BJT的參數(shù)變化不超過(guò)允許值時(shí)集電極允許的最大電流。當(dāng)電流超過(guò)ICM時(shí)，三極管的性能將顯著下降，甚至有燒壞管子的可能。

（2）集電極最大允許功耗PCM。表示BJT的集電結(jié)允許損耗功率的最大值。超過(guò)此值時(shí)，三極管的性能將變壞或燒毀。

（3）反向擊穿電壓V（BR）CEO。表示基極開(kāi)路，c、e間的反向擊穿電壓。4、晶體管的選擇（1）依使用條件選PCM在安全區(qū)工作的管子，并給予適當(dāng)?shù)纳嵋蟆?/p>

（2）要注意工作時(shí)反向擊穿電壓，特別是VCE不應(yīng)超過(guò)V（BR）CEO。

（3）要注意工作時(shí)的最大集電極電流IC不應(yīng)超過(guò)ICM。

（4）要依使用要求：是小功率還是大功率，低頻、高頻還是超高頻，工作電源的極性，β值大小要求。返回第三節(jié)共射極放大電路在實(shí)踐中，放大電路的用途是非常廣泛的，它能夠利用BJT的電流控制作用把微弱的電信號(hào)增強(qiáng)到所要求的數(shù)值，例如常見(jiàn)的擴(kuò)音機(jī)就是一個(gè)把微弱的聲音變大的放大電路。聲音先經(jīng)過(guò)話(huà)筒變成微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器，利用BJT的控制作用，把電源供給的能量轉(zhuǎn)為較強(qiáng)的電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)揚(yáng)聲器(喇叭)還原成為放大了的聲音。

為了了解放大器的工作原理，先從最基本的放大電路開(kāi)始討論。一、共射極基本放大電路的組成

在圖3.7所示的單管放大電路中，采用NPN型硅BJT，VCC是集電極回路的直流電源(一般在幾伏到幾十伏的范圍)，它的負(fù)端接發(fā)射極,正端通過(guò)電阻R接集電極，以保證集電結(jié)為反向偏置；R是集電極電阻(一般在幾千歐至幾十千歐的范圍)，它的作用是將BJT的集電極電流iC的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榧姌O電壓VCE的變化。VBB是基極回路的直流電源,它的負(fù)端接發(fā)射極，正端通過(guò)基極電阻Rb接基極，以保證發(fā)射結(jié)為正向偏置，并通過(guò)基極電阻Rb(一般在幾千歐至幾百千歐的范圍)(一般在幾十千歐至幾百千歐的范圍)，由VBB供給基極一個(gè)合適的基極電流對(duì)于硅管，VBE約為0.7V左右，對(duì)于鍺管，VBE約為0.2V左右，而VBB一般在幾伏至幾十伏的范圍內(nèi)(常取VBB=VCC)，即VBB＞＞VBE，所以近似有

由上式可見(jiàn)，這個(gè)電路的偏流IB決定于VB，和Rb的大小，VBB和Rb經(jīng)確定后，偏流IB就是固定的，所以這種電路稱(chēng)為固定偏流電路。Rb又稱(chēng)為基極偏且電阻。

電容Cb1和Cb2稱(chēng)為隔直電容或耦合電容(一般在幾微法到幾十微法的范圍)，它們?cè)陔娐分械淖饔檬?傳送交流，隔離直流"。

值得指出的是，放大作用是利用BJT的基極對(duì)集電極的控制作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即在輸入端加一個(gè)能量較小的信號(hào)，通過(guò)BJT的基極電流去控制流過(guò)集電極電路的電流，從而將直流電源VCC的能量轉(zhuǎn)化為所需要的形式供給負(fù)載。因此，放大作用實(shí)質(zhì)上是放大器件的控制作用；放大器是一種能量控制部件。同時(shí)還要注意放大作用是針對(duì)變化量而言的。二、共射極基本放大電路的工作過(guò)程

待放大的輸人電壓vi從電路的A、O兩點(diǎn)(稱(chēng)為放大電路的輸入端)輸入，放大電路的輸出電壓Vo由B、O兩點(diǎn)(稱(chēng)為放大電路的輸出端)輸出。輸入端的交流電壓vi通過(guò)電容Cb，加到BJT的發(fā)射結(jié)，從而引起基極電流iB相應(yīng)的變化。iB的變化使集電極電流iC隨之變化。iC的變化量在集電極電阻RC上產(chǎn)生壓降。集電極電壓vCE=VCC一iCRC，當(dāng)iC的瞬時(shí)值增加時(shí)，vCE就要減小，所以vCE的變化恰與iC相反。vCE中的變化量經(jīng)過(guò)電容Cb，傳送到輸出端成為輸出電壓Vo。如果電路參數(shù)選擇適當(dāng)，v0的幅度將比vi大得多，從而達(dá)到放大的目的，對(duì)應(yīng)的電流、電壓波形示于圖3.8中。

在半導(dǎo)體電路中，常把輸人電壓、輸出電壓以及直流電源Vcc和VBB的共同端點(diǎn)(0點(diǎn))稱(chēng)為"地"，用符號(hào)"⊥"表示(注意，實(shí)際上這一點(diǎn)并不真正接到大地上)，并以地端作為零電位點(diǎn)(參考電位點(diǎn))。這樣，電路中各點(diǎn)的電位實(shí)際上就是該點(diǎn)與地之間的電壓(即電位差)。例如Vc就是指集電極對(duì)地的電壓。這些概念和術(shù)語(yǔ)，前面已作過(guò)初步的介紹，但這里所討論的放大電路要復(fù)雜得多。三、共射極放大電路的簡(jiǎn)化

為了分析方便，我們規(guī)定:電壓的正方向是以共同端(0點(diǎn))為負(fù)端，其他各點(diǎn)為正端。圖3.9中所標(biāo)出的"十"、"一"號(hào)分別表示各電壓的假定正方向；而電流的假定正方向如圖中的箭頭所示，即ic、ib以流入電極為正；iE則以流出電極為正。圖中表示電流、電壓的符號(hào)的意義如下：

VBE、IB－（大寫(xiě)符號(hào)，大寫(xiě)下標(biāo)）表示直流值。

vbe、ib－（小寫(xiě)符號(hào)，小寫(xiě)下標(biāo)）表示瞬時(shí)值。

vBE、iB－（小寫(xiě)符號(hào)，大寫(xiě)下標(biāo)）表示交直流量之和。

Vbe、Ib－（大寫(xiě)符號(hào)，小寫(xiě)下標(biāo)）表示交流有效值。

圖3.9是簡(jiǎn)化后共射極放大電路，它是工程實(shí)際中用得較廣泛的一種電路組態(tài)。為了簡(jiǎn)化電路，一般選取VCC=VBB，如圖3.9所示。左圖是右圖的習(xí)慣畫(huà)法。返回第四節(jié)圖解分析法一、靜態(tài)工作情況分析我們把放大電路未加入信號(hào)VS時(shí)的狀態(tài)稱(chēng)為靜態(tài)，此時(shí)電路的電壓（電流）值稱(chēng)為靜態(tài)值，可用IBQ、ICQ、VCEQ表示。這些值在特性曲線(xiàn)上確定一點(diǎn)，這一點(diǎn)就稱(chēng)為Q點(diǎn)。

當(dāng)放大電路輸入信號(hào)后，電路中各處的電壓、電流便處于變動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)電路處于動(dòng)態(tài)工作情況，簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)態(tài)。對(duì)于靜態(tài)工作情況，可以近似地進(jìn)行估算，也可用圖解法求解。

1.近似估算Q點(diǎn)這里以圖3.10所示電路為例估算電路的Q點(diǎn)。（1）畫(huà)出電路的直流通路如圖3.10所示。畫(huà)直流通路時(shí)，要將耦合電容Cb1、Cb2當(dāng)成開(kāi)路；（2）由VCC、Rb和三極管T構(gòu)成的基極回路可得：

（3）利用IC=βIB的關(guān)系，可以求得ICQ（4）從VCC、Rc和三極管T構(gòu)成的集電極回路可得：2、用圖解法確定Q點(diǎn)（1）作出電路非線(xiàn)性部分（包括由廠家提供或從手冊(cè)中獲得特性曲線(xiàn)和確定其偏流的VCC、Rb）的V-I特性如圖3.11所示。

（2）作出線(xiàn)性部分的V-I特性--直流負(fù)載線(xiàn)根據(jù)：VCEQ=VCC-ICRC

令iC=0，得vCE=VCC

令vCE=0，得iC=VCC/RC畫(huà)出由（VCC，0）和（0，VCC/Rc）兩點(diǎn)決定的直線(xiàn)，顯然這是一條斜率為-1/Rc的直線(xiàn)。由于討論的是靜態(tài)工作情況，電路中的電壓、電流值都是直流量，所以上述直線(xiàn)稱(chēng)為直流負(fù)載線(xiàn)。（3）由電路的線(xiàn)性與非線(xiàn)性?xún)刹糠諺-I特性的交點(diǎn)確定Q點(diǎn)（VCEQ，ICQ）二、動(dòng)態(tài)工作情況分析1、放大電路在接入正弦信號(hào)時(shí)的工作情況當(dāng)接入正弦信號(hào)時(shí)，電路將處在動(dòng)態(tài)工作情況，可以根據(jù)輸入信號(hào)電壓vi通過(guò)圖解確定輸出電壓vo，從而可以得出vi與vo之間的相位關(guān)系和動(dòng)態(tài)范圍。圖解的步驟是先根據(jù)輸入信號(hào)電壓vi在輸入特性上畫(huà)出iB的波形，然后根據(jù)iB的變化在輸出特性上畫(huà)出ic和vBE的波形。(1)根據(jù)vi在輸入特性上求iB設(shè)放大電路的輸入電壓正弦波，當(dāng)它加到放大電路的輸入端后，BJT的基極和發(fā)射極之間的電壓vBE就是在原有直流電壓VBE的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量vi(vbe)，根據(jù)vBE的變化規(guī)律，便可從輸入特性畫(huà)出對(duì)應(yīng)的iB的波形圖，如圖3.12所示。由圖上可讀出對(duì)應(yīng)于峰值為0.02V的輸入電壓，基極電流iB將在60μA與20μA之間變動(dòng)。（2）根據(jù)iB在輸出特性曲線(xiàn)上求iC和vBE因?yàn)榉糯箅娐返闹绷髫?fù)載線(xiàn)是不變的，當(dāng)iB在60μA與20μA之間變動(dòng)時(shí)，直流負(fù)載線(xiàn)與輸出特性的交點(diǎn)也會(huì)隨之而變，對(duì)應(yīng)于iB=60μA的一條輸出特性與直流負(fù)載線(xiàn)的交點(diǎn)是Q'點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于iB=20μA的一條輸出特性與直流負(fù)載線(xiàn)的交點(diǎn)是0''點(diǎn)，所以放大電路只能在負(fù)載線(xiàn)的Q'0''段上工作，即放大電路的工作點(diǎn)隨著iB的變動(dòng)將沿著直流負(fù)載線(xiàn)在Q'與0''點(diǎn)之間移動(dòng)，因此，直線(xiàn)段Q'0''是工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡，通常稱(chēng)為動(dòng)態(tài)工作范圍。由圖可見(jiàn)，在vi的正半周，vi先由40μA增大到60μA，放大電路的工作點(diǎn)將由Q點(diǎn)移到Q'點(diǎn)，相應(yīng)的iC和IC增到最大值，而vCE由原來(lái)的VCE減小到最小值；然后iB由60μA減小到40μA，放大電路的工作點(diǎn)將由Q'回到Q，相應(yīng)的iC也由最大值回到IC，而vCE則由最小值回到VCE。在的負(fù)半周，其變化規(guī)律恰好相反，放大電路的工作點(diǎn)先由Q移到Q"，再由Q"回到Q點(diǎn)。這樣，就可在坐標(biāo)平面上畫(huà)出對(duì)應(yīng)的iB、iC和vCE的波形圖，如圖3.12所示，vCE中的交流量vce的波形就是輸出電壓v0的波形。

綜上分析，可總結(jié)如下幾點(diǎn)：

①?zèng)]有輸入信號(hào)電壓時(shí)，BJT各電極都是恒定的電流和電壓(IB、IC、VCE)，當(dāng)在放大電路輸入端加入輸入信號(hào)電壓后，iB、ic、vCE都在原來(lái)靜態(tài)直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量，即

iB=IB+ib,iC=IC+ic,vCE=VCE+vce

因此，放大電路中電壓、電流包含兩個(gè)分量：一個(gè)是靜態(tài)工作情況決定的直流成分IB、IC、VCE；另一個(gè)是由輸入電壓引起的交流成分ib、ic和vce。雖然這些電流、電壓的瞬時(shí)值是變化的，但它們的方向始終是不變的。

②vCE中的交流分量vce(即經(jīng)Cb2隔直后的交流輸出電壓vo)的幅度遠(yuǎn)比vi為大，且同為正弦波電壓，體現(xiàn)了放大作用。

③從圖3.12中還可以看到，v0(vce)與vi相位相反。這種現(xiàn)象稱(chēng)為放大電路的反相作用，因而共射極放大電路又叫做反相電壓放大器，它是一種重要的電路組態(tài)。

圖3.13共射極電路

④合適的靜態(tài)工作點(diǎn)是電路實(shí)現(xiàn)不失真放大的必要條件2.交流負(fù)載線(xiàn)放大電路在工作時(shí)，輸出端總要接上一定的負(fù)載，如在圖3.13中，負(fù)載電阻RL=4kΩ，這時(shí)放大電路的工作情況是否會(huì)因?yàn)镽L的接人而受到影響呢?這是下面所要討論的問(wèn)題。

（1）畫(huà)交流通路

在靜態(tài)時(shí)，由于隔直電容Cb2比的作用，RL對(duì)電路的Q點(diǎn)無(wú)影響。

動(dòng)態(tài)工作時(shí)的情況則不同，隔直電容Cb1和Cb2在具有一定頻率的信號(hào)作用下，其容抗可以忽略；同時(shí)考慮到電源Vcc的內(nèi)阻很小，可視為短路。這樣便可畫(huà)出圖3.13的交流通路如圖3.14所示。此時(shí)圖中的電壓和電流都是交流成分。

（2）計(jì)算交流負(fù)載電阻的阻值由圖3.14中可以看出，放大電路的交流負(fù)載電阻為RL與RC的并聯(lián)值，即（3）畫(huà)交流負(fù)載線(xiàn)

可見(jiàn)，交流負(fù)載線(xiàn)要比直流負(fù)載線(xiàn)更陡一些。另外交流負(fù)載線(xiàn)和直流負(fù)載線(xiàn)必然在Q點(diǎn)相交，這是因?yàn)樵诰€(xiàn)性工作范圍內(nèi)，輸人電壓在變化過(guò)程中是一定經(jīng)過(guò)零點(diǎn)的。在通過(guò)零點(diǎn)時(shí)vi=0，因此，這一時(shí)刻既是動(dòng)態(tài)過(guò)程中的一個(gè)點(diǎn)，又與靜態(tài)工作情況相符，所以這一時(shí)刻的iC和vCE應(yīng)同時(shí)在兩條負(fù)載線(xiàn)上，這只有是兩條負(fù)載線(xiàn)的交點(diǎn)才有可能。因此只要再確定一點(diǎn)即可畫(huà)出交流負(fù)載線(xiàn)。由圖3.15中可知，icp≈ICQ=1.5mA，RL′=2kW，則vop=ICQRL′=3V

只要作過(guò)Q（VCEQ，ICQ）和vCEM（vCEM，0）的直線(xiàn)即可獲得交流負(fù)載線(xiàn)。返回第五節(jié)小信號(hào)模型（微變等效電路）分析法如果放大電路的輸入信號(hào)電壓很小，就可以設(shè)想把BJT小范圍內(nèi)的特性曲線(xiàn)近似地用直線(xiàn)來(lái)代替，從而可以把BJT這個(gè)非線(xiàn)性器件所組成的電路當(dāng)作線(xiàn)性電路來(lái)處理，這就是BJT小信號(hào)建模的指導(dǎo)思想。這種方法是把非線(xiàn)性問(wèn)題線(xiàn)性化的工程處理方法。關(guān)于BJT的小信號(hào)建模，通常有兩種方法，一種是已知網(wǎng)絡(luò)的特性方程，按此方程畫(huà)出小信號(hào)模型；另一種則是從網(wǎng)絡(luò)所代表的BJT的物理機(jī)構(gòu)出發(fā)加以分析，再用電阻、電容、電感等電路元件來(lái)模擬其物理過(guò)程，從而得出模型。本節(jié)從方程出發(fā)結(jié)合特性曲線(xiàn)來(lái)建立小信號(hào)模型。一、BJT的小信號(hào)模型1.BJTH參數(shù)的引出

BJT在共射極接法時(shí)，可表示為圖3.16所示的雙口網(wǎng)絡(luò)。BJT的特性曲線(xiàn)用圖形描述了管子內(nèi)部電壓、電流的關(guān)系。而B(niǎo)JT的參數(shù)，則是用數(shù)學(xué)形式表示管子內(nèi)部電壓、電流微變量的關(guān)系，兩種方法都是表征管子性能、反映管內(nèi)物理過(guò)程的，因而兩者之間必然具有密切的內(nèi)在聯(lián)系。下面從管子的特性曲線(xiàn)出發(fā)，來(lái)找出BJT的參數(shù)。圖3.16中的輸入回路和輸出回路電壓、電流的關(guān)系可分別表示為

vBE=f1(iB,vCE)iC=f2(iB,vCE)如果BJT工作在小信號(hào)下，考慮電壓、電流之間的微變關(guān)系，對(duì)上面兩式取全微分可得：在上面兩個(gè)式子中，由于dvBE、dvCE、diB、diC代表無(wú)限小的信號(hào)增量，也就是可以用電流、電壓的交流分量來(lái)代替。即：式中hiehrehfehoe稱(chēng)為BJT的H參數(shù)，其中

2.BJT的H參數(shù)模型（1）H參數(shù)模型的引出

vbe=hieib+hrevce表示輸入回路方程，它表明輸人電壓vbe是由兩個(gè)電壓相加構(gòu)成的，其中一個(gè)是hfeib，表示輸入電流ib在rbe上的電壓降；另一個(gè)是hfevce，表示輸出電壓vce對(duì)輸入回路的反作用，用一個(gè)電壓源來(lái)代表。如圖3.17左邊的輸入端等效電路，這是戴維南等效電路的形式。ic=hfeib+hoevce表示輸出回路方程，它表明輸出電流ic是由兩個(gè)并聯(lián)支路的電流相加而成的，一個(gè)是由基極電流ib引起的ic=hfeib，用電流源表示；另一個(gè)是由于輸出電壓加在輸出電阻l/hoe上引起的電流，即vcehoe。這樣，又得到圖3.17右邊的輸出端等效電路，這是諾頓等效電路的形式。由此得到包含四個(gè)H參數(shù)的BJT的小信號(hào)模型，這就是把BJT線(xiàn)性化后的線(xiàn)性模型。在分析計(jì)算時(shí)，可以利用這個(gè)模型來(lái)代替BJT，從而可以把BJT電路當(dāng)作線(xiàn)性電路來(lái)處理，使復(fù)雜電路的計(jì)算大為簡(jiǎn)化。因此，它在電子電路分析中應(yīng)用得很廣泛。用電子電路中的習(xí)慣符號(hào)表示四個(gè)H參數(shù)的BJT微變等效電路如圖3.17所示。（2）模型的簡(jiǎn)化對(duì)于共射接法的三極管微變等效電路，H參數(shù)的量級(jí)一般是：由這些具體數(shù)字可見(jiàn)，hre和hoe相對(duì)而言是很小的，對(duì)于低頻放大電路，輸入回路中hrevce比vbe小得多，而輸出回路中負(fù)載電阻RC(或RL)比BJT輸出電阻l/hoe小得多，所以在模型中常?？梢园裩oe和hre忽略掉，這在工程計(jì)算上不會(huì)帶來(lái)顯著的誤差。因此圖3.17可改畫(huà)成圖3.18。利用這個(gè)簡(jiǎn)化模型來(lái)表示BJT時(shí)，將使BJT放大電路的分析計(jì)算進(jìn)一步簡(jiǎn)化。當(dāng)負(fù)載電阻Rc(RL)較小，滿(mǎn)足Rc(RL)/rce＜0.1的條件時(shí)，利用這個(gè)簡(jiǎn)化模型來(lái)分析低頻放大電路所得放大電路的各主要指標(biāo)，如電壓增益、電流增益、放大電路的輸入電阻及輸出電阻等，其誤差不會(huì)超過(guò)10%。這在工程上已能滿(mǎn)足要求了。

（3）H參數(shù)的確定應(yīng)用H參數(shù)等效電路來(lái)分析放大電路時(shí)，首先必須得到BJT在Q點(diǎn)處的H參數(shù)。由于BJT本身參數(shù)的分散性以及參數(shù)會(huì)隨Q點(diǎn)變化而改變，實(shí)際上在計(jì)算時(shí)不能直接采用手冊(cè)上提供的數(shù)據(jù)，因此在計(jì)算電路之前，首先必須確定所用的BJT在給定Q點(diǎn)上的H參數(shù)。獲得H參數(shù)的方法可采用H參數(shù)測(cè)試儀，或利用BJT特性圖示儀測(cè)量β和rbe，rbe也可以借助下面的公式進(jìn)行估算：

式中rbb＇為基區(qū)體電阻，對(duì)于低頻小功率管，rbb＇約為200Ω左右。這樣上式可改寫(xiě)為式中VT為溫度的電壓當(dāng)量，前已述及在室溫(3ooK)時(shí)，其值為26mV。應(yīng)當(dāng)注意的是，上式的適用范圍為0.1mA＜IE＜5mA，實(shí)驗(yàn)表明，超越此范圍，將帶來(lái)較大的誤差。幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）四個(gè)參數(shù)均對(duì)交流變化量而言，只能解決交流分量的計(jì)算，不能用于計(jì)算Q。（2）采用此法分析放大電路的步驟是：①確定Q點(diǎn)；

②求出Q點(diǎn)附近的微變等效參數(shù)；

③畫(huà)放大電路的微變等效電路；

④求解AV、Ri、Ro。二、用H參數(shù)小信號(hào)模型分析共發(fā)射極基本放大電路例題1：原理電路如圖3.19所示

（1）確定Q點(diǎn)（2）求出Q點(diǎn)附近的微變等效參數(shù)

（3）畫(huà)放大電路的微變等效電路

畫(huà)微變等效電路的步驟：①畫(huà)出交流等效電路，將電源和電容器視為短路；

②用BJT的H參數(shù)等效電路代替交流通路中的BJT符號(hào)

③標(biāo)出各支路和節(jié)點(diǎn)之間的電流、電壓關(guān)系

（4）求解Av、Ri、Ro

①求AV

根據(jù)定義：

由圖可得：②計(jì)算輸入電阻Ri

根據(jù)定義：

③計(jì)算輸出電阻R0根據(jù)定義：返回第六節(jié)放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問(wèn)題一、放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q的重要性一個(gè)放大電路的性能與靜態(tài)工作點(diǎn)Q的位置有著十分密切的關(guān)系，而靜態(tài)工作點(diǎn)是由晶體管參數(shù)和放大器偏置電路共同決定的。晶體管是一個(gè)對(duì)溫度非常敏感的器件，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，其參數(shù)會(huì)隨之改變。這樣，放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)將發(fā)生變化，從而引起性能發(fā)生改變。因此，晶體管電路的溫度穩(wěn)定性，是必須重視的問(wèn)題。二、溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響以圖3.23所示共射極電路為例，分析溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響：

（1）當(dāng)溫度升高時(shí)，基極門(mén)限電壓VBE減小。由電路的輸入回路VCC=IBQRb+VBE可知,VBE下降，IB增大，因而IC增加。

（2）當(dāng)溫度升高時(shí)，電流放大系數(shù)β增大，即IC增加。

（3）當(dāng)溫度升高時(shí)，ICEO增大，IC增加。

綜上所述，ICBO、β、VBE隨溫度升高的結(jié)果，都集中表現(xiàn)在靜態(tài)電流IC增加。如果在溫度變化時(shí)，能設(shè)法使IC近似維持恒定，就可解決問(wèn)題。三、采取的措施：（1）針對(duì)ICBO的影響，設(shè)法使基極電流IB隨溫度的升高而自動(dòng)減小?；鶚O電壓采用固定分壓式。

（2）針對(duì)VBE的影響，設(shè)法使發(fā)射結(jié)的外加電壓隨溫度的增加而自動(dòng)減小。發(fā)射極加接Re。電路圖3.24所示。

當(dāng)滿(mǎn)足以下條件時(shí):I1>>IbVB>>VBE

其穩(wěn)定過(guò)程如下：

實(shí)際情況下，為了使圖3.24所示電路的Q點(diǎn)穩(wěn)定，可以按以下要求選取I1和VB值。

由于Re的存在，使Vi不能全加在be兩端，造成了AV下降。解決的方法是，在Re旁邊并聯(lián)一個(gè)大電容Ce--旁路電容，從交流通路看，它接近短路，而不對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)產(chǎn)生影響。（1）靜態(tài)分析（確定Q點(diǎn)）

電路如圖3.24所示

利用上式可以分別求出Q點(diǎn)的IC、IB及VCE。

（2）求電壓增益

畫(huà)H參數(shù)等效電路如圖3.25所示由此電路可得：

（3）求輸入和輸出電阻

求輸入電阻的交流等效電路如圖3.26所示。求輸出電阻的交流等效電路如圖3.27所示。若考慮BJT的rce，則求r0的交流等效電路如右圖所示。由圖可知，Ib不為零，即Ro與輸入回路有關(guān)。因此

由輸入回路可得：由輸出回路可得：聯(lián)立上述兩式并考慮到rce>>Re可以解得：返回第七節(jié)共集電極電路共集放大原理電路如圖3.28所示。輸入信號(hào)從基極輸入，發(fā)射極輸出，故又稱(chēng)射極輸出器。

一、電路分析(2)求電壓增益

射極輸出器的H參數(shù)等效電路如圖3.29所示，上述分析表明：共集電路有電流放大但無(wú)電壓放大，AV約為１，輸出電壓和輸入電壓同相。(3)輸入電阻

注意：這里把RL'從輸出回路折合到基極輸入回路，即從大電流支路折合到小電流支路時(shí)，要擴(kuò)大了(1+β)倍。(4)輸出電阻

求輸出電阻時(shí)，VS短路，從Re看進(jìn)去(不含RL)，可以先把Re斷開(kāi)先求Ro'，則Ro=Re||Ro'。

注意：把輸入回路（Rs'+rbe）折合到輸出回路，縮?。?(1+β)倍，再和Re并聯(lián)。二、共集放大電路小結(jié)(1)有電流放大，無(wú)電壓放大作用；(2)輸入電壓極性和輸出電壓極性相位相同；(3)輸入電阻大而輸出電阻小。輸入電阻大可使流過(guò)信號(hào)源電流小；輸出電阻小，即帶負(fù)載能力大。常用于放大電流的輸入級(jí)和輸出級(jí)。由三極管構(gòu)成的還有一種共基放大電路，該電路具有電壓放大，沒(méi)有電流放大，輸入阻抗低，輸出阻抗高的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于高頻放大。有關(guān)共射、共集、共基三種基本放大電路的比較請(qǐng)見(jiàn)課本P114~115的表3.6.1返回第八節(jié)放大電路的頻率響應(yīng)概述上面對(duì)放大電路的分析過(guò)程中，都只是考慮其基本的性能。在實(shí)際的放大電路中總是存在一些電抗性元件，如電感、電子器件的極間電容以及接線(xiàn)電容與接線(xiàn)電感等。因此，放大電路的輸出和輸人之間的關(guān)系必然和信號(hào)頻率有關(guān)。放大電路的頻率響應(yīng)所指的是，在輸入正弦信號(hào)情況下，輸出隨頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。

若考慮電抗性元件的作用和信號(hào)角頻率變量，則放大電路的電壓增益可表達(dá)為：式中ω為信號(hào)的角頻率,Av(ω)表示電壓增益的模與角頻率之間的關(guān)系，稱(chēng)為幅頻響應(yīng)。而φ(ω)表示放大電路輸出與輸人正弦電壓信號(hào)的相位差與角頻率之間的關(guān)系，稱(chēng)為相頻響應(yīng)，二者綜合起來(lái)可全面表征放大電路的頻率響應(yīng)。

圖3.32是一個(gè)普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)。

圖中間一段是平坦的，即增益保持常數(shù)60dB，稱(chēng)為中頻區(qū)。在20Hz和20kHz兩點(diǎn)增益分別下降3dB，而在低于20Hz和高于20kHz的兩個(gè)區(qū)域，增益隨頻率遠(yuǎn)離這兩點(diǎn)而下降。

在輸入信號(hào)幅值保持不變條件下，增益下降3dB的頻率點(diǎn)，其輸出功率約等于中頻區(qū)輸出功率的一半,通常稱(chēng)為半功率點(diǎn)。一般把幅頻響應(yīng)的高、低兩個(gè)半功率點(diǎn)間的頻率差定義為放大電路的帶寬，即BW=fH-fL式中，fH是頻率響應(yīng)的高端半功率點(diǎn)，也稱(chēng)為上限頻率，而fL則稱(chēng)為下限頻率。由于通常有Fl<<fH的關(guān)系，故有BW≈fH。

有些放大電路的頻率響應(yīng)，中頻區(qū)平坦部分一直延伸到直流，可以認(rèn)為它是上圖的一種特殊情況，即下限頻率為零。這種放大電路稱(chēng)為直流(直接耦合)放大電路?，F(xiàn)代模擬集成電路大多采用直接耦合進(jìn)行放大。返回本章小結(jié)

1、BJT的結(jié)構(gòu)、特性參數(shù)、選用常識(shí)；

2、由BJT組成的3種電路形式及其特點(diǎn)；

3、放大電路的分析方法：圖解法和小信號(hào)模型分析法；

4、放大電路工作點(diǎn)不穩(wěn)定的原因及穩(wěn)定工作點(diǎn)的方法；

5、放大電路頻率響應(yīng)的基本概念。返回

附錄資料：不需要的可以自行刪除建筑基本識(shí)圖知識(shí)平法圖（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工圖或簡(jiǎn)稱(chēng)結(jié)構(gòu)施工圖）（一）、梁的表示方法1、梁的集中標(biāo)注（表達(dá)梁的通用數(shù)值）（1）梁編號(hào)標(biāo)注①KL——表示框架梁例：KL1（4）——表示框架梁第1號(hào)，4跨，無(wú)懸挑；若是“框架梁帶懸挑端”，則表示為：KL4（3A）——表示框架梁第4號(hào)，3跨，一端有懸挑，KL4（3B）——表示框架梁第4號(hào)，3跨，兩端有懸挑。其中A表示一端有懸挑、B表示兩端有懸挑。②WKL——表示屋面框架梁例：WKL1（4）——表示屋面框架梁第1號(hào)，4跨，無(wú)懸挑③KZL——表示框支梁例：KZL1（1）——表示框支梁第1號(hào)，1跨，無(wú)懸挑④L——表示非框架梁例：L3（2）——表示非框架梁第3號(hào)，2跨，無(wú)懸挑⑤XL——表示純懸挑梁例：XL1——表示純懸挑梁第1號(hào)。（2）、梁的截面尺寸標(biāo)注，舉例如下：①普通梁截面：300×700——表示：截面寬度300㎜、截面高度700㎜；②加腋梁截面：350×700Y500×250——表示：截面寬度350㎜、截面高度700㎜、腋長(zhǎng)500㎜、腋高250㎜。③純懸挑梁截面：300×700/500——表示：梁根部截面高度700㎜、端部截面高度500㎜。④框架梁帶懸挑端截面：在懸挑端進(jìn)行原位標(biāo)注“300×700/500”。（3）、梁箍筋標(biāo)注，舉例如下：①Φ10＠100/200（2）——表示：箍筋為HPB235鋼筋，直徑為Φ10，非加密區(qū)間距為100，加密區(qū)間距為200，均為2肢箍。②Φ10＠150/（2）——表示：箍筋為HPB235鋼筋，直徑為Φ10，2肢箍，間距為150，不分加密區(qū)與非加密區(qū)。③Φ8＠100（4）/150（2）——表示：箍筋為HPB235鋼筋，直徑為Φ8，加密區(qū)間距為100，4肢箍，非加密區(qū)間距為150，2肢箍。④13Φ10＠150/200（4）——表示：箍筋為HPB235鋼筋，直徑為Φ10，梁的兩端各有13個(gè)4肢箍間距為150，梁跨中部分間距為200，4肢箍。⑤18Φ12＠150（4）/200（2）——表示：箍筋為HPB235鋼筋，直徑為Φ12，梁的兩端各有18個(gè)4肢箍間距為150，梁跨中部分間距為200，2肢箍。（4）、梁的上部通長(zhǎng)筋標(biāo)注，舉例如下：①2Φ25——表示：梁上部通長(zhǎng)筋（用于雙肢箍）。②2Φ25＋2Φ22——表示：梁上部通長(zhǎng)筋（兩種規(guī)格，其中加號(hào)前面的鋼筋放在箍筋角部）。③6Φ254/2——表示：梁上部通長(zhǎng)筋（兩排鋼筋：第一排4根，第二排2根）。④2Φ25＋（4Φ12）——表示：梁上部鋼筋：2Φ25為通長(zhǎng)筋，4Φ12為架立筋，“＋”號(hào)前面的是上部通長(zhǎng)筋。⑤3Φ22；4Φ20——表示：梁上部通長(zhǎng)筋3Φ22，梁下部通長(zhǎng)筋4Φ20。（5）、梁的架立筋標(biāo)注，架立鋼筋是梁上部的縱向構(gòu)造鋼筋，舉例如下：①抗震框架梁KL1的上部縱筋標(biāo)注：2Φ25＋（4Φ12）——表示：2Φ25為上部通長(zhǎng)筋，4Φ12為架立筋。②非抗震框架梁L1的上部縱筋標(biāo)注：2Φ25＋（4Φ12）或（4Φ12）；后者表示：梁上部縱筋的集中標(biāo)注為架立筋（4Φ12），即這根梁上部縱筋集中標(biāo)注全部采用架立筋。注：架立筋是指將箍筋架立起來(lái)所需的貫穿箍筋角部的縱向構(gòu)造鋼筋。架立筋的根數(shù)﹦箍筋的肢數(shù)﹣上部通長(zhǎng)筋的根數(shù)（6）、梁下部通長(zhǎng)筋標(biāo)注：例：3Φ22；4Φ20——表示：梁上部通長(zhǎng)筋3Φ22，梁下部通長(zhǎng)筋4Φ20。（7）、梁側(cè)面構(gòu)造鋼筋標(biāo)注：例：G4Φ12——表示：梁的兩側(cè)共配置4Φ12的縱向構(gòu)造鋼筋，每側(cè)各2Φ12。（8）、梁受扭（或抗扭）鋼筋標(biāo)注：例：N6Φ22——表示：梁的兩側(cè)共配置6Φ22的受扭（或抗扭）鋼筋，每側(cè)各3Φ22。注：“構(gòu)造鋼筋”和“受扭（或抗扭）鋼筋”都是梁的側(cè)面縱向鋼筋，通常稱(chēng)為“腰筋”。（9）、梁頂面標(biāo)高高差標(biāo)注：例：（-0.100）——表示梁頂面比樓板頂面低0.100ｍ。標(biāo)高一律以“ｍ”為單位。2、梁的原位標(biāo)注（表達(dá)梁的特殊數(shù)值，施工時(shí)原位標(biāo)注取值優(yōu)先）（1）、梁支座上部縱筋的原位標(biāo)注：舉例如下：①6Φ254/2——表示：上排縱筋為4Φ25，下排縱筋為2Φ25。②2Φ25＋2Φ22——表示：一排縱筋：2Φ25放在角部，2Φ22放在中間。③9Φ254/3/2——表示：第一排上部縱筋（即緊貼箍筋水平段的上部縱筋）為4Φ25，第二排上部縱筋（即遠(yuǎn)離箍筋水平段的上部縱筋）為3Φ25，第三排上部縱筋為2Φ25。（2）、梁跨中上部縱筋的原位標(biāo)注：舉例如下：①6Φ254/2——表示：上排縱筋為4Φ25，下排縱筋為2Φ25。②2Φ25＋2Φ22——表示：一排縱筋：2Φ25放在角部，2Φ22放在中間。（3）梁跨中下部縱筋的原位標(biāo)注：Ⅰ、梁下部縱筋的原位標(biāo)注：舉例如下：①6Φ252/4——表示：上排縱筋為2Φ25，下排縱筋為4Φ25。②2Φ25＋2Φ22——表示：一排縱筋：2Φ25放在角部，2Φ22放在中間。Ⅱ、梁不伸入支座的下部鋼筋原位標(biāo)注：6Φ252（-2）/4——表示：上排縱筋為2Φ25且不伸入支座，下排鋼筋為4Φ25全部伸入支座。2Φ25＋3Φ22（-3）/5Φ25——表示：上排縱筋為2Φ25和3Φ25，其中3Φ25不伸入支座，下排鋼筋為5Φ25全部伸入支座。Ⅲ、梁側(cè)面構(gòu)造鋼筋的原位標(biāo)注：標(biāo)注格式同集中標(biāo)注時(shí)一樣，但集中標(biāo)注時(shí)為全梁設(shè)置，原位標(biāo)注是為當(dāng)前跨設(shè)置。Ⅳ、梁側(cè)面受扭（或抗扭）鋼筋的原位標(biāo)注：標(biāo)注格式同集中標(biāo)注時(shí)一樣，但集中標(biāo)注時(shí)為全梁設(shè)置，原位標(biāo)注是為當(dāng)前跨設(shè)置。2、柱的注寫(xiě)方式（列表注寫(xiě)方式）（1）、柱編號(hào)柱類(lèi)型代號(hào)序號(hào)框架柱KZ××框支柱KZZ××芯柱XZ××梁上柱LZ××剪力墻上柱QZ××（2）、截面尺寸注寫(xiě)：600×800