《模擬電子線路》第3章中文講義

第三章

半導(dǎo)體三極管及其基本放大電路

§3.0引言

20世紀(jì)40年代,由Bardeen,Brattain和Schockley在貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的硅晶體管,在20世紀(jì)50年代和60年代掀起了第一次電子革命.這項(xiàng)成果導(dǎo)致了1958年集成電路的開(kāi)發(fā)及在電子電路中應(yīng)用廣泛的晶體管運(yùn)算放大器的產(chǎn)生.本章介紹的三極管屬于雙極型器件,是兩類(lèi)晶體管中的第一種類(lèi)型.下面將詳細(xì)討論其物理結(jié)構(gòu)、工作原理及其在放大電路中的應(yīng)用.§3.1雙極型晶體管

(BipolarJunctionTransistor)一、結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、符號(hào)PNPebc發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)(發(fā)射結(jié))JeJc

(集電結(jié))

bec圖

3.1becJc

(集電結(jié))

NPNebc(發(fā)射結(jié))Je發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)§3.1BJT圖

3.2幾種BJT的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn):1、基區(qū)很薄(10－6m),且輕摻雜(1015cm－3);2、發(fā)射區(qū)重?fù)诫s(1019cm－3);3、集電區(qū)面積大,且摻雜較輕(1017cm－3).

BJT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是決定其能進(jìn)行信號(hào)放大的內(nèi)部物質(zhì)基礎(chǔ).§3.1BJT二、BJT的電流分配與電流放大作用1、BJT內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程─見(jiàn)圖3.3所示.BJT放大所必須具備的外部條件是:Je正偏,Jc反偏.①發(fā)射區(qū)發(fā)射電子,形成射極電流IE;②電子在基區(qū)復(fù)合,形成基極電流IB;③集電區(qū)收集電子,形成集電極電流IC.IE=IC+IB≈(1+β)IB(3—1)IC=βIB+ICEO≈βIB(3—2)IC=αIE+ICBO≈αIE(3—3)§3.1BJTIB=IEp+(IEn－ICn1)－ICBOIC=ICn1+ICn2+ICp=ICn1+ICBOICBO+VBB－RBRC+VCC－NPNECBJeIEnIcn1Icn2IcpICBOJcIEpIBIEIC圖

3.3IE=IC+IB

IE=IEp+IEnIC

=αIE+ICBO≈αIE

IC=ICn1+ICBOICn1ICα=

≈

(3—4)IEIEIC=α(IB+IC)+ICBOα1IC=IB+ICBO1－α

1－α

§3.1BJTα1IC=IB+ICBO1－α

1－α

αβ=

(3—5)

1－α

1ICEO=ICBO

1－α=(1+β)ICBO(3—6)IC=βIB+ICEO≈βIBIE=IC+IB≈(1+β)IB2.α、β、ICBO、ICEO的物理含義共基極直流電流放大倍數(shù).α＜

1,α→1.ICn1ICα=

≈

IEIE§3.1BJTαβ=

1－αICn1α=

IEIB=IEp+(IEn－ICn1)－ICBO=IE－ICn1－ICBOIC－ICBOICβ=

≈IB－ICBOIBβ共射極直流電流放大倍數(shù).β＞

1.

αβ=

1－αβα=

(3—8)

1+β圖

3.4ICBO受溫度影響較大ceb+

VCC－ICBO(3—7)§3.1BJT+VBE－+

VCB－+

VCC－ICEO圖

3.5ICEO=ICBO+βICBO=(1

+β)ICBO3.電流分配關(guān)系IE=IES(e

－1)≈IES

e(3—9)

VBEVTVBEVTIC=βIBIC=αIE三、BJT的特性曲線§3.1BJT1、輸入特性─共射接法iB=f(vBE

)vCE=CE+vCE－iC+vBE－iBBC(a)vCE≥1V(b)vCE=0VvBE/

V0iB/μA圖

3.6EBCWBNPN(c)

基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)§3.1BJT2、輸出特性─共射接法iC=f(vCE

)iB=C圖

3.7OvBE1vBE2vBE3vBE4vCEVAiCA圖

3.8VCEIC≈Ise1－

(3—10)

VAVBEVT20μA60μAiB=100μA80μA40μA放大區(qū)iC/

mA0vCE/

V飽和區(qū)ICEOV(BR)CEO截止區(qū)擊穿區(qū)054321§3.1BJT(1)放大區(qū)Je正偏,Jc反偏.IC=βIB+ICEO≈βIBVCEIC(b)IC(a)βIC↑IC↓β↓圖

3.9§3.1BJT(2)截止區(qū)Je、Jc均反偏.工程上規(guī)定IB=0(IC=ICEO≈0)以下的區(qū)域稱(chēng)為截止區(qū);嚴(yán)格說(shuō)來(lái),截止區(qū)應(yīng)是IE=0以下的區(qū)域.(IC=ICBO,IB=－ICBO)(3)飽和區(qū)Je、Jc均正偏.

VBE(sat)≈0.7V;VCE(sat)≈0.3V(4)擊穿區(qū)

VCE↑→VCB↑→Jc─雪崩擊穿V(BR)CEO

IB↑→V(BR)CEO↓

IC≠βIBIC＜βIB§3.1BJT四、BJT的主要參數(shù)

1、表征放大能力的參數(shù)ICβ=

IB共射極直流電流放大系數(shù)(hFE).

△iCβ=(3—11)

△iB共射極交流電流放大系數(shù)(hfe).在小信號(hào)條件下,β≈β.

ICα=

IE共基極直流電流放大系數(shù).§3.1BJT共基極直流電流放大系數(shù).

△iCα=(3—12)

△iEαβ=

1－αβα=

(3—14)

1+βαβ=

(3—13)

1－αβα=

1+β2、表征穩(wěn)定性的參數(shù)─極間反向電流ICBO:集電極─基極反向飽和電流.ICEO:集電極─發(fā)射極反向飽和電流.(穿透電流)3、表征安全工作區(qū)域的參數(shù)§3.1BJT(1)集電極最大允許電流ICM(2)集電極最大允許耗散功率PCM(3)反向擊穿電壓VBR(EBO):集電極開(kāi)路時(shí),發(fā)射極─基極間的反向擊穿電壓.VBR(CBO):發(fā)射極開(kāi)路時(shí),集電極─基極間的反向擊穿電壓.VBR(CEO):基極開(kāi)路時(shí),集電極─發(fā)射極間的反向擊穿電壓.VBR(CBO)＞VBR(CEO)V(BR)CEOPCMVCE/

V安全工作區(qū)圖

3.10OIC/

mAICM§3.1BJT4、溫度特性

△VBE/△T=－(2～2.5)mV/oC;△β/(βT)=(0.5～1)%/oC;ICBO(T2)=ICBO(T1)×2T2－T1

105、結(jié)電容

發(fā)射結(jié)電容Cb′e,集電結(jié)電容Cb′c.五、BJT的電路模型1、直流等效電路模型(放大區(qū))§3.1BJT(a)b+

VCC－+VBB－eIERcICRbIBcIB+

VCC－+VBB－c(b)RcICRbbeβIB+VBE－圖

3.11VBB－VBEIB=

RbIC=βIBVCE=VCC－ICRc2、交流小信號(hào)等效電路模型(放大區(qū))§3.1BJT+vCE－iC+vBE－iBbce(a)+hrevce－h(huán)ie1/hoehfeib+vce－ic+vbe－ibbce(b)rbeβib+vce－ic+vbe－ibbce(c)圖

3.12iB=IBQ+

ibvBE=VBEQ+

vbeiC=ICQ+

icvCE=VCEQ+

vcevBE=f1(iB,

vCE)iC=f2(iB,

vCE)vBEvBEvBE=f1(iB,vCE)=f1(IBQ,VCEQ)+ib+vce+…

iBQvCEQVBEQvbe§3.1BJTiCiCiC=f2(iB,vCE)=f2(IBQ,VCEQ)+ib+vce+…

iBQvCEQICQicvBEvBEvbe=

ib+vce=hieib+hrevce≈hieib

iBQvCEQiCiCic=

ib+vce=hfeib+hoevce≈hfeib

iBQvCEQvbeichiehrehfehoeibvce=hie(Ω)

hre

hfehoe(S)

hehiehrehfehoe=rbeμTβ

1/rce==103

Ω

10－3

～10－4

102

10－3

S(3—15)(3—16)(3—17)§3.1BJTierb′e′b′rbb′bee′re′ib

VT(mV)

rbe=rbb′+(1+β)

(3—18)

IEQ(mA)

1iEIES

e

IEQ

==IESe==rb′e′

vBEQvBEVTVTvBEVTvBE=VBEQVBEQVT

rbe=

Vbe·Ib·re′

≈

0

Vbe·Ibrbb′+Ierb′e′·≈

·圖

3.13§3.1BJT六、BJT的基本應(yīng)用1、電流源OiI0v(b)OiviBQvCE(sat)(d)i=I0+v－(a)Rc+VCC－+v=vCE－iCiB(c)圖

3.142、開(kāi)關(guān)圖3.15所示為BJT反相器電路,BJT在截止區(qū)和飽和區(qū)之§3.1BJT間切換.負(fù)載可以是電動(dòng)機(jī),發(fā)光二極管或其他電子設(shè)備.+vBE－VCC+vCE－圖

3.15iCiB負(fù)載vIvO3、放大器§3.2放大器概述放大器(Amplifier)是應(yīng)用最廣泛的一種功能電路.大多數(shù)模擬電子系統(tǒng)都應(yīng)用了不同類(lèi)型的放大電路.一、放大的概念放大器的作用是將輸入信號(hào)進(jìn)行不失真的放大,使輸出信號(hào)強(qiáng)度(功率、電壓或電流)大于輸入信號(hào)強(qiáng)度,且不失真地重現(xiàn)輸入信號(hào)波形.

放大器實(shí)際上是一種能量控制裝置.它利用三極管(或場(chǎng)效應(yīng)管)的放大和控制作用,將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為放大了的交流輸出能量.§3.2放大器概述

DC電壓源信號(hào)源放大器負(fù)載

高信號(hào)功率

CD播放器揚(yáng)聲器

DC功率

低信號(hào)功率圖

3.16來(lái)自特定信源的時(shí)變信號(hào)在能被利用之前常常需要放大.(舉例說(shuō)明)§3.2放大器概述二、放大器的主要性能指標(biāo)+Vo－+Vi－·IiIo信號(hào)源放大器負(fù)載RiRo···+Vs－·RsRL圖

3.171、輸入電阻·ViRi

=

(3—19)

Ii·§3.2放大器概述2、輸出電阻·VTRo=(Vs=0或Is=0)(3—20)

IT···3、增益(放大倍數(shù))VoIoIoVoAV=AI=

AG=

AR=

(3—21)

ViIiViIi·············電壓增益=20lg│AV│dB·電流增益=20lg│AI│dB放大器的四種模型§3.2放大器概述(a)

電壓放大器+AVOVi－·+Vs－RiRL+Vo－RoRs+Vi－····RLAV=AVO

Ro＜＜RL→

AV≈AVO(3—22)

Ro+RL····Ri＞＞Rs(Ri→∞)

Ro＜＜RL(Ro→0)·VoVoViRiAVS=

=

=

AVRi＞＞Rs→

AVS≈AV

(3—23)

VsViVsRs+Ri·········§3.2放大器概述(b)

電流放大器IsRiRLIoRsAISIiIiRo·····Ri＜＜Rs(Ri→0)

Ro＞＞RL(Ro→∞)·

RsIi=IsRi＜＜Rs→

Ii≈Is

(3—25)

Rs+Ri···RoAI=AIS

Ro＞＞RL→

AI≈AIS(3—24)

Ro+RL····§3.2放大器概述(c)

互阻放大器Ri＜＜Rs(Ri→0)Ro＜＜RL(Ro→0)·+Vo－Ro+AROIi－RiRLRsIsIi····(d)

互導(dǎo)放大器Ri＞＞Rs(Ri→∞)Ro＞＞RL(Ro→∞)·+Vs－圖

3.18RiRLRs+Vi－AGSViRo····Io§3.2放大器概述BW

=fH－fL

(3—26)

3dB圖

3.19O20lg│AV│dB3dBfHfLf/Hz帶寬·4、帶寬5、非線性失真系數(shù)

γ=

(3—27)

Vo1∞∑V2ok

k=2§3.2放大器概述三、基本放大器的組成1、三極管的三種基本接法b圖

3.20ebcicibc(a)ieibbeiciece(c)(b)2、基本共發(fā)射極放大器§3.2放大器概述++Cb1RL+vo－T+vs－RcRbVCC+vi－

(a)Cb2Rs+vs－Ce+Cb1ReTRLRb2Rs+vo－RcRb1VCC+vi－

(b)Cb2++圖

3.213、各元件的作用§3.2放大器概述

T:放大電路的核心元件.具有電流放大作用.

直流電源VCC:為三極管提供放大的外部條件;并為放大器提供能量來(lái)源.

基極偏置電阻Rb:為三極管提供合適的基極偏置電流IBQ.集電極負(fù)載電阻Rc:將ic→vce,以實(shí)現(xiàn)電壓放大.同時(shí),Rc也起直流負(fù)載的作用.

耦合電容Cb1、Cb2

:“通交隔直”,一般用電解電容,連接時(shí)注意電容的極性.

負(fù)載電阻RL:放大電路的外接負(fù)載,它可以是耳機(jī)、揚(yáng)聲器或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu),也可以是后級(jí)放大電路的輸入電阻.§3.2放大器概述四、放大器的直流通路和交流通路1、直流通路的畫(huà)法:將電容作開(kāi)路處理,電感作短路處理.2、交流通路的畫(huà)法:將電容及直流電源作短路處理.3、放大器中電壓、電流的符號(hào)規(guī)定名稱(chēng)總電壓或總電流直流量交流量

基本關(guān)系式瞬時(shí)值有效值基極電流iBIBQibIbiB=IBQ+ib集電極電流iCICQicIciC=ICQ+ic基─射電壓vBEVBEQvbeVbevBE=VBEQ+vbe集─射電壓vCEVCEQvceVcevCE=VCEQ+vce表3-1§3.2放大器概述

(a)TRcRbVCCIBQICQ+VCEQ－TRL+vi－ic+vs－Rs+vo－RcRbib

(b)ICQRb2IBQTRcRb1VCCRe+VCEQ－RLT+vi－+vs－Rs+vo－RcRbibicRb=Rb1∥Rb2圖

3.22§3.2放大器概述五、放大器的基本工作情況++Cb1RL+vo－T+vs－RcRbVCC+vi－

(a)Cb2Rs0vitvBEtVBEQiBtIBQiCtICQvCEtVCEQvot0

(b)圖

3.23§3.2放大器概述直流電源VCC提供的功率為:11PD=VCC·iC=VCC(ICQ+Icmsinωt)dωt=VCCICQ

2π2π∫2π0∫2π0加到RC上的功率為:111PL=iC2·RC=(ICQ+Icmsinωt)2RC

dωt=ICQ2RC+Icm2RC2π2π2∫2π0∫2π0加到三極管上的功率為:11PC=vCE·iC=(VCEQ－IcmRCsinωt)(ICQ+Icmsinωt)dωt2π2π

1=VCEQICQ－Icm2RC2∫2π0∫2π0PD=VCCICQ=(VCEQ+ICQRC)ICQ=VCEQICQ+

ICQ2RC=

PL+PCvi=0,PD=PL+PC;vi↑,PC↓

，PL↑.PDPLT§3.3放大器的圖解分析方法圖解分析可以提供對(duì)放大器工作情況的直觀認(rèn)識(shí).一、靜態(tài)分析1、分析目的:確定Q點(diǎn)(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ

)2、分析對(duì)象:直流通路++Cb1RL+vo－T+vs－RcRbVCC+vi－Cb2RsTRcRbVCCIBQICQ+VCEQ－§3.3放大器的圖解分析方法3、分析步驟:VCC=IBRb+

VBEIB=f

(VBE)VCE=CVCC=ICRc+

VCEIC=f(VCE)IB=CIBQVCCRbVCCQOIBVBEVBEQ直流負(fù)載線直流負(fù)載線OVCCVCEQVCEICIBQVCCRcICQ圖

3.24§3.3放大器的圖解分析方法二、動(dòng)態(tài)分析1、分析目的:確定AV、Vom,了解非線性失真.2、分析對(duì)象:交流通路·++Cb1RL+vo－T+vs－RcRbVCC+vi－Cb2RsRLT+vi－+vs－Rs+vo－RcRbibic3、分析步驟:(1)(2)(3)§3.3放大器的圖解分析方法OvCEiCVCCIBQVCCRC交流負(fù)載線ICQVCEQICQRL′1Rc

1

RL′RL′=

RC∥RLAVO＞AVRL→∞,

RL′=

Rc,AVO=AV····iBOQvBEIBQ圖

3.25§3.3放大器的圖解分析方法三、建立Q點(diǎn)的必要性Q′QQ″IBQQ′Q″Q圖

3.26OiBvBEOvCEVCCIBQVCCRcICQVCEQ截止失真飽和失真iC§3.4放大器的等效電路分析法一、靜態(tài)分析1、分析目的:確定Q點(diǎn)(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ

)2、分析對(duì)象:直流通路(a)固定偏置TRcRbVCCIBQICQ+VCEQ－圖

3.27VBB－VBEIBQ=

RbICQ=βIBQVCEQ=VCC－ICQRc§3.4放大器的等效電路分析法圖

3.28(b)分壓偏置ICQIBQRb2TRcRb1VCCRe+VCEQ－ICQ=βIBQVCEQ=VCC－ICQRc－IEQRe≈VCC－ICQ(

Rc+Re)Rb=Rb1∥Rb2VBB－VBEIBQ=

Rb+(1+β)ReRb2VBB=

VCC

Rb1+Rb2+VBB－+VCC－TRcRbReIBQICQ+VCEQ－§3.4放大器的等效電路分析法ICQIBQRb2TRcRb1VCCRe+VCEQ－Rb2VBQ≈

VCC

Rb1+Rb2IBQ=ICQ/βVCEQ≈VCC－ICQ(

Rc+Re)VEQVBQ－VBEICQ≈IEQ==

ReRe若(1+β)Re＞10Rb,可按如下方法確定Q點(diǎn).IBQVBQ→VEQ→IEQ(ICQ)

VCEQ§3.4放大器的等效電路分析法TRcRbVCCIBQICQ+VCEQ－

β↑T↑→VBE↓

→ICQ↑ICBO↑T=300oK,β=100,VBE=0.7V,

ICBO=10－12AIBQ=19.63μA,ICQ=1.96mA,VCEQ=2.08VT↑30oC,β=130,VBE=0.625V,ICBO=8×10－12AIBQ=19.91μA,ICQ=2.59mA,VCEQ=0.82V(c)兩種偏置電路的比較§3.4放大器的等效電路分析法分壓偏置電路最大的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定了Q點(diǎn).

T↑→ICQ(IEQ)↑→VEO↑→VBEQ(VBQ－VEQ)↓ICQ↓

IBO↓IEQICQIBQRb2TRcRb1VCCReVEQVBQI1【例

3.1】電路如圖

3.28所示.設(shè)Rb1=56kΩ,Rb2=12.2kΩ,

Rc=2kΩ,Re=0.4kΩ,VCC=10V,VBE=0.7V,β

=100.(1)試確定Q點(diǎn).(2)當(dāng)β在一定范圍內(nèi)變化時(shí),確定Q點(diǎn)變化范圍.§3.4放大器的等效電路分析法【解】(1)Rb212.2VBQ=

VCC=×10≈1.79V

Rb1+Rb256+12.2ICQ=βIBQ=100×21.6=2.16mAVCEQ=VCC－ICQRc－IEQRe≈4.81VRb=Rb1∥Rb2=56∥12.2≈10kΩVBB－VBE(on)1.79－0.7IBQ==

≈21.6μA

Rb+(1+β)Re10+101×0.4IEQ=(1+β)IBQ=101×21.6=2.18mA上述結(jié)果表明:晶體三極管被偏置在放大區(qū).§3.4放大器的等效電路分析法(2)當(dāng)β變化±50時(shí),可得到以下的結(jié)果:βIBQ(μA)ICQ(mA)IEQ(mA)VCEQ(V)5035.91.801.835.6710021.62.162.184.8115015.52.322.344.40表3-2當(dāng)β變化率為3:1時(shí),集電極電流和集-射電壓的變化率只有1.29:1.射極電阻Re能在β變化時(shí),穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn).【例

3.2】試設(shè)計(jì)一分壓偏置電路,要求ICQ=1mA,VCEQ=4.5V,已知VCC=9V,β=100.§3.4放大器的等效電路分析法實(shí)際情況下,為要使Q點(diǎn)穩(wěn)定,I1愈大于IB以及VB愈大于VBE愈好,但為兼顧其他指標(biāo),對(duì)于硅管,一般可選取I1=(5～10)IBVEQ=0.2VCC或VEQ=(1～3)VIEQICQIBQRb2TRcRb1VCCReVEQVBQI1【解】(1)取

VEQ=0.2VCC=0.2×9=1.8V

則Re=VEQ/IEQ≈VEQ/ICQ=1.8/1=1.8kΩ(2)取I1=10IBQ=10×ICQ/β=0.1mA

則

Rb1+Rb2=VCC/I1=90kΩ§3.4放大器的等效電路分析法Rb2VBQ=

VCC

Rb1+Rb2VBQ=VBE+VEQ=0.7+1.8=2.5V

Rb1+Rb2=90kΩRb2=25kΩRb1=90－Rb2=75kΩ(3)VCEQ≈VCC－ICQ(

Rc+Re)VCC－VCEQ9－4.5Rc=－Re=

－1.8

=2.7kΩ

ICQ1說(shuō)明:除三極管放大電路外,分壓偏置電路還適用于各種場(chǎng)效應(yīng)管放大電路.§3.4放大器的等效電路分析法二、動(dòng)態(tài)分析1、分析目的:確定AV、AI、Ri、Ro.2、分析對(duì)象:交流通路3、分析步驟:(1)(2)(3)·RLT+vi－+vs－Rs+vo－RcRbibic+Vi－Robc+Vs－RLβIbIc+Vo－RcRbIbIirbeIoeRi········Rs圖

3.29·§3.4放大器的等效電路分析法VoAV=Vi···Vo=－Ic(RC∥RL)=－βIbRL′Vi=Ibrbe·····βRL′AV=－

(3—28)

rbe··ViRi

=

Ri=Rb∥rbe≈rbe(3—29)

Ii·VTRo=Ro=Rc

ITVs=0

···(3—30)Ro+VT－cβIbbrbeRsIcRcRbIbITe·····圖

3.30§3.4放大器的等效電路分析法·IoAI=Ii··RoRoIo

=Ic=βIb

Ro+RLRo+RL···RbIb=Ii≈Ii

Rb+rbeRo

AI≈β(3—31)

Ro+RL

·RL=0,

AIN≈β·三、帶射極電阻的共發(fā)射極放大器1、電路結(jié)構(gòu):如圖3.31所示.2、靜態(tài)分析:與圖3.28相似.3、動(dòng)態(tài)分析:§3.4放大器的等效電路分析法RLC2CeRe1TRe2Rb2C1+vs－Rs+vi－+vo－RcRb1VCC(a)TRe1+vs－icRs+vo－RcRb+vi－RLib(b)圖

3.31βIbcRL+Vi－rbe···Ic+Vs－Rs+Vo－RcRbIbIiIobeRiRoRe1(c)Ri′·····§3.4放大器的等效電路分析法βRL′AV=－

(3—32)

rbe+(1+β)Re1··VoAV=Vi··Vo=－Ic(Rc∥RL)=－βIbRL′·······Vi=Ibrbe+IeRe1=Ibrbe+(1+β)Re1Ri=Rb∥Ri′=Rb∥rbe+(1+β)Re1(3—33)·ViRi′==rbe+(1+β)Re1

Ib·Ro≈Rc(3—34)其中:§3.4放大器的等效電路分析法RcRoRo′rbe··Ib+VT－RsRbrceITbceβIbRe1Rs′·Ic··圖

3.32βRe1Ro=Rc∥Ro′=Rc∥rce(1+)

(3—35)rbe+Re1+Rs′VT=(Ic－βIb)rce+(Ib+Ic)Re1·····Re1Ib=－Icrbe+Re1+Rs′··VTβRe1Ro′==rce(1+)

Icrbe+Re1+Rs′··§3.4放大器的等效電路分析法【例

3.3】試確定圖3.33所示電路的AV、Ri、Ro.已知晶體管的參數(shù)如下:VBE=0.7V,β=150,VA=－100V.

【解】(1)靜態(tài)分析Re22kΩCeRe120ΩTRL8.2kΩRc8.2kΩ+vi－CB+vo－Rb156kΩVCC15VCCRb215kΩ圖

3.33Rb=Rb1∥Rb2=56∥15≈11.83kΩRb215

VBQ=

VCC=×15≈3.17V

Rb1+Rb256+15

VBQ－VBE(on)IBQ=

Rb+(1+β)(Re1+Re2)

3.17－0.7

=≈7.8μA

11.83+(1+150)(0.02+2)§3.4放大器的等效電路分析法ICQ=βIBQ=150×7.8×10－3≈1.17mAIEQ=(1+β)

IBQ=151×7.8×10－3≈1.18mA或VEQVBQ－VBE(on)3.17－0.7

ICQ≈IEQ===≈1.22mA

Re1+Re2Re1+Re20.02+2rce≈│VA│/ICQ=100/1.17≈85.47kΩ(81.97kΩ)動(dòng)態(tài)分析VT26rbe=rbb′+(1+β)

=0+(1+150)

≈3.33kΩ(3.22kΩ)IEQ1.18βRL′150×(8.2∥8.2)AV=－=－

≈－96.9(－98.6)rbe+(1+β)Re13.33+(1+150)×0.02

·§3.4放大器的等效電路分析法Ri=Rb∥rbe+(1+β)Re1=11.83∥3.33+(1+150)×0.02≈4.13kΩ(4.1kΩ)Ro≈Rc∥Ro′=8.2∥102.4≈7.59kΩ(7.57kΩ)

βRe1

150×0.02

Ro′≈rce1+=85.47(1+)≈102.4kΩ

rbe+Re1+Rb3.33+0.02+11.83(98.29kΩ)AssumethatVA=∞,then如果假設(shè)VA=∞,則Ro≈Rc=8.2kΩ討論:放大器的增益幾乎與β的變化無(wú)關(guān).表3-3的計(jì)算證明了這一事實(shí).βAV

50－95.8

(－97.2)100－96.5

(－98.3)150－96.9

(－98.6)表3-3§3.5共集電極放大器(射極跟隨器)一、電路結(jié)構(gòu)RL+vo－TReRb2+vs－RsRb1VCC+vi－C1C2VEQRb2IEQTRb1VCCReIBQICQ圖3.34二、靜態(tài)分析VBQ－VBEIBQ=

Rb+(1+β)ReRb2VBQ=

VCC

Rb1+Rb2Rb=Rb1∥Rb2IEQ=(1+β)

IBQVCEQ=VCC－IEQRe§3.5共集電極放大器(射極跟隨器)三、動(dòng)態(tài)分析T+vi－RLie+vs－Rs+vo－ReRbib+Vo－ebβIb·+Vi－RLIi+Vs－RsReRbIbrbecRiRoRi′·····VoAV=Vi···Vo=(Ib+βIb)(Re∥RL)=(1+β)IbRL′····Vi=Ibrbe+Vo···(1+β)RL′AV=

(3—36)

rbe+(1+β)RL′·AV＜1，(1+β)RL′＞＞rbe，AV→1射極跟隨器

··圖3.35§3.5共集電極放大器(射極跟隨器)Ri=Rb∥Ri′=Rb∥［rbe+(1+β)RL′］(3—37)

·ViRi

′==rbe+(1+β)RL′

Ib·VTVT

Ro′==－Ie－(1+β)Ib····VT=－Ib(rbe+Rs′)··

rbe+Rs′

Ro′=

1+βRo=Re∥Ro′

rbe+Rs′=Re∥(3—38)

1+βRo·+VT－rbeeβIbbRsRbIbITcRe···Ro′

Ie·Rs′

圖3.36§3.5共集電極放大器(射極跟隨器)射極跟隨器的特點(diǎn):(1)(2)(3)四、采用復(fù)合管(Darlington)的射極跟隨器1、復(fù)合管的構(gòu)成原則及其特點(diǎn)(1)復(fù)合管可由兩個(gè)或多個(gè)BJT組成,也可由BJT和FET組成;(2)復(fù)合管的類(lèi)型取決于第一只管的類(lèi)型;(3)前、后級(jí)晶體管之間的電流應(yīng)有正常的流通通路.(4)兩管復(fù)合后,其主要優(yōu)點(diǎn)是:β≈β1β2

rbe≈rbe1+β1rbe2(3-39)§3.5共集電極放大器(射極跟隨器)主要缺點(diǎn)是:ICEO≈ICEO2+β2ICEO1

(3-40)ce(b)bT(a)ic≈β1β2

ibT1T2bib(1+β1)ibβ2(1+β1)ibceβ1ibie圖3.37§3.5共集電極放大器(射極跟隨器)圖3.38bTceecT1T2bib(1+β1)ibβ1β2

ibβ1ibieic≈β1β2

ibbTceT1T2bib(1+β1)ibβ1β2

ibceβ1ibieic≈β1β2

ib§3.5共集電極放大器(射極跟隨器)圖3.392、采用復(fù)合管的射極跟隨器eReT1T2bcvivo數(shù)百千歐五、射極跟隨器的用途1、輸入級(jí);2、輸出級(jí);3、中間緩沖級(jí).§3.6共基極放大器圖3.40一、電路結(jié)構(gòu)

(a)

(b)ICQIBQRb2TRcRb1VCCRe+VCEQ－+vs－Rc+vi－CBRLRs+vo－Rb1V