1、第四章 半导体三极管及放大电路基础,半导体BJT 共射极放大电路 图解分析法 小信号模型分析法 放大电路的工作点稳定问题 共集电极电路和共基极电路,4.3 图解分析法,对放大电路的分析可采用静态和动态两种情况来分析。,静态：在交流输入信号ui=0时，放大电路只在直流电源作用下的工作状态，也称直流工作状态，此时信号只含有直流分量。,动态：在交流输入信号ui0时，放大电路的工作状态，此时直流电源由于内阻很小，被视为短路，信号只考虑交流信号。,通常信号都含有直流分量与交流分量，也就是说信号是直流信号与交流信号的叠加。,直流量：用大写字母大写下标表示，如IB,交流量：用小写字母小写下标表示，如ib,交
2、直流叠加量：用小写字母大写下标表示，如iB,4.3.1 共射极放大电路的静态分析,1.用放大电路的直流通路确定静态值（估算法）,根据电流放大作用,由KVL: UCC = IC RC+ UCE,所以 UCE = UCC IC RC,IB、IC、UCE,静态工作点Q,(IB、UBE) 和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的静态工作点Q。,例1：,已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。,解：,例2：计算图示电路的静态工作点。,由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。,由KVL可得：,由KVL可得：,2. 用图解法确定静态值,直流负载线斜率,直流负
3、载线,由IB确定的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点,步骤：（1） 用估算法确定IB,（2） 由输出特性确定IC 和UCC,直流负载线方程,例: 已知UCC=12V,RC=4k,RB=300k。（1）作直流负载线（2）求静态值,6,uCE/V,iC/mA,0,IB=0,IB=20uA,IB=40uA,IB=60uA,IB=80uA,3,3,9,1,2,解：（1）直流负载线方程,UCE = UCC IC RC= 12-4000IC,IC=0，UCE=12,UCE=0，IC=3mA,（2）,IC=1.5mA UCE=6V,4.3.2 共射极放大电路的动态分析,当电路只在交流信号ui作用下工作时
4、，可用电路的交流通路来分析。,耦合电容C1 、C2 具有隔直通交作用，对交流信号相当于短路。,忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,电路在交流信号ui作用下产生交流ib、ic、ube、uce。,1. 放大电路在交直流信号作用下的工作情况,？,ui,ib,UCC,ic,uce,iB=IB+ib,iC=iB=IC+ic,uBE=UBE+ui,uCE=UCC-iCR C=UCC-(IC+ic)RC=UCE-icRC,UCE = UCC IC RC,由于C2的隔直通交作用，则输出电压为：,uo=-icRC,“-”表示相位与输入电压相位相反,ui,RL=,由uo和ui的峰值（或峰
5、峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。,Q1Q2被称为动态工作范围,动态工作情况的图解分析法,通过图解分析，可得如下结论：1. ui=0时，晶体管各电极的电流、电压都是直流分量，而ui0时，晶体管各电极的电流、电压都是交直流分量的叠加；2. 信号传输过程：ui uBE iB iC uCE uo ；3. uo与ui相位相反，即共发射极电路具有反相作用；4. uo幅值比ui幅值大得多，且同为正弦波电压，体现了放大作用。,2. 交流负载线,输出端接负载时，放大电路的 交流通路如图所示。,放大电路的交流负载电阻为：,由直流通路决定的斜率为-1/RC 的负载线称为直流负载线。,由交流通路决定的斜率为-1
6、/RL 的负载线称为交流负载线。,交流负载线,如何得到交流负载线？,（3） 由输出特性曲线和直流负载线确定Q,（1） 用估算法确定IB,（2） 确定直流负载线,（4） 过Q点作斜率为-1/RL的直线即为交流负载线,直流负载线,3. 非线性失真,对放大电路的基本要求就是输出信号尽可能不失真。如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。,若Q设置过低，晶体管进入截止区工作，iB、iC负半周和uCE正半周被削平，造成截止失真。,适当增大基极电流可消除失真。,Q,uCE/V,t,t,iB/A,t,iC/mA,iB/A,uBE/V,t,uBE/V,iC/mA,uCE/V,O,O,O
7、,O,O,O,Q,Q,uCE/V,t,t,iB/A,t,iC/mA,iB/A,uBE/V,t,uBE/V,iC/mA,uCE/V,O,O,O,O,O,O,Q,ui,若Q设置过高，晶体管进入饱和区工作，iB可以不失真，但iC正半周和uCE负半周被削平，造成饱和失真。,适当减小基极电流可消除失真。,如果Q设置合适，但信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。,静态：只考虑直流信号，即ui=0,直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路,交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流电源对公共端短路,放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态
8、，正确地区分直流通道和交流通道。,动态：只考虑交流信号，即ui不为0,总结：,(1) 正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。 (2) 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。 (3) 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。,对晶体管：,4.4 小信号模型分析法,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。如果放大电路的输入信号电压比较小，就可以把BJT小范围内的特性曲线近似用直线来代替，从而把BJT这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理，从而简化放大电路的分析和设计，这就是小信号模型分析法，也称微变等效电路法。,1.微变等效电路法
9、的概念,把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。,线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。,2. 晶体管的H参数及小信号等效电路,BJT双口网络,BJT的三个电极在电路中可连接成一个双口网络，如右图共射极连接。若以iB、vCE为自变量，vBE、iC为因变量，则由BJT输入特性和输出特性曲线可知：,输入端口,输出端口,小信号模型是指晶体管在小信号（微变量）情况下工作，这时要考虑的是电压、电流之间的微变关系，故对上两式取全微分，得：,式中：dmN-mN中的变化量,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoe
10、vce,输出端交流短路时的输入电阻，单位，也常用rbe表示；,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数，无量纲；,输入端交流开路时的反向电压传输比，无量纲；,输入端交流开路时的输出电导，单位S，也可用1/rce。,上述四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,由,得晶体三极管BJT的H参数小信号模型为：,（1） H参数小信号模型, H参数是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H参数只适合对交流信号的分析。,受控电压源,受控电流源,（2）小信号模型的简化及参数确定,hr
11、e和hoe很小，故一般可忽略它们的影响，得到简化电路, ib 是受控源 ，电流方向与ib的方向是关联的。,ib,晶体三极管,微变等效电路,晶体管的微变等效电路,晶体管的B、E之间用rbe等效代替。,晶体管的C、E之间用一受控电流源ic=ib等效代替。,3. 放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。,交流通路,微变等效电路,分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。,4. 电压放大倍数的计算,当放大电路输出端开路(未接RL)时，,因rbe与IE有关，故放大倍数与静态 IE有关。,负载电阻愈小，放大倍数愈小。,式中的
12、负号表示输出电压的相位与输入相反。,例1：,电压放大倍数,例2：,由例1、例2可知，当电路不同时，计算电压放大倍数 Au 的公式也不同。要根据微变等效电路找出 ui与ib的关系、 uo与ic 的关系。,例3：,已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5， RL=4k，试求电压放大倍数Au。,解：,5. 放大电路输入电阻的计算,放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。,定义：,输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。,通常希望放大电路的输入电阻能高一些，一方面减少信号源的负担，增大放大
13、电路的输入电压；另一方面提高前级放大电路的电压放大倍数。,例1：,6. 放大电路输出电阻的计算,放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。,定义：,输出电阻是动态电阻，与负载无关。,输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。,共射极放大电路特点： 1. 放大倍数高; 2. 输入电阻低; 3. 输出电阻高.,求ro的步骤： 1) 断开负载RL 2) 短接电压源,3) 外加电压,4) 求,外加,例3：,外加,例4：,放大电路分析步骤 画直流通路，计算静态工作点Q 计算 rbe 画交流通路 画微变等效电路 计算电压放大倍数Au 计算输入电阻Ri 计算输出电阻Ro,
