02-稳定静态工作点和三种放大电路
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压；在一定条件下有电压跟随作用！ 在一定条件下有电压跟随作用！
陈祥生 xs_chen@126.com
二、基本共基放大电路
1. 静态分析
U BEQ + I EQ Re = VBB I CQ Re + U CEQ − U BEQ = VCC
I EQ =
VBB − U BEQ Re
I BQ =
共射 b c
共集 b e
共基 e c
陈祥生 xs_chen@126.com
讨论二
电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。 电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。
1. 2. 3. 4.
Q为多少？ 为多少？ 为多少 Re有稳定 点的作用吗？ 有稳定Q点的作用吗 点的作用吗？ 电路的交流等效电路？ 电路的交流等效电路？ V 变化时，电压放大倍数如何变化？ 变化时，电压放大倍数如何变化？
' & Uo β RL & Au = =− & Ui rbe
Ri = Rb1 ∥ Rb2 ∥ rbe
Ro = Rc
无旁路电容C 无旁路电容 e时：
& & = Uo Au & Ui & − β I b ( Rc ∥ RL ) = & & I b rbe + I e R e
Ri = Rb1 ∥ Rb2 ∥[rbe + (1 + β ) Re ]
& Uo
+
Uo Uo Ro = = I o I Re + I e = Uo Uo Uo + (1 + β ) Re Rb + rbe
Ro与信号源内阻有关！ 与信号源内阻有关！ 从射极看基极回路电阻， 从射极看基极回路电阻，被减 小到（ 小到（1+β）倍 ）
Rb + rbe = Re ∥ 1+ β
3. 特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电 特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，
陈祥生 xs_chen@126.com
2. 稳定原理
为了稳定Q点 通常 为了稳定 点，通常I1>> IB，即 I1≈ I2；因此
U BQ ≈
R b1 ⋅ V CC R b1 + R b2
基本不随温度变化。 基本不随温度变化。 U BQ − U BEQ I EQ = Re 稳定。 设UBEQ＝ UBE＋∆UBE，若UBQ－ UBE>>∆UBE，则IEQ稳定。
2. 绝缘栅型场效应管
增强型管
大到一定 值才开启
高掺杂 耗尽层
空穴
衬底 SiO2绝缘层 反型层
uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当 增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。 反型层将两个N区相接时 形成导电沟道。 区相接时， 反型层将两个 区相接时，形成导电沟道。
陈祥生 xs_chen@126.com
增强型MOS管uDS对iD的影响
刚出现夹断
Ro = Rc
3. 特点：
输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！ 输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！
陈祥生 xs_chen@126.com
三、三种接法的比较：空载情况下
接法 Au Ai Ri Ro 频带 共射 大 β 中 大 窄 共集 小于1 小于 1＋β ＋ 大 小 中 α 小 大 宽
' β RL =− rbe + (1 + β ) R
e
利?弊? 弊
' RL 若(1 + β ) Re >> rbe，则Au ≈ − Re
陈祥生 xs_chen@126.com
三、稳定静态工作点的方法
• 引入直流负反馈 • 温度补偿：利用对温度敏 温度补偿： 感的元件， 感的元件，在温度变化时 直接影响输入回路。 直接影响输入回路。 • 例如，Rb1或Rb2采用热敏 例如， 电阻。 它们的温度系数 温度系数？ 电阻。 它们的温度系数？
静态工作点的稳定
一、温度对静态工作点的影响 二、静态工作点稳定的典型电路 三、稳定静态工作点的方法
陈祥生 xs_chen@126.com
一、温度对静态工作点的影响
T（ ℃ ）→β↑→ICQ↑ （
Q’
→Q’
ICEO↑ 若UBEQ不变IBQ↑ 不变 若温度升高时要Q’回到Q， 若温度升高时要 回到 ， 则只有减小I 则只有减小 BQ
I BQ =
VBB − U BEQ Rb + (1 + β ) Re
I EQ = (1 + β ) I BQ U CEQ = VCC − I EQ Re
陈祥生 xs_chen@126.com
2. 动态分析：电压放大倍数
& & Uo I e Re & Au = = & & & U i I b ( Rb + rbe ) + I e Re (1 + β ) Re = Rb + rbe + (1 + β ) Re
陈祥生 xs_chen@126.com
讨论二
& Au = −
β ( Rc ∥ RL ) rbe + (1 + β )( Re ∥ rD ∥ R )
改变电压放大倍数
当Re ∥ R＞＞rD时， & ≈ − β ( Rc ∥ RL ) ，V ↑→ r ↓→ A ↑ & Au D u rbe + (1 + β )rD
漏-源电压对漏极电流的影响
uGD>UGS（off） （ ） uGD＝UGS（off） （ ） 预夹断
uGD<UGS（off） （ ）
uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大 增大， （ ）且不变，
。
VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的 的增大， 电阻， 几乎不变，进入恒流区， 电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎 仅仅决定于u 仅仅决定于 GS。
I EQ 1+ β
U CEQ ≈ VCC − I EQ Rc + U BEQ
陈祥生 xs_chen@126.com
2. 动态分析
ห้องสมุดไป่ตู้
& & β Rc I c Rc & = Uo = Au = & & R +I r & Ui Ie e rbe + (1 + β ) Re b be
Ri = Re + rbe 1+ β
陈祥生 xs_chen@126.com
共基 大
讨论一：
图示电路为哪种基本接法的放大电路？ 图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点 有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、 有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和 输出电阻的表达式。 输出电阻的表达式。
接法 输入 输出
Uo＜ Ui 故称之为射 极跟随器
& 若（ ＋β）Re >> Rb + rbe，则 Au ≈ 1，即 U o ≈ U i 。 1
陈祥生 xs_chen@126.com
2. 动态分析：输入电阻的分析
RL
Ui Ui Ri = = = Rb + rbe + (1 + β ) Re Ii Ib
从基极看Re，被增 从基极看 大到（ 大到（1+β）倍 ）
清华大学 华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
陈祥生 xs_chen@126.com
场效应管及其基本放大电路
一、场效应管 二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法 三、场效应管放大电路的动态分析
陈祥生 xs_chen@126.com
一、场效应管（以N沟道为例）
单极型管∶噪声小、抗辐射能力强、低电压工作 噪声小、抗辐射能力强、
T (℃ ) ↑→ I C ↑→ U E ↑→ U BE ↓→ I B ↓→ I C ↓ R b1 ↓→ U B ↓
陈祥生 xs_chen@126.com
讨论一
图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？ 图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？
IS
若采用了措施，则是什么措施？ 若采用了措施，则是什么措施？
陈祥生 xs_chen@126.com
3. Q 点分析
分压式电流负反馈工作点稳定电路
VBB Rb1 = ⋅ VCC Rb1 + Rb2
Rb = Rb1 ∥ Rb2
Rb上静态电压是 否可忽略不计？ 否可忽略不计？
VBB = I BQ Rb + U BEQ + I EQ Re
U BQ Rb1 ≈ ⋅ VCC Rb1 + Rb2 U BQ − U BEQ Re
场效应管工作在恒流区的条件是什么？ 场效应管工作在恒流区的条件是什么？
陈祥生 xs_chen@126.com
转移特性
iD = f (uGS ) U DS =常量
场效应管工作在恒流区，因而 场效应管工作在恒流区，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。 （ ） （ ） uDG＞－UGS（off） ＞－ （ ）
带负载电阻后
Ri = Rb + rbe + (1 + β )( Re // RL )
Ri与负载有关！ 与负载有关！
陈祥生 xs_chen@126.com
2. 动态分析：输出电阻的分析
为零，保留R 在输出端加U 产生I 令Us为零，保留 s，在输出端加 o，产生 o, Ro = U o I o 。
−
1. 结型场效应管
符号
结构示意图 栅极
漏极
导电 沟道
源极
陈祥生 xs_chen@126.com
栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用
UGS（off） （ ）
沟道最宽
沟道变窄
沟道消失 称为夹断
uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么 必须加 可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加 负电压？ 负电压？
陈祥生 xs_chen@126.com
预夹断轨迹， 预夹断轨迹，uGD＝UGS（off） （ ）
iD几乎仅决 定于u 定于 GS
∆iD
低频跨导： 低频跨导：
∆iD gm = ∆uGS
U DS =常量
夹断区（截止区） 夹断区（截止区）
夹断电压
不同型号的管子U （ ） 不同型号的管子 GS（off）、IDSS 将不同。 将不同。
陈祥生 xs_chen@126.com
场效应管有三个极：源极（ ） 栅极（ ）、漏极（ ）， ）、漏极 场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d）， 对应于晶体管的e、 、 ； 三个工作区域：截止区、恒流区、 对应于晶体管的 、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、 可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。 晶体管的截止区 可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。
陈祥生 xs_chen@126.com
Re 的作用
T(℃)↑→IC↑→UE ↑→UBE↓（UB基本不变）→ IB ↓→ IC↓ ℃ （ 基本不变） 关于反馈的一些概念： 关于反馈的一些概念： 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措 施称为反馈。 施称为反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈， 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称 为正反馈。 为正反馈。 IC通过 e转换为 E影响 BE 通过R 转换为∆U 影响U 温度升高I 增大， 温度升高 C增大，反馈的结果使之减小 Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。 起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强， 点越稳定 点越稳定。 Re有上限值吗？ 有上限值吗？
漏极饱 和电流 夹断 电压
uDS＞uGS − U GS(off)
在恒流区时 uGS 2 iD = I DSS (1 − ) U GS(off)
陈祥生 xs_chen@126.com
输出特性
iD = f (uDS ) U GS =常量
IDSS g-s电压控 电压控 制d-s的等 的等 效电阻
可 变 电 阻 区 恒 流 区 击 穿 区
所谓Q点稳定，是指 在温度变化时基本不变， 所谓 点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变， 点稳定 这是靠I 的变化得来的。 这是靠 BQ的变化得来的。
陈祥生 xs_chen@126.com
二、静态工作点稳定的典型电路
1. 电路组成
直流通路？ 直流通路？
Ce为旁路电容，在交流 为旁路电容， 通路中可视为短路
清华大学 华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
陈祥生 xs_chen@126.com
晶体管放大电路的三种接法
一、基本共集放大电路 二、基本共基放大电路 三、三种接法放大电路的比较
陈祥生 xs_chen@126.com
一、基本共集放大电路
1. 静态分析
VBB = I BQ Rb + U BEQ + I EQ Re VCC = U CEQ + I EQ Re
判断方法： 判断方法：Rb1 ∥ Rb2 << (1 + β ) Re ?
I EQ 1+ β
U CEQ = VCC − I CQ Rc − I EQ Re ≈ VCC − I EQ ( Rc + Re )
陈祥生 xs_chen@126.com
I EQ =
I BQ =
4. 动态分析
如何提高电压 放大能力？ 放大能力？
陈祥生 xs_chen@126.com
二、基本共基放大电路
1. 静态分析
U BEQ + I EQ Re = VBB I CQ Re + U CEQ − U BEQ = VCC
I EQ =
VBB − U BEQ Re
I BQ =
共射 b c
共集 b e
共基 e c
陈祥生 xs_chen@126.com
讨论二
电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。 电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。
1. 2. 3. 4.
Q为多少？ 为多少？ 为多少 Re有稳定 点的作用吗？ 有稳定Q点的作用吗 点的作用吗？ 电路的交流等效电路？ 电路的交流等效电路？ V 变化时，电压放大倍数如何变化？ 变化时，电压放大倍数如何变化？
' & Uo β RL & Au = =− & Ui rbe
Ri = Rb1 ∥ Rb2 ∥ rbe
Ro = Rc
无旁路电容C 无旁路电容 e时：
& & = Uo Au & Ui & − β I b ( Rc ∥ RL ) = & & I b rbe + I e R e
Ri = Rb1 ∥ Rb2 ∥[rbe + (1 + β ) Re ]
& Uo
+
Uo Uo Ro = = I o I Re + I e = Uo Uo Uo + (1 + β ) Re Rb + rbe
Ro与信号源内阻有关！ 与信号源内阻有关！ 从射极看基极回路电阻， 从射极看基极回路电阻，被减 小到（ 小到（1+β）倍 ）
Rb + rbe = Re ∥ 1+ β
3. 特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电 特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，
陈祥生 xs_chen@126.com
2. 稳定原理
为了稳定Q点 通常 为了稳定 点，通常I1>> IB，即 I1≈ I2；因此
U BQ ≈
R b1 ⋅ V CC R b1 + R b2
基本不随温度变化。 基本不随温度变化。 U BQ − U BEQ I EQ = Re 稳定。 设UBEQ＝ UBE＋∆UBE，若UBQ－ UBE>>∆UBE，则IEQ稳定。
2. 绝缘栅型场效应管
增强型管
大到一定 值才开启
高掺杂 耗尽层
空穴
衬底 SiO2绝缘层 反型层
uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当 增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。 反型层将两个N区相接时 形成导电沟道。 区相接时， 反型层将两个 区相接时，形成导电沟道。
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增强型MOS管uDS对iD的影响
刚出现夹断
Ro = Rc
3. 特点：
输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！ 输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！
陈祥生 xs_chen@126.com
三、三种接法的比较：空载情况下
接法 Au Ai Ri Ro 频带 共射 大 β 中 大 窄 共集 小于1 小于 1＋β ＋ 大 小 中 α 小 大 宽
' β RL =− rbe + (1 + β ) R
e
利?弊? 弊
' RL 若(1 + β ) Re >> rbe，则Au ≈ − Re
陈祥生 xs_chen@126.com
三、稳定静态工作点的方法
• 引入直流负反馈 • 温度补偿：利用对温度敏 温度补偿： 感的元件， 感的元件，在温度变化时 直接影响输入回路。 直接影响输入回路。 • 例如，Rb1或Rb2采用热敏 例如， 电阻。 它们的温度系数 温度系数？ 电阻。 它们的温度系数？
静态工作点的稳定
一、温度对静态工作点的影响 二、静态工作点稳定的典型电路 三、稳定静态工作点的方法
陈祥生 xs_chen@126.com
一、温度对静态工作点的影响
T（ ℃ ）→β↑→ICQ↑ （
Q’
→Q’
ICEO↑ 若UBEQ不变IBQ↑ 不变 若温度升高时要Q’回到Q， 若温度升高时要 回到 ， 则只有减小I 则只有减小 BQ
I BQ =
VBB − U BEQ Rb + (1 + β ) Re
I EQ = (1 + β ) I BQ U CEQ = VCC − I EQ Re
陈祥生 xs_chen@126.com
2. 动态分析：电压放大倍数
& & Uo I e Re & Au = = & & & U i I b ( Rb + rbe ) + I e Re (1 + β ) Re = Rb + rbe + (1 + β ) Re
陈祥生 xs_chen@126.com
讨论二
& Au = −
β ( Rc ∥ RL ) rbe + (1 + β )( Re ∥ rD ∥ R )
改变电压放大倍数
当Re ∥ R＞＞rD时， & ≈ − β ( Rc ∥ RL ) ，V ↑→ r ↓→ A ↑ & Au D u rbe + (1 + β )rD
漏-源电压对漏极电流的影响
uGD>UGS（off） （ ） uGD＝UGS（off） （ ） 预夹断
uGD<UGS（off） （ ）
uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大 增大， （ ）且不变，
。
VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的 的增大， 电阻， 几乎不变，进入恒流区， 电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎 仅仅决定于u 仅仅决定于 GS。
I EQ 1+ β
U CEQ ≈ VCC − I EQ Rc + U BEQ
陈祥生 xs_chen@126.com
2. 动态分析
ห้องสมุดไป่ตู้
& & β Rc I c Rc & = Uo = Au = & & R +I r & Ui Ie e rbe + (1 + β ) Re b be
Ri = Re + rbe 1+ β
陈祥生 xs_chen@126.com
共基 大
讨论一：
图示电路为哪种基本接法的放大电路？ 图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点 有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、 有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和 输出电阻的表达式。 输出电阻的表达式。
接法 输入 输出
Uo＜ Ui 故称之为射 极跟随器
& 若（ ＋β）Re >> Rb + rbe，则 Au ≈ 1，即 U o ≈ U i 。 1
陈祥生 xs_chen@126.com
2. 动态分析：输入电阻的分析
RL
Ui Ui Ri = = = Rb + rbe + (1 + β ) Re Ii Ib
从基极看Re，被增 从基极看 大到（ 大到（1+β）倍 ）
清华大学 华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
陈祥生 xs_chen@126.com
场效应管及其基本放大电路
一、场效应管 二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法 三、场效应管放大电路的动态分析
陈祥生 xs_chen@126.com
一、场效应管（以N沟道为例）
单极型管∶噪声小、抗辐射能力强、低电压工作 噪声小、抗辐射能力强、
T (℃ ) ↑→ I C ↑→ U E ↑→ U BE ↓→ I B ↓→ I C ↓ R b1 ↓→ U B ↓
陈祥生 xs_chen@126.com
讨论一
图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？ 图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？
IS
若采用了措施，则是什么措施？ 若采用了措施，则是什么措施？
陈祥生 xs_chen@126.com
3. Q 点分析
分压式电流负反馈工作点稳定电路
VBB Rb1 = ⋅ VCC Rb1 + Rb2
Rb = Rb1 ∥ Rb2
Rb上静态电压是 否可忽略不计？ 否可忽略不计？
VBB = I BQ Rb + U BEQ + I EQ Re
U BQ Rb1 ≈ ⋅ VCC Rb1 + Rb2 U BQ − U BEQ Re
场效应管工作在恒流区的条件是什么？ 场效应管工作在恒流区的条件是什么？
陈祥生 xs_chen@126.com
转移特性
iD = f (uGS ) U DS =常量
场效应管工作在恒流区，因而 场效应管工作在恒流区，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。 （ ） （ ） uDG＞－UGS（off） ＞－ （ ）
带负载电阻后
Ri = Rb + rbe + (1 + β )( Re // RL )
Ri与负载有关！ 与负载有关！
陈祥生 xs_chen@126.com
2. 动态分析：输出电阻的分析
为零，保留R 在输出端加U 产生I 令Us为零，保留 s，在输出端加 o，产生 o, Ro = U o I o 。
−
1. 结型场效应管
符号
结构示意图 栅极
漏极
导电 沟道
源极
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栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用
UGS（off） （ ）
沟道最宽
沟道变窄
沟道消失 称为夹断
uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么 必须加 可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加 负电压？ 负电压？
陈祥生 xs_chen@126.com
预夹断轨迹， 预夹断轨迹，uGD＝UGS（off） （ ）
iD几乎仅决 定于u 定于 GS
∆iD
低频跨导： 低频跨导：
∆iD gm = ∆uGS
U DS =常量
夹断区（截止区） 夹断区（截止区）
夹断电压
不同型号的管子U （ ） 不同型号的管子 GS（off）、IDSS 将不同。 将不同。
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场效应管有三个极：源极（ ） 栅极（ ）、漏极（ ）， ）、漏极 场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d）， 对应于晶体管的e、 、 ； 三个工作区域：截止区、恒流区、 对应于晶体管的 、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、 可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。 晶体管的截止区 可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。
陈祥生 xs_chen@126.com
Re 的作用
T(℃)↑→IC↑→UE ↑→UBE↓（UB基本不变）→ IB ↓→ IC↓ ℃ （ 基本不变） 关于反馈的一些概念： 关于反馈的一些概念： 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措 施称为反馈。 施称为反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈， 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称 为正反馈。 为正反馈。 IC通过 e转换为 E影响 BE 通过R 转换为∆U 影响U 温度升高I 增大， 温度升高 C增大，反馈的结果使之减小 Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。 起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强， 点越稳定 点越稳定。 Re有上限值吗？ 有上限值吗？
漏极饱 和电流 夹断 电压
uDS＞uGS − U GS(off)
在恒流区时 uGS 2 iD = I DSS (1 − ) U GS(off)
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输出特性
iD = f (uDS ) U GS =常量
IDSS g-s电压控 电压控 制d-s的等 的等 效电阻
可 变 电 阻 区 恒 流 区 击 穿 区
所谓Q点稳定，是指 在温度变化时基本不变， 所谓 点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变， 点稳定 这是靠I 的变化得来的。 这是靠 BQ的变化得来的。
陈祥生 xs_chen@126.com
二、静态工作点稳定的典型电路
1. 电路组成
直流通路？ 直流通路？
Ce为旁路电容，在交流 为旁路电容， 通路中可视为短路
清华大学 华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
陈祥生 xs_chen@126.com
晶体管放大电路的三种接法
一、基本共集放大电路 二、基本共基放大电路 三、三种接法放大电路的比较
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一、基本共集放大电路
1. 静态分析
VBB = I BQ Rb + U BEQ + I EQ Re VCC = U CEQ + I EQ Re
判断方法： 判断方法：Rb1 ∥ Rb2 << (1 + β ) Re ?
I EQ 1+ β
U CEQ = VCC − I CQ Rc − I EQ Re ≈ VCC − I EQ ( Rc + Re )
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I EQ =
I BQ =
4. 动态分析
如何提高电压 放大能力？ 放大能力？