模电第二章-2讲解
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模拟电子技术课件第2章
三极管的结构与类型
结构
由三个半导体组成，包括两个N型和一个P型半导体，中间是基极（b），两侧分别 是集电极（c）和发射极（e）。
类型
NPN和PNP三极管，根据基极和集电极的掺杂类型不同而有所区别。
三极管的电流放大作用
放大原理
当基极输入小信号电流时，集电极输 出大信号电流，实现电流放大作用。
放大倍数
模拟电子技术课件第2章
• 引言 • 半导体基础知识 • 二极管及其特性 • 三极管及其特性 • 放大电路基础 • 结论
01
引言
课程背景
模拟电子技术是电子工程学科的重要 基础，为后续数字电子技术、通信电 子技术等课程提供必要的知识储备。
随着电子技术的快速发展，模拟电子 技术在信号处理、通信、控制等领域 的应用越来越广泛，掌握模拟电子技 术对于电子工程师来说至关重要。
• 讲解了模拟电路中的噪声和失真现象及其抑制方 法。
本章总结
模拟电路的分析方法
包括直流分析、交流分析和瞬态分析。
模拟电路的设计流程
从系统定义、电路设计、仿真验证到版图绘制和制版。
噪声和失真抑制方法
包括减小源噪声、选择合适器件、优化电路结构和采用噪声抑制技 术等。
下章预告
主题：模拟电子技术中的 放大器及其性能分析。
子和空穴，它们的浓度受温度的影响。
03
二极管及其特性
二极管的结构与类型
结构
由一个PN结和两个电极组成，P 型半导体和N型半导体之间有一 个空间电荷层。
类型
硅二极管和锗二极管，根据结构 可分为点接触型、面接触型和平 面型。
二极管的单向导电性
正向导通
当二极管正极接正电压、负极接负电 压时，PN结内的空穴和电子分别向 对方扩散，形成正向电流。
模电课件-第二章-基本放大电路
iB
iC
IBQ
Q
ICQ
uBE UBEQ
Q
uCE UCEQ
二、放大电路的工作原理及波形分析
iB
iC
ib t
ic
Q
t
ib t
ube uBE
假设uBE有一微小的变化
t
uCE怎么变化
uCE
iC
ic t
uce t
uCE的变化沿一 条直线
uce=Ec-icRc
uCE uce相位如何
uce与ui反相！
各点波形
RB RC IC
2. UCE=EC–ICRC 。
EC IC
与输出 特性的
UCE
RC
交点就 是Q点
直流通道
直流 负载线
Q IB
UCE EC
二、交流负载线 ic
uce
uo
ui
RB
RC RL
交流通路
ic 1
uce
RL
其中： RL RL // RC
iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系
设置Q点的原因
iC
+EC
t
RB
RC
C1 iB
iC C2
ui
ui
iB
uC uC
t
uo
uo
t
t
t
通过波形分析，可得如下结论：
1. ui uBE iB iC uCE |-uo|
2. uo与ui相位相反；
三极管的电流 放大作用
这就是基本共射放大电路的工作原理。
总结正常放大电路的特点：
交流（信号）设定直流量 交、直流叠加 放大，隔直 交流
I
U
模电课件第二章-2
iC
iC
交流负载线
0
t0
0
(a)截止失真
t
iB Q
uCE uCE
22
结论
Q点过低→动态工作点进入截止区，出现截止失真 。对NPN管的共射极放大器，发生截止失真时，其 输出电压出现“胖顶”的现象（顶部限幅），
23
iC
iC
iB
Q
0
t0
0
(b)饱和失真
交流负载线 uCE uCE
t
图2―24 Q点不合适产生的非线性失真
6
Ii
RB
RC
UCC Rs
＋
RB
Us －
Io ＋
RC
RL Uo
－
(a)直流通路 习惯用有效值 (b)交流通路
图2―17共射放大器的交、直流通路
7
放大器的分析方法主要有两种： 图解法：在晶体管特性曲线上通过作图确定工作 点及其在信号作用下的相对变化量。（辅助方法）
特点：形象、直观，对理解放大原理、波形关系 及非线性失真有帮助，但对于小信号放大器，用 图解法难以准确地进行定量分析。 等效电路法：利用器件模型进行电路分析的方法。 （主要方法） 特点：运算简便，结果误差小。
其中较小的即为放大器最大不失真输出电压 的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍， 即
Uopp=2Uom
26
非线性失真
当输入某一频率的正弦信号时，其输出波形 中除基波成分之外，还包含有一定数量的谐 波。该失真为非线性失真，饱和与截止失真 属于非线性失真，是由于放大器输入、输出 特性的非线性引起。
34
首先分析输入端的等效电路：
iB
iB
iBma x IBQ iBmin
模电课件第二章2
(3) PN结V- I 特性表达式
iD IS (evD /VT 1)
其中 IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量
iD/mA 1.0
0.5 iD=– IS
–1.0
–0.5
0
0.5
且在常温下（T=300K）
VT
kT q
0.026V
26mV
PN结的伏安特性
1.0 D/V
2.2.3 PN结的反向击穿
当PN结的反向电压
增加到一定数值时，反
iD
向电流突然快速增加，
此现象称为PN结的反向
击穿。
热击穿——不可逆
VBR
O
D
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
2.3 半导体二极管
2.3.1 半导体二极管的结构 2.3.2 二极管的伏安特性 2.3.3 二极管的参数
2.3.1 半导体二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极
• 高电阻 • 很小的反向漂移电流
iD/mA 1.0
0.5
–1.0 –0.5 0 0.5 1.0 D/V
PN结的伏安特性
小结：
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具 有较大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，现高电阻， 具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单 向导电性。
2.2.2 PN结的单向导电性
(c)平面型
往往用于集成电路制造 艺中。PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。
(4) 二极管的代表符号
阳极 a
k 阴极
(d) 代表符号
附
录
半导体二极管图片
附
录
半导体二极管图片
附
iD IS (evD /VT 1)
其中 IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量
iD/mA 1.0
0.5 iD=– IS
–1.0
–0.5
0
0.5
且在常温下（T=300K）
VT
kT q
0.026V
26mV
PN结的伏安特性
1.0 D/V
2.2.3 PN结的反向击穿
当PN结的反向电压
增加到一定数值时，反
iD
向电流突然快速增加，
此现象称为PN结的反向
击穿。
热击穿——不可逆
VBR
O
D
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
2.3 半导体二极管
2.3.1 半导体二极管的结构 2.3.2 二极管的伏安特性 2.3.3 二极管的参数
2.3.1 半导体二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极
• 高电阻 • 很小的反向漂移电流
iD/mA 1.0
0.5
–1.0 –0.5 0 0.5 1.0 D/V
PN结的伏安特性
小结：
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具 有较大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，现高电阻， 具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单 向导电性。
2.2.2 PN结的单向导电性
(c)平面型
往往用于集成电路制造 艺中。PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。
(4) 二极管的代表符号
阳极 a
k 阴极
(d) 代表符号
附
录
半导体二极管图片
附
录
半导体二极管图片
附
模电第二章 基本放大电路
温 T ( C 度 ) I C T ( C I C ) E I C O
T ( C U B ) 不 E I B I C 变
温度T (C) IC ，
若此时I B
，则I
、
CQ
U CEQ在输出特性坐标
系中的位置就可能
基本不变。
2.4 放大电路静态工作点的稳定
一、典型电路
消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β。
例2-1:由于电路参数的改变使静态工作点产生如图所示变化。 试问（1）当Q从Q1移到Q2、 从Q2移到Q3、 从Q3移到Q4时， 分别是电路的哪个参数变化造成的？这些参数是如何变化的？
4mA 3mA 2mA 1mA
40µA
Q3
Q4
30µA 20µA
IB=10µA
2 6 m V
2 6 m V
r b e 2 0 0 ( 1 ) I E Q 2 0 0 ( 1 3 0 ) 1 . 2 m A 8 7 1 . 6 7
R i R b ∥ r b e r b e 8 7 1 . 6 7 R o R c 6 k
2.4 放大电路静态工作点的稳定
温度对Q点的影响
2、放大电路的动态分析（性能指标分析）
（1）放大电路的动态图解分析法
结论: 1. ui uBE iB iC uCE uo
阻容耦合共射放大电路
2、放大电路的动态分析（性能指标分析）
（1）放大电路的动态图解分析法 二、图解分析
结论: 2. uo与ui相位相反；3. 测量电压放大倍数；4. 最大不失 真输出电压Uom （UCEQ －UCES与 VCC－ UCEQ ，取其小者，除以 2 ）。
Q
UBE/V
UBEQ VCC
1、放大电路的静态工作点 （2）图解法确定静态工作点
T ( C U B ) 不 E I B I C 变
温度T (C) IC ，
若此时I B
，则I
、
CQ
U CEQ在输出特性坐标
系中的位置就可能
基本不变。
2.4 放大电路静态工作点的稳定
一、典型电路
消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β。
例2-1:由于电路参数的改变使静态工作点产生如图所示变化。 试问（1）当Q从Q1移到Q2、 从Q2移到Q3、 从Q3移到Q4时， 分别是电路的哪个参数变化造成的？这些参数是如何变化的？
4mA 3mA 2mA 1mA
40µA
Q3
Q4
30µA 20µA
IB=10µA
2 6 m V
2 6 m V
r b e 2 0 0 ( 1 ) I E Q 2 0 0 ( 1 3 0 ) 1 . 2 m A 8 7 1 . 6 7
R i R b ∥ r b e r b e 8 7 1 . 6 7 R o R c 6 k
2.4 放大电路静态工作点的稳定
温度对Q点的影响
2、放大电路的动态分析（性能指标分析）
（1）放大电路的动态图解分析法
结论: 1. ui uBE iB iC uCE uo
阻容耦合共射放大电路
2、放大电路的动态分析（性能指标分析）
（1）放大电路的动态图解分析法 二、图解分析
结论: 2. uo与ui相位相反；3. 测量电压放大倍数；4. 最大不失 真输出电压Uom （UCEQ －UCES与 VCC－ UCEQ ，取其小者，除以 2 ）。
Q
UBE/V
UBEQ VCC
1、放大电路的静态工作点 （2）图解法确定静态工作点
课堂课件2-2“模拟电子技术与实践”第2章三极管预备知识讲解
电流ICN与IB'之比称为共射直流电流放大系数 。
ICNICICBO
IB IBICBO
IC IB
ICIB(1)ICB O IBICEO
IBICBO ,1
IC IB
IE (1)IB
第2章 典型放大电路的分析与制作
2.2 两级电压放大电路的分析
2.2.1 三极管的预备知识
介绍2：三极管的电流放大原理 （4） 三极管的电流放大系数
课堂课件2-2“模拟电子技 术与实践”第2章三极管预
备知识讲解
第2章 典型放大电路的分析与制作 2.2 两级电压放大电路的分析
2.2.1 三极管的预备知识 介绍1：三极管的结构组成 介绍2：三极管的电流放大原理
第2章 典型放大电路的分析与制作
2.2 两级电压放大电路的分析
2.2.1 三极管的预备知识
从内部看：IC
IB
ICNICBO IBNIEPICBOIB
VB
ICBO
B
Rb Vbb
Rc R C
P
Vcc V C C
N I E N I E P
e IE
从外部看： IEICIB
第2章 典型放大电路的分析与制作
2.2 两级电压放大电路的分析
2.2.1 三极管的预备知识
介绍2：三极管的电流放大原理
（4） 三极管的电流放大系数
第2章 典型放大电路的分析与制作
2.2 两级电压放大电路的分析
2.2.1 三极管的预备知识 介绍2：三极管的电流放大原理 （2） 满足放大条件的三种电路
（a）共发放大电路
（b）共集放大电路
（c）共基放大电路
发射极作为公共电极 集电极作为公共电极
基极作为公共电极
模拟电子学基础课件-第二章讲解
由于理想运算放大器Avo→∞，因此由vo=Avo(vP-vn)，可得
vP
vn
vo ห้องสมุดไป่ตู้vo
0
同相放大电路的输出通过负反馈的作用，使vn自动地跟踪vp， 即vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0。这种现象称为虚假短路，简称虚短。
由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的 ip＝in ＝ (vp－vn) / ri ≈0，这种现象称为虚断。
分放大的输入为
v3
v4
(1
2R2 R1
)(v1
v2
)
最终的输出电压为
vo 电压增益为
R4 R3
(v3
v4 )
R4 R3
(1
2R2 R1
)(v1
v2 )
Av
v O
v1 v2
R4 R3
(1
2R2 R1
)
A3差分输 入接法组
成第二级 放大电路
2.4.3 求和电路
根据虚短、虚断和虚地可得：
Av
vo vi
1
图2.3.2 电压跟随器
虽然电压跟随器的电压增益等于1，但它的输入电阻Ri→∞，输 出电阻Ro→0，故它在电路中常作为阻抗变换器或缓冲器。
电压跟随器的作用
可见输出 电压很小
(a)无电压跟随器时
负载上得到的电压
vo
RL Rs RL
vs
1 100
1
vs
0.01vs
可见当负载
有电压跟随器时
变化时，对 输出电压几
模拟电子技术第二章
Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集电极直流电源 VCC = 12 V， 试用图解法确定静态工作点。
解：首先估算 IBQ
IB
Q
VC
CUB Rb
EQ
(12 0.7)mA 40μA
280
做直流负载线，确定 Q 点
根据 UCEQ = VCC – ICQ Rc
iC = 0，uCE = 12 V ； uCE = 0，iC = 4 mA .
模拟电子技术第二章
单击此处添加副标题内容 单击此处输入你的正文，文字是您思想的提炼，为了最终演示 发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。
第２章 基本放大电路
教学时数：１７ 学时 重点与难点： 1、晶体管放大器和场效应管放大器的 静态分析和动态分析方法（图解分析法
和微变等效电路分析法）。 2、晶体三极管放大电路三种组态的电
2.1 放大的概念和电路主要指标
2.1.1 放大的概念
电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大 的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。
电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表 示，如图：
ui
Au
uo
放大电路放大的本质是能量的控制和转换。
放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下 放大才有意义。
给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰 值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。
七、最大输出功率与效率
输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。
Pom ：效率 PV PV：直流电源消耗的功率
10
2.2 基本共射放大电路的工作原理
2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件作用
iC / mA
解：首先估算 IBQ
IB
Q
VC
CUB Rb
EQ
(12 0.7)mA 40μA
280
做直流负载线，确定 Q 点
根据 UCEQ = VCC – ICQ Rc
iC = 0，uCE = 12 V ； uCE = 0，iC = 4 mA .
模拟电子技术第二章
单击此处添加副标题内容 单击此处输入你的正文，文字是您思想的提炼，为了最终演示 发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。
第２章 基本放大电路
教学时数：１７ 学时 重点与难点： 1、晶体管放大器和场效应管放大器的 静态分析和动态分析方法（图解分析法
和微变等效电路分析法）。 2、晶体三极管放大电路三种组态的电
2.1 放大的概念和电路主要指标
2.1.1 放大的概念
电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大 的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。
电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表 示，如图：
ui
Au
uo
放大电路放大的本质是能量的控制和转换。
放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下 放大才有意义。
给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰 值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。
七、最大输出功率与效率
输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。
Pom ：效率 PV PV：直流电源消耗的功率
10
2.2 基本共射放大电路的工作原理
2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件作用
iC / mA
模拟电子技术基础第二章PPT课件
Ui Ii
Rb rbe
阻容耦合共射放大电路的动态分析
A uU U o i Ic(IR bcr∥ beRL)rb RL e '
A usU U o s U U si U U o i RsR iRi A u
Ri Rb∥ rberbe Ro Rc
讨论四：基本共射放大电路的静态分析
80
rbb' 200
在低频、小信号作用下的关系式
duBE
uBE iB
di UCE B
uBE uCE
IB duCE
diC
iC iB
di UCE B
iC uCE
IB duCE
电阻
无量纲
Ube h11Ib h12Uce
Ic
h21Ib h22Uce
无量纲
电导
交流等效模型（按式子画模型）
h参数的物理意义
h11uiBBE UCE rbe
若 (1 )R e＞ R b ， ＞ U B 则 QR b 1 R b 1 R b2 V CC
4. 动态分析
2. 信号源与放大电路不“共地”
共地，且要使信号 驮载在静态之上
静态时，UBEQURb1
动态时，b-e间电压是uI与 Rb1上的电压之和。
两种实用放大电路
阻容耦合放大电路
－＋
UBEQ
＋－
UCEQ
C1、C2为耦合电容！
耦合电容的容量应足够 大，即对于交流信号近似 为短路。其作用是“隔离 直流、通过交流”。
Ui
Ri
Ri Rs
Us
可以看出，Ri越大，放大电路从信号源中索取的输入 电压Ui越接近信号源电压Us!
UO
RL RO RL
UO'
模电课件第二章PPT课件
例如：3DG6(NPN)， U(BR)CBO =115V， U(BR)CEO =60V，U(BR)EBO=8V。
2 集电极最大允许电流ICM ICM一般指β下降到正常值的2/3时所对应的
集电极电流。当iC >ICM时，虽然管子不致于损坏， 但β值已经明显减小。
第27页/共71页
3 集电极最大允许耗散功率PCM ※ PCM 表示集电极上允许损耗功率的最大
1.三区(发射区、基区、集电区)二结（发射结、 集电结） 2.分类：PNP型、NPN型 3.双极型晶体管具有放大作用的结构条件： ①N+、P（发射区相对于基区重掺杂）②基 区薄③集电结的面积大 4.管子符号的箭头方向为发射结正偏的方向
第4页/共71页
2-1-1 放大状态下晶体管中载流子的传输过程
IC
ICQ
＋
分析：
IBQ RB 270k UBB 6V
3k UCEQ
12V
－
RC 当UBB从0~0.7V之间时， 两个结都反偏，管子进入
UCC 截止区。IBQ=ICQ≈0。 UCEQ≈UCC。
(a) 电路
第38页/共71页
ICQ
IBQ RB 270k UBB 6V
＋
3k UCEQ
12V
RC UCC
－
(a) 电路
四、晶体管的极限参数
1 击穿电压 U(BR)CBO指发射极开路时，集电极—基极间的
反向击穿电压。 U(BR)CEO指基极开路时，集电极—发射极间的
反向击穿电压。 U(BR)CEO < U(BR)CBO。
第26页/共71页
U(BR)EBO指集电极开路时，发射极—基极间的 反向击穿电压。普通晶体管该电压值比较小，只 有几伏。
2 集电极最大允许电流ICM ICM一般指β下降到正常值的2/3时所对应的
集电极电流。当iC >ICM时，虽然管子不致于损坏， 但β值已经明显减小。
第27页/共71页
3 集电极最大允许耗散功率PCM ※ PCM 表示集电极上允许损耗功率的最大
1.三区(发射区、基区、集电区)二结（发射结、 集电结） 2.分类：PNP型、NPN型 3.双极型晶体管具有放大作用的结构条件： ①N+、P（发射区相对于基区重掺杂）②基 区薄③集电结的面积大 4.管子符号的箭头方向为发射结正偏的方向
第4页/共71页
2-1-1 放大状态下晶体管中载流子的传输过程
IC
ICQ
＋
分析：
IBQ RB 270k UBB 6V
3k UCEQ
12V
－
RC 当UBB从0~0.7V之间时， 两个结都反偏，管子进入
UCC 截止区。IBQ=ICQ≈0。 UCEQ≈UCC。
(a) 电路
第38页/共71页
ICQ
IBQ RB 270k UBB 6V
＋
3k UCEQ
12V
RC UCC
－
(a) 电路
四、晶体管的极限参数
1 击穿电压 U(BR)CBO指发射极开路时，集电极—基极间的
反向击穿电压。 U(BR)CEO指基极开路时，集电极—发射极间的
反向击穿电压。 U(BR)CEO < U(BR)CBO。
第26页/共71页
U(BR)EBO指集电极开路时，发射极—基极间的 反向击穿电压。普通晶体管该电压值比较小，只 有几伏。
模电李震梅第二章
b
P
b
三极管内部结构
和外部所加电源
N
不具备
放大作用
的极性来保证。
e
e
三极管中的两个 PN 结
第2章 双极型三极管及其放大电路
1.实验及测量 三极管电流放大的实验电路如图所示，把三极管 接成两个回路：基极回路和集电极回路。
第2章 双极型三极管及其放大电路
改变可变电阻Rb，则基极电流IB、集电极电流IC和 发射极电流IE都发生变化。测量结果如下表所示。
第2章 双极型三极管及其放大电路
2.载流子的运动
(1)发射区向基区 扩散电子
cIC
ICBO ICn
(2)电子在基区
IB
的扩散和复合
b
(3)集电区收集从 Rb IBn
发射区扩散过来的电子
e
e
IEp IEn
Rc
动画
第2章 双极型三极管及其放大电路
3.三极管的电流分配关系
集电极的电流为IC IC=ICn+ICBO
2）再比较三个电压的大小，来确定是NPN型 或 PNP型管 。
第2章 双极型三极管及其放大电路
[例] 2.1.3若测得放大电路中的两个三极管各极电位分别如 下，试判断它们是NPN型管还是PNP型管，是硅管还是锗管并 确定每管的b，c，e电极。
(1)Ul＝8V，U2＝2V，U3＝2.7V；
(2)Ul＝ 2V，U2＝ 5V，U3＝ 2.3V。
三极管的伏安特性曲线是指三极管各电极电压与电流
之间的关系曲线，它是分析放大电路的重要依据。
1.输入特性
iB=f(uBE) uCE=常数
iB/μA
uCE=0V uCE=2V uCE=5V
模电第二章课件
交流输出电压和输入电压相位差是180，表明共发放大器具有倒相作用，为 反向放大器
3 . 静态工作点的选择与波形失真
图2.9 工作点的设置与波形失真 （a）工作点偏低，截止失真图
工作点偏低时，工作范围有一部分已进入截止区,使iC 、uCE的波形出 现失真，称为截止失真。
工作点偏高时，工作范围有一部分已进入饱和区，使iC、uCE的波形出现 失真。称饱和失真。
2.2.1 共发放大器的工作原理
2.2.2 分析方法
2.2.3 温度对工作点的影响与分压式偏置电路
2.2.1 共发放大器的工作原理
输入回路和输出回路共用发射极。 直流电源VBB、VCC和偏置电阻RB、RC给三极管提供一定的直流偏置 电压(UBEQ、UCEQ) 和电流(IBQ、ICQ)。交流输入信号ui经C1耦合，由于对 信号频率短路，C1上仅有直流电压UBEQ，所以发射结上总电压uBE为：
将电容开路，画出图2.2所示电路的直流通路如图2.5所示
(2) 由输入回路计算基极电流
I BQ
VBB 40uA RB
图2.5 直流通路
(3) 在三极管输出特性上作直流 负载线
三极管的输出特性如图2.6所 示。由于IBQ＝40μA，所以UCE和IC 的关系就是输出特性中IBQ =40μA 的那一根曲线
定义为
A
g
Io Ui
放大器的放大倍数通常指中频放大倍数。在中频段,放大电路中容抗 和感抗可以忽略,输出量和输入量的正弦相量之间相位差为0o或180o 。为 方便起见,上述增益的表达式可用输出信号变化量(交流)与输入信号变化量 表示,即:
uo Au ui
uo Aus us
io Ai is
模电教程第二章
& I b 等。
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1
1. 放大电路的组成及各元件的作用
Rb 、 VBB ： 基 极 电 阻
Rc Rb + +
ui uo
和基 和 基 极电源 ， 提 供输 入 回路的静态工作点。 回路的静态工作点。
VCC
Rc 、 VCC ：集电极电阻
和集电极电源， 和集电极电源，提供输出 回路的静态工作点。同时， 回路的静态工作点。同时， Rc 还是集 电极负载 电阻 ， 电极负载电阻 VCC 还提供输出所需的能 量。
vs is rs gs
对于小功率放 大电路， 大电路 ， 人们往往 只关心上述单一指 标的放大倍数， 标的放大倍数 ， 而 不研究其功率放大 能力。 本章着重讨 能力 。 论电压放大倍数。 论电压放大倍数。 需要注意的是， 需要注意的是 ， 在实际应用时， 在实际应用时 ， 只 有在波形不失真的 情况下， 情况下 ， 测试的放 大倍数才有意义。 大倍数才有意义。
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2
2. 放大电路的性能指标
& Ii
+ Rs +
& Io
Ro 放大 + Ri +
& Vs
– 信号源
& Vi
–
& V o' 电路
–
& Vo
–
RL
图 2.1.2 放 大 电 路 示 意 图
负载
放大电路是一个双口网络。 放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大 电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。 电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。 输入端口特性可以等效为一个输入电阻 输出端口可以等效成电压源或电流源
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＋
Ui
－
iB
IBQ
uBE uBE
iC
ICQ
t
(UCC)
RC
RB
＋
iC
iB
uV C2 CE RL
＋
UCC Uo
－
iC
ui 0
uBE
UBEQ
t0
0
iB 0
IBQt
0 iC
ICQ
0 uCE
UCEQ
0 uo
0
Q VCEQ
ib t -1/RL
uCE
t
uCE
t
t
t
t 8
ui 0
t 结论：
uBE
UBEQ
21
uCE UCE
uce Ucem
uCE(min)
uCE(max)
uCE UCE uce 瞬 时 值 t
Ucem 峰 值
Uce
Ucem 2
有效值
22
iB
iB
一、共射混合π iBma x
1．忽略寄生效应分析
IBQ
iBmin
Q IBQ
首先分析输入端的等效电路：
＋
ic
ib
＋
＋
＋ uce
RC RL Uo
u be
r be
rce uce
rbe (1 )re
－
g mu be
－
e (b)
1、rbe:反映ube对ib的控制作用
2、gm:反映ube对ic的控制作用
re
UT I EQ
gm
rbe
ICQ UT
3、rce:反映uce对ic的控制作用 4、rbc:反映uce对ib的控制作用
rce
RC
RB
＋
iC
iB
u V C2 CE
RL
uBE
＋
UCC
t
Uo
(a)输入回路的工作波形
－
3
iC
UCC M RC
ICQ
Q
0
UCEQ
iB＝IBQ
N UCC
Rs ＋
Us －
uCE
C1 ＋
＋
Ui
－
(UCC)
RC
RB
＋
iC
iB
u V C2 CE
RL
＋
UCC Uo
－
iB变化时，在输出特性曲线上瞬时工作点（uCE 和iC）移动的轨迹称为交流负载线。
Uom UCEQ UCES
其中较小的即为放大器最大不失真输出电压 的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍， 即
Uopp=2Uom
16
Q点位置与波形失真：
NPN管
Q点过低，uO正半周易截止失真。 Q点过高，uO负半周易饱和失真。
由于PNP管电压极性与NPN管相反，故横轴uCE可改为-uCE。
＋
ic
ib
ic
＋
ib
＋
＋ uce
RC RL Uo ＋
Ui
RB
ube －
－
ube
－
＋
线性双端 口网络
uce
－
－
－
取ib和uce为自变量，则有： ube f1(ib , uce )
ic f2 (ib , uce )
改成有效值
ube hieib hreuce
Ube hie Ib hreUce
－
e
图2―28 共发射极晶(b体) 管混合π型模型
hoe
1 rce
···10-
5
hre 0 ···10-3～10-4 32
b
＋ Ib
Ube
hie (rbe )
－
hfeIb (βI b)
c
＋ Ic
1
hoe
Uce
(rce)
－
e
图2―32 实用的低频H参数电路模型
33
例2.5.2：设某双极性晶体管的UCEQ=5V，ICQ=0.2mA ，β=100，UA=100V，rbb’=100。试求混合π型电路和 H参数模型的参数
Ui
RB
ube －
－
－
－
t
(a) t
b ib
＋
UBEQ
uBE
uBE
ube
rbe
－
23
e
iB
iB
b ib
＋
ube
iBma x
IBQ iBmin
rbe
Q
IBQ
ib
t
UBEQ
uBE
ube
－
e
(a)
uBE
t
rbe
ube ib
ie
ube
1
(1 )re
ic uce
ie
uBE
Hale Waihona Puke 解：先求π型电路参数：
rb'e
(1 )re
(1 100) UT I EQ
100 UT ICQ
100 26mV 13k 0.2m A
gm
1 re
I EQ UT
0.2 26
77ms
rce
UA ICQ
100 500k 0.2m A
34
例2.5.2：设某双极性晶体管的UCEQ=5V，ICQ=0.2mA ，β=100，UA=100V，rbb’=100。试求混合π型电路和 H参数模型的参数
rb’c’ b’
rb’e’
ree’ e
27
考虑到PN结的电容特性,在高频时不能按开路处理,得到:
b
r bb′
b′
＋
rbe u be
C bc′
rb’c C be′
c ＋ gmub’e rce uce
－
－
e
(a)高频时的电路模型
28
二、低频H参数电路模型
成立条件：低频、小信号（6mV左右）交流信号。
共射极放大器，发生截止失真时，其输出电压出现“胖顶”的1现1 象（顶部限幅），
iC
iC
iB
Q
交流负载线
0
t0
uCE
(b)饱和失真
0
uCE
图2―24 Q点不合适产生的 非线性失真
t
Q点过高→动态工作点进入饱和区，出现饱和失真
。对NPN管的共射极放大器，发生饱和失真时，其
输出电压出现“削底”现象（底部限幅）
iE
IS
e
UT
1
re
uBE iE
Q
UT I EQ
室温下 re
26m V I EQ
24
再分析输出 等效电路 ：
b
r bc
＋
c βib
饱 和 区
＋
iC/mA uCE＝uBE
4 放
3 大
2 区
1
IB＝40μ A 30μ A
20μ A
10μ A 0μ A
iB＝－ICBO
物理型电路模型（如：混合π型电路模型） 网络参数模型（如：H参数电路模型） 它们是等价的，相互之间可以进行转换。
20
各类符号的表示说明：(以集电极电流为例)
ICQ ——集电极静态电流 ic ——集电极电流交流分量 iC ——集电极总电流(iC=ICQ+ic) Ic ——集电极电流交流分量有效值 Icm——集电极电流交流分量最大 值
14
iC
iC
iB
Q
交流负载线
0
t0
uCE
(b)饱和失真
0
uCE
图2―24 Q点不合适产生的 非线性失真
t
因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为
Uom UCEQ UCES
15
放大器输出动态范围：
受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为
Uom ICQ RL
因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为
ic hfeib hoeuce
Ic hfe Ib hoeUce 29
Ube hieIb hreUce
Ib Ic hfeIb hoeUce
b
＋
hie
hfeI b
Ube
＋
hreUce
1 hoe
－
－
e
Ic c ＋
Uce
－
图2―28 共发射极晶体管H参数电路模型
30
Ube hieIb hreUce
u V C2 CE
RL
＋
UCC Uo
－
RB IBQ
RC ICQ ＋ UCEQ －
UCC ＋ ＋ Ui Ui
icΔiC
＋＋
ibΔiB
RB RB
＋＋
－uΔc－eUCE
RC RC RL RuLo uo
－－
－－
18
(a)直流通路
(b)交流通路
RB IBQ
RC ICQ ＋ UCEQ －
UCC ＋ ＋ Ui Ui
ube
r be
－
rce uce
0
g mube
－
5
10
15
uCE/V
截止区
e
(b)
gm
ic ube
ib
ube
rbe
1
1 re re
rce
uce ic
uCE iC
Q
UA I CQ
Ui
－
iB
IBQ
uBE uBE
iC
ICQ
t
(UCC)
RC
RB
＋
iC
iB
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＋
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iC
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uBE
UBEQ
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iB 0
IBQt
0 iC
ICQ
0 uCE
UCEQ
0 uo
0
Q VCEQ
ib t -1/RL
uCE
t
uCE
t
t
t
t 8
ui 0
t 结论：
uBE
UBEQ
21
uCE UCE
uce Ucem
uCE(min)
uCE(max)
uCE UCE uce 瞬 时 值 t
Ucem 峰 值
Uce
Ucem 2
有效值
22
iB
iB
一、共射混合π iBma x
1．忽略寄生效应分析
IBQ
iBmin
Q IBQ
首先分析输入端的等效电路：
＋
ic
ib
＋
＋
＋ uce
RC RL Uo
u be
r be
rce uce
rbe (1 )re
－
g mu be
－
e (b)
1、rbe:反映ube对ib的控制作用
2、gm:反映ube对ic的控制作用
re
UT I EQ
gm
rbe
ICQ UT
3、rce:反映uce对ic的控制作用 4、rbc:反映uce对ib的控制作用
rce
RC
RB
＋
iC
iB
u V C2 CE
RL
uBE
＋
UCC
t
Uo
(a)输入回路的工作波形
－
3
iC
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ICQ
Q
0
UCEQ
iB＝IBQ
N UCC
Rs ＋
Us －
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＋
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－
(UCC)
RC
RB
＋
iC
iB
u V C2 CE
RL
＋
UCC Uo
－
iB变化时，在输出特性曲线上瞬时工作点（uCE 和iC）移动的轨迹称为交流负载线。
Uom UCEQ UCES
其中较小的即为放大器最大不失真输出电压 的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍， 即
Uopp=2Uom
16
Q点位置与波形失真：
NPN管
Q点过低，uO正半周易截止失真。 Q点过高，uO负半周易饱和失真。
由于PNP管电压极性与NPN管相反，故横轴uCE可改为-uCE。
＋
ic
ib
ic
＋
ib
＋
＋ uce
RC RL Uo ＋
Ui
RB
ube －
－
ube
－
＋
线性双端 口网络
uce
－
－
－
取ib和uce为自变量，则有： ube f1(ib , uce )
ic f2 (ib , uce )
改成有效值
ube hieib hreuce
Ube hie Ib hreUce
－
e
图2―28 共发射极晶(b体) 管混合π型模型
hoe
1 rce
···10-
5
hre 0 ···10-3～10-4 32
b
＋ Ib
Ube
hie (rbe )
－
hfeIb (βI b)
c
＋ Ic
1
hoe
Uce
(rce)
－
e
图2―32 实用的低频H参数电路模型
33
例2.5.2：设某双极性晶体管的UCEQ=5V，ICQ=0.2mA ，β=100，UA=100V，rbb’=100。试求混合π型电路和 H参数模型的参数
Ui
RB
ube －
－
－
－
t
(a) t
b ib
＋
UBEQ
uBE
uBE
ube
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－
23
e
iB
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rbe
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1
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Hale Waihona Puke 解：先求π型电路参数：
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(1 100) UT I EQ
100 UT ICQ
100 26mV 13k 0.2m A
gm
1 re
I EQ UT
0.2 26
77ms
rce
UA ICQ
100 500k 0.2m A
34
例2.5.2：设某双极性晶体管的UCEQ=5V，ICQ=0.2mA ，β=100，UA=100V，rbb’=100。试求混合π型电路和 H参数模型的参数
rb’c’ b’
rb’e’
ree’ e
27
考虑到PN结的电容特性,在高频时不能按开路处理,得到:
b
r bb′
b′
＋
rbe u be
C bc′
rb’c C be′
c ＋ gmub’e rce uce
－
－
e
(a)高频时的电路模型
28
二、低频H参数电路模型
成立条件：低频、小信号（6mV左右）交流信号。
共射极放大器，发生截止失真时，其输出电压出现“胖顶”的1现1 象（顶部限幅），
iC
iC
iB
Q
交流负载线
0
t0
uCE
(b)饱和失真
0
uCE
图2―24 Q点不合适产生的 非线性失真
t
Q点过高→动态工作点进入饱和区，出现饱和失真
。对NPN管的共射极放大器，发生饱和失真时，其
输出电压出现“削底”现象（底部限幅）
iE
IS
e
UT
1
re
uBE iE
Q
UT I EQ
室温下 re
26m V I EQ
24
再分析输出 等效电路 ：
b
r bc
＋
c βib
饱 和 区
＋
iC/mA uCE＝uBE
4 放
3 大
2 区
1
IB＝40μ A 30μ A
20μ A
10μ A 0μ A
iB＝－ICBO
物理型电路模型（如：混合π型电路模型） 网络参数模型（如：H参数电路模型） 它们是等价的，相互之间可以进行转换。
20
各类符号的表示说明：(以集电极电流为例)
ICQ ——集电极静态电流 ic ——集电极电流交流分量 iC ——集电极总电流(iC=ICQ+ic) Ic ——集电极电流交流分量有效值 Icm——集电极电流交流分量最大 值
14
iC
iC
iB
Q
交流负载线
0
t0
uCE
(b)饱和失真
0
uCE
图2―24 Q点不合适产生的 非线性失真
t
因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为
Uom UCEQ UCES
15
放大器输出动态范围：
受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为
Uom ICQ RL
因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为
ic hfeib hoeuce
Ic hfe Ib hoeUce 29
Ube hieIb hreUce
Ib Ic hfeIb hoeUce
b
＋
hie
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Ube
＋
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1 hoe
－
－
e
Ic c ＋
Uce
－
图2―28 共发射极晶体管H参数电路模型
30
Ube hieIb hreUce
u V C2 CE
RL
＋
UCC Uo
－
RB IBQ
RC ICQ ＋ UCEQ －
UCC ＋ ＋ Ui Ui
icΔiC
＋＋
ibΔiB
RB RB
＋＋
－uΔc－eUCE
RC RC RL RuLo uo
－－
－－
18
(a)直流通路
(b)交流通路
RB IBQ
RC ICQ ＋ UCEQ －
UCC ＋ ＋ Ui Ui
ube
r be
－
rce uce
0
g mube
－
5
10
15
uCE/V
截止区
e
(b)
gm
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ib
ube
rbe
1
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Q
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