模拟电子线路2.5 晶体三极管小信号电路模型
双极型晶体三极管及其基本放大电路
4、多级放大电路的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦 合等类型。前级输出即为后级的输入，前级的输出电阻是后 级的信号源内阻，后级的输入电阻是前级的负载电阻。放大 电路的总增益为各级放大倍数的乘积；输入电阻是第一级电 路的输入电阻，输出电阻是最后一级电路的输出电阻。
5、复合管放大电路的分析可以等效成单管放大电路的分析。
模拟电子技术
ห้องสมุดไป่ตู้
双极型晶体三极管及其基本放大电路
晶体管的结构、原理及特性曲线→放大电路的分析方法→由 晶体管构成的三种基本放大电路→多级放大电路和复合管的 分析→放大电路的频率响应。 1、晶体管按照结构分成和两种，按材料分成硅管和锗管，由 于硅管的温度特性较好，所以硅管应用广泛。 晶体管有三种工作状态：
多级放大电路的级数越多，通频带越窄。
模拟电子技术
由于电路中的电抗元件对不同频率的输入信号呈现的电抗值 不同，电路的电压放大倍数是信号频率的函数，即频率响应。 频率响应分为幅频特性和相频特性，可以用波特图表示。
6、单级放大电路的频率响应：在中频段基本与频率无关；在低 频段，电压放大倍数随频率的降低而减小，输出电压与输入 电压之间的相移也发生变化；在高频段，电压放大倍数随频 率的升高而减小，相移也发生变化。
2、放大电路的分析方法有图解法和微变等效模型法两种。图解 法主要用来分析失真和静态工作点，工程计算中主要使用微 变等效模型法。 晶体管的模型有两种，低频为h参数等效模型，高频为混合π 模型。 分析放大电路的步骤为先直流，后交流。即先用直流通路计 算静态工作点，后画出交流通路，用低频小信号模型计算电 压放大倍数、输入电阻和输出电阻等交流参数。 由于静态工作点影响电路的性能，故实用放大电路都要有静 态工作点稳定的措施。
模拟电子技术三极管典型例题
【例4-1】电路如图所示，晶体管的β＝100，U BE＝0.7 V，饱和管压降U CES＝0.4 V；稳压管的稳定电压U Z ＝4V，正向导通电压U D＝0.7 V，稳定电流I Z＝5 mA，最大稳定电流I ZM＝25 mA。
试问：（1）当u I为0 V、1.5 V、25 V时u O各为多少？（2）若R c短路，将产生什么现象？【相关知识】晶体管工作状态的判断，稳压管是否工作在稳压状态的判断以及限流电阻的作用。
【解题思路】（1）根据u I的值判断晶体管的工作状态。
（2）根据稳压管的工作状态判断u O的值。
【解题过程】（1）当u I＝0时，晶体管截止；稳压管的电流在I Z和I ZM之间，故u O＝U Z＝4 V。
当u I＝15V时，晶体管导通，基极电流假设晶体管工作在放大状态，则集电极电流由于u O＞U CES＝0.4 V，说明假设成立，即晶体管工作在放大状态。
值得指出的是，虽然当u I为0 V和1.5 V时u O均为4 V，但是原因不同；前者因晶体管截止、稳压管工作在稳压区，且稳定电压为4 V，使u O＝4 V；后者因晶体管工作在放大区使u O＝4 V，此时稳压管因电流为零而截止。
当u I＝2.5 V时，晶体管导通，基极电流假设晶体管工作在放大状态，则集电极电流在正电源供电的情况下，u O不可能小于零，故假设不成立，说明晶体管工作在饱和状态。
实际上，也可以假设晶体管工作在饱和状态，求出临界饱和时的基极电流为I B=0.18 mA＞I BS，说明假设成立，即晶体管工作在饱和状态。
（2）若R c短路，电源电压将加在稳压管两端，使稳压管损坏。
若稳压管烧断，则u O＝V CC＝12 V。
若稳压管烧成短路，则将电源短路；如果电源没有短路保护措施，则也将因输出电流过大而损坏【方法总结】（1）晶体管工作状态的判断：对于NPN型管，若u BE＞U on（开启电压），则处于导通状态；若同时满足U C≥U B>U E，则处于放大状态，I C＝βI B；若此时基极电流则处于饱和状态，式中I CS为集电极饱和电流，I BS是使管子临界饱和时的基极电流。
(完整版)三极管及放大电路原理
测判三极管的口诀三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀：“三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准，动嘴巴。
”下面让我们逐句进行解释吧。
一、三颠倒，找基极大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。
根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等效电路。
测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R×100或R×1k挡位。
图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。
由图可见，红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。
假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。
测试的第一步是判断哪个管脚是基极。
这时，我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。
在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极(参看图1、图2不难理解它的道理)。
二、PN结，定管型找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型(图1)。
将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。
三、顺箭头，偏转大找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。
(1) 对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路如图3所示。
根据这个原理，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔→c 极→b极→e极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”)，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。
4.3.2 小信号模型分析法
rbe = rbb' VT + (1 + β )re = 200 + (1 + 40) × I EQ
+ VBE
-
26 = 200 + × 10 3 = 890Ω 37.7
二、交流分析
1. 画出交流通路和小信号等效电路（耦合电容短路，VCC=0） 画出交流通路和小信号等效电路（耦合电容短路， ）
c
（2）输出电阻 ）
vs = 0
ib = 0
Ri
Ro = RC = 4kΩ
e
Ro
（3）电压增益 ）
' − β i b ( RC // R L ) − β R L Av = vo / vi = = = −90 i b rbe rbe
例4.3.2 设图所示电路中 BJT的β = 40，rbb' = 200Ω ,V BEQ = 0.7V . VCC = 12V , Rb = 300kΩ , RC = R L = 4kΩ , 试求该电路的 Av , Ri , Ro 。 开路， 如何变化？ 若RL开路， Av 如何变化？
一、直流分析
VCC Rb RC + Rs
1 . BJT的H参数及小信号模型
作自变量， 以i B , v CE 作自变量， v BE , i C 作因变量
v BE = f 1 ( i B , v CE ) i C = f 2 ( i B , v CE )
iC
iB
+ +
电压、电流的微变关系： 电压、电流的微变关系：
dv BE ∂v BE = ∂i B
放大电路的分析方法
1、画直流通路 、
直流分析 放大 电路 分析 交流分析
电子电工学——模拟电子技术 第四章 双极结型三极管及发达电路基础
4.1 双极结型三极管BJT
(Bipolar Junction Transistor)
又称半导体三极管、晶 体管，或简称为三极管。
分类： 按材料分：硅管、锗管 按结构分：NPN型、PNP型 按频率分：高频管、低频管 按功率分：小功率、大功率
半导体三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
c
e V VCE
VCC
V
VBE
也是一组特性曲线
实验电路
1.共射极电路的特性曲线
输入特性 :iB=f(vBE)|vCE=const
(1)VCE=0V时，发射结和集电结均正偏，输入特性相当于两个PN结并联
(2)VCE=1V时，发射结正偏，集电结反偏，收集电子能力增强，发射极发
射到基区的电子大部分被集电极收集，从而使得同样的VBE时iB减小。
ICEO (1 )ICBO 值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。
３．极限参数
(1) 集电极最大允许电流 ICM
过流区
当IC过大时，三极管的值要 iC
减小。在IC=ICM时，值下降 ICM
到额定值的三分之二。
PCM = iCvCE
(2) 集电极最大允许耗散功率 PCM
将 iC 与 vCE 乘 积 等 于 规 定 的 PCM 值各点连接起来，可得 一条双曲线。
利用IE的变化去控制IC，而表征三极管电流控制作用的参 数就是电流放大系数 。
共射极组态连接方式
IE UBE
+ Uo
-
49 IC 0.98(mA)
IB
20( A)
共射极接法应用我们得到的结论：
１、从三极管的输入电流控制输出电流这一点看来，这两 种电路的基本区别是共射极电路以基极电流作为输入控制 电流。 ２、共基极电路是以发射极电流作为输入控制电流。
晶体三极管的开关电路和放大电路的工作过程
晶体三极管的开关电路和放大电路的工作过程晶体三极管是一种重要的半导体器件，常用于电子学中的开关和放大电路中。
它具有高频特性、低噪声以及较高的放大能力，因此被广泛应用于各种电子设备中。
下面我们来详细了解晶体三极管在开关电路和放大电路中的工作原理和过程。
一、晶体三极管的基本结构及工作原理晶体三极管由发射极、基极和集电极组成，通过控制发射极电流来实现对集电极电流的调控。
当在基极端加上一个小信号电压时，将使发射极与基极之间的耗尽层宽度发生变化，进而改变发射极电流，从而达到放大电压信号的目的。
1. 晶体三极管在开关电路中的工作过程晶体三极管可以作为一个二极管开关，用来控制电路的通断。
当在基极端加上一个正电压时，将使发射极-基极间的耗尽层封锁，导通电流，此时处于导通状态；当在基极端加上一个反向偏置电压时，将使发射极-基极间的耗尽层扩大，截至电流，此时处于截至状态。
晶体三极管可以根据基极端的输入信号来控制电路的开关状态。
2. 晶体三极管在放大电路中的工作过程晶体三极管可以作为放大器使用，用来放大小信号电压。
在放大电路中，通过在基极端施加一个交流信号电压，使得发射极-基极之间的电流产生相应变化，从而得到经放大的输出信号。
晶体三极管的放大能力由其电流放大倍数β来决定，β值越大，放大能力越强。
二、晶体三极管的开关电路和放大电路设计1. 晶体三极管开关电路设计晶体三极管开关电路常用于数字电路中，可以实现逻辑门、计数器等功能。
设计开关电路时需要合理选择电阻、电容等元件参数，以保证电路的稳定性和可靠性。
还需要注意控制信号的功率和频率范围，以满足具体应用的需求。
2. 晶体三极管放大电路设计晶体三极管放大电路常用于模拟电路中，可以实现音频放大、射频放大等功能。
设计放大电路时需要考虑输入输出阻抗的匹配、电压和电流的偏置设置、负载电阻的选择等因素，以提高电路的放大性能和线性度。
三、晶体三极管在实际电路中的应用晶体三极管广泛应用于各种电子设备中，如放大器、收音机、电视机、电脑等。
晶体三极管的等效电路
2. 简化交流参数及其拟定
iB b
c iC
r′c c′
rbb′
rc′ b′
b′
rb′ e′ e′
re′
e
iE
(a)
iB b
＋ uBE
－
iB b
＋ uBE
－
rbb′ iE
b′ iB re
c ＋
uCE
－ e
(b)
rbb′
b′
rb′e
e (c)
c ＋ uCE iB －
(a) 晶体管示意图； (b) T型等效电路； (c) 简化等效电路
iB
O
uBE
uBE
(a)
Q
iC
iB
O uCE
(b)
1、晶体管旳简化等效电路
iC C ＋
b iB ＋
iC c ＋
b Ib ＋
Ic c ＋
iB B
＋
uBE
－
uCE
－ E (a)
rbe Байду номын сангаасBE
uCE iB
－
－
e
(b)
rbe ube
uce Ib
－
－
e
(c)
(a) 晶体管双端口表达； (b) 增量等效电路； (c) 交流等效电路
(单位为)
hre
uBE uCE
(无量纲)
hre
iC iB
(无量纲)
hoe
iC uCE
(单位为S )
hie称为输出短路时旳共射输入电阻，这是因为uCE=UCE， duCE=0，即输出端电压恒定，对交流而言，相当于短路之故； hre称为输入开路时(因为iB=IB, ib=0)旳电压反馈系数;
微变等效电路分析法_模拟电子技术应用与任务指导_[共2页]
第2章 半导体三极管及基本放大电路– 51 – ① 频率失真。
一个实际的输入信号可分解成众多不同频率的正弦波。
当它通过放大器时，若放大器对各频率分量进行等增益放大，且引入零或180°相移或引入随频率变化的相移，则输出信号就能不失真的重现输入信号的波形，否则放大器就将产生失真。
其中，因幅频特性非恒值而产生的失真称为幅度失真，因相频特性非线性而产生的失真称为相位失真，它们通称为频率失真。
② 瞬变失真。
瞬变失真是指放大脉冲信号时，由于电抗元件上的电压或电流不能突变而引起的输出波形失真。
必须指出，非线性失真和线性失真都会引起输出信号波形失真，但两者具有本质区别，线性失真仅使信号中各频率分量的幅度和相位发生变化，而不会产生新的频率分量；非线性失真则是由于产生了新的频率分量而造成的。
2.3.3 微变等效电路分析法用图解法进行交流分析具有直观的优点，但有其局限性，图解法较麻烦，而且输入信号过小时，作图的精度较低。
工程上更多采用晶体三极管的小信号等效电路模型进行近似的分析。
所谓“微变”，是指微小变化的信号，即小信号。
在低频小信号条件下，工作在放大状态的晶体三极管在放大区的特性可近似看成是线性的。
这时，具有非线性的晶体三极管可用一个线性电路来等效，称为微变等效模型。
1．晶体三极管微变等效电路当输入交流信号幅度很小时，放大电路在动态时的工作点只是在静态工作点Q 附近作微小变化。
此时，晶体三极管的特性可以认为在小范围内进行线性变化，即当u CE 为常数时，输入电压的变化量∆u BE （即交流量u be ）与输入电流的变化量∆i B （即交流量i b ）之比是一个常数，可用符号表示为 CE CE be BE be Bb ΔΔu u u u r i i ====常数常数 （2.42） 式中，r be 是输入晶体三极管在Q 点上的增量电阻，称为晶体三极管的输入电阻，其值与晶体三极管静态工作点Q 有关。
工程上r be 可用的公式为be bb e (1)r r βr '=++ （2.43） 式中，bb r '为晶体三极管的基区体电阻，对于低频小功率硅三极管，bb r '约为200Ω，r e 为发射结增量结电阻，又称为肖特基电阻。
3 基本放大电路ppt课件
模 拟电子技术
（1）估算IB（ UBE 0.7V)
Rb
RC
IB UBE
+VCC
IB = VCC UBE Rb
VCC 0.7 Rb
VCC Rb
Rb称为偏置电阻，IB称 为偏置电流。
模 拟电子技术
（2）估算UCE、IC
+VCC
Rb
RC IC
IC= bIB
UCE U CE = VCC I C RC
3. 视电容对交流信号短路 1 / jC 0
模 拟电子技术
静态工作情况分析
放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。
静态分析的任务是根据电路参数和三极管的
特性确定静 态值（直流值）UBE、IB、 IC 和UCE。
可用放大电路的直流通路来分析。
模 拟电子技术
Rb C1
+VCC
RC
C2
T RL
为什么要 设置静态 工作点？
t
模 拟电子技术
当 ui = 0 uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ
当 ui = Uim sin t
ib = Ibmsin t
ic = Icmsin t
uce = –Ucem sin t
uo = uce
uo ui
iB = IBQ + Ibmsin t
iC = ICQ + Icmsin t
模 拟电子技术
一、分析三极管电路的基本思想和方法
基本思想
非线性电路经适当近似后可按线性电路对待， 利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。
直流通路:(ui = 0)分析静态。 交流通路:(ui 0)分析动态,考虑变化的电压和电流。
低频电子线路课件
1 VT
I EQ VT
又
gm gbe
re
1
re
gm
gbe
ib vbe
ib gm vbe
62
* 考虑 vce( 引入gce gbc）
g ce
1 rce
iC vCE
Q
vCE
IS
VBE
e VT
1
VCE VA
Q
IS
VBE
e VT
1 VA
Q
IS
VBEQ
e VT
1 VA
VA VA
一、 PN结的基本原理 1.PN结 1）PN结中载流子的运动→空间电荷区
13
*1 漂移电流 *2 扩散电流 *3动态平衡：
14
二.PN结的单向导电性 1、正向特性
15
2、反向特性
16
3、伏安特性
V
I Is (eVT 1)
Is：反向饱和电流； VT：热电压。常温（300k）下， VT=26mV。
I E IF R IR IC IF IR
49
2） 简化电路模型 （硅） VBES=0.7V VBCS=0.4V
VCES=0.3V
饱和条件 IB＞IBS
B
VCES＜0.3V （ VCE= VCB -VEB= VEB
+
-VBC）VBES-
C
+ - VCES E
50
2 截止模式 1）截止条件
B-E反偏，B-C反偏
一般电路模型
+ ίB
ίC +
vBE
βίB vCE
-
-
56
2.5.1 小信号电路模型
1 数学分析
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rbb基区体电阻，其值较小，约几十欧，常忽略不计。
Q
Q
跨导gm表示三极管具有正向受控作用的增量电导。
iC gm v BE
Q
iC iE 38.5I CQ iE v BE re
VA I CQ
rce三极管输出电阻，数值较大。RL<< rce 时，常忽略。
2.5 晶体三极管小信号电路模型
放大电路小信号运用时，在静态工作点附近的 小范围内，特性曲线的非线性可忽略不计，近似 用一段直线来代替，从而获得一线性化的电路模
型，即小信号（或微变）电路模型。
三极管作为四端网络，选择不同的自变量，可以 形成多种电路模型。最常用的是混合Π型小信号 电路模型。
混合Π型电路模型的引出
c
集电结电阻与电容
Hale Waihona Puke ic cbcb反映三极管正向受 控作用的电流源
r b c
ib
b
基区体电阻
rbb
r b e e
gmvbe rce
cbe
由基区宽度调制效 应引起的输出电阻
发射结电阻与电容
混合Π型小信号电路模型
若忽略rbc影响，整理即可得出混Π电路模型。 ib rbb cbc ic
b
b
c
r b e
e
cbe
gmvbe
rce
电路低频工作时，可忽略结电容影响，因此低频 混Π电路模型简化为： ib rbb ic
b b c
r b e
e
gmvbe
rce
小信号电路参数
rbe三极管输入电阻，约千欧数量级。
v BE rbe iB iE v BE iB iE 26 (1 ) re (1 ) I CQ
vCE rce iC
Q
简化的低频混Π电路模型
iC iB c b
ib
ic
b
T
e
r b e
e
gmvbe = i b
c
由于
(1 ) 1 gm re rbe (1 ) rbe
gm vbe gmib rbe ib
因此，等效电路中的gmvbe ，也可用ib表示。 注意：小信号电路模型只能用来分析叠加在 Q 点上 各交流量之间的相互关系，不能分析直流参量。