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第3章 晶体三极管及其放大电路

???RL50?6//6??Uo?? A?? ??8.6 u.r?(1??)R1.85?(1?50)?0.3beeUi/若旁路电容同时使Re＝0、Re＝0，则电压放大倍数为 ?Uo??RL50?6//6? Au?.?? ?? ??81 r1.85beUi由此可见Re的存在使放大倍数下降很多。 放大电路的输入电阻为

..Ri?Rb1//Rb2//[rbe?(1??)Re]?60//20//[1.85?(1?50)?0.3]?8 kΩ

若无Re，放大电路的输入电阻Ri?Rb1//Rb2//rbe?rbe?1.85kΩ，故Re的存在提高了放大电路的输入电阻。放大电路的输出电阻为

Ro?Rc?6 kΩ

例3-10 试采用S9013设计一个分压式发射极稳定静态工作点的共发射极放大电路偏置电路。已知

UCC?15 V，UBE?0.7 V，??100，RC?3 k?，要求IC?2 mA，UCE?7.5 V。试选择Rb1、Rb2和Re。

解：采用S9013的共发射极放大电路偏置电路如例3-10图所示。由图可得

Rb2UCC UB?Rb1?Rb2?UCCRb2?15?0.7U?UBERb1?Rb2 IC?IE?B??2 mA

ReRe由 UCE?UCC?IC(Rc?Re)?15?2?(3?Re)?7.5 V

可得 Re?750 Ω

Rb1ICRcIBUBTUCEUBERb2Re例3-10图IERb2＝0.15

Rb1?Rb2当满足?Re?10(Rb1//Rb2)时放大电路的静态工作点稳定的效果较好，于是可得

Rb1//Rb2?Rb1Rb2?100?0.15Rb1?Re??0.75?7.5 k?

Rb1?Rb21010则 Rb1?50 k?，

取Rb1?47 k?，则Rb2?8.29 k?，取 Rb2?8.2 k?

例3-11试采用光敏电阻GL5626D设计一个简易光控开关电路。已知直流供电电压为＋6V，GL5626D无光照时的电阻值约2MΩ，受到约10流明光照时的电阻值约为12kΩ。

解：1) 选择电路方案。由于本例需要设计一个简易光控开关，因此选用例3-11图所示共发射极放大电路。其中图a为驱动一只LED(或其它小灯泡)；图b为驱动一个继电器(开关)，由继电器的触点的接通与否去控制其它负载，图中二极管D的作

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Rb?RRb115k?cds?6 VRbLEDT?RP15k?Rb1?6 VKDTbacRcdsRUBRPR12k?10k?UB12k?10k?(a)(b)例3-11图 简易光控开关电路第3章 晶体三极管及其放大电路

用是当三极管T从饱和到截止状态时，吸收继电器线圈的反峰压，从而保护三极管不被击穿。

2) 选择电路参数。已知GL5626D无光照时的电阻值约2 MΩ，受到约10流明光照时的电阻值约为12 kΩ。通常要使发光二极管点亮，需要几毫安电流流过LED，假设IC?8 mA(具体数值可由相应器件参数表或实际测试得到)，三极管选用S9013，??100，(也可以选用第4章中介绍的场效应管)，使三极管T工作在放大区的基极电流为IB?IC?1常工作，在其基极串连接入限流电阻R，由式(3-41)取UB?UCC?1.5 V，则有

4UB?UCC?RP10?6??1.5 V，

RP?Rcds?Rb10?12?Rb1?8?80 μA，为保证三极管能正100可得：Rb1?16 k?，取标称值电阻Rb1?15 k?，此时求得UB?1.6 V， 由 UB?IBR?UBE?0.08R?0.7 V?1.6 V， 可以求得R?11.25 k?，取标称值电阻R?12 k?。

当光敏电阻GL5626D没有受到光照时，UB?0.03 V，所以三极管T截止，LED不发光，图b中的继电器也不工作。

此外，如果需要驱动更大功率的负载，则应选用相应的功率驱动器件。

3.4 共集电极和共基极放大电路

3.4.1 共集电极放大电路

共集电极放大电路如图3-27所示，由于输出取自集电极，故也称射级输出器。由其交流通路来看，从基极输入发射极输出，输入输出公用集电极，故称为共集电极放大电路。 1．静态分析 由图3-27b可得

C1RbT?UCCRbT?UCCTRsC2RsRbusuiRe(a)RLuoRe(b)usuiRe(c)uoRL图3-27 共集电极放大电路(a) 原理图(b) 直流通路(c) 交流通路UCC?IBRb?UBE?IERe (3-51)

由于 IE?(1??)IB 故 IB?UCC?UBE (3-52)

Rb?(1??)ReUCE?UCC?IERe (3-53)

至此，可确定放大电路的静态工作点。

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第3章 晶体三极管及其放大电路

2．动态分析

Ii?RsUs?Ui?IRb?rbeIb?bc?Ib?Ii?RbeRsUoRo?IRb?rbeIb??IbI??Re(a)Ui?RLRbUs?0?Re(b)U?RiRiRo图3-28 共集电极放大电流等效电路(a) 微变等效电路(b) 求输出电阻的等效电路（1）电压放大倍数

由图3-27c的交流通路可得放大电路的微变等效电路如图3-28所示。由微变等效电路可求的输出电压为

??I?(R//R)?(1??)I?R? , （R?L＝Re // RL） UoeeLbL输入电压为

??I?r?U??I?r?I?(R//R)?I?r?(1??)I?R? UibbeobbeeeLbbebL则电压放大倍数为

??R??U(1??)I(1??)RLobL? (3-54) Au???????rbe?(1??)RL?UiIbrbe?(1??)IbRL由上式可以看出，共集电极放大电路的输出电压和输入电压同相位，并且由于（1＋β）R?L>> rbe，其电压放大倍数近似等于1，所以称之为电压跟随器。虽然共集电极放大电路的电压放大倍数小于1，不具有电压放大能力。但输出电流ie＝（1＋β）ib，可见该放大电路仍具有电流放大和功率放大能力。 （2）输入电阻

?U根据定义有 Ri?i，其中由图3-28b 可得

?Ii??UU11ii???? Ii?IRb?Ib???[?]U??iRbrbe?(1??)RLRbrbe?(1??)RL?U1?] (3-55) 于是 Ri?i??Rb//r[be?(1??)RL?11Ii??Rbrbe?(1??)RL一般 Rb为几十千欧到几百千欧的电阻，R?L为几千欧的电阻，故共集电极放大电路的输入电阻为几十千欧甚至上百千欧，要比共发射极放大电路的输入电阻（Ri≈rbe）大得多。 （3）输出电阻

令图3-28 a的交流通路中Us?0并保留其内阻，同时将负载开路，然后在输出的两端加一电?，则产生一电流I?，如图3-28b所示，则由KCL得 压U???I??I??I? IbcRe

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第3章 晶体三极管及其放大电路

??UU??其中 IRe? Ib?? R//R?rResbbe于是有

??I??(I??I?)?I??(1??)I?IRebcReb?? UU11???(1??)(?)?[?(1??)(?)]UReRs//Rb?rbeReRs//Rb?rbe共集电极放大电路的输出电阻为

?U1R//Rb?rbe Ro? ??Re//s?11I(1??)?(1??)(?)ReRs//Rb?rbe通常Rb??Rs，所以

Ro?Re//Rs?rbe (3-56)

(1??)在上式中，rbe的数值在1kΩ左右，Rs为几百欧姆，β>>1，故共集电极放大电路的输出电阻很低，为几十欧姆到几百欧姆。 3．共集电极放大电路的应用

由于共集电极放大电路具有输入电阻高、输出电阻低的特点，它常被用于多级放大电路的输入极和输出极。以及为了消除共发射极放大电路的相互影响，实现阻抗匹配，共集电极放大电路也常用在多级放大电路的中间级。 4．提高输入电阻和降低输出电阻方法

由式3-55和3-56两式可以看出，若增大β值，可以提高输入电阻，降低输出电阻。通常三极管的β值在10～100，β值过大时三极管的性能变差。因此增大β值的方法多采用复合管。如图3-29所示为几种复合管，其等效电流放大系数和输入电阻为

图3-29 几种复合三极管????1?2? r?r??rbebe11be2?在3-29图中，（a）和（b）属于同类管子构成的复合管，其等效的管型和构成的管型相同，而（c）和（d）是由不同的管子构成的复合管，其等效的管型取决于第一管的管型。复合管由于等效输入电阻高，电流放大系数大，故应用很广泛，现已制成集成器件，称为达林顿管（Darlinton）。 例3-12 电路如例3-12图所示，若β＝100，UCC＝10V，试求：①静态工作点；②电压放大倍数

??U??U?U?；③输入电阻Ri和输出电阻Ro。 ?U?和AAu1o1iu2o2i解：①由估算法

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第3章 晶体三极管及其放大电路

Rb215UCC??10?4.3 V

Rb1?Rb220?15U?UBE4.3?0.7??1.8 mA IC?IE?BRe2I1.8IB?C??18 μA

?100UB? UCE?UCC?IC(Rc?Re)?10?1.8?(2?2)?2.8 V

②晶体三极管的输入电阻为

rbe?300?(1??)2626?300?(1?100)??1.76 kΩ IE1.8例3-12图所示放大电路中，图a的输出电压取自集电极，即uo1，为共发射极电路；输出电压uo2取自发射极，为共集电极电路。则由图b所示微变等效电路可得

Rb120 kRc?UCC2 k+C2++C3-2 k?Ibuo1+b+c?Ic??IbC1+Rs+?+?Rs2 k+UbeUiRb--?Ie?rbee+RLubeRb215 k+Rc+?Uo1Uo2?us-+ui-Reuo2Us-Re-Ro1-（a）Ri（b）Ro2例3-12图(a) 原理电路图(b) 微变等效电路??R?RU?I?I?Rco1ccbc?Au1???????r?I?R?r?(1??)I?RUIIrbe?(1??)Reibbeeebbebe100?2????0.981.76?(1?100)?2??R?RUI(1??)I(1??)Reo2eebe?Au2??????r?I?R?r?(1??)I?RUIIrbe?(1??)Reibbeeebbebe

?(1?100)?2?0.981.76?(1?100)?2

由上两式可以看出，uo1??ui，uo2??ui，故此电路是将单路信号转换成大小近似相等相位相反的两个信号输出，故称为分相电路。 ③输入、输出电阻分别为

Ri?Rb//[rbe?(1??)Re]?20//15//[1.76?(1?100)?2]?8.2 kΩ

式中 Rb?Rb1//Rb2 由集电极输出时，输出电阻为 Ro1?Rc?2 kΩ

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