模拟电子技术模电之三极管和基本放大电路课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/5/27,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/5/27,*,4,双极结型三极管及放大电路基础,4.1BJT,4.3,放大电路的分析方法,4.4,放大电路静态工作点的稳定问题,4.5,共集电极放大电路和共基极放大电路,4.2,基本共射极放大电路,4.6,组合放大电路,4.7,放大电路的频率响应,2021/5/27,1,4.1 BJT(,半导体三极管,),4.1.1 BJT,的结构简介,4.1.2,放大状态下,BJT,的工作原理,4.1.3 BJT,的,V,I,特性曲线,4.1.4 BJT,的主要参数,4.1.5,温度对,BJT,参数及特性的影响,2021/5/27,2,4.1,双极型三极管,BJT,一个,PN,结,二极管,单向导电性,二个,PN,结,三极管,电流放大（控制）,2021/5/27,3,4.1.1 BJT,的结构简介,(a),小功率管,(b),小功率管,(c),大功率管,(d),中功率管,2021/5/27,4,三极管的不同封装形式,金属封装,塑料封装,大功率管,中功率管,2021/5/27,5,半导体三极管的结构有两种类型,:,NPN,型和,PNP,型。,4.1.1 BJT,的结构简介,1.NPN,型,NPN,管的电路符号,2021/5/27,6,2.,PNP,型,PNP,管的电路符号,2021/5/27,7,正常放大时外加偏置电压的要求,发射区向基区注入载流子,集电结应加反向电压（反向偏置）,发射结应加正向电压（正向偏置）,集电区从基区接受载流子,4.1.2,放大状态下,BJT,的工作原理,2021/5/27,8,2.,电子在基区中的扩散与复合（,I,BN,）,3.,集电区收集扩散过来的电子（,I,CN,）,另外,基区集电区本身存在的少子，,在集电结上存在漂移运动，由此形成电流,I,CBO,三极管内有两种载流子参与导电，故称此种三极管,为双极型三极管，记为,BJT,(Bipolar Junction Transistor),1.,发射区向基区注入电子（,I,EN,、,I,EP,小）,1.,三极管内载流子的传输过程,2021/5/27,9,发射区,：发射载流子,集电区,：收集载流子,基区,：传送和控制载流子,放大状态下,BJT,中载流子的传输过程,2021/5/27,10,2.,电流分配关系,根据传输过程可知,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,通常,I,C,I,CBO,为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般,=0.90.99。,I,E,=,I,B,+,I,C,放大状态下,BJT,中载流子的传输过程,所以,I,C,=,I,E,+,I,CBO,2021/5/27,11,是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般,1。,又：把,I,E,=,I,B,+,I,C,代入,I,C,=,I,E,+,I,CBO,且令,I,CEO,=(1+,),I,CBO,（穿透电流）,整理得：,2021/5/27,12,3.,三极管的三种组态,(c),共集电极接法,，集电极作为公共电极，用,CC,表示。,(b),共发射极接法,，发射极作为公共电极，用,CE,表示；,(a),共基极接法,，基极作为公共电极，用,CB,表示；,BJT,的三种组态,集电结应加反向电压（反向偏置）,发射结应加正向电压（正向偏置）,2021/5/27,13,共基极放大电路,4.,放大作用,若,v,I,=20mV,电压放大倍数,使,i,E,=-1 mA,，,则,i,C,=,i,E,=-0.98 mA,，,v,O,=-,i,C,R,L,=0.98 V,，,当,=0.98,时，,共基极放大电路只实现电压放大，电流不放大（控制作用）,2021/5/27,14,三极管的放大作用,主要是依靠它的,I,E,能通过基区传输,然后顺利到达集电极而实现的。故要保证此传输,一方面要满足,内部条件,即发射区掺杂浓度要远大于基区掺杂浓度,基区要薄,;,另一方面要满足,外部条件,即发射结正偏,集电结要反偏。,输入电压的变化,是通过其改变输入电流,再通过输入电流的传输去控制输出电压的变化,所以,BJT,是一种,电流控制器件。,两个要点,2021/5/27,15,特性曲线是指各,电极之间的电压与电流之间的关系,曲线。将,BJT,看作一双口网络，我们主要考察：,输入特性曲线,输出特性曲线,4.1.3 BJT,的,V,-,I,特性曲线,2021/5/27,16,i,B,=,f,(,v,BE,),v,CE,=const,.,(2),当,v,CE,1V,时，,v,CB,=v,CE,-v,BE,0,，集电结已进入反偏状态，,开始收集电子,，基区复合减少，同样的,v,BE,下,i,B,减小，特性曲线右移。,当,vCE1V,时，保持,vBE,不变，发射区扩散到基区电子数目不变，曲线基本重合。,(1),当,v,CE,=0V,时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1.,输入特性曲线,（以共射极放大电路为例）,共射极连接,管子正常工作时，,0.7V(,硅管）,-0.2V(,锗管）,2021/5/27,17,饱和区：,v,CE,很小，,i,C,i,B,，三极管如同工作于短接状态，,一般,v,CE,v,BE,，此管压降称为饱和压降。,此时，,发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小,。,i,C,=,f,(,v,CE,),i,B,=const.,2.,输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域,:,截止区：,i,B,=0,，,i,C,i,CEO,0,，,三极管如同工作于断开状态，,此时，,v,BE,小于死区电压,。,放大区：,v,BE,Vth,，,v,CE,反电压大于饱和压降，,此时，,发射结正偏，集电结反偏,。,再次注意：管子正常工作时，,0.7V(,硅管）,0.2V(,锗管）,2021/5/27,18,(,1),共射极直流电流放大系数,=,（,I,C,I,CEO,）,/,I,B,I,C,/,I,B,v,CE,=const.,1.,电流放大系数,4.1.4 BJT,的主要参数,与,i,C,的关系曲线,(2),共射极交流电流放大系数,=,i,C,/,i,B,v,CE,=const.,在,i,C,一定范围内为常数,2021/5/27,19,(,3),共基极直流电流放大系数,=,（,I,C,I,CBO,）,/,I,E,I,C,/,I,E,(,4),共基极交流电流放大系数,=,i,C,/,i,E,v,CB,=const.,当,I,CBO,和,I,CEO,很小时，,、,，可以不加区分。,2021/5/27,20,与,间的关系：,2021/5/27,21,2.,极间反向电流,(1),集电极基极间反向饱和电流,I,CBO,发射极开路时，集电结的反向饱和电流。,与单个,PN,结的反偏电流相同，,T,一定时为常数（取决于温度和少子浓度）,I,CBO,越小越好,小功率硅管,1,A,小功率锗管,10,A,左右,2021/5/27,22,(2),集电极发射极间的反向饱和电流,I,CEO,I,CEO,=,（,1+,）,I,CBO,I,CEO,越小越好,小功率硅管几,微安以下,小功率锗管几十,微安以上,温度变化大的场合宜选用硅管,2021/5/27,23,(1),集电极最大允许电流,I,CM,三极管正常工作时集电极所允许的最大工作电流，,不宜过小,(2),集电极最大允许功率损耗,P,CM,P,CM,=,I,C,V,CE,3.,极限参数,P,CM,值与环境温度有关，温度愈高，则,P,CM,值愈小。当超过此值时，管子性能将变坏或烧毁。,结温：硅管,150C,，锗管,70C,2021/5/27,24,(,3),反向击穿电压,V,(BR)CBO,发射极开路时的集电结反 向击穿电压。,V,(BR)EBO,集电极开路时发射结的反 向击穿电压。,V,(BR)CEO,基极开路时集电极和发射,极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系,V,(BR)CBO,V,(BR)CEO,V,(BR)EBO,2021/5/27,25,4.1.5,温度对,BJT,参数及特性的影响,(1),温度对,I,CBO,的影响,温度每升高,10,，,I,CBO,约增加一倍。,(2),温度对,的影响,温度每升高,1,，,值约增大,0.5%1%,。,(3),温度对反向击穿电压,V,(BR)CBO,、,V,(BR)CEO,的影响,温度升高时，,V,(BR)CBO,和,V,(BR)CEO,都会有所提高。,2.,温度对,BJT,特性曲线的影响,1.,温度对,BJT,参数的影响,end,2021/5/27,26,2021/5/27,27,2021/5/27,28,2021/5/27,29,1,、测得放大电路中六只晶体管的直流电位如,图,P1.9,所示。在圆圈中画出管子，并说明它们是硅管还是锗管。,2021/5/27,30,2021/5/27,31,2021/5/27,32,4.2,基本共射极放大电路,4.2.1,基本共射极放大电路的组成,4.2.2,基本共射极放大电路的工作原理,2021/5/27,33,基本放大电路：,共射极放大电路,静态工作点,Q,（,I,B,，,I,C,，,V,CE,）,电压增益,A,v,输入电阻,R,i,共集电极放大电路,共基极放大电路,分析方法：,图解法,小信号模型分析法,待求量：,输出电阻,R,o,2021/5/27,34,4.2.1,基本共射极放大电路的组成,V,BB,R,b,:,使发,射极正偏，,并提供合适的,基极偏置电流,V,CC,:,通过,Rc,使,T,集电极反偏,三极管,T,起放大作用。,R,C,:,将集电极电流信号,转换为电压信号，,限流,分析方法：,叠加,前提：,BJT,工作在线性放大区,2021/5/27,35,4.2.2,基本共射极放大电路的工作原理,1.,静态,(,直流工作状态,),输入信号,v,s,0,时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。,直流通路,电容开路,所有电量大写,画直流通路原则：,短路，开路,2021/5/27,36,电流关系：,直流通路,V,CEQ,=,V,CC,I,CQ,R,c,硅,:,V,BEQ,=0.7V,锗,:,V,BEQ,=0.2V,I,B,、,I,C,和,V,CE,是,静态工作状态,的三个量,，,用,Q,表示，称为,静态工作点,Q,（,I,BQ,，,I,CQ,，,V,CEQ,）。,2021/5/27,37,V,CEQ,=,V,CC,I,CQ,R,c,=5.9V,2021/5/27,38,2.,动态,输入正弦信号,v,s,后，电路将处在,动态工作情况,。此时，,BJT,各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。,三极管放大作用,s,控制,v,c,R,且,s,v,2021/5/27,39,电容短路,所有电量小写,画交流通路原则：,，短路,交流通路,分析动态参数时，使用交流通路,2021/5/27,40,2021/5/27,41,2021/5/27,42,2021/5/27,43,2021/5/27,44,4.3,放大电路的分析方法,4.3.1,图解分析法,4.3.2,小信号模型分析法,1.,静态工作点的图解分析,2.,动态工作情况的图解分析,3.,静态工作点对波形失真的影响,4.,图解分析法的适用范围,1.BJT,的,H,参数及小信号模型,2.,用,H,参数小信号模型分析基本共射极放大电路,3.,小信号模型分析法的适用范围,2021/5/27,45,4.3.1,图解分析法,1.,静态工作点的图解分析,v,S,=0,，求,Q,（,I,BQ,、,I,CQ,和,V,CEQ,）,线性,线性,非线性,2021/5/27,46,(1),输入回路,线性部分：,非线性部分：,称为输入直流负载线,2021/5/27,47,(2),输出回路,非线性部分：,得出,Q,（,I,BQ,，,I,CQ,，,V,CEQ,）,线性部分：,称为输出直流负载线,2021/5/27,48,2.,动态工作情况的图解分析,2021/5/27,49,2021/5/27,50,2.,动态工作情况的图解分析,共射极放大电路中的电压、电流波形,1.,v,i,v,BE,i,B,i,C,v,CE,|,-v,o,|,2.,v,o,与,v,i,相位相反；,3.,可测量出放大电路的电压增益。,2021/5/27,51,3.,静态工作点对波形失真的影响,Q,点过低,截止失真,2021/5/27,52,Q,点过高,饱和失真,2021/5/27,53,最大不失真输出幅度的获取：,Q,点较高,Q,点不允许动,上取到饱和区，下取等长度,Q,点较低,下取到截止区，上取等长度,Q,点允许动,把,Q,点取到负载线的中间,2021/5/27,54,例,1,一个实际的单管放大电路,C,1,、,C,2,：,耦合电容,R,L,：,负载电阻,R,b,=300K,R,C,=4K,V,CC,=12V,基极直流电源和集电极直流电源合并,耦合电容，阻容耦合共射放大电路,2021/5/27,55,1.,静态,(,直流工作状态,),输入信号,v,s,0,时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。,直流通路,电容开路,所有电量大写,画直流通路原则：,短路，开路,2021/5/27,56,电容短路,所有电量小写,画交流通路原则：,，短路,交流通路,分析动态参数时，使用交流通路,2021/5/27,57,(a),直流通路,(b),交流通路,2021/5/27,58,(1),静态工作情况,得出,Q,（,I,BQ,，,I,CQ,，,V,CEQ,）,=Q,（,40,A,，,1.5mA,，,6V,）,2021/5/27,59,称为交流负载线,(2),动态工作情况,2021/5/27,60,1.,从,Q,点做一条斜率为,-,1/R,L,的,直线。,作法：,2.,截距法,2021/5/27,61,可得如下结论：,直流负载线和交流负载线相交于,Q,点；,不接,R,L,时，两根线重合；,R,L,R,C,，,即交流负载线比直流负载线陡，相同输入电压条件下，带负载后输出电压幅度下降，电压放大倍数下降。,2021/5/27,62,4.,图解分析法的适用范围,幅度较大而工作频率不太高的情况,优点：,直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。,缺点：,不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。,2021/5/27,63,2021/5/27,64,2021/5/27,65,2021/5/27,66,2021/5/27,67,2021/5/27,68,2021/5/27,69,2021/5/27,70,2021/5/27,71,主 讲 人：谌雨章,课程名称：模拟电子电路,时 间：,2013,年,5,月,7,日,(,周二,),第,3,节（,9,：,50-10,：,35,）,地 点：,3,号教学楼,206,教室,2021/5/27,72,4.3.2,小信号模型分析法,1.BJT,的,H,参数及小信号模型,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,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。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,2021/5/27,73,1.BJT,的,H,参数及小信号模型,H,参数的引出,在小信号情况下，对上两式取全微分得,用小信号交流分量表示,v,be,=,h,ie,i,b,+,h,re,v,ce,i,c,=,h,fe,i,b,+,h,oe,v,ce,对于,BJT,双口网络，已知输入输出特性曲线如下：,i,B,=,f,(,v,BE,),v,CE,=const,i,C,=,f,(,v,CE,),i,B,=const,可以写成：,BJT,双口网络,2021/5/27,74,输出端交流短路时的输入电阻；,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；,输入端交流开路时的反向电压传输比；,输入端交流开路时的输出电导。,其中：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（,H,参数）。,v,be,=,h,ie,i,b,+,h,re,v,ce,i,c,=,h,fe,i,b,+,h,oe,v,ce,1.BJT,的,H,参数及小信号模型,H,参数的引出,2021/5/27,75,(1),模型的建立,H,参数模型,2021/5/27,76,（,2),模型中的主要参数,表示三极管的,电流放大作用,h,ie,为输入电阻，即,r,be,h,re,为电压反馈系数，,即,r,h,fe,为,电流放大系数,，即,h,oe,为输出电导，即,1/,r,ce,。,2021/5/27,77,注意：,H,参数都是小信号参数，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,参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,（,1,）,i,b,和,r,v,ce,都是受控源，只表示电流电压间的控制作用；,（,2,）应注意,受控源的方向问题。,2021/5/27,78,模型的简化,h,re,和,h,oe,都很小，常忽略它们的影响。,BJT,在共射极连接时，其,H,参数的数量级一般为,2021/5/27,79,H,参数的确定,一般用测试仪测出；,r,be,与,Q,点有关，一般用公式估算,r,be,=,r,bb,+(1+,),r,e,其中对于低频小功率管 基区体电阻,r,bb,200,仅与惨杂浓度和制造工艺相关,则,(,T,=300K),发射结电阻,2021/5/27,80,（,1,）画小信号等效电路,H,参数小信号等效电路,2.,用,H,参数小信号模型分析基本共射极放大电路,2021/5/27,81,（,3,）求放大电路动态指标,根据,则电压增益为,（可作为公式）,电压增益,H,参数小信号等效电路,2021/5/27,82,2.,用,H,参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（,3,）求放大电路动态指标,输入电阻,输出电阻,令,R,o,=,R,c,所以,2021/5/27,83,3.,小信号模型分析法的适用范围,放大电路的输入信号幅度较小，,BJT,工作在其,V,T,特性曲线的线性范围（即放大区）内。,H,参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。,优点,：,分析放大电路的动态性能指标,(,A,v,、,R,i,和,R,o,等,),非常方便，且适用于频率较高时的分析。,4.3.2,小信号模型分析法,缺点,：,在,BJT,与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及,BJT,的,H,参数均是针对变化量,(,交流量,),而言的，不能用来分析计算静态工作点。,2021/5/27,84,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知,BJT,的,=80,，,R,b,=300k,，,R,c,=2k,，,V,CC,=+12V,，求：,（,1,）放大电路的,Q,点。此时,BJT,工作在哪个区域？,（,2,）当,R,b,=100k,时，放大电路的,Q,点。此时,BJT,工作在哪个区域？（忽略,BJT,的饱和压降）,解：,（,1,）,（,2,）当,R,b,=100k,时，,静态工作点为,Q,（,40,A,，,3.2mA,，,5.6V,），,BJT,工作在放大区。,其最小值也只能为,0,，即,I,C,的最大电流为：,，所以,BJT,工作在饱和区。,V,CE,不可能为负值，,此时，,Q,（,120uA,，,6mA,，,0V,），,例题,end,2021/5/27,85,2021/5/27,86,2021/5/27,87,2021/5/27,88,2021/5/27,89,2021/5/27,90,2021/5/27,91,2021/5/27,92,2021/5/27,93,2021/5/27,94,2021/5/27,95,2021/5/27,96,2021/5/27,97,2021/5/27,98,2021/5/27,99,2021/5/27,100,4.4,放大电路静态工作点的稳定问题,4.4.1,温度对静态工作点的影响,4.4.2,射极偏置电路,1.,基极分压式射极偏置电路,2.,含有双电源的射极偏置电路,3.,含有恒流源的射极偏置电路,2021/5/27,101,(,1),共射极直流电流放大系数,=,（,I,C,I,CEO,）,/,I,B,I,C,/,I,B,v,CE,=const.,1.,电流放大系数,4.1.4 BJT,的主要参数,与,i,C,的关系曲线,(2),共射极交流电流放大系数,=,i,C,/,i,B,v,CE,=const.,在,i,C,一定范围内为常数,2021/5/27,102,(,3),共基极直流电流放大系数,=,（,I,C,I,CBO,）,/,I,E,I,C,/,I,E,(,4),共基极交流电流放大系数,=,i,C,/,i,E,v,CB,=const.,当,I,CBO,和,I,CEO,很小时，,、,，可以不加区分。,2021/5/27,103,与,间的关系：,2021/5/27,104,2.,极间反向电流,(1),集电极基极间反向饱和电流,I,CBO,发射极开路时，集电结的反向饱和电流。,与单个,PN,结的反偏电流相同，,T,一定时为常数（取决于温度和少子浓度）,I,CBO,越小越好,小功率硅管,I,BQ,，,此时，,V,BQ,与温度无关,V,BQ,V,BEQ,一般取,I,1,=(510),I,BQ,，,V,BQ,=35,V,1.,基极分压式射极偏置电路,（,1,）稳定工作点原理,2021/5/27,112,1.,基极分压式射极偏置电路,（,2,）放大电路指标分析,静态工作点,2021/5/27,113,电压增益,画小信号等效电路,（,2,）放大电路指标分析,2021/5/27,114,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,画小信号等效电路,确定模型参数,已知，求,r,be,增益,（,2,）放大电路指标分析,（可作为公式用）,2021/5/27,115,输入电阻,则输入电阻,放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻,（,2,）放大电路指标分析,2021/5/27,116,输出电阻,输出电阻,求输出电阻的等效电路,网络内独立源置零,负载开路,输出端口加测试电压,其中,则,当,时，,一般,（,）,（,2,）放大电路指标分析,2021/5/27,117,电路如,图,所示，晶体管,=100,，,=100,。,(1),求电路的,Q,点、和 ；,(2),若改用,=200,的晶体管，则,Q,点如何变化？,2021/5/27,118,(1),静态分析：,动态分析：,2021/5/27,119,(2),=200,时，（不变）；,（不变）；,（减小）；,（不变）。,2021/5/27,120,2021/5/27,121,2021/5/27,122,2021/5/27,123,2021/5/27,124,2.,含有双电源的射极偏置电路,（,1,）,阻容耦合,静态工作点,2021/5/27,125,2.,含有双电源的射极偏置电路,（,2,）,直接耦合,2021/5/27,126,3.,含有恒流源的射极偏置电路,静态工作点由恒流源提供,分析该电路的,Q,点及,、,end,2021/5/27,127,2021/5/27,128,2021/5/27,129,2021/5/27,130,2021/5/27,131,2021/5/27,132,4.5,共集电极放大电路和共基极放大电路,4.5.1,共集电极放大电路,4.5.2,共基极放大电路,4.5.3,放大电路三种组态的比较,2021/5/27,133,4.5.1,共集电极放大电路,1.,静态分析,共集电极电路结构如图示,该电路也称为,射极输出器,由,得,直流通路,2021/5/27,134,小信号等效电路,4.5.1,共集电极放大电路,2.,动态分析,交流通路,2021/5/27,135,4.5.1,共集电极放大电路,2.,动态分析,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,其中,一般,，则电压增益接近于,1,，,电压跟随器,即,。,2021/5/27,136,4.5.1,共集电极放大电路,2.,动态分析,输入电阻,当,，,时，,输入电阻大,2021/5/27,137,输出电阻,由电路列出方程,其中,则,输出电阻,当,，,时，,输出电阻小,4.5.1,共集电极放大电路,2.,动态分析,2021/5/27,138,共集电极电路特点：,电压增益小于,1,但接近于,1,，,输入电阻大，对电压信号源衰减小,输出电阻小，带负载能力强,。,4.5.1,共集电极放大电路,2021/5/27,139,4.5.2,共基极放大电路,1.,静态工作点,直流通路与射极偏置电路相同,2021/5/27,140,2.,动态指标,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,交流通路,小信号等效电路,2021/5/27,141,输入电阻,输出电阻,2.,动态指标,小信号等效电路,2021/5/27,142,4.5.3,放大电路三种组态的比较,1.,三种组态的判别,以输入、输出信号的位置为判断依据：,信号由基极输入，集电极输出,共射极放大电路,信号由基极输入，发射极输出,共集电极放大电路,信号由发射极输入，集电极输出,共基极电路,2021/5/27,143,2.,三种组态的比较,2021/5/27,144,3.,三种组态的特点及用途,共射极放大电路：,电压和电流增益都大于,1,，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。,共集电极放大电路：,只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。,共基极放大电路：,只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。,4.5.3,放大电路三种组态的比较,end,2021/5/27,145,4.6,组合放大电路,4.6.1,共射,共基放大电路,4.6.2,共集,共集放大电路,2021/5/27,146,4.6.1,共射,共基放大电路,共射共基放大电路,2021/5/27,147,4.6.1,共射,共基放大电路,其中,所以,因为,因此,组合放大电路总的电压增益等于组成它的各级单管放大电路电压增益的乘积。,前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻是前一级的负载电阻,R,L,。,电压增益,2021/5/27,148,4.6.1,共射,共基放大电路,输入电阻,R,i,R,b,|,r,be1,R,b1,|,R,b2,|,r,be1,输出电阻,R,o,R,c2,2021/5/27,149,T,1,、,T,2,构成复合管，可等效为一个,NPN,管,(a),原理图,(b),交流通路,4.6.2,共集,共集放大电路,2021/5/27,150,4.6.2,共集,共集放大电路,1.,复合管的主要特性,两只,NPN,型,BJT,组成的复合管,两只,PNP,型,BJT,组成的复合管,r,be,r,be1,(1,1,)r,be2,2021/5/27,151,4.6.2,共集,共集放大电路,1.,复合管的主要特性,PNP,与,NPN,型,BJT,组成的复合管,NPN,与,PNP,型,BJT,组成的复合管,r,be,r,be1,2021/5/27,152,4.6.2,共集,共集放大电路,end,2.,共集,共集放大电路的,A,v,、,R,i,、,R,o,式中,1,2,r,be,r,be1,(1,1,),r,be2,R,L,R,e,|,R,L,R,i,R,b,|,r,be,(1,),R,L,2021/5/27,153,2021/5/27,154,2021/5/27,155,2021/5/27,156,2021/5/27,157,2021/5/27,158,2021/5/27,159,2021/5/27,160,2021/5/27,161,2021/5/27,162,2021/5/27,163,4.7,放大电路的频率响应,4.7.1,单时间常数,RC,电路的频率响应,4.7.2 BJT,的高频小信号模型及频率参数,4.7.3,单级共射极放大电路的频率响应,4.7.4,单级共集电极和共基极放大电路的高频响应,4.7.5,多级放大电路的频率响应,研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化的响应。,2021/5/27,164,增益的大小和相位随频率的变化,幅频响应,相频响应,每只电容只对频谱一段影响较大：,中频：耦合电容短路，极间电容开路；,低频：耦合电容不能短路，增益随频率降低减小，相移减小；,高频：极间电容不能开路，增益随频率增加减小，相移增大。,2021/5/27,165,4.7.1,单时间常数,RC,电路的频率响应,1.,RC,低通电路的频率响应,（电路理论中的稳态分析）,RC,电路的电压增益（传递函数）：,则,且令,又复变量,电压增益的幅值（模）,（幅频响应）,电压增益的相角,（相频响应）,增益频率函数,RC,低通电路,2021/5/27,166,最大误差,-3dB,频率响应曲线描述,幅频响应,1.,RC,低通电路的频率响应,相频响应,2021/5/27,167,2.,RC,高通电路的频率响应,RC,电路的电压增益：,幅频响应,相频响应,输出超前输入,RC,高通电路,2021/5/27,168,4.7.2 BJT,的高频小信号模型及频率参数,1.BJT,的高频小信号模型,模型的引出,r,be,-,发射结电阻,r,e,归算到基极回路的电阻,-,发射结电容,-,集电结电阻,-,集电结电容,r,bb,-,基区的体电阻，,b,是假想的基区内的一个点,互导,BJT,的高频小信号模型,发射结电压对受控电流的控制能力,2021/5/27,169,简化模型,混合,型高频小信号模型,1.BJT,的高频小信号模型,2021/5/27,170,2.BJT,高频小信号模型中元件参数值的获得,低频时，混合,模型,与,H,参数,模型等价,所以,2021/5/27,171,又因为,从手册中查出,所以,2.BJT,高频小信号模型中元件参数值的获得,低频时，混合,模型,与,H,参数,模型等价,2021/5/27,172,3.BJT,的频率参数,由,H,参数可知,即,根据混合,模型得,低频时,所以,当,时，,电容 会对,BJT,的电流放大系数产生频率效应,2021/5/27,173,令,的幅频响应,共发射极截止频率,特征频率,共基极截止频率,3.BJT,的频率参数,的相频响应,f,(1,0,),f,f,f,T,2021/5/27,174,4.7.3,单级共射极放大电路的频率响应,1.,高频响应,型高频等效电路,2021/5/27,175,4.7.3,单级共射极放大电路的频率响应,1.,高频响应,型高频等效电路,对节点,c,列,KCL,得,由于输出回路电流比较大，所以可以,忽略 的分流，得,称为,密勒电容,而输入回路电流比较小，所以不能,忽略 的电流。,目标：断开输入输出之间的连接,2021/5/27,176,4.7.3,单级共射极放大电路的频率响应,同理，在,c,、,e,之间也可以求得一个等效电容,C,M2,，且,等效后断开了输入输出之间的联系,1.,高频响应,型高频等效电路,2021/5/27,177,4.7.3,单级共射极放大电路的频率响应,1.,高频响应,型高频等效电路,目标：简化和变换,输出回路的时间常数远小于输入回路时间常数，考虑高频响应时可以忽略,C,M2,的影响。,2021/5/27,178,4.7.3,单级共射极放大电路的频率响应,1.,高频响应,型高频等效电路,目标：简化和变换,2021/5/27,179,4.7.3,单级共射极放大电路的频率响应,1.,高频响应,高频响应和上限频率,由电路得,电压增益频响,其中,中频增益或通带源电压增益,上限频率,2021/5/27,180,1.,高频响应,高频响应和上限频率,RC,低通电路,共射放大电路,频率响应曲线变化趋势相同,180,arctg(,f,/,f,H,),相频响应,幅频响应,2021/5/27,181,增益,-,带宽积,BJT,一旦确定，,带宽增益积基本为常数,1.,高频响应,当,R,b,R,s,及,R,b,r,be,时，有,2021/5/27,182,例题,解：,模型参数为,例,4.7.1,设共射放大电路在室温下运行，其参数为：,负载开路，,R,b,足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。,低频电压增益为,又因为,所以上限频率为,2021/5/27,183,2.,低频响应,低频等效电路,2021/5/27,184,2.,低频响应,低频等效电路,R,b,=,（,R,b1,/,R,b2,）远大于,R,i,，,C,e,C,b2,R,i,2021/5/27,185,中频区,(,即通常内,),源电压增益,当,则,下限频率取决于,2.,低频响应,低频响应,当,2021/5/27,186,2.,低频响应,低频响应,下限频率取决于,当 时，,相频响应,180,arctg(,f,L1,/,f,),180,arctg(,f,L1,/,f,),幅频响应,2021/5/27,187,2.,低频响应,低频响应,包含,f,L2,的幅频响应,2021/5/27,188,4.7.4,单级共集电极和共基极放大电路的高频响应,1.,共基极放大电路的高频响应,高频等效电路,2021/5/27,189,高频响应,特征频率,1.,共基极放大电路的高频响应,其中,由于,r,e,很小,由于,C,b,c,很小，,f,H2,也很高。,2021/5/27,190,4.7.4,单级共集电极和共基极放大电路的高频响应,2.,共集电极放大电路的上限频率,2021/5/27,191,1.,多级放大电路的增益,前级的开路电压是下级的信号源电压,前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗,下级的输入阻抗是前级的负载,4.7.5,多级放大电路的频率响应,2021/5/27,192,2.,多级放大电路的频率响应,多级放大电路的通频带比它的任何一级都窄。,（以两级为例）,则单级的上下限频率处的增益为,当两级增益和频带均相同时，,两级的增益为,即两级的带宽小于单级带宽。,4.7.5,多级放大电路的频率响应,end,2021/5/27,193,