极管及放大电路基础康华光.ppt

第四章-2 三极管及放大电路基础,重点： 1.了解三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义； 2.理解三极管的电流分配和电流放大作用； 3.会判断三极管的工作状态。 4.掌握各类三极管放大电路的分析方法:(1)静态的工作点估算法; (2)动态的微变等效电路分析法,即AV、Ri 和Ro的计算方法。,（1-2）,4.5 共集电极放大器和共基极放大器 4.2 4.3 4.4电路中, 三极管的发射极是输入输出的公共点, 称为共射接法, 相应地还有共基、共集接法。 一、共集电极放大电路(射极输出器) 1.电路,2.静态分析 直流通路如下:,（1-3）,IBQ RBVBEQ(1+)IBQ REVCC,IEQICQIB Q VCEQVCCIEQ RE,（1-4）,2、动态分析,(1)小信号等效电路,因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。 因从发射极输出，所以称射极输出器。,（1-5）,(2)电压增益,1,RLRE /RL vo =(1+)ibRL vi =ibrbe+(1+)ibRL =ib rbe+(1+) RL,Av虽小于1，但近似等于1。 无电压放大作用。 有电流、功率放大作用。,（1-6）,(3) 输入电阻,输入电阻大。,RB /rbe (1)RL,（1-7）,(4) 输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,+ v -,i=ib +ib + iRe,= (1+)ib + iRe,（1-8）,i=ib +ib + iRe,= (1+)ib + iRe,输出电阻Ro 很小，带负载能力强。 所谓带负载能力强,是指当负载变化时,输出电压、放大倍数基本不变。,（1-9）,(5)射极输出器的使用 a. 将射极输出器放在电路的首级，可以提高整个放大器的输入电阻,减轻信号源负担。 b. 将射极输出器放在电路的末级，可以降低整个放大器的输出电阻，提高带负载能力。 c. 将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。,射极输出器,输 入,输 出,第1 级 放大器,射极输出器,第2 级 放大器,第n 级 放大器,射极输出器,（1-10）,在图示放大电路中,已知VCC=12V, RE= 2k, RB= 200k, RL= 2k,晶体管=60, VBE=0.6V,信号源内阻RS= 100，试求:(1) 静态工作点 IB、IE 及 VCE；(2) 画出微变等效电路；(3) Av、ri 和 ro 。,例1,解: (1)直流通路,（1-11）,(2) 微变等效电路求Av、 ri 、 ro,微变等效电路,（1-12）,二、共基极放大电路 1.电路,2.静态分析 直流通路:,VCEQVCCICQ RCIEQRE,（1-13）,3. 动态分析 (1)画小信号等效电路,(2)电压放大倍数,微变 电路,+ vo -,vi=-ibrbe vo =- ib (Rc /RL),+ vo -,（1-14）,(3)输入电阻,输入电阻小。,（1-15）,(4)输出电阻 求输出电阻的图：,RoRC,+ v -, (1+)ib(Re/RS )+ibrbe=0,ic=0,ib=0,输出电阻大。,（1-16）,三. 三种组态的比较,（1-17）,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。适用于中低频情况下，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。,（1-18）,4.6 组合放大电路(多级放大电路) 在实际应用中, 为得到理想的增益、输入电阻、输出电阻，常把前面三种单管放大电路组合起来使用。 一. 多级放大器的耦合方式(连接方式) 1.阻容耦合 优点： 各级放大器Q点独立。输出温度漂移比较小。 缺点： 不便于作成集成电路。低频特性差，只能放大中高频信号。 2.直接耦合 优点：电路中无电容，便于集成化。 缺点：各级放大器Q点不独立, 相互影响。输出温度漂移严重。,（1-19）,二. 共射-共基放大电路 1.电路,2.静态分析 直流通路如图:,（1-20）,VC1VE2VB2 VBE2 VCE1VC1(VB1 VBE1) VCE2VCC IC2 RC2 VE2,IC2IE2IC1IE1,（1-21）,3. 动态分析,(1)小信号等效电路(下图),(2)输入电阻 RiRi1Rb1/Rb2/rbe1 RL1Ri2vi2/(-ie2) -ib2 rbe2 /-(1+)ib2 rbe2 /(1+),+ vo1=vi2 -,（1-22）,(3)电压放大倍数,(4)输出电阻 RoRo2Rc2 Ro1,（1-23）,多级放大器总结,(1)总电压增益=各级放大倍数的乘积Av= Av1Av2Avn (2)前一级的输出电压是后一级的输入电压vi2 = vo1 (3)后一级的输入电阻是前一级的负载电阻RL1 =Ri2 (4)前一级的输出电阻是后一级的信号内阻RS2=Ro1 (5) 总输入电阻 Ri 即为第一级的输入电阻Ri1 。 (6) 总输出电阻Ro即为最后一级的输出电阻Ron 。,+ vo1=vi2 -,（1-24）,三、复合管(达林顿管) 为了扩大三极管电流的驱动能力,提高电流放大系数,可将两只三极管组合起来。NPN和PNP两种结构的三极管可以如下组合： 1. NPN与NPNNPN,等效,复合管的电流放大系数: =iC/iB,=1iB + 2(1+1)iB/iB,=1 + 2+1 21 2,复合管be之间的输入电阻rbe: rbe=vBE/iB,=iBrbe1+(1+1)iBrbe2/iB =rbe1+(1+1)rbe2,（1-25）,2. PNP与PNP PNP,等效,=1 + 2+1 2 1 2 rbe=rbe1+(1+1)rbe2,3. NPN与PNP NPN,等效,=1+1 2 1 2 rbe=rbe1,（1-26）,4. PNP与NPN PNP,等效,=1+1 2 1 2 rbe=rbe1,复合管总结： (1)复合管的类型由两只晶体管中的第一只管子决定。 (2)同类型晶体管组成的复合管: =1+ 2+1 2 1 2 , rbe=rbe1+(1+1)rbe2 (3)不同类型晶体管组成的复合管: =1+1 21 2 , rbe=rbe1,（1-27）,T1,T2构成复合管,可等效为一个NPN管 =1+2+1212 rbe=rbe1+(1+1)rbe2,2.静态分析 直流通路如图:,四、共集共集放大电路 1.电路,ICQIEQ(1+)IBQ VCEQVCCIEQ Re,（1-28）,3. 动态分析,(1)小信号等效电路(下图),(2)电压放大倍数,式中: 12 rberbe1(11)rbe2,(2)输入电阻 RiRb/rbe+(1+)(Re/RL) (4)输出电阻,（1-29）,(5)不足与改进,不足： 图中T2的电流是T1的倍, 因此T1的工作点电流IC太小, 工作点太低。 改进： 在T1射极与地之间加接一只几十k 以上的电阻Re1或接恒流源。,注意：加接Re1后T1、T2不再组成复合管。,（1-30）,加接Re1后的静态值： IBQ1 RbVBE1Q(1+1)IBQ1-IBQ2 Re1VCC (1) IBQ1 RbVBE1QVBE2Q(1+2)IBQ2ReVCC (2) 由(1) (2)解出IBQ1 , IBQ1 。 ICQ11 IBQ1 , ICQ22 IBQ2,VCEQ1VCC (1+1)IBQ1-IBQ2 Re1 VCEQ2VCC(1+2)IBQ2Re,（1-31）,加接Re1后的动态值： 输入电阻 RL1Ri2 rbe2(12)(Re|RL) RiRi1 Rb1|rbe1(11)(Re1| Ri2),输出电阻,电压放大倍数,= Av1 Av2,（1-32）,第一级,第二级,负载,信号源,两级阻容耦合放大电路图示。试求出静态值、动态值。,例1,1.静态分析 由于电容有隔直作用,所以每级放大电路的直流通路互不相通,每级的静态工作点互相独立,互不影响,可以各级单独计算。 两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。,（1-33）,2. 动态分析,微变等效电路,输入电阻: RiRB1|RB2|rbe1 , Ri2RB1|RB2|rbe2 输出电阻: Ro1 RC1, Ro RC2 两级负载电阻: RL1RC1|Ri2 , RL2RC2|RL,各级电压增益：,两级电压总增益： Av= Av1 Av2,（1-34）,两级电压放大电路如图示,已知1=2=50,T1和T2均为3DG8D。 (1) 计算前、后级放大电路的静态值(VBE=0.6V); (2) 求放大电路的输入电阻和输出电阻； (3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。,例2,（1-35）,第一级是射极输出器:,解:(1) 两级放大电路的静态值可分别计算:,（1-36）,第二级是分压式偏置电路,（1-37）,(2) 计算 r i和 r 0,（1-38）,（1-39）,(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,（1-40）,4.7 放大电路的频率响应 输入为正弦信号时, 放大器增益与频率的关系,Av()(),其中：Av()称为幅频响应或幅频特性； () 称为相频响应或相频特性；,低通电路低频信号能顺利通过电路达到输出端口, 抑制高频信号通过电路。,输入信号 频率是变的,输出信号,增益的 频率响应,一. 单时间常数RC电路的频率响应 1. RC低通电路的频率响应 (1) RC低通电路,（1-41）,(2) RC低通电路的增益频率函数 (电路理论中的网络函数),幅频响应:,相频响应: H=-arctan(f /f H),（1-42）,(3) RC低通电路的波特图,幅频响应曲线:,幅频响应的波特图: 纵轴取20lg(分贝)为刻度,横轴以10倍频程为刻度,. 20lg|AvH|=-10lg1+(f/fH)2,相频响应: 只有横轴以10倍频程为刻度,H=-arctan(f /f H),fH:上限截止频率,（1-43）,2. RC高通电路的频率响应 (1) RC高通电路 高通电路高频信号能顺利通过电路达到输出端口, 抑制低频信号通过电路。,输入信号 频率是变的,输出信号,(2) RC高通电路的增益频率函数,幅频响应:,相频响应: L=arctan(f L/f),（1-44）,(3) RC高通电路的波特图,相频响应:,L=arctan(f L/f ),幅频响应的波特图:,. 20lg|AvL|=-10lg1+(fL/f)2,幅频响应:,fL:下限截止频率 Av下降到0.707时对应的频率,（1-45）,二. BJT的高频小信号模型及频率参数 1. BJT的中低频小信号模型,等效,分析动态 信号很小 中低频,2. BJT的高频小信号模型,等效,分析动态 信号很小 高频,（1-46）,基区的体电阻: rbb几十几百 发射结电阻: rbe(1+)26(mV)/IEQ 发射结电容: Cbe几十几百pF 集电结电容: Cbc210pF 互导:gmIEQ/26(mV),3. BJT高频小信号模型中元件参数值的求法(推导过程略),特征频率fT:可从手册中查出 Cbc :可从手册中查出 rbb :可从手册中查出 rbe(1+)26(mV)/IEQ 其中： rbe= rbb+ rbe,（1-47）,三. 单级共射极放大电路的频率响应,1.电压增益的高频响应 (1)高频小信号电路,(2)高频电压增益响应 (推导过程略),（1-48）,通带源电压增益：,上限频率：,RiRb1|Rb2|rbe RLRC|RL,波特图,其中：Rrbe/(rbb +Rb1/Rb2/Rs ),（1-49）,2.电压增益的低频响应,(1)低频小信号电路,(2)低频电压增益响应(推导过程略),（1-50）,其中：,下限频率：,取值大的那个作为电路的下限频率fL ,值小的称为fL,波 特 图,（1-51）,完整的共射放大电路的频率响应:,四. 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应 五. 多级放大电路的频率响应(自己看),通频带,（1-52）,100,2106,20,例1,某放大电路的对数幅频特性如图所示。 由图可知，该电路的中频电压增益|Avm|= 倍。 上限截止频率fH = Hz， 下限截止频率fL = Hz。,一个放大电路的对数幅频特性如上图所示。 当信号频率恰好为上限频率或下限频率时，实际的电压增益为= 。,例2,70.7,或37dB,（1-53）,fH1=10kHz fH2=100kHz Avm =104,例3,已知某放大电路的幅频特性如图所示。 试写出其电压放大倍数Av的表达式。,（1-54）,例4,已知某放大电路的幅频特性如图所示。 试写出其电压放