共集电极放大电路和共基极放大电路PPT课件

1、1 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路 1.1.静态分析静态分析 共集电极电路结构如图示共集电极电路结构如图示 该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器 eb BEQCC BQ )1(RR VV I eCQCCeEQCCCEQ RIVRIVV BQCQ II eEQBEQbBQCC RIVRIV BQEQ )1(II 由由 得得 直流通路直流通路 2 小信号等效电路小信号等效电路 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路 2.2.动态分析动态分析 交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 3 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路 2.2.动态分析动态分析 电压增

2、益电压增益 输出回路：输出回路： 输入回路：输入回路： Lbbeb Lbbbebi )1( )( Riri Riiri v 电压增益：电压增益： 1 )1( )1( )1( )1( Lbe L Lbe L Lbeb Lb i o Rr R Rr R Rri Ri A v v v 其中 LeL / RRR LbLbbo )1()(RiRii v 一般 beL rR ，则电压增益接近于1 1，同同相相与与 io vv 电压跟随器 1 v A即。 2）作多级大电路的输 出级; 3）作多级放大电路的缓冲级. 8 9 10 11 12 13 14 15 4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路 1.1.

3、静态工作点静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同 CC b2b1 b2 BQ V RR R V e BEQBQ EQCQ R VV II )( ecCQCC eEQcCQCCCEQ RRIV RIRIVV I I CQ BQ 直流通路 16 2.2.动态指标动态指标 电压增益电压增益 输出回路：输出回路： 输入回路：输入回路： LcL / RRR 交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 Lbo Ri v bebi ri v be L i o r R A v v v 电压增益：电压增益： 17 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻 co RR 2.2.动态指标动态

4、指标 小信号等效电路小信号等效电路 be ee iiiii RR )1( i e e Ri R / i v bibe )& 1/(ir v )1/( 11 1 )1(/ bee be i e i iiii rR r R iR vv vv r R 1 | be e 18 19 4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较 1.1.三种组态的判别三种组态的判别 以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据： 信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路共集电极

5、放大电路 信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出共基极电路共基极电路 20 21 22 23 24 25 2.2.三种组态的比较三种组态的比较 26 3.3.三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途 共射极放大电路：共射极放大电路： 电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 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，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。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：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

6、态中，输入电阻最高，输出电阻只有电流放大作用，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。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：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。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。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

7、.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较 end 27 4.6 组合放大电路组合放大电路 4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路 4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路 28 4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路 29 电压增益： obcLcL ibbeebe (/ /)(/ /) (*) (1) iRRRR A ir Rr v v v 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路 30 交流通路交流通路 oL ibe (*) R A r v v v 共基极放大电路共基极放大电路 31 4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路 21 o1 o i o1 i o

8、 vvv v v v v v v AAA )1( 2be1 be21 be1 L1 1 r r r R A v be2 Lc22 be2 L22 2 )|( r RR r R A v 其中其中 be2 Lc22 be12 be21 )|( )1(r RR r r A v 所以所以 1 2 因为因为 )1.6.4( )|( be1 Lc21 b r RR A v 因此因此 l 组合放大电路总的电压增益等于组成它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。的各级单管放大电路电压增益的乘积。 l前一级的输出电压是后一级的输入电压，前一级的输出电压是后一级的输入电压， 后一级

9、的输入电阻是前一级的负载电阻后一级的输入电阻是前一级的负载电阻RL。 电压增益电压增益 2 be2 L 1 r R &2 32 4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路 输入电阻输入电阻 Ri i i i v Rb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻输出电阻 Ro Rc2 33 T T1 1、T T2 2构成复合管，可等效为一个构成复合管，可等效为一个NPNNPN管管 (a) (a) 原理图原理图 (b)(b)交流通路交流通路 4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路 34 4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路 1. 复合管的主要特性复合管的主要特性 两只两只NPN型型

10、BJT组成的复合管组成的复合管 两只两只PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 NPN与与PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1 PNP与与NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 35 36 4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路 2. 共集共集 共集放大电路的共集放大电路的Av、 Ri 、Ro i o v v v A Lbe L 1 1 Rr R 1 | | bebs eo rRR RR 式中式中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1 )R L 37 4.7 放大电路的频率响应放大电路的

11、频率响应 p154 4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应 4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数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）随信号频率变化时的响研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响 应。应。 38 4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应 1. RC低通电路的频率响应

12、低通电路的频率响应 （电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析） RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）： 则则 o1 i11 o1 H i1111 ()1 / () () ()1 / () ( )1 /1 ( ) ( )1 /1 V V VjC A VRjC VssC As VsRsCsR C fsj2 j 令：令： 11 H 2 1 CR f 其中其中 电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模） 2 H H )/(1 1 ff AV （幅频响应）（幅频响应） 电压增益的相角电压增益的相角 )/(arctan HH ff （相频响应）（相频响应） 增益频率函数增益频率函

13、数 RC低通电路低通电路 HH V f f j f fj CsRV V sA 1 1 ) 2 1 )(2(1 1 1 1 )( 11i o H &1 39 最大误差最大误差 -3dB 频率响应曲线描述频率响应曲线描述 1. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应 相频响应相频响应)/(arctan HH ff &1 &2 &3 &4 幅频响应幅频响应)4.7.4( )/(1 1 2 H H ff A V 40 2. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应 RC电路的电压增益：电路的电压增益： 幅频响应幅频响应 2 L L )/(1 1 ff AV 相频响应相频响应)/(arctan LL

14、ff 输出超前输入输出超前输入(L0) )/(1 1 )2 /(1j2 j2 /1 /1)( )( )( L 22 22 2 i o L ffj ff f CRs s sCR R sV sV sA L V RC高通电路高通电路 41 BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数 p159 1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 物理模型的引出物理模型的引出 rbe-发射结电阻re折算到基极回路的电阻 发射结电容(几十几百pF) 集电结电阻(100k10M )rbc 集电结电容(210pF) C bc rbb -基区的体电阻

15、(几十几百) ， b是假想的基区内的一个点 &1 42 简化模型简化模型 混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型 cecb rr和和忽忽略略 1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 互导互导 CECE EB C EB C mVV ii g vv &1 &2 &3 图4. 7. 6b 图4. 7. 6a 43 2. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得 低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H参数参数模型等价模型等价 ebbbbe rrr EQ bbebbbe )1()1( I V rrrr T 又又 所以 EQ eb )1( I V r T ebbe

16、bb rrr 44 又因为 ebbeb rIV bmb embb e Ig VgI r T m eb 2f g C 从手册中查出 Tcb fC和和 所以 T EQ T V I I V r g EQ eb m )1( 2. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得 低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H H参数参数模型等价模型等价 P161(4.7.14) 45 3. BJT的频率参数的频率参数 p161 &1 由由H参数可知参数可知 CE B C feV i i h 即即 0 b c ce V I I 根据混合 模型得: : ebcbm cb eb ebmc )

17、j( 1/j VCg C V VgI )/()/( cbebebbeb j1j1 CCrIV 低频时 ebm0 rg 所以 )(j1/ j1 cbebeb cbm b c b c CCr Cg I I I I 当 cbm Cg 时， ebcbeb 0 )(j1 rCC &2 vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce &3 46 ebcbeb 0 )(j1 rCC 令令 ebcbeb 2 1 rCC f )( 的幅频响应的幅频响应 (*) )/(1 2 0 ff 共发射极截止频率共发射极截止频率 f特征频率特征频率 T f eb m cbeb m 0T 22 C

18、g CC g ff )( T fff 共基极截止频率共基极截止频率 f 3. BJT的频率参数的频率参数 arctg f f 的相频响应的相频响应 &1 （4.7.21 b, c）&2 &3 m b e g r m Tb em b eb cb eb eb cb eb cb e 0 11 (1) 2 ()2 ()2 () (1) g ffrg CCrCCCCr ff 47 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路 48 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应高频响应 型

19、高频等效电路型高频等效电路 对节点对节点 c 列列KCL得得 由于输出回路电流比较大，所以可以由于输出回路电流比较大，所以可以 c b C忽略忽略 的分流，得的分流，得 )2( ebLmo VRgV )3(j)( cboeb cb CVVI C 又因为称为称为密勒电容密勒电容 M1 C )4( j)1( 1 cbLm eb M cb CRgI V Z C 则则表表示示若若用用 之之间间存存在在一一个个电电容容和和相相当当于于 e b M1 , , C cbLmM1 )1( CRgC 而输入回路电流比较小，所以不能而输入回路电流比较小，所以不能 c b C忽略忽略 的电流。的电流。 目标：简化；

20、断开输入输出间目标：简化；断开输入输出间联系联系 )1(0j)( cbebo L o ebm CVV R V Vg 49 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应 cbLmM1 )1( CRgC 同理，在同理，在c、e之间也可以求得一个等效电之间也可以求得一个等效电 容容CM2，且，且 cbM2 CC 等效后断开了输入输出之间的联系等效后断开了输入输出之间的联系 1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路 50 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路 目标：简化和变换目标：

21、简化和变换 cbLmM1 )1( CRgC 输出回路的时间常数远小于输输出回路的时间常数远小于输 入回路时间常数，考虑高频响应时可入回路时间常数，考虑高频响应时可 以忽略以忽略CM2的影响。的影响。 cbM2 CC M1M2 CC M1eb CCC 51 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路 目标：简化和变换目标：简化和变换 cbLmM1 )1( CRgC M1eb CCC ebbbbs rrRRR/)/( 间的分压 、在为eb / / )1( / / ss bebs beb s bebs beb be eb

22、 s VV rRR rR U V rRR rR r r V ebbbbe rrr其中 间的压降在为e r r VUbU be eb s R为be间的等效电阻 52 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应 p167 1. 高频响应高频响应 高频响应和上限频率高频响应和上限频率 高频源电压增益频响 其中其中 RC f 2 1 H 上限频率上限频率 oobembeL VHmL sbesbe bebbeM mLM besbbeH 111 11 / /11 1/ /11j(/) S SS SS V S V S VVVg VRV AVgR VVVVjR CVjR C V rR

23、rA gRA jR CrRRrjC Rff , M1eb CCC s bebs beb be eb s / / V rRR rR r r V omb eL Vg VR sseb j1 1 )j/1( j/1 V RC V CR C V bebs beb be eb LmVSM / / rRR rR r r RgA 0bbe L besbbe / / / / Rr R rRRr ebbbbs rrRRR/)/( 中频增益或通带源中频增益或通带源 电压增益电压增益 53 1. 高频响应高频响应 高频响应和上限频率高频响应和上限频率 对对RC低通电路有：低通电路有： )/ H H j(1 1 ff

24、A V )/ H MHV j(1 1 ff AA VSS 共射放大电路共射放大电路 两者频率响应曲线变化趋势相同两者频率响应曲线变化趋势相同 180 arctg(f/fH) &1相频响应相频响应 幅频响应幅频响应 2 H MHV (1 1 20 2020 )/ lg |lg|lg ff AA VSS 54 增益增益-带宽积带宽积 RC2 1 BJT 一旦确定，带宽增益的乘积基本为常数。 1. 高频响应高频响应 HVSM fA bebbe mL besbbebebbbsbemLbc / /1 (*) / /2 / / /1 rRr gR rRRrrrRRCgRC bebs beb be eb L

25、m rRR rR r r Rg / / 当当RbRs及及 Rbrbe时，经化简有时，经化简有 cbLmebsbb Lm 12CRgCRr Rg HVSM fA 55 例题例题 解：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：， 1k s R ，pF5.000MHz41001mA100 cbT0Cbb CfIr 。 k5 c R 负载开路，Rb足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。 m g T V I E 1m A 26m V 0.038 S(1) e b r m 0 g S 038.0 001 k 6.2 cb T m 2 C f g e b C14.8 p

26、F(3) M1 C cbcm )1( CRgpF 7.96 V SM A mc gR b e sbbb e r Rrr 51.133 C e b C M1 C pF 5111 . 低频电压增益为 R)( bbs rR eb / r k 77.0又因为 所以上限频率为 H f 1 2 RC MHz 85.1 VSM 20A lg 51.133lg20 dB 5.42 dB/lg20 SV A 56 2. 低频响应低频响应 低频等效电路低频等效电路 57 2. 低频响应低频响应 低频等效电路低频等效电路 Rb=（Rb1/Rb2）远大于）远大于Ri e e 1 R C ，CeCb2 ce II Ri

27、 &1 &2 &3 图4. 7. 13（c） 58 瞬时值表达式)sin( m tUu u t O UUeU j 59 )(sin m tIi ？ = 非正弦量不能用相量表示。 只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。 m j mm UeUU 或： m j m IeI U I 60 模用最大值表示 ，则用符号： mm I U 、 相量图: 把相量表示在复平面的图形 实际应用中，模多采用有效值，符号：I U 、 如：已知)V45(sin220 tu Ve220 j45 m U Ve 2 220 j45 U 则或 )jsincos( j UUeUU 相量式: U I 61 eb1 eb1 1 )1

28、(CC CC C o V SL s V A V )ffff A A VS VS /j(1/j(1 L2 L1 M L L V SM sbe R A Rr )2/( )(2 1 bes1 L1 f rRC f )(2 1 Lcb2 L2 RRC f 中频中频(即通带即通带)源电压增益源电压增益式中式中 则则 下限频率取决于下限频率取决于 L1 f 2. 低频响应低频响应 p171 低频响应低频响应 L sbe1sbeb2cL 11 (*) 1/1/ R RrjCRrjCRR L2L1 4 ff 当当 22 o s11 1 / ()1/() ()()1/() LbL bC LCbbCL sbebs

29、besbeb R IR VI R RRjCjCRR VRrjCIRrjCRrI &1 定义定义 62 )ffff A A VS VS /j(1/j(1 L2 L1 M L 2. 低频响应低频响应 低频响应低频响应 下限频率取决于下限频率取决于 L1 f 当当 时，时， L2L1 4 ff 相频响应相频响应 180 arctg( fL1 / f) = 180 arctg(fL1/f) 幅频响应幅频响应 2 L1 MLV (1 1 20 2020 )/ lg |lg|lg ff AA VSS )ff AA VSVS /j(1 1 L1 ML 63 2. 低频响应低频响应 低频响应低频响应 包含包含

30、fL2的幅频响应的幅频响应 64 4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应 &1 高频等效电路高频等效电路 &2 高频小信号等效电路LCL RRR/ 1. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 1111 () (1) eb eb eb e m b eb eb e eee b e IVgjCVjCVjC rrrr &3 65 LCL RRR/ 66 高频响应高频响应 b e m 2 C g T f 特征频率特征频率 1. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 H2H1 SM SH f f f f A A j1j1 V V e

31、bees H1 |2 1 CrRR f cbL H2 2 1 CR f ees ee LmSM | | RrR Rr RgAV 其中其中 由于由于re很小，所以很小，所以 &2 H 1 seebeebe 1 2 | 1 2 f RRrrCC &1 &3 67 4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应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共集电极放大电路的上限频率 LeL RRR/ &1 68 1. 多级放大电路的增益多级放大电路的增益 )j( )j( )j( i o V V AV )j( )j( )j( )j( )j( )j( -1)o( o o1

32、o2 i o1 n n V V V V V V )j()j()j( 21 VnVV AAA 前级的开路电压是下级的信号源电压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多级放大电路的频率响应 69 2. 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电路的通多级放大电路的通 频带比它的任何一级频带比它的任何一级 都窄。都窄。 （以两级为例）（以两级为例） 则单级的上下限频率处的增益为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，当两级增

33、益和频带均相同时， 。 707.0 M1V A 两级的增益为两级的增益为 。 5.0)707.0(M1 22 M1 V V AA 即两级的带宽小于单级带宽。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多级放大电路的频率响应 end 70 71 4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路 72 4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路 21 o1 o i o1 i o vvv v v v v v v AAA )1( 2be1 be21 be1 L1 1 r r r R A v be2 Lc22 be2 L22 2 )|( r RR r R A v 其中其中 be2 Lc2

34、2 be12 be21 )|( )1(r RR r r A v 所以所以 1 2 因为因为 )1.6.4( )|( be1 Lc21 b r RR A v 因此因此 l 组合放大电路总的电压增益等于组成它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。的各级单管放大电路电压增益的乘积。 l前一级的输出电压是后一级的输入电压，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后一级的输入电阻是前一级的负载电阻RL。 电压增益电压增益 2 be2 L 1 r R &2 73 简化模型简化模型 混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型 cecb rr和和忽忽略略 1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 互导互导 CECE EB C