第三章放大器基础_3

1、第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础RC低通电路的频率响应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）：则则11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV fs j2j 且令且令11H21CRf 又又)/j(11HioHffVVAV电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角)/(arctgHHff （相频响应）（相频响应）增益频率函数增益频率函数3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应 研究放大电路的动

2、态指标（主要是增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。益）随信号频率变化时的响应。第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础最大误差最大误差 -3dB频率响应曲线描述频率响应曲线描述幅频响应幅频响应2HH)/(11ffAV 时时，当当 Hff 1)/(112HH ffAVdB 01lg20lg20HH VVAA时时，当当 Hff ffffAV/)/(11H2HH )/lg(20lg20HHffAV 0分贝水平线分贝水平线斜率为斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线相频响应相频响应时时，当当 Hff 时时，当当 Hff )/(arctgH

3、Hff 0H H90 时时，当当 Hff 45H 时时，当当 100.1 HHfff 十十倍倍频频程程的的直直线线斜斜率率为为/45 VVAVVAioio 表示输出与输入的相位差表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入高频时，输出滞后输入因为因为所以所以3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应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：22222ioH/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅频响应幅频响应2LL)/(

4、11ffAV 相频响应相频响应)/(arctgLHff 输出超前输入输出超前输入第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础综上所述，可归纳：综上所述，可归纳：（1 1）转折频率）转折频率f fH H和和f fL L是频率响应的关键点。是频率响应的关键点。 f fH H和和f fL L是幅频响应的转折点；是幅频响应的转折点； 0.1f 0.1fH H和和10f10fH H 、 0.1f0.1fL L 和和10f10fL L是相频响应的转折点。是相频响应的转折点。（2 2）f fH H和和f fL L都是对应的回路时间常数都是对应的回路时间常数 RCRC成反比的。成反比的。

5、3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础becrbc NNPrbeCbcCbebrcerbbebmUgCb e ：不恒定，不恒定，与工作状态有关与工作状态有关Cb c ：几几 pF，限制着，限制着放大器频带的展宽放大器频带的展宽晶体管物理模型晶体管物理模型3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础rberceceUbeUebUcIbIbCbeCbcrbcrbbebmUgberbcrbecbccbebrcecebmUg晶体管混合晶体管混合型等型

6、等效电路效电路3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应rbb 基区体电阻基区体电阻 一般为一般为 50 300，由手册给定由手册给定rbe 发射结电阻发射结电阻E0ebImV261r)( Cbe 发射结电容发射结电容 小功率管约为小功率管约为几十几十几百几百pfrbc 集电结电阻集电结电阻 其值其值 100K10M ，通常视为开路通常视为开路Cbc 集电结电容集电结电容 小功率管约为小功率管约为210pf 由手册给定由手册给定第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础

7、双极型晶体管及场效应管基础3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应受控电流源受控电流源ebmUgCEUEBCmuig)(.)()(mSI538mV26mAIr1UIUIgCCebeebecm称为互导称为互导, 单位单位 Sg gm m 跨导跨导 不随信号频率的变化而变。不随信号频率的变化而变。第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础3.10 3.10 放大器的频率响应放大器的频率响应rce 受控源内阻受控源内阻 较大，约为较大，约为 100 k同中频等效模型一样，只在同中频等效模型一样，只在小信号小信号条件下适用条件下适用 在实际应用时，在实际应用时，rb

8、c很大，与很大，与Cbc并联时可以忽并联时可以忽略，略，rce与负载与负载RL并联时，一般并联时，一般RL rbes0sL1L2 1j/1j/uuAAffff低频特性的求解低频特性的求解3.10.4 3.10.4 频率响应低频特性的求解频率响应低频特性的求解s0s22L1L2 1 ( / )1 ( / )uuAAffff)/(arctan180 Lff : : 频率降低频率降低, , A Au us s 随之减小随之减小, , 输出比输入电压相位超前。输出比输入电压相位超前。222123LLLL )1(21sbeL3RrCfE第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础|

9、Au(j )|0.707|AuIs|AuIs|450L450L90(a)(b)阻容耦合放大器C1 、C2及CE引入的低频响应)(j低频特性低频特性3.10.4 3.10.4 频率响应低频特性的求解频率响应低频特性的求解第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础负载电容负载电容CL对高频区频率响应的影响对高频区频率响应的影响 ()uA j的模值为的模值为22()1 ()uIuHAAj上限角频率上限角频率2211(/ )HHLCLC RR加共集电路隔离有利于加共集电路隔离有利于 提高提高2H3.10.5 3.10.5 频率响应高频特性的求解频率响应高频特性的求解第三章第三章

10、 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础利用密勒等效简化模型利用密勒等效简化模型(C1，C2 视为短路)3.10.5 3.10.5 频率响应高频特性的求解频率响应高频特性的求解结电容结电容对高频区频率响应的影响对高频区频率响应的影响 第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础uAZUUZZUUUIUZ11122211111ZAAZUUUIUZuu1122222密勒定理密勒定理3.10.5 3.10.5 频率响应高频特性的求解频率响应高频特性的求解结电容结电容对高频区频率响应的影响对高频区频率响应的影响 第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及

11、场效应管基础MucbuCjACjAZZ1)1 (111MuucbuuCjAACjZAAZ1)1(112)1 ()1 (LmcbucbMRgCACCcbcbuuMCCAAC)1(3.10.5 3.10.5 频率响应高频特性的求解频率响应高频特性的求解结电容结电容对高频区频率响应的影响对高频区频率响应的影响 第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础)(bbSebsrRrRcbLmebMebiCRgCCCC)1 (sbesebsebbbsebsUrRrUrrRrU11SiSiLmebLmoUCjRCjRgURgUSiSbesebLmUCRjrRrRg11)(3.10.5 3

12、.10.5 频率响应高频特性的求解频率响应高频特性的求解结电容结电容对高频区频率响应的影响对高频区频率响应的影响 第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础3.10.5 3.10.5 频率响应高频特性的求解频率响应高频特性的求解HuIsiSbesebLmsousjACRjrRrRgUUjA111)()(附加相移附加相移11)(HuIssousjAUUjAH111112iSHHCRf21()1()uIsuHAAj1()180arctan()oHj 1()arctan()Hj 结论：频率升结论：频率升高，高，A Au u 减小输减小输出相位滞后出相位滞后第三章第三章 双极型

13、晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础3.10.5 3.10.5 频率响应高频特性的求解频率响应高频特性的求解高频响应高频响应频率特性的波特图表示频率特性的波特图表示HuIsHuIsuHuIsussAsHjAjAdBjAdBjA1)(1)()(1lg20)()(lg20第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础3.10.5 3.10.5 频率响应高频特性的求解频率响应高频特性的求解3.10.6 3.10.6 共集放大器及共基放大器的高频响应共集放大器及共基放大器的高频响应2212111HHH）为输入回路时常数倒数(11isHCRLoHCR12计算管子极间电容与负

14、载电容计算管子极间电容与负载电容影响在内的总的上限角频率影响在内的总的上限角频率( (为输出回路时常数倒数为输出回路时常数倒数) )第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础3.10.5 3.10.5 频率响应高频特性的求解频率响应高频特性的求解6、结果讨论、结果讨论通过以上分析，为我们设通过以上分析，为我们设计宽带放大器提供了依据计宽带放大器提供了依据。1.选择晶体管的依据选择晶体管的依据 2.关于信号源内阻关于信号源内阻Rs3.关于集电极负载电阻关于集电极负载电阻RC的选择原则的选择原则 4.关于负载电容关于负载电容CL)(隔离可加 CCRfCrinSTebbb)(

15、:隔离可加；CCCRARfRoutLCUICHC第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础0VA Hf )1()(2cmcbebbbscmRgCCrRRg BJT 一旦确定，一旦确定， 带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数( (常数常数) )增益带宽积增益带宽积G BW =)(21bbtLm rRCRgS3.10.5 3.10.5 频率响应高频特性的求解频率响应高频特性的求解第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础 将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段 、低频段和高频段画在同一张图上就得到

16、了如图所示低频段和高频段画在同一张图上就得到了如图所示的的的频率特性（波特）图的频率特性（波特）图。 共射电路完整波特图 实际上，同时也可得实际上，同时也可得出单管共射电路完整的出单管共射电路完整的电压放大倍数表达式，电压放大倍数表达式， 即即: HLLusmusffjffjffjAA 113.10.6 3.10.6 完整的单管共射放大电路的频率特性完整的单管共射放大电路的频率特性第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础f-180fHfL-225-270 ffHfL|A|U|A|UO-135-90 |A|21UO（1）通频带：）通频带：HLHbwffff （2 2）带

17、宽）带宽- -增益积：增益积：fbwAuO三极管一旦确定，带宽增益积基本为常数三极管一旦确定，带宽增益积基本为常数3.10.6 3.10.6 完整的单管共射放大电路的频率特性完整的单管共射放大电路的频率特性第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础一、一、 的影响的影响 由于共集电路集电极直接连接到电源，所以由于共集电路集电极直接连接到电源，所以 相当于接在内基极相当于接在内基极“b”b”和和“地地”之间，不存在共射电路中的之间，不存在共射电路中的密勒倍增效应。因为密勒倍增效应。因为C Cbcbc本身很小本身很小( (零点几几零点几几pF),pF), C Cbcbc对对

18、高频响应的影响就很小。高频响应的影响就很小。 二、二、 的影响的影响 这是一个跨接在输入端与输出端的电容，利用这是一个跨接在输入端与输出端的电容，利用密勒定理将其等效到输入端，则密勒等效电容密勒定理将其等效到输入端，则密勒等效电容CMCM为为)1 (uebMACCTHff13.10.6 3.10.6 共集放大器及共基放大器的高频响应共集放大器及共基放大器的高频响应ebC/1.1.共集电路的高频特性共集电路的高频特性CbC/第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础26111sbessoeCQRrRRmVRrI三、三、CL的影响的影响 只要源电阻只要源电阻Rs较小，工作点

19、电流较小，工作点电流ICQ较大，则较大，则Ro可以可以做到很小。做到很小。 所以时常数所以时常数RoCL很小，很小，fH2很高。因此说很高。因此说共集电路有很共集电路有很强的承受容性负载的能力强的承受容性负载的能力。3.10.6 3.10.6 共集放大器及共基放大器的高频响应共集放大器及共基放大器的高频响应第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础2.2.共基电路的高频响应共基电路的高频响应一、一、C C bebe的影响的影响 由图可见，如果忽略rbbbb的影响，则C C bebe直接接于输入端，输入电容Ci i= C C bebe ，不存在密勒倍增效应，且与 C bc

20、bc无关。所以，共基电路的输入电容比共射电路的小得多。而且共基电路的输入电阻Ri ire e=26mV/ICQ，也非常小，因此，共基电路输入回路的时常数很小， fH1很高。理论分析的结果fH1fT。 二、二、C C bcbc及及C CL L的影响的影响2112() 2()HobcMobcLfR CCR CC第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础宽带集成放大器举例宽带集成放大器举例共集输入级共集输入级(V1,V4)-(V1,V4)-共射共射(V2,V5)-(V2,V5)-共基共基(V3,V6)(V3,V6)差分放大器差分放大器-共集输共集输出出级级(V7,V8)(V7

21、,V8)第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础3.10.7 3.10.7 场效应管放大器的高频响应场效应管放大器的高频响应第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础3.10.7 3.10.7 场效应管放大器的高频响应场效应管放大器的高频响应)1)(1 ()1)(1 ()(21HHuIsLLisLmsoujjACRjCRjRgUUjALmuIsRgAisHCR11LL21CRH2212111212HHHHf第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础如果放大器由多级级联而成，那么，总增益如果放大器由多级级联而成，那么，总增

22、益v120lg()nkA j)()()()(121jjjjknkk vv1v2v20lg()20lg()20lg()20lg()nA jAjAjAj总增益总增益121()()()()()nuuuunukkA jA jAjA jA j3.10.8 3.10.8 多级放大器的频率响应多级放大器的频率响应第三章第三章 双极型晶体管及场效应管基础双极型晶体管及场效应管基础多级放大器的上限频率多级放大器的上限频率f fH H v()1IkukHkAAjjv 1v 21v12()111IIuIHHHnAAAAjjjjv22212v()1 () 1 () 1 () HHHnAAj设单级放大器的增益表达式为设单级放大器的增益表达式为式中，式中，|Au|=|AuI1|AuI2|AuIn|为多级放大器中频增益。为多级放大器中频增益。3.10.8 3.10.8 多