双极结型三极管及放大电路基础(2)

1、4.1 BJT4.2 基本共射放大电路基本共射放大电路4.3 放大电路的分析方法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放大电路静态工作点的稳定问题4.5 共集放大电路和共基放大电路共集放大电路和共基放大电路4.6 组合放大电路组合放大电路4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.5 共集放大电路和共基放大电路共集放大电路和共基放大电路4.5.1 基本共集放大电路基本共集放大电路4.5.2 基本共基放大电路基本共基放大电路4.5.3 三种接法的比较三种接法的比较4.5.1 4.5.1 基本共集放大电路基本共集放大电

2、路 1. 静态分析静态分析eEQCEQCCeEQBEQbBQBBRIUVRIURIVeEQCCCEQBQEQebBEQBBBQ)1 ()1 (RIVUIIRRUVI2. 动态分析：电压放大倍数动态分析：电压放大倍数ebebeeebebbeeio)1 ()1 ( )(RrRRRIrRIRIUUAu。，即，则）若（ 1 1iobebeUUArRRu故称之为射故称之为射极跟随器极跟随器Uo Ui2. 动态分析：输入电阻的分析动态分析：输入电阻的分析ebebbiiii)1 (RrRIUIURRi与负载有关！与负载有关！RL)/)(1 (LebebiRRrRR带负载电阻后带负载电阻后2. 动态分析：输出

3、电阻的分析动态分析：输出电阻的分析1 )1 (bebebeboeooeooooerRRrRURUUIIUIURRRo与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！3. 特点特点 输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！在一定条件下有电压跟随作用！oU令令Us为零，保留为零，保留Rs，在输出端加，在输出端加Uo，得：，得：4.5.2 基本共基放大电路基本共基放大电路 1. 静态分析静态分析eBEQBBEQRUVI1EQBQIIBEQcEQCCCEQURIVUCCBEQCEQeCQBBeEQBEQVUURIVRIU2. 动态

4、分析动态分析3. 特点：特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！)1 (beeirRRcoRR ebecbebeeccio)1 ( RrRrIRIRIUUAu4.5.3 三种接法的比较：空载情况下三种接法的比较：空载情况下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽4.6 组合放大电路组合放大电路为使单级放大电路具有多方面的优良性能，有时采为使单级放大电路具有多方面的优良性能，有时采用组合接法。例如：用组合接法。例如：共集共基形式

5、：输入电阻高、电压放大倍数较大、频带宽共集共基形式：输入电阻高、电压放大倍数较大、频带宽共集共射形式：输入电阻高、电压放大倍数较大共集共射形式：输入电阻高、电压放大倍数较大 具有什么特具有什么特点？是为了增点？是为了增强电压放大能强电压放大能力吗？力吗？复合管复合管复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。21)1)(1 (211BE ii 不同类型的管子复合后，不同类型的管子复合后，其类型决定于其类型决定于T1管。管。目的：增大目的：增大，减小前级驱动电流，改变管子的类型。，减小前级驱动电流，改变管子的类型。讨论一讨论一 图示电路为哪种基本接

6、法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。1. Q为多少？为多少？2. Re有稳定有稳定Q点的作用吗？点的作用吗？3. 电路的交流等效电路？电路的交流等效电路？4. V 变化时，电压放大倍数如何变化？变化时，电压放大倍数如何变化？讨论二讨论二)(1 ()(DebeLcRrRrRRAuuuArVrrRRArRRDDbeLcDe)1 ()(，时，当讨论二讨论二4.7 4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应研究的问题：研究的问题： 放大电路对信号频率的

7、适应程度，即信号频率对放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数称称为频率响应或频率特性。为频率响应或频率特性。 在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。求。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）高通电路高通电路:信号频率越高，输

8、出电压越接近输入电压。信号频率越高，输出电压越接近输入电压。超前，时；，当超前900 0 iooioUUUfUUUi.Uo.I.RCRCRCRUUAuj1jj1io（1）高通电路：频率响应高通电路：频率响应RCRCUUAuj1jiofLLLLj1j21ffffARCfu，则令)arctan(90)(1L2LLffffffAuffL时放大时放大倍数约为倍数约为1（2）低通电路）低通电路: 信号频率越低，输出电压越接近输入电压。信号频率越低，输出电压越接近输入电压。Ui.Uo.I.。滞后，时；，当滞后900 iooioUUUfUURCRCCUUAuj11j1j1io（2）低通电路：频率响应）低通电

9、路：频率响应HHj1121ffARCfu，则令fHRCUUAuj11io)arctan()(11H2HffffAuffH时放大时放大倍数约为倍数约为1（3）几个结论）几个结论LLj1jffff 电路低频段的放大倍数需乘因子电路低频段的放大倍数需乘因子 当当 f=fL时放大倍数幅值约降到时放大倍数幅值约降到0.707倍倍，相角，相角超前超前45； 当当 f=fH时放大倍数幅值也约降到时放大倍数幅值也约降到0.707倍倍，相角，相角滞后滞后45。 截止频率决定于电容所在回路的时间常数截止频率决定于电容所在回路的时间常数21L(H)f电路高频段的放大倍数需乘因子电路高频段的放大倍数需乘因子Lj11f

10、f 频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。放大电路的频率参数放大电路的频率参数 在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通高通电路电路低通低通电路电路 在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。损失，放大能力下降。下限频率下限频率上限频率

11、上限频率LHbwfff高通电路波特图：高通电路波特图：低通电路波特图：低通电路波特图：4.7.2 4.7.2 晶体管晶体管的的高频小信号模型及频率参数高频小信号模型及频率参数 1. 混合混合模型：形状像模型：形状像，参数量纲各不相同，参数量纲各不相同结构：结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。由体电阻、结电阻、结电容组成。rbb：基区体电阻：基区体电阻rbe：发射结电阻：发射结电阻C：发射结电容：发射结电容re：发射区体电阻：发射区体电阻rbc：集电结电阻：集电结电阻C：集电结电容：集电结电容rc：集电区体电阻：集电区体电阻因多子浓因多子浓度高而阻度高而阻值小值小因面积大因面积大而阻值小而阻值小

12、混合混合模型：忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系模型：忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系 gm为跨导，它不随信号频率为跨导，它不随信号频率的变化而变。的变化而变。为什么引入参数为什么引入参数gm？表明？表明Ube对对Ic的控制关系的控制关系因在放大区因在放大区iC几乎仅几乎仅决定于决定于iB而阻值大而阻值大因在放大区承受反因在放大区承受反向电压而阻值大向电压而阻值大混合混合模型：忽略大电阻的分流模型：忽略大电阻的分流 C连接了输入回路连接了输入回路和输出回路，引入和输出回路，引入了反馈，信号传递了反馈，信号传递有两个方向，使电有两个方向，使电路的分析复杂化。路的分析复杂化。混合混合模型的单

13、向化（模型的单向化（即即使信号单向传递）使信号单向传递）Lmebceeb)1 (RgkXUkXUUICCCLmeb 1RgXIUXCCCLm)1 (CRgC 1CkkC同理可得，等效变换后电流不变等效变换后电流不变晶体管简化的高频等效电路晶体管简化的高频等效电路EQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可从手册查得、TEQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgI？如何得到模型中的参数？为什么不考虑 C？2. 电流放大倍数的频率响应电流放大倍数的频率响应CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因为)( 21j1 )( j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg为什么短路？为什么短

14、路？电流放大倍数的频率特性曲线电流放大倍数的频率特性曲线ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -45 707. 02 0000，时，；时，；，时，；时，fffffffffo电流放大倍数的波特图电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系采用对数坐标系71. 5， lg20 采用对数坐标系，横轴为采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为，可开阔视野；纵轴为 单位为单位为“分贝分贝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg20注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差20dB/十倍频十倍频折线化近似画法折线化近似画法3. 晶体管的频率参数晶体管的频率参数 1

15、0TTffff 时的频率为使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止频率止频率共基截共基截止频率止频率特征特征频率频率集电结电容集电结电容通过以上分析得出的结论：通过以上分析得出的结论： 低频段和高频段放大倍数的表达式；低频段和高频段放大倍数的表达式； 截止频率与时间常数的关系；截止频率与时间常数的关系； 波特图及其折线画法；波特图及其折线画法； C的求法。的求法。手册手册查得查得讨论一讨论一1. 若干个放大电路的放大倍数分别为若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？，它们的增益分别为多少？2. 为什么波特

16、图开阔了视野？同样长度的横轴，在为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？率是原来的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg f讨论二 电路如图。已知各电阻阻电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电值；静态工作点合适，集电极电流极电流ICQ2mA；晶体管的；晶体管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 试求解该电路中晶体管高试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。频等效模型中的各个参数。讨论二ebmCQrgI、Lcmob)(CRRg

17、CC、ebob)(CrCCf、CCC4.7.3 单级共射放大电路的频率响应适用于信号频率从适用于信号频率从0的的交流等效电路交流等效电路中频段：中频段：C 短路，短路， 开路。开路。CC低频段：考虑低频段：考虑C 的影响，的影响， 开路。开路。高频段：考虑高频段：考虑 的影响，的影响，C 短路。短路。C1. 1. 中频电压放大倍数中频电压放大倍数eboiebsisosmUUUUUUUUAu)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu带负载时：带负载时：)( cmbeebisismoRgrrRRRAu空载时：空载时：2. 2. 低频电压放大倍数低频电压放大倍数: :定性分析定性分析0U.o

18、oU.oI.o。超前，时，当超前900 0 oooooooUUUfUU)(cmbeebisismoRgrrRRRAuAu.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs2. 低频电压放大倍数：定量分析低频电压放大倍数：定量分析 j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeebisismoRgrrRRRAu)(21 )(j1LcLLsmslRRfffAAuuC所在回路的时间常数？所在回路的时间常数？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs2. 低频电压放大倍数：低频段频率响应分析低频电压放大倍数：

19、低频段频率响应分析)arctan90(-180 )(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)( 21 j1)j ( LcLLLsmsl-135 dB3lg20 sL，下降时，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu时，。，时，90 0 0suAfsmsLlg20lg20 uuAAff时，中频段中频段20dB/十倍频十倍频3. 高频电压放大倍数：定性分析高频电压放大倍数：定性分析0U.CIs.U.s。滞后，时，当，滞后)90(0 ssUUUfUUCCC)(sbbbebbeebisiiebsissRRrrRrrRRRUUUUUU，Au.U

20、o.RLsURbe)(sbbbebRRrrR3. 高频电压放大倍数：定量分析高频电压放大倍数：定量分析 )( 21 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu)( j1 j1 LmbeebisiCosCsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu3. 高频电压放大倍数：高频段频率响应分析高频电压放大倍数：高频段频率响应分析 )( 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下降时，uAffH2Hmsharctan-180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大时，dB20lg20

21、 10 shHuAfff。，时，-270 0 shuAf；时，smshHlg20lg20 uuAAff4. 电压放大倍数的波特图电压放大倍数的波特图 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全频段放大倍数表达式：全频段放大倍数表达式：5. 增益带宽积：定性分析增益带宽积：定性分析fbw fH fL fH )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCCHmbwm fAfAuu带宽增益积mLmHLmuARgfCRg)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 当提高增益时，当提高增益时，带宽将变窄；反带宽将

22、变窄；反之，增益降低，之，增益降低，带宽将变宽。带宽将变宽。5. 带宽增益积：定量分析带宽增益积：定量分析 )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCC)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、 Rs fL1， fH fH1，频带变窄！，频带变窄！多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 ), 2 , 1( bbwHHLLnkffffffwkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 对于对于N级放大电路，若各级的下、上限频率分别为级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1 fLn、 fH1 fHn，整个电路的下、上限频率分别为，整个

23、电路的下、上限频率分别为fL、 fH，则则nkknkukuAA11 lg20lg20由于由于求解使增益下降求解使增益下降3dB的频的频率，经修正，可得率，经修正，可得1.1为修正系数为修正系数讨论一：问题 1. 信号频率为信号频率为0时电压放大时电压放大倍数的表达式？倍数的表达式？ 2. 若所有的电容容量都相同，若所有的电容容量都相同，则下限频率等于多少？则下限频率等于多少？讨论一：时间常数分析所确定的截止频率。、分别考虑e21CCCC1beb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbebC2、Ce短路，短路， 开路，求出

24、开路，求出CC1、Ce短路，短路， 开路，求出开路，求出CC1、C2短路，短路， 开路，求出开路，求出CC1、 C2、 Ce短路，求出短路，求出讨论一：电压放大倍数分析1beb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbeb)j(1)j(1)j(1)j(1jHL3L2L1L3L2L133mffffffffffffAAuu)2(1)2(1)2(1)2(1HeL32L21L1Cffff很小！很小！讨论二1. 该放大电路为几级放大电路该放大电路为几级放大电路?2. 耦合方式耦合方式?3. 在在 f 104Hz 时，增益下降多少？附

25、加相移时，增益下降多少？附加相移？4. 在在 f 105Hz 时，附加相移时，附加相移？5. 画出相频特性曲线；画出相频特性曲线；6. fH？?uA 已知某放大电路的幅频已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问特性如图所示，讨论下列问题：题：小小 结结 两种半导体放大器件两种半导体放大器件双极型半导体三极管双极型半导体三极管( (晶体三极管晶体三极管 BJT) )单极型半导体三极管单极型半导体三极管( (场效应管场效应管 FET) )两种载流子导电两种载流子导电多数载流子导电多数载流子导电晶体三极管晶体三极管1. 形式与结构形式与结构NPNPNP三区、三极、两结三区、三极、两结2. 特点特点基极电流控制集电极电流并实现基极电流控制集电极电流并实现放大放大放放大大条条件件内因：发射区载流子浓度高、内因：发射区载流子浓度高、 基区薄、集电区面积大基区薄、集电区面积大外因：外因