模电第04章三极管及放大电路基础康华光课件

1、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。14.5 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:RB+VCCC1C2RERL+vi -+vo-+vS -RSRB+VCCREVCE

2、QICQVBEQIBQIEQ2IEQIBQ RBVBEQ(1+)IBQ REVCC IEQICQIB QVCEQVCCIEQ RERB+VCCREVCEQICQVBEQIBQIEQ32、动态分析(1)小信号等效电路RB+VCCC1C2RERL+vi -+vo-+vS -RS 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。+vS -RS+vi -iiRBREieRL+vo-rbeibicib4(2)电压增益1RLRE /RLvo =(1+)ibRLvi =ibrbe+(1+)ibRL =ib rbe+(1+) RLrbeRBRL+v

3、i -+vo-+vS -RSREiiibicibieAv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。5(3) 输入电阻输入电阻大。RB /rbe (1)RLrbeRBRL+vi -+vo-+vS -RSREiiibicibieiRB6(4) 输出电阻用加压求流法求输出电阻。rbeRBRL+vi -+vo-+vS -RSREiiibicibierbeRBRLRSREibibiciRe+v-ii=ib +ib + iRe= (1+)ib + iRe 7i=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

4、,输出电压、放大倍数基本不变。8(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 级放大器功放级射极输出器第2 级放大器第n 级放大器射极输出器9 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

5、及 VCE；(2) 画出微变等效电路；(3) Av、ri 和 ro 。例1解: (1)直流通路+VCCRBRE+VCE+VBEIEIBICRB+VCCC1C2RERL+vi -+vo-+vS -RS10(2) 微变等效电路求Av、 ri 、 ro微变等效电路rbeRBRL+vi -+vo-+vS -RSREiiibicibie11二、共基极放大电路1.电路2.静态分析直流通路:VCEQVCCICQ RCIEQREIBQ+VBEQICQ+VCEQvsRSRCRL+vo-Rb1Rb2 Re12+vS -RS3. 动态分析(1)画小信号等效电路(2)电压放大倍数微变电路ii+vi -ReieiRer

6、beibibicRCRL+vo-vi=-ibrbevo =- ib (Rc /RL) vsRSRCRL+vo-Rb1Rb2 Re Re+vo-RLrbeRc+vs -Rs+vi-iiieibicib13(3)输入电阻输入电阻小。+vS -RSii+vi -ReieiRerbeibibicRCRL+vo-14(4)输出电阻求输出电阻的图： RoRC+vS -RSiiieiReibicibRL+vo-RCrbeRe+vi -RSRCrbeReieibicib+v-i (1+)ib(Re/RS )+ibrbe=0ic=0ib=0输出电阻大。15三. 三种组态的比较16三种组态的特点及用途共射极放大电

7、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。 174.6 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

8、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。18二. 共射-共基放大电路1.电路+vo-Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22+RL+VCC+vi-T1T22.静态分析直流通路如图:Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22+VCC+VCE1-IB1IE1IB2IC2+VCE2-19VC1VE2VB2 VBE2VCE1VC1(VB1 VBE1) VCE2VCC

9、 IC2 RC2 VE2IC2IE2IC1IE1 Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22+VCC+VCE1-IB1IE1IB2IC2+VCE2-203. 动态分析(1)小信号等效电路(下图) +vo-Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22+RL+VCC+vi-T1T2(2)输入电阻RiRi1Rb1/Rb2/rbe1RL1Ri2vi2/(-ie2) -ib2 rbe2 /-(1+)ib2 rbe2 /(1+)Rb11Rb12+ vo1=vi2 -RS+vS -+vi -ii1rbe1ib1ic11ib1RL+ vo-RC2ie22ib2ic2ib2rbe221ie22ib2ic2

10、ib2RL+ vo-RC2rbe2RS+vS -+vi -rbe1Rb11Rb12ii1ib1ic1+ vo1=vi2 -1ib1(3)电压放大倍数(4)输出电阻RoRo2Rc2Ro122多级放大器总结RLRi2Av2Ro2Av1+vS -RSRi1Ro1RinAvnRon(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

11、输出电阻Ron 。+ vo1=vi2-23三、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NPNNPNT1T2iBiCiETiBiCiE等效1iB(1+1)iB2(1+1)iB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)rbe2242. PNP与PNP PNPTiBiCiE等效T1T2iBiCiE1iB(1+1)iB

12、2(1+1)iB=1 + 2+1 2 1 2rbe=rbe1+(1+1)rbe23. NPN与PNP NPNTiBiEiC等效T1T2iBiEiC=(1+2) 1iB(1+1)iB1iB21iB=1+1 21 2rbe=rbe1254. PNP与NPN PNPTiBiEiC等效T1T2iBiEiC=(1+2) 1iB(1+1)iB1iB21iB=1+1 21 2rbe=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 ,

13、rbe=rbe126T1,T2构成复合管,可等效为一个NPN管 =1+2+1212rbe=rbe1+(1+1)rbe2+vo-RbReRS+RL+VCC+vi-T1T2+vs -2.静态分析直流通路如图:RbRe+VCCT1T2四、共集共集放大电路1.电路ICQIEQ(1+)IBQVCEQVCCIEQ ReVCEQICQIBQIEQ273. 动态分析(1)小信号等效电路(下图) +vo-RbReRS+RL+VCC+vi-T1T2+vs -rbeRbRL+vi -+vo-+vS -RSReiiibicibie(2)电压放大倍数式中: 12rberbe1(11)rbe2(2)输入电阻RiRb/rb

14、e+(1+)(Re/RL) (4)输出电阻28+vo-RbReRS+RL+VCC+vi-T1T2+vs -(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。Re1注意：加接Re1后T1、T2不再组成复合管。29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 +vo-RbR

15、eRS+RL+VCC+vi-T1T2+vs -Re1VCEQ1VCC(1+1)IBQ1-IBQ2 Re1VCEQ2VCC(1+2)IBQ2Re30+vo-RbReRS+RL+VCC+vi-T1T2+vs -Re1加接Re1后的动态值：输入电阻RL1Ri2rbe2(12)(Re|RL) RiRi1Rb1|rbe1(11)(Re1| Ri2)输出电阻电压放大倍数= Av1 Av231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。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+VCC+T1T2例11.静态分析 由于电容有隔直作用,所以每级放大电路的直

16、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。322. 动态分析微变等效电路2ib2ic2ib2+ vo-rbe2+vS -+vi -rbe1ii1ib1ic1+ vo1-1ib1RB2RC1RSRC2RLRB1RB1RB2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 Av233 两级电压放大电路如图示,已知1=2=50,T1和T2均为3DG8D。(1)

17、 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。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k例234第一级是射极输出器: RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k解:(1) 两级放大电路的静态值可分别计算:35RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k第二级是分压式偏置电路36(2) 计算 r i和 r 02ib2ic2ib2+ vo-+vi

18、 -ib1ic11ib1RB1RB2rbe2RC2rbe1RB1RE1RE2372ib2ic2ib2+ vo-+vi -ib1ic11ib1RB1RB2rbe2RC2rbe1RB1RE1RE238(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数2ib2ic2ib2+ vo-+vi -ib1ic11ib1RB1RB2rbe2RC2rbe1RB1RE1RE2394.7 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；+ .Vi-+ .Vo-RC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。

19、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40(2) RC低通电路的增益频率函数(电路理论中的网络函数)令:fH=1/2RC幅频响应:相频响应: H=-arctan(f /f H)+ .Vi-+ .Vo-RC41(3) RC低通电路的波特图幅频响应曲线:f /Hz .|AvH|1fH0.707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0.1fH fH 10fH 100fHf /Hz0-20-40 .20lg|AvH|/dB-20dB/十倍频程 .20lg|AvH|=-10lg1+(f/f

20、H)2相频响应:只有横轴以10倍频程为刻度f /Hz0.1fH0fH10fH100fH-45-90H=-arctan(f /f H)fH:上限截止频率422. 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+ .Vi-+ .Vo-RC(2) RC高通电路的增益频率函数令:fL=1/2RC幅频响应:相频响应: L=arctan(f L/f)430.01fL 0.1fL fL 10fLf /Hz90450f /Hz0.01fL 0.1fL fL 10fL0-20-40 .20lg|AvL|/dB(3) RC高

21、通电路的波特图20dB/十倍频相频响应: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44二. 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icib+vce -cbe+vbe -等效分析动态信号很小中低频crbeibibbeic+vce -+vbe -2. BJT的高频小信号模型icib+vce -cbe+vbe -等效分析动态信号很小高频+ .Vbe-+ .Vce-rbbbecb .Ib .IcrbeCbe+ . Vbe-Cbc . gmVbe45基区的体电阻

22、: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)+ .Vbe-+ .Vce-rbbbecb .Ib .IcrbeCbe+ . Vbe-Cbc . gmVbe3. 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+ rbe46三. 单级共射极放大电路的频率响应Rb1RCCb1Cb2Rb2CeReRL+VCC+vi+voRS+vS 1.电压增益的高频响应(1

23、)高频小信号电路RCRL+ .Vo -RS+.VS -+.Vi -Rb1Rb2+ .Vbe-+ .Vce-rbbbecb .Ib .IcrbeCbe+ . Vbe-Cbc . gmVbe(2)高频电压增益响应(推导过程略)47通带源电压增益：上限频率：RiRb1|Rb2|rbeRLRC|RLf /Hz0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍频程 .20lg|AvSH|/dB .20lg|AVSM|波特图其中：Rrbe/(rbb +Rb1/Rb2/Rs )482.电压增益的低频响应Rb1RCCb1Cb2Rb2CeReRL+VCC+vi+voRS+vS (1)低频小信号电路(2)低频电压增

24、益响应(推导过程略)RS+.VS -+.Vi -rbeRCRLRB1RB2.Ib.Ic+ .Vo - .IbRECb1Cb2Ce49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fLf /Hz .20lg|AvSL|/dB .20lg|AVSM|0.01fL 0.1fL fL 10fL波特图20dB/十倍频40dB/十倍频fL50完整的共射放大电路的频率响应:f /HzfHfL-20dB/十倍频程20dB/十倍频程 .20lg|AvS|/dB .20lg|AVSM|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51100210620 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，