晶体管及放大电路

晶体管及放大电路第1页，共95页，2023年，2月20日，星期五输出信号二次谐波基波二次谐波基波输入信号输出信号二次谐波基波幅度失真相位失真相位失真幅度失真频率失真分为频率失真说明图假定输入信号由基波和二次谐波组成第2页，共95页，2023年，2月20日，星期五2.8.2放大电路的频率响应和瞬态响应

1．频率响应

频域法——在频率范畴内研究频率特性的方法，或称稳态法。幅频、相频特性曲线。描述频率特性的参数fL、fH、fbwfLfHffbw·90_o180_o225_o270_o135_ofbwfφ描述频率特性的方法第3页，共95页，2023年，2月20日，星期五2．瞬态响应

瞬态法——通过分析研究放大电路瞬态响应，研究放大电路的频率特性的方法。瞬态响应——将一单位阶跃信号加到放大电路的输入端，观察输出信号随时间变化的情况。0输出电压波形01输入阶跃信号第4页，共95页，2023年，2月20日，星期五

trfH≈0.35

δ=2πfLtp×100%

a.tr与fH的关系上升时间tr描述失真的参数b.δ与fL的关系平顶降落率δ0第5页，共95页，2023年，2月20日，星期五2.8.3晶体管的高频特性1．晶体管的高频模型JCJE+–第6页，共95页，2023年，2月20日，星期五基区体电阻发射区体电阻集电区体电阻发射结电阻集电结电阻C、E极间电阻+–第7页，共95页，2023年，2月20日，星期五发射结电容集电结电容C、E极间电容+–第8页，共95页，2023年，2月20日，星期五压控电流源+–第9页，共95页，2023年，2月20日，星期五晶体管混合π型等效模型

电路模型ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙˙第10页，共95页，2023年，2月20日，星期五通常re、

rc很小，

rce、

很大，均可以忽略。ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙˙第11页，共95页，2023年，2月20日，星期五简化的混合π型等效模型ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙第12页，共95页，2023年，2月20日，星期五低频混合π型等效电路ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙第13页，共95页，2023年，2月20日，星期五晶体管混合π型低频等效电路与微变等效电路π型低频等效电路微变等效电路两者等效ec_+_+˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙第14页，共95页，2023年，2月20日，星期五故有为晶体管低频电流放大系数其中π型低频等效电路微变等效电路两者等效ec_+_+˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙第15页，共95页，2023年，2月20日，星期五gm的物理意义表示晶体管的发射结电压对管子集电极电流的控制能力，称为跨导。··定义ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙第16页，共95页，2023年，2月20日，星期五等效电路˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙对密勒等效第17页，共95页，2023年，2月20日，星期五图中··式中···ec+_+_+_˙˙˙˙˙第18页，共95页，2023年，2月20日，星期五2．晶体管的高频特性和高频参数由描述晶体管特性的H参数方程(1)晶体管电流放大倍数·得·············由上式可画出求的等效电路·第19页，共95页，2023年，2月20日，星期五由图可知˙˙˙˙˙因很小,˙˙····˙由画出求的等效电路ec+_˙˙+_˙+˙_˙˙第20页，共95页，2023年，2月20日，星期五····˙˙由以上各式得第21页，共95页，2023年，2月20日，星期五˙即令或得˙第22页，共95页，2023年，2月20日，星期五由˙得的幅频特性˙˙相频特性a.画的幅频特性曲线˙第23页，共95页，2023年，2月20日，星期五˙将上式表示为˙在坐标系中表示一条直线。式中,˙——第24页，共95页，2023年，2月20日，星期五0˙˙第25页，共95页，2023年，2月20日，星期五˙对于式中的当时(a)

故式在˙——表示的一条直线。坐标系中，第26页，共95页，2023年，2月20日，星期五当时(b)故式表示一条斜率为-20dB/十倍频的直线。˙——在坐标系中第27页，共95页，2023年，2月20日，星期五˙由此可知，式0˙的图形是由横轴与斜率为–20dB/十倍频的直线合成的曲线。第28页，共95页，2023年，2月20日，星期五的图形是由直线综上所述˙˙˙及曲线合成的。第29页，共95页，2023年，2月20日，星期五0˙0˙第30页，共95页，2023年，2月20日，星期五0˙这种图形称为波特图第31页，共95页，2023年，2月20日，星期五当时即实际值比

小3dB˙第32页，共95页，2023年，2月20日，星期五0˙实际的幅频曲线第33页，共95页，2023年，2月20日，星期五fβ称为晶体管的共射极截止频率由可知˙当f=fβ时˙b.画相频特性曲线第34页，共95页，2023年，2月20日，星期五由相频特性知当f<<f(实际只要f<0.1f)时当f>>f(实际只要f>10f)时当f=f时实际上当f=0.1f或f=10f时或第35页，共95页，2023年，2月20日，星期五画出的相频特性˙十倍频第36页，共95页，2023年，2月20日，星期五(2)晶体管特征频率fT当f=fT时，˙由于定义故即第37页，共95页，2023年，2月20日，星期五fT是衡量晶体管高频特性的最常用指标由得f和fT都与晶体管的静态工作点有关第38页，共95页，2023年，2月20日，星期五(3)晶体管电流放大倍数=(f)·可以证明式中0——晶体管共基极低频电流放大系数f——晶体管共基极截止频率·第39页，共95页，2023年，2月20日，星期五晶体管共基极截止频率由与的关系通常将的晶体管称为高频管将的晶体管称为低频管将代入上式，得˙第40页，共95页，2023年，2月20日，星期五晶体管共基极截止频率特征频率fβ、fT和f

a之间的关系为(4)fβ、fT和f

a的关系第41页，共95页，2023年，2月20日，星期五2.8.4单管共射极放大电路的频率响应

单管共射极放大电路电路中存在的电容a.耦合电容、旁路电容。b.结电容、极间电容、分布电容及负载电容等。+_T+_++++_···第42页，共95页，2023年，2月20日，星期五放大电路频率响应的分析方法a.

将放大电路分为中频、低频和高频三个工作区域。b.

分别画出三个区域的微变等效电路。c.

分别写出电路在三个区域频率响应的表达式。d.

求出相应的参数Aum、fH和fL。e.

画出幅频和相频特性曲线。第43页，共95页，2023年，2月20日，星期五不同电容对电路性能的影响a.耦合电容、旁路电容较大，主要影响电路的低频性能。b.结电容、极间电容及分布电容等很小，主要影响电路的高频性能。+_T+_++++_···第44页，共95页，2023年，2月20日，星期五画各个区域等效电路的原则a.低频区考虑耦合电容、旁路电容的作用。结电容、极间电容及分布电容视为开路。b.中频区耦合电容、旁路电容视为短路。结电容、极间电容及分布电容视为开路。+_T+_++++_···第45页，共95页，2023年，2月20日，星期五c.高频区耦合电容、旁路电容视为短路。考虑结电容、极间电容及分布电容的作用。+_T+_++++_···第46页，共95页，2023年，2月20日，星期五1．中频区的频率响应中频区微变等效电路······+_T+_++++_···第47页，共95页，2023年，2月20日，星期五忽略RB············对电路进行简化第48页，共95页，2023年，2月20日，星期五电压放大倍数·················可见,|Aums|及均与频率f无关。·第49页，共95页，2023年，2月20日，星期五2．低频区的频率响应和下限截止频率

低频区微变等效电路+_T+_++++_·········第50页，共95页，2023年，2月20日，星期五忽略RB············对电路进行简化与等效第51页，共95页，2023年，2月20日，星期五忽略RE(因RE>>1/LCE)············第52页，共95页，2023年，2月20日，星期五将CE等效到输入回路············第53页，共95页，2023年，2月20日，星期五将电流源转换为电压源············第54页，共95页，2023年，2月20日，星期五将输入回路电容合并图中············第55页，共95页，2023年，2月20日，星期五在输出回路····故·········第56页，共95页，2023年，2月20日，星期五在输入回路·········第57页，共95页，2023年，2月20日，星期五得低频区放大电路电压放大倍数由·······第58页，共95页，2023年，2月20日，星期五上式中，令、分别为输入、输出回路的时间常数。·········第59页，共95页，2023年，2月20日，星期五令·····中频电压放大倍数第60页，共95页，2023年，2月20日，星期五式中··第61页，共95页，2023年，2月20日，星期五···即C2的影响可以忽略时······式中

为由引起的附加相移当第62页，共95页，2023年，2月20日，星期五知当时由····故为仅考虑时放大电路的下限截止频率第63页，共95页，2023年，2月20日，星期五···式中

为由C2引起的附加相移······当即的影响可以忽略时第64页，共95页，2023年，2月20日，星期五知当时同理,由····故fL2为仅考虑C2时放大电路的下限截止频率第65页，共95页，2023年，2月20日，星期五故在一般情况下，对整个电路下限截止频率起决定作用的是旁路电容的容量。由于旁路电容CE折算到基极回路的等效电容为又由于第66页，共95页，2023年，2月20日，星期五3．高频区的频率响应和上限截止频率

+_T+_++++_···第67页，共95页，2023年，2月20日，星期五高频区等效电路对密勒等效..+e++_._+_c_....·+_T+_++++_··第68页，共95页，2023年，2月20日，星期五对输入回路简化、等效Ci=CM+Cb'e.+e++__+_c_......+++_._+_c_e......第69页，共95页，2023年，2月20日，星期五进行戴维宁等效...+e++__+_c_......e++__+_c....图中等效电路第70页，共95页，2023年，2月20日，星期五对输出回路简化、等效e++__+_c....e++__+_c....图中第71页，共95页，2023年，2月20日，星期五将电流源转换为电压源e++__+_c....e++__+_c+_....第72页，共95页，2023年，2月20日，星期五由图可知······e++__+_c+_....第73页，共95页，2023年，2月20日，星期五高频区电压放大倍数

···········由于····e++__+_c+_....第74页，共95页，2023年，2月20日，星期五.·第75页，共95页，2023年，2月20日，星期五令、分别为输入、输出回路的时间常数··e++__+_c+_....第76页，共95页，2023年，2月20日，星期五或那么故····第77页，共95页，2023年，2月20日，星期五当Ci>>Co即Co的影响可以忽略时···其中为由Ci引起的附加相移e++__+_c+_....第78页，共95页，2023年，2月20日，星期五知当时即fH1为仅考虑Ci时放大电路的上限截止频率··由··第79页，共95页，2023年，2月20日，星期五当Co>>Ci时即Ci的影响可以忽略时···其中为由Co引起的附加相移e++__+_c+_....第80页，共95页，2023年，2月20日，星期五知当时故fH2为仅考虑Co时放大电路的上限截止频率····第81页，共95页，2023年，2月20日，星期五名词解释惯性环节——含惯性元件的回路

惯性元件——指其上能量不能突变的元件(如电容）

第82页，共95页，2023年，2月20日，星期五放大电路的电压放大倍数可表示为即当低、高频区的等效电路都只含一个惯性环节时··当低频区只考虑一个电容或C2高频区只考虑一个电容Ci

或Co第83页，共95页，2023年，2月20日，星期五讨论a.当时当（实际只要）时·····第84页，共95页，2023年，2月20日，星期五b.当时当（实际只要）时·····第85页，共95页，2023年，2月20日，星期五c.当时·····由以上分析可画出放大电路的幅频和相频特性曲线(低、高频区等效电路都只含一个惯性环节)第86页，共95页，2023年，2月20日，星期五幅频特性3dB–20dB/十倍频20dB/十倍频··相频特性十倍频第87页，共95页，2023年，2月20日，星期五2.8.5放大电路的增益带宽积

放大电路的带宽可见，扩展放大电路带宽的关键就在于提高fH。由于fH>>fL故第88页，共95页，2023年，2月20日，星期五可见，提高电路的Au，