模电三极管及放大电路基础

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。§4.5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+VCCREVCEQICQVBEQIBQIEQ2IEQIBQ

RB＋VBEQ＋(1+)IBQ

RE＝VCC

IEQ≈ICQ＝IBQVCEQ＝VCC－IEQ

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＜1R'L＝RE//RLvo=(1+)ib·R'Lvi=ib·rbe+(1+)ib·R'L=ib·[rbe+(1+)R'L]rbeRBRL+vi

-+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＋)R'L}rbeRBRL+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+

iRe7i=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,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=2kΩ,

RB=200kΩ,RL=2kΩ,,晶体管β=60,VBE=0.6V,信号源内阻RS=100Ω，试求:(1)

静态工作点IB、IE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:VCEQ＝VCC－ICQ

RC－IEQREIBQ+VBEQ–ICQ+VCEQ–vsRSRCRL+vo-Rb1Rb2Re12+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

-ReieiRerbeibibicRCRL+vo-vi=-ib·rbevo

=-ib·(Rc

//RL)

vsRSRCRL+vo-Rb1Rb2ReRe+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：

Ro＝RC+vS-RSiiieiReibicibRL+vo-RCrbeRe+vi

-RSRCrbeReieibicib+v-i∵(1+)ib·(Re//RS)+ib·rbe=0ic=0∴ib=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。17§4.6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+VCE2-19VC1＝VE2＝VB2

－VBE2VCE1＝VC1－(VB1

－VBE1)

VCE2＝VCC－IC2RC2－VE2IC2≈IE2＝IC1≈IE1

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Ri＝Ri1＝Rb1//Rb2//rbe1RL1＝Ri2＝vi2/(-ie2)

＝-ib2rbe2

/[-(1+)ib2]

＝rbe2/(1+)Rb11Rb12+

vo1=vi2

-RS+vS-+vi-ii1rbe1ib1ic11ib1RL+vo-RC2ie22ib2ic2ib2rbe221ie22ib2ic2ib2RL+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RL……Ri2Av2Ro2Av1+vS-RSRi1Ro1RinAvnRon(1)总电压增益=各级放大倍数的乘积Av=Av1×Av2×…Avn(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NPN→NPNT1T2iBiCiETiBiCiE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+12≈12复合管be之间的输入电阻rbe:

rbe=vBE/iB=[iB·rbe1+(1+1)iB·rbe2]/iB=rbe1+(1+1)rbe2242.PNP与PNP→PNPTiBiCiE等效T1T2iBiCiE1iB(1+1)iB2(1+1)iB=1

+

2+12

≈12rbe=rbe1+(1+1)rbe23.NPN与PNP→NPNTiBiEiC等效T1T2iBiEiC=(1+2)1iB(1+1)iB1iB21iB=1+12≈12rbe=rbe1254.PNP与NPN→PNPTiBiEiC等效T1T2iBiEiC=(1+2)1iB(1+1)iB1iB21iB=1+12≈12rbe=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+12≈12,rbe=rbe1+(1+1)rbe2(3)不同类型晶体管组成的复合管:=1+12≈12,rbe=rbe126T1,T2构成复合管,可等效为一个NPN管=1+2+12≈12rbe=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ICQ≈IEQ＝(1+)IBQVCEQ＝VCC－IEQ

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:≈12rbe＝rbe1＋(1＋1)rbe2(2)输入电阻Ri＝Rb//[rbe+(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

Rb＋VBE1Q＋[(1+1)IBQ1-IBQ2]

Re1＝VCC……(1)IBQ1

Rb＋VBE1Q＋VBE2Q＋(1+2)IBQ2Re＝VCC……(2)由(1)(2)解出IBQ1,

IBQ1。ICQ1＝1IBQ1,ICQ2＝2IBQ2+vo-RbReRS++RL+VCC+vi-T1T2+vs-Re1VCEQ1＝VCC－[(1+1)IBQ1-IBQ2]

Re1VCEQ2＝VCC－(1+2)IBQ2Re30+vo-RbReRS++RL+VCC+vi-T1T2+vs-Re1加接Re1后的动态值：输入电阻RL1＝Ri2＝rbe2＋(1＋2)(Re||RL)]Ri＝Ri1＝Rb1||[rbe1＋(1＋1)(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+

vo1-1ib1RB2RC1RSRC2RLRB1R'B1R'B2输入电阻:Ri＝RB1||RB2||rbe1,Ri2＝R'B1||R'B2||rbe2输出电阻:Ro1＝RC1,Ro＝RC2两级负载电阻:RL1＝RC1||Ri2,

RL2＝RC2||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β1=β2=50,T1和T2均为3DG8D。(1)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-ib1ic11ib1R'B1R'B2rbe2RC2rbe1RB1RE1R'E2372ib2ic2ib2+

vo-+vi-ib1ic11ib1R'B1R'B2rbe2RC2rbe1RB1RE1R'E238(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数2ib2ic2ib2+

vo-+vi-ib1ic11ib1R'B1R'B2rbe2RC2rbe1RB1RE1R'E239§4.7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。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/fH)+.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0.1fHfH10fH100fHf/Hz0-20-40.20lg|AvH|/dB-20dB/十倍频程.20lg|AvH|=-10lg[1+(f/fH)2]相频响应:——只有横轴以10倍频程为刻度f/Hz0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°H=-arctan(f/fH)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(fL/f)430.01fL0.1fLfL

10fLf/Hz90°45°0°f/Hz0.01fL0.1fLfL

10fL0-20-40.20lg|AvL|/dB(3)RC高通电路的波特图20dB/十倍频相频响应:L=arctan(fL/f)幅频响应的波特图:.20lg|AvL|=-10lg[1+(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①分析动态②信号很小①中低频crbeibibbeic+vce-+vbe-2.BJT的高频小信号模型icib+vce-cbe+vbe-等效①分析动态②信号很小①高频+

.Vbe-+

.Vce-rbb'becb'.Ib.Icrb'eCb'e+

.Vb'e-Cb'c.gmVb'e45基区的体电阻:rbb'≈几十~几百发射结电阻:

rb'e≈(1+)26(mV)/IEQ发射结电容:Cb'e≈几十~几百pF集电结电容:Cb'c≈2~10pF互导:gm≈IEQ/26(mV)+

.Vbe-+

.Vce-rbb'becb'.Ib.Icrb'eCb'e+

.Vb'e-Cb'c.gmVb'e3.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Cb'c:可从手册中查出rbb':可从手册中查出rb'e≈(1+)26(mV)/IEQ其中：rbe=rbb'+rb'e46三.单级共射极放大电路的频率响应Rb1RCCb1Cb2Rb2CeReRL++++VCC+vi–+vo–RS+vS–1.电压增益的高频响应(1)高频小信号电路RCRL+

.Vo

-RS+.VS

-+.Vi

-Rb1Rb2+

.Vbe-+

.Vce-rbb'becb'.Ib.Icrb'eCb'e+

.Vb'e-Cb'c.gmVb'e(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：Ri＝Rb1||Rb2||rbeR'L＝RC||RLf/Hz0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍频程.20lg|A