第四章 三極管及放大電路.ppt

1、,4.1 半導(dǎo)體三極管,4.1.1 BJT的結(jié)構(gòu)簡介,4.1.2 放大狀態(tài)下BJT的工作原理,4.1.3 BJT的VI特性曲線,4.1.4 BJT的主要參數(shù),4.1.1 BJT的結(jié)構(gòu)簡介,(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管,半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。,4.1.1 BJT的結(jié)構(gòu)簡介,(a) NPN型管結(jié)構(gòu)示意圖 (b) PNP型管結(jié)構(gòu)示意圖 (c) NPN管的電路符號 (d) PNP管的電路符號,集成電路中典型NPN型BJT的截面圖,4.1.1 BJT的結(jié)構(gòu)簡介,三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸

2、體現(xiàn)出來的。 外部條件：發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏,4.1.2 放大狀態(tài)下BJT的工作原理,1. 內(nèi)部載流子的傳輸過程,發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子 集電區(qū)：收集載流子 基區(qū)：傳送和控制載流子 （以NPN為例）,由于三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。,IC= InC+ ICBO,IE=IB+ IC,放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過程,2. 電流分配關(guān)系,根據(jù)傳輸過程可知:,IC= InC+ ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+ IC,放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過程,且令,2. 電流分配關(guān)系,3.

3、 三極管的三種組態(tài),共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示。,共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示；,共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；,BJT的三種組態(tài),共基極放大電路,4. 放大作用,電壓放大倍數(shù),vO = -iC RL = 0.98 V，,綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。 實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是： （1）內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。 （2）外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。,重慶工學(xué)院,4.1.3 BJT的V-I 特性曲線,iB=f(vBE) vCE=const,

4、(2) 當(dāng)vCE1V時(shí)， vCB= vCE - vBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下 IB減小，特性曲線右移。,(1) 當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。,1. 輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）,共射極連接,飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE0.7V (硅管)。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。,iC=f(vCE) iB=const,2. 輸出特性曲線,輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:,截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)， vBE小于死區(qū)電壓。,放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行

5、等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,4.1.3 BJT的V-I 特性曲線,(1) 共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ICICEO）/IB IC / IB vCE=const,1. 電流放大系數(shù),4.1.4 BJT的主要參數(shù),與iC的關(guān)系曲線,(2) 共發(fā)射極交流電流放大 系數(shù) = IC/IBvCE=const,1. 電流放大系數(shù),(4) 共基極交流電流放大系數(shù) =IC/IEvCB=const,當(dāng)ICBO和ICEO很小時(shí)， 、 ，可以不加區(qū)分。,4.1.4 BJT的主要參數(shù),(3) 共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE,2. 極間反向電流,(1) 集電極基極間反向飽和電流IC

6、BO 發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。,4.1.4 BJT的主要參數(shù),(2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO,ICEO=（1+ ）ICBO,4.1.4 BJT的主要參數(shù),2. 極間反向電流,(1) 集電極最大允許電流ICM,(2) 集電極最大允許功率損耗PCM,PCM= ICVCE,3. 極限參數(shù),4.1.4 BJT的主要參數(shù),3. 極限參數(shù),4.1.4 BJT的主要參數(shù),(3) 反向擊穿電壓, V(BR)CBO發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反 向擊穿電壓。, V(BR) EBO集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。, V(BR)CEO基極開路時(shí)集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。,幾個(gè)擊穿電壓有如下

7、關(guān)系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,4.1.5 溫度對BJT參數(shù)及特性的影響,(1) 溫度對ICBO的影響:,溫度每升高10，ICBO約增加一倍。,(2) 溫度對 的影響:,溫度每升高1， 值約增大0.5%1%。,(3) 溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響:,溫度升高時(shí)，V(BR)CBO和V(BR)CEO都會有所提高。,2. 溫度對BJT特性曲線的影響:,1. 溫度對BJT參數(shù)的影響,習(xí) 題,1、判斷下列說法是否正確，用“”和“”表示判斷結(jié)果填入空內(nèi)。 （1）在N型半導(dǎo)體中如果摻入足夠量的三價(jià)元素，可將其改型為P型半導(dǎo)體。（ ） （2）因?yàn)镹型半導(dǎo)

8、體的多子是自由電子，所以它帶負(fù)電。（ ） （3）PN結(jié)在無光照、無外加電壓時(shí)，結(jié)電流為零。（ ） （4）處于放大狀態(tài)的晶體管，集電極電流是多子漂移運(yùn)動形成的。 （ ）,解：（1） （2） （3） （4）,2、選擇正確答案填入空內(nèi)。 （1）PN結(jié)加正向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)將 。 A. 變窄 B. 基本不變 C. 變寬 （2）穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓區(qū)是其工作在 。 A. 正向?qū)?B.反向截止 C.反向擊穿 （3）當(dāng)晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，發(fā)射結(jié)電壓和集電結(jié)電壓應(yīng)為 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏 （4）工作在放大區(qū)的某三極管，如果當(dāng)IB從12A增大到22A

9、時(shí)，IC從1mA變?yōu)?mA，那么它的約為 。 A. 83 B. 91 C. 100,解：（1）A （2）C （3） B （4） C,3、能否將1.5V的干電池以正向接法接到二極管兩端？為什么？,解：不能。因?yàn)槎O管的正向電流與其端電壓成指數(shù)關(guān)系，當(dāng)端電壓為1.5V時(shí)，管子會因電流過大而燒壞。,4、 現(xiàn)有兩只穩(wěn)壓管，它們的穩(wěn)定電壓分別為6V和8V，正向?qū)妷簽?.7V。試問： （1）若將它們串聯(lián)相接，則可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？ （2）若將它們并聯(lián)相接，則又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？,解：（1）兩只穩(wěn)壓管串聯(lián)時(shí)可得1.4V、6.7V、8.7V和14V等四種穩(wěn)壓值。 （2）兩只穩(wěn)壓管并聯(lián)時(shí)可

10、得0.7V和6V等兩種穩(wěn)壓值。,5、 有兩只晶體管，一只的200，ICEO200A；另一只的100，ICEO10A，其它參數(shù)大致相同。你認(rèn)為應(yīng)選用哪只管子？為什么？,解：選用100、ICBO10A的管子，因其適中、ICEO較小，因而溫度穩(wěn)定性較另一只管子好。,6、已知兩只晶體管的電流放大系數(shù)分別為50和100，現(xiàn)測得放大電路中這兩只管子兩個(gè)電極的電流如圖所示。分別求另一電極的電流，標(biāo)出其實(shí)際方向，并在圓圈中畫出管子。,6、測得放大電路中六只晶體管的直流電位如圖所示。在圓圈中畫出管子，并分別說明它們是硅管還是鍺管。,7、某晶體管的輸出特性曲線如圖所示，其集電極最大耗散功率PCM200mW，試畫出

11、它的過損耗區(qū)。,4.2 共射極放大電路的工作原理,4.2.1 基本共射極放大電路的組成,基本共射極放大電路,4.2.2 基本共射極放大電路的工作原理,1. 靜態(tài)(直流工作狀態(tài)),輸入信號vi0時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)或直流工作狀態(tài)。,直流通路,VCEQ=VCCICQRc,4.2.2 基本共射極放大電路的工作原理,2. 動態(tài),輸入正弦信號vs后，電路將處在動態(tài)工作情況。此時(shí)，BJT各極電流及電壓都將在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上隨輸入信號作相應(yīng)的變化。,交流通路,4. 3 放大電路的分析方法,4.3.1 圖解分析法,4.3.2 小信號模型分析法,1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析,2. 動態(tài)工作情況的圖解分析,

12、3. 非線性失真的圖解分析,4. 圖解分析法的適用范圍,1. BJT的H參數(shù)及小信號模型,2. 用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路,3. 小信號模型分析法的適用范圍,4.3.1 圖解分析法,1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析,采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。,共射極放大電路,4.3.1 圖解分析法,1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析, 列輸入回路方程, 列輸出回路方程（直流負(fù)載線） VCE=VCCiCRc, 首先，畫出直流通路,直流通路, 在輸出特性曲線上，作出直流負(fù)載線 VCE=VCCiCRc，與IBQ曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，從而得到VCEQ 和ICQ。, 在輸入特性曲線上，作

13、出直線 ，兩線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn)，得到IBQ。, 根據(jù)vs的波形，在BJT的輸入特性曲線圖上畫出vBE 、 iB 的波形,2. 動態(tài)工作情況的圖解分析, 根據(jù)iB的變化范圍在輸出特性曲線圖上畫出iC和vCE 的波形,2. 動態(tài)工作情況的圖解分析, 共射極放大電路中的電壓、電流波形,2. 動態(tài)工作情況的圖解分析,3. 靜態(tài)工作點(diǎn)對波形失真的影響,截止失真的波形,飽和失真的波形,3. 靜態(tài)工作點(diǎn)對波形失真的影響,共射極放大電路,放大電路如圖所示。已知BJT的 =80， Rb=300k ， Rc=2k， VCC= +12V，求：,（1）放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？,（2）當(dāng)Rb=100k時(shí)

14、，放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）,解：（1）,（2）當(dāng)Rb=100k時(shí)，,靜態(tài)工作點(diǎn)為Q（40A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。,其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：,，所以BJT工作在飽和區(qū)。,VCE不可能為負(fù)值，,此時(shí)，Q（120uA，6mA，0V），,例題,4. 圖解分析法的適用范圍,適用于幅度較大而工作頻率不太高的工作情況。,優(yōu)點(diǎn)： 直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和動態(tài)等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的重要性。能全面地分析放大電路的靜態(tài)、動態(tài)工作情況。,缺點(diǎn)： 不能分析工作頻率較高時(shí)的電路工

15、作狀態(tài)，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)性能指標(biāo)。,1.交流負(fù)載線的畫法,交流負(fù)載線的特點(diǎn)：必須通過靜態(tài)工作點(diǎn)交流負(fù)載線的斜率由RL表示(RL=Rc/RL)交流負(fù)載線的畫法（有兩種）：（1）先作出直流負(fù)載線，找出Q點(diǎn)； 作出一條斜率為RL的輔助線，然后過Q點(diǎn)作它的平行線即得。（此法為點(diǎn)斜式）（2）先求出UCE坐標(biāo)的截距（通過方程UCC=UCE+ICRL） 連接Q點(diǎn)和UCC點(diǎn)即為交流負(fù)載線。（此法為兩點(diǎn)式）,例1：作出圖（1）所示電路的交流負(fù)載線。已知特性曲線如圖（2）所示，Ucc=12V，Rc=3千歐，RL=3千歐，Rb=280千歐。,解：（1）作出直流負(fù)載線，求出點(diǎn)Q。 （2

16、）求出點(diǎn)Ucc。Ucc=Uce+IcRL=6+1.5*2=9V （3）連接點(diǎn)Q和點(diǎn)Ucc即得交流負(fù)載線（圖中黑線即為所求）,4.3.2 小信號模型分析法,1. BJT的H參數(shù)及小信號模型,建立小信號模型的意義,建立小信號模型的思路,當(dāng)放大電路的輸入信號電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來處理。,由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。,把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個(gè)線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然

17、后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。,（1）基本思路,（2）晶體管微變等效電路,輸入特性曲線在Q點(diǎn)附近的微小范圍內(nèi)可以認(rèn)為是線性的。當(dāng)uBE有一微小變化UBE時(shí)，基極電流變化IB，兩者的比值稱為三極管的動態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即：,微變等效電路法,輸出特性曲線在放大區(qū)域內(nèi)可認(rèn)為呈水平線，集電極電流的微小變化IC僅與基極電流的微小變化IB有關(guān)，而與電壓uCE無關(guān)，故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個(gè)受ib控制的電流源，即：,（3）放大電路微變等效電路,

18、電壓放大倍數(shù),式中RL=RC/RL。當(dāng)RL=（開路）時(shí),輸入電阻,Ri,輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號源的負(fù)擔(dān)，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號源內(nèi)阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe.,輸出電阻,對于負(fù)載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負(fù)載能力越強(qiáng)，因此總希望Ro越小越好。,3. 小信號模型分析法的適用范圍,放大電路的輸入信號幅度較小，BJT工作在其VT特性曲線的線性范圍（即放大區(qū)）內(nèi)。H參數(shù)的值是在靜態(tài)

19、工作點(diǎn)上求得的。所以，放大電路的動態(tài)性能與靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)值的大小及穩(wěn)定性密切相關(guān)。,優(yōu)點(diǎn)： 分析放大電路的動態(tài)性能指標(biāo)(Av 、Ri和Ro等)非常方便，且適用于頻率較高時(shí)的分析。,4.3.2 小信號模型分析法,缺點(diǎn)： 在BJT與放大電路的小信號等效電路中，電壓、電流等電量及BJT的H參數(shù)均是針對變化量(交流量)而言的，不能用來分析計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。,4.4 放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問題,4.4.1 溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,4.4.2 射極偏置電路,1. 基極分壓式射極偏置電路,2. 含有雙電源的射極偏置電路,3. 含有恒流源的射極偏置電路,4.4.1 溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,4.1.6節(jié)討論過，

20、溫度上升時(shí)，BJT的反向電流ICBO、ICEO及電流放大系數(shù)或都會增大，而發(fā)射結(jié)正向壓降VBE會減小。這些參數(shù)隨溫度的變化，都會使放大電路中的集電極靜態(tài)電流ICQ隨溫度升高而增加（ICQ= IBQ+ ICEO） ，從而使Q點(diǎn)隨溫度變化。,要想使ICQ基本穩(wěn)定不變，就要求在溫度升高時(shí)，電路能自動地適當(dāng)減小基極電流IBQ 。,4.4.2 射極偏置電路,（1）穩(wěn)定工作點(diǎn)原理,目標(biāo)：溫度變化時(shí)，使IC維持恒定。,如果溫度變化時(shí)，b點(diǎn)電位能基本不變，則可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。,T , IC, IE, VE、VB不變, VBE , IB,（反饋控制）,1. 基極分壓式射極偏置電路,(a) 原理電路 (b)

21、 直流通路,b點(diǎn)電位基本不變的條件：,I1 IBQ ，,此時(shí)，,VBQ與溫度無關(guān),VBQ VBEQ,Re取值越大，反饋控制作用越強(qiáng),一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V,1. 基極分壓式射極偏置電路,（1）穩(wěn)定工作點(diǎn)原理,1. 基極分壓式射極偏置電路,（2）放大電路指標(biāo)分析,靜態(tài)工作點(diǎn),電壓增益,畫小信號等效電路,（2）放大電路指標(biāo)分析,電壓增益,輸出回路：,輸入回路：,電壓增益：,畫小信號等效電路,確定模型參數(shù), 已知，求rbe,增益,（2）放大電路指標(biāo)分析,（可作為公式用）,輸入電阻,則輸入電阻,放大電路的輸入電阻不包含信號源的內(nèi)阻,（2）放大電路指標(biāo)分析,輸出電阻,輸出

22、電阻：,求輸出電阻的等效電路,其中：,（一般 ）,（2）放大電路指標(biāo)分析,（1）靜態(tài)分析,（2）動態(tài)分析,例：圖示電路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。試估算靜態(tài)工作點(diǎn)，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。,解：（1）用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn),（2）求電壓放大倍數(shù),（3）求輸入電阻和輸出電阻,2. 含有雙電源的射極偏置電路,（1）阻容耦合,靜態(tài)工作點(diǎn),2. 含有雙電源的射極偏置電路,（2）直接耦合,3. 含有恒流源的射極偏置電路,靜態(tài)工作點(diǎn)由恒流源提供,靜態(tài)分析,射極輸出器,求電壓放大倍數(shù),動態(tài)分析,求輸入電阻,求輸出電

23、阻,射極輸出器的特點(diǎn)： 電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即電壓跟隨。 輸入電阻較高。 輸出電阻較低。 射極輸出器的用途： 射極跟隨器具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，這是射極跟隨器最突出的優(yōu)點(diǎn)。射極跟隨器常用作多級放大器的第一級或最末級，也可用于中間隔離級。用作輸入級時(shí)，其高的輸入電阻可以減輕信號源的負(fù)擔(dān)，提高放大器的輸入電壓。用作輸出級時(shí)，其低的輸出電阻可以減小負(fù)載變化對輸出電壓的影響，并易于與低阻負(fù)載相匹配，向負(fù)載傳送盡可能大的功率。,例：圖示電路，已知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100 ，=50。試估算靜態(tài)工作點(diǎn)，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。

24、,解：（1）用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn),4.5 共集電極放大電路和共基極放大電路,4.5.1 共集電極放大電路,4.5.2 共基極放大電路,4.5.3 放大電路三種組態(tài)的比較,4.5.1 共集電極放大電路,1.靜態(tài)分析,共集電極電路結(jié)構(gòu)如圖示,該電路也稱為射極輸出器,得,直流通路,小信號等效電路,4.5.1 共集電極放大電路,2.動態(tài)分析,交流通路,4.5.1 共集電極放大電路,2.動態(tài)分析,電壓增益,輸出回路：,輸入回路：,電壓增益：,其中,一般,，則電壓增益接近于1，,電壓跟隨器,4.5.1 共集電極放大電路,2.動態(tài)分析,輸入電阻,當(dāng),，,時(shí)，,輸入電阻大,輸出電阻,由電路列出方程,其中,則

25、輸出電阻:,時(shí)，,輸出電阻小,4.5.1 共集電極放大電路,2.動態(tài)分析,4.5.1 共集電極放大電路,4.5.2 共基極放大電路,1.靜態(tài)工作點(diǎn),直流通路與射極偏置電路相同,2.動態(tài)指標(biāo),電壓增益,輸出回路：,輸入回路：,電壓增益：,交流通路,小信號等效電路, 輸入電阻, 輸出電阻,2.動態(tài)指標(biāo),小信號等效電路,4.5.3 放大電路三種組態(tài)的比較,1.三種組態(tài)的判別,以輸入、輸出信號的位置為判斷依據(jù)： 信號由基極輸入，集電極輸出共射極放大電路 信號由基極輸入，發(fā)射極輸出共集電極放大電路 信號由發(fā)射極輸入，集電極輸出共基極電路,2.三種組態(tài)的比較,3.三種組態(tài)的特點(diǎn)及用途,共射極放大電路： 電

26、壓和電流增益都大于1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有很大關(guān)系。適用于低頻情況下，作多級放大電路的中間級。 共集電極放大電路： 只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好。可用于輸入級、輸出級或緩沖級。 共基極放大電路： 只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)。高頻特性較好，常用于高頻或?qū)掝l帶低輸入阻抗的場合，模擬集成電路中亦兼有電位移動的功能。,4.5.3 放大電路三種組態(tài)的比較,多級放大電路的耦合方式,多級放大電路的組成,阻容耦合放大電路,各極之間通過耦合電容及下級輸入電

27、阻連接。優(yōu)點(diǎn)：各級靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，可以單獨(dú)調(diào)整到合適位置；且不存在零點(diǎn)漂移問題。缺點(diǎn)：不能放大變化緩慢的信號和直流分量變化的信號；且由于需要大容量的耦合電容，因此不能在集成電路中采用。,1阻容耦合放大電路的特點(diǎn),2阻容耦合放大電路分析,（1）靜態(tài)分析：各級單獨(dú)計(jì)算。,（2）動態(tài)分析 電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積。,注意：計(jì)算前級的電壓放大倍數(shù)時(shí)必須把后級的輸入電阻考慮到前級的負(fù)載電阻之中。如計(jì)算第一級的電壓放大倍數(shù)時(shí)，其負(fù)載電阻就是第二級的輸入電阻。 輸入電阻就是第一級的輸入電阻。 輸出電阻就是最后一級的輸出電阻。,頻率響應(yīng)的概念,在放大電路的通頻帶中給出了頻率特性的概念-,一、

28、頻率響應(yīng)的概念,這些統(tǒng)稱放大電路的頻率響應(yīng)。,幅頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為幅度頻率失真; 相頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為相位頻率失真。,放大電路的幅頻特性和相頻特性，也稱為頻率響應(yīng)。因放大電路對不同頻率成分信號的增益不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為幅度頻率失真，簡稱幅頻失真。放大電路對不同頻率成分信號的相移不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為相位頻率失真，簡稱相頻失真。幅頻失真和相頻失真是線性失真。,產(chǎn)生頻率失真的原因是: 1.放大電路中存在電抗性元件，例如耦合電容、 旁路電容、分布電容、變壓器、分布電感等;,2.三極管的()是頻率的函數(shù)。 在研究頻率特性時(shí)，三極管的低頻小信號模型不再適用，而要

29、采用高頻小信號模型。,3阻容耦合放大的頻率特性和頻率失真,中頻段：電壓放大倍數(shù)近似為常數(shù)。 低頻段：耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗增大，以致不可視為短路，因而造成電壓放大倍數(shù)減小。 高頻段：晶體管的結(jié)電容以及電路中的分布電容等的容抗減小，以致不可視為開路，也會使電壓放大倍數(shù)降低。,除了電壓放大倍數(shù)會隨頻率而改變外，在低頻和高頻段，輸出信號對輸入信號的相位移也要隨頻率而改變。所以在整個(gè)頻率范圍內(nèi)，電壓放大倍數(shù)和相位移都將是頻率的函數(shù)。電壓放大倍數(shù)與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為幅頻特性，相位移與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為相頻特性，二者統(tǒng)稱為頻率特性或頻率響應(yīng)。放大電路呈現(xiàn)帶通特性。圖中fH和fL為電壓放大倍數(shù)下降到

30、中頻段電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所對應(yīng)的兩個(gè)頻率，分別稱為上限頻率和下限頻率，其差值稱為通頻帶。 一般情況下，放大電路的輸入信號都是非正弦信號，其中包含有許多不同頻率的諧波成分。由于放大電路對不同頻率的正弦信號放大倍數(shù)不同，相位移也不一樣，所以當(dāng)輸入信號為包含多種諧波分量的非正弦信號時(shí)，若諧波頻率超出通頻帶，輸出信號uo波形將產(chǎn)生失真。這種失真與放大電路的頻率特性有關(guān)，故稱為頻率失真。,4.6 組合放大電路,4.6.1 共射共基放大電路,4.6.2 共集共集放大電路,4.6.1 共射共基放大電路,共射共基放大電路,4.6.1 共射共基放大電路,其中:,所以:,因?yàn)?,因此:,組合放大電路總的

31、電壓增益等于組成它的各級單管放大電路電壓增益的乘積。 前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓，后一級的輸入電阻是前一級的負(fù)載電阻RL。,電壓增益:,4.6.1 共射共基放大電路,輸入電阻:,輸出電阻:,Ro Rc2,T1、T2構(gòu)成復(fù)合管，可等效為一個(gè)NPN管,(a) 原理圖 (b)交流通路,4.6.2 共集共集放大電路,復(fù)合管的組成及類型,同一種導(dǎo)電類型的三極管構(gòu)成復(fù)合管時(shí)，應(yīng)將前一個(gè)管子的發(fā)射極接至后一只管子的基極；不同導(dǎo)電類型的三極管構(gòu)成復(fù)合管時(shí)，應(yīng)將前一只管子的集電極接至后一只管子的基極，以實(shí)現(xiàn)兩次電流放大作用。 必須保證兩只三極管均工作在放大狀態(tài)。 兩管復(fù)合后可等效為一只三極管，其導(dǎo)電類型

32、與T1相同。,4.6.2 共集共集放大電路,1. 復(fù)合管的主要特性,兩只NPN型BJT組成的復(fù)合管,兩只PNP型BJT組成的復(fù)合管,rberbe1 (1 1 ) rbe2,4.6.2 共集共集放大電路,1. 復(fù)合管的主要特性,PNP與NPN型BJT組成的復(fù)合管,NPN與PNP型BJT組成的復(fù)合管,rbe rbe1,4.6.2 共集共集放大電路,2. 共集共集放大電路的Av、 Ri 、Ro,式中 12 rberbe1(11)rbe2 RLRe/RL,RiRb/rbe(1 ) RL,4.7 放大電路的頻率響應(yīng),4.7.1 單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng),4.7.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數(shù),

33、4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應(yīng),4.7.4 單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應(yīng),4.7.5 多級放大電路的頻率響應(yīng),研究放大電路的動態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信號頻率變化時(shí)的響應(yīng)。,頻率響應(yīng)的概念,在放大電路的通頻帶中給出了頻率特性的概念-,一、頻率響應(yīng)的概念,這些統(tǒng)稱放大電路的頻率響應(yīng)。,幅頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為幅度頻率失真; 相頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為相位頻率失真。,放大電路的幅頻特性和相頻特性，也稱為頻率響應(yīng)。因放大電路對不同頻率成分信號的增益不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為幅度頻率失真，簡稱幅頻失真。放大電路對不同頻率成分信號的相移不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為相

34、位頻率失真，簡稱相頻失真。幅頻失真和相頻失真是線性失真。,產(chǎn)生頻率失真的原因是: 1.放大電路中存在電抗性元件，例如耦合電容、 旁路電容、分布電容、變壓器、分布電感等;,2.三極管的()是頻率的函數(shù)。 在研究頻率特性時(shí)，三極管的低頻小信號模型不再適用，而要采用高頻小信號模型。,4.7.1 單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng),1. RC低通電路的頻率響應(yīng),（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）,RC電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：,則,且令,又,電壓增益的幅值（模）,（幅頻響應(yīng)）,電壓增益的相角,（相頻響應(yīng)）,增益頻率函數(shù),RC低通電路,最大誤差 -3dB,頻率響應(yīng)曲線描述,1. RC低通電路的頻率響應(yīng),最大誤差 5.

35、7,2. RC高通電路的頻率響應(yīng),RC電路的電壓增益：,輸出超前輸入,RC高通電路,4.7.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數(shù),1. BJT的高頻小信號模型,模型的引出,rbe-發(fā)射結(jié)電阻re歸算 到基極回路的電阻。,-發(fā)射結(jié)電容,-集電結(jié)電阻,-集電結(jié)電容,rbb -基區(qū)的體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。,互導(dǎo),BJT的高頻小信號模型,三極管物理模型,簡化模型,混合型高頻小信號模型。,1. BJT的高頻小信號模型,忽略rbc和rce,高頻小信號簡化電路,在型小信號模型中，因存在Cbc 對求解不便，可通過單向化處理加以變換。可以用輸入側(cè)的C 和輸出側(cè)的C兩個(gè)電容去分別代替Cb c ，如右圖

36、所示。,高頻小信號模型電路,1. BJT的高頻小信號模型,由于C C , 可以忽略，所以可簡化為下圖，其中C =Cbe+ C 。,簡化高頻小信號電路,其中：,當(dāng)集電極接上RC時(shí),2. BJT高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得,低頻時(shí)，混合模型與H參數(shù)模型等價(jià),又因?yàn)?2. BJT高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得,低頻時(shí)，混合模型與H參數(shù)模型等價(jià),3. BJT的頻率參數(shù),由H參數(shù)可知,即,根據(jù)混合模型得：,低頻時(shí),所以,令,的幅頻響應(yīng)：,共發(fā)射極截止頻率,特征頻率,共基極截止頻率,3. BJT的頻率參數(shù),的相頻響應(yīng)：,f(10)fffT,4.7.3 單管共射放大器的頻率響應(yīng),一、 全頻段小信號電路模型 二、 中頻段電壓放大倍數(shù)Ausm 三、 低頻段電壓放大倍數(shù)Ausm 四、 高頻段電壓放大倍數(shù)Ausm 五、 完整的頻率響應(yīng)曲線,一、全頻段小信號電路模型,對于下圖（左）所示的共發(fā)射極接法的基本放大電路，分析其頻率響應(yīng)，需畫出放大電路從低頻到高頻的全頻段小信號