模擬電路第4章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ).ppt

1、4.1 半導(dǎo)體三極管（BJT）,4.2 共射極放大電路,4.3 圖解分析法,4.4 小信號(hào)模型分析法,4.5 放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題,4.6 共集電極電路和共基極電路,4.7 放大電路的頻率響應(yīng),4 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ),4.1.1 BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介,4.1 半導(dǎo)體三極管（BJT）,4.1.2 BJT的電流分配與放大原理,4.1.3 BJT的特性曲線,4.1.4 BJT的主要參數(shù),4.1.1 BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介,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。 兩種類型的三極管,發(fā)射結(jié)(Je),集電結(jié)(Jc),基極，用B或b表示（Base）,發(fā)射極，用E或e 表示（E

2、mitter）；,集電極，用C或c 表示（Collector）。,發(fā)射區(qū),集電區(qū),基區(qū),三極管符號(hào),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：, 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；, 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；, 基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度最低。,管芯結(jié)構(gòu)剖面圖,4.1.2 BJT的電流分配與放大原理,1. 內(nèi)部載流子的傳輸過程,三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。 外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,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）,載流子的傳輸過程,以上看出，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

3、管?；駼JT (Bipolar Junction Transistor)。,4.1.2 BJT的電流分配與放大原理,2、電流放大原理,EB,RB,EC,進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE ，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。,發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。,發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏,EB,RB,EC,集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。,從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。,IB=IBE-ICBOIBE,1、發(fā)射區(qū)發(fā)射電子 2、電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合 3、集電區(qū)收集電子,2. 電流分配關(guān)系,根據(jù)傳輸過程可知,IC= InC+

4、ICBO,IB= IB - ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+ IC,載流子的傳輸過程,根據(jù),IE=IB+ IC,IC= InC+ ICBO,且令,2. 電流分配關(guān)系,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),VBB,VCC,VBE,IB,IE,IC,vI,+vBE,+iC,+iE,+iB,vI = 20mV,設(shè),若,則,電壓放大倍數(shù),iB = 20 uA,vO = -iC RL = -0.98 V，, = 0.98,使,4. 放大作用,綜上所述

5、，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。,4.1.2 BJT的電流分配與放大原理,注意： NPN: VCVBVE ； PNP: VCVBVE 鍺BJT的|VBE|0.2V ； 硅BJT的|VBE|0.7V,vCE = 0V,iB=f(vBE) vCE=const,(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

6、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,4.1.3 BJT的特性曲線,（以共射極放大電路為例）,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:,4.1.3 BJT的特性曲線,輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):,(1) 放大區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏， IC=IB , 且 IC = IB,(2) 飽和區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏 ，即UCEUBE ， IBIC，UCE0.3V,(3) 截止區(qū) 發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏 ， UBE 死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0,4.1.4 BJT的主要參數(shù),(1)共發(fā)射極直流電流

7、放大系數(shù) =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const,1. 電流放大系數(shù),(2) 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) =IC/IBvCE=const,4.1.4 BJT的主要參數(shù),1. 電流放大系數(shù),(3) 共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE,(4) 共基極交流電流放大系數(shù) =IC/IE VCB=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),1. 電流放大系數(shù),(2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO,2. 極間反向電流,ICEO,(1) 集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路

8、時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。,4.1.4 BJT的主要參數(shù),(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) 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)擊穿電壓有如下關(guān)系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,3. 極限參數(shù),4.1.4 BJT的主要參數(shù),由PCM、 ICM和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿

9、區(qū)。 輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū),（思考題）,4.2 共射極放大電路, 電路組成, 簡(jiǎn)化電路及習(xí)慣畫法, 簡(jiǎn)單工作原理, 放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài), 直流通路和交流通路,4.2 共射極放大電路,1. 電路組成,輸入回路（基極回路）,輸出回路（集電極回路）,2. 簡(jiǎn)化電路及習(xí)慣畫法,習(xí)慣畫法,共射極基本放大電路,3. 放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài),靜態(tài)：輸入信號(hào)為零（vi= 0 或 ii= 0）時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。,動(dòng)態(tài)：輸入信號(hào)不為零時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。,電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管三個(gè)電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，常稱為Q點(diǎn)。一般用I

10、B、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。,# 放大電路為什么要建立正確的靜態(tài)？,4. 簡(jiǎn)單工作原理,Vi=0,Vi=Vsint,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；電容開路； 電感相當(dāng)于短路（線圈電阻近似為0）。 2. 交流通路：大容量電容相當(dāng)于短路；直流電源相當(dāng)于短路（內(nèi)阻為0）。,通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號(hào)的作用共存，這使得電路的分析復(fù)雜化。為簡(jiǎn)化分析，將它們分開作用，引入直流通路和交流通路的概念。,5. 直流通路和交流通路,5. 直流通路和交流通路,共射極放大電路,(a),畫出圖示各電路的直流通路和交流通路。 設(shè)所有電容對(duì)交流信號(hào)均可視為短路。,例題

11、 1,畫出直流通路,(a),畫出交流通路,(b),畫出直流通路,(b),畫出交流通路,(c),畫出直流通路,(c),畫出交流通路,(d),畫出直流通路,(d),畫出交流通路,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(hào)模型分析法, 用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn), 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn), 交流通路及交流負(fù)載線, 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析, BJT的三個(gè)工作區(qū), 輸出功率和功率三角形,1. 靜態(tài)工作情況分析,2. 動(dòng)態(tài)工作情況分析,4.3.1 圖解分析法,共射極放大電路,1. 靜態(tài)工作情況分析,1. 用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn),根據(jù)直流通路可知：,采用該方法，必須已知三極

12、管的 值。,一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V。,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,2. 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn), 首先，畫出直流通路,1. 靜態(tài)工作情況分析, 列輸入回路方程： VBE =VCCIBRb, 列輸出回路方程（直流負(fù)載線）： VCE=VCCICRc, 在輸入特性曲線上，作出直線 VBE =VCCIBRb，兩線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn)，得到IBQ。, 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。,2. 動(dòng)態(tài)工作情況分析,由交流通路得純交流負(fù)載線：,共射極放大電路,

13、vce= -ic (Rc /RL),1. 交流通路及交流負(fù)載線,則交流負(fù)載線為,vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) RL,即 iC = (-1/RL) vCE + (1/RL) VCEQ+ ICQ,(VCEQ+ICQRL),因?yàn)榻涣髫?fù)載線必過Q點(diǎn) 即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同時(shí)，令RL = Rc/RL,2. 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析,2. 動(dòng)態(tài)工作情況分析,共射極放大電路,通過圖解分析，可得如下結(jié)論： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo與vi相位相反； 3. 可以測(cè)量出放大電路的電壓放大倍數(shù)； 4. 可以確定最大不失

14、真輸出幅度。,# 動(dòng)態(tài)工作時(shí)， iB、 iC的實(shí)際電流方向是否改變，vCE的實(shí)際電壓極性是否改變？,2. 動(dòng)態(tài)工作情況分析,3. BJT的三個(gè)工作區(qū),當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生非線性失真。,飽和區(qū)特點(diǎn)： iC不再隨iB的增加而線性增加，即,此時(shí),截止區(qū)特點(diǎn)：iB=0， iC= ICEO,vCE= VCES ，典型值為0.3V,波形的失真,飽和失真,2. 動(dòng)態(tài)工作情況分析,3. BJT的三個(gè)工作區(qū),飽和失真是輸出回路產(chǎn)生失真。,Rb或或VBB ,Rc或VCC,消除方法：增大Rb，減小Rc，減小，減小VBB，增大VCC。,消除方法：Q點(diǎn)上移，即向上平移輸入回路負(fù)載線。,截止失真是在輸入回

15、路首先產(chǎn)生失真！,減小Rb能消除截止失真嗎？,截止失真,由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管 的截止區(qū)而引起的非線性失真。對(duì)于NPN管， 輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。,注意：對(duì)于PNP管，由于是負(fù)電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管正好相反。,Q,放大電路的動(dòng)態(tài)范圍,放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，要求：,工作點(diǎn)Q 要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；,4.3.2 動(dòng)態(tài)工作情況分析,3. BJT的三個(gè)工作區(qū),要有合適的交流負(fù)載線。,不產(chǎn)生削波失真的條件： 式中，Icm、Ucem為輸出交流電流、電壓的振幅；ICEO為穿透電流是晶體管放大區(qū)與截止區(qū)交界線電流；VCES為飽和壓降是晶體管放大區(qū)與飽和區(qū)

16、交界電壓線。,4. 輸出功率和功率三角形,要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom 和Iom 都要大。,功率三角形,放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率,在輸出特性曲線上，正好是三角形ABQ的面積，這一三角形稱為功率三角形。,2. 動(dòng)態(tài)工作情況分析,例：測(cè)得工作在放大電路中幾個(gè)晶體管三個(gè)電極的電位U1、U2、U3分別為： （1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V （2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V （3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V （4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V 試判斷它們是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？并確定e、b、c

17、。,如何判斷三極管的管腳、管型？ 電位判斷法，電流判斷法。,例題2,共射極放大電路,例題3,改變電路的哪些參數(shù)使Q點(diǎn)從Q1移到Q2， Q2移到Q3， Q3移到Q4？失真情況如何？,原則：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。NPN管UBE0， UBC0。 先求UBE，若等于0.6-0.7V，為硅管； 若等于0.2-0.3V，為鍺管。 PNP管自己分析。,（1）U1 b、U2 e、U3 c NPN 硅 （2）U1 b、U2 e、U3 c NPN 鍺 （3）U1 c、U2 b、U3 e PNP 硅 （4）U1 c、U2 b、U3 e PNP 鍺,某放大電路中BJT三個(gè)電極的電流如圖所示。 IA-2mA,IB-0

18、.04mA,IC+2.04mA,試判斷管腳、管型。,解：電流判斷法。 電流的正方向和KCL。IE=IB+ IC,A,B,C,IA,IB,IC,C為發(fā)射極 B為基極 A為集電極。管型為NPN管。,管腳、管型的判斷法也可采用萬用表電阻法。參考實(shí)驗(yàn)。,例題3,三極管工作區(qū)域的判斷,例：測(cè)量某硅材料BJT各電極對(duì)地的電壓值如下，試判別管子工作在什么區(qū)域？,解：,原則：,對(duì)NPN管而言，放大時(shí)VC VB VE 對(duì)PNP管而言，放大時(shí)VC VB VE,（1） 放大區(qū)（2）截止區(qū)（3）飽和區(qū),（1） VC 6V VB 0.7VVE 0V （2） VC 6V VB 4V VE 3.6V （3） VC 3.6V

19、 VB 4V VE 3.4V,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)，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）,例題4,解：（1）,靜態(tài)工作點(diǎn)為Q（40uA，3.2mA，5.6V）BJT工作在放大區(qū)。,共射極放大電路,VCE不可能為負(fù)值，其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：,此時(shí)，Q（120uA，6mA，0V），,（2）當(dāng)Rb=100k時(shí)，,所以BJT工作在飽和區(qū)。,4.3.2 小信號(hào)模型分析法,1 BJT的小信

20、號(hào)建模,2 共射極放大電路的小信號(hào)模型分析, H參數(shù)的引出, H參數(shù)小信號(hào)模型, 模型的簡(jiǎn)化, H參數(shù)的確定,（意義、思路）, 利用直流通路求Q點(diǎn), 畫小信號(hào)等效電路, 求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo),建立小信號(hào)模型的意義,建立小信號(hào)模型的思路,當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)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(hào)模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。,1 BJT的小信號(hào)建模,1. H參數(shù)的引出,在小信號(hào)情況下，對(duì)上兩式取全微分得,用

21、小信號(hào)交流分量表示,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,對(duì)于BJT雙口網(wǎng)絡(luò)，我們已經(jīng)知道輸入輸出特性曲線如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,可以寫成：,輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻；,輸出端交流短路時(shí)的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)；,輸入端交流開路時(shí)的反向電壓傳輸比；,輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)。,其中：,四個(gè)參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（H參數(shù)）。,1. H參數(shù)的引出,h參數(shù)的物理意義,b-e間的 動(dòng)態(tài)電阻,內(nèi)反饋系數(shù),電流放大系數(shù),c-e間的電導(dǎo),分清主次，合理近似！什么情況下hre和hoe的作用可忽

22、略不計(jì)？,2. H參數(shù)小信號(hào)模型,根據(jù),可得小信號(hào)模型, H參數(shù)都是小信號(hào)參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。 H參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。 H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對(duì)交流信號(hào)的分析。,3. 模型的簡(jiǎn)化,即 rbe= hie = hfe ur= hre rce= 1/hoe,一般采用習(xí)慣符號(hào),則BJT的H參數(shù)模型為, ur很小，一般為10-310-4 ， rce很大，約為100k。故一般可忽略它們的影響，得到簡(jiǎn)化電路, ib 是受控源 ，且為電流控制電流源(CCCS)。 電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的。,4. H參數(shù)的確定, 一般用測(cè)試儀測(cè)出；, rbe 與Q點(diǎn)有關(guān)，可用圖示儀測(cè)出。,一

23、般也用公式估算 rbe,rbe= rb + (1+ ) re,其中對(duì)于低頻小功率管 rb200,則,簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路交流等效模型,查閱手冊(cè),利用PN結(jié)的電流方程可求得,在輸入特性曲線上，Q點(diǎn)越高，rbe越??！,2. 用H參數(shù)小信號(hào)模型分析共 射極基本放大電路,共射極放大電路,1. 利用直流通路求Q點(diǎn),一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V， 已知。,2. 畫出小信號(hào)等效電路,共射極放大電路,H參數(shù)小信號(hào)等效電路,3. 求電壓增益,根據(jù),則電壓增益為,（可作為公式）,4. 求輸入電阻,令,1. 電路如圖所示。試畫出其小信號(hào)等效模型電路。,例題5,NPN型管和PNP型管的微變等效電路相

24、同，它們的區(qū)別只是在這兩種三極管中，其直流電壓和電流的實(shí)際方向相反。,(a),畫出小信號(hào)模型圖,(c),畫出小信號(hào)模型圖,(d),畫出小信號(hào)模型圖,解（1）求Q點(diǎn)，作直流通路,如圖，已知BJT的=100，VBE=-0.7V。 （1）試求該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)； （2）畫出簡(jiǎn)化的小信號(hào)等效電路； （3）求該電路的電壓增益AV， 輸出電阻Ro、輸入電阻Ri。,例題6,2. 畫出小信號(hào)等效電路,3. 求電壓增益,200+（1+100）26/4 =865歐,4. 求輸入電阻,5. 求輸出電阻,Ro = Rc 2K,6.非線性失真判斷,底部失真即截止失真 基極電流太小，應(yīng)減小基極電阻。,例題7,解：,（1）

25、,放大電路如圖所示,已知=50。試求： （1）Q點(diǎn)；,（2）,放大電路如圖所示,已知=50。試求： （1）Q點(diǎn)；,（2）,圖示電路中，已知晶體管的 100，rbe=1k。 （1）現(xiàn)已測(cè)得靜態(tài)管壓降UCEQ6V，估算Rb約為多少千歐；,（2）若測(cè)得 和 的有效值分別為1mV和100mV，,解：（1）求解Rb,（2）求解RL：,例題8,則負(fù)載電阻RL為多少千歐？,在上題圖示電路中，設(shè)靜態(tài)時(shí)ICQ2mA，晶體管飽和管壓降UCES0.6V。試問：當(dāng)負(fù)載電阻RL和RL3k時(shí)電路的最大不失真輸出電壓各為多少伏？,空載時(shí)，,解：由于ICQ2mA，所以,故，當(dāng)輸入信號(hào)增大到一定幅值， 電路首先出現(xiàn)截止失真。,

26、例題9,故，輸入信號(hào)增大到一定幅值，電路首先出現(xiàn)飽和失真。,時(shí)，,UCEQVCCICQRc6V。,4.4 放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題, 溫度變化對(duì)ICBO的影響, 溫度變化對(duì)輸入特性曲線的影響, 溫度變化對(duì) 的影響, 穩(wěn)定工作點(diǎn)原理, 放大電路指標(biāo)分析, 固定偏流電路與射極偏置電路的比較,4.4.1 溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響,4.4.2 射極偏置電路,4.4.1 溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響,1. 溫度變化對(duì)ICBO的影響,2. 溫度變化對(duì)輸入特性曲線的影響,溫度T 輸出特性曲線上移,溫度T 輸入特性曲線左移,3. 溫度變化對(duì) 的影響,溫度每升高1 C ， 要增加0.5%1.0%,溫度T 輸出特性曲線族間距增大

27、,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,IC, VE、VB不變, VBE , IB,（反饋控制）,I1 IB ，,此時(shí)，,不隨溫度變化而變化。,VB VBE,且Re可取 大些，反饋控制作用更強(qiáng)。,一般取 I1 =(510)IB ， VB =(35) VBE,2. 放大電路指標(biāo)分析,靜態(tài)工作點(diǎn),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(hào)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,輸入電阻,根據(jù)定義,由電路

28、列出方程,則輸入電阻,放大電路的輸入電阻不包含信號(hào)源的內(nèi)阻,2. 放大電路指標(biāo)分析,輸出電阻,輸出電阻,求輸出電阻的等效電路,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨(dú)立源置零,負(fù)載開路,輸出端口加測(cè)試電壓,對(duì)回路1和2列KVL方程,rce對(duì)分析過程影響很大，此處不能忽略,其中,則,當(dāng),時(shí)，,3. 固定偏流電路與射極偏置電路的比較,共射極放大電路,3. 固定偏流電路與射極偏置電路的比較,固定偏流共射極放大電路,Ro = Rc,# 射極偏置電路做如何改進(jìn)，既可以使其具有溫度穩(wěn)定性，又可以使其具有與固定偏流電路相同的動(dòng)態(tài)指標(biāo)？,Re的接入穩(wěn)定了Q點(diǎn),但卻使電壓增益下降了,為此,常在Re 上并聯(lián)旁路電容Ce, 消除了Re對(duì)交流分量的

29、影響。,電路如下圖所示，已知=60。 （1）用估算法計(jì)算Q點(diǎn)； （2）求輸入電阻； （3）用小信號(hào)模型分析法求電壓增益。,解：,(1)靜態(tài)工作點(diǎn),例題10,（3）求電壓增益,(2) 求輸入電阻,1.2K,（2）若電容Ce開路，則將引起電路的哪些動(dòng)態(tài)參數(shù)發(fā)生變化？ 如何變化？,例題11,解：（1）靜態(tài)分析：,動(dòng)態(tài)分析：,（2）Ri增大，Ri4.1k；,減小，,1.92。,電路如圖所示，晶體管的60，,=100。,（2）設(shè)US10mV（有效值），問,若C3開路，則,Ui？ UO？,Ui？ UO？,例題12,解：（1）Q點(diǎn)：,、Ri和Ro的分析：,若C3開路，則,（2）設(shè)US10mV（有效值），則,

30、(1).直流通路的連接、靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試,單管放大電路仿真實(shí)驗(yàn)：,(2). 完整電路圖:接負(fù)載RL=5.1K和旁路電容C3=100F,(3) RL=，旁路電容C3=100F時(shí)的動(dòng)態(tài)仿真圖,(4) 旁路電容C3斷開時(shí)的動(dòng)態(tài)仿真圖,接負(fù)載RL=5.1K,(5) 飽和失真仿真圖,(6) 截止失真仿真圖,4.5 共集電極電路和共基極電路, 電路分析, 復(fù)合管, 靜態(tài)工作點(diǎn), 動(dòng)態(tài)指標(biāo), 三種組態(tài)的比較,4.6.1 共集電極電路,4.6.2 共基極電路,4.5.1 共集電極電路,1. 電路分析,共集電極電路結(jié)構(gòu)如圖示,該電路也稱為射極輸出器,求靜態(tài)工作點(diǎn),由,得,電壓增益,輸出回路：,輸入回路：,電壓增

31、益：,畫小信號(hào)等效電路,確定模型參數(shù), 已知，求rbe,增益,1. 電路分析,其中,一般,，則電壓增益接近于1，,即,電壓跟隨器,輸入電阻,根據(jù)定義,由電路列出方程,則輸入電阻,時(shí)，,1. 電路分析,輸入電阻大,輸出電阻,由電路列出方程,其中,則輸出電阻,當(dāng),，,時(shí)，,輸出電阻小,# 既然共集電極電路的電壓增益小于1（接近于1），那么它對(duì)電壓放大沒有任何作用。這種說法是否正確？,2. 復(fù)合管,作用：提高電流放大系數(shù)，增大電阻rbe,復(fù)合管也稱為達(dá)林頓管,不同類型的管子復(fù)合后，其類型決定于T1管。,4.5.2 共基極電路,1. 靜態(tài)工作點(diǎn),直流通路與射極偏置電路相同,2. 動(dòng)態(tài)指標(biāo),電壓增益,輸

32、出回路：,輸入回路：,電壓增益：,# 共基極電路的輸入電阻很小，最適合用來放大何種信號(hào)源的信號(hào)？,2. 動(dòng)態(tài)指標(biāo), 輸入電阻, 輸出電阻,3. 三種組態(tài)的比較,三種接法的比較：空載情況下,接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 頻帶 窄 中 寬,4.6 組合放大電路,1.共射-共基放大電路,2.共集-共集放大電路,組合放大電路的輸入電阻 等于第一級(jí)放大電路的輸入電阻,組合放大電路的輸出電阻 等于最后一級(jí)放大電路的輸出電阻,組合放大電路總的 電壓放大倍數(shù)為 各級(jí)放大電路 電壓放大倍數(shù)的乘積,結(jié)論：,Ri=? Ro=?,討論,4.7.1 單時(shí)間常

33、數(shù)RC電路的頻率響應(yīng),4.7.2 單極放大電路的高頻響應(yīng), RC低通電路的頻率響應(yīng), RC高通電路的頻率響應(yīng),4.7 放大電路的頻率響應(yīng),4.7.3 單極放大電路的低頻響應(yīng),4.7.4 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng), 多級(jí)放大電路的增益, 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng), 低頻等效電路, 低頻響應(yīng),研究的問題,放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)程度，即信號(hào)頻率對(duì)放大倍數(shù)的影響。 由于放大電路中耦合電容、旁路電容、半導(dǎo)體器件極間電容的存在，使放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)。 在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號(hào)頻率的適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)滿足信號(hào)頻率的范圍要求。,放大器的頻率響應(yīng),阻容耦合電路中，由于耦合電容、旁路電容和極間

34、電容的影響，其頻率特性一般近似地分為三個(gè)頻段來分析。,低 頻 段,中頻段,高 頻 段,中頻段,管子極間電容可視為開路，管子的電路模型可用純電阻電路模型來表示，耦合電容和旁路電容可視為短路。這時(shí)放大倍數(shù)幾乎與頻率沒有關(guān)系而保持恒定。,低頻段,管子極間電容可視為開路，耦合電容和旁路電容的容抗增大使得低頻段的放大倍數(shù)下降 ，這時(shí)，放大器實(shí)際上是一個(gè)高通濾波器。,高頻段,器件的極間電容的容抗變小，分流的作用增大，因而使放大倍數(shù)下降，這時(shí)，放大器實(shí)際上是一個(gè)低通濾波器。,放大電路的頻率特性實(shí)際上是一個(gè)帶通濾波器，其截止頻率為,通頻帶,放大器的整個(gè)頻率特性曲線波特圖為,-20dB/10倍頻程,20dB/1

35、0倍頻程,幅頻特性波特圖,低頻截止頻率,高頻截止頻率,相頻特性曲線,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),最大誤差 -3dB,頻率響應(yīng)曲線描述,幅頻響應(yīng),0分貝水平線,斜率為 -20dB/十倍頻程 的直線,相頻響應(yīng),1. RC低通電路的頻率響應(yīng),表示輸出與輸入的相位差,高頻時(shí)，輸出滯后輸入,因?yàn)?所以,2. RC高通電路的頻率響應(yīng),RC電路的電壓增益：,幅頻響應(yīng),相頻響應(yīng),輸出超前輸入,4.7.2 單極放大電

36、路的高頻響應(yīng),1. BJT的高頻小信號(hào)建模, 模型的引出, 模型簡(jiǎn)化, 模型參數(shù)的獲得, 的頻率響應(yīng),2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng), 型高頻等效電路, 高頻響應(yīng),3. 共基極放大電路的高頻響應(yīng), 增益-帶寬積, 高頻等效電路, 高頻響應(yīng), 幾個(gè)上限頻率的比較,4.7.2 單極放大電路的高頻響應(yīng),1. BJT的高頻小信號(hào)建模,模型的引出,-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)。,gm為跨導(dǎo)或互導(dǎo)，它表明發(fā)射結(jié)電壓對(duì)受控電流的控制，它不隨信號(hào)頻率的變化而變。,4.7.2 單極放大電路的高頻響應(yīng),1. BJT的高頻小信號(hào)建模,模型簡(jiǎn)化,混合型高頻

37、小信號(hào)模型,又因?yàn)?所以,模型參數(shù)的獲得,（與H參數(shù)的關(guān)系）,1. BJT的高頻小信號(hào)建模,低頻時(shí)，混合模型與H參數(shù)模型等效,所以,又 rbe= rb + (1+ ) re,的頻率響應(yīng),由H參數(shù)可知,1. BJT的高頻小信號(hào)建模,即,根據(jù)混合模型得,低頻時(shí),所以,的頻率響應(yīng),1. BJT的高頻小信號(hào)建模,的幅頻響應(yīng),令,則,共基極截止頻率,共發(fā)射極截止頻率( 下降到 時(shí)對(duì)應(yīng)的工作頻率 ),特征頻率（ 下降為1時(shí)的工作頻率）,電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線,電流放大倍數(shù)的波特圖: 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系,采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為lg f，可開闊視野；縱軸為 單位為“分貝” （dB），使得 “ ” “ ” 。,

38、lg f,注意折線化曲線的誤差,20dB/十倍頻,折線化近似畫法,2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng),型高頻等效電路,等效電路,2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng),型高頻等效電路,對(duì)節(jié)點(diǎn) c 列KCL得,電路簡(jiǎn)化,忽略 的分流得,稱為密勒電容,等效后斷開了輸入輸出之間的聯(lián)系,2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng),型高頻等效電路,電路簡(jiǎn)化,最后,2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng),高頻響應(yīng),由電路得,電壓增益表達(dá)式,又,其中,低頻增益,上限頻率,高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析,2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng),增益-帶寬積,BJT 一旦確定，,帶寬增益積基本為常數(shù),RC增加可提高電壓增益但會(huì)使米勒效應(yīng)顯著增加

39、，引起通頻帶變窄。共射極放大電因存在米勒效應(yīng)，其高頻響應(yīng)受到限制。若采用共基極電路，則不存在米勒效應(yīng)，頻帶將得到展寬。,例題,解：,模型參數(shù)為,低頻電壓增益為,又因?yàn)?所以上限頻率為,3. 共基極放大電路的高頻響應(yīng),高頻等效電路,3. 共基極放大電路的高頻響應(yīng),高頻響應(yīng),列 e 點(diǎn)的KCL,而,所以電流增益為,其中,電壓增益為,其中,特征頻率,忽略,3. 共基極放大電路的高頻響應(yīng),幾個(gè)上限頻率的比較,的上限頻率,特征頻率,共基極上限頻率,共發(fā)射極上限頻率,共基極電路具有很寬的頻帶，因輸入輸出間無反饋電容顧不存在密勒效應(yīng)。,4.7.3 單極放大電路的低頻響應(yīng),1. 低頻等效電路,為簡(jiǎn)化分析，假設(shè)Rb遠(yuǎn)大于放大電路的輸入電阻， Rb的影響可以忽略。Ce的值足夠大，在低頻范圍內(nèi)，它的容抗遠(yuǎn)小于Re，即：,再將電容Ce折合到基極回路。,Ce與Cb1串聯(lián)后基極回路的總電容為：,4.7.3 單極放大電路的低頻響應(yīng),2. 低頻響應(yīng),按圖3.7.13參數(shù)計(jì)算,中頻增益,當(dāng),則,下限頻率取決于,即,由輸入回路（圖的左端）：,由輸出回路得（圖的右端）：,式代入式得：,低