第三章放大器基礎(chǔ)_3

1、第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)RC低通電路的頻率響應(yīng)低通電路的頻率響應(yīng)（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）（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)）：則則11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV fs j2j 且令且令11H21CRf 又又)/j(11HioHffVVAV電壓增益的幅值（模）電壓增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅頻響應(yīng)）（幅頻響應(yīng)）電壓增益的相角電壓增益的相角)/(arctgHHff （相頻響應(yīng)）（相頻響應(yīng)）增益頻率函數(shù)增益頻率函數(shù)3.10 3.10 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng) 研究放大電路的動(dòng)

2、態(tài)指標(biāo)（主要是增研究放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信號(hào)頻率變化時(shí)的響應(yīng)。益）隨信號(hào)頻率變化時(shí)的響應(yīng)。第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)最大誤差最大誤差 -3dB頻率響應(yīng)曲線描述頻率響應(yīng)曲線描述幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2HH)/(11ffAV 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) Hff 1)/(112HH ffAVdB 01lg20lg20HH VVAA時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) Hff ffffAV/)/(11H2HH )/lg(20lg20HHffAV 0分貝水平線分貝水平線斜率為斜率為 -20dB/十倍頻程十倍頻程 的直線的直線相頻響應(yīng)相頻響應(yīng)時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) Hff 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) Hff )/(arctgH

3、Hff 0H H90 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) Hff 45H 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) 100.1 HHfff 十十倍倍頻頻程程的的直直線線斜斜率率為為/45 VVAVVAioio 表示輸出與輸入的相位差表示輸出與輸入的相位差高頻時(shí)，輸出滯后輸入高頻時(shí)，輸出滯后輸入因?yàn)橐驗(yàn)樗运?.10 3.10 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)3.10 3.10 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)RC高通電路的頻率響應(yīng)高通電路的頻率響應(yīng)RC電路的電壓增益：電路的電壓增益：22222ioH/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2LL)/(

4、11ffAV 相頻響應(yīng)相頻響應(yīng))/(arctgLHff 輸出超前輸入輸出超前輸入第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)綜上所述，可歸納：綜上所述，可歸納：（1 1）轉(zhuǎn)折頻率）轉(zhuǎn)折頻率f fH H和和f fL L是頻率響應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)。是頻率響應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)。 f fH H和和f fL L是幅頻響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；是幅頻響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)； 0.1f 0.1fH H和和10f10fH H 、 0.1f0.1fL L 和和10f10fL L是相頻響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。是相頻響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。（2 2）f fH H和和f fL L都是對(duì)應(yīng)的回路時(shí)間常數(shù)都是對(duì)應(yīng)的回路時(shí)間常數(shù) RCRC成反比的。成反比的。

5、3.10 3.10 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)becrbc NNPrbeCbcCbebrcerbbebmUgCb e ：不恒定，不恒定，與工作狀態(tài)有關(guān)與工作狀態(tài)有關(guān)Cb c ：幾幾 pF，限制著，限制著放大器頻帶的展寬放大器頻帶的展寬晶體管物理模型晶體管物理模型3.10 3.10 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)rberceceUbeUebUcIbIbCbeCbcrbcrbbebmUgberbcrbecbccbebrcecebmUg晶體管混合晶體管混合型等型

6、等效電路效電路3.10 3.10 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)3.10 3.10 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)rbb 基區(qū)體電阻基區(qū)體電阻 一般為一般為 50 300，由手冊(cè)給定由手冊(cè)給定rbe 發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射結(jié)電阻E0ebImV261r)( Cbe 發(fā)射結(jié)電容發(fā)射結(jié)電容 小功率管約為小功率管約為幾十幾十幾百幾百pfrbc 集電結(jié)電阻集電結(jié)電阻 其值其值 100K10M ，通常視為開(kāi)路通常視為開(kāi)路Cbc 集電結(jié)電容集電結(jié)電容 小功率管約為小功率管約為210pf 由手冊(cè)給定由手冊(cè)給定第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)

7、雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)3.10 3.10 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)受控電流源受控電流源ebmUgCEUEBCmuig)(.)()(mSI538mV26mAIr1UIUIgCCebeebecm稱為互導(dǎo)稱為互導(dǎo), 單位單位 Sg gm m 跨導(dǎo)跨導(dǎo) 不隨信號(hào)頻率的變化而變。不隨信號(hào)頻率的變化而變。第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)3.10 3.10 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)rce 受控源內(nèi)阻受控源內(nèi)阻 較大，約為較大，約為 100 k同中頻等效模型一樣，只在同中頻等效模型一樣，只在小信號(hào)小信號(hào)條件下適用條件下適用 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，rb

8、c很大，與很大，與Cbc并聯(lián)時(shí)可以忽并聯(lián)時(shí)可以忽略，略，rce與負(fù)載與負(fù)載RL并聯(lián)時(shí)，一般并聯(lián)時(shí)，一般RL rbes0sL1L2 1j/1j/uuAAffff低頻特性的求解低頻特性的求解3.10.4 3.10.4 頻率響應(yīng)低頻特性的求解頻率響應(yīng)低頻特性的求解s0s22L1L2 1 ( / )1 ( / )uuAAffff)/(arctan180 Lff : : 頻率降低頻率降低, , A Au us s 隨之減小隨之減小, , 輸出比輸入電壓相位超前。輸出比輸入電壓相位超前。222123LLLL )1(21sbeL3RrCfE第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)|

9、Au(j )|0.707|AuIs|AuIs|450L450L90(a)(b)阻容耦合放大器C1 、C2及CE引入的低頻響應(yīng))(j低頻特性低頻特性3.10.4 3.10.4 頻率響應(yīng)低頻特性的求解頻率響應(yīng)低頻特性的求解第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)負(fù)載電容負(fù)載電容CL對(duì)高頻區(qū)頻率響應(yīng)的影響對(duì)高頻區(qū)頻率響應(yīng)的影響 ()uA j的模值為的模值為22()1 ()uIuHAAj上限角頻率上限角頻率2211(/ )HHLCLC RR加共集電路隔離有利于加共集電路隔離有利于 提高提高2H3.10.5 3.10.5 頻率響應(yīng)高頻特性的求解頻率響應(yīng)高頻特性的求解第三章第三章

10、 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)利用密勒等效簡(jiǎn)化模型利用密勒等效簡(jiǎn)化模型(C1，C2 視為短路)3.10.5 3.10.5 頻率響應(yīng)高頻特性的求解頻率響應(yīng)高頻特性的求解結(jié)電容結(jié)電容對(duì)高頻區(qū)頻率響應(yīng)的影響對(duì)高頻區(qū)頻率響應(yīng)的影響 第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)uAZUUZZUUUIUZ11122211111ZAAZUUUIUZuu1122222密勒定理密勒定理3.10.5 3.10.5 頻率響應(yīng)高頻特性的求解頻率響應(yīng)高頻特性的求解結(jié)電容結(jié)電容對(duì)高頻區(qū)頻率響應(yīng)的影響對(duì)高頻區(qū)頻率響應(yīng)的影響 第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及

11、場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)MucbuCjACjAZZ1)1 (111MuucbuuCjAACjZAAZ1)1(112)1 ()1 (LmcbucbMRgCACCcbcbuuMCCAAC)1(3.10.5 3.10.5 頻率響應(yīng)高頻特性的求解頻率響應(yīng)高頻特性的求解結(jié)電容結(jié)電容對(duì)高頻區(qū)頻率響應(yīng)的影響對(duì)高頻區(qū)頻率響應(yīng)的影響 第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ))(bbSebsrRrRcbLmebMebiCRgCCCC)1 (sbesebsebbbsebsUrRrUrrRrU11SiSiLmebLmoUCjRCjRgURgUSiSbesebLmUCRjrRrRg11)(3.10.5 3

12、.10.5 頻率響應(yīng)高頻特性的求解頻率響應(yīng)高頻特性的求解結(jié)電容結(jié)電容對(duì)高頻區(qū)頻率響應(yīng)的影響對(duì)高頻區(qū)頻率響應(yīng)的影響 第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)3.10.5 3.10.5 頻率響應(yīng)高頻特性的求解頻率響應(yīng)高頻特性的求解HuIsiSbesebLmsousjACRjrRrRgUUjA111)()(附加相移附加相移11)(HuIssousjAUUjAH111112iSHHCRf21()1()uIsuHAAj1()180arctan()oHj 1()arctan()Hj 結(jié)論：頻率升結(jié)論：頻率升高，高，A Au u 減小輸減小輸出相位滯后出相位滯后第三章第三章 雙極型

13、晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)3.10.5 3.10.5 頻率響應(yīng)高頻特性的求解頻率響應(yīng)高頻特性的求解高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)頻率特性的波特圖表示頻率特性的波特圖表示HuIsHuIsuHuIsussAsHjAjAdBjAdBjA1)(1)()(1lg20)()(lg20第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)3.10.5 3.10.5 頻率響應(yīng)高頻特性的求解頻率響應(yīng)高頻特性的求解3.10.6 3.10.6 共集放大器及共基放大器的高頻響應(yīng)共集放大器及共基放大器的高頻響應(yīng)2212111HHH）為輸入回路時(shí)常數(shù)倒數(shù)(11isHCRLoHCR12計(jì)算管子極間電容與負(fù)

14、載電容計(jì)算管子極間電容與負(fù)載電容影響在內(nèi)的總的上限角頻率影響在內(nèi)的總的上限角頻率( (為輸出回路時(shí)常數(shù)倒數(shù)為輸出回路時(shí)常數(shù)倒數(shù)) )第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)3.10.5 3.10.5 頻率響應(yīng)高頻特性的求解頻率響應(yīng)高頻特性的求解6、結(jié)果討論、結(jié)果討論通過(guò)以上分析，為我們?cè)O(shè)通過(guò)以上分析，為我們?cè)O(shè)計(jì)寬帶放大器提供了依據(jù)計(jì)寬帶放大器提供了依據(jù)。1.選擇晶體管的依據(jù)選擇晶體管的依據(jù) 2.關(guān)于信號(hào)源內(nèi)阻關(guān)于信號(hào)源內(nèi)阻Rs3.關(guān)于集電極負(fù)載電阻關(guān)于集電極負(fù)載電阻RC的選擇原則的選擇原則 4.關(guān)于負(fù)載電容關(guān)于負(fù)載電容CL)(隔離可加 CCRfCrinSTebbb)(

15、:隔離可加；CCCRARfRoutLCUICHC第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)0VA Hf )1()(2cmcbebbbscmRgCCrRRg BJT 一旦確定，一旦確定， 帶寬增益積基本為常數(shù)帶寬增益積基本為常數(shù)( (常數(shù)常數(shù)) )增益帶寬積增益帶寬積G BW =)(21bbtLm rRCRgS3.10.5 3.10.5 頻率響應(yīng)高頻特性的求解頻率響應(yīng)高頻特性的求解第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ) 將前面畫(huà)出的單管共射放大電路頻率特性的中頻段將前面畫(huà)出的單管共射放大電路頻率特性的中頻段 、低頻段和高頻段畫(huà)在同一張圖上就得到

16、了如圖所示低頻段和高頻段畫(huà)在同一張圖上就得到了如圖所示的的的頻率特性（波特）圖的頻率特性（波特）圖。 共射電路完整波特圖 實(shí)際上，同時(shí)也可得實(shí)際上，同時(shí)也可得出單管共射電路完整的出單管共射電路完整的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式，電壓放大倍數(shù)表達(dá)式， 即即: HLLusmusffjffjffjAA 113.10.6 3.10.6 完整的單管共射放大電路的頻率特性完整的單管共射放大電路的頻率特性第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)f-180fHfL-225-270 ffHfL|A|U|A|UO-135-90 |A|21UO（1）通頻帶：）通頻帶：HLHbwffff （2 2）帶

17、寬）帶寬- -增益積：增益積：fbwAuO三極管一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)三極管一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)3.10.6 3.10.6 完整的單管共射放大電路的頻率特性完整的單管共射放大電路的頻率特性第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)一、一、 的影響的影響 由于共集電路集電極直接連接到電源，所以由于共集電路集電極直接連接到電源，所以 相當(dāng)于接在內(nèi)基極相當(dāng)于接在內(nèi)基極“b”b”和和“地地”之間，不存在共射電路中的之間，不存在共射電路中的密勒倍增效應(yīng)。因?yàn)槊芾毡对鲂?yīng)。因?yàn)镃 Cbcbc本身很小本身很小( (零點(diǎn)幾幾零點(diǎn)幾幾pF),pF), C Cbcbc對(duì)對(duì)

18、高頻響應(yīng)的影響就很小。高頻響應(yīng)的影響就很小。 二、二、 的影響的影響 這是一個(gè)跨接在輸入端與輸出端的電容，利用這是一個(gè)跨接在輸入端與輸出端的電容，利用密勒定理將其等效到輸入端，則密勒等效電容密勒定理將其等效到輸入端，則密勒等效電容CMCM為為)1 (uebMACCTHff13.10.6 3.10.6 共集放大器及共基放大器的高頻響應(yīng)共集放大器及共基放大器的高頻響應(yīng)ebC/1.1.共集電路的高頻特性共集電路的高頻特性CbC/第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)26111sbessoeCQRrRRmVRrI三、三、CL的影響的影響 只要源電阻只要源電阻Rs較小，工作點(diǎn)

19、電流較小，工作點(diǎn)電流ICQ較大，則較大，則Ro可以可以做到很小。做到很小。 所以時(shí)常數(shù)所以時(shí)常數(shù)RoCL很小，很小，fH2很高。因此說(shuō)很高。因此說(shuō)共集電路有很共集電路有很強(qiáng)的承受容性負(fù)載的能力強(qiáng)的承受容性負(fù)載的能力。3.10.6 3.10.6 共集放大器及共基放大器的高頻響應(yīng)共集放大器及共基放大器的高頻響應(yīng)第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)2.2.共基電路的高頻響應(yīng)共基電路的高頻響應(yīng)一、一、C C bebe的影響的影響 由圖可見(jiàn)，如果忽略rbbbb的影響，則C C bebe直接接于輸入端，輸入電容Ci i= C C bebe ，不存在密勒倍增效應(yīng)，且與 C bc

20、bc無(wú)關(guān)。所以，共基電路的輸入電容比共射電路的小得多。而且共基電路的輸入電阻Ri ire e=26mV/ICQ，也非常小，因此，共基電路輸入回路的時(shí)常數(shù)很小， fH1很高。理論分析的結(jié)果fH1fT。 二、二、C C bcbc及及C CL L的影響的影響2112() 2()HobcMobcLfR CCR CC第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)寬帶集成放大器舉例寬帶集成放大器舉例共集輸入級(jí)共集輸入級(jí)(V1,V4)-(V1,V4)-共射共射(V2,V5)-(V2,V5)-共基共基(V3,V6)(V3,V6)差分放大器差分放大器-共集輸共集輸出出級(jí)級(jí)(V7,V8)(V7

21、,V8)第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)3.10.7 3.10.7 場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng)第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)3.10.7 3.10.7 場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng))1)(1 ()1)(1 ()(21HHuIsLLisLmsoujjACRjCRjRgUUjALmuIsRgAisHCR11LL21CRH2212111212HHHHf第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)如果放大器由多級(jí)級(jí)聯(lián)而成，那么，總增益如果放大器由多級(jí)級(jí)聯(lián)而成，那么，總增

22、益v120lg()nkA j)()()()(121jjjjknkk vv1v2v20lg()20lg()20lg()20lg()nA jAjAjAj總增益總增益121()()()()()nuuuunukkA jA jAjA jA j3.10.8 3.10.8 多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)第三章第三章 雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)雙極型晶體管及場(chǎng)效應(yīng)管基礎(chǔ)多級(jí)放大器的上限頻率多級(jí)放大器的上限頻率f fH H v()1IkukHkAAjjv 1v 21v12()111IIuIHHHnAAAAjjjjv22212v()1 () 1 () 1 () HHHnAAj設(shè)單級(jí)放大器的增益表達(dá)式為設(shè)單級(jí)放大器的增益表達(dá)式為式中，式中，|Au|=|AuI1|AuI2|AuIn|為多級(jí)放大器中頻增益。為多級(jí)放大器中頻增益。3.10.8 3.10.8 多