晶體管及放大電路基礎

1、跳轉到目錄頁2.2 基本放大電路2.3 基本放大電路的分析方法2.4 共C和共B電路2.5 放大器的級聯(lián)2.6 基本要求與小結-放大電路基礎篇 Basic BJT Amplifiers跳轉到目錄頁2.2 2.2 基本放大電路基本放大電路n2.2.1 放大的概念n2.2.2 基本放大器組成原則n2.2.3 放大器的特點n2.2.4 放大器的主要性能指標跳轉到目錄頁2.2.1 放大的概念 1. 放大對象：主要放大微弱(small signals)、變化的電信號 ，使其Pi (Vi或Ii) 得到放大！ 2. 2. 放大實質：直流能 交流能 三極管換能器在保持信號不失真的前提下，使其由小變大，由弱變強

2、。 放大跳轉到目錄頁1、管子要放大 JeJe正偏正偏,Jc,Jc反偏反偏2、信號能入能出2.2.2 基本放大器組成原則共射電路共射電路輸入回路與輸出回路電流、電壓的關系 BEBEQbevUv輸入回路bBQBiIi輸出回路CECEQcevUvcCQCiIiIBQUBEQUCEQICQ跳轉到目錄頁 基本組成如下：基本組成如下：u 三三 極極 管管 Tu 集電極電阻集電極電阻Rc u 負載電阻負載電阻RLu 偏置電路偏置電路VCC, Rbu 耦合電容耦合電容C1 , C2iBiC習慣畫法基本晶體管放大器的組成原則：1、輸入信號須加在基極發(fā)射極回路；2、必須設置合適的靜態(tài)工作點；3、必須將晶體管偏置在

3、放大狀態(tài)。跳轉到目錄頁BEESC1TVUiIei由公式可知：當VBE VBE(ON)后VBE 對iC 有敏感的控制作用而VCE 對iC 的影響十分微弱 所以待放大的信號加在b或e極才能有效的得到放大，而不能加在c極。 待放大的信號須加在be回路uCE/V5101501234IB 40A30A20 A10A0A放大區(qū)iC/mA 共射輸出特性曲線共射輸出特性曲線跳轉到目錄頁 須設置合適的靜態(tài)工作點直流工作狀態(tài)： （靜態(tài)）當vivi0 0時,電路中各處的電壓電流都是不變的,對應的電壓電流，分別為IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ，代表了輸入輸出特性曲線上的一個點 習慣上稱 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 即Q

4、(Q(Quiescent) )點交流工作狀態(tài)： （動態(tài)）當vi0時靜態(tài)工作點設置是否合適對放大器的性能有很大影響是 輸出電壓不失真地放大的保證輸出電壓不失真地放大的保證 跳轉到目錄頁 若Q Q點選得很小則產生截止失真；若Q點選得很大則產生飽和失真。 非線性失真為了防止非線性失真，在沒有輸入信號時Q Q點也不能為0 0而必須有合適的數(shù)值以保證在vi的整個變化過程中晶體管始終工作在 放大區(qū)放大區(qū) 若Q Q點過大措施是Q點下移使I IB B變小若Q Q點過小措施是Q點上移使I IB B變大跳轉到目錄頁 晶體管必須工作在放大狀態(tài) 晶體管上各端電壓，端電流為 直流直流+ +交流交流且 交流分量的幅值 直

5、流分量的幅值，所以，在任一時刻e結正偏c結反偏。 可見 放大作用放大作用是指輸出交流分量與輸入信號的關系，因為只有交流分量才能反映輸入信號的變化 v vOO與與v vi i反相反相 vO跳轉到目錄頁0iv動態(tài)是目的，靜態(tài)是保證（不失真）！動態(tài)是目的，靜態(tài)是保證（不失真）！0iv 交流通路交流通路 直流通路直流通路 交流信號、直流信號并存！交流信號、直流信號并存！ 動態(tài)動態(tài) 靜態(tài)靜態(tài)2.2.3 2.2.3 放大器的特點放大器的特點跳轉到目錄頁2.2.4 2.2.4 放大器的主要性能指標放大器的主要性能指標對信號源而言，放大器相當于它的負載。 放大器的輸入特性用輸入電阻Ri表示 1.放大器的二端口

6、模型 對負載而言，放大器相當于負載的信號源。 放大器的輸出特性用輸出電阻R RO O和一個受控電壓源（電流源）來表示 跳轉到目錄頁2.主要性能指標 放大倍數(shù)或增益 定義為放大器輸出量和輸入量之比值 。根據(jù)二端口模型中輸入量（Ui，Ii）和輸出量（Uo ，Io）的不同，有四種不同定義的放大倍數(shù)。 電壓增益 ：OviUAU電流增益 ：iOiIIA iOgUIA互導增益 :互阻增益： iOrIUA 為了方便，Au,Ai有時用分貝dB來表示 )(lg20)(lg20dBIIAdBUUAiOiiOu，跳轉到目錄頁 輸入電阻Ri 用來衡量放大電路對信號源的影響 當RiRs時 ViVs，RiRi越大得到的輸

7、入信號電壓越大越大得到的輸入信號電壓越大 信號源采用信號源采用電壓源電壓源即輸入電阻越大 - 信號源電壓Vs更有效地加到放大器的輸入端 反之（RiRs）Ri越小得到的輸入信號電流越大越小得到的輸入信號電流越大 信號源采用信號源采用電流源電流源即輸入電阻越小-放大器從信號源獲取的電流越大跳轉到目錄頁 輸出電阻Ro 反映放大電路帶負載能力當Ro越小則RL變化對輸出電壓的影響越小VoVo 即輸出電壓Vo越穩(wěn)定 帶負載能力強反之，若想在負載上得到電流較穩(wěn)定則應使Ro大。 非線性失真系數(shù)THD 由于放大管輸入輸出特性的非線性，不可避免地要產生非線性失真，即放大器非線性失真的大小與工作點位置，信放大器非線

8、性失真的大小與工作點位置，信號大小有關號大小有關 但如果放大器的靜態(tài)工作點設置在放大區(qū)且輸入信號足夠小，則非線性失真系數(shù)將很小 一般只有在大信號工作時才考慮非線性失真問題 非線性失真會產生新的頻率分量非線性失真會產生新的頻率分量 跳轉到目錄頁頻率失真(線性失真)輸入信號由許多頻率分量組成，由于放大器對不同頻率信號的幅度增益、相移量不同而造成的失真。vAiRoR(此時輸出信號中并未增加新的頻率分量) 跳轉到目錄頁2.3 基本放大電路的分析方法2.3.1 放大電路的靜態(tài)分析2.3.2 放大電路的動態(tài)分析跳轉到目錄頁 2.3.1 放大電路的靜態(tài)分析 DC Analysis分析對象：Q（Quiesce

9、nt) (IB、IC和和VCE) 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點直流通路直流通路分析路徑：靜態(tài)分析有兩種方法： 一、計算法 二、圖解分析法（Graphical Analysis）跳轉到目錄頁 一、計算法直流通路：C斷開、L短路、直流電源保留bBECCBRVVIBCII cCCCCERIVV跳轉到目錄頁二、圖 解 法cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVVI直流負載線直流負載線跳轉到目錄頁 2.3.2 放大電路的動態(tài)分析 AC Analysis動態(tài)分析有兩種方法： 一、圖解分析法 二、交流小信號模型分析法 AC Small-signal model analysis （微變等效電路法)vAiRoR分

10、析對象：交流通路交流通路分析路徑：跳轉到目錄頁交流通路：直流電源短地、C交流短路根據(jù)輸入信號頻率，將電抗極小的大電容、小電感短路，電抗極大的小電容、大電感開路，而電抗不容忽略的電容、電感保留。直流電源短地。跳轉到目錄頁vceRLiC （RLR LRc）交流負載線交流負載線斜率斜率：1/ RL特點特點：過：過Q點點VABRLICQ跳轉到目錄頁一、圖解法vi vBE iB iC vCE |-vo| 1 1、交直流迭加、交直流迭加2 2、vo與與vi相位相反相位相反3 3、非線性失真：、非線性失真： 飽和失真飽和失真 截止失真截止失真結論：結論：跳轉到目錄頁飽和失真跳轉到目錄頁截止失真跳轉到目錄頁n

11、要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：要想獲得大的不失真輸出幅度，需要： 1.工作點工作點Q要設要設置在輸出特性置在輸出特性曲線曲線放大區(qū)放大區(qū)的的中間部位中間部位； 2.要有合適的要有合適的交流負載線交流負載線。 最大不失真輸出幅度最大不失真輸出幅度? ?跳轉到目錄頁二、交流小信號模型分析法 AC Small-signal model analysisn（1 1）模型的建立n（2 2）共射放大器的交流等效分析方法放大器定量分析的基礎跳轉到目錄頁(1)模型的建立（一）混合型電路模型 參數(shù)應用條件： 靜態(tài)工作點選擇恰當，晶體管工作在放大區(qū) 輸入信號較小，非線性失真可忽略 共發(fā)射極晶體管 電路模型 跳

12、轉到目錄頁cceQCCEceiuiur很大，可忽略 bcrc、b反偏， 也很大，可忽略 跳轉到目錄頁ube對ib的控制，等效為b-e間交流結電阻rbe，其值： 發(fā)射結交流電阻eebeQEBEbeQBEeQEBEBEQBBEbbebe,1)1(riuiuiiiiriuiiiuiurEQEQT/SQBEEe/Se2611/1,TBEQImvIUeIUuireIiUuTUuTBE而ube 通過 ib對 ic的控制可等效為一個流控電流源 bcQBCbciiiiii，其中或直接用一個壓控電流源來表示 ,bemCugi其中跨導 ebeQBBEBCbecQBEcm1/rriuiiuiuigcercceQCC

13、Eceiuiur幾百K數(shù)量級 bcr輸入特性上Q點處 對 的影響 CEuBicebceQCCEBCQBCEbcriuiuiiiur極大，可忽略 輸出特性上Q點處切線斜率之倒數(shù),表明了 對 的影響 Cicev跳轉到目錄頁真正的晶體管還有寄生效應的影響，它們是三個摻雜區(qū)的體電阻,其中基區(qū)基區(qū)體電阻因該區(qū)很窄，數(shù)值較大，一般高頻管數(shù)十，低頻管數(shù)百。另二個較小，可忽略。 還有二個結的結電容：發(fā)射結電容（正偏勢壘）集電結電容（反偏擴散）低頻工作時可忽略。 完整的混合型電路模型（a）高頻時的電路模型；（b）低頻時的電路模型 跳轉到目錄頁（2） 共射放大器的交流等效分析方法分析步驟：1、確定放大器交流通路(

14、晶體管用小信號交流模型表示)2、估算直流工作點3、根據(jù)交流等效電路計算放大器的各項交流指標跳轉到目錄頁跳轉到目錄頁1）等效電路 (b) 小信號等效電路(a) 共射基本放大電路跳轉到目錄頁2）交流計算3.輸出電阻2.輸入電阻= rbe / Rbrbeiii/ IVR1.電壓放大倍數(shù)iovVVA0V,R.o.ooSLIV=Rrbe=rbb+(1+)26 mV/ ICQbebLbrIRILCLbeLRRRrRCR4.源電壓放大倍數(shù)SiivSiioSoVSRRRAVVVVVVArbb=100300跳轉到目錄頁3）接有Re的共發(fā)電路3.輸出電阻2.輸入電阻1.電壓放大倍數(shù)交流小信號交流小信號等效電路等效

15、電路跳轉到目錄頁2.4 共共C和共和共B電路電路2.4.1 共集組態(tài)基本放大電路Common-Collector Amplifier2.4.2 共基組態(tài)基本放大電路Common-Base Amplifier2.4.3 提高輸入阻抗的措施跳轉到目錄頁2.4.1 共集組態(tài)基本放大電路 VB= VCC Rb2/(Rb1 + Rb2) IC=IE = (VB VBE)/Re IB = IC/ VCE= VCCIERe= VCCICRe(1)(1)直流分析直流分析跳轉到目錄頁(2)(2)交流分析交流分析電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)iovVVA 輸入電阻輸入電阻LbeLR)1 (rR)1 ()RRR(1LEL

16、Ri=Rb1/ Rb2 /rbe +(1+ )RL )跳轉到目錄頁輸出電阻輸出電阻0V,R.o.ooSLIV=Rooo IV=R)R/V()R+r/(V)1( Ieosbeoob2b1sssbeobR/R/RR,)R+r/(VI)R/V()1 (IIIIeobRbbeo I1R+rsbe1輸入回路電阻和1R+rRsbee跳轉到目錄頁共集電路特點與應用：1、 =射極輸出器=電壓跟隨器 Emitter-Follower =電流放大器2、Ri 高（高阻輸入級）3、Ro低（低阻輸出級）vA1 阻抗變換級（中間緩沖級）跳轉到目錄頁2.4.2 共基組態(tài)基本放大電路 （電流跟隨器） (1)直流分析 與共射組

17、態(tài)相同跳轉到目錄頁(2)交流分析電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻1rR/1rI /VRbeebeiiiio/VVAvRo RC=RL / rbeRL=RC/RL跳轉到目錄頁共基基電路特點與應用：1、 大2、輸入輸出電壓同相2、Ri 低（低阻輸入級）3、Ro高（高阻輸出級）vA寬帶放大高頻電路跳轉到目錄頁共射、共基、共集放大器性能比較跳轉到目錄頁2.4.3 提高輸入阻抗的措施利用復合管來提高輸入阻抗 -使上升T2相當于T1的負載，可用其輸入電阻Ri來表示它對T1的負載作用EbeiRrR)1(2EEbebeibeiRRrrRrR212111)1)(1 ()1 ()1 (可見 復合管的輸入電阻增大了

18、. 復合管可等效成一個值為 兩管相乘的晶體管。跳轉到目錄頁2. 自舉電路采用復合管可使Ri很大但總的輸入電阻Ri=RB1/RB2/Ri若RB1,RB2不能增大，Ri再大也無用，而實際中為保證偏置穩(wěn)定，RB1,RB2的取值是不能太大的所以由自舉電路來解決這個問題增加了RB3 和C3如果使RB3 兩端電壓0，即流過RB3 的電流0該支路的等效阻抗Ri=RB3/Ri RB3支路的等效電阻很大？跳轉到目錄頁2.5 放大器的級聯(lián)放大器的級聯(lián)輸入級中間級輸出級不失真地有效地傳遞信號1、級間耦合方式（1）直接耦合（2）變壓器間耦合（3）阻容耦合各級間相互影響；要保證零輸入零輸出靜態(tài)不影響，單級計算跳轉到目錄

19、頁一個n級放大器的總電壓放大倍數(shù)Au可表示為:unuunoooioiouAAAUUUUUUUUA 21)1(0121 可見，Au為各級電壓放大倍數(shù)的乘積。 Ri：后級的輸入電阻為前級的負載，后級對前級有影響。第一級的輸入電阻（考慮后級對其的影響）。 Ro：末級輸出電阻（前級的輸出電阻作為后級的信號源內阻）。 跳轉到目錄頁2、組合放大器（1）CE-CE級聯(lián)Au 21uuiouAAUUA1112112222(/)(1)oCiuibebeEiURRAUrRrR，2222222)1 ()/(EbeLCiouRrRRUUARi Ri=RB1/R B2/rbe1 取決于第一級 Ro Ro=Ro2=RC2 取決于末級 跳轉到目錄頁（2）CC-CE和CE-CC級聯(lián)1EQ1CQEQ22CQIIII如果UoRB1(a)RiRB2RC2RLRoUiUsRsRE1Ro1V1V2 (a)CCC