雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)(2)

1、4.1 BJT4.2 基本共射放大電路基本共射放大電路4.3 放大電路的分析方法放大電路的分析方法4.4 放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問題放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問題4.5 共集放大電路和共基放大電路共集放大電路和共基放大電路4.6 組合放大電路組合放大電路4.7 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)4 雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)4.5 共集放大電路和共基放大電路共集放大電路和共基放大電路4.5.1 基本共集放大電路基本共集放大電路4.5.2 基本共基放大電路基本共基放大電路4.5.3 三種接法的比較三種接法的比較4.5.1 4.5.1 基本共集放大電路基本共集放大電

2、路 1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析eEQCEQCCeEQBEQbBQBBRIUVRIURIVeEQCCCEQBQEQebBEQBBBQ)1 ()1 (RIVUIIRRUVI2. 動(dòng)態(tài)分析：電壓放大倍數(shù)動(dòng)態(tài)分析：電壓放大倍數(shù)ebebeeebebbeeio)1 ()1 ( )(RrRRRIrRIRIUUAu。，即，則）若（ 1 1iobebeUUArRRu故稱之為射故稱之為射極跟隨器極跟隨器Uo Ui2. 動(dòng)態(tài)分析：輸入電阻的分析動(dòng)態(tài)分析：輸入電阻的分析ebebbiiii)1 (RrRIUIURRi與負(fù)載有關(guān)！與負(fù)載有關(guān)！RL)/)(1 (LebebiRRrRR帶負(fù)載電阻后帶負(fù)載電阻后2. 動(dòng)態(tài)分析：輸出

3、電阻的分析動(dòng)態(tài)分析：輸出電阻的分析1 )1 (bebebeboeooeooooerRRrRURUUIIUIURRRo與信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)！與信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)！3. 特點(diǎn)特點(diǎn) 輸入電阻大，輸出電阻??；只放大電流，不放大電壓；輸入電阻大，輸出電阻??；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！在一定條件下有電壓跟隨作用！oU令令Us為零，保留為零，保留Rs，在輸出端加，在輸出端加Uo，得：，得：4.5.2 基本共基放大電路基本共基放大電路 1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析eBEQBBEQRUVI1EQBQIIBEQcEQCCCEQURIVUCCBEQCEQeCQBBeEQBEQVUURIVRIU2. 動(dòng)態(tài)

4、分析動(dòng)態(tài)分析3. 特點(diǎn)：特點(diǎn)：輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！)1 (beeirRRcoRR ebecbebeeccio)1 ( RrRrIRIRIUUAu4.5.3 三種接法的比較：空載情況下三種接法的比較：空載情況下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 頻帶頻帶 窄窄 中中 寬寬4.6 組合放大電路組合放大電路為使單級(jí)放大電路具有多方面的優(yōu)良性能，有時(shí)采為使單級(jí)放大電路具有多方面的優(yōu)良性能，有時(shí)采用組合接法。例如：用組合接法。例如：共集共基形式

5、：輸入電阻高、電壓放大倍數(shù)較大、頻帶寬共集共基形式：輸入電阻高、電壓放大倍數(shù)較大、頻帶寬共集共射形式：輸入電阻高、電壓放大倍數(shù)較大共集共射形式：輸入電阻高、電壓放大倍數(shù)較大 具有什么特具有什么特點(diǎn)？是為了增點(diǎn)？是為了增強(qiáng)電壓放大能強(qiáng)電壓放大能力嗎？力嗎？復(fù)合管復(fù)合管復(fù)合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。復(fù)合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。21)1)(1 (211BE ii 不同類型的管子復(fù)合后，不同類型的管子復(fù)合后，其類型決定于其類型決定于T1管。管。目的：增大目的：增大，減小前級(jí)驅(qū)動(dòng)電流，改變管子的類型。，減小前級(jí)驅(qū)動(dòng)電流，改變管子的類型。討論一討論一 圖示電路為哪種基本接

6、法的放大電路？它們的靜態(tài)工作點(diǎn)有可能穩(wěn)定嗎？求解靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的表達(dá)式。電路如圖，所有電容對(duì)交流信號(hào)均可視為短路。電路如圖，所有電容對(duì)交流信號(hào)均可視為短路。1. Q為多少？為多少？2. Re有穩(wěn)定有穩(wěn)定Q點(diǎn)的作用嗎？點(diǎn)的作用嗎？3. 電路的交流等效電路？電路的交流等效電路？4. V 變化時(shí)，電壓放大倍數(shù)如何變化？變化時(shí)，電壓放大倍數(shù)如何變化？討論二討論二)(1 ()(DebeLcRrRrRRAuuuArVrrRRArRRDDbeLcDe)1 ()(，時(shí)，當(dāng)討論二討論二4.7 4.7 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)研究的問題：研究的問題： 放大電路對(duì)信號(hào)頻率的

7、適應(yīng)程度，即信號(hào)頻率對(duì)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。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)件極間電容的存在，使放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)稱稱為頻率響應(yīng)或頻率特性。為頻率響應(yīng)或頻率特性。 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。求。4.7.1 單時(shí)間常數(shù)單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng)（1）高通電路高通電路:信號(hào)頻率越高，輸

8、出電壓越接近輸入電壓。信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。超前，時(shí)；，當(dāng)超前900 0 iooioUUUfUUUi.Uo.I.RCRCRCRUUAuj1jj1io（1）高通電路：頻率響應(yīng)高通電路：頻率響應(yīng)RCRCUUAuj1jiofLLLLj1j21ffffARCfu，則令)arctan(90)(1L2LLffffffAuffL時(shí)放大時(shí)放大倍數(shù)約為倍數(shù)約為1（2）低通電路）低通電路: 信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。Ui.Uo.I.。滯后，時(shí)；，當(dāng)滯后900 iooioUUUfUURCRCCUUAuj11j1j1io（2）低通電路：頻率響應(yīng)）低通電

9、路：頻率響應(yīng)HHj1121ffARCfu，則令fHRCUUAuj11io)arctan()(11H2HffffAuffH時(shí)放大時(shí)放大倍數(shù)約為倍數(shù)約為1（3）幾個(gè)結(jié)論）幾個(gè)結(jié)論LLj1jffff 電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子 當(dāng)當(dāng) f=fL時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍倍，相角，相角超前超前45； 當(dāng)當(dāng) f=fH時(shí)放大倍數(shù)幅值也約降到時(shí)放大倍數(shù)幅值也約降到0.707倍倍，相角，相角滯后滯后45。 截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)21L(H)f電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子Lj11f

10、f 頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。放大電路的頻率參數(shù)放大電路的頻率參數(shù) 在低頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電在低頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電容等的容抗增大，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。容等的容抗增大，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。高通高通電路電路低通低通電路電路 在高頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸升高，晶體管極間電容和在高頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸升高，晶體管極間電容和分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動(dòng)態(tài)信號(hào)分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。損失，放大能力下降。下限頻率下限頻率上限頻率

11、上限頻率LHbwfff高通電路波特圖：高通電路波特圖：低通電路波特圖：低通電路波特圖：4.7.2 4.7.2 晶體管晶體管的的高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù)高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù) 1. 混合混合模型：形狀像模型：形狀像，參數(shù)量綱各不相同，參數(shù)量綱各不相同結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成。由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成。rbb：基區(qū)體電阻：基區(qū)體電阻rbe：發(fā)射結(jié)電阻：發(fā)射結(jié)電阻C：發(fā)射結(jié)電容：發(fā)射結(jié)電容re：發(fā)射區(qū)體電阻：發(fā)射區(qū)體電阻rbc：集電結(jié)電阻：集電結(jié)電阻C：集電結(jié)電容：集電結(jié)電容rc：集電區(qū)體電阻：集電區(qū)體電阻因多子濃因多子濃度高而阻度高而阻值小值小因面積大因面積大而阻值小而阻值小

12、混合混合模型：忽略小電阻，考慮集電極電流的受控關(guān)系模型：忽略小電阻，考慮集電極電流的受控關(guān)系 gm為跨導(dǎo)，它不隨信號(hào)頻率為跨導(dǎo)，它不隨信號(hào)頻率的變化而變。的變化而變。為什么引入?yún)?shù)為什么引入?yún)?shù)gm？表明？表明Ube對(duì)對(duì)Ic的控制關(guān)系的控制關(guān)系因在放大區(qū)因在放大區(qū)iC幾乎僅幾乎僅決定于決定于iB而阻值大而阻值大因在放大區(qū)承受反因在放大區(qū)承受反向電壓而阻值大向電壓而阻值大混合混合模型：忽略大電阻的分流模型：忽略大電阻的分流 C連接了輸入回路連接了輸入回路和輸出回路，引入和輸出回路，引入了反饋，信號(hào)傳遞了反饋，信號(hào)傳遞有兩個(gè)方向，使電有兩個(gè)方向，使電路的分析復(fù)雜化。路的分析復(fù)雜化?；旌匣旌夏Ｐ偷膯?/p>

13、向化（模型的單向化（即即使信號(hào)單向傳遞）使信號(hào)單向傳遞）Lmebceeb)1 (RgkXUkXUUICCCLmeb 1RgXIUXCCCLm)1 (CRgC 1CkkC同理可得，等效變換后電流不變等效變換后電流不變晶體管簡(jiǎn)化的高頻等效電路晶體管簡(jiǎn)化的高頻等效電路EQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可從手冊(cè)查得、TEQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgI？如何得到模型中的參數(shù)？為什么不考慮 C？2. 電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因?yàn)?( 21j1 )( j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg為什么短路？為什么短

14、路？電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -45 707. 02 0000，時(shí)，；時(shí)，；，時(shí)，；時(shí)，fffffffffo電流放大倍數(shù)的波特圖電流放大倍數(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71. 5， lg20 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為lg f，可開闊視野；縱軸為，可開闊視野；縱軸為 單位為單位為“分貝分貝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg20注意折線化曲線的誤差注意折線化曲線的誤差20dB/十倍頻十倍頻折線化近似畫法折線化近似畫法3. 晶體管的頻率參數(shù)晶體管的頻率參數(shù) 1

15、0TTffff 時(shí)的頻率為使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止頻率止頻率共基截共基截止頻率止頻率特征特征頻率頻率集電結(jié)電容集電結(jié)電容通過以上分析得出的結(jié)論：通過以上分析得出的結(jié)論： 低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式；低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式； 截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系；截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系； 波特圖及其折線畫法；波特圖及其折線畫法； C的求法。的求法。手冊(cè)手冊(cè)查得查得討論一討論一1. 若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為1、10、102、103、104、105，它們的增益分別為多少？，它們的增益分別為多少？2. 為什么波特

16、圖開闊了視野？同樣長(zhǎng)度的橫軸，在為什么波特圖開闊了視野？同樣長(zhǎng)度的橫軸，在單位長(zhǎng)度不變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻單位長(zhǎng)度不變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻率是原來的多少倍？率是原來的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg f討論二 電路如圖。已知各電阻阻電路如圖。已知各電阻阻值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電極電流極電流ICQ2mA；晶體管的；晶體管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 試求解該電路中晶體管高試求解該電路中晶體管高頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。討論二ebmCQrgI、Lcmob)(CRRg

17、CC、ebob)(CrCCf、CCC4.7.3 單級(jí)共射放大電路的頻率響應(yīng)適用于信號(hào)頻率從適用于信號(hào)頻率從0的的交流等效電路交流等效電路中頻段：中頻段：C 短路，短路， 開路。開路。CC低頻段：考慮低頻段：考慮C 的影響，的影響， 開路。開路。高頻段：考慮高頻段：考慮 的影響，的影響，C 短路。短路。C1. 1. 中頻電壓放大倍數(shù)中頻電壓放大倍數(shù)eboiebsisosmUUUUUUUUAu)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu帶負(fù)載時(shí)：帶負(fù)載時(shí)：)( cmbeebisismoRgrrRRRAu空載時(shí)：空載時(shí)：2. 2. 低頻電壓放大倍數(shù)低頻電壓放大倍數(shù): :定性分析定性分析0U.o

18、oU.oI.o。超前，時(shí)，當(dāng)超前900 0 oooooooUUUfUU)(cmbeebisismoRgrrRRRAuAu.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs2. 低頻電壓放大倍數(shù)：定量分析低頻電壓放大倍數(shù)：定量分析 j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeebisismoRgrrRRRAu)(21 )(j1LcLLsmslRRfffAAuuC所在回路的時(shí)間常數(shù)？所在回路的時(shí)間常數(shù)？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs2. 低頻電壓放大倍數(shù)：低頻段頻率響應(yīng)分析低頻電壓放大倍數(shù)：

19、低頻段頻率響應(yīng)分析)arctan90(-180 )(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)( 21 j1)j ( LcLLLsmsl-135 dB3lg20 sL，下降時(shí)，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu時(shí)，。，時(shí)，90 0 0suAfsmsLlg20lg20 uuAAff時(shí)，中頻段中頻段20dB/十倍頻十倍頻3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定性分析高頻電壓放大倍數(shù)：定性分析0U.CIs.U.s。滯后，時(shí)，當(dāng)，滯后)90(0 ssUUUfUUCCC)(sbbbebbeebisiiebsissRRrrRrrRRRUUUUUU，Au.U

20、o.RLsURbe)(sbbbebRRrrR3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定量分析高頻電壓放大倍數(shù)：定量分析 )( 21 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu)( j1 j1 LmbeebisiCosCsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu3. 高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析 )( 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下降時(shí)，uAffH2Hmsharctan-180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大時(shí)，dB20lg20

21、 10 shHuAfff。，時(shí)，-270 0 shuAf；時(shí)，smshHlg20lg20 uuAAff4. 電壓放大倍數(shù)的波特圖電壓放大倍數(shù)的波特圖 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：5. 增益帶寬積：定性分析增益帶寬積：定性分析fbw fH fL fH )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCCHmbwm fAfAuu帶寬增益積mLmHLmuARgfCRg)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 當(dāng)提高增益時(shí)，當(dāng)提高增益時(shí)，帶寬將變窄；反帶寬將

22、變窄；反之，增益降低，之，增益降低，帶寬將變寬。帶寬將變寬。5. 帶寬增益積：定量分析帶寬增益積：定量分析 )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCC)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、 Rs fL1， fH fH1，頻帶變窄！，頻帶變窄！多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng) ), 2 , 1( bbwHHLLnkffffffwkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 對(duì)于對(duì)于N級(jí)放大電路，若各級(jí)的下、上限頻率分別為級(jí)放大電路，若各級(jí)的下、上限頻率分別為fL1 fLn、 fH1 fHn，整個(gè)電路的下、上限頻率分別為，整個(gè)

23、電路的下、上限頻率分別為fL、 fH，則則nkknkukuAA11 lg20lg20由于由于求解使增益下降求解使增益下降3dB的頻的頻率，經(jīng)修正，可得率，經(jīng)修正，可得1.1為修正系數(shù)為修正系數(shù)討論一：?jiǎn)栴} 1. 信號(hào)頻率為信號(hào)頻率為0時(shí)電壓放大時(shí)電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式？倍數(shù)的表達(dá)式？ 2. 若所有的電容容量都相同，若所有的電容容量都相同，則下限頻率等于多少？則下限頻率等于多少？討論一：時(shí)間常數(shù)分析所確定的截止頻率。、分別考慮e21CCCC1beb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbebC2、Ce短路，短路， 開路，求出

24、開路，求出CC1、Ce短路，短路， 開路，求出開路，求出CC1、C2短路，短路， 開路，求出開路，求出CC1、 C2、 Ce短路，求出短路，求出討論一：電壓放大倍數(shù)分析1beb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbeb)j(1)j(1)j(1)j(1jHL3L2L1L3L2L133mffffffffffffAAuu)2(1)2(1)2(1)2(1HeL32L21L1Cffff很??！很??！討論二1. 該放大電路為幾級(jí)放大電路該放大電路為幾級(jí)放大電路?2. 耦合方式耦合方式?3. 在在 f 104Hz 時(shí)，增益下降多少？附

25、加相移時(shí)，增益下降多少？附加相移？4. 在在 f 105Hz 時(shí)，附加相移時(shí)，附加相移？5. 畫出相頻特性曲線；畫出相頻特性曲線；6. fH？?uA 已知某放大電路的幅頻已知某放大電路的幅頻特性如圖所示，討論下列問特性如圖所示，討論下列問題：題：小小 結(jié)結(jié) 兩種半導(dǎo)體放大器件兩種半導(dǎo)體放大器件雙極型半導(dǎo)體三極管雙極型半導(dǎo)體三極管( (晶體三極管晶體三極管 BJT) )單極型半導(dǎo)體三極管單極型半導(dǎo)體三極管( (場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 FET) )兩種載流子導(dǎo)電兩種載流子導(dǎo)電多數(shù)載流子導(dǎo)電多數(shù)載流子導(dǎo)電晶體三極管晶體三極管1. 形式與結(jié)構(gòu)形式與結(jié)構(gòu)NPNPNP三區(qū)、三極、兩結(jié)三區(qū)、三極、兩結(jié)2. 特點(diǎn)特點(diǎn)基極電流控制集電極電流并實(shí)現(xiàn)基極電流控制集電極電流并實(shí)現(xiàn)放大放大放放大大條條件件內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、 基區(qū)薄、集電區(qū)面積大基區(qū)薄、集電區(qū)面積大外因：外因