天津大學(xué)模電課件-三極管放大電路基礎(chǔ)

2.1放大電路的根本概念2.2根本放大電路的工作原理2.3圖解分析法2.4小信號模型分析法2.5共集電極電路和共基極電路2.6放大電路頻率響應(yīng)第二章三極管放大電路根底2.1放大電路的根本概念2.1.1放大的概念2.1.2放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)2.1.3根本放大電路的工作原理2.1.1放大的概念1、根本放大電路：一個(gè)三極管；三種根本組態(tài)2、放大電路主要用于放大微弱信號；3、直流電源提供能量，三極管起控制作用。共發(fā)射極、共集電極、共基極放大概念示意圖2.1.2放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)(1)放大倍數(shù)(2)輸入電阻Ri(3)輸出電阻Ro(4)通頻帶(1)放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)功率放大倍數(shù)(2)輸入電阻

Ri

衡量放大電路從信號源吸取電流大小(3)輸出電阻Ro說明放大電路帶負(fù)載的能力。(4)通頻帶fL—下限頻率fH－上限頻率2.2根本放大電路的工作原理(1)共發(fā)射極組態(tài)交流根本放大電路的組成(2)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)(3)直流通道和交流通道(4)放大原理(1)共發(fā)射極組態(tài)交流根本放大電路的組成

(2)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)靜態(tài)——時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。放大電路建立正確的靜態(tài)，是保證動(dòng)態(tài)工作的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，正確地區(qū)分直流通道和交流通道。動(dòng)態(tài)——時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。

直流電源和耦合電容對交流相當(dāng)于短路(3)直流通道和交流通道

(a)直流通道(b)交流通道(4)放大原理輸入信號通過耦合電容加在三極管的發(fā)射結(jié)于是有以下過程：三極管放大作用變化的通過轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓妮敵?.3圖解分析法2.3.1放大電路的靜態(tài)分析2.3.2放大電路的動(dòng)態(tài)圖解分析

1.靜態(tài)工作狀態(tài)的計(jì)算分析法根據(jù)直流通道可對放大電路的靜態(tài)進(jìn)行計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q(IB,IC,VCE)

2.3.1放大電路的靜態(tài)分析2.靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析法放大電路靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析3.由直流負(fù)載列出方程VCE=VCC－ICRc在輸出特性曲線上確定兩個(gè)特殊點(diǎn),即可畫出直流負(fù)載線。直流負(fù)載線確實(shí)定方法：VCC、VCC/Rc4.交點(diǎn)即為靜態(tài)點(diǎn),Q點(diǎn)的參數(shù)IBQ、ICQ和VCEQ。1.估算IBQ2.取對應(yīng)的輸出特性曲線例：測量三極管三個(gè)電極對地電位如圖所示，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

三極管工作狀態(tài)判斷

放大截止飽和2.3.2放大電路的動(dòng)態(tài)圖解分析〔1〕交流負(fù)載線〔2〕交流工作狀態(tài)的圖解分析〔3〕最大不失真輸出幅度

〔1〕交流負(fù)載線交流負(fù)載線確定方法：

通過輸出特性曲線上的Q點(diǎn)做一條直線，其斜率為-1/R'L

。

2.R'L=RL∥Rc，是交流負(fù)載電阻。

1.交流負(fù)載線是有交流輸入信號時(shí)Q點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

3.交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相交Q點(diǎn)。

放大電路的動(dòng)態(tài)圖解分析通過圖解分析，可得如下結(jié)論：

1.vi

vBE

iB

iC

vCE

|-vo|

2.vo與vi相位相反；3.可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；4.可以確定最大不失真輸出幅度。(2)交流工作狀態(tài)的圖解分析①波形的失真飽和失真截止失真工作點(diǎn)到達(dá)了飽和區(qū)。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。

工作點(diǎn)到達(dá)了截止區(qū)。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。(3)最大不失真輸出幅度

注意：對于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。②放大電路的最大不失真輸出幅度1.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；2.要有適宜的交流負(fù)載線。3.假設(shè)交流負(fù)載線已有,靜點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在交流負(fù)載線的中央。放大器的最大不失真輸出幅度2.4.1三極管的低頻小信號模型

2.4.2共射根本放大電路微變

等效電路分析法2.4小信號模型分析法(1)模型的建立

1.三極管可以用一個(gè)模型來代替。2.對于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響。3.小信號意味著三極管在線性條件下工作，微變也具有線性同樣的含義。雙極型三極管h參數(shù)模型〔2)模型中的主要參數(shù)①rbe——三極管的交流輸入電阻

re≈VT/iEre

Q≈VT/IEQ=26

(mV)/IEQ(

mA)

rbe

Q=rbb'+rb

e≈300

+(1+

)26/IEQ

②

iB——輸出電流源

表示三極管的電流放大作用。反映了三極管具有電流控制電流源CCCS的特性。rb

e—re歸算到基極回路的電阻。rbb

相當(dāng)于基區(qū)的體電阻,對于小功率三極管rbb

≈300

，。

(3)h參數(shù)CE0BCECB0CEBCCCE0BCEBEB0CEBBEBEvviiiiivvviivvivivDDD+DDD=DDDD+DDD=D====DDDD，稱為輸入電阻，即rbe。，稱為電壓反饋系數(shù)。，稱為電流放大系數(shù)，即

。

，稱為輸出電導(dǎo)，即1/rce。三極管的模型也可以用網(wǎng)絡(luò)方程導(dǎo)出。三極管的輸入和輸出特性曲線如下：

圖03.17h11和h12的意義

h參數(shù)的物理含義見圖。

圖03.18h21和h22的意義h參數(shù)都是小信號參數(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)根本不變。h參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。

(4)h參數(shù)微變等效電路簡化模型

簡化的三極管h參數(shù)模型三極管簡化h參數(shù)模型2.4.2共射組態(tài)根本放大電路

微變等效電路分析法(1)共射組態(tài)根本放大電路(2)直流計(jì)算(3)交流計(jì)算共發(fā)射極組態(tài)根本放大電路(1)共射組態(tài)根本放大電路(a)共射根本放大電路(b)h參數(shù)微變等效電路共射組態(tài)交流根本放大電路及其微變等效電路

Rb1、Rb2－偏置電阻；C1、C2

－耦合電容；Rc－集電極負(fù)載電阻；

Re－發(fā)射極電阻；Ce－Re的旁路電容。(2)直流計(jì)算(3)交流計(jì)算輸出電阻Ro=rce∥Rc≈Rc輸入電阻

=rbe//Rb1//Rb2≈rbe=rbb'+(1+β)26

mV/IE

=300Ω+(1+β)26

mV/IE電壓放大倍數(shù)

=－βR'L/rbe輸出電阻RoRo=rce∥RC≈RC

2.5共集電極電路和共基極電路2.5.1共集電極電路2.5.2共基極電路共集組態(tài)根本放大電路(1)直流分析

(2)交流分析①中頻電壓放大倍數(shù)②輸入電阻

Ri=Rb1//Rb2//[rbe+(1+

)R''L)]R'L=RL//Re③輸出電阻2.5.2共基組態(tài)根本放大電路(1)直流分析

與共射組態(tài)相同。(2)交流分析①電壓放大倍數(shù)

=βR'L/rbe②輸入電阻

③輸出電阻

Ro≈RC2.7放大電路的頻率特性幅頻特性:電壓增益的模與頻率的關(guān)系，即輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律。相頻特性：電壓增益的相位與頻率的關(guān)系，即輸出信號的角度隨頻率變化而變化的規(guī)律。2.7.1RC電路的頻率響應(yīng)2.7.2三極管的高頻小信號模型2.7.3共發(fā)射極放大電路的頻率特性1、RC低通電路電壓放大倍數(shù)2.7.1RC電路的頻率響應(yīng)

RC低通電路的近似頻率特性曲線：幅頻特性的X軸和Y軸都是采用對數(shù)坐標(biāo)上限截止頻率k=-20dB/dec－3dB45°，并具有-45

/dec的斜率波特圖2、RC高通電路電壓放大倍數(shù)式中 下限截止頻率、模和相角分別為RC高通電路的近似頻率特性曲線。1混合π型高頻小信號模型rb'e---re歸算到基極回路的電阻

---發(fā)射結(jié)電容，也用C

這一符號---集電結(jié)電阻

---集電結(jié)電容，也用C

這一符號

rbb'---基區(qū)的體電阻，b'是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。物理模型---發(fā)射結(jié)電阻

re2.7.2三極管的高頻小信號模型

（2）用代替假設(shè)IE=1mA，gm=1mA/26mV≈38mS。gm稱為跨導(dǎo)輸入側(cè)〔3〕單向化輸出側(cè)所以

由于C“<<C‘,所以圖05.07可簡化為圖05.08圖中C'=Cb'e+C'

。

2.7.3共發(fā)射極接法放大電路的頻率特性1.全頻段小信號模型2.高頻段小信號微變等效電路3.低頻段小信號微變等效電路1.全頻段小信號模型CE接法根本放大電路全頻段微變等效電路時(shí)間常數(shù)：

H={[(Rs//R'b)+rbb']//rb'e}C'

上限截止頻率fH=1/2

H

2.高頻段小信號微變等效電路3.低頻段小信號微變等效電路

L1=[(R'b//rbe)+R