晶体三极管及其基本放大电路

33 MHz Analog Electronics 第 4章 晶体三极管及其基本放大电路 本章重点 1.三极管的电流放大原理，特性曲线、微变等效电路 2. 共射放大电路的静态工作点分析、失真分析和三种组态的特点 和静、动态参数计算。 本章讨论的问题： 1 .晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？ 2. 为什么晶体管的输入、输出特性说明它有放大作用？如 何将晶体管接入电路才能起到放大作用？组成放大电路的 原则是什么？有几种接法？ 3. 晶体管三种基本放大电路各有什么特点？如何根据它们 的特点组成派生电路？ 33 MHz Analog Electronics 4.1 晶体三极管（双极型晶体管 BJT) 又称半导体三极管 ， 或简称晶体管 。 (Bipolar Junction Transistor) 三极管有两种类型： NPN 型和 PNP 型。 主要以 NPN 型为例进行讨论。 图 4.1.1 三极管的外形 33 MHz Analog Electronics 4.1.1 晶体管的结构及类型 常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型 。 图 4.1.2a 三极管的结构 (a)平面型 (NPN) (b)合金型 (PNP) e b b e c P N P N c N P 二氧化硅 发射区 集电区 基区 基区 发射区 集电区 33 MHz Analog Electronics 图 4.1.2(b) 三极管结构示意图和符号 NPN 型 e c b 符号 集电区 集电结 基区 发射结 发射区 集电极 c 基极 b 发射极 e N N P 33 MHz Analog Electronics 集电区 集电结 基区 发射结 发射区 集电极 c 发射极 e 基极 b c b e 符号 N N P P N 图 4.1.2（ C)三极管结构示意图和符号 (b)PNP 型 33 MHz Analog Electronics 类型 1.按结构区分： 有 NPN 型和 PNP型 。 2.按材料区分 ：有硅三 极管和锗三极管 。 3.按工作频率区分 ：有 高频三极管和低频三极 管 。 4.按功率大小区分 ：有 大功率三极管和小功率 三极管。 N P N C B E B E C NPN型 P N P C B E B E C PNP型 33 MHz Analog Electronics 4.1.2 晶体管的电流放大作用 以 NPN 型三极管为例讨论 c N N P e b b e c 表面看 三极管若实 现放大，必须从 三极管内部结构 和 外部所加电源 的极性 来保证。 不具备放大作用 33 MHz Analog Electronics 三极管内部结构要求： N N P e b c 1. 发射区高掺杂 。 2. 基区做得很薄 。 通常只有 几微米到几十微米 ， 而且 掺杂较 少 。 三极管放大的外部条件 ：外加电源的极性应使 发射 结处于正向偏置 状态 ， 而 集电结处于反向偏置 状态 。 3. 集电区面积大 。 33 MHz Analog Electronics 晶体 管 基本共射放大电路 33 MHz Analog Electronics b e c Rc Rb 一、晶体管内部载流子的运动 I E IB 1. 发射结加正向电压，扩散 运动形成发射极电流 发射区的电子越过发射结扩散 到基区，基区的空穴扩散到发 射区 形成发射极电流 IE (基 区多子数目较少，空穴电流可 忽略 )。 2. 扩散到基区的自由电子与 空穴的复合运动形成基极 电流 电子到达基区 ， 少数与空穴复 合形成基极电流 Ibn， 复合掉的 空穴由 VBB 补充 。 多数电子在基区继续扩散，到达 集电结的一侧。 33 MHz Analog Electronics b e c I E I B Rc Rb 3.集电结加反向电压 ， 漂移 运动形成集电极电流 IC 集电结反偏 ， 有利于收集基区 扩散过来的电子而形成集电极 电流 IC。 I C 另外 ， 集电区和基区的少 子在外电场的作用下将进 行漂移运动而形成 反向 饱 和电流 ， 用 ICBO表示 。 ICBO 晶体管内部载流子的运动 33 MHz Analog Electronics b e c e Rc Rb 二 .晶体管的电流分配关系和 电流放大系数 电流分配关系 IEp ICBO IC IB IEn IBn ICn IC = ICn + ICBO IE=ICn + IBn + IEp = IEn+ IEp IE =IC+IB 图 1.3.4晶体管内部载流子的运动与外部电流 IB=IEP+ IBN ICBO IBN ICBO 33 MHz Analog Electronics 电流放大系数 C B OB C B OC II II I I BN Cn C E OBCBOBC )1( IIIII 整理可得： ICBO 称反向饱和电流 ICEO 称穿透电流 （ 1） 共射直流 电流放大系数 BC II BE 1 II ）（ （ 2） 共射交流 电流放大系数 B C I I VCC Rb + VBB C1 T IC IB C2 Rc + 共发射极接法 33 MHz Analog Electronics （ 3） 共基直流 电流放大系数 E C I I 1 1 或 （ 4） 共基交流 电流放大系数 E C i i 直流参数 与交流参数 、 的含义是不同的 ， 但是 ， 对于大多数三极管来说 ， 与 ， 与 的数值 却差别不大 ， 计算中 ， 可不将它们严格区分 。 、 5. 与 的关系 IC IE + C2 + C1 VEE Re VCC Rc 共基极接法 33 MHz Analog Electronics c + e uBB uCC - uBE iB + - uCE iC b 共射极放大电路 iB=f(uBE)U CE=const (2) 当 UCE增大时，特性曲线右移。 (3)当 UCE1V时 ， 三极管的特性曲线几乎与 UCE=1V时的输入特 性曲线重合。 (1) 当 UCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 1. 输入特性曲线 4.1.3 晶体管的共射特性曲线 33 MHz Analog Electronics c + e uBB uCC - uBE iB + - uCE iC b 共射极放大电路 饱和区： iC明显受 uCE控 制的区域，该区域内， 一般 uCE 0.7V(硅管 )。 此时， 发射结正偏，集 电结也正偏 。 iC=f(uCE) IB=const 2、输出特性曲线 输出特性曲线的三个区域 : 截止区： iC接近零的 区域，相当 iB=0的曲 线的下方。此时， uBE小于死区电压， 集电结反偏 。 放大区： iC平行于 uCE轴的 区域，曲线基本平行等距。 此时， 发射结正偏，集电 结反偏 。 33 MHz Analog Electronics iC=f(uCE) IB=const 输出特性曲线 放大区： Je正偏， Jc反偏 。 uBE Uon ， 硅管： 0.6 0.8V， 锗管： 0.1 0.3V。 uCEuBE, iC受 iB的控制， iC=iB. 截止区： Je反偏， Jc反偏 。 uBEUon,IB=0,IC=ICEO,三极管几乎不 导通 输出特性曲线的三个区域 饱和区： Je正偏， Jc正偏 uBE Uon ，硅管： 0.6 0.8V, 锗管： 0.1 0.3V。 uCEuBE, iC UCES UCER U(BR)CEO U(BR) EBO 3. 极限参数 (2)最大集电极电流 ICM 使 值明显减小的集电极电流。 (1)最大集电极耗散功率 PCM 集电极耗散功率 :PC= iCuCE ,为使集电结温度不超过规定 值 ,PC应受到限制 ,不允许超过最大集电极耗散功率 PCM。 UCER b、 e间接电阻时 c、 e间的击穿电压。 UCESb、 e间短路时 c、 e间的击穿电压。 UCEXb、 e间反偏时 c、 e间的击穿电压。 33 MHz Analog Electronics 4.1.5 温度对晶体管特性和参数的影响 一、 温度变化对 ICBO的影响 二、 温度变化对输入特性曲线的影响 温度 T ICBO )()C25C B O (C B O 0 0 TTkT eII V102.2)( 30)C25B E (BE 0 TTuu T 温度 T 输入特性曲线左移 三、 温度变化对 输出特性 的影响 温度升高 要增大。 温度 T 输出特性曲线族间距增大 总之： ICBO ICEO T 输入特性左移 IC 33 MHz Analog Electronics 三极管工作状态的判断 例 1： 测量某 NPN型硅 BJT各电极对地的电压值如下， 试判别管子工作在什么区域？ （ 1） VC 6V VB 0.7V VE 0V （ 2） VC 6V VB 4V VE 3.6V （ 3） VC 3.6V VB 4V VE 3.4V 解： 一般原则： 正偏 反偏 反偏 集电结 正偏 正偏 反偏 发射结 饱和 放大 截止 对 NPN管而言，放大时 VC VB VE 对 PNP管而言，放大时 VC VB VE （ 1）放大区 （ 2）截止区 （ 3）饱和区 33 MHz Analog Electronics 例 3： 测得工作在 放大电路中 几个晶体管三个电极的电位 V1、 V2、 V3分别为： （ 1） V1=3.5V、 V2=2.8V、 V3=12V （ 2） V1=3V、 V2=2.8V、 V3=12V （ 3） V1=6V、 V2=11.3V、 V3=12V （ 4） V1=6V、 V2=11.8V、 V3=12V 判断它是 NPN型还是 PNP型 ？ 是硅管还是锗管 ？ 并确定 E、 B、 C。 （ 1） 1 b、 2 e、 3 c NPN 硅 （ 2） 1 b、 2 e、 3 c NPN 锗 （ 3） 1 c、 2 b、 3 e PNP 硅 （ 4） 1 c、 2 b、 3 e PNP 锗 原则：先确定 B，再求 |UBE|， 若等于 0.6-0.8V， 为硅管；若等于 0.1- 0.3V， 为锗管，从而 E、 C确定。 根据发射结正偏，集电结反偏。 NPN管 UBE 0， UBC 0， 即 VC VB VE 。 PNP管 UBE 0， UBC 0， 即 VC VB VE 。 解： 33 MHz Analog Electronics 同时为输出提供能源。 ，使 : BECECC UUV uiR C 转换为将 : )( oCEcbi c uuuiiu R 。且有一个合适的 ，大于使、 B onBEbBB : I UURV IBQ=(VBB-UBEQ)/Rb ICQ=IBQ UCEQ=VCC- ICQRc 图中： C E QB E QEQCQBQ i )( 0 UUIII u 、称为静态工作点。记作 发射结电压、管压降，时晶体管的各极电流、 UCE， 4.2 放大电路的组成原则 4.2.1 基本共射放大电路的工作原理 1.各元件作用 实现电压放大 33 MHz Analog Electronics 2. 设置静态工作点的必要性 若不设置静态工作点，输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先解决了失真问 题；另外 Q点几乎影响着所有的动态参数！ 无失真的放大信号是对放大电路的基本要求 ， Q点不仅 影响放大电路是否会失真，而且影响放大电路的几乎所有的 动态参数，因而设置合适的 Q点很有意义。 33 MHz Analog Electronics 3. 波形分析 静态工作点如图中虚线所示 管压降 ： uCE=VCC-iCRc iB uBE ube ib iC uCE ic uCE 结论 ：基本共射放大电路的电压放大 作用是利用晶体管的电流放大作用， 并依靠 Rc将电流的变化转换成电压的 变化来实现的。 33 MHz Analog Electronics 4.2.2 放大电路的组成原则 1.组成原则 (1) 必须有为放大管提供合适 Q点的直流电源。 保证晶体管工作在放大区。 (2) 同时直流电源作为负载的能源。 (3) 输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。 对于晶体管能产生 uBE， 从而改变输入回路的电流， 放大输入信号。 (4) 当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动 态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号 大得多的信号电流或信号电压。 33 MHz Analog Electronics 2.常见的两种共射放大电路 (1)直接耦合共射放大电路 阻容耦合共射放 大电路 T (2)阻容耦合共射放大电路 ICQ IBQ UCEQ = VCC ICQ RC 直接耦合共射放 大电路 T Rb1 Rb2 b1 B E Q b2 B E QCC BQ R U R UVI UCEQ = VCC ICQ RC ICQ IBQ b B E QCC BQ R UVI 33 MHz Analog Electronics 4.3 放大电路的 基本 分析方法 4.3.1直流通路和交流通路 通常，放大电路中交流信号的作用和直流电源 的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分 析，引入直流通路和交流通路。 直流通路 直流电源 作用下直流电流流经的通路。 画法： Us=0，保留 Rs； 电容开路； 电感相 当于短路（线圈电阻近似为 0）。 交流通路 信号源作用下交流电流流经的通路。 画法： 大容量电容相当于短路； 直流电源相 当于短路（内阻为 0）。 33 MHz Analog Electronics 直接耦合共射放大电路及其直流通路和交流通路 33 MHz Analog Electronics cCQCCC E Q BQCQ b B E QCC BQ RIVU II R UV I 阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路 33 MHz Analog Electronics 4.3.2 图解法 在三极管的输入 、 输出特性曲线上直接用作图的方 法求解放大电路的工作情况 。 1、静态分析 bBBBBE RiVu cCCCCE RiVu 33 MHz Analog Electronics uBE=VBB+ uI-iBRb 步骤 输入特性 I O OCECBI )( u uAuuiiu u 给定 输出特性 输入特性 （ 1）求解电压放大倍数 2.动态 分析 33 MHz Analog Electronics （ 2）失真分析 静态工作点合适且输入信号较小为正弦波的情况下， 基本共射放大电路的波形分析 33 MHz Analog Electronics A)静态工作点过低 ， 引起 iB、 iC、 uCE 的 波形失真 ib ube 结论： iB 波形失真 O Q O t t O uBE/V iB / A uBE/V iB / A IBQ 截止失真 33 MHz Analog Electronics iC 、 uCE (uo )波形失真 NPN 管截止失真时 的输出 uo 波形 。 uo 波形顶部失真 uo = uce O iC t O O Q t uCE/V uCE/V iC / mA ICQ UCEQ 33 MHz Analog Electronics O IB = 0 Q t O O NPN 管 uo波形 t iC uCE/V uCE/V iC / mA uo = uce ib(不失真 ) ICQ UCEQ B) Q 点过高 ， 引起 iC、 uCE的波形失真 饱和失真 uo 波形底部失真 33 MHz Analog Electronics (3) 用图解法估算最大输出幅度 放大电路的最 大不失真输出电压 是指输出波形没有 明显失真时能够输 出的最大电压 。 Q 尽量设在线段 AB 的 中点 。 则 AQ = QB， CD = DB 问题：如何求最大不失真输出电压？ Uomax=min(UCEQ-UCES) , (UCCUCEQ) O Q uCE/V iC / mA A C B D 交流负载线 33 MHz Analog Electronics 直流负载线： 直流通路中，晶 体管输出回路外 电路方程对应的 直线。 cCCCCE RIVU 交流负载线： 交流通路中，晶 体管输出回路外电路方程对应的直 线。 uce=-ic(RC/RL)= -icRL 而 iC=ICQ+ic uCE=UCEQ+uce 得 uCE=UCEQ-(iC-ICQ)RL 3.阻容耦合共射放大电路的分析 33 MHz Analog Electronics 交流负载线的两个特征 过 Q点 斜率为 -1/(RC RL) 交流负载线的作法 经过 Q点作斜率为 -1/ RL的 直线 （ RL= RL Rc ） 过 Q点及点 UCEQ+ICQRL,0 作直线 说明： 直接耦合放大电路的交直流负载线是同一直线。 阻容耦合电路，只有在空载的情况下交直流负载线才 合二为一，负载的接入使 Au减小。 33 MHz Analog Electronics 4.图解法的 优缺 点 形象直观； 适应于 Q点 分析 、失真分析、最大不失真 输出电压的分析； 能够用于大信号分析； 不易准确求解； 不能求解输入电阻、输出电阻、频带等 等参数。 33 MHz Analog Electronics 建立小信号模型的思路： 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三 极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非 线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。 建立小信号模型的意义： 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路 的分析非常困难。建立小信号模型，就是在小信号作用下（工作点附近）， 将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。 4.3.3等效电路法 33 MHz Analog Electronics 2.晶体管的 h参数等效模型 (1) h参数等效模型 将晶体管看成一个双 端口网络：输入端口、输 出端口。其端口电压、电 流的关系用 h参数来描述， 写成函数关系为： )( )( CEBC CEBBE uifi uifu ， ， BEu Bi CEu Ci 33 MHz Analog Electronics CE CE C B B C C CE CE BE B B BE BE ddd ddd BCE BCE u u i i i i i u u u i i u u IU IU ce22b21c ce12b11be UhIhI UhIhU 对上两式求全微分得： ube= h11ib+ h12uce ic= h21ib+ h22uce 在小信号情况下，无限小的信号增量可 用有限的增量代替 由表达式可得晶体管的小信号等效模型 (h参数等效模型 ) h21 33 MHz Analog Electronics 输出端交流短路时的输入电阻 (b-e间动态 电阻 )， h11 uBE/ iB beBBE11 CE riuh U 输入端电流恒定（交流开路）的反向电压传输比 (内反馈系数 )， h12 uBE/ uCE B CE BE 12 Iu uh （ 2） h参数的物理意义 (四个参数量纲各不相同， 故称为混合参数 hybrid 参数） 33 MHz Analog Electronics CE B C 21 Ui ih 输出端交流短路时的正向电流传输比 (电 流放大系数 )， h21 iC/ iB B CE C 22 Iu ih 输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导 (c-e间电导 )， h22 iC/ uCE 33 MHz Analog Electronics (3)h参数等效模型的简化 BJT的 h参数模型 h21ib ic uce ib ube h12uce h11 h22 ube uce ib c e b ic BJT双口网络 ib ic uce ib ube r uce rbe rce ube uce 33 MHz Analog Electronics （ 4） h参数的确定 一般用测试仪测出； rbe 与 Q点有关，可用图 示仪测出。 一般也用公式估算 rbe rbe= rb+ (1+ ) re 则 )mA( )mV(26)1(2 0 0 EQ be Ir )mA( )mV( )mA( )mV( EQEQ T e II Vr 26 而 (T=300K) 对于低频小功率管 rb(100 300） 33 MHz Analog Electronics 3、放大电路的动态分析 电路动态参数的分析就是 求解电路电压放大倍数、 输入电阻、输出电阻。 解题的方法是： 在放大电路的交流通路中， 用 h参数等效模型取代三极管 得到放大电路交流等效电路 图 2.2.5共射极放大电路 Rb vi Rc RL iV bI cI OV bI 33 MHz Analog Electronics 根据 Rb vi Rc RL iV bI cI OV bI bebi rIV bc II )/( LccO RRIV 则电压增益为 be Lc beb Lcb beb Lcc i O )/()/( )/( r RR rI RRI rI RRI V V A V (1) 求电压放大倍数（电压增益） 33 MHz Analog Electronics （ 2） 求输入电阻 Rb Rc RL iV bI cI OV bI Ri iI beb i i i / rRI VR （ 3） 求输出电阻 Rb Rc RL iV bI cI OV bI Ro 0i V 0b I 0b I Ro = Rc 所以 L i 0 o o o R VI VR 33 MHz Analog Electronics （ 4）当信号源有内阻时： Ri为放大电路的 输入电阻 求 Ui . UO . Ui . Us . 33 MHz Analog Electronics 采用等效电路法分析放大电路的步骤 1.求解静态工作点 Q； 2.求工作点对应的 h参数（ 求 rbe） ； 3.画出交流等效电路； 4.根据 要求 求解动态参数。 注意： 只有在 Q点正常的情况下，动态分析才有意义。 Ri中不应含有 Rs， Ro中不应含有 RL。 33 MHz Analog Electronics )()( bebbbebii rRIrRIU cco RIU beb c i o rR R U UA u beb i i i rRI UR co RR cCQC E QBQCQ b B E QBB BQ , , RIVUIIR UVI CC 33 MHz Analog Electronics 4.4 晶体管放大电路的三种接法 共射组态 CE 共集组态 CC 共基组态 CB C1 Rb +VCC C2 RL + Re + + RS + sU oU 共射极放大电路 C1 C2 + + + _ + _ OUiU Re VEE VCC Rc RL T 33 MHz Analog Electronics 4.4.1 静态工作点稳定共射放大电路 1.温度对静态工作点 Q的影响 CBBE CC E O C )不 变(C)( C)( C)(温度 IIUT IIT IT 位置就可能基本不变。在输出特性坐标系中的 、，则，若此时温度 C E QCQBCC)( UIIIT 33 MHz Analog Electronics 2.静态工作点稳定电路的原理 （ 1） 电路组成 路中可视为短路。为旁路电容，在交流通eC 33 MHz Analog Electronics BBE V EEC o e IUVIICT R V RR R V II BQ )( CC b21b 1b BQ B1 )()( : : 不变 增设发射极电阻措施二 ，基本不随温度变化。 电路参数的选取满足措施一 （ 2）稳定工作点原理 定性分析 33 MHz Analog Electronics 反馈 ：将输出量通过一定的 方式引回到输入回路来影响 输入量的措施。 负反馈 ：使输出量的变化减 小的反馈。 直流反馈 ：出现在直流通路 中的反馈。 几个概念 : 33 MHz Analog Electronics 3.电路分析 )( 1 1 1 ecEQCC eEQcCQCCC E Q EQEQ BQ e B E QBQ EQ CC b2b b BQ RRIV RIRIVU II I R UU II V RR R U CQ (1)静态分析 在 I1IBQ的条件下 33 MHz Analog Electronics （ 2）动态分析 be L i o r R U UA u beb2b1i rRRR co RR 将 Rb1、 Rb2合并为一个 电阻 Rb，则该等效电路与 前面阻容耦合共射电路的 交流等效电路完全相同， 前面导出的动态参数的表 达式可直接利用。 有旁路电 容时 33 MHz Analog Electronics e e )1( )( be L ebeb Lcb i o Rr R RIrI RRI U U A u co RR RrRRR )1( ebeb2b1i 利 ?弊 ? e L bee)1( R RArR u ，则若 无旁路电 容时 33 MHz Analog Electronics 4.4.2 基本共集放大电路 图 4.4.2 基本 共集放大电路 1.电路的组成 信号从基极输入， 从发射极输出 1.电路组成 33 MHz Analog Electronics 2.静态分析 eEQCCC E Q BQ eb B E QBB BQ RIVU II RR UV I )1( )1( EQ eBQB E QbBQ eB E QbBQBB RIURI RIURIV )1( EQ 33 MHz Analog Electronics 3.动态分析 （ 1）电压放大倍数 ebeb e eebebb ee i o )1( )1( )( RrR R RIrRI RI U U A u 。也称电压跟随器，即则 ，）若（ 1 1 io bebe UUA rRR u 33 MHz Analog Electronics （ 3）输入、输出电阻的分析 ebeb ebeb i i i )1( )( RrR I RIrRI I U R b eb 1 )1( 0 beb e beb o e o o e o o o o oss e rR R rR U R U U II U I U R URU R ，则，在输出端加，保留令 33 MHz Analog Electronics （ 4）基本共集放大电路特点 a)电压放大倍数恒小于 1，而接近 1， 且输出电压与输入电压同相，又称电压跟随器。 b)输入电阻较大 ,可达几十几百千欧。 c)输出电阻低，可小于几十欧，故带载能力 比较强。 只放大电流，不放大电压！ 33 MHz Analog Electronics 4.4.3 基本共基放大电路 1.电路组成 图 4.4.7 共基极放大电路 VBB 保证发射结正偏； VCC 保证集 电结反偏；三极管工作在放大区 。 (a)电路 + _ + _ Ou Iu Re VBB VCC Rc T + _ OU Re VBB VCC Rc T (b)直流通路 33 MHz Analog Electronics 2.静态 分析 (IBQ , ICQ , UCEQ) 直流通路 + _ OU Re VBB VCC Rc T B E QCCQCCEQCQC E Q EQ BQ e B E QBB EQ URIVVVU I I R UV I 1 33 MHz Analog Electronics (a)电路 + _ + _ Ou Iu Re VBB VCC Rc T (b)交流通路 OU + _ + _ iU Re Rc T + _ + _ OUiU Re rbe eI CI bI bI b e c RC 33 MHz Analog Electronics 3.动态分析 （ 1）电压放大倍数 微变等效电路 由图可得： 交流等效电路 + _ + _ OUiU Re rbe eI CI bI bI b e c RC ebe C be b ee CC i o u Rr R rIRI RI U U A )1( 33 MHz Analog Electronics （ 2）电流放大倍数 由微变等效电路可得 ， 共基极放大电路没有电流放大作用 ， 因为：输入电流 ii=ie， 输出电流 iO=iC， Ai= iO/ii= ic /ie = 但是 具有电压放大作用 。 电压放大倍数与相应的共射电路 相等 ， 但没有负号 ， 说明该电路 输入 、 输出信号同相位 。 + _ + _ OUiU Re rbe eI CI bI bI b e c RC 33 MHz Analog Electronics （ 3）输入电阻 1 )1( be i be e i i i i r RR r R I rIRI I U I U R e e e bebee 则：为零若 (4)输出电阻 Ro RC + _ + _ OUiU Re rbe eI CI bI bI b e c RC 33 MHz Analog Electronics （ 5）基本共基放大电路特点 a) 无电流放大作用，有电压放大能力， 输入、输出信号同相位 b)输入电阻较小。 c)输出电阻较大，与共射电路相同，均为 RC。 d)通频带最宽，适于作宽频带放大电路。 33 MHz Analog Electronics 4.4.4 基本放大电路三种接法的性能比较 大 (数值同相应的 共射电路 ， 但同相 ) 小 (小于、近于 1 ) 大 (几十 一百以上 ) 小 大 (几十 一百以上 ) 大 (几十 一百以上 ) 电 路 组态 性能 共 射 组 态 共 集 组 态 共 基 组 态 C1 C2 OU VCC Rb2 Rb1 + + + + + _ _ Re Cb RL iU C1 Rb +VCC C2 RL + Re + + + iU OU C1 Rb +VCC C2 RL + + + + iU OU Rc iA uA 1 be L r R ebe e )1( )1( Rr R be L r R 33 MHz Analog Electronics 通频带 大 (几百欧 几十千欧 ) 小 (几欧 几十欧 ) 大 (几百欧 几十千欧 ) Ro 小 (几欧 几十欧 ) 大 (几十千欧以上 ) 中 (几百欧 几千欧 ) rbe 组态 性能 共 射 组 态 共 集 组 态 共 基 组 态 iR oR 1 sbe Rr oR 1 berebe )1( Rr 窄 较宽 宽 33 MHz Analog Electronics 4.5 放大电路的频率特性 阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发 射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随 频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出 电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。 频 率 特 性 幅频特性： 电压放大倍数的模 |Au|与频率 f 的关系 相频特性： 输出电压相对于输入电压的 相位移 与频率 f 的关系 33 MHz Analog Electronics 通频带 f |Au | 0.707| Auo | fL fH | Auo | 幅频特性 下限截 止频率 上限截 止频率 耦合、旁路 电容造成 三极管结电 容造成 f 270 180 90 相频特性 O 阻容耦合单管共射放大电路的频率响应 33 MHz Analog Electronics 本章结束 结束放映 33 MHz Analog Electronics 4.5放大电路的频率特性 在前面的讨论中，我们得出如下结论： 1）电压放大倍数为正值，则 输出与输入同相 2）电压放大倍数为负值，则 输出与输入反相 实际上， 这种情况只发生在一定的频率范围内 。 2. 由于放大电路中存在着耦合电容、旁路电容、晶体管的结电容和电路 的分布电容等，它们的容抗 XC(=1/wc)随着频率的变化而变化，因此 放大电路的某些性能指标与输入信号的频率有关。 3. 当输入信号的频率太高或太低时，放大倍数的幅值和相位都将随输入 信号的频率的变化而变化。也就是说， 放大电路的电压放大倍数是 频率的函数 ，这种函数关系叫做放大电路的 “ 频率响应 ”或“ 频率 特性” 。 均与频率的大小无关 一般来说，放大倍数 是复数，可写为： = Auej = Au 。 其中 : Au 与频率的关系称为 幅频特性 与频率的关系称为 相频特性 uA uA 33 MHz Analog Electronics 在实际应用中 ,电子电路所处理的信号 ,都不是简单的单 一频率信号 ,它们都是由幅度及相位都有固定比例关系的多 种频率分量组合而成的复杂信号 ,即具有一定的频谱。 由于放大电路中存在电抗元件 ,使得放大器可能对不同 频率信号分量的放大倍数和相移不同。 如果放大电路对不同频率信号的幅值放大不同 ,就会引 起幅度失真。如果放大电路对不同频率信号产生的相移不 同就会引起相位失真。幅度失真和相位失真总称为 频率失 真 ,由于此失真是由电路的线性电抗元件（电阻、电容、电 感等）引起的 ,故又称为 线性失真 。 为实现信号的不失真放大 ,要需研究放大器的频率响应。 4.5.1 频率响应概述 1.研究放大电路频率响应的必要性 33 MHz Analog Electronics 频率失真与非线性失真 频率失真和非线性失真同样都是使输出信号产生畸 变，但两者在实质上是不同的。 具体体现以下两点： 1. 起因不同：频率失真是由电路中的线性电抗元件对不 同信号频率的响应不同而引起，非线性失真由电路的非 线性元件（如 BJT、 FET的特性曲线性等）引起的。 2. 结果不同：频率失真只会使各频率分量信号的比例关 系和时间关系发生变化，或滤掉某些频率分量信号。但 非线失真，会将正弦波变为非正弦波，它不仅包含输入 信号的频率成分（基波），而且还产生许多新的谐波成 分。 33 MHz Analog Electronics （ 1） RC低通电路 R C + + - - i o . V V RC低通电路 频率响应表达式： 2.频率响应的基本概念 HH u H H H i o u f f jj A RC f RC RC RCj Cj R Cj U U A 1 1 1 1 2 1 2 1 2 , 11 , 1 1 1 1 则令时间常数 H H u f f f f A a r c t a n : )(1 1 | : 2 相频特性 幅频特性 33 MHz Analog Electronics H H u f f f f A a r c t a n : )(1 1 | : 2 相频特性 幅频特性 90,0| , ;| , ;45, 2 1 | , ;0,1| , u H uH uH uH Af f f Aff Aff Aff 时 时 时 时 将 下降到 0.707时的频率 称为低通电路的 “ 上限截止频率 ” ； 当 f fH以后，输入信号就不能 顺利通过电路 ; 故该电路的 通频带 是从 0fH . | uA 讨论 33 MHz Analog Electronics （ 2） RC高通网络 R C 高通电路 频率响应表达式： L L LL u L L L i o u f f j f f j jf f j A RC f RC RC RCjCj R R U U A 11 1 1 1 2 1 2 1 2 , 11 , 1 1 1 1 则令时间常数 L L L u f f f f f f A a r c t a n90 : )(1 | : 2 相频特性 幅频特性 33 MHz Analog Electronics L L L u f f f f f f A a r c t a n90 : )(1 | : 2 相频特性 幅频特性 90,0| ,0 ;| , ;45, 2 1 | , ;0,1| , u L uL uL uL Af f f Aff Aff Aff 时 时 时 时 将 下降到 0.707时的 fL 叫做 RC高通电路的 下限截止频率 。 当 f fL以后，输入信号就不能 顺利通过电路 ; 故该电路的 通频带 是从 fL | uA 讨论 33 MHz Analog Electronics 3.波特图 在研究放大电路的频率响应时，由于信号的频 率范围很宽（从几赫到几百兆赫以上），放大电路 的放大倍数也很大（可达百万倍），为压缩坐标， 扩大视野，在画频率特性曲线时，频率坐标采用对 数刻度，而幅值（用 dB表示）或相角采用线性刻度。 这种采用对数坐标表示的特性曲线称为 对数频率特 性 或 波特图 。 33 MHz Analog Electronics 在波特图中以 fH为拐点，用两条直线来近似描述： 当 ffH时，用 -20dB/十倍频的直线近似； 斜率为 20dB/十倍频的直线与零分贝的直线在 f=fH处 相交。近似的幅频响应如图所示。 2 1lg20|lg20 : H u f f A RC 性低通电路的对数幅频特 ;lg20| , 2 0 lg 3| , 2 0 lg 0| , 2 0 lg H uH uH uH f f Aff dBAff dBAff 时当 时当 时当 斜率为 -20dB/十倍频的斜线， 与零分贝线在 f=fH处相交。 零分贝线 33 MHz Analog Electronics 90 , ;45 , ;0 , 时 时 时 f ff ff H H Hf f RC a r c t a n : 低通电路的相频特性 在波特图中以 0.1fH、 10fH为拐点，用三段直线来近似描述： 当 f10fH时，用 的直线近似； 在 0.1fHf Rs， Rb rbe； (1 + gmRc)Cbc Cbe CRRgr r RR RfA u 2 1 cm be eb is i Hsm故 cbbbs )(2 1 CrR 33 MHz Analog Electronics cbbbs Hsm )(2 1 CrRfA u 说明： Hsm fA u 式不很严格 ， 但从中可以看出一个大 概的趋势 ， 即选定放大三极管后 ， rbb 和 Cbc 的值即被 确定 ， 增益带宽积就基本上确定 ， 此时 ， 若将放大倍数 提高若干倍 ， 则通频带也将几乎变窄同样的倍数 。 如愈得到一个通频带既宽 ， 电压放大倍数又高的放大 电路 ， 首要的问题是选用 rbb 和 Cbc 均小的高频管并同时 减小 所在回路的总等效电阻 ;还可考虑采用共基电路 小的高 频三极管 。 33 MHz Analog Electronics 作 业 P120 课堂练习： 4.2（ 1、 2、 3） 4.3 课后作业： 4.8 4.12 4.13