第4章-双极型三极管及放大电路基础课件

第四章第四章 双极型三极管及放大电路基础双极型三极管及放大电路基础4.14.14.14.1 半导体三极管（半导体三极管（半导体三极管（半导体三极管（BJTBJTBJTBJT双双双双结晶体管）结晶体管）结晶体管）结晶体管）4.24.24.24.2 共射极放大电路共射极放大电路共射极放大电路共射极放大电路4.34.34.34.3 放大电路放大电路放大电路放大电路分析方法分析方法分析方法分析方法4.44.44.44.4 放大电路的稳定工作点问题放大电路的稳定工作点问题放大电路的稳定工作点问题放大电路的稳定工作点问题4.54.54.54.5 共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路4.74.74.74.7 放大电路的频率特性放大电路的频率特性放大电路的频率特性放大电路的频率特性4.64.64.64.6 组合放大电路组合放大电路组合放大电路组合放大电路第第第第4 4章章章章 半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础4.14.1 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管（BJTBJTBJTBJT双双双双结晶体管）结晶体管）结晶体管）结晶体管）频率：频率：频率：频率：高频管、低频管高频管、低频管功率：功率：功率：功率：材料：材料：材料：材料：小、中、大功率管小、中、大功率管硅管、锗管硅管、锗管类型：类型：类型：类型：NPN型、型、PNP型型半导体三极管半导体三极管:是具有电流放大功能的元件是具有电流放大功能的元件分类：分类：4.1.1 基本结构基本结构NNPNPNNPN型型型型becb be ec cPNPPNP型型型型P PP PN N基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极符号：符号：符号：符号：beciBiEiCbeciBiEiCNPNNPN型三极管型三极管型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管型三极管型三极管发射极箭头表示：当发射结正偏时，电流的流向。发射极箭头表示：当发射结正偏时，电流的流向。发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极基极基极基极基极集电极集电极集电极集电极电流电流电流电流发射极发射极发射极发射极电流电流电流电流基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结JeJeJeJe集电结集电结集电结集电结JcJcJcJcb b b be e e ec c c cN N N NN N N NP P P P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大问题问题：c c、e e两极可否互换？两极可否互换？BJT结构特点：结构特点：发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。掺杂浓度最低。管芯结构剖面图管芯结构剖面图BJT结构剖面图：结构剖面图：4.1.2 BJT的电流分配和放大原理的电流分配和放大原理b bec cN NN NP PEBRBE EC CRC在三极管内部：在三极管内部：在三极管内部：在三极管内部：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏PNPPNP管管管管发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C VE（E EB B来实现）来实现）来实现）来实现）集电结反偏：集电结反偏：VCVB （E EC C来实现）来实现）来实现）来实现）共射放大电路共射放大电路4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理2.内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。过载流子传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子发射区：发射载流子 以上看出，三极管内有两种载流子以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空自由电子和空穴穴)参与导电，故称为双极型三极管。或参与导电，故称为双极型三极管。或BJT(Bipolar Junction Transistor)。（以（以NPN为例）为例）放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程基区：传送和控制载基区：传送和控制载 流子流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子IE=IB+IC 、为电流放大系数为电流放大系数，它只它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般关，与外加电压无关。一般 1，几十几十。3.三极管三极管三极管三极管电流分配关系电流分配关系IEIC IB（3）（4）（2）（1）4.三极管的电流分配关系总结三极管的电流分配关系总结（5）电流放大系数）电流放大系数三极管的基本接法三极管的基本接法共集电极接法共集电极接法：c作为公共端；作为公共端；b为输入端，为输入端，e为输出端；为输出端；共基极接法共基极接法：b作为公共端，作为公共端，e为输入端，为输入端，c为输出端。为输出端。共发射极接法共发射极接法：e作为公共端；作为公共端；b为输入端，为输入端，c为输出端；为输出端；4.1.3 特性曲线特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端 1.共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路ICVBBmA AVCEVBERBIBVC C+注意注意：T的类型与的类型与VBE、IB、VCE、IC极性极性ebcvCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE)vCE=常数常数(2)当当vCE1V时，时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。vCE=0V vCE 1V(1)当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）1.输入特性曲线输入特性曲线(3)输入特性曲线的三个部分输入特性曲线的三个部分死区死区非线性区非线性区线性区线性区1.输入特性曲线输入特性曲线4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线结论：整体是非线性的，局部可看作是线性的结论：整体是非线性的，局部可看作是线性的2.输出特性输出特性IB=020 A40 A60 A80 A100 A36iC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：(1)(1)放大区放大区放大区放大区 在放大区有在放大区有 iC=iB ，也也称为称为线性区线性区，具有恒流特性。，具有恒流特性。在放大区，在放大区，发射结处于正发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于置，晶体管工作于放大状态放大状态。+-bceRLi iB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6i iC C(mmA A )1 12 23 34 4v vCECE(V)(V)9 91212O（2 2）截止区）截止区）截止区）截止区i iB B 0 0 以下区域为以下区域为以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有截止区，有截止区，有 i iC C =I=ICEOCEO 0 0 。在截止区发射结在截止区发射结J Je e处于反向偏置，集电结处于反向偏置，集电结J Jc c处于反向处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。偏置，晶体管工作于截止状态。饱饱饱饱和和和和区区区区截止区截止区截止区截止区（3 3）饱和区）饱和区）饱和区）饱和区 当当vCE vBE时时，晶体晶体管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。在饱和区，在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，集集电结也处于正电结也处于正偏。偏。深度饱和时，深度饱和时，硅管硅管vCES 0.3V，锗管锗管vCES 0.1V。(1)放大区放大区：Je正偏，正偏，Jc反偏反偏；IC=IB,且且 iC=iB；VCVBVE。(2)饱和区饱和区:Je正正偏，偏，Jc正偏正偏；即即vCE vBE，vCE 0.3V；iC iB。(3)截止区截止区:Je反偏或零偏反偏或零偏，VBEVbVe放大放大VcVb0VCE1V 静态工作点偏低静态工作点偏低,产生的引起产生的引起截止失真截止失真4.工作点不合适引起工作点不合适引起vo的失真的失真（共射（共射NPN）截止失真截止失真，vO被削顶被削顶共射（共射（NPN）饱和饱和失真失真，vO被铲底被铲底饱和失真饱和失真工作点偏高工作点偏高,引起饱和失真。引起饱和失真。最最大大不不失失真真输输出出电电压压与与Q点点设设置置VOmax以小以小的一边为准的一边为准5、图解法的适用范围图解法的适用范围形象直观；形象直观；适应于适应于Q点点分析分析、失真分析、最大不失真输出电、失真分析、最大不失真输出电压的分析；压的分析；能够用于大信号分析；能够用于大信号分析；不易准确求解；不易准确求解；不能求解输入电阻、输出电阻、频带等等参数。不能求解输入电阻、输出电阻、频带等等参数。6.判断三极管工作状态小结判断三极管工作状态小结（）根据直流电位判别根据直流电位判别：对于NPN管,当VCVBVE，T为放大状态；对于PNP管，当VC VB VE，T为放大状态。（）根据电流判别根据电流判别：（3）根据根据Q点的位置判别点的位置判别：0IBIBS，T为放大状态；IB IBS，T为饱和状态。参阅习题4.2.2Q点变化过程中始终处在放大区。点变化过程中始终处在放大区。1 BJT的小信号建模的小信号建模2 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小信号模型分析 H参数的引出参数的引出 H参数小信号模型参数小信号模型 模型的简化模型的简化 H参数的确定参数的确定（意义、思路）（意义、思路）利用直流通路求利用直流通路求Q点点 画小信号等效电路画小信号等效电路 求放大电路动态指标求放大电路动态指标4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路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。电路来处理。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的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，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信号模型，就是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。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。1、BJT的小信号建模的小信号建模 H参数的引出参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce 对于对于BJT双口网络，已知输入双口网络，已知输入输出特性曲线如下：输出特性曲线如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：可以写成：BJT双口网络双口网络(1)BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 三极管可以用一个模型（三极管可以用一个模型（只适用交流小信号只适用交流小信号 条件下条件下）来代替。）来代替。H 参数模型参数模型vBEvCEiBcebiCBJT共射接法共射接法 对于低频模型可以不考虑结电容的影响。对于低频模型可以不考虑结电容的影响。小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变 也具有同样的含义。也具有同样的含义。（2）.BJT的小信号模型引出的小信号模型引出hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即即 rbe=hie =hfe ur=hre rce=1/hoe一般采用习惯符号一般采用习惯符号则则BJT的的H参数模型为参数模型为 ibicvceibvbeur vcerberce ur很小，一般为很小，一般为10-3 10-4，rce很大，约为很大，约为100k。故一故一般可忽略它们的影响，得到般可忽略它们的影响，得到简化电路简化电路。ib 是受控源是受控源，且为电流，且为电流控制电流源控制电流源(CCCS)。电流方向与电流方向与ib的方向是关联的方向是关联的。的。.模型的简化模型的简化 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出；rbe 与与Q点有关，一般用点有关，一般用公式估算公式估算：rbe=rbb+(1+)re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rb200 则则 而而 (T=300K).H参数的确定参数的确定为什么要乘以为什么要乘以（1+）？）？.用近似估算法求用近似估算法求Q点点：一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管锗管VBE=0.2V，已知。已知。2、用、用H参数小信号模型参数小信号模型 分析共射极基本放大电路分析共射极基本放大电路iBiCRbviRbRbviRcicvce+-交流通路交流通路RbviRcRL小信号模型小信号模型(H参数等效参数等效)电路电路（2）.画出小信号等效电路画出小信号等效电路.求电压增益求电压增益根据根据RbviRcRL则电压增益为则电压增益为小信号等效电路中电流小信号等效电路中电流电压的符号一律用相量电压的符号一律用相量可作为可作为公式公式.求输入电阻求输入电阻RbRcRLRi.求输出电阻求输出电阻RbRcRLRo令令Ro=Rc 所以所以 解：解：（1）（2）2.放大电路如图所示。试求：（放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（点；（2）、。已知已知=50。例题例题 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响 温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响 温度变化对温度变化对 的影响的影响 稳定工作点原理稳定工作点原理 放大电路指标分析放大电路指标分析 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较4.4.1 温度对工作点的影响温度对工作点的影响4.4.2 射极偏置电路射极偏置电路4.4.放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题4.4.1 温度对工作点的影响温度对工作点的影响1.温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响2.温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响温度温度T 输出特性曲线上移输出特性曲线上移温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移3.温度变化对温度变化对 的影响的影响温度每升高温度每升高1 C，要增加要增加0.5%1.0%温度温度T 输出特性曲线族间距增大输出特性曲线族间距增大总之：总之：ICBO ICEO T VBE IB IC 4.4.2 射极偏置电路射极偏置电路1.稳定工作点原理稳定工作点原理目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使I IC C维持恒定。维持恒定。如果温度变化时，如果温度变化时，b b点电位能基点电位能基本不变本不变，则可实现静态工作点的稳，则可实现静态工作点的稳定。定。T 稳定原理：稳定原理：IC IE IC VE、VB不变不变 VBE IB（反馈控制）（反馈控制）为了增强稳定静态工作点的效果：为了增强稳定静态工作点的效果：I1 IB，此时，此时，不随温度变化而变化。不随温度变化而变化。VB VBE 且且Re可取可取大些，反馈控制作用更强。大些，反馈控制作用更强。一般取一般取 I1=(510)IB，VB=3V5V 图图4.4.1 射极偏置电路射极偏置电路 2 放大电路指标分析放大电路指标分析静态工作点静态工作点输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：A画小信号等效电路画小信号等效电路 B确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe C增益增益电压增益电压增益根据定义根据定义则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻RS输入电阻输入电阻2.放大电路指标分析放大电路指标分析输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路网络内独立源置零网络内独立源置零负载开路负载开路输出端口加测试电压输出端口加测试电压对回路对回路1和和2列列KVL方程方程r rcece对分析过程影响很大，此处不能忽略对分析过程影响很大，此处不能忽略其中其中则则当当时，时，一般一般（）静态：静态：3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路电压增益：电压增益：RbviRcRL固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：Ro=Rc#射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？有旁路电容的射极偏置电路有旁路电容的射极偏置电路无旁路电容的射极偏置电路无旁路电容的射极偏置电路4.5 共集、共基放大电路共发射极接法共发射极接法：发射极作为公共端；发射极作为公共端；b为输入，为输入，c为输出；为输出；共集电极接法共集电极接法：集电极作为公共端；集电极作为公共端；b为输入，为输入，e为输出；为输出；共基极接法共基极接法：基极作为公共端，基极作为公共端，e为输入，为输入，c为输出。为输出。4.5 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路 动态指标动态指标 静态工作点静态工作点4.5.3 三种组态的比较三种组态的比较4.5.1 共集电极电路共集电极电路4.5.2 共基极电路共基极电路 静态工作点静态工作点 动态指标动态指标1.1.静态分析静态分析：用近似估算法用近似估算法共集电极电路结构如图示共集电极电路结构如图示该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器由由得得直流通路直流通路 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路交流通路交流通路 图图4.5.2 共集放大电路小信号等效电路共集放大电路小信号等效电路画小信号等效电路画小信号等效电路2.动态分析动态分析熟练以后熟练以后,此步可省此步可省先确定先确定c.b.e三点位三点位置置,再定其他元件再定其他元件4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：其中其中一般一般，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，称为称为电压跟随器电压跟随器电压增益电压增益4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路结论：输入电阻大结论：输入电阻大输入电阻输入电阻由电路列出方程由电路列出方程其中其中则则输出电阻输出电阻当当，时，时，4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路结论：输出电阻小结论：输出电阻小输出电阻输出电阻不列方程组不列方程组,直接有等效电路直接有等效电路求也可求也可.将将b端电阻折算到端电阻折算到e端端,要除以要除以1+共集电极电路特点：共集电极电路特点：电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1，vo o与与vi同相同相 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路1.1.静态工作点静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路 图4.5.6共基放大电路不合习惯不合习惯,变换一下变换一下.电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 2.2.动态指标动态指标 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻2.2.动态指标动态指标小信号等效电路小信号等效电路 4.5.3.三种组态的比较三种组态的比较共射极放大电路：共射极放大电路：电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。级放大电路的中间级。共集电极放大电路：共集电极放大电路：只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。共基极放大电路：共基极放大电路：只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。有电位移动的功能。4.5.3.三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途3.6.1 共射共射-共基放大电路共基放大电路3.6.2 共集共集-共集放大电路共集放大电路4.6 组合放大电路组合放大电路3.6.0 复合管电路复合管电路3.6.3 多级放大电路多级放大电路1.同类型同类型BJT组成的复合管组成的复合管两只两只NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 两只两只PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 4.6.0 复合管电路复合管电路复合管复合管(达林顿管达林顿管)作用作用：提高电流放大系数，提高电流放大系数，同型组合还能增大电阻同型组合还能增大电阻r rbebe.内部的电流内部的电流不能互相冲突不能互相冲突4.6.2 共集共集-共集放大电路共集放大电路2.相反类型相反类型BJT组成的复合管组成的复合管PNPPNP与与NPNNPN型型BJTBJT组成的复合管组成的复合管 NPNNPN与与PNPPNP型型BJTBJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1 结论：相同类型和不同类结论：相同类型和不同类型的三极管型的三极管,都能组成复合都能组成复合管管,只要电流流向一致。只要电流流向一致。判断是否能组成复合管或组合电路判断是否能组成复合管或组合电路可以可以不可不可可以可以共射共基放大电路共射共基放大电路 P-149P-1494.6.1 共射共射-共基放大电共基放大电路路交流通路交流通路为什么交流通路为什么交流通路中少了三个电阻？中少了三个电阻？4.6.1 共射共射-共基放大电路共基放大电路所以所以 因为因为因此因此 组合放大电路总的电压增益等于组合放大电路总的电压增益等于组成它的各级单管放大电路电压增益组成它的各级单管放大电路电压增益的乘积。的乘积。前一级的输出电压是后一级的输前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻是前一级入电压，后一级的输入电阻是前一级的负载电阻的负载电阻RL。电压增益电压增益RL1=Ri24.6.1 共射共射-共基放大电路共基放大电路输入电阻输入电阻RiRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻输出电阻Ro Rc2 T T1 1、T T2 2构成复合管，可等效为一个构成复合管，可等效为一个NPNNPN管管(a)a)原理图原理图4.6.2 共集共集-共集放大电路共集放大电路(b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集-共集放大电路共集放大电路2.共集共集-共集放大电路的共集放大电路的Av、Ri、Ro 式中式中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R eRe|RL RiRb|rbe(1)R e 耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1.静态：保证各级静态：保证各级Q点设置合适。点设置合适。2.动态动态:前后级能顺畅地传送信号。前后级能顺畅地传送信号。4.6.3 多级放大电路（补充内容）多级放大电路（补充内容）第一级第一级输入级输入级输输 入入 输输 出出第二级第二级放大级放大级第第 n 级级功放级功放级+VCCR1RCC12R2CeRe1RivoT1viRbC21Re2T2vsRSRo共集共射共集共射共射共集共射共集Rb+VCCC4Re2uoT3RLR1RCC2R2CeRe1T2uiRBC1Re2T1usRSC3 由上述特点可知：由上述特点可知：射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。共集共射共集放大共集共射共集放大RiRo(1)由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。独立，分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积各级放大倍数的乘积 (5)总输入电阻总输入电阻 即为第一级的输入电阻：即为第一级的输入电阻：Ri=Ri1。(6)总输出电阻即为最后一级的输出电阻总输出电阻即为最后一级的输出电阻：Ro=Ron。多级放大器的特点及参数计算：多级放大器的特点及参数计算：1.放大电路如图所示。试求放大电路如图所示。试求。已知已知=50。解：解：两者比较可看出增益明显提高两者比较可看出增益明显提高例例14.7.2 4.7.2 BJTBJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数4.7.1 4.7.1 频率特性的一般概念频率特性的一般概念 4.7.3 4.7.3 共射极放大电路的频率特性共射极放大电路的频率特性 4.7.4 4.7.4 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.7.1 频率特性的一般概念频率特性的一般概念1、频率特性的基本概念频率特性的基本概念把电压增益看作常量的前提条件：把电压增益看作常量的前提条件：把耦合、旁路、极间电容的作用忽略把耦合、旁路、极间电容的作用忽略不计，不计，Av可看作常数（在中频区范围）。可看作常数（在中频区范围）。中频范围以外中频范围以外，电压增益是输入信号的频率的函数。电压增益是输入信号的频率的函数。(耦合、旁路、极间电容的作用不可忽略耦合、旁路、极间电容的作用不可忽略。)2、单级、单级共射基本放大电路的频率特性图共射基本放大电路的频率特性图 我们定义我们定义:当放大倍数下降到中频区放大倍数的当放大倍数下降到中频区放大倍数的0.707倍时倍时,即即 时的频率称为时的频率称为上限频率上限频率fH和和上限频率上限频率fL。后面我们会看到后面我们会看到,单级共射放大电路的高频等单级共射放大电路的高频等效电路就类似效电路就类似RC低通电路低通电路,低频等效电路就类似低频等效电路就类似RC高通电路高通电路。（1）纵纵轴轴采采用用线线性性分分度度,以以分分贝贝做做单单位位：20lg|AV|=20lg（Vo/Vi）（2）横轴采用）横轴采用对数分度对数分度，以，以HZ做单位做单位,该图称为波特图。该图称为波特图。纵轴：以分贝为单位纵轴：以分贝为单位 横轴：以频率为单位横轴：以频率为单位（3）近似画法：）近似画法：采用折线法采用折线法 先计算出上限频率先计算出上限频率和下限频率和下限频率,再分别画三再分别画三个区域的线段。个区域的线段。3、波特图及其画法、波特图及其画法对波特图的要求：对波特图的要求：了解其画法，了解其画法，看懂图形。看懂图形。工程上常用对数频率特性工程上常用对数频率特性，又称为波特图，又称为波特图 在fH处，AV下降3dB,滞后45度;在fL处，AV也下降3dB,超前45度。对对数数频频率率特特性性低频区是低频区是什么原因什么原因造成的造成的？高频区是高频区是什么原因什么原因造成的造成的？4、频率失真（线性失真频率失真（线性失真）当当被放大的信号被放大的信号非单一非单一频率频率时，且频率范围超出通频带，时，且频率范围超出通频带，经过放大将造成经过放大将造成频率失真。频率失真。相频失真：相频失真：信号经过放大,其基波和谐波分量产生不同的附加相移,引起的信号失真。如(P-17)幅频幅频失真失真问题：问题：若被放大的信号的频若被放大的信号的频率是单一的，但在通频带范率是单一的，但在通频带范围以外，会出现什么现象？围以外，会出现什么现象？会出现频率失真吗？会出现频率失真吗？信号经过放大,其基波和谐波分量被放大的倍数不同,引起的信号失真，如(P-17)。被放大的信号在什么被放大的信号在什么情况下会出现频率失真？情况下会出现频率失真？.RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则且令且令又又电压增益的幅值电压增益的幅值（幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角（相频响应）（相频响应）增益的频率函数增益的频率函数RC低通电路低通电路(即低频即低频信号容易通过的电路信号容易通过的电路)5、单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应 RC高通电路的频率特性同高通电路的频率特性同共射电路的低频特性很相似共射电路的低频特性很相似,而研究它比较简单而研究它比较简单，其中其中C可可看作为看作为BJT的结电容的结电容。用折线法近似画出波特用折线法近似画出波特图图，最大误差为最大误差为-3dB。频率响应曲线描述频率响应曲线描述幅频响应幅频响应1.RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应 画波特图和研究画波特图和研究高频响应高频响应,关键是求关键是求出上限频率出上限频率fH相频响应相频响应画相频特性画相频特性RC电路的电压增益：电路的电压增益：幅频响应幅频响应相频响应相频响应RC高通电路高通电路(高频信号便于通过的电路高频信号便于通过的电路).RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应对于实际频率对于实际频率,s=j =j2 f,并并令令 RC高通电路的频率特性同高通电路的频率特性同共射电路的低频特性很相似共射电路的低频特性很相似,而研究它比较简单而研究它比较简单，其中其中C可可看作为隔直电容看作为隔直电容,它决定它决定fL。输出相位随输出相位随f下降而超前输入相位下降而超前输入相位幅频响应幅频响应相频响应相频响应频率响应的分析思路和步骤频率响应的分析思路和步骤建立三极管高频小信号模型（混建立三极管高频小信号模型（混型等效）电路；型等效）电路；建立放大电路的高频小信号模型等效电路；建立放大电路的高频小信号模型等效电路；画幅频特性曲线和相频特性曲线；画幅频特性曲线和相频特性曲线；求出放大电路的高频电压增益求出放大电路的高频电压增益 求上限频率：求上限频率：高频小信号模型的高频小信号模型的 建立建立4.7.2.三极管高频小信号模型三极管高频小信号模型(混合混合型等效型等效)电路电路 beciBiEiCNNPNPNNPN型型型型bec模型的引出模型的引出 rbe 发射结电阻发射结电阻re归算到基极回路的电阻归算到基极回路的电阻 Cbe 发射结电容发射结电容rbc 集电结电阻集电结电阻 Cbc 集电结电容集电结电容 rbb 基区的体电阻，基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点是假想的基区内的一个点互导互导BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 1.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 在高频条件下在高频条件下,也将随也将随f而变化而变化,iC不受不受iB控制，而控制，而用用ic=gmvb e来表示来表示。简化模型简化模型混合混合 形高频小信号模型形高频小信号模型1.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型2.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H参数参数模型等价模型等价所以所以又因为又因为从手册中查出从手册中查出所以所以2.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得fT特征频率特征频率，是高频区是高频区 下降下降到到1时所对应的频率时所对应的频率。又因为又因为低频时，混合低频时，混合 模型与模型与H参数模型等效参数模型等效模型参数的获得模型参数的获得(1)中频段中频段:全部电容均不考虑全部电容均不考虑,耦合电容视为耦合电容视为交流短路交流短路,极间电容视为极间电容视为交流开路交流开路。4.7.3 单级共射极放大电路的频率特性单级共射极放大电路的频率特性(2)高频段高频段:耦合电容视为交流短路耦合电容视为交流短路,而极间电容的影响需要而极间电容的影响需要 考虑考虑 这样求得三个频段的频率响应这样求得三个频段的频率响应,然后再进行综合。然后再进行综合。这样做的优点这样做的优点是是,可使分析过程简可使分析过程简单明了单明了,且有助于从物理概念上来理解各个参数且有助于从物理概念上来理解各个参数对频率特性的影响。清华教材就是这样处理的。对频率特性的影响。清华教材就是这样处理的。(3)低频段低频段:耦合电容的作用不能忽略耦合电容的作用不能忽略,而极间电容视为交流而极间电容视为交流 开路。开路。具体分析时具体分析时,通常分成三个频段考虑通常分成三个频段考虑:图图 4.7.10（将教材图中的将教材图中的Re、Ce去掉去掉）：中频等效电路中频等效电路4.7.3.1 中频放大倍数中频放大倍数AVSM隔直电容和隔直电容和T的结电容都忽的结电容都忽略不计略不计(4.7.28)中频区的对数频率特性：中频区的对数频率特性：结论：中频区的幅频特性是一条水平线，相频特性结论：中频区的幅频特性是一条水平线，相频特性 也是一条水平线。也是一条水平线。图图4.7.10（去（去Re、Ce）共射极放大电路及高频小信号等效电路共射极放大电路及高频小信号等效电路4.7.3.2 高频区的频率特性高频区的频率特性高频小信号等效电路高频小信号等效电路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应对节点对节点 c 列列KCL得得由于输出回路电流比较大，所由于输出回路电流比较大，所以可以以可以 忽略忽略 的分流，得的分流，得而输入回路电流比较小，所以而输入回路电流比较小，所以不能不能忽略忽略 的电流。的电流。目标：断开输入输出之间的连接目标：断开输入输出之间的连接ZM等效电路的单向化等效电路的单向化 及求密勒电容及求密勒电容将此电容等效到将此电容等效到输入输出回路输入输出回路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应同理，在同理，在c、e之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且且等效后断开了输入等效后断开了输入输出之间的联系输出之间的联系 形高频等效电路形高频等效电路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应(1)简化和变简化和变换换 输出回路的时间常数输出回路的时间常数远小于输入回路时间常数，远小于输入回路时间常数，考虑高频响应时可以忽略考虑高频响应时可以忽略CM2的影响。的影响。进一步简化和变换进一步简化和变换应用戴维南定应用戴维南定理简化电路理简化电路,求求出等效电压源出等效电压源简化的高频小信号等效电路简化的高频小信号等效电路到此到此,我们推出了共射我们推出了共射放大电路频率响应的表放大电路频率响应的表达式和达式和fH表达式表达式.可见和可见和RC低通电路很相似低通电路很相似。由电路得由电路得高频响应和上限频率高频响应和上限频率式式(4.7.27)也可以用模和相角来表示也可以用模和相角来表示 高频段的高频段的对数幅频特性对数幅频特性为为(4.7.30 P-167)共射放大电路共射放大电路 180 arctan(f/fH)相频响应相频响应幅频响应幅频响应画波特图画波特图(5)增益增益-带宽积带宽积BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数当当RbRs及及Rbrbe时，有时，有 例题例题 解：解：模型参数为模型参数为例例4.7.1 设共射放大电路在室温下运行，其参数为：设共射放大电路在室温下运行，其参数为：负载开路，负载开路，Rb足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。低频电压增益为低频电压增益为又因为又因为所以上限频率为所以上限频率为2.低频响应低频响应 当信号频率较低时当信号频率较低时,三级管的极间电容三级管的极间电容(即即PN结电容结电容)可以忽略可以忽略,但但隔直电容不能忽略隔直电容不能忽略,得到如下低频等效电路得到如下低频等效电路。j180 arctan(fL/f)180 arctan(fL/f)幅频响应幅频响应相频响应相频响应 低频区波特图低频区波特图4.7.3.4 完整的频率特性曲线完整的频率特性曲线(波特图波特图)图图 共射极基本放大电路的幅频和相频特性曲线共射极基本放大电路的幅频和相频特性曲线 完整完整波特图波特图4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应1.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应高频等效电路高频等效电路高频响应高频响应特征频率特征频率1.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应其中其中由于由于re很小很小由于由于Cb c很小，很小，fH2也很高。也很高。4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应2.共集电极放大电路的高频响应共集电极放大电路的高频响应1.多级放大电路的增益多级放大电路的增益 前级的开路电压是下级的信号源电压前级的开路电压是下级的信号源电压 前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗 下级的输入阻抗是前级的负载下级的输入阻抗是前级的负载4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应2.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应结论：结论：多级放多级放大电路的通频大电路的通频带比它的任何带比它的任何一级都窄。一级都窄。（以两级为例）（以两级为例）则单级的上下限频率处的增益为则单级的上下限频率处的增益为当两级增益和频带均相同时，当两级增益和频带均相同时，两级的增益为两级的增益为即两级的带宽小于单级带宽。即两级的带宽小于单级带宽。4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应