第04章三极管及放大电路基础(康华光)-课件

第四章第四章-2三极管及放大电路基础三极管及放大电路基础重点：重点：1.了解三极管的基本构造、工作原理和特性曲了解三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；线，理解主要参数的意义；2.理解三极管的电流分配和电流放大作用；理解三极管的电流分配和电流放大作用；3.会判断三极管的工作状态。会判断三极管的工作状态。4.掌握各类三极管放大电路的分析方法掌握各类三极管放大电路的分析方法:(1)静静态的工作点估算法态的工作点估算法;(2)动态的微变等效电路分动态的微变等效电路分析法析法,即即AV、Ri 和和Ro的计算方法。的计算方法。14.5 共集电极放大器和共基极放大器共集电极放大器和共基极放大器 4.2 4.3 4.4电路中电路中,三极管的发射极是输入输出的三极管的发射极是输入输出的公共点公共点,称为共射接法称为共射接法,相应地还有共基、共集接法。相应地还有共基、共集接法。一、共集电极放大电路一、共集电极放大电路(射极输出器射极输出器)1.电路电路2.静态分析静态分析直流通路如下直流通路如下:RB+VCCC1C2RE ERL+vi -+vo-+vS -RSRB+VCCRE EVCEQICQVBEQIBQIEQ2IEQIBQ RBVBEQ(1+)IBQ REVCC IEQICQ IB QVCEQVCCIEQ RERB+VCCRE EVCEQICQVBEQIBQIEQ32、动态分析、动态分析(1)小信号等效电路小信号等效电路RB+VCCC1C2RE ERL+vi -+vo-+vS -RS 因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是的公共端，所以是的公共端，所以是的公共端，所以是共集电极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路。因从发射极输出，所以称射极输出器。因从发射极输出，所以称射极输出器。因从发射极输出，所以称射极输出器。因从发射极输出，所以称射极输出器。+vS -RS+vi -iiRBREieRL+vo-rbeibic ib4(2)电压增益电压增益1RLRE/RLvo=(1+)ibRLvi=ibrbe+(1+)ibRL=ib rbe+(1+)RL rbeRBRL+vi -+vo-+vS -RSREiiibic ibieAv虽小于虽小于1，但近似等于，但近似等于1。无电压放大作用。无电压放大作用。有电流、功率放大作用有电流、功率放大作用。5(3)输入电阻输入电阻输入电阻大。输入电阻大。RB/rbe(1)RLrbeRBRL+vi -+vo-+vS -RSREiiibic ibieiRB6(4)输出电阻输出电阻用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。rbeRBRL+vi -+vo-+vS -RSREiiibic ibierbeRBRLRSRE ibibiciRe+v-ii=ib+ib+iRe=(1+)ib+iRe 7i=ib+ib+iRe=(1+)ib+iRe 输出电阻输出电阻Ro 很小，带负载能力强。很小，带负载能力强。所谓所谓带负载能力强带负载能力强,是指当负载变化时是指当负载变化时,输出电压、输出电压、放大倍数基本不变。放大倍数基本不变。8(5)射极输出器的使用射极输出器的使用a.将射极输出器放在电路的首级，可以提高将射极输出器放在电路的首级，可以提高整个放大整个放大器的器的输入电阻输入电阻,减轻信号源负担减轻信号源负担减轻信号源负担减轻信号源负担。b.将射极输出器放在电路的末级，可以降低将射极输出器放在电路的末级，可以降低整个放大整个放大器的器的输出电阻，输出电阻，提高带负载能力提高带负载能力提高带负载能力提高带负载能力。c.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。的匹配作用。这一级射极输出器称为缓冲级或中间这一级射极输出器称为缓冲级或中间这一级射极输出器称为缓冲级或中间这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。隔离级。隔离级。隔离级。射极输射极输出器出器输输 入入输输 出出第第1 级级放大器放大器功放级功放级射极输射极输出器出器第第2 级级放大器放大器第第n 级级放大器放大器射极输射极输出器出器9二、共基极放大电路二、共基极放大电路1.电路电路2.静态分析静态分析直流通路直流通路:VCEQVCCICQ RCIEQREIBQ+VBEQICQ+VCEQvsRSRCRL+vo-Rb1Rb2 Re12+vS -RS3.动态分析动态分析(1)画小信号等效电路画小信号等效电路(2)电压放大倍数电压放大倍数微变微变电路电路ii+vi -ReieiRerbeib ibicRCRL+vo-vi=-ibrbevo=-ib(Rc/RL)vsRSRCRL+vo-Rb1Rb2 Re Re+vo-RLrbeRc+vs -Rs+vi-iiieibic ib13(3)输入电阻输入电阻输入电阻小。输入电阻小。+vS -RSii+vi -ReieiRerbeib ibicRCRL+vo-14(4)输出电阻输出电阻求输出电阻的图：求输出电阻的图：RoRC+vS -RSiiieiRe ibicibRL+vo-RCrbeRe+vi -RSRCrbeReie ibicib+v-i(1+)ib(Re/RS)+ibrbe=0ic=0ib=0输出电阻大。输出电阻大。15三三.三种组态的比较三种组态的比较16三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途共射极放大电路：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，输入电阻在三种组态中居，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。适用于中低中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于中低频情况下，作多级放大电路的中间级。频情况下，作多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，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。频率特性好。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，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，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有电位移动的功能。模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。174.6 组合放大电路组合放大电路(多级放大电路多级放大电路)在实际应用中在实际应用中,为得到理想的增益、输入电阻、输为得到理想的增益、输入电阻、输出电阻，常把前面三种单管放大电路组合起来使用。出电阻，常把前面三种单管放大电路组合起来使用。一一.多级放大器的耦合方式多级放大器的耦合方式(连接方式连接方式)1.阻容耦合阻容耦合优点：优点：各级放大器各级放大器Q点独立。点独立。输出温度漂移比较小。输出温度漂移比较小。缺点：缺点：不便于作成集成电路。低频特性差，只能放大不便于作成集成电路。低频特性差，只能放大中高频信号。中高频信号。2.直接耦合直接耦合优点：电路中无电容，便于集成化。优点：电路中无电容，便于集成化。缺点：各级放大器缺点：各级放大器Q点不独立点不独立,相互影响。相互影响。输出温度漂输出温度漂移严重。移严重。18二二.共射共射-共基放大电路共基放大电路1.电路电路+vo-Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22+RL+VCC+vi-T1T22.静态分析静态分析直流通路如图直流通路如图:Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22+VCC+VCE1-IB1IE1IB2IC2+VCE2-19VC1VE2VB2 VBE2VCE1VC1(VB1 VBE1)VCE2VCC IC2 RC2 VE2IC2IE2IC1IE1 Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22+VCC+VCE1-IB1IE1IB2IC2+VCE2-203.动态分析动态分析(1)小信号等效电路小信号等效电路(下图下图)+vo-Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22+RL+VCC+vi-T1T2(2)输入电阻输入电阻RiRi1Rb1/Rb2/rbe1RL1Ri2vi2/(-ie2)-ib2 rbe2/-(1+)ib2 rbe2/(1+)Rb11Rb12+vo1=vi2-RS+vS -+vi -ii1rbe1ib1ic1 1ib1RL+vo-RC2ie2 2ib2ic2ib2rbe221ie2 2ib2ic2ib2RL+vo-RC2rbe2RS+vS -+vi -rbe1Rb11Rb12ii1ib1ic1+vo1=vi2-1ib1(3)电压放大倍数电压放大倍数(4)输出电阻输出电阻Ro Ro2 Rc2Ro122多级放大器总结多级放大器总结RLRi2Av2Ro2Av1+vS -RSRi1Ro1RinAvnRon(1)总电压增益总电压增益=各级放大倍数的乘积各级放大倍数的乘积Av=Av1Av2Avn(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vi2=vo1(3)后一级的输入电阻是前一级的负载电阻后一级的输入电阻是前一级的负载电阻RL1=Ri2(4)前一级的输出电阻是后一级的信号内阻前一级的输出电阻是后一级的信号内阻RS2=Ro1(5)总输入电阻总输入电阻 Ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻Ri1。(6)总输出电阻总输出电阻Ro即为最后一级的输出电阻即为最后一级的输出电阻Ron。+vo1=vi2-23三、复合管三、复合管(达林顿管达林顿管)为了扩大三极管电流的驱动能力为了扩大三极管电流的驱动能力,提高电流放大系数提高电流放大系数,可将两只三极管组合起来。可将两只三极管组合起来。NPN和和PNP两种结构的三极两种结构的三极管可以如下组合：管可以如下组合：1.NPN与与NPNNPNT1T2iBiCiETiBiCiE等效等效 1iB(1+1)iB 2(1+1)iB复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数:=iC/iB=1iB+2(1+1)iB/iB=1+2+1 2 1 2复合管复合管be之间的输入电阻之间的输入电阻rbe:rbe=vBE/iB=iBrbe1+(1+1)iBrbe2/iB=rbe1+(1+1)rbe2242.PNP与与PNP PNPTiBiCiE等效等效T1T2iBiCiE 1iB(1+1)iB 2(1+1)iB=1+2+1 2 1 2rbe=rbe1+(1+1)rbe23.NPN与与PNP NPNTiBiEiC等效等效T1T2iBiEiC=(1+2)1iB(1+1)iB 1iB 2 1iB=1+1 2 1 2rbe=rbe1254.PNP与与NPN PNPTiBiEiC等效等效T1T2iBiEiC=(1+2)1iB(1+1)iB 1iB 2 1iB=1+1 2 1 2rbe=rbe1复合管总结：复合管总结：(1)复合管的类型由两只晶体管中的第一只管子决定。复合管的类型由两只晶体管中的第一只管子决定。(2)同类型晶体管组成的复合管同类型晶体管组成的复合管:=1+2+1 2 1 2 ,rbe=rbe1+(1+1)rbe2(3)不同类型晶体管组成的复合管不同类型晶体管组成的复合管:=1+1 2 1 2 ,rbe=rbe126T1,T2构成复合管构成复合管,可可等效为一个等效为一个NPN管管 =1+2+1 2 1 2rbe=rbe1+(1+1)rbe2+vo-RbReRS+RL+VCC+vi-T1T2+vs -2.静态分析静态分析直流通路如图直流通路如图:RbRe+VCCT1T2四、共集四、共集共集放大电路共集放大电路1.电路电路ICQIEQ(1+)IBQVCEQVCCIEQ ReVCEQICQIBQIEQ273.动态分析动态分析(1)小信号等效电路小信号等效电路(下图下图)+vo-RbReRS+RL+VCC+vi-T1T2+vs -rbeRbRL+vi -+vo-+vS -RSReiiibic ibie(2)电压放大倍数电压放大倍数式中式中:1 2rberbe1(1 1)rbe2(2)输入电阻输入电阻RiRb/rbe+(1+)(Re/RL)(4)输出电阻输出电阻284.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应输入为正弦信号时输入为正弦信号时,放大器增益与频率的关系放大器增益与频率的关系Av()()其中：其中：Av()称为幅频响应或幅频特性；称为幅频响应或幅频特性；()称为相频响应或相频特性；称为相频响应或相频特性；+.Vi-+.Vo-RC低通电路低通电路低频信号能顺利通低频信号能顺利通过电路达到输出端口过电路达到输出端口,抑制高频抑制高频信号通过电路。信号通过电路。输入信号输入信号频率是变的频率是变的输出信号输出信号增益的增益的频率响应频率响应一一.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1.RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应(1)RC低通电路低通电路40(2)RC低通电路的增益频率函数低通电路的增益频率函数(电路理论中的网络函数电路理论中的网络函数)令令:fH=1/2 RC幅频响应:相频响应:H=-arctan(f/f H)+.Vi-+.Vo-RC41(3)RC低通电路的波特低通电路的波特图图幅频响应曲线幅频响应曲线:f/Hz .|AvH|1fH0.707幅频响应的波特图幅频响应的波特图:纵轴取纵轴取20lg(分贝分贝)为刻度为刻度,横轴以横轴以10倍频程为刻度倍频程为刻度0.1fH fH 10fH 100fHf/Hz0-20-40 .20lg|AvH|/dB-20dB/十倍频程十倍频程 .20lg|AvH|=-10lg1+(f/fH)2相频响应:只有横轴以只有横轴以10倍频程倍频程为刻度为刻度f/Hz0.1fH0fH10fH100fH-45-90 H=-arctan(f/f H)fH:上限截止频率上限截止频率422.RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应(1)RC高通电路高通电路高通电路高通电路高频信号能顺利高频信号能顺利通过电路达到输出端口通过电路达到输出端口,抑制抑制低频信号通过电路。低频信号通过电路。输入信号输入信号频率是变的频率是变的输出信号输出信号+.Vi-+.Vo-RC(2)RC高通电路的增益频率函数高通电路的增益频率函数令令:fL=1/2 RC幅频响应:相频响应:L=arctan(f L/f)430.01fL 0.1fL fL 10fLf/Hz90450 f/Hz0.01fL 0.1fL fL 10fL0-20-40 .20lg|AvL|/dB(3)RC高通电路的波特高通电路的波特图图20dB/十倍频十倍频相频响应:L=arctan(f L/f)幅频响应的波特图幅频响应的波特图:.20lg|AvL|=-10lg1+(fL/f)2幅频响应幅频响应:fL:下限截止频率下限截止频率Av下降到下降到0.707时对应的频率时对应的频率44二二.BJT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1.BJT的中低频小信号模型的中低频小信号模型icib+vce-cbe+vbe-等效等效分析动态分析动态信号很小信号很小中低频中低频crbe ibibbeic+vce-+vbe-2.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型icib+vce-cbe+vbe-等效等效分析动态分析动态信号很小信号很小高频高频+.Vbe-+.Vce-rbbbecb.Ib.IcrbeCbe+.Vbe-Cbc .gmVbe45基区的体电阻基区的体电阻:rbb几十几十几百几百 发射结电阻发射结电阻:rbe(1+)26(mV)/IEQ发射结电容发射结电容:Cbe几十几十几百几百pF集电结电容集电结电容:Cbc210pF互导互导:gmIEQ/26(mV)+.Vbe-+.Vce-rbbbecb.Ib.IcrbeCbe+.Vbe-Cbc .gmVbe3.BJT高频小信号模型中元高频小信号模型中元件参数值的求法件参数值的求法(推导过程略推导过程略)特征频率特征频率fT:可从手册中可从手册中查出查出Cbc:可从手册中查出可从手册中查出rbb:可从手册中查出可从手册中查出rbe(1+)26(mV)/IEQ其中：其中：rbe=rbb+rbe46三三.单级共射极放大电路单级共射极放大电路的频率响应的频率响应Rb1RCCb1Cb2Rb2CeReRL+VCC+vi+voRS+vS 1.电压增益的电压增益的高频响应高频响应(1)高频小信号电路高频小信号电路RCRL+.Vo-RS+.VS-+.Vi-Rb1Rb2+.Vbe-+.Vce-rbbbecb.Ib.IcrbeCbe+.Vbe-Cbc .gmVbe(2)高频高频电压增益响应电压增益响应(推导过程略推导过程略)47通带源电压增益：通带源电压增益：上限频率：上限频率：RiRb1|Rb2|rbeRLRC|RLf/Hz0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍频十倍频程程 .20lg|AvSH|/dB .20lg|AVSM|波特图波特图其中：其中：Rrbe/(rbb+Rb1/Rb2/Rs)482.电压增益的电压增益的低频响应低频响应Rb1RCCb1Cb2Rb2CeReRL+VCC+vi+voRS+vS (1)低频小信号电路低频小信号电路(2)低频低频电压增益响应电压增益响应(推导过程略推导过程略)RS+.VS-+.Vi-rbeRCRLRB1RB2.Ib.Ic+.Vo-.IbRECb1Cb2Ce49其中：其中：下限频率：下限频率：取值大的那个作为电路的取值大的那个作为电路的下限频率下限频率fL,值小的称为值小的称为fLf/Hz .20lg|AvSL|/dB .20lg|AVSM|0.01fL 0.1fL fL 10fL波波特特图图20dB/十倍频十倍频40dB/十倍频十倍频fL50完整的共射放大电路的频率响应完整的共射放大电路的频率响应:f/HzfHfL-20dB/十倍频程十倍频程20dB/十倍频程十倍频程 .20lg|AvS|/dB .20lg|AVSM|四四.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 五五.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应(自己看自己看)通频带通频带51100210620 例例1 某放大电路的对数幅频特性如图所示。某放大电路的对数幅频特性如图所示。由图可知，该电路的中频电压增益由图可知，该电路的中频电压增益|Avm|=倍。倍。上限截止频率上限截止频率fH=Hz，下限截止频率下限截止频率fL=Hz。一个放大电路的对数幅频特性如上图所示。一个放大电路的对数幅频特性如上图所示。当当信信号号频频率率恰恰好好为为上上限限频频率率或或下下限限频频率率时时，实实际际的电压增益为的电压增益为=。例例270.7 或或37dB52fH1=10kHzfH2=100kHzAvm=104例例3已知某放大电路的幅频特性如图所示。已知某放大电路的幅频特性如图所示。试写出其电压放大倍数试写出其电压放大倍数Av的表达式。的表达式。53例例4已知某放大电路的幅频特性如图所示。已知某放大电路的幅频特性如图所示。试写出其电压放大倍数试写出其电压放大倍数Av的表达式。的表达式。fL=20HzfH=2106HzAvm=-1000-180-225-270f/Hz210620-20dB/十倍频程十倍频程-135-9020dB/十倍频程十倍频程 .20lg|AvS|/dB60f/Hz54本章小结本章小结1BJT是一种电流控制电流型的器件。是一种电流控制电流型的器件。BJT有三个工作区有三个工作区:饱饱和区、放大器和截止区。和区、放大器和截止区。2BJT加上合适的偏置电路加上合适的偏置电路可可组成各种放大电路。组成各种放大电路。(1)共射共射Av较大较大,Ri、Ro适中适中,常用作电压放大。常用作电压放大。(2)共集共集Av1,Ri大、大、Ro小小,适用于信号跟随、信号隔离适用于信号跟随、信号隔离等。等。(3)共基共基Av较大较大,Ri小小,频带宽频带宽,适用于放大高频信号。适用于放大高频信号。3.多个单管放大器可组成多级放大器多个单管放大器可组成多级放大器两种耦合方式：阻容耦合与直接耦合。两种耦合方式：阻容耦合与直接耦合。电压放大倍数：电压放大倍数：Av=Av1Av2Avn4正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了分析正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了分析方便，常将两者分开讨论。其中：方便，常将两者分开讨论。其中：55(1)静态分析：静态分析：估算法估算法通过直流通路通过直流通路(交流电压源短路交流电压源短路,电容开路电容开路)估算估算Q;图解法图解法通过直流通路和特性曲线作图求通过直流通路和特性曲线作图求Q,判断判断Q的位置是的位置是否合适；否合适；(2)动态分析：动态分析：图解法图解法通过交流通路通过交流通路(直流电压源短路直流电压源短路,电容短路电容短路)和特性和特性曲线求电压增益曲线求电压增益,分析失真，判断最大不失真输出电压分析失真，判断最大不失真输出电压;小信号等效电路法小信号等效电路法通过微变电路通过微变电路(直流电压源短路直流电压源短路,电容短电容短路路,be之间等效为之间等效为rbe,ce之间等效为受控电流源之间等效为受控电流源)求求电压放大倍电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。数、输入电阻、输出电阻等。5频率响应频率响应两个截止频率两个截止频率下限截止频率下限截止频率fL、上限截止频率、上限截止频率fH使使Av下降为下降为0.707Avm所对应的两个频率所对应的两个频率,且且fLfH56p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日