Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
4.1   半导体三极管4.2   共射极放大电路的工作原理4.3   放大电路的分析方法4.4   放大电路静态工作点的稳定问题4.5   共集电极放大电路和共基极放大电路4.6   组合放大电路4.7   放大电路的频率响应
4.1 半导体三极管4.1.1 BJT 的结构简介4.1.2 放大状态下 BJT 的工作原理4.1.3 BJT 的 V - I 特性曲线4.1.4 BJT 的主要参数
4.1.1 BJT 的结构简介 (a) 小功率管   (b) 小功率管   (c) 大功率管   (d) 中功率管
4.1.1 BJT 的结构简介     半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型 :NPN 型和 PNP型。(a) NPN 型管结构示意图(b) PNP 型管结构示意图(c) NPN 管的电路符号(d) PNP 管的电路符号
4.1.1 BJT 的结构简介集成电路中典型 NP N 型 B J T 的截面图
4.1.2 放大状态下 BJT 的工作原 理     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。                         由于三极管内有两种载流子外部条件: 发射结正偏         ( 自由...
2. 电流分配关系 根据传输过程可   IE=IB+ IC        IC= InC+ ICBO 知  传输到集电极的电流 设 α=          发射极注入电流         I nC  即 α=         IE  通常   ...
2. 电流分配关系           α又设 β =          1−α                                      I nC根     IE=IB+ IC    IC= InC+ ICBO   α=据  ...
3. 三极管的三种组态         BJT 的三种组态共发射极接法,发射极作为公共电极,用 CE 表示;共基极接法,基极作为公共电极,用 CB 表示; 共集电极接法,集电极作为公共电极,用 CC 表 示。
4. 放大作用                   共基极放大电路若 ∆vI = 20mV 使 ∆iE = -1           当 α = 0.98 时,                    mA则 ∆iC = α ∆iE = -0.9...
综上所述,三极管的放大作用,主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输,然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是:( 1 )内部条件: 发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度,且基区很薄。( 2 )外部条件: 发射结正向偏置,集电结反向偏置。
4.1.3 BJT 的 V-I 特性曲线 1. 输入特性曲                         (以共射极放大电路为例) 线      iB=f(vBE)    vCE=const(1) 当 vCE=0V 时,相当于发射结的正向伏...
4.1.3 BJT 的 V-I 特性曲线  2. 输出特性曲  线   iC=f(vCE) iB=const输出特性曲线的三个区域 :饱和区: iC 明显受 vCE 控制的区域,该区域内,一般 vCE < 0.7V ( 硅管 ) 。此时,发射...
4.1.4 BJT 的主要参数1. 电流放大系数 (1) 共发射极直流电流放大系数                   β   β = ( IC - ICEO ) /IB≈IC / IB | vCE=const(2) 共发射极交流电流放大系数共...
4.1.4 BJT 的主要参数1. 电流放大系数                α  (3) 共基极直流电流放大系数     α = ( IC - ICBO ) /IE≈IC/IE (4) 共基极交流电流放大系数 α       α =∆IC/...
4.1.4 BJT 的主要参数 2. 极间反向电流 (1) 集电极基极间反向饱和电流 ICBO       发射极开路时,集电结的反向饱和 电流。
4.1.4 BJT 的主要参数 2. 极间反向电流 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO             β   ICEO= ( 1+ ) ICBO
4.1.4 BJT 的主要参数 3. 极限参数  (1) 集电极最大允许电流 ICM  (2) 集电极最大允许功率损耗 PCM           PCM= ICVCE
4.1.4 BJT 的主要参数 3. 极限参数   (3) 反向击穿电压       • V(BR)CBO—— 发射极开路时的集电结       反                向击穿电压。       • V(BR) EBO—— 集电极开路...
4.1.5 温度对 BJT 参数及特性的影响1. 温度对 BJT 参数的影响 (1) 温度对 ICBO 的影响      温度每升高 10℃ , ICBO 约增加一倍。 (2) 温度对对 的影响     温度每升高 1℃ , , 值约增大 0....
4.2 共射极放大电路的工作       原理4.2.1 基本共射极放大电路的组成      基本共射极放大电路
4.2.2 基本共射极放大电路的工作原 理1. 静态 ( 直流工作状态 )            输入信号 vi =  0 时,放大电路的工作  状态称为静态或直流  工作状态。         VBB − VBEQ  I BQ =      ...
4.2.2 基本共射极放大电路的工作原 理2. 动态        输入正弦信号 vs 后  ,电路将处在动态工作情  况。此时, BJT 各极电流  及电压都将在静态值的基  础上随输入信号作相应的  变化。                 ...
4.3 放大电路的分析方法4.3.1 图解分析法  1. 静态工作点的图解分析  2. 动态工作情况的图解分析  3. 非线性失真的图解分析  4. 图解分析法的适用范围4.3.2 小信号模型分析法  1. BJT 的 H 参数及小信号模型  ...
4.3.1 图解分析法1. 静态工作点的图解分析  采用该方法分析静态工作点,必须已知三极管的输入输出特性曲线。         共射极放大电路
4.3.1 图解分析法1. 静态工作点的图解分析    首先,画出直流通路    列输入回路方程     vBE = VBB − iB Rb                             直流通路    列输出回路方程(直流负载线) ...
在输入特性曲线上,作出直线= VBB − iB Rb              vBE  ,两线的交点即是 Q 点,得到 IBQ 。   在输出特性曲线上,作出直流负载线 VCE=VCC - iCRc ,与 IBQ 曲线的交点即为 Q 点,从而...
2. 动态工作情况的图解分析     根据 vs 的波形,在 BJT 的输入特性曲线图上画出     vBE 、 iB 的波形 vs = Vsm sin ωtvBE = VBB + vs − iB Rb
2. 动态工作情况的图解分析   根据 iB 的变化范围在输出特性曲线图上画出 iC 和 vCE   的波形vCE = VCC − iC Rc
2. 动态工作情况的图解分析  共射极放大电路中的电  压、电流波形
3. 静态工作点对波形失真的影响         截止失真的波形
3. 静态工作点对波形失真的影响         饱和失真的波形
4. 图解分析法的适用范围   幅度较大而工作频率不太高的情况优点:  直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存,静态和动态等重要概念;有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点:  ...
4.3.2 小信号模型分析法1. BJT 的 H 参数及小信号模型    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...
1. BJT 的 H 参数及小信号模型• H 参数的引出     对于 BJT 双口网络,已知输入输出特性曲线如下:    iB=f(vBE) vCE=const    iC=f(vCE) iB=const可以写成             ...
1. BJT 的 H 参数及小信号模型• H 参数的引出                           vbe= hieib+ hrevce 其中:                                 ic= hfeib+ h...
1. BJT 的 H 参数及小信号模型• H 参数小信号模型  根据   vbe= hieib+ hrevce        ic= hfeib+ hoevce  可得小信号模型                               BJ...
1. BJT 的 H 参数及小信号模型• H 参数小信号模型   受控电流源 h fe i b ,反映了 B J T 的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由 ib 的流向决定。  hrevce 是一个受控电压源。反映了 BJT 输出回...
1. BJT 的 H 参数及小信号模型   参 模型的简化 BJT 在共射连接时,其 H 参数的数量级一般为          hie hre  10 3 Ω 10 −3 ~ 10 −4 [ h] e =          = 2...
1. BJT 的 H 参数及小信号模型 • H 参数的确定定 一般用测试仪测出rbe; Q 点有关,可用图示仪测    与 出。一般也用公式估算 rbe        (忽略    rbe= rbb’ + (1+ β ) r)         ...
4.3.2 小信号模型分析法2. 用 H 参数小信号模型分析基本共射极放大电路( 1 )利用直流通路求 Q 点      VBB − VBE IB =         Rb IC = β ⋅ IB          VCC − VCE VCE ...
2. 用 H 参数小信号模型分析基本共射极放大电路( 2 )画小信号等效电路         H 参数小信号等效电路
2. 用 H 参数小信号模型分析基本共射极放大电路( 3 )求放大电路动态指标电压增益根据 vi = ib ⋅ ( Rb + rbe ) ic = β ⋅ ib vo = − ic ⋅ ( Rc // RL )            H 参数小...
2. 用 H 参数小信号模型分析基本共射极放大电路( 3 )求放大电路动态指标输入电阻     vi vi Ri =     =      ii i b     ib ( Rb + rbe )   =            ib   = Rb ...
4.3.2 小信号模型分析法3. 小信号模型分析法的适用范围    放大电路的输入信号幅度较小, B J T 工作在其 V - T 特性曲线的线性范围(即放大区)内。 H 参数的值是 在静态工作点上求得的。所以,放大电路的动态性能与 静态工作点...
例                   放大电路如图所示。已知题BJT 的     ß=80 , Rb=300kΩ , Rc=2kΩ , VCC=+12V)放大电路的 Q 点。此时 BJT 工作在哪个区( 1 ,求:域?( 2 )当 Rb=10...
4.4 放大电路静态工作    点的稳定问题4.4.1 温度对静态工作点的影响4.4.2 射极偏置电路 1. 基极分压式射极偏置电路 2. 含有双电源的射极偏置电路 3. 含有恒流源的射极偏置电路
4.4.1 温度对静态工作点的影响   4.1.6 节讨论过,温度上升时, BJT 的反向电流ICBO 、 ICEO 及电流放大系数数或或都会增大,而发射结正向压降 VBE 会减小。这些参数随温度的变化,都会使放大电路中的集电极静态电流 ICQ...
4.4.2 射极偏置电 路1. 基极分压式射极偏置电路( 1 )稳定工作点原理    目标:温度变化时,使 IC 维持恒定。     如果温度变化时,b 点电位能基本不变,则可实现静态工作点的稳定。                     (a...
1. 基极分压式射极偏置电路( 1 )稳定工作点原理b 点电位基本不变的条件 :   I1 >>IBQ ,VBQ >>VBEQ               Rb2 此时 VBQ   ≈           ⋅ VCC            Rb...
1. 基极分压式射极偏置电路( 2 )放大电路指标分析 ① 静态工作点              Rb2  VBQ ≈              ⋅ VCC           Rb1 + Rb2                   VBQ −...
( 2 )放大电路指标分析  ② 电压增益<A> 画小信号等效电路
( 2 )放大电路指标分析  ② 电压增益<A> 画小信号等效电路<B> 确定模型参数  确 已知,求  r be                26( mV )rbe ≈ 200Ω + (1 + β )                    ...
( 2 )放大电路指标分析  ③ 输入电阻vi = ib [rbe + (1 + β ) Re ]i i = i b + i Rb              vi       v   v   =                  + i + i...
( 2 )放大电路指标分析 ④ 输出电阻   求输出电阻的等效电   路     • 网络内独立源置零     • 负载开路     • 输出端口加测试电压 ib ( rbe + Rs′ ) + ( ib + ic ) Re = 0 vt − ...
2. 含有双电源的射极偏置电路( 1 )阻容耦合 静态工作点  I E = (1 + β ) I B  IC ≈ IE         IC  IB =         β  0 − Rb I B − VBE − ( Re1 + Re2 ) I...
2. 含有双电源的射极偏置电路( 2 )直接耦合
3. 含有恒流源的射极偏置电路静态工作点由恒流源提供分析该电路的 Q 点及v 、 i 、 o          A R R                       end
4.5 共集电极放大电路  和共基极放大电路4.5.1 共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路4.5.3 放大电路三种组态的比较
4.5.1 共集电极放大电路共集电极电路结构如图示该电路也称为射极输出器1. 静态分析     VCC = I BQ Rb + VBEQ + I EQ Re由      I EQ = (1 + β ) I BQ            VCC −...
4.5.1 共集电极放大电路2. 动态分析  ① 小信号等效电路   交流通路
4.5.1 共集电极放大电路2. 动态分析 ② 电压增益 输入回路:    vi = ib rbe + ( ib + β ⋅ ib ) RL′       = ib rbe + ib (1 + β ) RL  ′ 其中    ′      RL...
4.5.1 共集电极放大电路2. 动态分析  ③ 输入电阻        vi           vi Ri =      =        ii   vi         vi                +             Rb...
4.5.1 共集电极放大电路2. 动态分析 ④ 输出电阻由电路列出方程     it = ib + βib + i Re    vt = ib ( rbe + Rs′ )     vt = i Re Re 其中 Rs′ = Rs // Rb则输...
4.5.1 共集电极放大电路 Av ≈ 1 。                           ′Ri = Rb //[rbe + (1 + β ) RL ]           Rs′ + rbeRo = Re //           ...
4.5.2 共基极放大电路1. 静态工作点  直流通路与射极偏置电路相同              Rb2 VBQ     ≈           ⋅ VCC           Rb1 + Rb2                    VBQ...
2. 动态指标      交流通路                            小信号等效电路① 电压增益   输入回路 vi = − ib rbe   :   输出回路 vo = − βib RL         ′        ...
2. 动态指标  ② 输入电阻     ii = i Re − ie = i Re − (1 + β )ib     i Re = vi / Re     ib = −vi / rbe                              ...
4.5.3 放大电路三种组态的比较1. 三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据:    信号由基极输入,集电极输出 — — 共射极放大电路    信号由基极输入,发射极输出 — — 共集电极放大电路    信号由发射极输入,集电极输出 ...
2. 三种组态的比较
4.5.3 放大电路三种组态的比较3. 三种组态的特点及用途共射极放大电路: 电压和电流增益都大于 1 ,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,作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路: 只有电流放大作用,...
4.6 组合放大电路4.6.1 共射—共基放大电路4.6.2 共集—共集放大电路
4.6.1 共射—共基放大电路       共射-共基放大电路
4.6.1 共射—共基放大电路     电压增益               vo vo1 vo      Av =        =    •   = Av1 • Av 2               vi   vi vo1     其中  ...
4.6.1 共射—共基放大电路输入电阻       viRi =      = Rb||rbe1 = Rb1||Rb2||rbe1       ii输出电阻       Ro ≈Rc2
4.6.2 共集—共集放大电路    ( a ) 原理图      ( b ) 交流通路T 1 、 T 2 构成复合管,可等效为一个 NPN 管
4.6.2 共集—共集放大电路1. 复合管的主要特性两只 NPN 型 BJT 组成的复合管           两只 PNP 型 BJT 组成的复合管            rbe = rbe1 + (1 ++ 1)rbe2
4.6.2 共集—共集放大电路1. 复合管的主要特性 NPN 与 PNP 型 BJT 组成的复合管           PNP 与 NPN 型 BJT 组成的复合                                  管      ...
4.6.2 共集—共集放大电路2. 共集集共集放大电路的 Av 、 Ri 、 Ro        vo      ( 1 + β ) RL   Av =    =        vi   rbe + ( 1 + β ) RL       式中 ...
4.7 放大电路的频率响         应  研究放大电路的动态指标(主要是增益)随信号频率变化时的响应。4.7.1 单时间常数 RC 电路的频率响应4.7.2 BJT 的高频小信号模型及频率参数4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应4.7...
4.7.1 单时间常数 RC 电路的频率响应 1. RC 低通电路的频率响应 ① 增益频率函数(电路理论中的稳态分析                       ) RC 电路的电压增益(传递函数) :            Vo ( s ) ...
1. RC 低通电路的频率响应 ② 频率响应曲线描 述                        1幅频响应      AVH =                  1 + ( f / fH ) 2         最大误差 -3dB相频响...
2. RC 高通电路的频率响应           RC 高通电路RC 电路的电压增益:      Vo ( s )                      R2    AVL ( s ) =              =          ...
4.7.2 BJT 的高频小信号模型及频率参数1. BJT 的高频小信号模型 ① 模型的引 出 r --- 基区的体电阻, b 是假想的基区内的一个点    bb    rbe--- 发射结电阻 re 归算到基极回路的电阻  Cb′e --- ...
1. BJT 的高频小信号模型② 简化模型 忽略 rb′c 和 rce混合合型高频小信号模型
2. BJT 高频小信号模型中元件参数值的获得低频时,混合合模型与 H 参数模型等价   rbe = rbb′ + rb′e                                             VT 又 rbe = rbb′...
2. BJT 高频小信号模型中元件参数值的获得低频时,混合合模型与 H 参数模型等价              又因为 Vb′e = I b rb′e                                     gm      ...
3. BJT 的频率参数  由 H 参数可知        ∂iC      hfe =       VCE        ∂iB               = Ic   即 β                            ...
3. BJT 的频率参数                    β0     β≈          1 + jω (C b′e + C b′c )rb′e                  1    fβ ≈    令         2π...
4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应①① 型高频等效电路
4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应   1. 高频响应  ①① 型高频等效电  路 目标:断开输入输出之间的连  接   对节点 c 列 KCL   得                Vo   g mVb′e +          ...
4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应 ①① 型高频等效电 路 C = (1 + g R′ )C      M1     m   L   b′c同理,在 c 、 e 之间也可以           C M2 ≈求得一个等效电容...
4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应①① 型高频等效电路目标:简化和变换 C M1 = (1 + g m R′ )C b′c                  L C M2 ≈ C b′c C M2 << C M1     ...
4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应①① 型高频等效电路目标:简化和变换 C M1 = (1 + g m R′ )C b′c                  L C = C b′e + C M1R = ( Rs // Rb...
4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应   1. 高频响应   ② 高频响应和上限频率     由电路得                     1                   Vb′e =             Vs′     ...
1. 高频响应  ② 高频响应和上限频率共射放大电                                  1路            A VSH = AVSM ⋅                           1 + j(...
1. 高频响应    ③ 增益 - 带宽积                      r      Rb // rbe     1AVSM ⋅ f H = g m RL ⋅ be ⋅             ⋅                ...
例题         例 3.7.1 设共射放大电路在室温下运行,其参数为: 1kΩ,            Rs =rbb′ = 100Ω,I C = 1mA,β 0 = 100,f T = 400MHz,C b′c = 0.5pF, c =...
2. 低频响应① 低频等效电路
2. 低频响应① 低频等效电路Rb= ( Rb1//Rb2 )远大于R’1  i    << ReωC e    Ie ≈ Ic ,                      R’i        Ce>>Cb2
2. 低频响应                                   C b1Ce ② 低频响应                  C1 =                              (1 + β )C b1 + ...
2. 低频响应  ② 低频响应                                                AVSMAVSL =         [1 − j( f L1 /f )][1 − j( f L2 /f )]  ...
2. 低频响应② 低频响应 包含 fL2 的幅频响 应
4.7.4 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① 高频等效电路
1. 共基极放大电路的高频响应② 高频响应                                         AVSM  AVSH   =                 f           f          ...
4.7.4 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上限频率
4.7.5 多级放大电路的频率响应1. 多级放大电路的增益                                                      ( jω ) = Vo ( jω ) = Vo1 ( jω ) ⋅ V...
4.7.5 多级放大电路的频率响应2. 多级放大电路的频率响应                   (以两级为例)当两级增益和频带均相同时 则单级的上下限频率处的增益 0.707 AVM1 。      ,                 ...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

模拟电子技术基础Ch04

293 views

Published on

ycu

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

模拟电子技术基础Ch04

  1. 1. 4.1 半导体三极管4.2 共射极放大电路的工作原理4.3 放大电路的分析方法4.4 放大电路静态工作点的稳定问题4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路4.6 组合放大电路4.7 放大电路的频率响应
  2. 2. 4.1 半导体三极管4.1.1 BJT 的结构简介4.1.2 放大状态下 BJT 的工作原理4.1.3 BJT 的 V - I 特性曲线4.1.4 BJT 的主要参数
  3. 3. 4.1.1 BJT 的结构简介 (a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管
  4. 4. 4.1.1 BJT 的结构简介 半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型 :NPN 型和 PNP型。(a) NPN 型管结构示意图(b) PNP 型管结构示意图(c) NPN 管的电路符号(d) PNP 管的电路符号
  5. 5. 4.1.1 BJT 的结构简介集成电路中典型 NP N 型 B J T 的截面图
  6. 6. 4.1.2 放大状态下 BJT 的工作原 理 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。 由于三极管内有两种载流子外部条件: 发射结正偏 ( 自由电子和空穴 ) 参与导电, 故称为双极型三极管或 B J T 集电结反偏 ( Bipolar Junction Transistor) 。1. 内部载流子的传输过程发射区:发射载流子集电区:收集载流子基区:传送和控制载流子 (以 NP N 为例) IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO 放大状态下 B J T 中载流子的传输 过程
  7. 7. 2. 电流分配关系 根据传输过程可 IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO 知 传输到集电极的电流 设 α= 发射极注入电流 I nC 即 α= IE 通常 IC >> ICBO IC 则有 α ≈ IE 为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸 放大状态下 B J T 中载流子的传输和掺杂浓度有关,与外加电 过程压无关。一般 =0.9∼0.99 。
  8. 8. 2. 电流分配关系 α又设 β = 1−α I nC根 IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO α=据 IE且 ICEO= (1+ β ) ICBO (穿透电流)令 I C − I CEO IC则 β= 当 I C >> I CEO 时,β ≈ IB IB 是另一个电流放大系数。同样, 它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关,与 外加电压无关。一般 >> 1 。
  9. 9. 3. 三极管的三种组态 BJT 的三种组态共发射极接法,发射极作为公共电极,用 CE 表示;共基极接法,基极作为公共电极,用 CB 表示; 共集电极接法,集电极作为公共电极,用 CC 表 示。
  10. 10. 4. 放大作用 共基极放大电路若 ∆vI = 20mV 使 ∆iE = -1 当 α = 0.98 时, mA则 ∆iC = α ∆iE = -0.98 , ∆vO = -∆iC• RL = 0.98 V , mA , ∆vO 0.98V电压放大倍数 Av = = = 49 ∆vI 20mV
  11. 11. 综上所述,三极管的放大作用,主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输,然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是:( 1 )内部条件: 发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度,且基区很薄。( 2 )外部条件: 发射结正向偏置,集电结反向偏置。
  12. 12. 4.1.3 BJT 的 V-I 特性曲线 1. 输入特性曲 (以共射极放大电路为例) 线 iB=f(vBE) vCE=const(1) 当 vCE=0V 时,相当于发射结的正向伏安特性曲线。(2) 当 vCE≥1V 时, vCB= vCE - vBE>0 ,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 vBE 下 IB 减小,特性曲线右移。 共射极连接
  13. 13. 4.1.3 BJT 的 V-I 特性曲线 2. 输出特性曲 线 iC=f(vCE) iB=const输出特性曲线的三个区域 :饱和区: iC 明显受 vCE 控制的区域,该区域内,一般 vCE < 0.7V ( 硅管 ) 。此时,发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很小。截止区: iC 接近零的区域,相当 放大区: iC 平行于 vCE 轴的区域,iB=0 的曲线的下方。此时, vBE 曲线基本平行等距。此时,发射小于死区电压。 结正偏,集电结反偏。
  14. 14. 4.1.4 BJT 的主要参数1. 电流放大系数 (1) 共发射极直流电流放大系数 β β = ( IC - ICEO ) /IB≈IC / IB | vCE=const(2) 共发射极交流电流放大系数共 β =∆IC/∆IB vCE=const β与 iC 的关系曲线
  15. 15. 4.1.4 BJT 的主要参数1. 电流放大系数 α (3) 共基极直流电流放大系数 α = ( IC - ICBO ) /IE≈IC/IE (4) 共基极交流电流放大系数 α α =∆IC/∆IE v CB=const α 当 ICBO 和 ICEO 很小时,β ≈ 、 ≈ ,可以不加区分。
  16. 16. 4.1.4 BJT 的主要参数 2. 极间反向电流 (1) 集电极基极间反向饱和电流 ICBO 发射极开路时,集电结的反向饱和 电流。
  17. 17. 4.1.4 BJT 的主要参数 2. 极间反向电流 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO β ICEO= ( 1+ ) ICBO
  18. 18. 4.1.4 BJT 的主要参数 3. 极限参数 (1) 集电极最大允许电流 ICM (2) 集电极最大允许功率损耗 PCM PCM= ICVCE
  19. 19. 4.1.4 BJT 的主要参数 3. 极限参数 (3) 反向击穿电压 • V(BR)CBO—— 发射极开路时的集电结 反 向击穿电压。 • V(BR) EBO—— 集电极开路时发射结的 反 向击穿电压。 • V(BR)CEO—— 基极开路时集电极和发射 极间 几个击穿电压有如下关系 的击穿电压。 V(BR)CBO > V(BR)CEO > V(BR) EBO
  20. 20. 4.1.5 温度对 BJT 参数及特性的影响1. 温度对 BJT 参数的影响 (1) 温度对 ICBO 的影响 温度每升高 10℃ , ICBO 约增加一倍。 (2) 温度对对 的影响 温度每升高 1℃ , , 值约增大 0.5%~1% 。 (3) 温度对反向击穿电压 V(BR)CBO 、 V(BR)CEO 的影响 温度升高时, V(BR)CBO 和 V(BR)CEO 都会有所提高。2. 温度对 BJT 特性曲线的影响 end
  21. 21. 4.2 共射极放大电路的工作 原理4.2.1 基本共射极放大电路的组成 基本共射极放大电路
  22. 22. 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原 理1. 静态 ( 直流工作状态 ) 输入信号 vi = 0 时,放大电路的工作 状态称为静态或直流 工作状态。 VBB − VBEQ I BQ = Rb I CQ = βI BQ + I CEO ≈ βI BQ 直流通路 VCEQ=VCC - ICQRc
  23. 23. 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原 理2. 动态 输入正弦信号 vs 后 ,电路将处在动态工作情 况。此时, BJT 各极电流 及电压都将在静态值的基 础上随输入信号作相应的 变化。 交流通路
  24. 24. 4.3 放大电路的分析方法4.3.1 图解分析法 1. 静态工作点的图解分析 2. 动态工作情况的图解分析 3. 非线性失真的图解分析 4. 图解分析法的适用范围4.3.2 小信号模型分析法 1. BJT 的 H 参数及小信号模型 2. 用 H 参数小信号模型分析基本共射极放大 电路 3. 小信号模型分析法的适用范围
  25. 25. 4.3.1 图解分析法1. 静态工作点的图解分析 采用该方法分析静态工作点,必须已知三极管的输入输出特性曲线。 共射极放大电路
  26. 26. 4.3.1 图解分析法1. 静态工作点的图解分析 首先,画出直流通路 列输入回路方程 vBE = VBB − iB Rb 直流通路 列输出回路方程(直流负载线) VCE=VCC - iCRc
  27. 27. 在输入特性曲线上,作出直线= VBB − iB Rb vBE ,两线的交点即是 Q 点,得到 IBQ 。 在输出特性曲线上,作出直流负载线 VCE=VCC - iCRc ,与 IBQ 曲线的交点即为 Q 点,从而得到 VCEQ 和 ICQ 。
  28. 28. 2. 动态工作情况的图解分析 根据 vs 的波形,在 BJT 的输入特性曲线图上画出 vBE 、 iB 的波形 vs = Vsm sin ωtvBE = VBB + vs − iB Rb
  29. 29. 2. 动态工作情况的图解分析 根据 iB 的变化范围在输出特性曲线图上画出 iC 和 vCE 的波形vCE = VCC − iC Rc
  30. 30. 2. 动态工作情况的图解分析 共射极放大电路中的电 压、电流波形
  31. 31. 3. 静态工作点对波形失真的影响 截止失真的波形
  32. 32. 3. 静态工作点对波形失真的影响 饱和失真的波形
  33. 33. 4. 图解分析法的适用范围 幅度较大而工作频率不太高的情况优点: 直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存,静态和动态等重要概念;有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点: 不能分析工作频率较高时的电路工作状态,也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。
  34. 34. 4.3.2 小信号模型分析法1. BJT 的 H 参数及小信号模型 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。 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。
  35. 35. 1. BJT 的 H 参数及小信号模型• H 参数的引出 对于 BJT 双口网络,已知输入输出特性曲线如下: iB=f(vBE) vCE=const iC=f(vCE) iB=const可以写成 BJT 双口网络 vBE = f1 ( iB , vCE ) iC = f 2 ( iB , vCE ):在小信号情况下,对上两式取全微分得 ∂vBE ∂vBE dvBE = VCE ⋅ diB + I B ⋅ dvCE ∂i B ∂vCE ∂iC ∂iC diC = VCE ⋅ di B + I B ⋅ dvCE ∂iB ∂vCE用小信号交流分量表示 vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
  36. 36. 1. BJT 的 H 参数及小信号模型• H 参数的引出 vbe= hieib+ hrevce 其中: ic= hfeib+ hoevce ∂vBEh ie = VCE 输出端交流短路时的输入电阻; ∂iB ∂iC 输出端交流短路时的正向电流传输比 h fe = VCE ∂iB 或电流放大系数; ∂vBEh re = IB 输入端交流开路时的反向电压传输比 ∂vCE ; ∂iCh oe = IB 输入端交流开路时的输出电导。 ∂vCE 四个参数量纲各不相同,故称为混合参数( H 参 数)。
  37. 37. 1. BJT 的 H 参数及小信号模型• H 参数小信号模型 根据 vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce 可得小信号模型 BJT 双口网络 BJT 的 H 参数模型
  38. 38. 1. BJT 的 H 参数及小信号模型• H 参数小信号模型 受控电流源 h fe i b ,反映了 B J T 的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由 ib 的流向决定。 hrevce 是一个受控电压源。反映了 BJT 输出回路电压对输入回路的影响。 • H 参数都是小信号参数,即微变参数或交流参数。 • H 参数与工作点有关,在放大区基本不变。 • H 参数都是微变参数,所以只适合对交流信号的分 析。
  39. 39. 1. BJT 的 H 参数及小信号模型 参 模型的简化 BJT 在共射连接时,其 H 参数的数量级一般为  hie hre  10 3 Ω 10 −3 ~ 10 −4 [ h] e =  = 2   hfe hoe   10 10 − 5 S  hre 和 hoe 都很小,常忽略它们的影响。
  40. 40. 1. BJT 的 H 参数及小信号模型 • H 参数的确定定 一般用测试仪测出rbe; Q 点有关,可用图示仪测 与 出。一般也用公式估算 rbe (忽略 rbe= rbb’ + (1+ β ) r) r’e e其中对于低频小功率管 rbb’≈200Ω VT (mV ) 26(mV ) 而 re = = (T=300K) I EQ (mA ) I EQ (mA ) 26( mV ) 则 rbe ≈ 200Ω + (1 + β ) I EQ ( mA )
  41. 41. 4.3.2 小信号模型分析法2. 用 H 参数小信号模型分析基本共射极放大电路( 1 )利用直流通路求 Q 点 VBB − VBE IB = Rb IC = β ⋅ IB VCC − VCE VCE =( − I C ) RL Rc 共射极放大电路 一般硅管 VBE=0.7V ,锗管 VBE=0.2V ,, 已知。
  42. 42. 2. 用 H 参数小信号模型分析基本共射极放大电路( 2 )画小信号等效电路 H 参数小信号等效电路
  43. 43. 2. 用 H 参数小信号模型分析基本共射极放大电路( 3 )求放大电路动态指标电压增益根据 vi = ib ⋅ ( Rb + rbe ) ic = β ⋅ ib vo = − ic ⋅ ( Rc // RL ) H 参数小信号等效电路则电压增益为 vo − ic ⋅ ( Rc // RL ) Av = = vi ib ⋅ ( Rb + rbe ) − β ⋅ ib ⋅ ( Rc // RL ) β ⋅ ( Rc // RL ) = =− ib ⋅ ( Rb + rbe ) ( Rb + rbe ) (可作为公式)
  44. 44. 2. 用 H 参数小信号模型分析基本共射极放大电路( 3 )求放大电路动态指标输入电阻 vi vi Ri = = ii i b ib ( Rb + rbe ) = ib = Rb + rbe输出电阻 vt Ro = it vs = 0 , RL = ∞令 vi = 0 ib = 0 β ⋅ ib = 0 所以 Ro = Rc
  45. 45. 4.3.2 小信号模型分析法3. 小信号模型分析法的适用范围 放大电路的输入信号幅度较小, B J T 工作在其 V - T 特性曲线的线性范围(即放大区)内。 H 参数的值是 在静态工作点上求得的。所以,放大电路的动态性能与 静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。优点: 分析放大电路的动态性能指标 (Av 、 Ri 和 Ro 等 )非常方便,且适用于频率较高时的分析。缺点: 在 BJT 与放大电路的小信号等效电路中,电压、电流等电量及 BJT 的 H 参数均是针对变化量 ( 交流量 )而言的,不能用来分析计算静态工作点。
  46. 46. 例 放大电路如图所示。已知题BJT 的 ß=80 , Rb=300kΩ , Rc=2kΩ , VCC=+12V)放大电路的 Q 点。此时 BJT 工作在哪个区( 1 ,求:域?( 2 )当 Rb=100kΩ 时,放大电路的 Q 点。此时BJT 工作在哪个区域?(忽略 BJT 的饱和压降) VCC − VBE 12V 解:( 1 ) BQ = I ≈ = 40μA Rb 300kΩ 共射极放大电路 I CQ = β ⋅ I BQ = 80 × 40μA = 3.2mA VCEQ = VCC − Rc ⋅ I CQ = 12V - 2kΩ × 3.2mA = 5.6V 静态工作点为 Q ( 40µA , 3.2mA , 5.6V ), BJT 工作在放大区。( 2 )当 Rb=100kΩ 时 I = VCC ≈ 12V = 120μA I CQ = β ⋅ I BQ = 80 × 120μA = 9.6mA BQ, Rb 100kΩ VCEQ = VCC − Rc ⋅ I CQ = 12V - 2kΩ × 9.6mA = −7.2V VCE 不可能为负值, V − VCES 12V 其最小值也只能为 0 ,即 IC 的最大电流为: I CM = CC ≈ = 6mA 此 Rc 2kΩ 时, Q ( 120uA , 6mA , 0V )由于 β ⋅ I BQ > I CM ,所以 BJT 工作在饱和区 , 。 end
  47. 47. 4.4 放大电路静态工作 点的稳定问题4.4.1 温度对静态工作点的影响4.4.2 射极偏置电路 1. 基极分压式射极偏置电路 2. 含有双电源的射极偏置电路 3. 含有恒流源的射极偏置电路
  48. 48. 4.4.1 温度对静态工作点的影响 4.1.6 节讨论过,温度上升时, BJT 的反向电流ICBO 、 ICEO 及电流放大系数数或或都会增大,而发射结正向压降 VBE 会减小。这些参数随温度的变化,都会使放大电路中的集电极静态电流 ICQ 随温度升高而增加( ICQ= β IBQ+ ICEO ) ,从而使 Q 点随温度变化。 要想使 ICQ 基本稳定不变,就要求在温度升高时,电路能自动地适当减小基极电流 IBQ 。
  49. 49. 4.4.2 射极偏置电 路1. 基极分压式射极偏置电路( 1 )稳定工作点原理 目标:温度变化时,使 IC 维持恒定。 如果温度变化时,b 点电位能基本不变,则可实现静态工作点的稳定。 (a) 原理电路 (b) 直流通路稳定原理:T ↑ → IC↑ → IE↑ → VE↑ 、 VB 不 → VBE ↓ → IB↓ 变 IC ↓ (反馈控制)
  50. 50. 1. 基极分压式射极偏置电路( 1 )稳定工作点原理b 点电位基本不变的条件 : I1 >>IBQ ,VBQ >>VBEQ Rb2 此时 VBQ ≈ ⋅ VCC Rb1 + Rb2 , VBQ 与温度无关 Re 取值越大,反馈控制作用越强 一般取 I1 =(5~10)IBQ , VBQ =3~5V
  51. 51. 1. 基极分压式射极偏置电路( 2 )放大电路指标分析 ① 静态工作点 Rb2 VBQ ≈ ⋅ VCC Rb1 + Rb2 VBQ − VBEQ I CQ ≈ I EQ = Re VCEQ = VCC − I CQ Rc − I EQ Re ≈ VCC − I CQ ( Rc + Re ) I CQ I BQ = β
  52. 52. ( 2 )放大电路指标分析 ② 电压增益<A> 画小信号等效电路
  53. 53. ( 2 )放大电路指标分析 ② 电压增益<A> 画小信号等效电路<B> 确定模型参数 确 已知,求 r be 26( mV )rbe ≈ 200Ω + (1 + β ) I EQ ( mA )<C> 增益 输出回路: vo = − β ⋅ ib ( Rc // RL ) 输入回路: vi = ib rbe + ie Re = ib rbe + ib (1 + β ) Re vo − β ⋅ ib ( Rc // RL ) β ⋅ ( Rc // RL )电压增益: Av = = =− vi ib [rbe + (1 + β ) Re ] rbe + (1 + β ) Re (可作为公式用)
  54. 54. ( 2 )放大电路指标分析 ③ 输入电阻vi = ib [rbe + (1 + β ) Re ]i i = i b + i Rb vi v v = + i + i rbe + (1 + β ) Re Rb1 Rb2 则输入电阻 Ri = vi 1 = ii 1 1 1 + + rbe + (1 + β ) Re Rb1 Rb2 = Rb1 || Rb2 || [rbe + (1 + β ) Re ] 放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻
  55. 55. ( 2 )放大电路指标分析 ④ 输出电阻 求输出电阻的等效电 路 • 网络内独立源置零 • 负载开路 • 输出端口加测试电压 ib ( rbe + Rs′ ) + ( ib + ic ) Re = 0 vt − ( ic − β ⋅ ib )rce − ( ic + ib ) Re = 0 ′ 其中 Rs = Rs // Rb1 // Rb2则 R′ = vt β ⋅ Re = rce (1 + ) ′ 输出电阻 Ro = Rc // Ro rbe + Rs′ + Re o ic ′ 当 Ro >> Rc 时, Ro ≈ Rc ′ ( 一般 Ro > rce >> Rc )
  56. 56. 2. 含有双电源的射极偏置电路( 1 )阻容耦合 静态工作点 I E = (1 + β ) I B IC ≈ IE IC IB = β 0 − Rb I B − VBE − ( Re1 + Re2 ) I E − ( −VEE ) = 0 VCE = VCC − ( −VEE ) − I C Rc − I E ( Re1 + Re1 )
  57. 57. 2. 含有双电源的射极偏置电路( 2 )直接耦合
  58. 58. 3. 含有恒流源的射极偏置电路静态工作点由恒流源提供分析该电路的 Q 点及v 、 i 、 o A R R end
  59. 59. 4.5 共集电极放大电路 和共基极放大电路4.5.1 共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路4.5.3 放大电路三种组态的比较
  60. 60. 4.5.1 共集电极放大电路共集电极电路结构如图示该电路也称为射极输出器1. 静态分析 VCC = I BQ Rb + VBEQ + I EQ Re由 I EQ = (1 + β ) I BQ VCC − VBEQ得 I BQ = I CQ = β ⋅ I BQ Rb + (1 + β ) Re VCEQ = VCC − I EQ Re ≈ VCC − I CQ Re 直流通路
  61. 61. 4.5.1 共集电极放大电路2. 动态分析 ① 小信号等效电路 交流通路
  62. 62. 4.5.1 共集电极放大电路2. 动态分析 ② 电压增益 输入回路: vi = ib rbe + ( ib + β ⋅ ib ) RL′ = ib rbe + ib (1 + β ) RL ′ 其中 ′ RL = Re // RL ′ ′ 输出回路:vo = ( ib + β ⋅ ib ) RL = ib (1 + β ) RL 电压增益: vo ′ ib (1 + β ) RL ′ (1 + β ) RL ′ β ⋅ RL Av = = = ≈ <1 ′ ′ ′ vi ib [rbe + (1 + β ) RL ] rbe + (1 + β ) RL rbe + β ⋅ RL一般 β ⋅ RL >> rbe ,则电压增益接近于 1 即 Av ≈ 1 。 vo与vi同相 ′ , 电压跟随器
  63. 63. 4.5.1 共集电极放大电路2. 动态分析 ③ 输入电阻 vi vi Ri = = ii vi vi + Rb rbe + (1 + β ) RL = Rb || [rbe + (1 + β ) RL ] 当 ′ β >> 1 , β ⋅ RL >> rbe 时, Ri ≈ Rb // β ⋅ RL ′ 输入电阻大
  64. 64. 4.5.1 共集电极放大电路2. 动态分析 ④ 输出电阻由电路列出方程 it = ib + βib + i Re vt = ib ( rbe + Rs′ ) vt = i Re Re 其中 Rs′ = Rs // Rb则输出电阻 vt Rs′ + rbe Ro = = Re // it 1+ β Rs′ + rbe Rs′ + rbe 当 Re >> , β >> 1 时, Ro ≈ 输出电阻小 1+ β β
  65. 65. 4.5.1 共集电极放大电路 Av ≈ 1 。 ′Ri = Rb //[rbe + (1 + β ) RL ] Rs′ + rbeRo = Re // 1+ β共集电极电路特点: ◆ 电压增益小于 1 但接近于o与vi同相 v 1 , 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
  66. 66. 4.5.2 共基极放大电路1. 静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同 Rb2 VBQ ≈ ⋅ VCC Rb1 + Rb2 VBQ − VBEQ I CQ ≈ I EQ = Re VCEQ = VCC − I CQ Rc − I EQ Re ≈ VCC − I CQ ( Rc + Re ) I CQ I BQ = β
  67. 67. 2. 动态指标 交流通路 小信号等效电路① 电压增益 输入回路 vi = − ib rbe : 输出回路 vo = − βib RL ′ RL = Rc // RL : vo βRL 电压增益 Av = = vi rbe :
  68. 68. 2. 动态指标 ② 输入电阻 ii = i Re − ie = i Re − (1 + β )ib i Re = vi / Re ib = −vi / rbe 小信号等效电路  vi − vi Ri = vi / ii = vi   R − (1 + β ) r    e be  rbe = Re || 1+ β ③ 输出电阻 Ro ≈ Rc
  69. 69. 4.5.3 放大电路三种组态的比较1. 三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据: 信号由基极输入,集电极输出 — — 共射极放大电路 信号由基极输入,发射极输出 — — 共集电极放大电路 信号由发射极输入,集电极输出 — — 共基极电路
  70. 70. 2. 三种组态的比较
  71. 71. 4.5.3 放大电路三种组态的比较3. 三种组态的特点及用途共射极放大电路: 电压和电流增益都大于 1 ,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,作多级放大电路的中间级。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。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有电位移动的功能。 end
  72. 72. 4.6 组合放大电路4.6.1 共射—共基放大电路4.6.2 共集—共集放大电路
  73. 73. 4.6.1 共射—共基放大电路 共射-共基放大电路
  74. 74. 4.6.1 共射—共基放大电路 电压增益 vo vo1 vo Av = = • = Av1 • Av 2 vi vi vo1 其中 β1 RL ′ β1 rbe2 Av1 = − =− rbe1 rbe1 (1 + β2 ) β2 RL2 β2 ( Rc2 || RL ) rbe2 Av 2 = = ′ RL = rbe2 rbe2 1 + β2所以 Av = − β1 rbe2 • β2 ( Rc2 || RL ) 组合放大电路总的电压增益 (1 + β2 )rbe1 rbe2 等于组成它的各级单管放大电路电 因为 β2 >> 1 压增益的乘积。 β1 ( Rc2 || RL ) 前一级的输出电压是后一级 因此 Av = − rbe1 的输入电压,后一级的输入电阻是 前一级的负载电阻 RL 。
  75. 75. 4.6.1 共射—共基放大电路输入电阻 viRi = = Rb||rbe1 = Rb1||Rb2||rbe1 ii输出电阻 Ro ≈Rc2
  76. 76. 4.6.2 共集—共集放大电路 ( a ) 原理图 ( b ) 交流通路T 1 、 T 2 构成复合管,可等效为一个 NPN 管
  77. 77. 4.6.2 共集—共集放大电路1. 复合管的主要特性两只 NPN 型 BJT 组成的复合管 两只 PNP 型 BJT 组成的复合管 rbe = rbe1 + (1 ++ 1)rbe2
  78. 78. 4.6.2 共集—共集放大电路1. 复合管的主要特性 NPN 与 PNP 型 BJT 组成的复合管 PNP 与 NPN 型 BJT 组成的复合 管 rbe = rbe1
  79. 79. 4.6.2 共集—共集放大电路2. 共集集共集放大电路的 Av 、 Ri 、 Ro vo ( 1 + β ) RL Av = = vi rbe + ( 1 + β ) RL 式中 β ≈β 1 β 2 rbe = rbe1 + (1 + + 1)rbe2 R′ L = Re||RL Ri = Rb||[rbe + (1 ++ )R′ L] Rs || Rb + rbe Ro = Re || 1+ β end
  80. 80. 4.7 放大电路的频率响 应 研究放大电路的动态指标(主要是增益)随信号频率变化时的响应。4.7.1 单时间常数 RC 电路的频率响应4.7.2 BJT 的高频小信号模型及频率参数4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应4.7.5 多级放大电路的频率响应
  81. 81. 4.7.1 单时间常数 RC 电路的频率响应 1. RC 低通电路的频率响应 ① 增益频率函数(电路理论中的稳态分析 ) RC 电路的电压增益(传递函数) : Vo ( s ) 1 / sC1 1AVH ( s ) = = = Vi ( s ) R1 + 1 / sC1 1 + sR1C1 1又 s = jω = j2πf 且令 f H = 2 πR1C1  RC 低通电路则  = Vo = AVH 1  Vi 1 + j( f / fH ) 1 电压增益的幅值(模) AVH = (幅频响应) 1 + ( f / fH ) 2 电压增益的相角 ϕ H = −arctan( f / f H ) (相频响应)
  82. 82. 1. RC 低通电路的频率响应 ② 频率响应曲线描 述 1幅频响应 AVH = 1 + ( f / fH ) 2 最大误差 -3dB相频响应 ϕ H = −arctan( f / f H )
  83. 83. 2. RC 高通电路的频率响应 RC 高通电路RC 电路的电压增益: Vo ( s ) R2 AVL ( s ) = = Vi ( s ) R2 + 1 / sC 2 s = s + 1 / R2C 2 1幅频响应 AVL = 1 + ( fL / f ) 2 相频响应 ϕL = arctan( f L / f ) 输出超前输入
  84. 84. 4.7.2 BJT 的高频小信号模型及频率参数1. BJT 的高频小信号模型 ① 模型的引 出 r --- 基区的体电阻, b 是假想的基区内的一个点 bb rbe--- 发射结电阻 re 归算到基极回路的电阻 Cb′e --- 发射结电容 rb′c--- 集电结电阻 Cb′c --- 集电结电容 ∂iC ∆iC互导 gm = VCE = VCE ∂vB′E ∆vB′E BJT 的高频小信号模型
  85. 85. 1. BJT 的高频小信号模型② 简化模型 忽略 rb′c 和 rce混合合型高频小信号模型
  86. 86. 2. BJT 高频小信号模型中元件参数值的获得低频时,混合合模型与 H 参数模型等价 rbe = rbb′ + rb′e VT 又 rbe = rbb′ + (1 + β )re = rbb′ + (1 + β ) I EQ VT 所以 rb′e = (1 + β ) I EQ rbb′ = rbe − rb′e
  87. 87. 2. BJT 高频小信号模型中元件参数值的获得低频时,混合合模型与 H 参数模型等价   又因为 Vb′e = I b rb′e gm   gmVb′e = βI b C b′e = 2 πf T β I EQ C b′c 和 f T 从手册中查 所以 gm = ≈ 出 rb′e VT
  88. 88. 3. BJT 的频率参数 由 H 参数可知 ∂iC hfe = VCE ∂iB   = Ic 即 β   Vce = 0 I b 根据混合根模型得  Vb′e   I c = gmVb′e − 1/jωC b′c   Vb′e = I b [rb′e //(1 / jωC b′e ) //(1 / jωC b′c )]  Ic gm − jωC b′c 当 gm >> ωC b′c 时, 所以 β = =  I b 1/rb′e + jω (C b′e + C b′c )  β0 β≈ 1 + jω (C b′e + C b′c )rb′e 低频时 β 0 = gm rb′e
  89. 89. 3. BJT 的频率参数  β0 β≈ 1 + jω (C b′e + C b′c )rb′e 1 fβ ≈ 令 2π(C b′e + C b′c )rb′e  = β0( 的幅频响应 β 1 + ( f / fβ ) 2 f ϕ ϕ 的相频响应 = −arctg fβ fβ —— 共发射极截止频 率 f T —— 特征频率 gm gm f T = β 0 fβ = ≈ fα —— 共基极截止频率 2π(C b′e + C b′c ) 2πC b′e fβ < f T < f α fα = (1 ++ 0)fβ ≈fβ + fT
  90. 90. 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应1. 高频响应①① 型高频等效电路
  91. 91. 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应 ①① 型高频等效电 路 目标:断开输入输出之间的连 接 对节点 c 列 KCL 得  Vo g mVb′e +   + (Vo − Vb′e ) jωC b′c = 0 R′L 由于输出回路电流比较大, 所以可以 C b′c 忽略 的分流,得  Vb′e 1   ZM = = Vo ≈ − g m R′ Vb′e L  ′ I Cb′c (1 + g m RL ) jωCb′c 而输入回路电流比较小,所 相当于 b′ 和 e 之间存在一个电容, 以不能 C b′c 忽略 的电流。 ′ 若用C M1 表示, 则 C M1 = (1 + g m RL )C b′c    又因为 I Cb′c = (Vb′e − Vo ) jωCb′c C M1 称为密勒电容
  92. 92. 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应 ①① 型高频等效电 路 C = (1 + g R′ )C M1 m L b′c同理,在 c 、 e 之间也可以 C M2 ≈求得一个等效电容 CM2 ,且C b′c等效后断开了输入输出之间的联系
  93. 93. 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应①① 型高频等效电路目标:简化和变换 C M1 = (1 + g m R′ )C b′c L C M2 ≈ C b′c C M2 << C M1 输出回路的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 CM2 的影响。 C = C b′e + C M1
  94. 94. 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应①① 型高频等效电路目标:简化和变换 C M1 = (1 + g m R′ )C b′c L C = C b′e + C M1R = ( Rs // Rb + rbb′ ) // rb′e rbe Rb // rbeVs′ = •  Vs rbe Rs + Rb // rbe rbe = rbb + rbe
  95. 95. 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应 1. 高频响应 ② 高频响应和上限频率 由电路得 1  Vb′e = Vs′ 1 + jωRC   Vo = − g m R′ Vb′e L rbe Rb // rbe C = C b′e + C M1 R = ( Rs // Rb + rbb′ ) // rb′e Vs′ = •  Vs rbe Rs + Rb // rbe  Vo rbe Rb // rbe 1  AVSM电压增益频 A VSH =  = − g m RL •  • • = Vs rbe Rs + Rb // rbe 1 + jωRC 1 + j( f / f H )响  r Rb // rbe β R Rb // rbe 中频增益或 其中 AVSM = − g m RL • be • =− 0 L • rbe Rs + Rb // rbe rbe Rs + Rb // rbe 通带源电压 1 f H= 上限频率 增益 2πRC
  96. 96. 1. 高频响应 ② 高频响应和上限频率共射放大电 1路   A VSH = AVSM ⋅ 1 + j( f / fH )RC 低通电路  1 AVH = 1 + j( f / f H ) 频率响应曲线变化趋势相同幅频响应  20 lg | A  |= 20 lg | AVSM | VSH 1 + 20 lg 1 + ( f / fH )2相频响应 同 =- 180° - arctg(f/fH)
  97. 97. 1. 高频响应 ③ 增益 - 带宽积 r Rb // rbe 1AVSM ⋅ f H = g m RL ⋅ be ⋅ ⋅ rbe Rs + Rb // rbe 2πRC rbe Rb // rbe 1 = g m RL ⋅ ⋅ ⋅ rbe Rs + Rb // rbe 2 π[ rbe // ( rbb + Rb // Rs ) ][ C be + (1 + g m RL ) C bc ]当 Rb>>Rs 及 Rb>>rbe 时,有  g m RL AVSM ⋅ f H = 2 π( rbb + Rs ) [ C be + (1 + g m RL ) C bc ] BJT 一旦确定 带宽增益积基本为常数 ,
  98. 98. 例题 例 3.7.1 设共射放大电路在室温下运行,其参数为: 1kΩ, Rs =rbb′ = 100Ω,I C = 1mA,β 0 = 100,f T = 400MHz,C b′c = 0.5pF, c = 5kΩ。 R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。 解 模型参数为  20 lg A / dB VS : I 1mA gm = E = = 0.038 S VT 26mV β0 100 rb′e = = = 2.6 kΩ gm 0.038 S gm C b′e = − C b′c = 14.8 pF 2πf T C M1 = (1 + gm Rc )C b′c = 96.7 pF低频电压增益为 C = C b′e + C M1 = 111.5 pF  rb′e A =−g R m c = −133.51 所以上限频率为 Rs + rbb′ + rb′e VSM  20 lg A VSM = 20 lg − 133.51 = 42.5 dB 1 fH = = 1.85 MHz 2 πRC 又因为 R = ( Rs + rbb′ ) // rb′e = 0.77 kΩ
  99. 99. 2. 低频响应① 低频等效电路
  100. 100. 2. 低频响应① 低频等效电路Rb= ( Rb1//Rb2 )远大于R’1 i << ReωC e Ie ≈ Ic , R’i Ce>>Cb2
  101. 101. 2. 低频响应 C b1Ce ② 低频响应 C1 = (1 + β )C b1 + Ce  Vo βRL 1 1 AVSL =  = −  Rs + rbe 1 − j / ωC1 ( Rs + rbe ) 1 − j / ωC b2 ( Rc + RL ) • • Vs  βR′ 当 AVSM = − L 中频区 ( 即通常内 ) 源电压增益 Rs + rbe 1 f L1 = 2 πC1 ( Rs + rbe ) 1 f L2 = 2 πC b2 ( Rc + RL )  AVSM 则 AVSL = [1 − j( f L1 /f )][1 − j( f L2 /f )]当 fL1 > 4 fL2 下限频率取决于fL1
  102. 102. 2. 低频响应 ② 低频响应  AVSMAVSL = [1 − j( f L1 /f )][1 − j( f L2 /f )] 当 fL1 > 4 fL2 时, 下限频率取决于fL1   1 AVSL = AVSM ⋅ 1 − j( f L1/f )幅频响应   20 lg | A VSL |= 20 lg | AVSM | 1 + 20 lg 1 + ( f L1 / f ) 2相频响应 应=- 180° - arctg( - fL1 / f) =- 180 +arctg(fL1/f)
  103. 103. 2. 低频响应② 低频响应 包含 fL2 的幅频响 应
  104. 104. 4.7.4 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① 高频等效电路
  105. 105. 1. 共基极放大电路的高频响应② 高频响应  AVSM  AVSH =  f  f  1 + j   1 + j    f H1  f H2   1其中 f H1 = 2 π( Rs || Re || re ) C be 由于 re 很小 1 1 1 f H2 = f H1 = ≈ 2 πRL C bc 2π( Rs || Re || re ) C be 2 πreC be gm  re || Re ≈ = fT 特征频率 AVSM = gm RL 2πC b′e Rs + re || Re 由于 Cb′c 很小, fH2 也很高。
  106. 106. 4.7.4 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上限频率
  107. 107. 4.7.5 多级放大电路的频率响应1. 多级放大电路的增益    ( jω ) = Vo ( jω ) = Vo1 ( jω ) ⋅ Vo2 ( jω ) ⋅  ⋅ Von ( jω ) AV  Vi ( jω ) Vi ( jω ) Vo1 ( jω )    Vo( n-1) ( jω )    = AV 1 ( jω ) ⋅ AV 2 ( jω ) ⋅  ⋅ AVn ( jω ) • 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 • 下级的输入阻抗是前级的负载
  108. 108. 4.7.5 多级放大电路的频率响应2. 多级放大电路的频率响应 (以两级为例)当两级增益和频带均相同时 则单级的上下限频率处的增益 0.707 AVM1 。 ,  为 两级的增益为( 0.707 A ) 2 ≈ 0.5 A2VM1 。 即两级的带宽小于单级带宽。 VM1• 多级放大电路的通频带比它的任何一级都窄。 end

×