晶体三极管及其基本放大电路.ppt

2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,1,第5章 晶体三级管及其放大电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,2,BJT：Bipolar Junction Transistor 双极型晶体管 （晶体三极管、半导体三极管） 双极型器件 两种载流子（多子、少子）,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,3,几种常见晶体管的外形,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,4,5.1.1 晶体管的结构及其类型,e,c,b,发射极,基极,集电极,发射结,集电结,基区,发射区,集电区,N,P,N,(a) NPN管的原理结构示意图,(b) 电路符号,（base）,（collector ）,（emitter）,符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时电流的流向。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,5,晶体管的结构,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,6,(b) 电路符号,(a) PNP型三极管的原理结构,符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时电流的流向。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,7,图2-3 平面管结构剖面图,结构特点,1、三区两结 2、基区很薄 3、e区重掺杂 c区轻掺杂 b区掺杂最轻 4、集电区的面积则比发射区做得大，这是三极管实现电流放大的内部条件。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,8,5.1.2 晶体管的电流分配与放大作用 （以NPN管为例）,一、放大状态下晶体管中载流子的运动,BJT 处于放大状态的条件： 内部条件： 发射区重掺杂(故管子e、 c极不能互换) 基区很薄(几个m) 集电结面积大 外部条件： 发射结正偏 集电结反偏,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,9,NPN型晶体管的电流关系,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,10,外加偏置电压要求,对 NPN管 UC UB UE,对 PNP管 要求 UC UB UE,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,11,共射极直流电流放大系数,一般,1、直流电流放大系数,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,12,5.1.3 晶体管的共射特性曲线,晶体管特性曲线：描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。,(a)共发射极,(b)共集电极,(c)共基极,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,13,下面以共射极电路为测试电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,14,5.1.3.1 共射极输入特性曲线,共射组态晶体 管的输入特性：,它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,15,c,I,C,e,I,E,N,P,N,I,B,R,C,U,CC,U,BB,R,B,b,I,BN,I,EN,I,CN,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,16,5.1.3.2 共射极输出特性曲线,共射组态晶体管的输出特性： 它是指一定基极电流IB下，三极管的输出回路集电极电流IC与集电结电压UCE之间的关系曲线。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,17,u,C,E,/,V,5,10,15,0,1,2,3,4,i,C,/,m,A,c,I,C,e,I,E,N,P,N,I,B,R,C,U,CC,U,BB,R,B,15V,b,I,BN,I,EN,I,CN,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,18,共射输出特性曲线,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,19,一、放大区,发射结正向偏置， 集电结反向偏置 1、基极电流 iB 对集电极电流 iC 的控制作用很强,在数值上近似等于,问题：特性图中=？,=100,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,20,2、uCE 变化时, iC 影响很小（恒流特性）,即： iC 仅决定于iB ，与输出环路的外电路无关。,放大区,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,21,二、饱和区,发射结和集电结均正向偏置,临界饱和：uCE=uBE，uCB=0(集电结零偏),2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,22,饱和区,（1） iB一定时，iC比放大时要小 三极管的电流放大能力下降，通常有iCiB （2）uCE 一定时iB增大，iC基本不变,图2-6 饱和区载流子运动情况,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,23,三、截止区,发射结和集电结均反向偏置,iB =-iCBO （此时iE =0 ）以下称为截止区。 工程上认为：iB =0 以下即为截止区。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,24,图2-7 截止区载流子运动情况,若不计穿透电流ICEO，有iB、iC近似为0； 三个电极的电流都很小，三极管类似于一个开关“断开”。,截止区,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,25,5.1.4 晶体管的主要参数,一、电流放大系数 1、共射直流放大倍数 2、共射交流放大倍数,常认为：,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,26,二、极间反向电流,ICBO,集电极基极间的反向饱和电流,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,27,集电极发射极间的穿透电流,ICEO,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,28,2、集电极最大允许电流ICM ICM：下降到正常值的2/3时的iC。 当iC ICM时，虽然管子不致于损坏，但值已经明显减小。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,29,3、集电极最大允许耗散功率PCM,晶体管的安全工作区,功耗线,PCM =iCuCE,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,30,5.2 放大电路的组成和放大原 5.2.1 放大电路概述,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,31,5.2.2. 基本共射极放大电路,给T提供适当的偏置,集电极电阻，将集电极电流转换成集电极电压,基极电阻，决定基极电流,放大电路的核心,输入交流电压信号,基极电源，提供适当偏置,输出电压信号,地,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,32,静止状态（静态）： ui=0时 电路中各处的电压、电流都是不变的直流。 若UBB和UCC能使T的发射结正偏，集电结反偏 三极管工作在放大状态，则：,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,33,当 时,ib含有交流分量,ic也有交流分量,uce产生变化,uO变化,uO与ui相比： uO幅度 ui幅度 波形形状相同,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,34,电压、电流等符号的规定,直流量： 大写字母+大写下标，如IB 交流量： 小写字母+小写下标，如ib 交流量有效值： 大写字母+小写下标，如Ib 瞬时值（直流分量和交流分量之和）：小写字母+大写下标，如iB， iB= IB+ ib,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,35,uBE,ube,叠加量,交流分量,t,UBE直流分量,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,36,重要：静态工作点的作用,静态工作点Q（Quiescent）： 静态时，晶体管的IB、IC、UBE和UCE 记作：IBQ、ICQ、UBEQ和UCEQ,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,37, 动态时（ui0） ： ui UBE（ON） 发射结无法正偏 三极管一直在截止区 uo= UCE = UCC 即使 ui UBE（ON）， 输出仍然严重失真。,只有在信号的整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。,为什么要设计静态工作点？,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,38,静态工作点的作用： 保证放大电路中的三极管正常工作 ，保证放大电路输出不产生失真。,放大电路的基本要求： 输出不失真 输出能够放大,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,39,晶体管放大电路的放大原理,当ui0 iB=IBQ+ib iC=ICQ+ic=ICQ+ib uCE=UCEQ+uce uo=uce ic uCE ic uCE 方向和ic相反,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,40,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,41,结 论,设置合适的静态工作点，让交流信号承载在直流分量之上，保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。 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将电流的变化转化成电压的变化来实现的。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,42,组成放大电路必须遵守的原则,设置合适的静态工作点，使三极管偏置于放大状态。 输入信号能够作用于的输入回路(基极-发射极回路)。 必须设置合理的信号通路。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,43,基本放大电路的组成原则,UCC：直流电源 RB：基极偏置电阻 RC：集电极偏置电阻 RL：负载电阻 Ui：正弦信号源电压及内阻 C1、C2 ：耦合电容,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,44,直接耦合：电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均直接相连。,直接耦合共射放大电路,阻容耦合：电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均通过电容相连。,阻容耦合共射放大电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,45,电容C1、C2（一般几微法到几十微法）： 隔离直流 通过交流,阻容耦合共射放大电路,作用： 静态工作点与信号源内阻和负载电阻无关，且不受输入交流信号的影响。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,46,补： 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道路 画直流通路的原则 C开路 L短路 输入信号为0 （保留内阻）,阻容耦合共射放大电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,47,阻容耦合共射放大电路,(a)直流通路,直流通路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,48,交流通路： 只考虑交流信号的分电路 画交流通路的原则 C短路 直流电源对地短路 （恒压源处理）,阻容耦合共射放大电路,交流通路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,49,阻容耦合共射放大电路,(b)交流通路,交流通路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,50,练习：请画出下面电路的直流通路的交流通路。,(a) (c),2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,51,直流通路,交流通路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,52,直流通路,交流通路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,53,由于交流信号均叠加在静态工作点上，且交流信号幅度很小，因此对工作在放大模式下的电路进行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。,5.3 放大电路的分析,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,54,例1： 晶体管电路如图 (a)所示。若已知晶体管工作在放大状态，试计算晶体管的IBQ，ICQ和UCEQ。,(b)直流等效电路,图 ：晶体管直流电路分析,5.3.1 放大电路的静态分析,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,55,解： 因为晶体管工作在放大状态。这时用图 (b)的模型代替晶体管，便得到图)所示的直流等效电路。由图可知,故有,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,56,2 静态工作点的图解分析法,图解法：在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它各元件参数的情况下，利用作图的方法对放大电路进行分析。 优点：直观、形象,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,57,静态工作点：IBQ、UBEQ和ICQ、UCEQ,1、 IBQ、UBEQ的求解 一般不用图解法确定，而用估算法。 UBEQ=0.7V（硅管） 或0.3V（锗管）,共射放大器的直流通路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,58,2、 ICQ、UCEQ的求解,输出特性曲线与输出回路方程的交点为静态工作点Q。,i,B,I,B,Q,u,C,E,0,N,Q,M,i,C,UCEQ,UCC,ICQ,UCC,RC,(a)直流负载线与Q点,直流负载线,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,59,例2： 在图220(a)电路中，若RB=300k, RC=4k,UCC=12V，=40 若晶体管的输出特性曲线如图221(b)所示，试用图解法确定直流工作点。,(a)直流通路,输出回路满足： UCC=UCEQ+ICQRC,放大器的直流图解分析,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,60,放大器的直流图解分析,(b)Q点与RB、RC的关系,u,C,E,/,V,2,10,12,0,1,2,3,40,A,30,A,20,A,10,A,i,C,/,m,A,4,6,8,4,M,N,Q,R,B,Q,3,Q,2,Q,4,R,C,R,B,Q,1,R,C,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,61,总 结,输出特性曲线，由晶体管的特性决定,直流负载线，由外电路特性决定,静态工作点为下面两条曲线的交点：,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,62,补充： 晶体管工作状态的判断方法,例3 电路如下图所示。已知=50，试求ui分别为和时输出电压uo的值。,例电路图,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,63,解：ui=0V 第一步：判断晶体管是否截止 ui=0V uiUBE(on) e结反偏 又 ui UCC c结反偏 晶体管处于截止区,例电路图,此时： IBQ=ICQ=IEQ=， UBEQ= 0， UCEQ=UCC。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,64,解：ui=V 第一步：判断晶体管是否截止 ui=V uiUBE(on) e结正偏 晶体管不截止 判断结是正偏还是反偏,例电路图,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,65,第二步：判断晶体管处于放大状态还是饱和状态 方法：假设法 设：晶体管处于放大状态 则,例电路图,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,66,例电路图,即：UCEQUBE(on) 结正偏 与放大区的要求不符 晶体管处于饱和区,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,67,例电路图,临界饱和时，结零偏 UBC=UBE(on)UCE(sat)临界=0， 即UCE(sat)临界=UBE(on),饱和时硅管UCE=0.3V 锗管UCE=0. 1V,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,68,晶体管工作状态的判断步骤,UBEUBE(on)且UBEUCE，则晶体管截止,1、首先判断晶体管是否截止；,此时：IBQ=ICQ=IEQ=0，,若UBBUBE(on),则发射结正偏，下面关键是判断集电结是正偏还是反偏。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,69,2、判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：,方法：假设法（假设处于放大区，计算点参数）。,则晶体管处于放大状态；,则晶体管处于饱和状态；,硅管UCE=0.3V，锗管UCE=0. 1V,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,70,补充例题1电路,补充例题1、 晶体管电路如下图所示。已知=100，试判断晶体管的工作状态。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,71,1.先判断晶体管是否处于截止状态：,晶体管不处于截止状态；,2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：,晶体管处于放大状态；,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,72,补充例题2电路,补充例题2 晶体管电路如下图所示。已知=100，试判断晶体管的工作状态。,5V,R,B,U,BB,R,C,U,CC,500K50K,2K ,12V,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,73,1.先判断晶体管是否处于截止状态：,晶体管不处于截止状态；,2.再判断晶体管是处于放大状态还是饱和状态：, UBB - UBE(on) =IBQRB,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,74,晶体管不可能处于放大区，而应工作在饱和区；,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,75,5.3.2 共射放大电路的动态分析 1 微变等效电路法,所谓放大电路的微变等效电路，就是把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路，就是把晶体管等效为一个线性元件。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,76,晶体管的微变等效电路模型,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,77,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,78, rbb ：基区体电阻，不能忽略。 rbc：很大（几十M），可做开路处理。 若rceRL或UA= ，可忽略rce。,共射低频混合型模型,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,79,说明,只适用小信号交流分析（不能用来求Q点） 只针对低频 参数与Q有关 先求Q点 Q点变化参数变化,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,80,等效电路法分析共射放大电路,根据直流通路估算直流工作点,确定放大器交流通路、交流等效电路,计算放大器的各项交流指标,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,81,共射极放大器及其交流等效电路,(a)电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,82,解：首先根据直流通路以及直流大信号等效电路求解出放大器的静态工作点。,第二步画放大器的交流通路。然后将通路中的晶体管用等效小信号模型代替。,分析各性能指标。主要包括以下性能指标：,求Q点,画直流通路,画交流通路,画等效通路,计算交流参数,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,83,(b)交流等效电路,共射极放大器及其交流等效电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,84,一、电压放大倍数,-无量纲参数,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,85,关于电压放大倍数Au的讨论,3.输出电压与输入电压反相。,当忽略rbb时，,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,86,二、输入电阻Ri,定义：从放大器输入端看进去的电阻，即：,Ri表征放大器从信号源获得信号的能力。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,87,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,88,三、输出电阻Ro,定义：从放大器输出端看进去的电阻。,根据戴维南定理，可得：,Ro是一个表征放大器带负载能力的参数。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,89,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,90,对于电压输出。Ro越小，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电压基本不变。,对于电流输出。Ro越大，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电流基本不变。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,91,四、 源电压放大倍数Aus,若RiRs ,则：,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,92,U,o,U,i,U,s,R,s,R,B2,C,1,R,E,R,L,U,CC,R,C,R,B1,C,2,共射极放大器及其交流等效电路,(a)电路,五、带有射极电阻RE时的交流指标,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,93,发射极接电阻时的交流等效电路,Ri=RB1RB2Ri,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,94,例： 下图电路中，若RB1=75k，RB2=25k, RC=RL=2k，RE=1k,UCC=12V，晶体管的=80，rbb=100,信号源内阻Rs=0.6k,试求直流工作点ICQ、UCEQ及Au，Ri，Ro和Aus。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,95,解： 按估算法计算Q点：,直流通路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,96,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,97,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,98,例：在上例中，将RE变为两个电阻RE1和RE2串联，且RE1=100,RE2=900，而旁通电容CE接在RE2两端，其它条件不变，试求此时的交流指标。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,99,1,解： 由于RE=RE1+RE2=1k，所以Q点不变。对于交流通路，现在射极通过RE1接地。交流等效电路为：,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,100,1,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,101,可见，RE1的接入，使得Au减小了约10倍。但是，由于输入电阻增大，因而Aus与Au的差异明显减小了。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,102,5.3.3 放大电路的动态范围和非线性失真,2 交流图解分析法,阻容耦合共射放大电路,交流通路,直流通路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,103,i,B,I,B,Q,t,i,B,I,B,Q,u,BE,u,BE,t,i,Bmax,i,Bmin,Q,U,BE,Q,(a)输入回路的工作波形,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,104,iB变化时，在输出特性曲线上瞬时工作点（uCE和iC）移动的轨迹称为交流负载线。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,105,，其中RL=RC/RL,因此：,-交流负载方程,交流量,瞬时值,直流量,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,106,uCE-UCEQ= -(iC-ICQ)RL,特点:,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,107,放大器的交流图解分析,(b)输出回路的 工作波形,Q,i,C,u,CE,U,CC,I,C,Q,U,C,C,R,C,Q,1,Q,2,I,B,Q,A,交流负载线：uCE= UCEQ-(iC-ICQ)RL,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,108,共射极放大器的电压、电流波形,叠加交流信号后，晶体管各极电流方向、极间电压极性与静态时相同。,放大器的输出与输入信号是反相（或称倒相）的。,结论：,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,109,直流量保证了交流量的不失真。,共射极放大器的电压、电流波形,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,110,两种分析方法特点比较 放大电路的图解分析法：其优点是形象直观，适用于Q点分析、非线性失真分析、最大不失真输出幅度的分析，能够用于大、小信号；其缺点是作图麻烦，只能分析简单电路，求解误差大，不易求解输入电阻、输出电阻等动态参数。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,111,微变等效电路分析法：其优点是适用于任何复杂的电路，可方便求解动态参数如放大倍数、输入电阻、输出电阻等；其缺点是只能用于分析小信号，不能用来求解静态工作点Q。 实际应用中，常把两种分析方法结合起来使用。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,112,5.3.3 放大电路的动态范围和非线性失真,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,113,Q,交流负载线,i,C,0,t,0,i,C,i,B,u,CE,u,CE,0,t,(a)截止失真,Q点过低动态工作点进入截止区，出现截止失真。对NPN管的共射极放大器，发生截止失真时，其输出电压出现“胖顶”的现象（顶部限幅），,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,114,Q点不合适产生的非线性失真,(b)饱和失真,Q,交流负载线,i,C,i,C,i,B,0,t,u,CE,u,CE,0,t,0,Q点过高动态工作点进入饱和区，出现饱和失真。对NPN管的共射极放大器，发生饱和失真时，其输出电压出现“削底”现象（底部限幅）,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,115,Q,交流负载线,i,C,0,t,0,i,C,i,B,u,CE,u,CE,0,t,(a)截止失真,受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,116,Q点不合适产生的非线性失真,(b)饱和失真,Q,交流负载线,i,C,i,C,i,B,0,t,u,CE,u,CE,0,t,0,因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,117,Uopp=2Uom,放大器输出动态范围：,受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为,因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为,其中较小的即为放大器最大不失真输出电压的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍，即,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,118,例：UCC=12V，RC=2k， RL=2k ，RB=360k，=60 求：UP-P=？ 静态工作点，放大倍数，输入输出电阻,解题思路： 第一步：求出ICQ 比较Uom1=ICQRL和Uom2=UCEQ- UCES临界大小 UCES临界=-0.5V,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,119,比较Uom1和Uom2大小 第二步：若Uom1 Uom2，Uopp=2 Uom1 若Uom2 Uom1，Uopp=2 Uom2,结论： 动态范围决定于Uom1、 Uom2 中的小者。 当Uom1 = Uom2时，动态范围最大。 （Q点在有效交流负载线中央）,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,120,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,121,U,i,R,i,R,s,R,B2,r,be,I,i,R,C,R,L,U,o,e,I,b,I,b,r,ce,R,o,I,c,I,o,b,c,R,B1,U,s,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,122,5.4 晶体管放大电路的三种接法,5.4.1 静态工作点稳定的共射级放大电路 偏流：当电源电压和集电极电阻确定后，放大电路的Q点由基极电流IB来确定，这个电流叫偏流。 偏置电路：获得偏流的电路 特点：电路结构简单，调试方便 偏置下的工作点在环境温度变化或更换管子时，应力求保持稳定，应始终保持在放大区。 对信号的传输损耗应尽可能小。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,123,一、固定偏流电路,单电源供电。UEE=0，UBB由UCC提供,只要合理选择RB，RC的阻值，晶体管将处于放大状态。,固定偏流电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,124,固定偏流电路,缺点：工作点稳定性差。（IBQ固定，当、ICBO等变化ICQ、UCEQ的变化工作点产生较大的漂移使管子进入饱和或截止区）,优点：电路结构简单。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,125,1、分压式电流负反馈偏置电路的分析,二、分压式直流电流负反馈偏置电路,（a）固定偏流电路,（b）直流负反馈偏置电路,（c）分压式直流电流负反馈偏置电路,分压式直流电流负反馈偏置电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,126,（a）固定偏流电路,（b）直流负反馈偏置电路,负反馈机制的作用：克服Q点的漂移现象，保证Q点的稳定。,T,IC,UBE,UE（ UE= UB Q UBE，且UBQ基本不变 ）,IB（扩散运动 ）,IC( IC =IB),2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,127,（b）直流负反馈偏置电路,（c）分压式直流电流负反馈偏置电路,RB1：上偏置电阻 RB2：下偏置电阻,为了保证极电压的稳定,若IBQI1、 I2 ， I1 I2,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,128,计算静态工作点Q： 前提IBQI1、 I2,（c）分压式直流电流负反馈偏置电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,129,例4：电路如右图所示 已知： UCC=28V，RC=6.8k,Re=1.2k, RB1=90k ,RB2=10k 求：=60的Q点 =150的Q点,例4 电路图,结论： 从60变化到150，各个Q点参数值基本没有变化，说明电路的静态工作点Q的稳定性。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,130,2、分压式电流负反馈偏置电路的设计,设计注意点： RB1、RB2选取适当小的数值 R选取足够大的数值,（c）分压式直流电流负反馈偏置电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,131,为确保UB固定，要求RB1、RB2的取值愈小愈好。 但是RB1、RB2过小，将增大电源UCC的无谓损耗，因此要二者兼顾。通常选取,并兼顾UCEQ而取,（c）分压式直流电流负反馈偏置电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,132,例5： UCC=12V， =200 要求：ICQ=1mA 设计： RB1、 RB2 、RE 解：取UEQ=2V IEQ=ICQ=1mA RE=2k UBEQ=0.7V UBQ=UEQ+UBEQ=2+0.7=2.7V IBQ=IEQ/ =1m / 200=0.005mA I1= I2 = 10 IBQ=0.05mA RB2 = UBQ/ I2 =54 RB1 = (UCCUBQ) / I1= 246 ,（c）分压式直流电流负反馈偏置电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,133,练习：教材P144 例5.4.1和P145 例5.4.2,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,134,5.4 .2 共集放大电路（射极输出器）,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,135,共集电极放大器及交流等效电路,(b)交流等效电路,RL,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,136,一、电压放大倍数Au,Au1，而且Uo与Ui同相。,射极跟随器,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,137,共集电极放大器及交流等效电路,(b)交流等效电路,二、输入电阻Ri,RL,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,138,Ri显著增大，所以共集电极电路的具有高输入电阻的特性,Ri与RL有关,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,139,共集电极放大器及交流等效电路,(b)交流等效电路,三、输出电阻Ro,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,140,求共集放大器Ro的等效电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,141,式中：,Ro与Rs有关,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,142,是基极支路的电阻折合到射极的等效电阻,输出电阻小。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,143,共集电路的特点：,电压放大倍数小于1而近于1； 输出电压与输入电压同相； 输入电阻高； 输出电阻低。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,144,5.4.3 共基放大电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,145,共基极放大器及其交流等效电路,(b)交流等效电路,I,i,U,i,R,E,R,i,I,e,r,be,R,i,I,b,R,C,R,o,R,L,I,o,U,o,I,b,e,c,b,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,146,一、1.电压放大倍数Au,式中：,Au与共射电路大小相等，但同相。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,147,二、 输入电阻Ri,三、输出电阻Ro,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,148,三种基本放大器性能比较,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,149,5.5 放大电路的频率响应,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,150,5.5.1 频率响应概述,频率响应：放大倍数随信号频率变化的关系称为放大电路的频率特性，也叫频率响应。,（1）待放大的信号不一定是单一频率的，而是有一定的频率范围。,（2）实际的放大器中存在电抗元件（管子的极间电容：Cbe，Cbc，以及电路的耦合电容，分布电容引线电感等）使得放大器对不同频率的信号放大倍数和延迟时间不同。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,151,频率失真：在输入信号的幅度不变而改变其频率时，输出信号的幅度和相位都会随着频率改变，由此产生的失真。属于线性失真。,（1）幅频失真：对各频率分量放大倍数不同，使输出信号各频率分量幅度比例与输入信号不同所引起的失真。,（2）相频失真：对不同频率分量到达输出端延时不同所引起的失真。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,152,频率失真现象,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,153,原因：电抗元件的阻抗值与f 有关。,特点：不产生新的频率分量。,非线性失真和线性失真的比较,（1）非线性失真,原因：伏安特性的非线性,如：三极管,特点：产生新的频率分量,输入正弦 输出非正弦,（2）线性失真,如：L、C,饱和失真和截止失真属于那种失真？,非线性失真,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,154,失真的种类、原因和特征,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,155,幅频特性：放大电路放大倍数的幅度与频率的关系。,相频特性：放大电路放大倍数的相位与频率的关系。,频率响应 （频响）,幅频特性,相频特性,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,156,放大电路的幅频响应和幅频失真,AuI,f,AuI,f,AuI,(a)理想幅频特性,(b)直接耦合放大电路的幅频特性,fH,幅频特性,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,157,AuI,(c)阻容耦合放大电路的幅频特性,中频放大倍数,上限频率fH：为高频区放大倍数下降为中频区的1/ 时所对应的频率。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,158,下限频率fL：为低频区放大倍数下降为中频区的1/ 时所对应的频率。,AuI,(c)阻容耦合放大电路的幅频特性,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,159,AuI,(c)阻容耦合放大电路的幅频特性,通频带BW(Band Width)： fH和fL之间形成的频带为中频区，中频区的频带宽度。,BW=fH-fL,描述电路对不同频率信号适应能力的动态参数,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,160,AuI,增益频带积,中频区增益AuI与通频带BW是放大器的两个重要指标，希望两者越大越好，但两者往往又是一对矛盾的指标，所以又引进增益频带积来表征放大器的性能。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,161,放大电路的相频响应和相频失真,fH,(a)理想相频特性,(b)直接耦合电路的相频特性,相频特性,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,162,fH,fL,(c)阻容耦合电路的相频特性,延迟时间,初始相移,理想情况下：,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,163,波特图,波特图：采用对数坐标且进行折线化近似的频率特性曲线。,波特图,对数幅频特性,对数相频特性,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,164,5.5.2 简单RC电路的频率特性,（a）高通电路,令,（以高通电路为例）,高通电路的频响及其波特图,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,165,（a）高通电路,（b）频率响应,高通电路的频响及其波特图,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,166,最大误差 -3dB,斜率为 -20dB/十倍频程 的直线,幅频响应：,（c）波特图,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,167,相频响应,可见：当频率较高时， 1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的降低， 下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前90o。,（c）波特图,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,168,（b）频率响应,高通电路的频响及其波特图,低通电路的波特图,则：,（a）低通电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,169,最大误差 -3dB,0分贝水平线,斜率为 -20dB/十倍频程 的直线,幅频响应：,（c）波特图,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,170,相频响应,（c）波特图,可见：当频率较低时， 1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的提高， 下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后90o。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,171,结 论,电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数。 当信号频率等于fL或fH时，放大电路的增益下降3dB ，且产生+45或-45相移。 近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,172,5.5.3 晶体管的高频等效模型,1 晶体管的高频小信号模型,图4.6 晶体管的高频小信号混合模型,扩散电容（几几十PF）,势垒电容（小，0.1几PF）,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,173,晶体管的高频参数,一、共射电流放大系数 及其上限频率f,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,174,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,175,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,176,波特图,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,177,二、 特征频率fT,定义： | |下降到1所对应的频率。,因此：,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,178,三、共基短路电流放大系数(j)及f,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,179,例：由手册查得：某晶体管在工作点ICQ=5mA， UCEQ=6V时的参数为：0=150，rbe=1K，UA=250V，fT=350MHz，Cbc=4PF，求高频混合型电路，并标出参数值。,解：,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,180,所以：,又因为：,所以：,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,181,5.5.4 放大电路的频率响应分析,低频区：,考虑耦合电容（或旁路电容）的影响,中频区：,高频区：,耦合电容（或旁路电容）看作短路,极间电容看作开路,耦合电容（或旁路电容）看作短路,极间电容看作开路,考虑极间电容的影响,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,182,试画出该电路低频区、中频区和高频区的小信号等效电路。,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,183,低频区小信号等效电路,C1、C2、C3 ：考虑,Cbe、Cbc：开路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,184,中频区小信号等效电路。,C1、C2、C3 ：短路,Cbe、Cbc：开路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,185,高频区小信号等效电路,C1、C2、C3 ：短路,Cbe、Cbc：考虑,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,186,共射放大电路的频率响应,一、共射放大电路的高频响应 1、高频小信号等效电路及其简化模型,共射电路及其高频小信号模型,（a）电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,187,RB,共射电路及其高频小信号模型,（b）高频等效电路,设RB1/RB2rbe,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,188,（b）高频等效电路,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,189,密勒等效和单向化等效电路,单向化：将Cbc等效在输入回路和输出回路,设Cbc折合到b-e间的电容为CM,设Cbc折合到c-e间的电容为CM,保证CM上流过的电流仍为 ，但它的端电压为,保证CM上流过的电流仍为 ，但它的端电压为,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,190,(a)单向化模型,2019/5/27,电路与模拟电子技术基础,191,(a)单向化模型,密勒倍增效应,2019/5/27,电路与