三极管及放大电路基础图例.ppt

3 半导体三极管 及放大电路基础,3.1 半导体三极管（BJT）,3.2 共射极放大电路,3.3 图解分析法,3.4 小信号模型分析法,3.5 放大电路的工作点稳定问题,3.6 共集电极电路和共基极电路,3.7 放大电路的频率响应,2,第三章 半导体三极管及放大电路基础,教学内容： 本章首先讨论了半导体三极管(BJT) 的结构、工作原理、特性曲线和主要参 数。 随后着重讨论了BJT放大电路的三 种组态，即共发射极、共集电极和共基 极三种基本放大电路。还介绍了图解法 和小信号模型法，并把其作为分析放大 电路的基本方法。,3,教学要求： 本章需重点掌握三极管的模型与 特性；并能熟练进行基本放大电路静 态工作点的确定和输入电阻、输出电 阻、电压放大倍数的计算。,4,图3.1.1 几种BJT的外形,3.1 半导体三极管（BJT）,3.1.1 BJT的结构简介,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,3.1.3 BJT的特性曲线,3.1.4 BJT的主要参数, Jc反偏,3.1.1 BJT的结构简介,发射极 Emitter,集电极Collector,基极Base,1、结构和符号,发射结(Je),集电结(Jc),发射载流子(电子),收集载流子(电子),复合部分电子 控制传送比例,由结构展开联想,2、工作原理,3、实现条件,Je正偏,6,发射极,基极,集电极,发射区,集电区,基区,7,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,2. 电流分配关系,4. 三极管的三种组态,3. 放大作用,发射结正偏,发射区发射载流子,基区：传送和控制载流子,集电区收集 载流子,本质:电流分配,5. 共射极连接方式,集电结反偏,8,3.1.2 BJT的电流分配 与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,+iB,放大作用？ （原理）,三极管的放大作用是通过载流子传输体现出来的。 本质：电流分配关系 外部条件： 发射结正偏，集电结反偏。,9,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IE=IB+ IC (1),IC= InC+ ICBO (2),IB= IB - ICBO (3),定义,通常 IC ICBO,则有,所以,硅: 0.1A 锗: 10A, IE与IC的关系：,10,3. 放大作用,vI = 20mV,iE = -1mA,+iB,图 3.1.5 共基极放大电路, = 0.98,vO = 0.98 V,11,4. 三极管（放大电路）的三种组态,共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;,共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,如何判断组态？,外部条件：发射结正偏，集电结反偏,5.共射极连接方式,问题(1)：如何保证？,发射结正偏,VBE =VBB,VBC = VBE - VCE 0,问题(2)：信号通路？与共基有何区别？,集电结反偏,或 VCE VBE,但希望,Ri= vI / iB =1k,5.共射极连接方式, IC与IB的关系：,由的定义：,即 IC = IE + ICBO = (IB + IC) + ICBO,整理可得:,令：, 是共射极电流放大系数，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（10100）,ICBO 硅: 0.1A锗: 10A,14,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：发射区杂质浓度最高，基区杂质浓度远低于发射区且很薄，集电区杂质浓度低于发射区且面积大。 （2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,15,3.1.3 BJT的特性曲线,vCE = 0V,iB=f(vBE) vCE=const,(2) 当vCE1V时， vCB= vCE - vBE0，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。,(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1. 输入特性曲线,（以共射极放大电路为例）,16,iC=f(vCE) iB=const,2. 输出特性曲线,在vCE小于1V时，输出特性很陡。 原因是集电结的反向电压很小，对到达基区的电子吸引力不够，这时，iC受vCE的影响很大。,当vCE大于1V后，输出特性变的比较平坦。因为集电结的电场足够强，能使发射区扩散到基区电子绝大部分都到达集电区，vCE增加，iC增加不多。,特性比较平坦的部分随着vCE的增加略向上倾斜。当vCE增加时，由于vBE变化较少，故vCB增加，集电结加宽，基区宽度减小，载流子复合减少，增大，iC随vCE增大。称为基区宽度调制效应。,17,3.1.4 BJT的主要参数,交流参数,直流参数,极限参数,结电容 Cbc 、 Cbe,集电极最大允许电流ICM,集电极最大允许功率损耗PCM,反向击穿电压,极间反向电流 ICBO 、 ICEO,交流电流放大系数 、,特征频率fT,18,(1) 共发射极直流电流放大系数 = (ICICEO)/IBIC / IB,1. 电流放大系数,(2) 共发射极交流电流放大系数 = iC / iB,3.1.4 BJT的主要参数,在放大区且当ICBO和ICEO很小时， ，可以不加区分。,19,3.1.4 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 O （发射极）开路,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO,20,3.1.4 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 = iCvCE,(3) 反向击穿电压V(BR)CEO 、V(BR) EBO 、V(BR)CBO, V(BR)CEO 基极开路时集电极和发射极间的击穿电压,21,复习思考题,2. 要使BJT具有放大作用，发射结和集电结的偏置电压应如何联接？,1. 既然BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只BJT，试说明理由。,3. 一只NPN型BJT，具有e、b、c三个电极，能否将e、c两个电极交换使用？为什么？,4. 为什么BJT的输出特性在VCE1V以后是平坦的？又为什么说BJT是电流控制器件？,22,习题,3.1.1 测得某放大电路中的BJT的三个电极A、B、C的对地电位分别为VA=-9V，VB=-6V，VC=-6.2V，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c，并说明此BJT是NPN型管还是PNP型管。,解 由于锗BJT的VBE=0.2V,硅BJT的VBE=0.7V，已知BJT的电极B的VB=-6V，电极C的VC=-6.2V，电极A的VA=-9V，故电极A是集电极。又根据BJT工作在放大区时，必须保证发射结正偏、集电结反偏的条件可知，电极B是发射极，电极C是基极，且此BJT为PNP管。,23,3.1.3 有两个BJT，其中一个管子的=150, ICEO=200A，另一个管子的=50， ICEO=10A，其他参数一样，你选择哪个管子？为什么？,解 选择=50， ICEO=10A，即ICEO较小的BJT。 大的BJT虽然电流放大作用大，但其ICEO大，使放大电路的温度稳定性差，这是因为ICEO受温度影响较大。此外，ICEO也是衡量BJT寿命的一个指标，ICEO小的BJT寿命要长些。,24,3.1.4 某BJT的极限参数ICM=100mA，PCM=150mW，V(BR)CEO=30V，若它的工作电压VCE=10V，则工作电流IC不得超过多大？若工作电流IC=1mA，则工作电压的极限值应为多少？,解 BJT工作时，其电压和电流及功耗不能超过其极限值，否则将损坏。当工作电压VCE确定时，应根据PCM及ICM确定工作电流IC，即应满足ICVCEPCM及ICICM。当VCE=10V时, ICPCM/VCE=15mA, 此值小于ICM=100mA，故此时工作电流不超过15mA即可。同理，当工作电流IC确定时，应根据ICVCEPCM及VCEV(BR)CEO确定工作电压VCE的大小。当IC=1mA时，为同时满足上述两个条件，则工作电压的极限值应为30V。,25,3.2 共射极放大电路,1. 电路组成,4. 简化电路及习惯画法,2. 简单工作原理,3. 放大电路的静态和动态,26,1. 电路组成,3.2 共射极放大电路,三极管T : 核心，电流分配、放大作用,Cb1、Cb2:隔离直流，传送交流,固定偏流,接地 零电位点,27,2. 简单工作原理,vi=0,vi=Vimsint,既有直流、又有交流 ！,分析思路,先静态:,后动态:,# 放大电路为什么要建立正确的静态？,确定静态工作点Q（IBQ 、ICQ、VCEQ）,确定性能指标（AV 、Ri 、Ro 等）（叠加原理？）,静态,动态,28,工作点合适,工作点偏低,# 放大电路为什么要建立正确的静态？,合适的 静态工作点,保证Je正偏， Jc反偏,保证有较大的线性工作范围,3.2 共射极放大电路,29,4. 简化电路及习惯画法,3.2 共射极放大电路,习惯画法,小结:放大电路组成原则,合适的静态工作点(Je正偏Jc反偏),正确的耦合方式,共射极基本放大电路,30,？,思 考 题,1. 下列 a f 电路哪些具有放大作用？,31,3.3 图解分析法,1. 近似估算Q点,2. 用图解法确定Q点,2. 交流负载线,3.3.1 静态工作情况分析,3.3.2 动态工作情况分析,1. 放大电路在接入正弦信号时的工作情况,3. BJT的三个工作区域,(4)交流通路与交流负载线,(3)直流通路和交流通路,2. 图解法确定Q点(静态),3. 图解法动态分析,4. 几个重要概念,(2)叠加原理？,1. 近似估算法求Q点,(1)非线性失真与线性工作区,32,1. 近似估算法求Q点,共射极放大电路,根据直流通路可知：,如果已知，可以求出IC和VCE。, 求IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ,3.3 图解法分析法,33,2. 图解法确定Q点,3.3 图解分析法,分析步骤：,(1) vi =0（短路）,Cb1、Cb2开路（被充电）,(2) 把电路分为线性和非线性,(3) 写出线性部分直线方程,直流通路, 输入回路（Je）方程:, 输出回路（Jc）方程:,vBE = VCC iBRb,vCE = VCC iCRc,直流负载线,(4) 作图：画直线，与BJT特性曲线的交点为Q点,VCb1 = VBEQ ; VCb2 = VCEQ,34,3.3 图解法分析法,2. 图解法确定Q点,（作图过程）, 在输入特性曲线上，作出直线： vBE = VCC iBRb, 在输出特性曲线上，作出直流负载线： vCE = VCC iCRc,即：, 与特性曲线的交点即为Q点， IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ。,35,3. 图解法动态分析,3.3 图解法分析法,输入特性,输出特性,暂令 RL=（开路）,输入回路,vBE = VCb1 + vi = VBEQ + vi,分析思路：,设、C 电容电压不能突变,36,3. 图解法动态分析,3.3 图解法分析法,（作图过程）,可得如下结论：,Q点沿负载线上下移动,Q点沿输入特性上下移动,2. vo 与vi 相位相反（反相电压放大器）；,3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；,4. 可以确定最大不失真输出幅度。,37,3. 图解法动态分析,3.3 图解法分析法,（作图过程）,几个问题：,Q点沿负载线上下移动,Q点沿输入特性上下移动, 几个重要概念！,1. 静态工作点Q的位置 非线性失真,2. 最大不失真输出幅度 线性范围（动态范围）,3. 接入负载对放大有无影响？,4. 能否使用叠加原理？如何使用？,38,BJT的三个工作区域,饱和区：输出特性直线上升和弯曲 部分。发射极发射有余， 而集电极收集不足，VCE很 小，BJT如同短路。 VBE=0.7V, VCE=0.3V,放大区：输出特性的平坦部分接近于 恒流特性，符合IC=IB。 VBE=0.7V, VCE1V,截止区：输出特性IB=0曲线以下的部分，IC=ICEO0， VCE VCC，BJT如同断开。 VBE0.5V,39,4. 几个重要概念,(1) 非线性失真与线性范围,饱和失真,截止失真,当工作点达到了饱和区而引起的非线性失真。 NPN管 输出电压为底部失真,当工作点达到了截止区而引起的非线性失真。 NPN管 输出电压为顶部失真。,饱和区特点： iC不再随iB的增加而线性增加，即,此时,，vCE= VCES ，典型值为0.3V,截止区特点：iB=0， iC= ICEO,非线性失真,注意：对于PNP管，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,发射结正偏 集电结正偏,发射结反偏,3.3 图解法分析法,40,线性范围 (动态范围),(1) 非线性失真与线性范围,线性范围 用最大不失真输出幅度Vom来衡量,Q点偏高 易出现饱和失真， Vom为Q点到饱和区边沿的距离,Q点偏低 易出现截止失真， Vom为Q点到截止区边沿的距离,41,(2) 叠加原理？,vBE = VBEQ + vi,iB = IBQ + ib,iC = ICQ + ic,vCE = VCEQ + vce,VCC作用的分量,vi作用的分量,叠加原理使用条件 小信号,输入特性: 范围小,输出特性: 不超出放大区,否则，非线性失真,4. 几个重要概念,42,(3) 直流通路和交流通路,4. 几个重要概念,叠加原理,Cb1、Cb2等电容 隔离直流，传送交流,43,(4) 交流通路与交流负载线,4. 几个重要概念,由交流通路有: vce= -ic (Rc /RL),交流负载线必过Q点，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令RL = Rc/RL,vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) RL,iC = ICQ ; vCE =VCEQ。,44,线性范围（动态范围）,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求:, 工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；, 要有合适的交流负载线。,(4)交流通路与交流负载线,例题1,共射极放大电路,已知 =80，Rb=300k，Rc=2k， VCC= +12V，VCES 0。求：,（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,解:（1）,BJT工作在放大区。,例题1,共射极放大电路,已知 =80，Rb=300k，Rc=2k， VCC= +12V，VCES 0。求：,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,解:（2）,？,VCE最小值也只能为0，,所以BJT工作在饱和区。,Q（120uA，6mA，0V）,例题2（清华习题）,2.6 电路如图P2.6所示，已知晶体管50，在下列情况下，用直流电压表测晶体管的集电极电位，应分别为多少？设VCC12V，晶体管饱和管压降UCES0.5V。,(1)正常情况;(2)Rb1短路;(3)Rb1开路;(4)Rb2开路;(5)RC短路。,解: 设UBE0.7V。则,(1),UBE=0V T截止 UC=12V。,(2),由于IBIBS，故T饱和，UCUCES0.5V。,(3),T截止，UC12V。,UCVCC12V,(4),(5),48,复习思考题,3.3.1 放大电路为什么要设置合适的Q点？在图3.3.1b中，如果令IB=0uA或80uA，问电路能否正常工作？,3.3.2 在图3.3.3a的电路中，若RL=，问交流负载线是什么？,3.3.3 当测量图3.3.3a中BJT的集电极电压VCE时，发现它的值接近VCC=12V，问管子处于什么工作状态？试分析其原因，并排除故障使之正常工作。,49,习题,3.2.2; 3.3.1; 3.3.3;,50,3.4 小信号模型分析法,3.4.1 BJT的小信号建模,3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析,1. H参数的引出,2. H参数小信号模型,3. 模型的简化,4. H参数的确定, 利用直流通路求Q点, 画小信号等效电路, 求放大电路动态指标,51,3.4.1 BJT的小信号建模,建立小信号模型的依据,(1) 小信号（微变） （图解）基本满足叠加原理！, 输入特性：工作点在Q附近移动范围小，切线代替曲线, 输出特性：不超出放大区，不产生非线性失真,(2) 双口有源网络的H参数模型,v1= h11i1+ h12v2,i2= h21i1+ h22v2,52,1. H参数的引出,3.4.1 BJT的小信号建模,已知端口瞬时值之间的关系（即输入输出特性曲线）如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,欲求变化量之间的关系，则对上两式取全微分得,在小信号（线性）条件下：,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,dvBE vBE vbe,h参数的物理意义及图解方法,输出端交流短路时的输入电阻,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数,输入端交流开路时的反向电压传输比；,输入端交流开路时的输出电导。,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）,rbe,rce,ur,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,54,2. H参数小信号模型,3.4.1 BJT的小信号建模,一般采用习惯符号,即 rbe= hie = hfe ur = hre rce= 1/hoe,55,3. 模型的简化,3.4.1 BJT的小信号建模, ur很小，一般为10-310-4 ， rce很大，约为100k。 故一般可忽略它们的影响，得到简化电路。, ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。 电流方向与ib的方向是关联的。,56,4. H参数的确定,3.4.1 BJT的小信号建模, 测试仪（给定）, rbe 与Q点有关，公式估算。,rbe= rb + (1+ ) re,其中：rb200 （低频小功率管）,则,57,3.4.2 用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路,共射极放大电路,1. 利用直流通路求Q点,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。,58,2. 画出小信号等效电路,3.4.2 小信号模型分析,共射极放大电路,H参数小信号等效电路,59,3.4.2 小信号模型分析,根据,则电压增益为,（可作为公式？）,3. 求电压增益,共射极放大电路,60,4. 求输入电阻,3.4.2 小信号模型分析,共射极放大电路,61,5. 求输出电阻,3.4.2 小信号模型分析,共射极放大电路,令,62,例题1,放大电路如图所示，已知=50。试求: （1）Q点; （2）,解：,（1）求Q点,Q点合适吗？,（2）,63,电路如图所示。 试画出其小信号等效模型电路。,例题2,64,例题3,直接耦合,共射,负电源,vi,习题3.5.5,静态分析,动态分析,65,例题：放大电路如下图所示，估算Q点。,射极偏置电路,固定偏流电路,分压式射极偏置电路,集电极基极偏置电路,共射,66,例1：放大电路如下图所示，估算Q点。,射极偏置,固定偏流,Je回路KVL方程,解：,即：,Jc回路KVL方程（直流负载线）,T放大,67,例1：放大电路如下图所示，估算Q点。,解：,对Je回路，有,方法一：,方法二：,从b极向左侧求戴维南等效电路,则Je回路KVL方程,68,例1：放大电路如下图所示，估算Q点。,解：,Je回路KVL方程,Jc回路KVL方程（直流负载线）,T放大,小结：近似估算法求Q点,T放大的基本条件 Je正偏；Jc反偏,3个方程解3个变量（IBQ、ICQ、VCEQ）,关键方程Je回路KVL方程,69,习题,3.4.2; 3.4.3; 3.4.4,70,3.5 放大电路的工作点稳定问题, 温度变化对ICBO的影响, 温度变化对输入特性曲线的影响, 温度变化对 的影响, 稳定工作点原理, 放大电路指标分析, 固定偏流电路与射极偏置电路的比较,3.5.1 温度对工作点的影响,3.5.2 射极偏置电路,温度T ,少子浓度,IC ,ICBO , ICEO ,IC = IB +(1+)ICBO,IB ,VBE ,载流子运动加剧，发射相同数量载流子所需电压,输入特性曲线左移, ,载流子运动加剧，多子穿过基区的速度加快，复合减少,IC IB,输出特性曲线上移,输出特性曲线族间隔加宽,3.5.1 温度对工作点的影响,Q点上移 rbe AV ,72,3.5.2 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。,射极偏置电路,固定偏流电路,分压式射极偏置电路,只能单向设置,具有检测Q点位置，并自动调整的功能,T , IC, IE,IC, VE= IE Re, IB,（反馈控制）,73,分压式射极偏置电路,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。,T , IC, IE,IC, VE, VBE ,利用,稳定Q思路,则可实现如下自动调整过程,I1 IB,VB VBE,74,2. 放大电路指标分析,3.5.2 射极偏置电路,确定静态工作点,Je回路KVL方程,画小信号等效电路,并确定模型参数,75,2. 放大电路指标分析,3.5.2 射极偏置电路,输出回路：,输入回路：,电压增益：,电压增益,(1+ )Re rbe, 1,若：,76,输入电阻,2. 放大电路指标分析,3.5.2 射极偏置电路,证明如下：,从b极看e极的电阻，要扩大(1+)倍！,那从e极看b极的电阻，要？,77,2. 放大电路指标分析,输出电阻,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,求Ro，可对回路1和2列KVL方程,rce对分析过程影响很大，此处不能忽略,其中,则,当,时，,78,3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较,共射极放大电路,3.5.2 射极偏置电路,79,3. 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,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，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？,80,81,1,82,3.6 共集电极电路和共基极电路, 电路分析, 复合管, 静态工作点, 动态指标, 三种组态的比较,3.6.1 共集电极电路,3.6.2 共基极电路,83,3.6.1 共集电极电路,1. 电路分析,结构特点,也称为射极输出器,求静态工作点,画小信号等效电路,84,电压增益,1. 电路分析,3.6.1 共集电极电路,一般有,即,电压跟随器（射极输出器）,其中,输入电阻,Ri大,输出电阻,Ro小,85,输出电阻,1. 电路分析,3.6.1 共集电极电路,证明如下： 电路变换,对e极列KCL方程：,将各支路关系代入：,证毕！,86,2. 复合管,3.6.1 共集电极电路,作用：提高电流放大系数,达林顿管,87,3.6.2 共基极电路,结构特点,1. 静态工作点,直流通路与分压式射极偏置电路相同,88,2. 动态指标,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,画小信号等效电路,3.6.2 共基极电路,89,# 共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？,2. 动态指标, 输入电阻, 输出电阻,3.6.2 共基极电路,90,3. 三种组态的比较,3.6.2 共基极电路,91,复习频率响应的基本概念,1.为什么要研究频率响应,2. 频率响应的分析任务,3. AV随 f 变化的原因,原因1:实测表明Av是 f 的函数,对不同频率信号的放大程度不同。,原因2:信号有多个频率成分,若放大程度不同,会产生频率失真。,(1) 频率响应表达式:,(3) 确定带宽BW、上限频率 f H、下限频率f L,放大电路中有电容、电感等电抗元件，其阻抗随 f 变化而变化,(2) 画出对数频率响应曲线,3.7 放大电路的频率响应,92,1.为什么要研究频率响应,高频区,中频区,低频区,原因1:实测表明Av是 f 的函数,对不同频率信号的放大程度不同。,原因2:信号有多个频率成分,若放大程度不同,会产生频率失真。,93,幅度失真,相位失真,线性失真,频率失真,3. AV随 f 变化的原因,放大电路中有电容、电感等电抗元件， 其阻抗随f 变化而变化,前面的分析中，隔直电容 处理为: 直流开路;交流短路,计算电容的电抗：（C1=20F）,f 100Hz Xc1与rbe = 863相比不能短路,f 100Hz Xc1 rbe = 863 可以短路,f Xc1 Ib AV ,分析方法（思路）,Rb rbe,95,3.7 放大电路的频率响应,3.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,3.7.2 单级放大电路的高频响应, RC低通电路的频率响应, RC高通电路的频率响应,3.7.3 单级放大电路的低频响应,3.7.4 多级放大电路的频率响应, 多级放大电路的增益, 多级放大电路的频率响应, 低频等效电路, 低频响应,（电路理论中的稳态分析）,96,3.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,频率响应表达式:,1. RC高通电路的频率响应,幅频响应,相频响应,先求增益的传递函数：,（一阶）,则,且,再令,（变换到频域）,（特征频率时间常数对应的频率）,97,画出对数频率响应曲线（波特图）,1. RC高通电路的频率响应,最大误差 -3dB,水平线,斜率为 20dB/十倍频程 的直线,近似讨论：,1. RC高通电路的频率响应,画出对数频率响应曲线,表示输出与输入的相位差,低频时，输出超前输入,因为,所以,近似讨论：,确定上限频率 f H、下限频率f L （带宽BW）,（特征频率时间常数）,99,2. RC低通电路的频率响应,3.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,传函：,频率响应 表达式:,幅频响应,相频响应,特征频率,2. RC低通电路的频率响应,（波特图）,3.7.3 单级放大电路的低频响应,分析举例1：习题3.4.2,分析过程：,求频响表达式,确定 f H、f L （BW）,画波特图,求静态工作点,画小信号等效电路（保留电容）,电路变换过程：,(a) Rb rbe 开路,102,3.7.3 单级放大电路的低频响应,分析举例1：,求频响表达式,3.7.3 单级放大电路的低频响应,分析举例1：,更精确的关系：,确定 f H、f L （BW）,画波特图,104,分析举例2：,3.7.3 单级放大电路的低频响应,画低频小信号等效电路,求静态工作点,图3.7.13（131页）,电路变换,(a) Re XCe = 32 ( f =100Hz),(b) Rb = 25k Ri,(a),(b) 2条假设突出考察Ce的影响,(c) Ce 折算,(c) 输出回路：诺顿戴维南,结论：Ce是决定低频响应的 主要因素,105,3.7.3 单级放大电路的低频响应,中频增益,则,分析举例2：,确定 f H、f L （BW）,求频响表达式,问题？,106,3.7.2 单级放大电路的高频响应,1. BJT的高频小信号建模, 模型的引出, 模型简化, 模型参数的获得, 的频率响应,2. 共射极放大电路的高频响应, 型高频等效电路, 高频响应,3. 共基极放大电路的高频响应, 增益-带宽积, 高频等效电路, 高频响应, 几个上限频率的比较,107,1. BJT的高频小信号建模,3.7.2 单级放大电路的高频响应,模型的引出,模型简化,互导,108,1. BJT的高频小信号建模,3.7.2 单级放大电路的高频响应,模型参数的获得,(1) 2个电容,(2) 2个电阻rbb、rbe,(3) 互导gm,fT 特征频率，查手册,查手册,公式计算,低频时，电容开路,2个模型等效,所以,109,的频率响应,由H参数可知,1. BJT的高频小信号建模,即,根据混合模型得,低频时,所以,110,共发射极截止频率,的频率响应,1. BJT的高频小信号建模,的幅频响应,令,则,特征频率,共基极截止频率,111,2. 共射极放大电路的高频响应,3.7.2 单级放大电路的高频响应,分析举例1：习题3.4.2,已知:,分析过程：,求静态工作点,画小信号等效电路(保留电容),混合模型,问题？,所有电容一起分析？,112,计算电容的电抗：,2. 共射极放大电路的高频响应,思路：分3个频段进行频响分析，然后再合成,C f L BW ,C f H BW ,113,2. 共射极放大电路的高频响应,分析举例1：习题3.4.2,已知:,分析过程：,求静态工作点,画高频小信号等效电路,电路变换,(a) Rb=300k Rs =500,与图3.7.8(b)相同,114,2. 共射极放大电路的高频响应,电路变换,与图3.7.8(b)相同,(b) 用密勒定理对Cbc作等效拆分,(a) Rb=300k Rs =500,CM,115,2. 共射极放大电路的高频响应,电路变换,(b) 用密勒定理对Cbc作等效拆分,(a) Rb=300k Rs =500,(c) 从Cbe向左做戴维南等效,(d) 输出回路：诺顿戴维南,确定 f H、f L （BW）,fH =,116,2. 共射极放大电路的高频响应,求频响表达式,中频增益,117,完整的频响表达式及波特图,2. 共射极放大电路的高频响应,中频增益,118,2. 共射极放大电路的高频响应,增益-带宽积,BJT 一旦确定，,带宽增益积基本为常数,# 如何提高带宽？,119,3. 共基极放大电路的高频响应,高频等效电路,120,3. 共基极放大电路的高频响应,高频响应,列 e 点的KCL,而,所以电流增益为,其中,电压增益为,其中,特征频率,忽略,121,3.7.4 多极放大电路的频率响应,1. 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,122,3.7.4 多极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）,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，,两级的增益为,即两级的带宽小于单级带宽,123,基本要求,了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要参数 了解静态工作点与非线性失真的关系 熟练掌握放大电路静态工作点的设置和估算， 熟练掌握用小信号模型分析法求解放大电路的动态指标 掌握BJT放大电路三种组态的结构及性能的特点 掌握放大电路的频率响应的基本概念及基本分析方法 了解各元件参数对放大电路的频率响应性能的影响,124,自 测 题,一、在括号内用“”或“”表明下列说法是否正确。 （1）只有电路既放大电流又放