chapter 4半导体三极管及放大电路

1、1 放大电路是模拟电路的核心和基础。 放大作用实质是：在输入小信号的控制下，将直流 电源的能量转化为输出信号能量。 4-1半导体BJT(双极结型晶体管） (Bipolar Junction Transister) 一 BJT简介 1、晶体管的种类 按照频率：高频管、低频管 按照功率：大、中、小功率管 按照材料：硅管、锗管 按照结构：NPN、PNP 2 2 .NPN 型晶体管 三极管由两个PN结 构成：集电结和发 射结。 箭头的方向 从 PN。 发射极：发射载流子； 基极： 控制和传输载流子； 集电极：收集载流子。 C（集电极） B(基极） E（发射极） N N P B C E 基区是P型半导体

2、，尺寸很薄，搀杂浓度很低。 发射区和集电区是N型半导体， 集电区的面积比发射区要大， 发射区的搀杂浓度比集电区要高。 3 3 PNP 型半导体 PNP型半导体也具有两个PN结，其 结构特点与NPN型半导体相似。 E B C P P N C（集电极） B(基极） E（发射极） 4 4-1-2 BJT的电流分配与放大作用 1. BJT 内部载流子的传输过程 对于NPN管要使三极管具有放大作用， 必须发射区发射电子，集电区收集电子。 三极管实现放大的外部条件是： 发射结加正向电压， 集电结加反向电压。 5 1、发射区向基区注入电子 发射结正向偏置多子扩散， 发射区的多子（电子）向基区扩 散，形成电子

3、电流InE 。 基区的多子（空穴）向发射区扩 散，形成空穴电流IpE 。 IpE 基区的搀杂浓度远远小于发射区， InE IpE空穴电流IPE忽略不计。 IE=InE+IpEInE 电流的实际方向从E流出 InE 6 2、电子在基区中的扩散与复合 发射区向基区注入的电子， 在基区内成为非平衡少子， 靠近发射结的地方，电子浓度最 高，形成由浓度梯度产生的扩散 运动。 电子在向集电结扩散过程中与基 区中的空穴发生复合，形成基极 复合的电流为IB，。 基区搀杂少而且很薄，电流IB，很 小，大部分电子都可以到达集电 结边缘。 B I 7 3、集电区收集扩散过来的电子 从发射区注入的电子在基区中为少 子

4、。集电结反向偏置，有利于少子 的漂移运动。 电子扩散到集电结时，很快漂移过 集电结，被集电区收集，形成集电 极电流 InC 集电结反偏，本征激发产生的少 子（基区的电子和集电区的空穴） 形成反向漂移电流，称为集电 极基极间的反向饱和电流ICBO， 大小取决于少子的浓度，受温度 影响很大。 BnCnE IIII IB B ， I InE nE InC ICBO 8 集电极电流：IC=ICBO+InC 基极电流： IB=IB，-ICBO 发射极电流：I IE E=InC+IB， =(IC-ICBO)+(IBICBO) =I=IC C+I+IB B 三极管各极电流的代数和为0， 满足基尔荷夫电流定律

5、。 ICBO InC IB， InE 三极管各极的电流： 9 2 . 电流分配关系 ECBOEB ECBOEC E C E CBOC nE nC IIII IIII I I I II I I )1 ()1 ( B CBOBE BCBOBC B C CBOB CBOC B nC I III IIII I I II II I I )1( )1()1( )1( 定义 ： 共基极电流 放大系数 共射极电流 放大系数 CBOCEO II)1 (穿透电流： 10 、的关系 )/(1 / BnC BnC BnC nC nE nC II II II I I I 发射结正偏，集电结反偏， iE与VBE的关系 E

6、S E TBE ESESE I i Vv eIeIi T V BE V T V BE V ln ) 1( 1 典型值为几十几百 发射结反向饱和电流: ES I 1 1 11 外部条件 发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。 内部条件 发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度， 基区厚度要薄。 三极管具有放大作用必须具备如下条件 ： 3. 放大作用 VCVBVE B C E NPN B C E PNP VCVBVE 12 vI的 变化 vBE的 变化 iE的 变化 iC的 变化 vO的 变化 共基极放大电路 动态放大过程： iC =IC+iC iB =IB+iB iE=IE+iE vI=0 静态 静态

7、时，电路中各电压、电流均为直流量 vO=VO+vO RL VEE VCC vI VEE VCC VO RL IEIC IB 13 例：=0.98, RL=1K, vI=20mV, 设由于vI引起的iE=1mA, iC= iE= 0.98mA vO=RLiC =0.98V Av= vO/ vI=49 共基极联结: 有电压放大能力， vO、vI同相。 输入电流是iE，输出电流iC，无电流放大能力。 RL VEE VCC vI 14 根据输入、输出信号在外端结的连接方式不同， 三极管放大电路有三种组态： 共基极 共发射极共集电极 i V o V o V i V o V i V 输入端输出端公共端 共

8、基极 ecb 共发射极 bce 共集电极 bec 判别三种组态的方 法主要看输入、输 出信号端连接在哪 个电极。 15 4. 共射极连接方式 iB=IB+iB iE=IE+iE iC=IC+iC vO=VO+vO 共射极电路能放大电压能放大电压， 输出电压与输入电压反相。 共射极电路输入电流是iB， 输出电流iC，能放大电流能放大电流， 电流放大倍数为。 例：=0.98, RL=1K, vI=20mV, 设由于vI引起的 iB= 20A, iC= iB = /(1- )iB =49 iB =0.98mA iE= iB+ iC=1mA vO=RLiC = 0.98V AV= vO/ vI= 49

9、 i V RL T VCC VBB vBE vO 16 4-1-3 BJT 的特性曲线 1、共射极电路的特性曲线 vCE=0,输入特性曲线与二极管的正向特性曲线相似。 0vCE1V,输入特性基本不变。 集电极已反偏，已具有足够收集电子的能力。 常数 CEBEB vvfi)( (1)输入特性 vBE vCE iC iB 17 vBC=0 (2) 输出特性 放大区 饱和区 截止区 常数 BCEC ivfi)( （A）放大区 处于放大区的条件 发射结正偏，集电结反偏。 NPN：vBE0 vBC0 （硅管vBE0.7V）, 特点： iC=iB+ICEOiB 在放大区内，iC受iB控制。 iB不变，iC

10、受vCE的影响很 小，呈现很好的恒流特性。 因为基区宽度调制效应， iC随vCE增加有微小增加。 vBE vCE iC iB 击穿区 18 （B）截止区 发射结反偏，集电结反偏。 NPN：vBE 0, vBC 0 （vBE0 vBC0 （硅管vBE0.7V） 特点： iC随vCE的增加而迅速增加。 iCiB ， iC不受iB控制。 vCE很小，称饱和压降饱和压降VCES 硅管：VCES 0.3v 锗管：VCES 0.1v (D) 击穿区 vCE 足够大时，集电结发生 反向击穿，iC迅速增大。 19 NPN PNP三极管的比较 NPN PNP 特 点 放 大 区 VCVBVE VBE为结电压 V

11、CVBVE VBE为结电压 发射结正偏， 集电结反偏 iC=iE=iB 截 止 区 VBVC VB VC VBVE 发射结反偏 集电结反偏 iC iE iB 0 饱 和 区 VBVE VBVC VBE为结电压 VCE 为饱和压降 VBVE VBVC VBE为结电压 VCE 为饱和压降 发射结正偏 集电结正偏 iC iB 饱和压降 硅管：|VCES| 0.3V 锗管：|VCES| 0.1V 导通时结电压 硅管：|VBE|0.7V 锗管：|VBE| 0.2V 20 例:已知NPN型硅三极管各极的电位如下，试判断下列 管子的工作状态。 VC 6V 6.3V 6V VB 0.7V 6.7V -0.1V

12、 VE 0V 6V 0V 状 态放大饱和截止 例：在一正常放大电路中，测得三极管的三个电极 的电压分别如下图，试判断管子的类型和电极的名 称。 B C E B C E B C E PNP锗NPN硅PNP硅 -7V -2V -2.2V -0.7V 0V 5V -1.3V -2V -10V 21 6v 3-1-4 BJT 的主要参数 1. 电流放大系数 Q B C I I :共射直流放大系数 常数）（ 共射交流放大系数 CE B C v i i : E C E C di di I I : : 共基交流放大系数 共基直流放大系数 11 5 .37 04. 0 5 . 1 40 04. 006. 0

13、5 . 13 . 2 22 集电极-基极反向饱和电流ICBO 小功率锗管，ICBO 约10A， 硅管ICBO小于 1A。 2 极间反向电流 集电极-发射极的反向饱和电流ICEO 也称穿透电流。 ICEO=(1+)ICBO 锗管：十几百微安 硅管：几微安 vCC ICBO vCC ICEO 极间反向电流大小取决于少数载流子 的浓度, 与温度密切相关。 23 3 极限参数 集电极最大允许电流ICM 一般指 下降到最大值的0.5 时的电流值。 IC超过ICM时，值大大下降。 集电极最大允许功耗PCM 集电极功率损耗PC=ICVCE 当PCPCM 时，集电极过热会烧毁。 反向击穿电压 晶体管的两个PN

14、结，在反向电压超过规定值 时，会发生电击穿现象。 24 V(BR)EBO V(BR)CEO V(BR)CER IB VBVBE 一般可取： IRB1=（510）IB VB=（35）V （硅管） 4-5-2 射极偏置电路 RL o V T RC Cb1 RB1 VCC Cb2 RS S V RB2RE i V 59 交流通路（RB=RB1/RB2） (3)动态分析 RL o V T RC Cb1 RB1 VCC Cb2 RS S V RB2RE i V )( / 21 2 ECCCCCE CB E BEB EC BB B CCB RRIVV II R VV II RR R VV (2)静态分析

15、RE RL T RB RC RS S V i V o V rbe RB RS S V i V o V B E C RE b I b I c I RL RC 小信号模型 60 rbe RB RS S V i V o V B E C RE b I b I c I RL RC Ebbeb Lb Eebeb Lb i o V RIrI RI RIrI RI V V A )1( 1、电压增益 RE使增益下降。 增加射极旁 路电容后 be L V r R A CE RL o V T RC Cb1 RB1 VCC Cb2 RS S V RB2RE i V Ebe L V Rr R A )1 ( 61 2、输

16、入电阻 RiRi Ebe b i i Ebeb Eebebi Rr I V R RrI RIrIV )1 ( )1 ( 射极加旁路电容 Ri=RB1/RB2 /rbe RE使输入电阻增加。 rbe RB RS S V i V o V B E C RE b I b I c I RL RC i I iB i i i RR I V R/ )1 (/(/ 21EbeBBi RrRRR 射极电阻RE等效到基极回路增加(1+)倍。 62 不考虑rce的影响 输入 回路方程 İbrbe + İb(1+)RE+ İbRS，=0 İb=0 受控电流源开路 3、 输出电阻RoRo rbe c I RB RS T

17、V B E RE b I b I RC T I RS C 考虑rce的影响 c Esbe E b Ecbsbe I RRr R I RIIRr 0)()(Ib rce c Esbe EEce Ece EcbcebcT I RRr RRr Rr RIIrIIV )( )()( Ro= Ro=RC 63 Esbe EEce Ece c T o RRr RRr Rr I V R )( CCoo Esbe E ceo RRRR RRr R rR / )1 ( (rceRE) ccceo RRrR/ RE使三极管集电极对地的输出电阻 Ro大大增加 射极加旁路电容后 Ro=rce 64 例：在下图所示电路

18、中， VCC=12V，RS=600，RB2=33K，RB1=10K RC=3.3K，RE1=200，RE2=1.3K, RL=5.1K 1、求静态工作点 解: 1、求静态工作点 VB=VCCRB2/(RB1+RB2) =2.79V CE RL o V T RC Cb1 RB1 VCC Cb2 RS S V RB2 RE1 i V RE2 IE=(VB-VBE)/(RE1+RE2) VBE=0.7v IE =1.46mA VCE=VCC-(RE1+RE2+RC)IE =5V 65 RB=RB1/RB2 rbe RB RS S V i V o V B E C RE1 b I b I c I RL

19、RC E bbe I rr 26 )1 ( 1 )1 ( )/( Ebe LC V Rr RR A iBBi Ebei RRRR RrR / )1 ( 21 1 is i VSV RR R AA )( Ro=3.3K .),(, ,2 oiSVV RRAA 求 rbe=1.1K 84. 8 V A KRi57. 4 Ro=RC 81. 7 )( SV A 66 RL T RB RE RS S V i V o V 3-6 共集电极电路和共基极电路 3-6-1 共集电极电路（射极跟随器） 结构特点：负载接在发射极上，输入、输出公共 集电极，输入回路包含了电路的输出电压。 oiobei VVVVV

20、o V i V RL T RE Cb1 RB VCC Cb2 RS S V 交流通路 67 1、静态分析 2、动态分析 bLo Lbeb Lebebi IRV RrI RIrIV )1( )1( 输出电压与输入电压 同相，且近似相等。 ECCCCE EB BECC B BE EEBEBBCC RIVV RR VV I II RIVRIV )1 ( )1 ( o V i V RL T RE Cb1 RB VCC Cb2 RS S V o V E c I rbe RB RS S V i V BC RE b I b I RL V A 求) 1 LE LRRR/ 1 )1( )1( Lbe L i o

21、 V Rr R V V A 68 2) 求Ri Lbeb Lebebi RrI RIrIV )1 ( LbeB iBi RrR RRR )1 (/ / 共集电路的输入电阻比 共射电路大大增加 射极电阻RL等效到基极 回路增加（1+）倍 o V E c I rbe RB RS S V i V BC RE b I b I RL LEL Lbei RRR RrR / )1 ( 69 E T b E T bbT R V I R V III )1( 共集电路的输出电阻很小 基极回路电阻等效到射 极回路， 减少为（1+）分之一 3)求Ro Rs=Rs/RB E c I rbe RB RS T V B C

22、RE b I b I T I Bss sbe T b RRR Rr V I / E T sbe T T R V Rr V I 1 E sbe T T o R Rr I V R/ 1 70 共集电极电路的性能特点： 放大倍数近似为1，但小于1， 输出电压与输入电压同相。 （输出电压总是跟随输入电压的变化而变化）。 输入电阻较大。 输出电阻很小。 共集电极电路一般用于多级放大器的输入级， 中间缓冲级和输出级。 71 4-6-2 共基极电路 RC Re T Rb1 VCC Rb2 IC IB 1、静态分析 CB Cb2 RS RL Cb1 Rc Rb1 Rb2 VCC Re S V o V RL=R

23、L/RC RS RL Re s V o V )( / 21 2 ecCCCCE CB e BEB EC bb b CCB RRIVV II R VV II RR R VV 72 2 、动态分析 bebi LbLco V rIV RIRIV A )1( )1()1( )2( be b beb e i i i r I rI I V R R RiRi 基极回路电阻等效 到射极回路，减少 为（1+）分之一 输出电压与输入电压同相 RL=RL/RC RS RL Re s V o V RS RL Re s V o V b e c b I rbe b I i V e I be L i o V r R V V

24、 A e be eii R r RRR/ 1 / 73 Rc RSRe T V b e c b I rbe b I e I T I 共基极电路的特点: 输出电压与输入电压同相， 有电压放大作用。 电流放大倍数近似为1。 输入电阻小。 o R)3( RoRo co b T o RR I V R 共基极电路频率特性好，多在宽带放大器中应用。 oI oRRIrI oRRIrI b sebbeb seebeb )/)(1 ( )/( 74 4.7 组合放大电路组合放大电路 4.7.1 共射共射-共基放大电路共基放大电路 4.7.2 共集共集-共集放大电路共集放大电路 75 4.7.1 共射共射-共基放

25、大电路共基放大电路 共射共基放大电路共射共基放大电路 76 4.7.1 共射共射-共基放大电路共基放大电路 21 o1 o i o1 i o vvv v v v v v v AAA )1( 2be1 be21 be1 L1 1 r r r R A v be2 Lc22 be2 L22 2 )|( r RR r R A v 其中其中 be2 Lc22 be12 be21 )|( )1(r RR r r A v 所以所以 1 2 因为因为 be1 Lc21 )|( r RR A v 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

26、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 2 be2 L 1 r R 77 4.7.1 共射共射-共基放大电路共基放大电路 输入电阻输入电阻 Ri i i i v Rb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻输出电阻 Ro Rc2 78 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 (b)(b)交流通路交流通路 4.7.2 共集共集-共集放大电路共集放大

27、电路 79 复合管 =1+2+ 12 12 rbe=rbe1+（1+1）rbe2 p N N B C E B C E p N p P p N N N N B C E T1 T2 B C E p N p p N p T1 T2 同种类型的管子复合 80 不同类型的管子复合 不同类型的管子复合， 复合后的类型取决于 第一管的管型，且 管脚一致。 12 rbe=rbe1 p N N B C E B C E p N p p P p N N B C E T1 T2 P p N N B C E T2 p N T1 81 P N N T2 P N T1 N 如下面的连接方式是错误的 P P N N N T1

28、 T2 P 82 AV ()幅频特性，增益的模与频率的关系。 () 相频特性，输出、输入的相位差与频率的关系。 4-8 放大器的频率特性 输入正弦信号时，放大器特性随频率变化的稳态响应。 )()( Vio i o i o V A V V V V A 频率特性分析方法频率特性分析方法 求出放大器的传输函数，画出幅频与相频特性曲线。 波特图：幅频曲线，水平轴采用频率对数坐标， 垂直轴用增益的db值。 相频曲线，水平轴采用频率对数坐标， 垂直轴用相位的线性坐标。 常用渐近线组成的折线近似绘制。常用渐近线组成的折线近似绘制。 83 阻容放大器的幅频特性 截止频率： AV下降至AV(max)的0.707

29、 倍 (1/2)时对应的频率。 fH-上限频率 fL-下限频率 截止频率处所对应的 AV(db) 值下降了3db。 也称为半功率点半功率点. AV(db) fL 20db 40db 60db 110 102103104105 f fH 3db 幅频特性分为：中频段、低频段、高频段。 高频段增益下降的原因是：极间电容和接线电容的影响。 低频段增益下降的原因是：耦合电容和旁路电容的影响。 中频段：极间电容和接线电容可视为开路， 耦合电容和旁路电容可视为短路。 84 频率失真频率失真（线性失真） 产生原因：电路中存在电抗元件，其阻抗随频率变化， 导致对不同频率信号分量有不同的增益和相移，使 输出波形

30、失真。 特点: 输出信号中不产生新的频率成分， 输入单一频率的正弦信号，输出波形不失真。 不产生失真的条件： 增益与频率无关，幅频特性为常数。 输出、输入相位差与频率成正比例。 85 4-8-1 单时间常数RC电路的频率响应 1、一阶RC低通电路的频率响应 11 1 1 1 1 1 1 1 )( CjR jC R jC V V jA i o V 11 1 CR H 2 )(1 1 H V f f A H H f f arctg 电压传输函数 R1 C1 i V o V HH V f f jj A 1 1 1 1 11 2 1 CR f H 用一阶RC低通电路的频率特性来 模拟放大器的高频响应。

31、 用一阶RC高通电路的频率特性来 模拟放大器的低频响应。 86 ffH (f10fH) AV(db) =-20lg(f/fH) =-20lgf+20lgfH (高频渐近线) 是一条以-20dB/十倍频下降的 斜线，与0db线交于fH。 f=fH称转折频率。 f=fH AV(db)= -3dB fH即上截止频率。 最大误差在f=fH 处,误差值为3dB 2 )(1lg20)( H V f f dbA 幅频特性 -20db/十倍频 -3db f 20lgAVH -20db fH 10fH102fH -40db 0.1fH 幅频特性由0db水平 线和在截止频率处以 -20db/十倍频 下降的斜线组成

32、。 87 用三段直线来描述: f0.1fH, H(f) 0 (低频渐近线) 45/十倍 频 相频响应 H= -arctg f/fH 相频特性由三段组成：0水平线、90水平线 和斜率为45/十倍频的斜线。 转折频率点在0.1 fH和10 fH。 最大误差点在0.1 fH和 10 fH处,误差值为5.7 f10fH, H(f) - 90 (高频渐近线) 0.1fH f 10fH f =fH H(f) -45 用斜率45/十倍频的斜线 近似表示。 88 2、RC高通电路 的频率响应 R2 C2 i V o V f f j A L VL 1 1 2 )(1 1 f f A L VL f f arctg

33、 L L f 20lgAVL -20db fL 0.1fL 10fL 10fLfL0.1fL 45 90 L 22 2 1 CR f L 45/十倍 频 20db/ /十倍频 89 4-8-2 单级放大器的高频响应 1、BJT高频小信号建模 （1）模型引出 三极管高频小信号模型是 根据三极管的物理特性， 抽象而成的等效电路。 频率高时，三极管极间电 容不可忽略。 rce ebmV g b b e c bb r cb c eb c cb r eb r rce ebmV g b b c bb r cb c eb c cb r eb r e 混合型高频小信号模型 导致放大器高频段增益下降 的原因是三

34、极管的极间电容 和接线电容。 90 基区体电阻rbb（50300欧） 发射结参数rbe和cbe rbe 发射结动态电阻re折合 到基极回路中的值。 rb,e=(1 +0)re re=26(mv)/IE Cbe 发射结电容，正偏时 主要为扩散电容。 (几十几百PF) 集电结参数rbc和cbc rbc 集电结电阻，因集电 结反偏，故rbc很大， (100K10M) Cbc 集电结电容，反偏时 为势垒电容(210PF) rce ebmV g b b c bb r cb c eb c cb r eb r e 91 受控电流源gmvb,e 表示发射结电压对集电极电 流的控制，与低频模型中 的0Ib相对应

35、。 （ 0低频共射电流放大倍数） gm称为跨导 常数 CE EB C m v v i g Lce cb cb Rr c r 1 rce ebmV g b b c bb r cb c eb c cb r eb r e e ebmV g b b c bb r cb c eb c eb r rce输出电阻 表示输出电压对输出电流 的影响。 简化高频小信号模型 92 c e ebmV g b b bb r cb c eb c eb r (2)模型中参数的计算 高频小信号模型的元件参数在很 宽的频率范围内与频率无关。 低频时该模型的元件参数，应与 低频小信号模型的参数一致。 Cbc由手册中查出 E T

36、bbe ebbbbe I V rr rrr )1 ( 0 ebbeb bebm rIV IVg 0 rbe bc e b I b I eT E eb m rV I r g 1 0 E T eb I V r)1 ( 0 eT cb eT eb rf c rf c 2 1 2 1 93 (3) BJT的频率参数 共发射极截止频率共发射极截止频率f 下降到0的0.707时所对应的频率 ebcbmc VcjgI )( )(2 1 11 00 cbebeb ccr f f f jj )( cbm cg c e ebmV g b b bb r cb c eb c eb r c I b I 0 / ce V

37、 bc II )(1 )( 1 / cbebeb eb b cbeb ebbeb ccrj r I ccj rIV )(1 )( cbebeb ebcbm b c ccrj rcjg I I )(1 cbebeb ebm ccrj rg )( 0 e bmr g 94 2 0 )(1 1 f f f f j o 当ff时 : 特征频率特征频率fT：当下降为1时所对应的频率fT ff f f o o ebm ebcbeb rg rcc f 0 )(2 1 ecbebcbeb m T rcccc g f )(2 1 )(2 ff oT 95 共基极截止频率共基极截止频率 f 下降到0的0.707时

38、所对应的频率 f f j f f j f f j f f j f f j 1 )1( 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 ff)1 ( 0 ffT 0 fff T 96 2 共射极放大电路的高频响应 密勒电容 RB，RL视为开路 共射放大器简化交流通路： 2 Z 1 图 1 I Z1 12 Z2 图2 I I Z VK Z VV I K V V 121 1 2 )1 ( 1 ：图 密勒定理：设 RL vs RC T RB vo 1 1 :2 Z V I 图 2 1 2 2 Z VK Z V I K Z Z 1 1 K Z K ZK Z /111 2 97 Cm eb C

39、ebm eb o Rg V RVg V V K 用密勒定理将Cbc等效到输 入回路和输出回路。 e ebmV g b b c bb r cb c eb c eb r Rc Rs s V o V eb c Rs e ebmV g b b c bb r M c eb r Rc s V o V M c cbcb Cm M CC Rg C ) 1 1 ( cbCmM jCRgjC 1 1 11 cbCmM CRgC )1 ( CM很小，结电容的影响可忽略，但如果有较 大负载电容，输出回路的时间常数必须考虑。 98 eb c Rs e ebmV g b b c bb r M c eb r Rc s V

40、o V M c cbCmeb Meb CRgC CCC )1 ( Rc Rs e ebmV g b b c bb r eb r s V o V C R e ebmV g b c s V o V C )/( bbSeb ebbbS eb SS rRrR rrR r VV 利用戴维南定理将输入 回路简化为一阶RC电路. 99 (2) 高频响应与上限频率 s cebm s o HV V RVg V V A S H VO VH f f j A A 1 MV ebbbs co VO S A rrR R A R e ebmV g b c s V o V C cbCmeb CRgCC )1 ( )/( bb

41、Seb rRrR )(1 ( 1/1 /1 ebbbs ebs s Seb rrRRCj rV RCj V jCR jC VV )(1 ( ebbbs co HV rrRRCj R A S RC fH 2 1 100 1、高频增益下降的主要原因是管子的极间电容。 2、电路的高频响应取决于高频等效电路的时间常数。 3、求高频截止频率的方法： 画出三极管高频等效电路。 利用密勒定理将跨接在输入与输出端的电容Cbc分别 等效到输入回路和输出回路。 将输入和输出回路分别化简为简单一阶RC电路。 分别求输入回路和输出回路的时间常数(1、2)。 计算 fH1=1/(21 )（结电容的作用） fH2=1/(

42、22 ) （负载电容的作用） 如果其中有一个低的多，则由此确定上限频率。 如果相近，1/f2H1/f2H1+ 1/f2H2 4、共射放大电路由于密勒效应，使Cbc等效到输入回路 的电容大大增加，导致高频截止频率较低。 101 提高高频截止频率的措施： 选择fT高的管子, Cbc 、 Cbe 、 rbb 都小。 减小信号源内阻。 减小负载电阻，（将使增益下降） 一方面使密勒等效电容减小，提高输入回路的截 止频率； 另一方面，减小了输出电阻，提高输出回路的截 止频率。 减小分布电容和负载电容。 cbCmeb CRgCC )1 ( )/()1( bbS E T rR I V R RC fH 2 1

43、eT eb rf c 2 1 102 例: 设共射放大器在室温下运行, 其参数为: RS=1K, rbb=100, Ic=1mA, 0=100, fT=400MHZ, Cbc=0.5pF, Rc=5K 求低频源电压增益和上限频率。 C=Cbe+(1+gmRc)Cbc =111.5pF R=(RS+rbb)/rbe =0.77K fH=1/(23.14RC) =1.58MHZ RL vs RC T RB vo Rs 解：gm=IE/VT=1/26=0.038ms rbe=0/gm=100/0.038=2.6K Cbe=(gm/2fT)-Cbc=14.8pF CM=(1+gmRC)Cbc= 96.

44、7pF AVs= -0RC/ (RS+rbe) = -133.5 103 增益带宽积 低频电压增益与通频带相乘的积称为增益带宽 积. cbCmeb ebbbS bbSeb beS Cebm HVo CRgC rrR rRr rR Rrg fA )1 ( )( 2 1 cbCmebCm CRgCRg 1 RCAVO RCCM fH 在BJT管确定后, 共射放大电路增益带宽积 基本上是一个常数. 因此提高低频电压增益和 增加频带宽度存在矛盾 cbbbS HVo CrR fA )(2 1 104 (3) 共基极电路的高频响应 m eb o eb eb meb ebm s o IH eb eb meb

45、s g C j jC r gV Vg I I A jC r gVI 1 1 1 1 1 RL RS s V o V o I o V e c b RS RL s I b ebmV g bb r eb r eb c cb c 00 1 cbbb be S cr r R eb r o I o V ec b RLs I b ebmV g eb c 105 共基放大电路的输入和输出之间没有反馈电容， 所以不存在密勒效应。 共基电路输入电阻很小，时间常数很小，输入 截止频率很高。 共基电路输出回路输出电阻较大，如果有负载 电容，将制约上限频率。 共基电路常用于到宽频带,低输入阻抗的场合。 H o ebe

46、m eb o IH f f jCrj g C j A 1 1 1 1 1 1 0 T eeb H f rC f 2 1 o o o 1 106 串接放大器 VB1=VCCRb21/(Rb11+Rb21) IC1=IC2=(VB1-0.7)/Re1 VB2=VCCRb22/(Rb12+Rb22) VCE2=VCC-ICRc2-VB2+0.7 VCE1=VB2-0.7-ICRe1 直流通路 T1 Rc2 Rb11 VCC Rb21 Re1 Rb22 Rb12 T2 静态分析 T1 Ce1 o V Rc2 Cb1 Rb11 VCC Cb2 RS S V Rb21 i V Re1 Rb22 Rb12

47、T2 CB 107 (2)动态分析交流通路 1 2 2 1 1 2 2 1 1 11 1 1 1 be be be be be L V r r r r r R A Rc2 T1 Rb1 T2 1b I 2e I 2c I i V o V 直接求增益 1 21 11 211 11 22 be c bbe cb bbe cc i o V r R Ir RI Ir RI V V A 2 22 2 be C V r R A 21VVV AAA 两级分别求： Ri2 T1 Rb1 i V 1o V 1 21 2 22 1 2 2 1 1 be C be C be be V r R r R r r A 1

48、08 串接放大器特点: 由共射放大电路和共基放大电路串联组成。 整个电路增益与单级共射电路的电压增益相同。 共射放大电路电压增益近似为-1,因而上限频率大 大提高。 共基放大电路具有电压放大作用,且上限频率很高. 该电路适应于宽带放大。 输入电阻由共射放大电路决定。 109 4-8-3 单级放大电路的低频响应 频率较低时,耦合电容，射 极旁路电容的容抗增大， 不能视为短路，对放大 器低频增益产生影响。 Ce RL o V T Rc Cb1 Rb1 VCC Cb2 RS S V Rb2 i V Re 设RbRi Rb看作开路 设Re XCe Re看作开路 Re Ce Cb1 RL T Rb RS

49、 S V i V o V Cb2 Rc 1、低频等效电路的简化 110 Xce折合到输入回路 增大(1+)倍. Xce1= (1+)/Ce Ce1=Ce/(1+) Xce折合到输出回路, 容抗值近似不变， Ce2= Ce e rbe RS S V i V o V b c b I b I c I RL RC Ce Cb1 Cb2 o V b I e RS S V i V b c b I c I RL Ce1 Cb1 Cb2 Ce2 rbe RC RS S V i V b c b I c I RL C1 Cb2 rbe RC b I o V 根据密勒定理的对偶定理， 把Ce等效到输入输出回路。 e

50、b eb eb eb cc cc cc cc c 1 1 11 11 1 )1 ( 111 2 、低频响应 ) 1 ( 1 1 2 jC rRIV R jC RR RI V V V A beSbS L b LC Cb o s o VsL cbR I RC RS S V i V b c c I RL C1 Cb2 rbe b I o V )( 1 1 )( 1 1 ) 1 )( 1 ( 12 12 besLcb bes L beS b LC Lc VsL rRjcRRjC rR R jC rR jC RR RR A )1)(1 ( 21 f f j f f j A A LL MV VsL S 112 如果两个转折频率的比 值在4倍以上， 则较大的那个决定低频 转折频率。 Ce等效到输入回路减 小到1/(1+)， 通常：C1Cb2 Rs+rbefL2 Ce是影响低频响应的主 要因素。 beS L MV rR R A S )1)(1 ( 21 f f j f f j A A LL MV VsL S 11 1 )(2 1 2 1 CrR f beSL L 22 2 )(2 1 2 1 bLCL L CRR f 低频截止频率也由低频等 效电路输入、输出回路的 时间常数决定。 1