晶体管及放大电路基础

1、跳转到目录页2.2 基本放大电路2.3 基本放大电路的分析方法2.4 共C和共B电路2.5 放大器的级联2.6 基本要求与小结-放大电路基础篇 Basic BJT Amplifiers跳转到目录页2.2 2.2 基本放大电路基本放大电路n2.2.1 放大的概念n2.2.2 基本放大器组成原则n2.2.3 放大器的特点n2.2.4 放大器的主要性能指标跳转到目录页2.2.1 放大的概念 1. 放大对象：主要放大微弱(small signals)、变化的电信号 ，使其Pi (Vi或Ii) 得到放大！ 2. 2. 放大实质：直流能 交流能 三极管换能器在保持信号不失真的前提下，使其由小变大，由弱变强

2、。 放大跳转到目录页1、管子要放大 JeJe正偏正偏,Jc,Jc反偏反偏2、信号能入能出2.2.2 基本放大器组成原则共射电路共射电路输入回路与输出回路电流、电压的关系 BEBEQbevUv输入回路bBQBiIi输出回路CECEQcevUvcCQCiIiIBQUBEQUCEQICQ跳转到目录页 基本组成如下：基本组成如下：u 三三 极极 管管 Tu 集电极电阻集电极电阻Rc u 负载电阻负载电阻RLu 偏置电路偏置电路VCC, Rbu 耦合电容耦合电容C1 , C2iBiC习惯画法基本晶体管放大器的组成原则：1、输入信号须加在基极发射极回路；2、必须设置合适的静态工作点；3、必须将晶体管偏置在

3、放大状态。跳转到目录页BEESC1TVUiIei由公式可知：当VBE VBE(ON)后VBE 对iC 有敏感的控制作用而VCE 对iC 的影响十分微弱 所以待放大的信号加在b或e极才能有效的得到放大，而不能加在c极。 待放大的信号须加在be回路uCE/V5101501234IB 40A30A20 A10A0A放大区iC/mA 共射输出特性曲线共射输出特性曲线跳转到目录页 须设置合适的静态工作点直流工作状态： （静态）当vivi0 0时,电路中各处的电压电流都是不变的,对应的电压电流，分别为IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ，代表了输入输出特性曲线上的一个点 习惯上称 静态工作点静态工作点 即Q

4、(Q(Quiescent) )点交流工作状态： （动态）当vi0时静态工作点设置是否合适对放大器的性能有很大影响是 输出电压不失真地放大的保证输出电压不失真地放大的保证 跳转到目录页 若Q Q点选得很小则产生截止失真；若Q点选得很大则产生饱和失真。 非线性失真为了防止非线性失真，在没有输入信号时Q Q点也不能为0 0而必须有合适的数值以保证在vi的整个变化过程中晶体管始终工作在 放大区放大区 若Q Q点过大措施是Q点下移使I IB B变小若Q Q点过小措施是Q点上移使I IB B变大跳转到目录页 晶体管必须工作在放大状态 晶体管上各端电压，端电流为 直流直流+ +交流交流且 交流分量的幅值 直

5、流分量的幅值，所以，在任一时刻e结正偏c结反偏。 可见 放大作用放大作用是指输出交流分量与输入信号的关系，因为只有交流分量才能反映输入信号的变化 v vOO与与v vi i反相反相 vO跳转到目录页0iv动态是目的，静态是保证（不失真）！动态是目的，静态是保证（不失真）！0iv 交流通路交流通路 直流通路直流通路 交流信号、直流信号并存！交流信号、直流信号并存！ 动态动态 静态静态2.2.3 2.2.3 放大器的特点放大器的特点跳转到目录页2.2.4 2.2.4 放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标对信号源而言，放大器相当于它的负载。 放大器的输入特性用输入电阻Ri表示 1.放大器的二端口

6、模型 对负载而言，放大器相当于负载的信号源。 放大器的输出特性用输出电阻R RO O和一个受控电压源（电流源）来表示 跳转到目录页2.主要性能指标 放大倍数或增益 定义为放大器输出量和输入量之比值 。根据二端口模型中输入量（Ui，Ii）和输出量（Uo ，Io）的不同，有四种不同定义的放大倍数。 电压增益 ：OviUAU电流增益 ：iOiIIA iOgUIA互导增益 :互阻增益： iOrIUA 为了方便，Au,Ai有时用分贝dB来表示 )(lg20)(lg20dBIIAdBUUAiOiiOu，跳转到目录页 输入电阻Ri 用来衡量放大电路对信号源的影响 当RiRs时 ViVs，RiRi越大得到的输

7、入信号电压越大越大得到的输入信号电压越大 信号源采用信号源采用电压源电压源即输入电阻越大 - 信号源电压Vs更有效地加到放大器的输入端 反之（RiRs）Ri越小得到的输入信号电流越大越小得到的输入信号电流越大 信号源采用信号源采用电流源电流源即输入电阻越小-放大器从信号源获取的电流越大跳转到目录页 输出电阻Ro 反映放大电路带负载能力当Ro越小则RL变化对输出电压的影响越小VoVo 即输出电压Vo越稳定 带负载能力强反之，若想在负载上得到电流较稳定则应使Ro大。 非线性失真系数THD 由于放大管输入输出特性的非线性，不可避免地要产生非线性失真，即放大器非线性失真的大小与工作点位置，信放大器非线

8、性失真的大小与工作点位置，信号大小有关号大小有关 但如果放大器的静态工作点设置在放大区且输入信号足够小，则非线性失真系数将很小 一般只有在大信号工作时才考虑非线性失真问题 非线性失真会产生新的频率分量非线性失真会产生新的频率分量 跳转到目录页频率失真(线性失真)输入信号由许多频率分量组成，由于放大器对不同频率信号的幅度增益、相移量不同而造成的失真。vAiRoR(此时输出信号中并未增加新的频率分量) 跳转到目录页2.3 基本放大电路的分析方法2.3.1 放大电路的静态分析2.3.2 放大电路的动态分析跳转到目录页 2.3.1 放大电路的静态分析 DC Analysis分析对象：Q（Quiesce

9、nt) (IB、IC和和VCE) 静态工作点静态工作点直流通路直流通路分析路径：静态分析有两种方法： 一、计算法 二、图解分析法（Graphical Analysis）跳转到目录页 一、计算法直流通路：C断开、L短路、直流电源保留bBECCBRVVIBCII cCCCCERIVV跳转到目录页二、图 解 法cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVVI直流负载线直流负载线跳转到目录页 2.3.2 放大电路的动态分析 AC Analysis动态分析有两种方法： 一、图解分析法 二、交流小信号模型分析法 AC Small-signal model analysis （微变等效电路法)vAiRoR分

10、析对象：交流通路交流通路分析路径：跳转到目录页交流通路：直流电源短地、C交流短路根据输入信号频率，将电抗极小的大电容、小电感短路，电抗极大的小电容、大电感开路，而电抗不容忽略的电容、电感保留。直流电源短地。跳转到目录页vceRLiC （RLR LRc）交流负载线交流负载线斜率斜率：1/ RL特点特点：过：过Q点点VABRLICQ跳转到目录页一、图解法vi vBE iB iC vCE |-vo| 1 1、交直流迭加、交直流迭加2 2、vo与与vi相位相反相位相反3 3、非线性失真：、非线性失真： 饱和失真饱和失真 截止失真截止失真结论：结论：跳转到目录页饱和失真跳转到目录页截止失真跳转到目录页n

11、要想获得大的不失真输出幅度，需要：要想获得大的不失真输出幅度，需要： 1.工作点工作点Q要设要设置在输出特性置在输出特性曲线曲线放大区放大区的的中间部位中间部位； 2.要有合适的要有合适的交流负载线交流负载线。 最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度? ?跳转到目录页二、交流小信号模型分析法 AC Small-signal model analysisn（1 1）模型的建立n（2 2）共射放大器的交流等效分析方法放大器定量分析的基础跳转到目录页(1)模型的建立（一）混合型电路模型 参数应用条件： 静态工作点选择恰当，晶体管工作在放大区 输入信号较小，非线性失真可忽略 共发射极晶体管 电路模型 跳

12、转到目录页cceQCCEceiuiur很大，可忽略 bcrc、b反偏， 也很大，可忽略 跳转到目录页ube对ib的控制，等效为b-e间交流结电阻rbe，其值： 发射结交流电阻eebeQEBEbeQBEeQEBEBEQBBEbbebe,1)1(riuiuiiiiriuiiiuiurEQEQT/SQBEEe/Se2611/1,TBEQImvIUeIUuireIiUuTUuTBE而ube 通过 ib对 ic的控制可等效为一个流控电流源 bcQBCbciiiiii，其中或直接用一个压控电流源来表示 ,bemCugi其中跨导 ebeQBBEBCbecQBEcm1/rriuiiuiuigcercceQCC

13、Eceiuiur几百K数量级 bcr输入特性上Q点处 对 的影响 CEuBicebceQCCEBCQBCEbcriuiuiiiur极大，可忽略 输出特性上Q点处切线斜率之倒数,表明了 对 的影响 Cicev跳转到目录页真正的晶体管还有寄生效应的影响，它们是三个掺杂区的体电阻,其中基区基区体电阻因该区很窄，数值较大，一般高频管数十，低频管数百。另二个较小，可忽略。 还有二个结的结电容：发射结电容（正偏势垒）集电结电容（反偏扩散）低频工作时可忽略。 完整的混合型电路模型（a）高频时的电路模型；（b）低频时的电路模型 跳转到目录页（2） 共射放大器的交流等效分析方法分析步骤：1、确定放大器交流通路(

14、晶体管用小信号交流模型表示)2、估算直流工作点3、根据交流等效电路计算放大器的各项交流指标跳转到目录页跳转到目录页1）等效电路 (b) 小信号等效电路(a) 共射基本放大电路跳转到目录页2）交流计算3.输出电阻2.输入电阻= rbe / Rbrbeiii/ IVR1.电压放大倍数iovVVA0V,R.o.ooSLIV=Rrbe=rbb+(1+)26 mV/ ICQbebLbrIRILCLbeLRRRrRCR4.源电压放大倍数SiivSiioSoVSRRRAVVVVVVArbb=100300跳转到目录页3）接有Re的共发电路3.输出电阻2.输入电阻1.电压放大倍数交流小信号交流小信号等效电路等效

15、电路跳转到目录页2.4 共共C和共和共B电路电路2.4.1 共集组态基本放大电路Common-Collector Amplifier2.4.2 共基组态基本放大电路Common-Base Amplifier2.4.3 提高输入阻抗的措施跳转到目录页2.4.1 共集组态基本放大电路 VB= VCC Rb2/(Rb1 + Rb2) IC=IE = (VB VBE)/Re IB = IC/ VCE= VCCIERe= VCCICRe(1)(1)直流分析直流分析跳转到目录页(2)(2)交流分析交流分析电压放大倍数电压放大倍数iovVVA 输入电阻输入电阻LbeLR)1 (rR)1 ()RRR(1LEL

16、Ri=Rb1/ Rb2 /rbe +(1+ )RL )跳转到目录页输出电阻输出电阻0V,R.o.ooSLIV=Rooo IV=R)R/V()R+r/(V)1( Ieosbeoob2b1sssbeobR/R/RR,)R+r/(VI)R/V()1 (IIIIeobRbbeo I1R+rsbe1输入回路电阻和1R+rRsbee跳转到目录页共集电路特点与应用：1、 =射极输出器=电压跟随器 Emitter-Follower =电流放大器2、Ri 高（高阻输入级）3、Ro低（低阻输出级）vA1 阻抗变换级（中间缓冲级）跳转到目录页2.4.2 共基组态基本放大电路 （电流跟随器） (1)直流分析 与共射组

17、态相同跳转到目录页(2)交流分析电压放大倍数 输入电阻 输出电阻1rR/1rI /VRbeebeiiiio/VVAvRo RC=RL / rbeRL=RC/RL跳转到目录页共基基电路特点与应用：1、 大2、输入输出电压同相2、Ri 低（低阻输入级）3、Ro高（高阻输出级）vA宽带放大高频电路跳转到目录页共射、共基、共集放大器性能比较跳转到目录页2.4.3 提高输入阻抗的措施利用复合管来提高输入阻抗 -使上升T2相当于T1的负载，可用其输入电阻Ri来表示它对T1的负载作用EbeiRrR)1(2EEbebeibeiRRrrRrR212111)1)(1 ()1 ()1 (可见 复合管的输入电阻增大了

18、. 复合管可等效成一个值为 两管相乘的晶体管。跳转到目录页2. 自举电路采用复合管可使Ri很大但总的输入电阻Ri=RB1/RB2/Ri若RB1,RB2不能增大，Ri再大也无用，而实际中为保证偏置稳定，RB1,RB2的取值是不能太大的所以由自举电路来解决这个问题增加了RB3 和C3如果使RB3 两端电压0，即流过RB3 的电流0该支路的等效阻抗Ri=RB3/Ri RB3支路的等效电阻很大？跳转到目录页2.5 放大器的级联放大器的级联输入级中间级输出级不失真地有效地传递信号1、级间耦合方式（1）直接耦合（2）变压器间耦合（3）阻容耦合各级间相互影响；要保证零输入零输出静态不影响，单级计算跳转到目录

19、页一个n级放大器的总电压放大倍数Au可表示为:unuunoooioiouAAAUUUUUUUUA 21)1(0121 可见，Au为各级电压放大倍数的乘积。 Ri：后级的输入电阻为前级的负载，后级对前级有影响。第一级的输入电阻（考虑后级对其的影响）。 Ro：末级输出电阻（前级的输出电阻作为后级的信号源内阻）。 跳转到目录页2、组合放大器（1）CE-CE级联Au 21uuiouAAUUA1112112222(/)(1)oCiuibebeEiURRAUrRrR，2222222)1 ()/(EbeLCiouRrRRUUARi Ri=RB1/R B2/rbe1 取决于第一级 Ro Ro=Ro2=RC2 取决于末级 跳转到目录页（2）CC-CE和CE-CC级联1EQ1CQEQ22CQIIII如果UoRB1(a)RiRB2RC2RLRoUiUsRsRE1Ro1V1V2 (a)CCC