模拟电子技术第四章01_PPT教材

1、乐健2011.01电子技术基础模拟部分电子技术基础模拟部分第四章 双极结型三极管及放大电路基础武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 2 页主要内容l4.1 BJTl4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路l4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法l4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题l4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路l4.6 组合放大电路组合放大电路l4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应l4.8 重点与总结重点与总结武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 3 页4.1.1 BJT的结构简介的结构简介4.1.2 放大状

2、态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理4.1.3 BJT的的VI特性曲线特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数4.1 半导体三极管半导体三极管武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 4 页(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管4.1.1 BJT的结构简介的结构简介武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 5 页第一部分的第一部分的3表示为三极管。表示为三极管。第二部分表示器件的材料和结构，第二部分表示器件的材料和结构， A： PNP型锗材料型锗材料 B： NPN型锗材料型锗材料 C： PNP型硅材料型硅材料 D： NPN型硅材料型

3、硅材料 第三部分表示功能，第三部分表示功能， U：光电管：光电管 K：开关管：开关管 X：低频小功率管：低频小功率管 G：高频小功率管：高频小功率管 D：低频大功率管：低频大功率管 A：高频大功率管。：高频大功率管。3DG6（高频小功率硅管） 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 6 页 半导体三极管的结半导体三极管的结构示意图如图所示。构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型型和和PNP型。型。(a) NPN型管结构示意图型管结构示意图(b) PNP型管结构示意图型管结构示意图(c) NPN管的电路符号管的电路符号(d) PNP管的电路符号管的电路符号“三区，两结，三极三区，两结，

4、三极”武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 7 页集成电路中典型集成电路中典型NPN型型BJT的截面图的截面图实际上发射区的掺杂浓度大，面积小，作用是发射载流子，实际上发射区的掺杂浓度大，面积小，作用是发射载流子，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大，作用是收集载流子。集电区掺杂浓度低，且集电结面积大，作用是收集载流子。基区掺杂浓度最低，且制造得很薄，其厚度一般在几个微基区掺杂浓度最低，且制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米，作用是传输载流子，发射区与集电区的米至几十个微米，作用是传输载流子，发射区与集电区的结构不同，不能互换。结构不同，不能互换。武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 8 页

5、三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载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。流子传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏1. 内部载流子的传内部载流子的传输过程输过程发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPN为例）为例） 由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子(自由自由电子和空穴电子和空穴)参与导电，故称为双极参与导电，故称为双极型三极管或型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。

6、IC= ICN+ ICBOIE=IB+ IC放大状态下放大状态下BJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 9 页共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态2. 三极管的三种组态三极管的三种组态武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 10 页3. 电流分配关系电流分配关系

7、通常通常 IC ICBO根据传输过程可知根据传输过程可知 IC= ICN+ ICBOIE=IB+ IC放大状态下放大状态下BJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程ECN II即即ECII因此因此发射极注入电流发射极注入电流传输到集电极的电流传输到集电极的电流设设 为电流放大系数。它只为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般有关，与外加电压无关。一般 = 0.9 0.99 。武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 11 页根据根据IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBOECN II且令且令ICEO= (1+ ) ICBO（穿透电流）（

8、穿透电流）1又设又设当当 时时BCEOCIII CEOCII则则BCII若两个若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。变的又一个实例。 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管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。子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般一般 1 。三极管是三极管是CCCS(电流控制电流源）电流控制电流源）器件器件武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 12 页

9、共基极放大电路共基极放大电路若若 vI = 20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOvvvA使使 iE = -1 mA，则则 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，当当 = 0.98 时，时，4. 放大作用放大作用武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 13 页 综上所述，三极管的放大作用，主要是依综上所述，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。达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：

10、发射区杂质浓度远大于基区发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 14 页重要提示：重要提示：1) 对于给定三极管而言（以对于给定三极管而言（以NPN为例），其电压为例），其电压vBE,vCE和和vBC中自由的有中自由的有2个。但无论是哪两个作为控制量，决定个。但无论是哪两个作为控制量，决定三极管工作状态的最终还要看发射结电压三极管工作状态的最终还要看发射结电压vBE和集电结电和集电结电压压vBC 。因此，无论哪种接法，牢牢把握住这两个量，就。

11、因此，无论哪种接法，牢牢把握住这两个量，就能正确分析三极管的状态。能正确分析三极管的状态。2) 两个两个PN结的特性出现不同。发射结的特性出现不同。发射PN结是正常特性：结是正常特性：IE, vBE符合符合PN结的结的V-I特性（正反）。但集电特性（正反）。但集电PN结的反向特结的反向特性不是常规的性不是常规的PN结反向特性。结反向特性。武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 15 页 iB=f(vBE) vCE=const(2) 当当vCE1V时，时， vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反偏状态，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的开始收集电子，基区复合减少，同样的

12、vBE下下 IB减小，特性减小，特性曲线右移。曲线右移。(1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线1. 输入特性曲线输入特性曲线武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 16 页所谓所谓基区宽度调制效应基区宽度调制效应就是基区的有效宽度随集电就是基区的有效宽度随集电结的反偏电压的变化而变化的效应。当集电结反向结的反偏电压的变化而变化的效应。当集电结反向电压增大时，集电结的空间电荷区加宽，这就引起电压增大时，集电结的空间电荷区加宽，这就

13、引起基区有效宽度变窄。因而载流子载基区复合的机会基区有效宽度变窄。因而载流子载基区复合的机会减小，所以减小，所以IB 随随VCE增大略有下降。增大略有下降。 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 17 页饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般该区域内，一般vCE0.7V (硅硅管管)。此时，。此时，发射结正偏，集电发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小结正偏或反偏电压很小。iC=f(vCE) iB=const输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域: :截止区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时，

14、 vBE小小于死区电压于死区电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲轴的区域，曲线基本平行等距。此时，线基本平行等距。此时，发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏。2. 输出特性曲线输出特性曲线武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 18 页 (1) 共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const与与iC的关系曲线的关系曲线 (2) 共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 = iC/ iB vCE=const4.1.4 BJT的主要参数的主要参数1. 电流放大系数电流放大系数武汉大学电气工程学院模拟电子技

15、术第 19 页在输出特性曲线上决定在输出特性曲线上决定 IB与与IC的关系的关系 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 20 页可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线求轴的直线求取取iC/iB。或。或在在iC与与iB的关系的关系曲线曲线上通过求某一点的斜率上通过求某一点的斜率得到得到。 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 21 页 (3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = IC/ IE vCB=const 当当ICBO和和ICEO很小时，很小时

16、， 、 ，可以不，可以不加区分。加区分。武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 22 页 (1) 集电极基极间反向饱和电流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。发射极开路时，集电结的反向饱和电流。 2. 极间反向电流极间反向电流武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 23 页 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 24 页(1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2) 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCMPCM= ICVCE 3. 极限参数极限参

17、数武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 25 页(3) 反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR) EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 26 页(4) 特征频率特征频率fT三极管的三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频值不仅与工作电流有关，而且与工

18、作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的三极管的将会下降。当将会下降。当下降到下降到1时所对应的频率时所对应的频率称为特征频率，用称为特征频率，用fT表示。表示。武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 27 页(1) 温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。 (2) 温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1， 值约增大值约增大0.5%1%。 (3) 温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR

19、)CEO都会有所提高。都会有所提高。 2. 温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响1. 温度对温度对BJT参数的影响参数的影响4.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 28 页双极型三极管的参数双极型三极管的参数 参数型参数型号号PCMmW ICMmA VRCBOV VRCEOV ICBOA VREBOV fTMHz 3AX31D 125 125 20 12 6 *8 3BX31C 125 125 40 24 6 *8 3CG101C 100 30 45 0.1 100 3DG123C 500 50 40 30 0.35 SDD1

20、01D 5A 5A 300 250 4 0.7V为什么要设置直流工作点？为什么要设置直流工作点？VCC0?武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 36 页例：例：某某BJT的输出特性曲线如图所示，试求：（的输出特性曲线如图所示，试求：（1）ICM 、PCM 、U（BR）CEO值；（值；（2）计算）计算Q1(6V, 2mA)处的处的 。 、解：解：ICM=20mA; U(BR)CEO=20VPCM=5mA6V=30mW;武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 37 页在在Q1处处， ；，mA2A04CB II3mA-2mA=1mA ，因此，因此 CBA02II，当当50A40mA21BC QII 50A

21、20mA11BC QII 98. 0150501 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 38 页主要内容l4.1 BJTl4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路l4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法l4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题l4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路l4.6 组合放大电路组合放大电路l4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应l4.8 重点与总结重点与总结武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 39 页4.3.1 图解分析法图解分析法4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法1. 静态工作点的图

22、解分析静态工作点的图解分析2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3. 非线性失真的图解分析非线性失真的图解分析4. 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型2. 用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路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小信号模型分析法的适用范围4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 40 页 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入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。输出特性曲线。 共射极放大电路共射极放大电路

23、4.3.1 图解分析法图解分析法1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 41 页 列输出回路方程（直流负载线）列输出回路方程（直流负载线） VCE=VCCiCRc 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路 列输入回路方程列输入回路方程bBBBBERiVv武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 42 页 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与，与IBQ曲线的交点即为曲线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的，两

24、线的交点即是交点即是Q点，得到点，得到IBQ。bBBBBERiVv武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 43 页 根据根据vs的波形，在的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的波形的波形tsinsmsVvbBsBBBERiVvv2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 44 页 根据根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和和vCE 的波形的波形cCCCCERiVv武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 45 页 共射极放大电路中的电压、电共射极放大电路中的电压、电流波形流波形武汉

25、大学电气工程学院模拟电子技术第 46 页截止失真的波形截止失真的波形 3. 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响不截止条件：不截止条件：ICQIcm+ICEO不饱和条件：不饱和条件：VCEQVcem+VCES静态工作点设置过低静态工作点设置过低 vBEVth Vom=ICQRC武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 47 页饱和失真的波形饱和失真的波形静态工作点设置过高静态工作点设置过高 vCEIBQ ，VBQ VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强取值越大，反馈控制作用越强一般取一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 69 页（

26、2）放大电路指标分析）放大电路指标分析静态工作点静态工作点CCb2b1b2BQVRRRVeBEQBQEQCQRVVII)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVVIICQBQ武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 70 页电压增益电压增益画小信号等效电路画小信号等效电路武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 71 页输出回路：输出回路：)/(LcboRRi v输入回路：输入回路：ebbebeebebi)1 (RiriRiriv电压增益：电压增益：ebeLcebebLcbio)1 ()/()1 ()/(RrRRRriRRiAvvv确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求rbe)mA()m

27、V(26)1 (200EQbeIr增益增益（可作为公式用）（可作为公式用）武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 72 页输入电阻输入电阻则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻)1 (ebebiRrivb2ib1iebeibi)1 ( bRRRriiiRvvvb2b1ebeiii11)1 (11RRRriRv)1 (|ebeb2b1RrRR武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 73 页输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻oco/ RRR求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零网络内独立源置零 负载开路负载开路 输出端口加测试电压输出

28、端口加测试电压0)()(ecbsbebRiiRri0)()(ebccebctRiiriiv其中其中b2b1ss/RRRR 则则)1 (esbeecectoRRrRriRv当当coRR 时，时，coRR 一般一般cceoRrR（）武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 74 页静态工作点静态工作点0)()(0EEEe2e1BEBbVIRRVIRECII)()(e1e1EcCEECCCERRIRIVVVCBIIBE)1 (II2. 含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路（1）阻容耦合）阻容耦合武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 75 页（2）直接耦合）直接耦合武汉大学电气工程学院模拟电子技术

29、第 76 页vA分析该电路的分析该电路的Q点及点及、 、 iRoR静态工作点由恒流源提供静态工作点由恒流源提供3. 含有恒流源的射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 77 页主要内容l4.1 BJTl4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路l4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法l4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题l4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路l4.6 组合放大电路组合放大电路l4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应l4.8 重点与总结重点与总结武汉大学电气工程学院模拟电

30、子技术第 78 页4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 79 页1.1.静态分析静态分析共集电极电路结构如图示共集电极电路结构如图示该电路也称为该电路也称为射极输出器。射极输出器。eEQBEQbBQCCRIVRIVBQEQ)1 (II由由ebBEQCCBQ)1 (RRVVIeCQCCeEQCCCEQRIVRIVVBQCQII得得直流通路直流通路 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电

31、路武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 80 页小信号等效电路小信号等效电路2.动态分析动态分析交流通路交流通路 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 81 页电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：LbbebLbbbebi)1 ( )(RiriRiiriv电压增益：电压增益：1)1 ()1 ()1 ()1 (LbeLLbeLLbebLbioRrRRrRRriRiAvvv其中其中LeL/ RRR LbLbbo)1 ()(RiRiiv电压跟随器电压跟随器一般一般beLrR ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1，同相与iovv1vA即即。武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 82 页输

32、入电阻输入电阻当当1，beLrR 时，时，Lbi/RRR输入电阻大输入电阻大)1 (| )1 (LbebLbeibiiiiiRrRRrRiRvvvv武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 83 页输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程ebbtRiiii)(sbebtRriveteRiRv其中其中bss/ RRR 则则输出电阻输出电阻rRRiR1/besettov当当1beserRR，1时，时，besorRR输出电阻小输出电阻小武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 84 页rRRR1/beseo共集电极电路特点：共集电极电路特点：同同相相与与iovv 电压增益小于电压增益小于1但接近于但接近于1

33、， 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强)1 (/LbebiRrRR1vA。武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 85 页1.1.静态工作点静态工作点直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同CCb2b1b2BQVRRRVeBEQBQEQCQRVVII)( ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVVIICQBQ4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 86 页2.动态指标动态指标交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回

34、路：输入回路：电压增益：电压增益：LcL/ RRR LboRivbebirivbeLiorRAvvv武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 87 页 输出电阻输出电阻coRR 小信号等效电路小信号等效电路 输入电阻输入电阻bei)1 (eeiiiiiRRei/eRiRvbeib/rivbeieiiiii)1 (/rRiRvvvvrR1|bee武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 88 页1.1.三种组态的判别三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据： 信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出信

35、号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路共集电极放大电路 信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出共基极电路共基极电路 4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 89 页2.三种组态的比较三种组态的比较武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 90 页共射极放大电路：共射极放大电路： 电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集，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。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

36、电极放大电路：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，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。级。共基极放大电路：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

37、集成电路中亦兼有电位移动的功能。的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。 3.三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 91 页主要内容l4.1 BJTl4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路l4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法l4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题l4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路l4.6 组合放大电路组合放大电路l4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应l4.8 重点与总结重点与总结武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 92 页4.6.1 共射共射共基

38、放大电路共基放大电路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路4.6 组合放大电路武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 93 页4.6.1 共射共射共基放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武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 94 页21o1oio1iovvvvvvvvvAAA)1 (2be1be21be1L11rrrRAvbe2Lc22be2L222)|(rRRrRAv其中其中 be2Lc22be12be21)|()1 (rRRrrAv所以所以 12因为因为be1Lc21)|(rRRAv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

39、压增益组成它的各级单管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2be2L1rR 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 95 页输入电阻输入电阻RiiiivRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻输出电阻Ro Rc2 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 96 页vi1vo1i1o1vvv1A计算时考虑负载电阻计算时考虑负载电阻RL1RL1Rin2RL2若若RL1=RIN2,则则Av1不变。同时，不变。同时，vo1也不变。也不变。o1o2

40、i2o2vvvvv2A21o1oio1iovvvvvvvvvAAA武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 97 页T1、T2构成复合管，可等效为一个构成复合管，可等效为一个NPN管管(a) 原理图原理图 (b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 98 页1. 复合管的主要特性复合管的主要特性两只两只NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 两只两只PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 99 页PNP与与NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 NPN与与PNP型型B

41、JT组成的复合管组成的复合管 rberbe1武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 100 页2. 共集共集 共集放大电路的共集放大电路的Av、 Ri 、Ro iovvvALbeL11RrR1|bebseorRRRR式中式中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1 )R L 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 101 页主要内容l4.1 BJTl4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路l4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法l4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题l4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路

42、和共基极放大电路l4.6 组合放大电路组合放大电路l4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应l4.8 重点与总结重点与总结武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 102 页4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数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多级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）随信研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信

43、号频率变化的响应特性。号频率变化的响应特性。4.7 放大电路的频率响应武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 103 页4.7.1 RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAVfsj2j且令且令11H21CRf又又则则)/j(11HioHffVVAV电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV（幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角)/(arctanHHff（相频响应）（相频响应）增益频率函数增益

44、频率函数RC低通电路低通电路 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 104 页频率响应曲线描述频率响应曲线描述最大误差最大误差 -3dB幅频响应幅频响应2HH)/(11ffAV相频响应相频响应)/(arctanHHff输出滞后输入输出滞后输入武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 105 页RC电路的电压增益：电路的电压增益：22222ioL/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV幅频响应幅频响应2LL)/(11ffAV相频响应相频响应)/(arctanLLff输出超前输入输出超前输入RC高通电路高通电路 2. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应武汉大学电气工程学院模拟电子技术第

45、106 页4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型模型的引出模型的引出 rbe-发射结电阻发射结电阻re归算到基极回路的电阻归算到基极回路的电阻 Cbe -发射结电容发射结电容rbc -集电结电阻集电结电阻 Cbc -集电结电容集电结电容 rbb -基区的体电阻，基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点是假想的基区内的一个点互导互导CECEEBCEBCmVViigvvBJT的高频小信号模型的高频小信号模型 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 107 页简化模型简化模型混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型忽略忽略rbc

46、和和rce武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 108 页2. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H参数参数模型等价模型等价ebbbberrr所以所以EQeb)1 (IVrTebbebbrrrEQbbebbbe)1 ()1 ( IVrrrrT?又又武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 109 页又因为又因为ebbebrIVbebmIVgTmeb2 fgC和和 从手册中查出从手册中查出 TcbfC?所以所以TVIrgEQebm武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 110 页3. BJT的频率参数的频率参数由由H参数可知参数可知C

47、EBCfeViih即即0bcceVII根据混合根据混合 模型得模型得cbebebmc1/jCVVgI)j/1/()j/1/(cbebebbebCCrIV武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 111 页低频时低频时ebm0rg所以所以)(j1/jcbebebcbmbcCCrCgII当当cbmCg时，时，ebcbeb0)(j1rCC武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 112 页ebcbeb0)(j1rCC令令ebcbeb)(21rCCf 的幅频响应的幅频响应20)/(1ff共发射极截止频率共发射极截止频率f特征频率特征频率Tfebmcbebm0T2)(2CgCCgffTfff共基极截止频率共基极截止

48、频率 farctgff 的相频响应的相频响应f (1 0)f f fT 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 113 页ebcbeb0)(j1rCCebcbeb)(21rCCf下降为下降为0.707 0.707 时的频率时的频率0共发射极截止频率共发射极截止频率特征频率特征频率下降为下降为1 1时的频率时的频率)(2cbebm0TCCgfff(10)fffT 共基极截止频率共基极截止频率Tfff武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 114 页1. 高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 1

49、15 页0j )(cbeboLoebmCVVRVVg由于输出回路电流比较大，所由于输出回路电流比较大，所以可以以可以忽略忽略 的分流，得的分流，得cb C对节点对节点 c 列列KCL得得ebLmoVRgV目标：目标：断开输入断开输入输出之间的连接输出之间的连接武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 116 页cbLmebMj )1 (1cbCRgIVZC而输入回路电流比较小，所以而输入回路电流比较小，所以不能不能忽略忽略 的电流的电流。cb Ccboebj )(cbCVVIC又因为又因为相当于相当于b和和e之间存在一个之间存在一个电容，若用电容，若用CM1表示，则：表示，则：cbLmM1)1 (C

50、RgC称为称为密勒电容密勒电容武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 117 页cbLmM1)1 (CRgC同理，在同理，在c、e之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且，且cbM2 CC等效后断开了输入输出之间的等效后断开了输入输出之间的联系联系武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 118 页目标：目标：简化和变换简化和变换 输出回路的时输出回路的时间常数远小于输入间常数远小于输入回路时间常数，考回路时间常数，考虑高频响应时可以虑高频响应时可以忽略忽略CM2的影响。的影响。cbLmM1)1( CRgCcbM2 CCM1M2CCM1ebCCC 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第

51、 119 页cbLmM1)1( CRgCM1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(sbebsbebbeebs/VrRRrRrrVebbbberrr武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 120 页高频响应和上限频率高频响应和上限频率RCf21H 上限频率上限频率sbebsbebbeebs/VrRRrRrrVsoHVVVAS电压增益频响电压增益频响RCjrRRrRrrRg 11bebsbebbeebLm/)/j(1HMffAVSM1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(ebLmoVRgV由电路得由电路得sebj11VRCV其中其中中频增益或通中频增益或通带源电压增益带源电压增益bebsb

52、ebbeebLmVSM/rRRrRrrRgAbebsbebbeL0rRRrRrR/ 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 121 页RC低通电路低通电路)/j(11HHffAV)/j(11HMHVffAAVSS共射放大电路共射放大电路频率响应曲线变化趋势相同频率响应曲线变化趋势相同 180 arctg(f/fH) 相频响应相频响应幅频响应幅频响应2HMHV)/(11lg20 |lg20|lg20ffAAVSS武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 122 页增益增益-带宽积带宽积BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数RC21 HVSMfA cbLmebsbbbebbeb

53、sbebbeebLm121CRgCRRrrrRRrRrrRg/ bebsbebbeebLmrRRrRrrRg/ 当当RbRs及及Rbrbe时，有时，有 cbLmebsbbLm12CRgCRrRg HVSMfA武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 123 页例例: 设共射放大电路在室温下运行，其参数为：设共射放大电路在室温下运行，其参数为：，1ksR，pF5 . 000MHz41001mA100cbT0CbbCfIr k5cR。负载开路，。负载开路，Rb足够大忽略不计。试计算它的足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。低频电压增益和上限频率。 解：解：模型参数为模型参数为 mgTVIEm

54、V26mA1 S 038. 0 ebrm0g S 038. 0001 k 6 . 2 ebCcbTm2 CfgpF 8 .14 M1Ccbcm)1( CRgpF 7 .96 低频电压增益为低频电压增益为VSMAcmRg ebbbseb rrRr51.133 VSMlg20A51.133lg20 dB 5 .42 R)(bbs rReb/ r k 77. 0又因为又因为 Ceb CM1C pF 5111. 武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 124 页所以上限频率为所以上限频率为 HfRC21MHz 85. 1 dB/lg20SVA武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 125 页2. 低频响应低频

55、响应低频等效电路低频等效电路武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 126 页Rb=（Rb1/Rb2）远大于）远大于Ri ee1RC ，CeCb2 ce IIRi武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 127 页eb1eb11)1 (CCCCCsoVSLVVA)(21bes1L1rRCf)(21Lcb2L2RRCfbesLVSMrRRA中频区中频区( (即通带内即通带内) )源电压增益源电压增益当当)/j(1)/j(1 L2 L1MLffffAAVSVS则则低频响应低频响应Lcb2bes1besL/11/11RRCjrRCjrRR下限频率取决于下限频率取决于L1fL2L14 ff当当武汉大学电气工程学

56、院模拟电子技术第 128 页)/j(1)/j(1 L2 L1MLffffAAVSVS下限频率取决于下限频率取决于L1f当当 时，时，L2L14 ff相频响应相频响应 180 arctg( fL1 / f) 180arctg(fL1/f) 幅频响应幅频响应2L1MLV)/(11lg20 |lg20|lg20ffAAVSS)/j(11 L1MLffAAVSVS武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 129 页包含包含fL2的幅频响应的幅频响应武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 130 页在电路结构方面在电路结构方面,la. 级间采用直接耦合级间采用直接耦合,使下限频率使下限频率f l = 0 ,改善电

57、路的低频特性改善电路的低频特性.lb. 晶体管接成共基组态。因为同一个管晶体管接成共基组态。因为同一个管子的共基截止频率子的共基截止频率f 远远大于共射截止远远大于共射截止频率频率f,因而因而,共基电路的共基电路的f bw宽宽.lc. 采用深度负反馈来展宽通频带采用深度负反馈来展宽通频带.ld. 采用采用“共射共射共基共基”或或“共集共集共基共基”组合电路组合电路,以改善高频特性以改善高频特性.le. 进行高频电抗补偿进行高频电抗补偿.武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 131 页1. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应高频等效电路高频等效电路4.7.4 单级共集电极和共基极放大

58、电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 132 页高频响应高频响应H2H1SMSHj1j1ffffAAVVeeseeLmSM|RrRRrRgAVebeesH1|21CrRRfcbLH221CRf其中其中由于由于Cb c很小，很小，fH2也很高。也很高。 ebm2CgTf特征频率特征频率由于由于re很小很小ebeebeesH121|21CrCrRRf武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 133 页2. 共集电极放大电路的上限频率共集电极放大电路的上限频率武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 134 页1. 多级放大电路的增益多级放大电路的增益)j ()

59、j ()j (ioVVAV)j ()j ()j ()j ()j ()j (1)-o(oo1o2io1nnVVVVVV )j ()j ()j (21VnVVAAA 前级的开路电压是下级的信号源电压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下级的输入阻抗是前级的负载4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 135 页2. 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电多级放大电路的通频带比路的通频带比它的任何一级它的任何一级都窄。都窄。（以两级为例）（以两

60、级为例）则单级的上下限频率处的增益为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，当两级增益和频带均相同时， 707. 0M1VA两级的增益为两级的增益为M122M15 . 0)707. 0(VVAA。即两级的带宽小于单级带宽。即两级的带宽小于单级带宽。武汉大学电气工程学院模拟电子技术第 136 页多级放大电路增益的估算：多级放大电路增益的估算：1212.20lg20lg20lg.20lgVVVVnVVVVnAAAAAAAA21nLLkkff211.1nLLkkff多级放大电路下限截止频率的估算：多级放大电路下限截止频率的估算：多级放大电路上限截止频率的估算：多级放大电路上限截止频率的