第4章模拟电路

1、4.14.1 半导体三极管（半导体三极管（BJTBJT） 4.2 4.2 共射极放大电路共射极放大电路 4.34.3 图解分析法图解分析法4.44.4 小信号模型分析法小信号模型分析法4.54.5 放大电路的工作点稳定问题放大电路的工作点稳定问题4.64.6 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路4.74.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.1.1 BJT的结构简介的结构简介4.1 半导体三极管（半导体三极管（BJT）4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数4.1.1 BJT的结构简

2、介的结构简介 半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型型:NPN型和型和PNP型。型。两种类型的三极管两种类型的三极管发射结发射结(Je) 集电结集电结(Jc) 基极基极，用B或b表示（Base） 发射极发射极，用E或e表示（Emitter）；集电极集电极，用C或c表示（Collector）。 发射区发射区集电区集电区基区基区三极管符号三极管符号 结构特点：结构特点： 发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高； 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且基区很薄，一般在几

3、个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。掺杂浓度最低。管芯结构剖面图管芯结构剖面图4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理1. 内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通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。过载流子传输体现出来的。 外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。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） 载流子的传输过程载流子的传输过程 以上看出，三极管内有两种载流子

4、以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴)参与导电，故称为双参与导电，故称为双极型三极管。或极型三极管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理 2 2、电流放大原理、电流放大原理EBRBECIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBE ，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成

5、发射极电流电流IE。发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏BECNNPBECNNPEBRBECIE集电结反偏，有集电结反偏，有少子形成的反向少子形成的反向电流电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从基区扩散从基区扩散来的电子作来的电子作为集电结的为集电结的少子，漂移少子，漂移进入集电结进入集电结而被收集，而被收集，形成形成ICE。IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBECBEIII1 1、发射区发射电子、发射区发射电子 2 2、电子在基区扩散和复合、电子在基区扩散和复合3 3、集电区收集电子

6、、集电区收集电子2. 电流分配关系电流分配关系发发射射极极注注入入电电流流传传输输到到集集电电极极的的电电流流设设 EnCII 即即根据传输过程可知根据传输过程可知 IC= InC+ ICBOIB= IB - ICBO通常通常 IC ICBOECII 则有则有 为电流放大系数，为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电掺杂浓度有关，与外加电压无关压无关。一般。一般 = 0.9 0.99IE=IB+ IC载流子的传输过程载流子的传输过程 1 又设又设根据根据BCEOCIII 则则 是另一个电流放大系数，是另一个电流放大系数，同样，它也只与管同样，它也只与管

7、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 1IE=IB+ IC IC= InC+ ICBOEnCII 且令且令BCCEOCIIII 时，时，当当ICEO= (1+ ) ICBO（穿透电流）（穿透电流）2. 电流分配关系电流分配关系3. 三极管的三种组态三极管的三种组态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；BJTBJT的三种组态的

8、三种组态+-bceRL1k共射极放大电路 共射极放大电路共射极放大电路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB vI = 20mV 设设若若则则电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOVvvA iB = 20 uA vO = - iC RL = -0.98 V， = 0.98mA98. 01BBCiii使使4. 放大作用放大作用 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

9、一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：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。4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理注意： NPN: VCVBVE ； PNP: VCVB0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特

10、性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控控制的区域，该区域内，制的区域，该区域内，一般一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集发射结正偏，集电结正偏电结正偏。iC=f(vCE) iB=const2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的轴的区域，曲线基本平行等距。区域，曲线基本平行等距。此时，此时，发

11、射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏。截止区：截止区：iC接近零的接近零的区域，相当区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此时，线的下方。此时， vBE小于死区电压，小于死区电压，集电结反偏集电结反偏。输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点:(1) 放大区放大区 发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏， IC= IB , 且且 IC = IB(2) 饱和区饱和区发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏 ，即，即UCE UBE ， IBIC，UCE 0.3V (3) 截止区截止区发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏 ， UBEIB ，CCb2b1b2BVRRRV 此

12、时，此时，不随温度变化而变化。不随温度变化而变化。VB VBE 且且Re可取可取大些，反馈控制作用更强。大些，反馈控制作用更强。 一般取一般取 I1 =(510)IB ， VB =(35) VBE 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路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CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII ebeLcebebLcbioV)1()/()1()/(RrRRRrIRRIVVA 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路指标分析放大电路指标分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：

13、输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益)/(LcboRRIV ebbebeebebi)1(RIrIRIrIV 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路指标分析放大电路指标分析输入电阻输入电阻)1(/ebeb2b1TTiRrRRIVR bRTbIII ebbebeebebT)1(RIrIRIrIV )/(b2b1RTbRRIV 根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程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

14、不包含信号源的内阻TTiIVR 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路2. 放大电路指标分析放大电路指标分析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端口加测试电压对回路对回路1和和2列列KVL方程方程r rcece对分析过程影响很大，此处不能忽略对分析过程影响很大，此处不能忽略0)()(ecbsbebRIIRrI0)()(ebccebcTRIIrIIV其中其中b2b1ss/RRRR 则则)1(esbeececToRRrRrIVR 当当coRR 时，时，coRR 一般一般cceo

15、RrR （） 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 共射极放大电路共射极放大电路静态：静态：bBECCBRVVI BCII cCCCCERIVV CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(eeCCCCERRIVV CBII 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较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固定偏流共射极放大电路电压增益：电压增益：beLc)/(rRRAV ebeLcV)1()/(RrRRA RbviRcRLiVbIcIOVbI固定偏流共射极放大电

16、路固定偏流共射极放大电路输入电阻：输入电阻：bebiii/rRIVR ebeb2b1i)1(/RrRRR 输出电阻：输出电阻：Ro = Rc coRR Re的接入稳定了的接入稳定了Q点点,但却使电压增益下降了但却使电压增益下降了,为此为此,常在常在Re上并联旁路电容上并联旁路电容Ce, 消除了消除了Re对交流分量的影响。对交流分量的影响。 4.5.2 射射极偏置电极偏置电路路beLcebeLcV)/()1()/(rRRRrRRA beb2b1ebeb2b1i/)1(/rRRRrRRR 电路如下图所示，已知电路如下图所示，已知=60=60。 （1 1）用估算法计算用估算法计算Q Q点；点； （2

17、 2）求输入电阻）求输入电阻； （3 3）用小信号模型分析法求电压增益。用小信号模型分析法求电压增益。 解：解：(1)(1)静态工作点静态工作点VVRRRV4CCb2b1b2BmARVVII65. 1eBEBECVRRIVRIRIVV8 . 7)(ecCCCeEcCCCCEuAII28CB直流通路直流通路BRCIC UCERB1IBVCCIEI1I2RB2RE例题例题10KrrRRRrRRRbe2 . 1/)1 (/beb2b1ebeb2b1i（3）求电压增益）求电压增益100)/()1 ()/(beLcebeLcVrRRRrRRA(2) 求输入电阻求输入电阻 )mA()mV(26)1(200

18、EQbeIr 1.2KuA（1 1）求电路的）求电路的Q Q点、点、R Ri i和和R Ro o；（2 2）若电容）若电容C Ce e开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？ 如何变化？如何变化？bbr电路如图所示，晶体管的电路如图所示，晶体管的 100100，=100。例题例题11解：解：（1 1）静态分析：）静态分析： 动态分析：动态分析： V2CCb2b1b1BQVRRRUmA1efBEQBQEQRRUUIA 101EQBQIIV7 . 5)(efcEQCEQRRRIVUCCk73. 2mV26)1 (EQbbbeIrr7 . 7)1 ()(f

19、beLcRrRRAuk7 . 3)1 (fbeb2b1iRrRRRk5coRRuAefLRRRAu （2 2）R Ri i增大，增大，R Ri i4.1k4.1k；减小，减小，1.921.92。k1 . 4)(1 (fbeb2b1ieRRrRRR)(1 ()(fbeLceuRRrRRA电路如图所示，晶体管的电路如图所示，晶体管的 6060，bbr=100=100。 （2 2）设）设U US S10mV10mV（有效值），问（有效值），问uA、R Ri i和和R Ro o；（1 1）求解）求解Q Q点、点、若若C C3 3开路，则开路，则Ui？ UO？Ui？ UO？例题例题12V56. 4)(

20、ecEQCCCEQRRIVUk3 95)( 952 952mV26)1 ( cobeLcbebiEQbbbeRRrRRArRRIrru解：（解：（1）Q点：点： uA、R Ri i和和R Ro o的分析的分析： A 31)1 (ebBEQCCBQRRUVImA 86. 1 BQCQII若若C C3 3开路，则开路，则 mV304ioUAUu（2 2）设）设U US S10mV10mV（有效值），则（有效值），则 5 . 1eLcRRRAumV2 . 3 sisiiURRRUk3 .51)1 (ebebiRrRRmV6 . 9isiisURRRUmV4 .14ioUAUu(1).直流通路的连接、

21、静态工作点的调试直流通路的连接、静态工作点的调试单管放大电路仿真实验：单管放大电路仿真实验：(2). 完整电路图:接负载RL=5.1K和旁路电容C3=100F180.74901.10639.808VA180.57142.14639.808VSA(3) RL=，旁路电容，旁路电容C3=100F时的动态仿真图时的动态仿真图630.130901.101424VA693.100142.141424VSA(4) 旁路电容C3断开时的动态仿真图872. 4611.12437.61VA344. 4142.14437.61VSA449. 262.12902.30VA185. 2142.14902.30VSA接

22、负载RL=5.1K(5) 饱和失真仿真图(6) 截止失真仿真图4.5 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路 电路分析电路分析 复合管复合管 静态工作点静态工作点 动态指标动态指标 三种组态的比较三种组态的比较4.6.1 共集电极电路共集电极电路4.6.2 共基极电路共基极电路4.5.1 共集电极电路共集电极电路1. 电路分析电路分析共集电极电路共集电极电路结构如图示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求静态工作点求静态工作点ebBECCB)1(RRVVI eCCCeECCCERIVRIVV BCII eEBEbBCCRIVRIV BE)1(II 由由得得电压增益电

23、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(LbeLLbeLLbebLbioV RrRRrRRrIRIVVA 画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益 4.6.1 共共集电极电集电极电路路1. 电路分析电路分析其中其中LeL/ RRR LbLbbo)1()(RIRIIV 一般一般beLrR ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，1V A即即同相V与Vio电压跟随器电压跟随器输入电阻输

24、入电阻)1(/LbebTTiRrRIVR bRTbIII LbbebT)1(RIrIV bRTbRIV 根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程则输入电阻则输入电阻TTiIVR LeL/ RRR 当当1 ，beLrR 时，时，Lbi/RRR 4.6.1 共共集电极电集电极电路路1. 电路分析电路分析输入电阻大输入电阻大输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程eRbbTIIII )(sbebTRrIV eRTeRIV 其中其中bss/ RRR 则则输出电阻输出电阻 1/beseTTorRRIVR当当 1beserRR，1 时，时，besorRR输出电阻小输出电阻小共集电极电路特点：共集电

25、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 1但接近于但接近于1 1， 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 4.6.1 共共集电极电集电极电路路2. 复合管复合管作用：提高电流放大系数，增大电阻作用：提高电流放大系数，增大电阻r rbebe复合管也称为复合管也称为达林顿管达林顿管 不同类型的管子复合后，其类型决定于不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。管。4.5.2 共基极电路共基极电路1. 静态工作点静态工作点 直流通路与射极直流通路与射极偏置电路相同偏置电路相同CCb2b1b2BVRRRV e

26、BEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII 4.6.2 共基极共基极电路电路2. 动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：bebirIV 电压增益：电压增益：beLbebLbioVrRrIRIVVA LbLcoRIRIVLcL/ RRR 4.6.2 共基极共基极电路电路2. 动态指标动态指标 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻 1)(1bebbebeiebirIrIIVrR 11/bebeeebeiiirrRrRIVRcoRR 3. 三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：beLc)/(rRR 输入电阻：输入电阻：

27、beb/ rR输出电阻：输出电阻：cR 4.6.2 共基极共基极电路电路)/)(1()/()1(LebeLeRRrRR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRRbeLc)/(rRR 1/beerRcR电流增益：电流增益：)1 (三种接法的比较：空载情况下空载情况下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽4.6 组合放大电路组合放大电路1.1.共射共射- -共基放大电路共基放大电路2111uuooioiouAAuuuuuuA2222beLurRA1111beL

28、urRA2211beLrRLCLRRR/2222121)/()1 (beLCbebeurRRrrA11)/(beLCrRRL L1 1R RL L2 2R R 2.2.共集共集- -共集放大电路共集放大电路组合放大电路的输入电阻组合放大电路的输入电阻等于第一级放大电路的输入电等于第一级放大电路的输入电阻阻组合放大电路的输出电阻组合放大电路的输出电阻等于最后一级放大电路的输出电阻等于最后一级放大电路的输出电阻组合放大电路总的组合放大电路总的电压放大倍数为电压放大倍数为各级放大电路各级放大电路电压放大倍数的乘积电压放大倍数的乘积结论：结论：i iR RO OR RRi=? Ro=?)(1 ()1

29、(Le2be21be1biRRrrRR21sbbe1be2eo11RRrrRR讨论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 单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应 RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应 RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.7.3 单极放大电路的低频响应单极放大电路的低频响应4.7.4 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电路的增益多级放大电路的增益 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 低频等效电路低频等效电路 低频响应低频响应研究的问题 放大电路对信号频率

30、的适应程度，放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。即信号频率对放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放容、半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。大倍数为频率的函数。 在使用一个放大电路时应了解其信在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。应满足信号频率的范围要求。放大器的频率响应放大器的频率响应 阻容耦合电路中，由于耦合电容、旁路电容和极间电容的影响，其频阻容耦合电路中，由于耦合电容、旁路电容和极间电容的影

31、响，其频率特性一般近似地分为三个频段来分析。率特性一般近似地分为三个频段来分析。低低频频段段中频段中频段高高频频段段)()(AmA2/mAlh中频段中频段 管子极间电容可视为开路，管子极间电容可视为开路，管子的管子的电路模型可用纯电阻电路模型电路模型可用纯电阻电路模型来表示，来表示，耦合电容和旁路电容可视为短路耦合电容和旁路电容可视为短路。这。这时放大倍数几乎与频率没有关系而保时放大倍数几乎与频率没有关系而保持恒定。持恒定。 低频段低频段 管子极间电容可视为开路，管子极间电容可视为开路，耦合电容耦合电容和旁路电容的容抗增大和旁路电容的容抗增大使得低频段的放使得低频段的放大倍数下降大倍数下降 ，

32、这时，放大器实际上是一，这时，放大器实际上是一个高通滤波器。个高通滤波器。 高频段高频段 器件的器件的极间电容的容抗变小极间电容的容抗变小，分流的作用增大，因而使放大倍数下，分流的作用增大，因而使放大倍数下降，这时，放大器实际上是一个低通滤波器。降，这时，放大器实际上是一个低通滤波器。 放大电路的频率特性实际上是一个带通滤波器，其截止频率为通频带lhBW放大器的整个频率特性曲线波特图为放大器的整个频率特性曲线波特图为 -20dB/10-20dB/10倍频程倍频程20dB/1020dB/10倍频程倍频程幅频特幅频特性波特性波特图图低频截止频低频截止频率率高频截止频高频截止频率率相频特性相频特性曲

33、线曲线101021031041051061072001027.3flg42.51.6 10690045000-450-900flg4.254251.6 1051.6 10710102103104105106107 ( )/0dBA/ )(lg204.7.1 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1. RCRC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）RCRC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV fs j2j 且令且令11H21CRf 又又)/j(11

34、HioHffVVAV 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)/(arctgHHff （相频响应相频响应）增益频率函数增益频率函数 研究放大电路的动态指标（主要是研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。增益）随信号频率变化时的响应。最大误差最大误差 -3dB频率响应曲线描述频率响应曲线描述4.7.1 RCRC电电路的频率路的频率响应响应幅频响应幅频响应2HH)/(11ffAV 时时，当当 Hff 1)/(112HH ffAVdB 01lg20lg20HH VVAA时时，当当 Hff ffffAV/)

35、/(11H2HH )/lg(20lg20HHffAV 0分贝水平线分贝水平线斜率为斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线相频响应相频响应时时，当当 Hff 时时，当当 Hff )/(arctgHHff 0H 90H时时，当当 Hff 45H 时时，当当 100.1 HHfff 十十倍倍频频程程的的直直线线斜斜率率为为/45 1. RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应 VVAVVAioio 表示输出与输入的相位差表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入高频时，输出滞后输入因为因为所以所以4.7.1 RCRC电电路的频率路的频率响应响应2. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响

36、应RC电路的电压增益：电路的电压增益：22222ioH/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅频响应幅频响应2LL)/(11ffAV 相频响应相频响应)/(arctgLHff 输出超前输入输出超前输入4.7.2 单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应1. BJTBJT的高频小信号建模的高频小信号建模 模型的引出模型的引出 模型简化模型简化 模型参数的获得模型参数的获得 的的频率响应频率响应2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路 高频响应高频响应3. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 增益增益-带宽积带宽积 高频

37、等效电路高频等效电路 高频响应高频响应 几个上限频率的比较几个上限频率的比较4.7.2 单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模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 -发射结电容发射结电容Cbe-集电结电阻集电结电阻rbc -集电结电容集电结电容 Cbc rbb -基区的体电阻，基区的体电阻，b是假是假想的基区内的一个点。想的基区内的一个点。CECEEBCEBCmVVvivig 阻值小阻值小 gm为为跨导跨导或或互导互导，它，它表明发射结表明发射结电压对受控电流的控制，电压对受控电流的控制

38、，它不随信它不随信号频率的变化而变。号频率的变化而变。4.7.2 单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模模型简化模型简化混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型 cecbrr和和忽忽略略 4.7.2 单级高单级高频响应频响应又因为又因为所以所以模型参数的获得模型参数的获得（与（与H参数的关系）参数的关系）1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模低频时，混合低频时，混合 模型与模型与H参数模型等效参数模型等效ebbbbe rrrebbeb rIVbebmIVg 所以所以又又 rbe= rb + (1+ ) re ETb)1(IVr ETeb

39、)1(IVr ebbebb rrrTmeb2 fgC 从手册中查出从手册中查出 TcbfC和和 TEebmVIrg TEebmVIrg 4.7.2 单级高单级高频响应频响应 的的频率响应频率响应由由H参数可知参数可知1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模CEBCfeViih 即即0bcce VII 根据混合根据混合 模型得模型得cbebebmc1/j CVVgI )/1/1/(cbebebbeb CjCjrIV 低频时低频时ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 当当cbm Cg 时，时，ebcbeb0)(j1 rCC c cb bI I 4.7.2

40、单级高单级高频响应频响应 的的频率响应频率响应1. BJT的高频小信号建模的高频小信号建模ebcbeb0)(j1 rCC 的幅频响应的幅频响应令令ebcbeb)(21 rCCf 则则20)/(1 ff fTfebmcbebm0T2)(2 CgCCgff fff T共基极截止频率共基极截止频率 f共发射极截止频率共发射极截止频率( 下降到下降到 时对应的工作频率时对应的工作频率 )2/0特征频率特征频率（ 下降为下降为1时的工作频率）时的工作频率）电流放大倍数的频率特性曲线电流放大倍数的频率特性曲线ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -45 707. 02 0000，时，；时，；，

41、时，；时，fffffffffo电流放大倍数的波特图电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系采用对数坐标系71. 5， lg20 采用对数坐标系，横轴为采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为，可开阔视野；纵轴为 单位为单位为“分贝分贝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg20注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差20dB/十倍频折线化近似画法折线化近似画法 4.7.2 单单级高频响级高频响应应2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路等效电路等效电路 4.7.2 单单级高频响级高频响应应2. 共射极放大电路的高频响

42、应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路对节点对节点 c 列列KCL得得电路简化电路简化 Rsbeb rCMRcc+- -+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesVeb Vbb reb eb Veb C0j )(cbebocoebm CVVRVVg cb C忽略忽略 的分流得的分流得ebcmo VRgVcboebj )( cb CVVIC 又又因因为为称为称为密勒电容密勒电容MCcbcmebMj )1(1cb CRgIVZC 则则表示表示若用若用个电容个电容之间存在一之间存在一和和相当于相当于 , , e b MC cbcmM)1( CRgC等效后断开了输入输出

43、之间的联系等效后断开了输入输出之间的联系 Rcc+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesV eb Veb eb VCR+- -2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路电路简化电路简化 4.7.2 单单级高频响级高频响应应最后最后MebCCC ebbbs/)( rrRRsebbbsebsVrrRrV 2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应高频响应高频响应 4.7.2 单单级高频响级高频响应应 Rcc+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesV eb Veb eb VCR+- -MebCCC ebbbs/)(

44、 rrRRsebj11VRCV ebcmo VRgVsebbbsebsVrrRrV 由电路得由电路得)/j(1H0ssoHffAVVVVVVVVAVSSebebOV电压增益表达式电压增益表达式又又其中其中ebbbsebcm0 rrRrRgAVRCf 21H 低频增益低频增益上限频率上限频率高频电压放大倍数：高频段频率响应分析：高频段频率响应分析 )( 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下下降降时时，uAffH2Hmsharctan180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大时，dB20lg20 10 s

45、hHuAfff。，时，-270 0 shuAf；时时，smshHlg20lg20 uuAAff2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应增益增益-带宽积带宽积 4.7.2 单单级高频响级高频响应应0VAcmRgebbbseb rrRr HfRC 21 ebbbsebcm rrRrRg )1()(2cmcbebbbscmRgCCrRRg 1)1(cbcmeb CRgC 2 /)(ebbbs rrRBJT 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 RC增加可提高电压增益但会使米勒效应显著增加，引起增加可提高电压增益但会使米勒效应显著增加，引起通频带变窄。共射极放大电

46、因存在米勒效应，其高频响应受通频带变窄。共射极放大电因存在米勒效应，其高频响应受到限制。若采用共基极电路，则不存在米勒效应，频带将得到限制。若采用共基极电路，则不存在米勒效应，频带将得到展宽。到展宽。例题例题 解：解：模型参数为模型参数为例例3.7.1 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 . 000MHz41001mA1001kcbT0Cbbs CfIrR 。 k5cR试计算它的低频电压增益和上限频率。试计算它的低频电压增益和上限频率。 ebr mgTEVImV26mA1 S 038. 0 m0g S 038. 0001 k 6 .

47、 2 ebCcbTm2 Cfg pF 8 .14 MCcbcm)1( CRgpF 7 .96 0VAcmRg ebbbseb rrRr51.133 C R)(bbs rReb/ r k 77. 0eb CMC pF 5 .111 Hf低频电压增益为低频电压增益为又因为又因为所以上限频率为所以上限频率为RC 21MHz 85. 1 0lg20VA51.133lg20 dB 5 .42 3. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 4.7.2 单单级高频响级高频响应应高频等效电路高频等效电路3. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 4.7.2 单单级高频响级高频响应应sIe

48、bm Vg)j/1/( ebebeb CrV 高频响应高频响应列列 e 点的点的KCL0 oIebm Vg而而所以电流增益为所以电流增益为eb0m rg soIImeb00/j1)1/( gC meb0/j1 gC 其中其中 iVVVA0电压增益为电压增益为 sscoRIRI0001 meb0/j11gCRRsc 其中其中 ebmH2 Cgf )/j(11H0ffRRsc Tf 特征频率特征频率 sRbb rcb C忽略忽略3. 共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 4.7.2 单单级高频响级高频响应应几个上限频率的比较几个上限频率的比较TebmHb2fCgf )1(/)(21 c

49、bcmebebbbsHe CRgCrrRf 的的上限频率上限频率ebcbeb)(21 rCCf 特征频率特征频率共基极上限频率共基极上限频率 ff0T 共发射极上限频率共发射极上限频率THbHeffff 共基极电路具有很宽的频带，因输入输出间无反馈电容顾不存在共基极电路具有很宽的频带，因输入输出间无反馈电容顾不存在密勒效应。密勒效应。4.7.3 单极放大电路的低频响应单极放大电路的低频响应1. 低频等效电路低频等效电路eeeCeCeCZIZIV)1 (11 )1(11)1( ebebCjICjI 为简化分析，假设为简化分析，假设R Rb b远大于放大电路的输入远大于放大电路的输入电阻，电阻，

50、R Rb b的影响可以忽略。的影响可以忽略。C Ce e的值足够大，在低的值足够大，在低频范围内，它的容抗远小于频范围内，它的容抗远小于R Re e，即：，即：再将电容再将电容CeCe折合到基极回路。折合到基极回路。 4.7.2 单单级高频响级高频响应应eC1eRCe与与Cb1串联后基极回路的总电容为：串联后基极回路的总电容为：eb1eb11)1(CCCCC 4.7.3 单极放大电路的低频响应单极放大电路的低频响应2. 低频响应低频响应eb1eb11)1(CCCCC iVVVA0L )/j(1)/j(1 L2 L1MLffffAAVV besMrRRAcV )(21bes1L1rRCf )(2

51、1Lcb2L2RRCf )(j/11)(j/11Lcb2bes1besRRCrRCrRRc 按图按图3.7.13参数计算参数计算Hz 129L1 fHz 7 .23L2 f中频增益中频增益当当则则L2L14 ff 下限频率取决于下限频率取决于L1f即即Hz 129L1L ffSbebeOSOVLUUUUUUA SbeSbebeUCjrRrU 11 11CjrRrUUbeSbeSbe 由输入回路（图的左端）：由输入回路（图的左端）：详细推导过程：详细推导过程：bebLCCLbeOrCjRRRRUU112 bebebLCCLCbbLCLOrUCjRRRRRICjRRRU 2211 由输出回路得（图

52、的右端）：由输出回路得（图的右端）： 4.7.2 单单级高频响级高频响应应式代入式代入式得：式得：SbebeOSOVLUUUUUUA bebLCCLbeSbeVLrCjRRRRCjrRrA11121 2121)(111)(1111111bLCLCLCbeSbeSbLCCLbeSCRRjRRRRCrRjrRCjRRRRCjrR 4.7.2 单单级高频响级高频响应应2121)(111)(111)(11)(1111bLCbeSbeSLbLCLbeSbeSCRRjCrRjrRRCRRjRCrRjrR 22)(21bLCLCRRf 11)(21CrRfbeSL )(11)(1121ffjffjALLVS

53、M beSLVSMrRRA 低频电压放大倍数：低频段频率响应分析：低频段频率响应分析)arctan90(180 )(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)( 21 j1)j ( LcLLLsmsl135 dB3lg20 sL，下下降降时时，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu时，。，时，90 0 0suAfsmsLlg20lg20 uuAAff时，中频段中频段20dB/十倍频十倍频全频段全频段电压放大倍数的波特图电压放大倍数的波特图 )j1)( j1()j1)(j1()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUA

54、uuu 全频段放大倍数表达式：全频段放大倍数表达式：耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。 4.7.44.7.4 多级阻容耦合放大电路多级阻容耦合放大电路耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1. 静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置2. 动态动态: 传送信号。传送信号。第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第第 n 级级放大电路放大电路 第第 n-1 级级放大电路放大电路功放级功放级要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，

55、减少压降损失。降损失。 4.7.4 多级阻容耦合放大电路多级阻容耦合放大电路Ri1Ro11io1VAV-+1iV-+Ri2Ro2RLi2o2VAV-+O1V-+OV-+1. . 多级放大电路的增益多级放大电路的增益)j ()j ()j (io VVAV )j ()j ()j ()j ()j ()j (1)-o(nono1o2io1 VVVVVV n21)j ()j (VVVAAA 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4.7.4 多级阻容耦合放大电路

56、多级阻容耦合放大电路2. 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电路的通频带比多级放大电路的通频带比 它的任何一级都窄它的任何一级都窄（以两级为例）（以两级为例）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。 5 . 0)707. 0(M122M1VVAA 即两级的带宽小于单级带宽即两级的带宽小于单级带宽阻容耦合电路的频率特性：阻容耦合电路的频率特性：fA耦合电耦合电容造成容造成三极管结三极管结电容造成电容造成采用直接耦合的方式可放大缓慢变化的信采用直接耦合的方式可放

57、大缓慢变化的信号，扩大通频带。后面将要介绍的差动放号，扩大通频带。后面将要介绍的差动放大器即采用直接耦合方式。大器即采用直接耦合方式。阻容耦合电路缺点：阻容耦合电路缺点：不能放大直流信号。不能放大直流信号。多级阻容耦合放大器的特点：多级阻容耦合放大器的特点：(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。点相互独立，分别估算。(2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4) 总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5) 总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1 。(6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。设设: 1= 2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k oirrA、求：前级前级后级后级+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1