西安交通大学 赵进全 模拟电子技术基础 第2章

1、2.1 晶体管,晶体管又称半导体三极管,晶体管是最重要的一种半导体器件之一，它的放大作用和开关作用，促使了电子技术的飞跃。,2 晶体管及放大电路基础,晶体管图片,2.1.1 晶体管的结构,1. NPN型晶体管结构示意图和符号,(2) 根据使用的半导体材料分为: 硅管和锗管,(1) 根据结构分为: NPN型和PNP型,晶体管的主要类型,发射区,集电区,基区,发射极E(e),集电极C(c),发射结JE,集电结JC,基极B(b),NPN型晶体管结构示意图,NPN型晶体管符号,2. PNP型晶体管结构示意图和符号,(1) 发射区小，掺杂浓度高。,3. 晶体管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）,平

2、面型晶体管的结构示意图,(2) 集电区面积大。,(3) 基区掺杂浓度很低，且很薄。,2.1.2 晶体管的工作原理（以NPN型管为例）,依据两个PN结的偏置情况,放大状态,饱和状态,截止状态,倒置状态,1发射结正向偏置、集电结反向偏置放大状态,原理图,电路图,(1) 电流关系,a. 发射区向基区扩散电子,形成发射极电流IE,发射区向基区扩散电子,称扩散到基区的发射区多子为非平衡少子,b. 基区向发射区扩散空穴,基区向发射区扩散空穴,发射区向基区扩散电子,形成空穴电流,因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流可忽略不记。,基区向发射区扩散空穴,发射区向基区扩散电子,c. 基区电子的扩散和复合,

3、非平衡少子在基区复合，形成基极电流IB,非平衡少子向集电结扩散,非平衡少子到达集电区,d. 集电区收集从发射区扩散过来的电子,形成发射极电流IC,少子漂移形成反向饱和电流ICBO,e. 集电区、基区少子相互漂移,集电区少子空穴向基区漂移,基区少子电子向集电区漂移,晶体管的电流分配关系动画演示,发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。,基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极接法。,输入回路,输出回路,定义,称为共基极直流电流放大系数,各电极电流之间的关系,IE=IC+IB,晶体管共射极接法,原理图,电路图,定义,为共射极直流电流放大系数,当UCEUCB时，集电结正偏，发射结反偏，晶体管仍

4、工作于放大状态。,各电极电流之间的关系,ICEO称为穿透电流,或,一般情况,如果 UBE 0，那么IB 0， IC 0 ，IE 0,当输入回路电压,U BE =UBE+UBE,那么,I B =IB+IB,I C =IC+IC,I E =IE+IE,如果 UBE 0，那么IB 0， IC 0 ，IE 0,为共基极交流电流放大系数,为共射极交流电流放大系数,定义,与的关系,一般可以认为,uBE = ube + UBE,(2) 放大原理,设输入信号ui=Uimsint V,那么,UCE = VCC ICRC,放大电路,a. 在RC两端有一个较大的交流分量可供输出。,可知,ui ibicicRc,b.

5、 交流信号的传递过程为,2发射结正向偏置、集电结正向偏置饱和状态,(2) IC bIB，IB失去了对IC的 控制。,(1) UCEUBE，集电结正向偏。,饱和状态的特点,(3) 集电极饱和电压降UCES较小，小功率硅管为 0.30.5V 。,(5) UCE对IC的影响大， 当UCE增大，IC将随之增加。,(4) 饱和时集电极电流,(2) IC=ICBO,3发射结反向偏置、集电结反向偏置截止状态,截止状态的特点,(1) 发射结反偏,(3) IB=ICBO,4发射结反向偏置、集电结正向偏置倒置状态,(1) 集电区扩散到基区的多子较少,倒置状态的特点,(2) 发射区收集基区的非平衡少数载流子的能力小

6、,(3) 管子的电流放大系数很小,2.1.3 晶体管共射极接法的伏安特性曲线,1共射极输入特性,共射极输入特性,三极管共射极接法,(1) 输入特性是非线性的， 有死区。,(2) 当uBE不变，uCE从零增大 时，iB将减小。,输入特性的特点,(3) 当uCE1V，输入特性曲线几乎重合在一起， 即uCE对输入特性几乎无影响。,2共射极输出特性,输出特性曲线,饱和区,截止区,放大区,各区的特点,(1) 饱和区,a. UCEUBE,b. ICIB,c. UCE增大， IC 增大,饱和区,(3) 截止区,a. IB0,b. IC0,(2) 放大区,a. UCEUBE,b. IC=IB,c. IC与UC

7、E无关,饱和区,放大区,NPN管与PNP管的区别,iB、uBE、iC、 iE 、uCE的极性二者相反。,硅管与锗管的主要区别,(3) 锗管的ICBO比硅管大,2.1.4 晶体管的主要电参数,1. 直流参数,(3) 集电极基极间反向饱和电流ICBO,(1) 共基极直流电流放大系数,(2) 共射极直流电流放大系数,(4) 集电极发射极间反向饱和电流ICEO,2. 交流参数,(1) 共基极交流电流放大系数,值与iC的关系曲线,(2) 共射极交流电流放大系数,3. 极限参数,(4) 集电极最大允许电流ICM,(1) 集电极开路时发射极基极间反向击穿 电压U(BR)EBO,(2) 发射极开路时集电极基极

8、间反向击穿 电压U(BR)EBO,(3) 基极开路时集电极发射极间反向击穿 电压U(BR)EBO,不安全区,安全区,(5) 集电极最大允许功率耗散PCM,晶体管的安全工作区,等功耗线PC=PCM =uCEiC,2.1.5 温度对管子参数的影响,1对的影响,2对ICBO的影响,3对UBE的影响,4温度升高，管子的死区电压降低。,思 考 题,2.如何用万用表判别晶体管的类型和电极？,3. 晶体管能够放大的内部和外部条件各是什么？,1. 晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用？,4. 晶体管工作在饱和区时，其电流放大系数是否与其工作在放大区时相同？,2.2 共射极放大电路的组成和工作原理,2.2.1

9、 放大电路概述,1放大电路的用途,应用举例,把微弱的电信号不失真地放大到负载所需的数值,2放大电路的主要性能指标,放大器性能指标测量原理方框图,功率放大倍数Ap,(2) 输入电阻Ri,Ri越大，Ui也就越大，电路的放大能力越强。,a. 由于,b. Ri越大，输入电流ii越小，信号源的负载越小。,(3) 输出电阻Ro,a. 输出电阻Ro的定义,测量电路,即 Ro越小，输出电压越稳定，电路带负载能力越强。,由图可知,b. Ro对输出电压的影响,一种测量Ro的方法,(4) 全谐波失真度D,(5) 动态范围Uopp,Uopp也称为最大不失真输出电压,即谐波电压总有效值与基波电压有效值之比,使输出电压u

10、o的非线性失真度达到某一规定数值时的uo的峰 峰值,(6) 频带宽度fbw,相频特性,2.2.2 共射极放大电路的组成及其工作原理,1. 共射极放大电路的组成,电路存在的主要问题,(1) 信号源与放大电路 相互影响,(2) 放大电路与负载相 互影响,各元器件的作用,T 放大器件,隔离放大电路对信号源和负载的直流影响。,沟通信号源、放大电路、负载之间的信号传递通道。,改进的共射极放大电路,为T提供Je正偏电压UBE,提供基极偏置电流IB,为T提供Jc反偏电压UCE及集电极电流IC,为电路提供能量,RC 将集电极电流的变化变换为电压电压的 变化,(1) 减少电源数,(2) 电路的简化画法,不画电源

11、符号，只写出电源正极对地的电位,放大电路的两种工作状态,静态 当输入信号为零时电路的工作状态,静态时放大电路中只有直流分量。,动态 有输入信号时电路的工作状态,动态时电路中的信号为交、直流混合信号。,注 不同书写体字母的含义,UBE、IB 大写字母，大写下标，表示直流量。,ube、ib小写字母，小写下标，表示交流瞬时值。,uBE 、iB小写字母，大写下标，表示交、直混合量。,Ube 、Ib大写字母，小写下标，表示交流分量有效值。,信号的传递过程,思 考 题,1. 对于电压放大器来说，电路的输入电阻是越高越好还是越低越好？为什么？,2. 对于电流放大器来说，电路的输出电阻是越高越好还是越低越好？

12、为什么？,2.3 放大电路的静态分析,静态分析就是通过放大电路的直流通路求解静态工作点值IBQ、ICQ、UCEQ等。,直流通路,2.3.1 图解法在放大电路静态分析中的应用,1输入回路,列写输入回路方程,VCC=iBRB+uBE,求解静态工作点的常用方法,直流负载线与晶体管输入特性曲线的交点，即为放大电路的输入静态工作点Qi。,在iB uBE坐标系中表示是一条直线,称为输入回路的直流负载线,三极管输入特性曲线,直流负载线,2输出回路,VCC=iCRC+uCE,输出回路方程,称为输出回路的直流负载线。,直流负载线,输出特性曲线,直流负载线与晶体管输出特性曲线的交点，即为放大电路的输入静态工作点Q

13、o。,在iC uCE坐标系中也是一条直线，,2.3.2 估算法在放大电路静态分析中的应用,UCEQ=VCCICQRC,式中，|UBEQ |凡硅管可取为0.7 V、锗管0.3 V。,由输入回路方程,VCC=iBRB+uBE,得,思 考 题,图解法和估算法是晶体管放大电路静态分析常用的的两种分析方法，它们各有哪些优缺点？,放大电路的动态分析是在静态分析的基础上，分析电路中的信号的传输情况，考虑的只是电压和电流的交流分量（信号分量）。,2.4 放大电路的动态分析,图解法,微变等效电路法,2.4.1 图解法在放大电路动态分析中的应用,1当RL=时,在输入回路,uBE=UBE+ui,uBE波形图,iB的

14、波形图,工作点的移动,uBE波形图,(1) 信号的传递,已知Q,a,b,t,O,O,t,O,a. iB的形成过程,a,b,t,M,N,O,O,t,iB1,iB2,b. 输出波形,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形图,iC波形图,输出电压uo,O,已知输入信号,小结,输出信号波形,输出电压uo与输入电压ui相位相反,(2) 如果静态工作点Q太低,工作点的移动,uBE波形图,a,b,已知Q,iB1,iB2,iB的波形图,a. 输入波形,a,b,iB1,iB2,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形图,iC波形图,输出电压,b. 输出波形,截止失真,t,M,N,O,t,O,t,O,工

15、作点的移动,uBE波形图,a,b,已知Q,iB1,iB2,iB的波形图,a. 输入波形,(3) 如果静态工作点Q太高,a,b,iB1,iB2,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形图,iC波形图,b. 输出波形,输出电压,饱和失真,t,M,N,O,O,t,O,t,O,工作点的移动,uBE波形,a,b,已知Q,iB1,iB2,iB的波形,a. 输入波形,(4) 如果输入信号太大,a,b,iB1,iB2,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形,iC波形,b. 输出波形,t,M,N,（忽略 UCES和ICBO）,(5) 放大电路的动态范围,a. 如果UCEQ=ICQRC=VCC/2,iB

16、波形,输出波形,=2ICRC,Uopp=2UCEQ,=VCC,O,t,O,M,N,b. 如果UCEQICQRC,iB波形,输出波形,Uopp=2UCEQ,uo1,uo2,uo3,O,t,O,M,N,c. 如果UCEQICQRC,iB波形,输出波形,Uopp=2ICRC,uo1,uo2,uo3,0,t,0,M,N,基本共射极放大电路的波形分析动画演示,结论,(2) 共射极放大电路的uo与ui的相位相反。,(3) ui的幅度过大或静态工作点不合适 ，将使工作点 进入非线性区而产生非线性失真（饱和失真、截 止失真）。,(4) 放大电路中的信号,iB=IB+ ib,uBE=UBE+ui,iC=IC+

17、ic,uCE=UCE+uce,(1),(5) 动态范围(忽略ICEO和UCES),a. Qo点在负载线的中点,UCEQ=ICQRC =VCC/2,Uopp=2ICQRC,b. Qo点在负载线中点下方,UCEQICQRC,c. Qo点在负载线中点上方,(6) 非线性失真的特点,Uopp=2min UCEQ， ICQRC,UCEQICQRC,饱和失真 输出电压波形的下半部被削平,截止失真 输出电压波形的上半部被削平,d. Uopp的一般表示式,2当RL时,(1) 放大电路的交流通路,耦合电容短路,直流电压源短路,交流通路,由放大电路的交流通路可知,式中,由于,故,(2) 交流负载线,式中,在uCE

18、 iC的坐标系中也表示一条直线，该直线称为放大电路的交流负载线。,式,交流负载线及放大电路波形分析,交流负载线的特点,b. 经过静态工作点Qo,a. 斜率为,c. 与横轴的交点为,e. 动态范围,(a) 比电路空载时小,(2) 作图繁琐,图解法的特点,(1) 便于观察,(4) 放大电路的一些性能指标无法用图解法求得,(3) 当信号太很小时无法作图,2.4.2 微变等效电路法在放大电路动态分析中的应用,1晶体管的H参数微变等效电路,(1) 晶体管线性化的条件,晶体管在小信号下工作,a. iB与 uBE 之间具有线性关系,b. 值恒定,(2) 晶体管可线性化的主要依据,晶体管共射极接法线性化原理,

19、晶体管,线性二端口网络,晶体管线性等效电路的H参数描述,式中,晶体管的微变等效电路,rbe晶体管的共射极 输入电阻,图中,晶体管的发射结电阻,hre晶体管反向传输 电压比,晶体管电流放大系数，,晶体管共射极输出电导，,hre、hoe一般比较小，可忽略不计。,简化的晶体管微变等效电路,2微变等效电路法在放大电路动态分析中的应用,(1) 画出放大电路的交流通路,交流通路,(2) 画出放大电路的微变等效电路,放大电路的微变等效电路,(3) 放大电路的主要性能指标的计算,a. 电压放大倍数,式中,uo与ui相位相反,故,b. 输入电阻Ri,由图可知,Ri,Ri,c. 输出电阻Ro,由定义,画出求输出电

20、阻的等效电路,求输出电阻的等效电路,由图可知,故,(a) 晶体管的IBQ，ICQ 及 UCEQ值；,(b) 放大电路的Au，Ri， Ro及Uopp。,解 (a) 画出放大电路的直流通路,例 在图示电路中，已知：VCC=12 V， RC=2 kW，RB=360 kW；晶体管T为锗管，其 , =b =60 , C1=C2=10 mF，RL=2 kW。试求：,由图可知,直流通路,(b) 首先画出放大电路的交流通路,其次画出放大电路的微变等效电路,微变等效电路,图中,由微变等效电路得,Ri=RB/rberbe=1.1 kW,2UCEQ=28.1 V =16.2 V,因为,故,思 考 题,3. 能否增大

21、RC来提高共射极放大电路的电压放大 倍数？设IB不变,当RC过大时对放大电路的性能 有何影响？,1. 共射极放大电路的电压放大倍数Au是不是与 成正比？,2. 为什么说当一定时通过增大IE来提高共射极放 大电路的电压放大倍数是有限制的？试从IC和 rbe两方面来说明。,2.5 静态工作点的选择和稳定,选择静态工作点Q应该考虑的几个主要问题,1. 安全性,2. 动态范围,Q应该在安全区，且应该在安全区中的放大区。,为了获得尽可能大的动态范围， Q应该设置在交流负载线的中间。,3. 电压放大倍数Au,2.5.1 静态工作点的选择,当d/diC 0时,| ICQ |增大,4. 输入电阻Ri,由于Ri

22、 rbe,当| ICQ |增大,5. 功耗和噪声,2.5.2 静态工作点的稳定,1引起Q点不稳定的原因,(1) 温度对Q点的影响,a. 温度升高，增大,b. 温度升高， ICBQ增大,减小电流|ICQ|，可以降低电路的功耗和噪声。,c. 温度升高， |UBE|减小,(2) 老化,(3) 其它方面,b. 影响Q点不稳定的主要 因素是温度,管子长期使用后，参数会发生变化，影响Q点。,电源电压波动、元件参数的变化等都会影响Q点。,小结,a. Q点是影响电路性能的主要因素,2稳定静态工作点的途径,(1) 从元件入手,a. 选择温度性能好的元件。,b. 经过一定的工艺处理以稳定元件的参数，防止 元件老化

23、。,(2) 从环境入手,采用恒温措施。,引入负反馈,采用温度补偿,2.5.3 负反馈在静态工作点稳定中的应用,(1) 电路组成,I IBQ,晶体管基极电位,UBQ UBEQ,(2) Q点稳定的条件,直流通路,稳定Q点的机理,这种作用称为直流电流负反馈,小结,负反馈稳定Q的机理,电路将输出电流IC在RE上的压降返送到输入回路，产生了抑制IC改变的作用，使IC基本不变。,电容CE,a. 对于交流信号满足,b. 交流信号对地短路，使 RE只对直流信号有反馈， 而对交流信号无反馈。,CE称为旁路电容,例1 在图示电路中，RB1=39k，RB2=10k， RC=2.7k，RE=1kW，RL=5.1 k，

24、CE=47mF ，,(1) ICEQ和UCEQ的值;,(2) Au、R I和Ro的值。,C1=C2=10mF，VCC=15 V，,晶体管的UBEQ=0.7 V, = 100、 。,试求：,求静态工作点,解 (1),方法一 戴维宁等效电路法,对输入回路进行戴维宁等效,等效电路,VBB=IBQRB+UBEQ+IEQRE,写出输入回路方程,VBB= IBQRB+UBEQ+（1+ ）IBQRE,IEQ=（1+ ）IBQ,故,将有关数据代入上式，得,ICQ = IBQ = 1000.0217 mA = 2.17 mA,UCEQ = VCCICQRCIEQRE,=152.17(2.71) V,VCCICQ

25、(RCRE),=6.97 V,UCEQVCCIEQ（RC+RE）=152.36(2.71) V =6.27 V,方法二 估算法,(2) 动态分析,首先画出放大电路的交流通路,交流通路,再画出放大电路的微变等效电路,微变等效电路,图中,Ri = RB1/RB2/rbe,Ro=RC=2.7 k,1.2 kW,例2 图示电路的参数均与例1相同。试求：,(1) 放大电路的Q。,(2) 放大电路的Au、R i和Ro。,(2) 首先画出放大电路的交流通路,解 (1) 由于 图示电路的直流通 路与例1完全相同，故两电路的静态工作点一样。,交流通路,其次画出微变等效电路,微变等效电路,由图可见,故输入电阻,根

26、据Ro的定义,画出求Ro的等效电路,求电路的输出电阻时，要考虑晶体管的输出电阻。,注意,求Ro的等效电路,化电流源为电压源,由图得（推导过程略）,1. 静态工作点不稳定对放大电路有何影响？ 2. 对于分压式偏置电路，为什么只有满足I2IB和 VBUBE两个条件，静态工作点才能基本稳定？ 3. 对于分压式偏置电路，当更换晶体管时，对放大电 路的静态值有无影响？试说明之。,思 考 题,2.6 共集电极和共基极放大电路,2.6.1 共集电极放大电路,1. 电路组成,电路从发射极与“地”之间输出信号，所以又称之为射极输出器。,2. 静态分析,画出放大电路的直流通路,UCEQ = VCCIEQRE,(1

27、) 估算法,直流通路,由图可得,(2) 戴维宁等效电路法,等效电路,等效电路中,RB = RB1/RB2,UCEQ=VCCIEQREVCCICQRE,故,2动态分析,交流通路,(1) 画出放大电路的交流通路,交流通路,输入回路,输出回路,共集电极电路,另一种画法,(2) 画微变等效电路,微变等效电路,图中,(3) 动态性能指标,a. 电压放大倍数,由图可知,其中,由于,电路无电压放大能力,b. 电流放大倍数,即射极输出器有电流放大能力和功率放大能力,整理上式得,c. 输入电阻,由于,故,d. 输出电阻Ro,画出求 Ro的等效电路,图中,故,射极输出器的输出电阻很小,e. 射极输出器的特点,(a

28、) 无电压放大能力,(b) uo与ui近似相等且同相,(c) 具有电流放大能力和功率放大能力,(d) 具有高的输入电阻和低的输出电阻,f. 射极输出器的用途,(b) 在多级放大电路中作输入级和输出级,用在两级放大电路之间,用在高内阻的信号源与低阻抗负载之间,例 电路如图所示，试求:,(1) 电路的静态工作点ICQ、 UCEQ；,(2) 电路的输入电阻Ri；,(3) 电路的电压放大倍数Au=Uo/Ui 、 Aus=Uo/Us；,(4) 输出电阻Ro。,直流通路,解 (1) 画出放大电路的直流通路,由图可知,ICQ= IBQ,UCEQ =VCC(1+ )IBQ RE,(2) 求电路的输入电阻Ri,

29、VCC=IBQRB+UBEQ+IEQRE,画出放大电路的微变等效电路,微变等效电路,由图可知,(3) 求电压放大倍数,画出求输出电阻的等效电路,(4) 求输出电阻Ro,_,+,_,+,+,_,由图可知,2.6.2 共基极放大电路,1. 电路组成,2. 静态分析,画出放大电路的直流通路,直流通路,3 . 动态分析,交流通路,微变等效电路,(1) 电压放大倍数,由于,故,(2) 输入电阻Ri,共基极放大电路的输入电阻较小,故,由于,由求Ro的电路图可知,(3) 输出电阻Ro,当Ui=0时，Ib=0,故,求Ro的电路图,共基极放大电路的特点,(1) 电压放大倍数与共射极放大电路相同,(2) uo与u

30、i同相,(3) 没有电流放大能力,(4) 输入电阻小，输出电阻大,(5) 在低频放大电路很少应用,2.7 多级放大电路,2.7.1 多级放大电路的组成,输入级输入电阻高，噪声和漂移小。,对各级电路的要求,输出级 动态范围大，输出功率大，带载能力强。,中间级 具有足够大的放大能力。,多级放大电路的耦合放大电路与信号源、放大电路与信号源、负载以及电路内部各级之间的连接。,2.7.2 多级放大电路的耦合方式,能对交流和直流信号进行放大,1直接耦合,特点,又称之为直流放大电路,直接耦合放大电路存在两个特殊的问题,(1) 各级静态工作点不独立，不便于设计和调试。,常用的解决方法,提高后级射极电位,电平移

31、位,两种管子互补,(2) 零点漂移问题,当输入ui=0时，输出电压uO并不恒定，而是出现缓慢的、无规则的漂动。这种现象称为零点漂移，简称零漂。,零漂实质上就是放大电路静态工作点的变化,引起零漂的主要原因,(a) 元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度的 变化而变化。,(b) 元器件会出现老化，参数发生了变化。,由温度引起的零漂称为温漂,由元器件老化引起的零漂称为时漂,引起直接耦合放大电路零漂的主要因素是温漂,抑制零点漂移的常用的方法,(a) 引入直流负反馈,(b) 采用差动放大电路,2. 阻容耦合多级放大电路,主要特点,a. 各级电路的静态工作点相互独立, 便于设计和调试。,b. 可以抑制零点

32、漂移。,c. 无法放大低频信号和直流信号。,d. 在集成电路中，无法制造大电容。,3. 变压器耦合,主要特点,e. 具有阻抗变换作用，可以实现阻抗匹配。,b. 对直流信号起到隔离作用，可以消除零点漂移。,a. 对直流信号没有放大能力，只能放大交流信号。,d. 体积大、重量重、费用高、不宜集成化。,c. 各级电路的静态工作点相互独立，便于设计和 调试。,2.7.3 多级放大电路的计算,1. 直接耦合电路的静态分析,阻容耦合、变压器耦合的各级静态工作点独立，分析方法与前述的单级放大电路的方法相同。,这里只对直接耦合电路进行静态分析,在输入回路,令输入电压ui=0,联立求解可得 、 、,在一、二级之

33、间,联立求解可得 、,在输出回路,2. 多级放大电路的动态分析,(1) 多级放大电路的电压放大倍数,因为 ui2=uo1， ui3=uo2， uin=uon-1,故,放大倍数的另一种表示方法,即,(2) 输入电阻,(3) 输出电阻,多级放大电路动态分析时应注意的两个问题,a. 第i级放大电路的输入电阻应视为第i-1级放大电路的负载电阻,b.第i-1级放大电路的输出电阻应视为第i级放大电路的信号源内阻,例 试写出图示放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro的表达式。,解 由图可知，放大电路是由两级放大电路组成。,第一级共射极放大电路，第二级共集电极放大电路。,(1) 求电压放大倍数

34、,由于,式中,式中,(2) 求输入电阻Ri,(3) 求输出电阻Ro,式中,2.8 放大电路的频率特性,2.8.1 频率响应和频率失真,频率响应放大电路输入幅度相同的正弦波信号时， 输出信号的幅度与相位随信号频率变化 而变化的特性。,频率失真放大电路对不同频率的输入信号，不同有 的放大能力和相移，而使输出信号产生 的失真。频率失真也称为线性失真。,输出信号,二次谐波,基波,二次谐波,基波,输入信号,输出信号,二次谐波,基波,幅度失真,相位失真,频率失真说明图,假定输入信号由基波和二次谐波组成,2.8.2 放大电路的频率响应和瞬态响应,1频率响应,频域法在频率范畴内研究频率特性的方法，或称稳态法。

35、,幅频、相频特性曲线。,描述频率特性的参数,fL、fH、fbw,描述频率特性的方法,2瞬态响应,瞬态法通过分析研究放大电路瞬态响应，研究放大电路的频率特性的方法。,瞬态响应将一单位阶跃信号加到放大电路的输入端，观察输出信号随时间变化的情况。,tr fH 0.35,=2fL tp100%,a. tr与fH的关系,上升时间tr,b. 与fL的关系,平顶降落率,2.8.3 晶体管的高频特性,1晶体管的高频模型,基区体电阻,发射区体电阻,集电区体电阻,发射结电阻,集电结电阻,C、E极间电阻,发射结电容,集电结电容,C、E极间电容,压控电流源,晶体管混合型等效模型,电路模型,通常re、 rc很小， rc

36、e、 很大，均可以忽略。,简化的混合型等效模型,低频混合型等效电路,晶体管混合型低频等效电路与微变等效电路,型低频等效电路,微变等效电路,故有,型低频等效电路,微变等效电路,gm的物理意义,定义,等效电路,对 密勒等效,2晶体管的高频特性和高频参数,由描述晶体管特性的H参数方程,由图可知,由以上各式得,令,或,相频特性,将上式表示为,由此可知，式,的图形是由横轴与斜率为20dB/十倍频的直线合成的曲线。,的图形是由直线,综上所述,这种图形称为波特图,即实际值比 小3dB,f称为晶体管的共射极截止频率,当f=f时,b. 画相频特性曲线,当 ff (实际只要f0.1f )时,当 ff (实际只要f

37、10f )时,当 f=f 时,实际上当f=0.1f 或f=10 f时,或,(2) 晶体管特征频率fT,由于,定义,故,即,fT是衡量晶体管高频特性的最常用指标,由,得,f和fT都与晶体管的静态工作点有关,可以证明,式中,0晶体管共基极低频电流放大系数,f 晶体管共基极截止频率,晶体管共基极截止频率,由 与 的关系,通常将 的晶体管称为高频管,将 的晶体管称为低频管,晶体管共基极截止频率,特征频率,f、fT和f a之间的关系为,(4) f、fT和f a的关系,2.8.4 单管共射极放大电路的频率响应,单管共射极放大电路,电路中存在的电容,a. 耦合电容、旁路电容。,b. 结电容、极间电容、分布电

38、容及负载电容等。,放大电路频率响应的分析方法,a. 将放大电路分为中频、低频和高频三个工作区域。,b. 分别画出三个区域的微变等效电路。,c. 分别写出电路在三个区域频率响应的表达式。,d. 求出相应的参数Aum、fH和fL。,e. 画出幅频和相频特性曲线。,不同电容对电路性能的影响,a. 耦合电容、旁路电容较大，主要影响电路的低频性能。,b. 结电容、极间电容及分布电容等很小，主要影响电路的高频性能。,画各个区域等效电路的原则,a. 低频区,考虑耦合电容、旁路电容的作用。,结电容、极间电容及分布电容视为开路。,b. 中频区,耦合电容、旁路电容视为短路。,结电容、极间电容及分布电容视为开路。,

39、c. 高频区,耦合电容、旁路电容视为短路。,考虑结电容、极间电容及分布电容的作用。,1中频区的频率响应,中频区微变等效电路,忽略RB,对电路进行简化,电压放大倍数,2低频区的频率响应和下限截止频率,低频区微变等效电路,忽略RB,对电路进行简化与等效,忽略RE(因RE1/LCE),将CE等效到输入回路,将电流源转换为电压源,将输入回路电容合并,图中,在输出回路,在输入回路,得低频区放大电路电压放大倍数,上式中，令,、 分别为输入、输出回路的时间常数。,令,中频电压放大倍数,即C2的影响可以忽略时,当,知当 时,当,即 的影响可以忽略时,知当 时,故 fL2为仅考虑C2时放大电路的下限截止频率,故

40、 在一般情况下，对整个电路下限截止频率起决定作用的是旁路电容的容量。,由于旁路电容CE折算到基极回路的等效电容为,又由于,3高频区的频率响应和上限截止频率,高频区等效电路,对 密勒等效,对输入回路简化、等效,Ci=CM+Cbe,进行戴维宁等效,图中,等效电路,对输出回路简化、等效,图中,将电流源转换为电压源,由图可知,高频区电压放大倍数,.,令,、 分别为输入、输出回路的时间常数,或,那么,当CiCo,即Co的影响可以忽略时,知 当 时,即 fH1为仅考虑Ci时放大电路的上限截止频率,当CoCi时,即 Ci的影响可以忽略时,知当 时,故 fH2为仅考虑Co时放大电路的上限截止频率,名词解释,惯性环节 含惯性元件的回路,惯性元件 指其上能量不能突变的元件(如电容）,放大电路的电压放大倍数可表示为,即当低、高频区的等效电路都只含一个惯性环节时,当低频区只考虑一个电容 或C2,高频区只考虑一个电容Ci 或Co,讨论,由以上分析可画出放大电路的幅频和相频特性曲线(低、高频区等效电路都只含一个惯性环