3.双极结型三极管及放大电路基础.ppt

,4.1 半导体三极管,4.3 放大电路的分析方法,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,4.2 共射极放大电路的工作原理,4.6 组合放大电路,4.7 放大电路的频率响应,4.双极结型三极管及放大电路基础,4.1 半导体三极管,4.1.1 BJT的结构简介,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,4.1.3 BJT的VI特性曲线,4.1.4 BJT的主要参数,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,4.1.1 BJT的结构简介,(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管,半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。,4.1.1 BJT的结构简介,(a)NPN型管结构示意图(b)PNP型管结构示意图(c)NPN管的电路符号(d)PNP管的电路符号,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。外部条件：发射结正偏 集电结反偏,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,1.内部载流子的传输过程,发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子（以NPN为例）,由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT(Bipolar Junction Transistor)。,IC=ICN+ICBO,IE=IB+IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,2.电流分配关系,根据传输过程可知:,IC=ICN+ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,且令,2.电流分配关系,3.三极管的三种组态,共集电极接法，集电极作为公共电极,共基极接法，基极作为公共电极,共发射极接法，发射极作为公共电极,BJT的三种组态,共基极放大电路,4.放大作用,电压放大倍数,vO=-iC RL=0.98 V，,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，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,iB=f(vBE)vCE=const,(2)当vCE1V时，vCB=vCE-vBE0，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vBE下 IB减小，特性曲线右移。,(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1.输入特性曲线（以共射极放大电路为例）,共射极连接,饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。,iC=f(vCE)iB=const,2.输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压。,放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,(1)共发射极直流电流放大系数=（ICICEO）/IB IC/IB vCE=const,1.电流放大系数,4.1.4 BJT的主要参数,与iC的关系曲线,(2)共发射极交流电流放大 系数=IC/IBvCE=const,1.电流放大系数,(4)共基极交流电流放大系数=IC/IEvCB=const,当ICBO和ICEO很小时，、，可以不加区分。,4.1.4 BJT的主要参数,(3)共基极直流电流放大系数=（ICICBO）/IEIC/IE,IB=40 A,IC=1.7 mA；,在以后的计算中，一般作近似处理：=,例：UCE=7V时：,IB=60 A,IC=2.5 mA。,4.1.4 BJT的主要参数,1.电流放大系数,2.极间反向电流,(1)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。,4.1.4 BJT的主要参数,(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO,ICEO=（1+）ICBO,4.1.4 BJT的主要参数,2.极间反向电流,(1)集电极最大允许电流ICM,(2)集电极最大允许功率损耗PCM,PCM=ICVCE,3.极限参数,4.1.4 BJT的主要参数,当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,集电极电流IC 流过三极管，所发出的焦耳热为：,PC=ICUCE,必定导致结温 上升，所以PC 有限制。,PCPCM,3.极限参数,4.1.4 BJT的主要参数,(3)反向击穿电压,V(BR)CBO发射极开路时的集电结 反向击穿电压。,V(BR)EBO集电极开路时发射结的反 向击穿电压。,V(BR)CEO基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR)EBO,PS:集-射极反向击穿电压,手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。,ICUCE=PCM,安全工作区,4.1.4 BJT的主要参数,3.极限参数,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,(1)温度对ICBO的影响:,温度每升高10，ICBO约增加一倍。,(2)温度对 的影响:,温度每升高1，值约增大0.5%1%。,(3)温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响:,温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。,1.温度对BJT参数的影响,2.温度对BJT特性曲线的影响:（1）对输入特性的影响 温度升高时，BJT共射极连接时的输入特性曲线将向左移动，这说明在iB相同的条件下，vBE将减小。vBE随温度的变化规律与二极管正向导通电压随温度变化的规律一样，即温度每升高1，vBE减小2mV2.5mV。（2）对输出特性的影响 温度升高时，BJT的ICBO、ICEO、都将增大，结果导致BJT的输出 特性曲线向上移动，而且各条曲线 间的距离加大。,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,符号规定,UA,大写字母、大写下标，表示直流量。,uA,小写字母、大写下标，表示全量。,ua,小写字母、小写下标，表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,Ua,大写字母、小写下标，表示交流分量的有效值。,4.2 共射极放大电路的工作原理,1、元件的作用,？,参考点,4.2.1 基本共射极放大电路的组成,1、元件的作用,耦合电容,隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,4.2 共射极放大电路的工作原理,4.2.1 基本共射极放大电路的组成,1、元件的作用,2、单电源放大电路,4.2 共射极放大电路的工作原理,4.2.1 基本共射极放大电路的组成,1、元件的作用,2、单电源放大电路,3、组成一个放大器的基本原则。（1）发射结正偏，集电结反偏。为保证放大器不失真地放大，直流下的电流和电压必须设置得合适。（2）对输入回路，应当使输入的电压信号变成电流信号，因为ic=ib（3）对输出回路，应当尽可能将信号送到负载。,4.2.1 基本共射极放大电路的组成,4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,1.静态(直流工作状态),输入信号vi0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。,直流通路,VCEQ=VCCICQRc,4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,2.动态,输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。,交流通路,4.3 放大电路的分析方法,4.3.1 图解分析法,4.3.2 小信号模型分析法,1.静态工作点的图解分析,2.动态工作情况的图解分析,3.非线性失真的图解分析,4.图解分析法的适用范围,1.BJT的H参数及小信号模型,2.用H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,4.3 放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析：确定不加输入信号时放大电路的工作状态，估算静态工作点即IB、IC、UBE、UCE。,动态分析：计算出加上输入信号后放大电路的各项主要技术指标，如电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro等。,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,直流通道和交流通道,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,直流通道和交流通道,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,4.3.1 图解分析法,1.静态工作点的图解分析,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。,共射极放大电路,4.3.1 图解分析法,4.3.1 图解分析法,1.静态工作点的图解分析,列输入回路方程,列输出回路方程（直流负载线）VCE=VCCiCRc,首先，画出直流通路,直流通路,在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。,在输入特性曲线上，作出直线，两线的交点即是Q点，得到IBQ。,根据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE、iB 的波形,2.动态工作情况的图解分析,根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE 的波形,2.动态工作情况的图解分析,共射极放大电路中的电压、电流波形,2.动态工作情况的图解分析,ui=0时,放大过程,ui=Usint,输出的交流电压uo=-icRC,iB=IB+ib,iC=iB=IB+ib=IC+ic,uCE=EC-iCRC=EC-(IC+ic)RC=EC-ICRC-icRC=UCE-icRC,ICQ=IBQ,UCEQ=ECICQRC,2.动态工作情况的图解分析,结论：（1）uo与ui的相位相反。（2）uBE、iB、uCE、iC都是由直流和交流两个部分组成的。（3）我们所说的放大作用是指输出与输入的交流成分的关系，不包括直流成分。,2.动态工作情况的图解分析,3.静态工作点对波形失真的影响,截止失真的波形,饱和失真的波形,3.静态工作点对波形失真的影响,ICQ=IBQ,UCEQ=ECICQRC,不设静态工作点带来的问题,RB断开,IBQ0,不设Q点会导致严重的失真！,正确设置静态工作点！,3.静态工作点对波形失真的影响,电路参数的改变时对Q点的影响,（1）RB的影响RBEC/RBIBQ,（2）RC的影响RCEC/RCQ右移,（3）电源EC的影响EC直流负载线发生平移同时 IB Q,为了得到合适的Q点，常常调节RB。,4.图解分析法的适用范围,适用于幅度较大而工作频率不太高的工作情况。,优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。,缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。,4.3.2 小信号模型分析法,1.BJT的H参数及小信号模型,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,1.BJT的H参数及小信号模型,H参数的引出,在小信号情况下，对上两式取全微分得：,用小信号交流分量表示：,vbe=hieib+hrevce,ic=hfeib+hoevce,对于BJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：,iB=f(vBE)vCE=const,iC=f(vCE)iB=const,可以写成：,BJT双口网络,输出端交流短路时的输入电阻；,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；,输入端交流开路时的反向电压传输比；,输入端交流开路时的输出电导。,其中：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,1.BJT的H参数及小信号模型,H参数的引出,1.BJT的H参数及小信号模型,H参数小信号模型,根据,可得小信号模型,BJT的H参数模型,BJT双口网络,1.BJT的H参数及小信号模型,H参数小信号模型,H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,受控电流源hfeib，反映了BJT的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由ib的流向决定。hrevce是一个受控电压源。反映了BJT输出回路电压对输入回路的影响。,1.BJT的H参数及小信号模型,模型的简化,hre和hoe都很小，常忽略它们的影响。,BJT在共射连接时，其H参数的数量级一般为：,1.BJT的H参数及小信号模型,H参数的确定,一般用测试仪测出；,rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,PS:rbb是基区的体电阻，re是发射区的 体电阻,其中对于低频小功率管 rbb200,则,rbe=rbb+(1+)re,4.3.2 小信号模型分析法,2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（1）利用直流通路求Q点,共射极放大电路,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。,2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（2）画小信号等效电路,H参数小信号等效电路,2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（3）求放大电路动态指标,根据：,则电压增益为：,电压增益,H参数小信号等效电路,2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（3）求放大电路动态指标,输入电阻,输出电阻,3.小信号模型分析法的适用范围,放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其VI特性曲线的线性范围（即放大区）内。H参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。,优点：分析放大电路的动态性能指标(Av、Ri和Ro等)非常方便，且适用于频率较高时的分析。,4.3.2 小信号模型分析法,缺点：在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及BJT的H参数均是针对变化量(交流量)而言的，不能用来分析计算静态工作点。,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：,（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）,解：（1）,（2）当Rb=100k时，,静态工作点为Q（40A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。,其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：,，所以BJT工作在饱和区。,VCE不可能为负值，,此时，Q（120uA，6mA，0V），,例题,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,4.4.1 温度对静态工作点的影响,4.4.2 射极偏置电路,1.基极分压式射极偏置电路,2.含有双电源的射极偏置电路,3.含有恒流源的射极偏置电路,4.4.1 温度对静态工作点的影响,4.1.6节讨论过，温度上升时，BJT的反向电流ICBO、ICEO及电流放大系数或都会增大，而发射结正向压降VBE会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流ICQ随温度升高而增加（ICQ=IBQ+ICEO），从而使Q点随温度变化。,要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流IBQ。,4.4.2 射极偏置电路,（1）稳定工作点原理,目标：温度变化时，使IC维持恒定。,如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。,T,IC,IE,VE、VB不变,VBE,IB,（反馈控制）,1.基极分压式射极偏置电路,(a)原理电路(b)直流通路,b点电位基本不变的条件：,I1 IBQ，,此时，,VBQ与温度无关,VBQ VBEQ,Re取值越大，反馈控制作用越强,一般取 I1=(510)IBQ，VBQ=35V,1.基极分压式射极偏置电路,（1）稳定工作点原理,1.基极分压式射极偏置电路,（2）放大电路指标分析,静态工作点,电压增益,画小信号等效电路,（2）放大电路指标分析,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,画小信号等效电路,确定模型参数,已知，求rbe,增益,（2）放大电路指标分析,（可作为公式用）,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,（2）放大电路指标分析,输出电阻,输出电阻：,求输出电阻的等效电路,网络内独立源置零,负载开路,输出端口加测试电压,其中：,（一般）,（2）放大电路指标分析,2.含有双电源的射极偏置电路,（1）阻容耦合,静态工作点,2.含有双电源的射极偏置电路,（2）直接耦合,3.含有恒流源的射极偏置电路,静态工作点由恒流源提供,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,4.5.1 共集电极放大电路,4.5.2 共基极放大电路,4.5.3 放大电路三种组态的比较,4.5.1 共集电极放大电路,1.静态分析,共集电极电路结构如图示,该电路也称为射极输出器,得,直流通路,小信号等效电路,4.5.1 共集电极放大电路,2.动态分析,交流通路,4.5.1 共集电极放大电路,2.动态分析,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,其中,一般,，则电压增益接近于1，,电压跟随器,4.5.1 共集电极放大电路,2.动态分析,输入电阻,当,，,时，,输入电阻大,输出电阻,由电路列出方程,其中,则输出电阻:,时，,输出电阻小,4.5.1 共集电极放大电路,2.动态分析,4.5.1 共集电极放大电路,4.5.2 共基极放大电路,1.静态工作点,直流通路与射极偏置电路相同,2.动态指标,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,交流通路,小信号等效电路,输入电阻,输出电阻,2.动态指标,小信号等效电路,4.5.3 放大电路三种组态的比较,1.三种组态的判别,以输入、输出信号的位置为判断依据：信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路信号由发射极输入，集电极输出共基极电路,2.三种组态的比较,3.三种组态的特点及用途,共射极放大电路：电压和电流增益都大于1，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。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，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。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，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。,4.5.3 放大电路三种组态的比较,4.6 组合放大电路,4.6.1 共射共基放大电路,4.6.2 共集共集放大电路,2、耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。,多级阻容耦合放大电路,3、多级放大电路对耦合电路要求：,（1）它的加入应尽量不影响前、后级间的静态工作点；（2）把前一级的信号尽可能多地传到后一级；（3）失真小。,1、多级放大器所考虑的问题（1）级间耦合；即信号的传送。（2）估算整个放大器的放大倍数；（3）频率响应。,4、举例,多级阻容耦合放大电路,耦合方式,一、阻容耦合利用电阻和电容将前、后级联接起来。优点：各级直流通道相互独立、互不影响；当耦合电容足够大，则信号能够顺利地加到后一级。缺点：不适合传送缓慢变化的信号；不适用于线性集成电路。,二、直接耦合1、直接耦合是将前一级的输出端直接（或经过电阻）接到下一级的输入端。2、直接耦合所带来的问题：直流电位相互牵制；零点漂移。3、适用场合：多用于直流信号的放大和集成电路中。,耦合方式,三、变压器耦合通过变压器将前、后级连接起来。优点：它可以在传送信号的同时实现阻抗的变换，以获得较大的输出功率。另一方面，各级直流通道相互隔离。,阻抗的变换：,对于理想的变压器：P1=P2,即 I1U1=I2U2 则 I2/I1=U1/U2（1）,而,则（1）式变为,缺点：频带窄，体积、重量大。,用途：多用于功放、中频调谐放大器以及多级放大器的输出级。,多级放大器的分析,前级的输出是后一级的输入，前级的输出电阻是后一级的信号源内阻。后一级放大器的输入电阻是前级放大器的交流负载。,多级放大器的分析,每一级的电压放大倍数：,若为n级放大器，则有,两级放大器总的电压放大倍数：,注意：(1)Aui是考虑了前后级间的影响后的放大倍数。(2)多级放大器的输入电阻，就是输入级的输入电阻。而输出级的输出电阻就是整个放大器的输出电阻。,4.6.1 共射共基放大电路,共射共基放大电路,4.6.1 共射共基放大电路,其中:,所以:,因为:,因此:,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的乘积。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的负载电阻RL。,电压增益:,4.6.1 共射共基放大电路,输入电阻:,输出电阻:,Ro Rc2,T1、T2构成复合管，可等效为一个NPN管,(a)原理图(b)交流通路,4.6.2 共集共集放大电路,4.6.2 共集共集放大电路,1.复合管的主要特性,两只NPN型BJT组成的复合管,两只PNP型BJT组成的复合管,rberbe1(1 1)rbe2,4.6.2 共集共集放大电路,1.复合管的主要特性,PNP与NPN型BJT组成的复合管,NPN与PNP型BJT组成的复合管,rbe rbe1,4.6.2 共集共集放大电路,2.共集共集放大电路的Av、Ri、Ro,式中 12 rberbe1(11)rbe2 RLRe/RL,RiRb/rbe(1)RL,4.7 放大电路的频率响应,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,4.7.2 BJT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,4.7.4 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,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。,频率响应的概念,在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念-,一、频率响应的概念,这些统称放大电路的频率响应。,幅频特性偏离中频值的现象称为幅度频率失真;相频特性偏离中频值的现象称为相位频率失真。,放大电路的幅频特性和相频特性，也称为频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅度频率失真，简称幅频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为相位频率失真，简称相频失真。幅频失真和相频失真是线性失真。,产生频率失真的原因是:1.放大电路中存在电抗性元件，例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等;,2.三极管的()是频率的函数。在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。,放大倍数的分贝表示法,（dB）,（dB）,用对数表示的功率放大倍数增益 GP=lgAP（Bel 贝尔）1Bel=10dB（分贝）用分贝表示有两个好处：（1）把大范围的变化缩小，以利于绘图。（2）将放大倍数的乘法运算，转化为加法运算。,式中：Uo和Ui应该是作用于同等大小电阻上的电压。Io和Ii应该是流过同等大小电阻上的电流。GP=10lgAP=10lg(AP1AP2APn)=10lg AP1+10lg AP2+10lg APn=GP1+GP2+GPn,1.RC低通电路的频率响应,RC电路的电压增益（传递函数）：,则,且令,又,电压增益的幅值（模）,（幅频响应）,电压增益的相角,（相频响应）,增益频率函数,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,最大误差-3dB,幅频响应,0分贝水平线,这是斜率为-20dB/十倍频程 的直线,相交点,fH上限截止频率,1.RC低通电路的频率响应,频率响应曲线描述,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,相频响应,1.RC低通电路的频率响应,频率响应曲线描述,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,2.RC高通电路的频率响应,RC电路的电压增益：,幅频响应,相频响应,正号：输出超前输入,令,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,典型的频率响应,纵轴：dB；横轴：对数坐标；波特图,其中,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,3.结论,放大电路的频率响应的特征可用RC低通电路和高通电路来模拟；转折频率fH和fL是频率相应的关键点，无论是幅频响应还是相频响应，基本上是以它为中心而变化的，求出fH和fL后就可以近似地描绘放大器的完整的频率响应曲线；fH和fL都是与对应的回路时间常数 RC成反比的。,不同用途的放大器对频率失真具有不同的要求：,对音频放大器：,只需较好的幅频特性（因为人耳对相位变化感觉迟钝）,对图象放大器：,要求幅频特性、相频特性都好（因为人眼对相位变化敏感，各分量间相位关系也重要）,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,模型的引出,混合型高频小信号模型,rbb基区体电阻。cbc、cbe结电容。,rbe发射结电阻归算到基极回路的电阻,跨导gm表示三极管具有正向受控作用的增量电导。,rce三极管输出电阻，数值较大。常忽略。,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,模型简化,低频时，电容看作开路，混合模型与H参数模型等效。,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,模型简化,低频时，电容看作开路，混合模型与H参数模型等效。,又因为,从手册中查出,另外,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,BJT的频率参数,由H参数可知,即,根据混合模型得,所以,uce=0表示输出端交流短路,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,令,则,求共基极截止频率,BJT的频率参数,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,高频小信号简化电路,在型小信号模型中，因存在Cbc 对求解不便，可通过单向化处理加以变换。可以用输入侧的C 和输出侧的C两个电容去分别代替Cb c，如右图所示。,高频小信号模型电路,高频小信号模型的简化分析,由于C C,可以忽略，所以可简化为下图，其中C=Cbe+C。,简化高频小信号电路,其中：,当集电极接上RC时,4.7.3 单管共射放大器的频率响应,一、全频段小信号电路模型二、中频段电压放大倍数Ausm三、低频段电压放大倍数Ausm四、高频段电压放大倍数Ausm五、完整的频率响应曲线,一、全频段小信号电路模型,对于下图（左）所示的共发射极接法的基本放大电路，分析其频率响应，需画出放大电路从低频到高频的全频段小信号模型，如下图（右）所示。然后分中、低、高三个频段加以研究。,如果将C2和RL看作是下一级放大电路的耦合电容和输入电阻，则上面的电路还可以进一步化简为下图所示的电路：,二、中频段电压放大倍数,在中频段，耦合电容和三极管结电容的影响可以忽略，因此电路可简化为下图。,其中：、,整理得到中频段电压放大倍数如下：,由于、代入上式得：,这个结果与以前用微变等效电路法分析的结果完全一样。,三、低频段电压放大倍数,将全频段小信号电路模型中的C1保留，C忽略，即可获得低频段小信号电路模型如图3.7.16所示。低频电压放大倍数为：,由上式结果可知，放大电路的低频响应等效为一个RC高通电路，下限频率fL主要与低频等效电路的时间常数有关，C1和（Rs+Ri）的乘积愈大，则fL愈小，即放大电路的低频响应愈好。,四、高频段电压放大倍数,将全频段小信号模型中的C1短路，即可获得高频段小信号模型微变等效电路，如图3.7.17所示。高频电压放大倍数为：,式中：,由上式结果可知，放大电路的高频响应等效为一个RC低通电路，上限频率fH主要与高频等效电路的时间常数rbe/rbb+(Rs+Rb)C 有关，C 愈小，放大电路的高频响应愈好。,五、完整的频率响应曲线,将以上在中频段、低频段和高频段分别求出的电压放大倍数进行综合，就可以得到基本共射放大电路在全频率范围内的放大倍数的表达式：,式中：,同时，将中频段、低频段和高频段的频率响应曲线综合起来，就得到了基本共射放大电路完整的频率响应曲线，如下图所示,增益带宽积将中频增益与通频带相乘所得的乘积称为增益带宽积,由上式可见，当电路参数及三极管都选定后，增益-带宽积基本上是个常数，因此放大电路的中频增益与通频带存在矛盾，两这相互制约。要提高增益-带宽积，可选用rbb和Cbe、Cbc都较小的三极管。,4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应,1.共基极放大电路的高频响应,高频等效电路,高频响应,特征频率,1.共基极放大电路的高频响应,其中,由于re很小,由于Cbc很小，fH2也很高。,4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应,2.共集电极放大电路的上限频率,1.多级放大电路的增益,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,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,2.多级放大电路的频率响应,（以两级为例）,4.7.5 多级放大电路的频率响应,可以证明，多级放大电路的上、下限截止频率和组成它的各级放大电路的上、下限截止频率之间的关系为：,