[工学]模拟电子第五版康光华 第四章 双极结型三极管及放大电路基础.ppt

电子技术基础,主讲：孙 静,模拟部分,第6讲,电气信息学院电工电子基础教研室,4.1 BJT,4.2 基本共射极放大电路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,4.6 组合放大电路,本章重点内容,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,1.半导体三极管特性,3.放大电路的分析方法,4.不同放大电路的特点和应用,2.共射极放大电路的工作原理,5.放大电路的频率响应的概念,本章学习方法：例题学习法，实验、仿真帮助理解。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1 BJT,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V-I特性曲线,4.1.4 BJT的主要参数,4.1.4 温度对BJT参数及特性的影响,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.1 BJT的结构简介,集成电路中典型NPN型BJT的截面图,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.2 放大状态下BTJ的工作原理,1.BJT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,放大状态下BJT中载流子的传输过程,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）,IC=ICN+ICBO,IE=IB+IC,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)。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.2 放大状态下BTJ的工作原理,2.电流分配关系,根据传输过程可知：,IC=INC+ICBO,IE=IB+IC,通常 IC ICBO,放大状态下BJT中载流子的传输过程,为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般=0.90.99。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.2 放大状态下BTJ的工作原理,2.电流分配关系,且令,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。一般 1。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.2 放大状态下BTJ的工作原理,3.三极管的三种组态,共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。,共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,BJT的三种连接方式（组态）,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.2 放大状态下BTJ的工作原理,4.放大作用,共基极放大电路,若,vI=20mV,使,iE=-1 mA，,vO=-iC RL=0.98 V，,当,=0.98 时，,电压放大倍数：,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.2 放大状态下BTJ的工作原理,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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,iB=f(vBE)vCE=const,(2)当vCE1V时，vCB=vCEvBE0，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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,2.输出特性曲线,iC=f(vCE)iB=const,输出特性曲线的三个区域:,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。,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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.4 BJT的主要参数,1.电流放大系数,(1)共发射极直流电流放大系数,与iC的关系曲线,(2)共发射极交流电流放大系数=IC/IB vCE=const,BJT特性较平坦时：,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.4 BJT的主要参数,1.电流放大系数,(3)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=IC/IEvCB=const,当ICBO和ICEO很小时，、，可以不加区分。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.4 BJT的主要参数,2.极间反向电流,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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.4 BJT的主要参数,2.极间反向电流,(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO,ICEO=（1+）ICBO,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.4 BJT的主要参数,3.极限参数,(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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.4 BJT的主要参数,3.极限参数,(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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,1.温度对BJT参数的影响,(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。,2.温度对BJT特性曲线的影响,4.1.1、4.1.3,下次课内容：4.2 共射级放大电路工作原理,本次课作业（P185）：,第6次课作业,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,电子技术基础,主讲：孙 静,模拟部分,第7讲,本次课主要内容,1.共射极放大电路工作原理,2.图解分析法,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.2共射极放大电路工作原理,4.2.1 基本共射极放大电路的组成,基本共射极放大电路,发射结正偏集电结反偏,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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),直流工作状态（静态）输入信号vi0时的状态,直流通路,VCEQ=VCCICQRc,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,2.动态,动态工作情况:输入正弦信号vs后，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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,第三章 二极管及其基本电路,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.1 图解分析法,1.静态工作点的图解分析,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.1 图解分析法,1.静态工作点的图解分析,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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.1 图解分析法,2.动态工作情况的图解分析,（1）在BJT的输入特性曲线图上画出vB E、iB的波形,静态时：,动态时：,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.1 图解分析法,（2）依iB的变化在输出特性曲线上画出iC和vCE的波形,2.动态工作情况的图解分析,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.1 图解分析法,（3）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,交、直流共存,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.1 图解分析法,3.静态工作点对波形失真的影响,截止失真的波形,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.1 图解分析法,3.静态工作点对波形失真的影响,饱和失真的波形,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.1 图解分析法,4.图解分析法的适用范围,幅度较大而工作频率不太高的情况,优点：1.直观、形象。有助于理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；2.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。3.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，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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,补充：实际共射极放大电路,发射结正偏集电结反偏,共射极放大电路,基本共射极放大电路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,思考题,1.试分析下列问题：,共射极放大电路,（1）增大Rc时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,（2）增大Rb时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,（3）减小VCC时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,（4）减小RL时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,思考题,2.放大电路如图所示。当测得BJT的VCE 接近VCC=的值时，问管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？,答：,故障原因可能有：,Rb支路可能开路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC Rc=VCC。,C1可能短路，VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC-ICRc=VCC。,共射极放大电路,截止状态,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,例题,P123 例题4.3.1 课后自学典型例题熟悉实用放大电路的画法和原理.掌握直流分析方法。,4.2.2、4.3.5,下次课内容：小信号模型分析法,本次课作业（P188）：,第7次课作业,第三章 二极管及其基本电路,电子技术基础,主讲：孙 静,模拟部分,第8讲,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.2 小信号模型分析法,重点掌握内容：小信号模型 放大电路的小信号等效电路 小信号模型分析法,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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。,三极管是非线性器件，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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.2 小信号模型分析法,（1）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,v be=h ieib+h revce,i c=h feib+h oevce,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.2 小信号模型分析法,（1）H参数的引出,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）。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.2 小信号模型分析法,（2）H参数小信号模型,根据,可得小信号模型,BJT的H参数模型,v be=h ieib+h revce,i c=h feib+h oevce,BJT双口网络,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.2 小信号模型分析法,（2）H参数小信号模型,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i b的流向决定。h revce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。,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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.2 小信号模型分析法,（3）模型简化,h re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：,模型简化,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.2 小信号模型分析法,（4）H参数的确定,1)一般用测试仪测出；,r be与Q点有关，可用图示仪测出。,r be=r bb+(1+)re,其中对于低频小功率管 rbb200,则,而,(T=300K),2)一般也用公式估算rbe,（忽略 r e）,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,（2）画小信号等效电路,H参数小信号等效电路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,（3）求放大电路动态指标,根据,则电压增益为,（可作为公式）,指标一:电压增益,H参数小信号等效电路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,（3）求放大电路动态指标,指标二:输入电阻,指标三:输出电阻,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.3.2 小信号模型分析法,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VT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,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。,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。,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。,4.优点与缺点,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,例题,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），,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,例题,放大电路如图所示。已知BJT的=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：,共射极放大电路,(3)画出放大电路的小信号等效电路;(4)小信号模型分析其性能指标;,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,例题,共射极放大电路,小信号等效电路:,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,例题,求电压增益:,根据,则电压增益为,（可作为公式）,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,例题,求输入电阻:,求输出电阻：,令,4.3.9、4.3.10,下次课内容：4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,本次课作业（P188）：,第8次课,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,电子技术基础,主讲：孙 静,模拟部分,第9讲,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,温度上升,参数随温度的变化，都会使集电极静态电流ICQ随温度升高而增加（ICQ=IBQ+ICEO），从而使Q点随温度变化。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,1.基极分压式射极偏置电路,（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。,(a)原理电路(b)直流通路,T,稳定原理：,IC,IE,VE、VB不变,VBE,IB,（反馈控制）,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,1.基极分压式射极偏置电路,（1）稳定工作点原理,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=(5-10)IBQ，VBQ=3-5V,b点电位基本不变的条件：,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,1.基极分压式射极偏置电路,（2）放大电路指标分析,1）静态工作点,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,1.基极分压式射极偏置电路,（2）放大电路指标分析,2）电压增益,画小信号等效电路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,2）电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,确定模型参数,已知，求r be,增益,（可作为公式用）,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,3）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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,4）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,则,当,时，,一般（）,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,2.含有双电源的射极偏置电路,（1）阻容耦合,静态工作点,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,2.含有双电源的射极偏置电路,（2）直接耦合,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,3.含有恒流源的射极偏置电路,静态工作点由恒流源提供,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.1 温度对静态工作点的影响,思考题：在射极电阻Re两端并联一个大电容，对电路会有哪些影响？,下次课内容：共集、共基电路,第9次课,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.4.3,本次课作业（P190）：,电子技术基础,主讲：孙 静,模拟部分,第10讲,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.1 共集电极放大电路,1.静态分析,共集电极电路也称为射极输出器,得,直流通路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.1 共集电极放大电路,2.动态分析,（1）小信号等效电路,交流通路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.1 共集电极放大电路,2.动态分析,（2）电压增压,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.1 共集电极放大电路,2.动态分析,（3）输入电阻,当,，,时，,输入电阻大,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.1 共集电极放大电路,2.动态分析,（4）输出电阻,由电路列出方程,其中,则输出电阻,当,时，,输出电阻小,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.1 共集电极放大电路,共集电极电路特点：,电压增益小于1但接近于1，,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,总结：,应用：输入、输出级缓冲。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.2 共基极放大电路,2.动态指标,（1）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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.2 共基极放大电路,（2）输入电阻,小信号等效电路,（3）输出电阻,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.3 放大电路三种组态的比较,2.三种组态的比较（P148）,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.3 放大电路三种组态的比较,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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.5.3 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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.6.1 共射-共基放大电路,共射共基放大电路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.6.1 共射-共基放大电路,其中,所以,因为,因此,电压增益,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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.6.1 共射-共基放大电路,输入电阻,输出电阻,Ro Rc2,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.6.2 共集共集放大电路,两只PNP型BJT组成的复合管,rberbe1(11)rbe2,1.复合管的主要特性,两只NPN型BJT组成的复合管,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,rberbe1,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,4.5.3、4.6.1,本次课作业（P191）：,第10次课作业,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,电子技术基础,主讲：孙 静,模拟部分,第11讲,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,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。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7 放大电路的频率响应,重点掌握：1.分析方法2.影响不同段频率响应的主要因素,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7 放大电路的频率响应,一、研究频率响应的目的,1.实际放大的信号都不是简单的单频信号,它们都是由许多不同相位、不同频率分量组成的复杂信号，即占有一定的频谱。,2.为了使放大的信号不失真，要求对所有频率的信号等同放大，即研究频率特性。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7 放大电路的频率响应,二、频率响应的概念,1.幅度频率特性,2.相位频率特性,幅频特性是描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即,相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7 放大电路的频率响应,*幅度频率失真: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。,*相位频率失真：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。*线性失真：幅频失真和相频失真是线性失真。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7 放大电路的频率响应,三、实际的频率特性及通频带定义,为分析方便，将实际的振幅频率响应划分为三个区域，即中频区、低频区和高频区。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,1.RC低通电路的频率响应,（1）增益频率函数,（电路理论中的稳态分析）,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）,RC低通电路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,1.RC低通电路的频率响应,（1）频率响应曲线描述,最大误差-3dB,幅频响应,相频响应,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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高通电路,RC电路的电压增益：,幅频响应,相频响应,输出超前输入,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,1.BJT的高频小信号模型,（1）模型的引出,rbb-基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点,rbe-发射结电阻re归算到基极回路的电阻,-发射结电容,-集电结电阻,-集电结电容,互导,BJT的高频小信号模型,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,1.BJT的高频小信号模型,（1）简化模型,混合型高频小信号模型,由于结电容的影响，,常数，,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,图（a）实际模型,图（b）混合 型模型,图（d）低频小信号模型,图（c）混合 型模型化简,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,2.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得,低频时，混合模型与H参数模型等价,所以,又,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,2.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得,又因为,从手册中查出,所以,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,3.BJT的频率参数,由H参数定义：,即,根据混合模型得：,低频时,所以,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数,3.BJT的频率参数,令,的幅频响应,共发射极截止频率（转折频率）,特征频率,共基极截止频率,的相频响应,f(10)fffT,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,1.高频响应,（1）型高频等效电路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,1.高频响应,（1）型高频等效电路,称为密勒电容,目标：断开输入输出之间的连接,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,1.高频响应,（1）型高频等效电路,称为密勒电容,目标：断开输入输出之间的连接,对节点 c 列KCL得：,由于输出回路电流比较大，所以可以忽略 的分流，得：,相当于b和e之间存在一个电容，若用 表示，则,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,1.高频响应,（1）型高频等效电路,同理，在c、e之间也可以求得一个等效电容CM2，且,等效后断开了输入输出之间的联系,密勒电容,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,1.高频响应,（1）型高频等效电路,目标：简化和变换,忽略CM2的影响,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,1.高频响应,（1）型高频等效电路,目标：简化和变换,与RC低通电路相似,（戴维南等效电阻）,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,1.高频响应,（2）高频响应和上限频率,由电路得：,电压增益频响,中频增益或通带源电压增益,上限频率,其中,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,1.高频响应,（2）高频响应和上限频率,RC低通电路,共射放大电路,频率响应曲线变化趋势相同,180arc t g(f/f H),相频响应,幅频响应,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,1.高频响应,（3）增益-带宽积,BJT 一旦确定，带宽增益积基本为常数,当RbRs及Rbrbe时，有,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,例题：,解：模型参数为,低频电压增益为,又因为,所以上限频率为:,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,2.低频响应,（1）低频等效电路,耦合电容影响,低频响应主要取决于外接电容Cb1、Cb2和Ce,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,2.低频响应,（1）低频等效电路,Rb=（Rb1/Rb2）远大于Ri,，CeCb2,（B）简化等效电路,图（B）等效电路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,（2）低频响应,两个RC高通,中频区(即通常内)源电压增益,当,则,下限频率取决于,当,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,（2）低频响应,下限频率取决于,当 时，,相频响应 180arctg(fL1/f)180arctg(fL1/f),幅频响应：,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应,（2）低频响应,包含fL2的幅频响应,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,*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,（1）高频等效电路,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,*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,（2）高频响应,特征频率,其中,由于re很小,由于Cbc很小，fH2也很高。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,*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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.5 多级放大电路的频率响应,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,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,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,多级放大电路的通频带比它的任何一级都窄。,（以两级为例）,当两级增益和频带均相同时，则单级的上下限频率处的增益为 两级的增益为 即两级的带宽小于单级带宽。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.7.5 多级放大电路的频率响应,1.放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定。,2.三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因，上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定。,结论：,4.7.2,下次课内容：第五章 场效应管放大电路,本次课作业（P195）：,第11次课作业,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,