极管及放大电路基础图例.ppt

3 半导体三极管及放大电路基础,3.1 半导体三极管（BJT）,3.2 共射极放大电路,3.3 图解分析法,3.4 小信号模型分析法,3.5 放大电路的工作点稳定问题,3.6 共集电极电路和共基极电路,3.7 放大电路的频率响应,2,第三章 半导体三极管及放大电路基础,教学内容：本章首先讨论了半导体三极管(BJT)的结构、工作原理、特性曲线和主要参 数。随后着重讨论了BJT放大电路的三 种组态，即共发射极、共集电极和共基 极三种基本放大电路。还介绍了图解法 和小信号模型法，并把其作为分析放大 电路的基本方法。,3,教学要求：本章需重点掌握三极管的模型与 特性；并能熟练进行基本放大电路静 态工作点的确定和输入电阻、输出电 阻、电压放大倍数的计算。,4,图3.1.1 几种BJT的外形,3.1 半导体三极管（BJT）,3.1.1 BJT的结构简介,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,3.1.3 BJT的特性曲线,3.1.4 BJT的主要参数,Jc反偏,3.1.1 BJT的结构简介,发射极Emitter,集电极Collector,基极Base,1、结构和符号,发射结(Je),集电结(Jc),发射载流子(电子),收集载流子(电子),复合部分电子 控制传送比例,由结构展开联想,2、工作原理,3、实现条件,Je正偏,6,发射极,基极,集电极,发射区,集电区,基区,7,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,1.内部载流子的传输过程,2.电流分配关系,4.三极管的三种组态,3.放大作用,发射结正偏,发射区发射载流子,基区：传送和控制载流子,集电区收集 载流子,本质:电流分配,5.共射极连接方式,集电结反偏,8,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,1.内部载流子的传输过程,+iB,放大作用？（原理）,三极管的放大作用是通过载流子传输体现出来的。本质：电流分配关系 外部条件：发射结正偏，集电结反偏。,9,2.电流分配关系,根据传输过程可知,IE=IB+IC(1),IC=InC+ICBO(2),IB=IB-ICBO(3),定义,通常 IC ICBO,则有,所以,硅:0.1A锗:10A,IE与IC的关系：,10,3.放大作用,vI=20mV,iE=-1mA,+iB,图 3.1.5 共基极放大电路,=0.98,vO=0.98 V,11,4.三极管（放大电路）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；,如何判断组态？,外部条件：发射结正偏，集电结反偏,5.共射极连接方式,问题(1)：如何保证？,发射结正偏,VBE=VBB,VBC=VBE-VCE 0,问题(2)：信号通路？与共基有何区别？,集电结反偏,或 VCE VBE,但希望,Ri=vI/iB=1k,5.共射极连接方式,IC与IB的关系：,由的定义：,即 IC=IE+ICBO=(IB+IC)+ICBO,整理可得:,令：,是共射极电流放大系数，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（10100）,ICBO 硅:0.1A锗:10A,14,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：发射区杂质浓度最高，基区杂质浓度远低于发射区且很薄，集电区杂质浓度低于发射区且面积大。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,15,3.1.3 BJT的特性曲线,vCE=0V,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）,16,iC=f(vCE)iB=const,2.输出特性曲线,在vCE小于1V时，输出特性很陡。原因是集电结的反向电压很小，对到达基区的电子吸引力不够，这时，iC受vCE的影响很大。,当vCE大于1V后，输出特性变的比较平坦。因为集电结的电场足够强，能使发射区扩散到基区电子绝大部分都到达集电区，vCE增加，iC增加不多。,特性比较平坦的部分随着vCE的增加略向上倾斜。当vCE增加时，由于vBE变化较少，故vCB增加，集电结加宽，基区宽度减小，载流子复合减少，增大，iC随vCE增大。称为基区宽度调制效应。,17,3.1.4 BJT的主要参数,交流参数,直流参数,极限参数,结电容 Cbc、Cbe,集电极最大允许电流ICM,集电极最大允许功率损耗PCM,反向击穿电压,极间反向电流ICBO、ICEO,交流电流放大系数、,特征频率fT,18,(1)共发射极直流电流放大系数=(ICICEO)/IBIC/IB,1.电流放大系数,(2)共发射极交流电流放大系数=iC/iB,3.1.4 BJT的主要参数,在放大区且当ICBO和ICEO很小时，可以不加区分。,19,3.1.4 BJT的主要参数,2.极间反向电流,(1)集电极基极间反向饱和电流 ICBO O（发射极）开路,(2)集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO,20,3.1.4 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=iCvCE,(3)反向击穿电压V(BR)CEO、V(BR)EBO、V(BR)CBO,V(BR)CEO 基极开路时集电极和发射极间的击穿电压,21,复习思考题,2.要使BJT具有放大作用，发射结和集电结的偏置电压应如何联接？,1.既然BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只BJT，试说明理由。,3.一只NPN型BJT，具有e、b、c三个电极，能否将e、c两个电极交换使用？为什么？,4.为什么BJT的输出特性在VCE1V以后是平坦的？又为什么说BJT是电流控制器件？,22,习题,3.1.1 测得某放大电路中的BJT的三个电极A、B、C的对地电位分别为VA=-9V，VB=-6V，VC=-6.2V，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c，并说明此BJT是NPN型管还是PNP型管。,解 由于锗BJT的VBE=0.2V,硅BJT的VBE=0.7V，已知BJT的电极B的VB=-6V，电极C的VC=-6.2V，电极A的VA=-9V，故电极A是集电极。又根据BJT工作在放大区时，必须保证发射结正偏、集电结反偏的条件可知，电极B是发射极，电极C是基极，且此BJT为PNP管。,23,3.1.3 有两个BJT，其中一个管子的=150,ICEO=200A，另一个管子的=50，ICEO=10A，其他参数一样，你选择哪个管子？为什么？,解 选择=50，ICEO=10A，即ICEO较小的BJT。大的BJT虽然电流放大作用大，但其ICEO大，使放大电路的温度稳定性差，这是因为ICEO受温度影响较大。此外，ICEO也是衡量BJT寿命的一个指标，ICEO小的BJT寿命要长些。,24,3.1.4 某BJT的极限参数ICM=100mA，PCM=150mW，V(BR)CEO=30V，若它的工作电压VCE=10V，则工作电流IC不得超过多大？若工作电流IC=1mA，则工作电压的极限值应为多少？,解 BJT工作时，其电压和电流及功耗不能超过其极限值，否则将损坏。当工作电压VCE确定时，应根据PCM及ICM确定工作电流IC，即应满足ICVCEPCM及ICICM。当VCE=10V时,ICPCM/VCE=15mA,此值小于ICM=100mA，故此时工作电流不超过15mA即可。同理，当工作电流IC确定时，应根据ICVCEPCM及VCEV(BR)CEO确定工作电压VCE的大小。当IC=1mA时，为同时满足上述两个条件，则工作电压的极限值应为30V。,25,3.2 共射极放大电路,1.电路组成,4.简化电路及习惯画法,2.简单工作原理,3.放大电路的静态和动态,26,1.电路组成,3.2 共射极放大电路,三极管T:核心，电流分配、放大作用,Cb1、Cb2:隔离直流，传送交流,固定偏流,接地 零电位点,27,2.简单工作原理,vi=0,vi=Vimsint,既有直流、又有交流！,分析思路,先静态:,后动态:,#放大电路为什么要建立正确的静态？,确定静态工作点Q（IBQ、ICQ、VCEQ）,确定性能指标（AV、Ri、Ro 等）（叠加原理？）,静态,动态,28,工作点合适,工作点偏低,#放大电路为什么要建立正确的静态？,合适的 静态工作点,保证Je正偏，Jc反偏,保证有较大的线性工作范围,3.2 共射极放大电路,29,4.简化电路及习惯画法,3.2 共射极放大电路,习惯画法,小结:放大电路组成原则,合适的静态工作点(Je正偏Jc反偏),正确的耦合方式,共射极基本放大电路,30,？,思 考 题,1.下列 a f 电路哪些具有放大作用？,31,3.3 图解分析法,1.近似估算Q点,2.用图解法确定Q点,2.交流负载线,3.3.1 静态工作情况分析,3.3.2 动态工作情况分析,1.放大电路在接入正弦信号时的工作情况,3.BJT的三个工作区域,(4)交流通路与交流负载线,(3)直流通路和交流通路,2.图解法确定Q点(静态),3.图解法动态分析,4.几个重要概念,(2)叠加原理？,1.近似估算法求Q点,(1)非线性失真与线性工作区,32,1.近似估算法求Q点,共射极放大电路,根据直流通路可知：,如果已知，可以求出IC和VCE。,求IBQ、VBEQ、ICQ、VCEQ,3.3 图解法分析法,33,2.图解法确定Q点,3.3 图解分析法,分析步骤：,(1)vi=0（短路）,Cb1、Cb2开路（被充电）,(2)把电路分为线性和非线性,(3)写出线性部分直线方程,直流通路,输入回路（Je）方程:,输出回路（Jc）方程:,vBE=VCC iBRb,vCE=VCC iCRc,直流负载线,(4)作图：画直线，与BJT特性曲线的交点为Q点,VCb1=VBEQ;VCb2=VCEQ,34,3.3 图解法分析法,2.图解法确定Q点,（作图过程）,在输入特性曲线上，作出直线：vBE=VCC iBRb,在输出特性曲线上，作出直流负载线：vCE=VCC iCRc,即：,与特性曲线的交点即为Q点，IBQ、VBEQ、ICQ、VCEQ。,35,3.图解法动态分析,3.3 图解法分析法,输入特性,输出特性,暂令 RL=（开路）,输入回路,vBE=VCb1+vi=VBEQ+vi,分析思路：,设、C 电容电压不能突变,36,3.图解法动态分析,3.3 图解法分析法,（作图过程）,可得如下结论：,Q点沿负载线上下移动,Q点沿输入特性上下移动,2.vo 与vi 相位相反（反相电压放大器）；,3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；,4.可以确定最大不失真输出幅度。,37,3.图解法动态分析,3.3 图解法分析法,（作图过程）,几个问题：,Q点沿负载线上下移动,Q点沿输入特性上下移动,几个重要概念！,1.静态工作点Q的位置 非线性失真,2.最大不失真输出幅度 线性范围（动态范围）,3.接入负载对放大有无影响？,4.能否使用叠加原理？如何使用？,38,BJT的三个工作区域,饱和区：输出特性直线上升和弯曲部分。发射极发射有余，而集电极收集不足，VCE很小，BJT如同短路。VBE=0.7V,VCE=0.3V,放大区：输出特性的平坦部分接近于 恒流特性，符合IC=IB。VBE=0.7V,VCE1V,截止区：输出特性IB=0曲线以下的部分，IC=ICEO0，VCE VCC，BJT如同断开。VBE0.5V,39,4.几个重要概念,(1)非线性失真与线性范围,饱和失真,截止失真,当工作点达到了饱和区而引起的非线性失真。NPN管 输出电压为底部失真,当工作点达到了截止区而引起的非线性失真。NPN管 输出电压为顶部失真。,饱和区特点：iC不再随iB的增加而线性增加，即,此时,，vCE=VCES，典型值为0.3V,截止区特点：iB=0，iC=ICEO,非线性失真,注意：对于PNP管，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,发射结正偏 集电结正偏,发射结反偏,3.3 图解法分析法,40,线性范围(动态范围),(1)非线性失真与线性范围,线性范围 用最大不失真输出幅度Vom来衡量,Q点偏高 易出现饱和失真，Vom为Q点到饱和区边沿的距离,Q点偏低 易出现截止失真，Vom为Q点到截止区边沿的距离,41,(2)叠加原理？,vBE=VBEQ+vi,iB=IBQ+ib,iC=ICQ+ic,vCE=VCEQ+vce,VCC作用的分量,vi作用的分量,叠加原理使用条件 小信号,输入特性:范围小,输出特性:不超出放大区,否则，非线性失真,4.几个重要概念,42,(3)直流通路和交流通路,4.几个重要概念,叠加原理,Cb1、Cb2等电容 隔离直流，传送交流,43,(4)交流通路与交流负载线,4.几个重要概念,由交流通路有:vce=-ic(Rc/RL),交流负载线必过Q点，即 vce=vCE-VCEQ ic=iC-ICQ 同时，令RL=Rc/RL,vCE-VCEQ=-(iC-ICQ)RL,iC=ICQ;vCE=VCEQ。,44,线性范围（动态范围）,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求:,工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,要有合适的交流负载线。,(4)交流通路与交流负载线,例题1,共射极放大电路,已知=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，VCES 0。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？,解:（1）,BJT工作在放大区。,例题1,共射极放大电路,已知=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，VCES 0。求：,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,解:（2）,？,VCE最小值也只能为0，,所以BJT工作在饱和区。,Q（120uA，6mA，0V）,例题2（清华习题）,2.6 电路如图P2.6所示，已知晶体管50，在下列情况下，用直流电压表测晶体管的集电极电位，应分别为多少？设VCC12V，晶体管饱和管压降UCES0.5V。,(1)正常情况;(2)Rb1短路;(3)Rb1开路;(4)Rb2开路;(5)RC短路。,解:设UBE0.7V。则,(1),UBE=0V T截止 UC=12V。,(2),由于IBIBS，故T饱和，UCUCES0.5V。,(3),T截止，UC12V。,UCVCC12V,(4),(5),48,复习思考题,3.3.1 放大电路为什么要设置合适的Q点？在图中，如果令IB=0uA或80uA，问电路能否正常工作？,3.3.2 在图的电路中，若RL=，问交流负载线是什么？,3.3.3 当测量图中BJT的集电极电压VCE时，发现它的值接近VCC=12V，问管子处于什么工作状态？试分析其原因，并排除故障使之正常工作。,49,习题,3.2.2;3.3.1;3.3.3;,50,3.4 小信号模型分析法,3.4.1 BJT的小信号建模,3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析,1.H参数的引出,2.H参数小信号模型,3.模型的简化,4.H参数的确定,利用直流通路求Q点,画小信号等效电路,求放大电路动态指标,51,3.4.1 BJT的小信号建模,建立小信号模型的依据,(1)小信号（微变）（图解）基本满足叠加原理！,输入特性：工作点在Q附近移动范围小，切线代替曲线,输出特性：不超出放大区，不产生非线性失真,(2)双口有源网络的H参数模型,v1=h11i1+h12v2,i2=h21i1+h22v2,52,1.H参数的引出,3.4.1 BJT的小信号建模,已知端口瞬时值之间的关系（即输入输出特性曲线）如下：,iB=f(vBE)vCE=const,iC=f(vCE)iB=const,欲求变化量之间的关系，则对上两式取全微分得,在小信号（线性）条件下：,vbe=hieib+hrevce,ic=hfeib+hoevce,dvBE vBE vbe,h参数的物理意义及图解方法,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。,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）,rbe,rce,ur,vbe=hieib+hrevce,ic=hfeib+hoevce,54,2.H参数小信号模型,3.4.1 BJT的小信号建模,一般采用习惯符号,即 rbe=hie=hfe ur=hre rce=1/hoe,55,3.模型的简化,3.4.1 BJT的小信号建模,ur很小，一般为10-310-4，rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路。,ib 是受控源，且为电流控制电流源(CCCS)。电流方向与ib的方向是关联的。,56,4.H参数的确定,3.4.1 BJT的小信号建模,测试仪（给定）,rbe 与Q点有关，公式估算。,rbe=rb+(1+)re,其中：rb200（低频小功率管）,则,57,3.4.2 用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路,共射极放大电路,1.利用直流通路求Q点,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。,58,2.画出小信号等效电路,3.4.2 小信号模型分析,共射极放大电路,H参数小信号等效电路,59,3.4.2 小信号模型分析,根据,则电压增益为,（可作为公式？）,3.求电压增益,共射极放大电路,60,4.求输入电阻,3.4.2 小信号模型分析,共射极放大电路,61,5.求输出电阻,3.4.2 小信号模型分析,共射极放大电路,令,62,例题1,放大电路如图所示，已知=50。试求:（1）Q点;（2）,解：,（1）求Q点,Q点合适吗？,（2）,63,电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。,例题2,64,例题3,直接耦合,共射,负电源,vi,习题,静态分析,动态分析,65,例题：放大电路如下图所示，估算Q点。,射极偏置电路,固定偏流电路,分压式射极偏置电路,集电极基极偏置电路,共射,66,例1：放大电路如下图所示，估算Q点。,射极偏置,固定偏流,Je回路KVL方程,解：,即：,Jc回路KVL方程（直流负载线）,T放大,67,例1：放大电路如下图所示，估算Q点。,解：,对Je回路，有,方法一：,方法二：,从b极向左侧求戴维南等效电路,则Je回路KVL方程,68,例1：放大电路如下图所示，估算Q点。,解：,Je回路KVL方程,Jc回路KVL方程（直流负载线）,T放大,小结：近似估算法求Q点,T放大的基本条件 Je正偏；Jc反偏,3个方程解3个变量（IBQ、ICQ、VCEQ）,关键方程Je回路KVL方程,69,习题,3.4.2;3.4.3;,70,3.5 放大电路的工作点稳定问题,温度变化对ICBO的影响,温度变化对输入特性曲线的影响,温度变化对 的影响,稳定工作点原理,放大电路指标分析,固定偏流电路与射极偏置电路的比较,3.5.1 温度对工作点的影响,3.5.2 射极偏置电路,温度T,少子浓度,IC,ICBO,ICEO,IC=IB+(1+)ICBO,IB,VBE,载流子运动加剧，发射相同数量载流子所需电压,输入特性曲线左移,载流子运动加剧，多子穿过基区的速度加快，复合减少,IC IB,输出特性曲线上移,输出特性曲线族间隔加宽,3.5.1 温度对工作点的影响,Q点上移 rbe AV,72,3.5.2 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。,射极偏置电路,固定偏流电路,分压式射极偏置电路,只能单向设置,具有检测Q点位置，并自动调整的功能,T,IC,IE,IC,VE=IE Re,IB,（反馈控制）,73,分压式射极偏置电路,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,IC,VE,VBE,利用,稳定Q思路,则可实现如下自动调整过程,I1 IB,VB VBE,74,2.放大电路指标分析,3.5.2 射极偏置电路,确定静态工作点,Je回路KVL方程,画小信号等效电路,并确定模型参数,75,2.放大电路指标分析,3.5.2 射极偏置电路,输出回路：,输入回路：,电压增益：,电压增益,(1+)Re rbe,1,若：,76,输入电阻,2.放大电路指标分析,3.5.2 射极偏置电路,证明如下：,从b极看e极的电阻，要扩大(1+)倍！,那从e极看b极的电阻，要？,77,2.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,求Ro，可对回路1和2列KVL方程,rce对分析过程影响很大，此处不能忽略,其中,则,当,时，,78,3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较,共射极放大电路,3.5.2 射极偏置电路,79,3.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,Ro=Rc,#射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？,80,81,1,82,3.6 共集电极电路和共基极电路,电路分析,复合管,静态工作点,动态指标,三种组态的比较,3.6.1 共集电极电路,3.6.2 共基极电路,83,3.6.1 共集电极电路,1.电路分析,结构特点,也称为射极输出器,求静态工作点,画小信号等效电路,84,电压增益,1.电路分析,共集电极电路,一般有,即,电压跟随器（射极输出器）,其中,输入电阻,Ri大,输出电阻,Ro小,85,输出电阻,1.电路分析,共集电极电路,证明如下：电路变换,对e极列KCL方程：,将各支路关系代入：,证毕！,86,2.复合管,共集电极电路,作用：提高电流放大系数,达林顿管,87,3.6.2 共基极电路,结构特点,1.静态工作点,直流通路与分压式射极偏置电路相同,88,2.动态指标,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,画小信号等效电路,3.6.2 共基极电路,89,#共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？,2.动态指标,输入电阻,输出电阻,3.6.2 共基极电路,90,3.三种组态的比较,3.6.2 共基极电路,91,复习频率响应的基本概念,1.为什么要研究频率响应,2.频率响应的分析任务,3.AV随 f 变化的原因,原因1:实测表明Av是 f 的函数,对不同频率信号的放大程度不同。,原因2:信号有多个频率成分,若放大程度不同,会产生频率失真。,(1)频率响应表达式:,(3)确定带宽BW、上限频率 f H、下限频率f L,放大电路中有电容、电感等电抗元件，其阻抗随 f 变化而变化,(2)画出对数频率响应曲线,3.7 放大电路的频率响应,92,1.为什么要研究频率响应,高频区,中频区,低频区,原因1:实测表明Av是 f 的函数,对不同频率信号的放大程度不同。,原因2:信号有多个频率成分,若放大程度不同,会产生频率失真。,93,幅度失真,相位失真,线性失真,频率失真,3.AV随 f 变化的原因,放大电路中有电容、电感等电抗元件，其阻抗随f 变化而变化,前面的分析中，隔直电容处理为:直流开路;交流短路,计算电容的电抗：（C1=20F）,f 100Hz Xc1与rbe=863相比不能短路,f 100Hz Xc1 rbe=863 可以短路,f Xc1 Ib AV,分析方法（思路）,Rb rbe,95,3.7 放大电路的频率响应,3.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,3.7.2 单级放大电路的高频响应,RC低通电路的频率响应,RC高通电路的频率响应,3.7.3 单级放大电路的低频响应,3.7.4 多级放大电路的频率响应,多级放大电路的增益,多级放大电路的频率响应,低频等效电路,低频响应,（电路理论中的稳态分析）,96,3.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,频率响应表达式:,1.RC高通电路的频率响应,幅频响应,相频响应,先求增益的传递函数：,（一阶）,则,且,再令,（变换到频域）,（特征频率时间常数对应的频率）,97,画出对数频率响应曲线（波特图）,1.RC高通电路的频率响应,最大误差-3dB,水平线,斜率为 20dB/十倍频程 的直线,近似讨论：,1.RC高通电路的频率响应,画出对数频率响应曲线,表示输出与输入的相位差,低频时，输出超前输入,因为,所以,近似讨论：,确定上限频率 f H、下限频率f L（带宽BW）,（特征频率时间常数）,99,2.RC低通电路的频率响应,3.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,传函：,频率响应 表达式:,幅频响应,相频响应,特征频率,2.RC低通电路的频率响应,（波特图）,3.7.3 单级放大电路的低频响应,分析举例1：习题,分析过程：,求频响表达式,确定 f H、f L（BW）,画波特图,求静态工作点,画小信号等效电路（保留电容）,电路变换过程：,(a)Rb rbe 开路,102,3.7.3 单级放大电路的低频响应,分析举例1：,求频响表达式,3.7.3 单级放大电路的低频响应,分析举例1：,更精确的关系：,确定 f H、f L（BW）,画波特图,104,分析举例2：,3.7.3 单级放大电路的低频响应,画低频小信号等效电路,求静态工作点,图（131页）,电路变换,(a)Re XCe=32(f=100Hz),(b)Rb=25k Ri,(a),(b)2条假设突出考察Ce的影响,(c)Ce 折算,(c)输出回路：诺顿戴维南,结论：Ce是决定低频响应的 主要因素,105,3.7.3 单级放大电路的低频响应,中频增益,则,分析举例2：,确定 f H、f L（BW）,求频响表达式,问题？,106,3.7.2 单级放大电路的高频响应,1.BJT的高频小信号建模,模型的引出,模型简化,模型参数的获得,的频率响应,2.共射极放大电路的高频响应,型高频等效电路,高频响应,3.共基极放大电路的高频响应,增益-带宽积,高频等效电路,高频响应,几个上限频率的比较,107,1.BJT的高频小信号建模,3.7.2 单级放大电路的高频响应,模型的引出,模型简化,互导,108,1.BJT的高频小信号建模,3.7.2 单级放大电路的高频响应,模型参数的获得,(1)2个电容,(2)2个电阻rbb、rbe,(3)互导gm,fT 特征频率，查手册,查手册,公式计算,低频时，电容开路,2个模型等效,所以,109,的频率响应,由H参数可知,1.BJT的高频小信号建模,即,根据混合模型得,低频时,所以,110,共发射极截止频率,的频率响应,1.BJT的高频小信号建模,的幅频响应,令,则,特征频率,共基极截止频率,111,2.共射极放大电路的高频响应,3.7.2 单级放大电路的高频响应,分析举例1：习题,已知:,分析过程：,求静态工作点,画小信号等效电路(保留电容),混合模型,问题？,所有电容一起分析？,112,计算电容的电抗：,2.共射极放大电路的高频响应,思路：分3个频段进行频响分析，然后再合成,C f L BW,C f H BW,113,2.共射极放大电路的高频响应,分析举例1：习题,已知:,分析过程：,求静态工作点,画高频小信号等效电路,电路变换,(a)Rb=300k Rs=500,与图3.7.8(b)相同,114,2.共射极放大电路的高频响应,电路变换,与图3.7.8(b)相同,(b)用密勒定理对Cbc作等效拆分,(a)Rb=300k Rs=500,CM,115,2.共射极放大电路的高频响应,电路变换,(b)用密勒定理对Cbc作等效拆分,(a)Rb=300k Rs=500,(c)从Cbe向左做戴维南等效,(d)输出回路：诺顿戴维南,确定 f H、f L（BW）,fH=,116,2.共射极放大电路的高频响应,求频响表达式,中频增益,117,完整的频响表达式及波特图,2.共射极放大电路的高频响应,中频增益,118,2.共射极放大电路的高频响应,增益-带宽积,BJT 一旦确定，,带宽增益积基本为常数,#如何提高带宽？,119,3.共基极放大电路的高频响应,高频等效电路,120,3.共基极放大电路的高频响应,高频响应,列 e 点的KCL,而,所以电流增益为,其中,电压增益为,其中,特征频率,忽略,121,3.7.4 多极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,122,3.7.4 多极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）,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，,两级的增益为,即两级的带宽小于单级带宽,123,基本要求,了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要参数 了解静态工作点与非线性失真的关系 熟练掌握放大电路静态工作点的设置和估算，熟练掌握用小信号模型分析法求解放大电路的动态指标 掌握BJT放大电路三种组态的结构及性能的特点 掌握放大电路的频率响应的基本概念及基本分析方法 了解各元件参数对放大电路的频率响应性能的影响,124,自 测 题,一、在括号内用“”或“”表明下列说法是否正确。（1）只有电路既放大电流又放大电压，才称其有放大作用；（）（2）可以说任何放大电路都有功率放大作用；（）（3）放大电路中输出的电流和电压都是由有源元件提供的；（）（4）电路中各电量的交流成份是交流信号源提供的；（）（5）放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作；（）（6）由于放大的对象是变化量，所以当输入信号为直流信号时，任何放大电路的输出都毫无变化；（）（7）只要是共射放大电路，输出电压的底部失真都是饱和失真。（）,解：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）,125,解：（a）不能。因为输入信号被VBB短路。（b）可能。（c）不能。因为输入信号作用于基极与地之间，不能驮载在 静态电压之上，必然失真。,126,三、在图T2.3所示电路中，已知VCC12V，晶体管的100，,100k。填空：要求先填文字表达式后填得数。,（1）当,0V时，测得UBEQ0.7V，,和RW之和Rb k；,=5mV时，输出电压有效值,0.6V，则电压放大倍数,若负载电阻RL值与RC相等，则带上负载后输出电压有效值,V。,若要基极电流IBQ20A，则,而若测得UCEQ6V，则Rc k。,（2）若测得输入电压有效值,。,图T2.3,127,解：（1）,（2）,。,128,四、已知图T2.3所示电路中VCC12V，RC3k，静态管压降UCEQ6V；并在输出端加负载电阻RL，其阻值为3k。选择一个合适的答案填入空内。（1）该电路的最大不失真输出电压有效值Uom；A.2V B.3V C.6V（2）当,1mV时，若在不失真的条件下，减小RW，则输出电压的幅值将；A.减小 B.不变 C.增大（3）在,1mV时，将Rw调到输出电压最大且刚好不失真，若此时增大输入电压，则输出电压波形将；A.顶部失真 B.底部失真 C.为正弦波（4）若发现电路出现饱和失真，则为消除失真，可将。A.RW减小 B.Rc减小 C.VCC减小,解：（1）A（2）C（3）B（4）B,129,五、现有基本放大电路如下：A.共射电路 B.共集电路 C.共基电路,选择正确答案填入空内。,（1）输入电阻最小的电路是，最大的是；（2）输出电阻最小的电路是；（3）有电压放大作用的电路是；（4）有电流放大作用的电路是；（5）高频特性最好的电路是；（6）输入电压与输出电压同相的电路是；反相的电路是。,解：（1）C（2）B（3）A C（4）A B（5）C（6）B C，A,130,2.13 电路如图P2.13所示，晶体管的100，=100。,（1）求电路的Q点、Ri和Ro；,（2）若电容Ce开路，则将引起电路的哪些动态参数 发生变化？如何变化？,图P2.13,131,解：（1）静态分析：,动态分析：,（2）Ri增大，Ri4.1k；减小，,1.92。,132,2.17 设图P2.17所示电路所加输入电压为正弦波。试问：,=,/,?,=,/,（2）画出输入电压和输出电压ui、uo1、uo2 的波形；,图P2.17,（1）,?,133,解：（1）因为通常1，所以电压放大倍数分别应为,两个电压放大倍数说明 uo1ui，uo2ui。波形如解图P1.17所示。,134,135,136,137,138,139,140,141,142,143,144,