模电第04章三极管及放大电路基础康华光.ppt

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1、第四章-2三极管及放大电路基础,重点：1.了解三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；2.理解三极管的电流分配和电流放大作用；3.会判断三极管的工作状态。4.掌握各类三极管放大电路的分析方法:(1)静态的工作点估算法;(2)动态的微变等效电路分析法,即AV、Ri 和Ro的计算方法。,（1-2）,4.5 共集电极放大器和共基极放大器 4.2 4.3 4.4电路中,三极管的发射极是输入输出的公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共集接法。一、共集电极放大电路(射极输出器)1.电路,2.静态分析直流通路如下:,（1-3）,IBQ RBVBEQ(1+)IBQ REVCC,IEQICQ

2、IB QVCEQVCCIEQ RE,（1-4）,2、动态分析,(1)小信号等效电路,因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。因从发射极输出，所以称射极输出器。,（1-5）,(2)电压增益,1,RLRE/RLvo=(1+)ibRLvi=ibrbe+(1+)ibRL=ib rbe+(1+)RL,Av虽小于1，但近似等于1。无电压放大作用。有电流、功率放大作用。,（1-6）,(3)输入电阻,输入电阻大。,RB/rbe(1)RL,（1-7）,(4)输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,+v-,i=ib+ib+iRe,=(1+)ib+iRe,（1-8）,i=ib+ib+i

3、Re,=(1+)ib+iRe,输出电阻Ro 很小，带负载能力强。所谓带负载能力强,是指当负载变化时,输出电压、放大倍数基本不变。,（1-9）,(5)射极输出器的使用a.将射极输出器放在电路的首级，可以提高整个放大器的输入电阻,减轻信号源负担。b.将射极输出器放在电路的末级，可以降低整个放大器的输出电阻，提高带负载能力。c.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。,射极输出器,输 入,输 出,第1 级放大器,射极输出器,第2 级放大器,第n 级放大器,射极输出器,（1-10）,在图示放大电路中,已知VCC=12V,RE=2k,RB=200k

4、,RL=2k,晶体管=60,VBE=0.6V,信号源内阻RS=100，试求:(1)静态工作点 IB、IE 及 VCE；(2)画出微变等效电路；(3)Av、ri 和 ro。,例1,解:(1)直流通路,（1-11）,(2)微变等效电路求Av、ri、ro,微变等效电路,（1-12）,二、共基极放大电路1.电路,2.静态分析直流通路:,VCEQVCCICQ RCIEQRE,（1-13）,3.动态分析(1)画小信号等效电路,(2)电压放大倍数,微变电路,+vo-,vi=-ibrbevo=-ib(Rc/RL),+vo-,（1-14）,(3)输入电阻,输入电阻小。,（1-15）,(4)输出电阻求输出电阻的图

5、：,RoRC,+v-,(1+)ib(Re/RS)+ibrbe=0,ic=0,ib=0,输出电阻大。,（1-16）,三.三种组态的比较,（1-17）,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。适用于中低频情况下，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

6、阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。,（1-18）,4.6 组合放大电路(多级放大电路)在实际应用中,为得到理想的增益、输入电阻、输出电阻，常把前面三种单管放大电路组合起来使用。一.多级放大器的耦合方式(连接方式)1.阻容耦合优点：各级放大器Q点独立。输出温度漂移比较小。缺点：不便于作成集成电路。低频特性差，只能放大中高频信号。2.直接耦合优点：电路中无电容，便于集成化。缺点：各级放大器Q点不独立,相互影响。输出温度漂移严重。,（1-19）,二.共射-共基放大电路1.电路,2.静态分析直流通路如图:,（1-20）,VC1VE2VB2 VBE2VCE1VC1(VB1 VBE1)VCE

7、2VCC IC2 RC2 VE2,IC2IE2IC1IE1,（1-21）,3.动态分析,(1)小信号等效电路(下图),(2)输入电阻RiRi1Rb1/Rb2/rbe1RL1Ri2vi2/(-ie2)-ib2 rbe2/-(1+)ib2 rbe2/(1+),+vo1=vi2-,（1-22）,(3)电压放大倍数,(4)输出电阻RoRo2Rc2Ro1,（1-23）,多级放大器总结,(1)总电压增益=各级放大倍数的乘积Av=Av1Av2Avn(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压vi2=vo1(3)后一级的输入电阻是前一级的负载电阻RL1=Ri2(4)前一级的输出电阻是后一级的信号内阻RS2=Ro1

8、(5)总输入电阻 Ri 即为第一级的输入电阻Ri1。(6)总输出电阻Ro即为最后一级的输出电阻Ron。,+vo1=vi2-,（1-24）,三、复合管(达林顿管)为了扩大三极管电流的驱动能力,提高电流放大系数,可将两只三极管组合起来。NPN和PNP两种结构的三极管可以如下组合：1.NPN与NPNNPN,等效,复合管的电流放大系数:=iC/iB,=1iB+2(1+1)iB/iB,=1+2+1 21 2,复合管be之间的输入电阻rbe:rbe=vBE/iB,=iBrbe1+(1+1)iBrbe2/iB=rbe1+(1+1)rbe2,（1-25）,2.PNP与PNP PNP,等效,=1+2+1 2 1

9、 2rbe=rbe1+(1+1)rbe2,3.NPN与PNP NPN,等效,=1+1 21 2rbe=rbe1,（1-26）,4.PNP与NPN PNP,等效,=1+1 21 2rbe=rbe1,复合管总结：(1)复合管的类型由两只晶体管中的第一只管子决定。(2)同类型晶体管组成的复合管:=1+2+1 2 1 2,rbe=rbe1+(1+1)rbe2(3)不同类型晶体管组成的复合管:=1+1 21 2,rbe=rbe1,（1-27）,T1,T2构成复合管,可等效为一个NPN管=1+2+1212rbe=rbe1+(1+1)rbe2,2.静态分析直流通路如图:,四、共集共集放大电路1.电路,ICQ

10、IEQ(1+)IBQVCEQVCCIEQ Re,（1-28）,3.动态分析,(1)小信号等效电路(下图),(2)电压放大倍数,式中:12rberbe1(11)rbe2,(2)输入电阻RiRb/rbe+(1+)(Re/RL)(4)输出电阻,（1-29）,(5)不足与改进,不足：图中T2的电流是T1的倍,因此T1的工作点电流IC太小,工作点太低。改进：在T1射极与地之间加接一只几十k 以上的电阻Re1或接恒流源。,注意：加接Re1后T1、T2不再组成复合管。,（1-30）,加接Re1后的静态值：IBQ1 RbVBE1Q(1+1)IBQ1-IBQ2 Re1VCC(1)IBQ1 RbVBE1QVBE2

11、Q(1+2)IBQ2ReVCC(2)由(1)(2)解出IBQ1,IBQ1。ICQ11 IBQ1,ICQ22 IBQ2,VCEQ1VCC(1+1)IBQ1-IBQ2 Re1VCEQ2VCC(1+2)IBQ2Re,（1-31）,加接Re1后的动态值：输入电阻RL1Ri2rbe2(12)(Re|RL)RiRi1Rb1|rbe1(11)(Re1|Ri2),输出电阻,电压放大倍数,=Av1 Av2,（1-32）,第一级,第二级,负载,信号源,两级阻容耦合放大电路图示。试求出静态值、动态值。,例1,1.静态分析 由于电容有隔直作用,所以每级放大电路的直流通路互不相通,每级的静态工作点互相独立,互不影响,可

12、以各级单独计算。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。,（1-33）,2.动态分析,微变等效电路,输入电阻:RiRB1|RB2|rbe1,Ri2RB1|RB2|rbe2输出电阻:Ro1 RC1,Ro RC2两级负载电阻:RL1RC1|Ri2,RL2RC2|RL,各级电压增益：,两级电压总增益：Av=Av1 Av2,（1-34）,两级电压放大电路如图示,已知1=2=50,T1和T2均为3DG8D。(1)计算前、后级放大电路的静态值(VBE=0.6V);(2)求放大电路的输入电阻和输出电阻；(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。,例2,（1-35）,第一级是射极输出器:,解:(1)两级放大

13、电路的静态值可分别计算:,（1-36）,第二级是分压式偏置电路,（1-37）,(2)计算 r i和 r 0,（1-38）,（1-39）,(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,（1-40）,4.7 放大电路的频率响应输入为正弦信号时,放大器增益与频率的关系,Av()(),其中：Av()称为幅频响应或幅频特性；()称为相频响应或相频特性；,低通电路低频信号能顺利通过电路达到输出端口,抑制高频信号通过电路。,输入信号频率是变的,输出信号,增益的频率响应,一.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)RC低通电路,（1-41）,(2)RC低通电路的增益频率函数(电路理论中的网络

14、函数),幅频响应:,相频响应:H=-arctan(f/f H),（1-42）,(3)RC低通电路的波特图,幅频响应曲线:,幅频响应的波特图:纵轴取20lg(分贝)为刻度,横轴以10倍频程为刻度,.20lg|AvH|=-10lg1+(f/fH)2,相频响应:只有横轴以10倍频程为刻度,H=-arctan(f/f H),fH:上限截止频率,（1-43）,2.RC高通电路的频率响应(1)RC高通电路高通电路高频信号能顺利通过电路达到输出端口,抑制低频信号通过电路。,输入信号频率是变的,输出信号,(2)RC高通电路的增益频率函数,幅频响应:,相频响应:L=arctan(f L/f),（1-44）,(3

15、)RC高通电路的波特图,相频响应:,L=arctan(f L/f),幅频响应的波特图:,.20lg|AvL|=-10lg1+(fL/f)2,幅频响应:,fL:下限截止频率Av下降到0.707时对应的频率,（1-45）,二.BJT的高频小信号模型及频率参数1.BJT的中低频小信号模型,等效,分析动态信号很小中低频,2.BJT的高频小信号模型,等效,分析动态信号很小高频,（1-46）,基区的体电阻:rbb几十几百发射结电阻:rbe(1+)26(mV)/IEQ发射结电容:Cbe几十几百pF集电结电容:Cbc210pF互导:gmIEQ/26(mV),3.BJT高频小信号模型中元件参数值的求法(推导过程

16、略),特征频率fT:可从手册中查出Cbc:可从手册中查出rbb:可从手册中查出rbe(1+)26(mV)/IEQ其中：rbe=rbb+rbe,（1-47）,三.单级共射极放大电路的频率响应,1.电压增益的高频响应(1)高频小信号电路,(2)高频电压增益响应(推导过程略),（1-48）,通带源电压增益：,上限频率：,RiRb1|Rb2|rbeRLRC|RL,波特图,其中：Rrbe/(rbb+Rb1/Rb2/Rs),（1-49）,2.电压增益的低频响应,(1)低频小信号电路,(2)低频电压增益响应(推导过程略),（1-50）,其中：,下限频率：,取值大的那个作为电路的下限频率fL,值小的称为fL,

17、波特图,（1-51）,完整的共射放大电路的频率响应:,四.单级共集电极和共基极放大电路的高频响应 五.多级放大电路的频率响应(自己看),通频带,（1-52）,100,2106,20,例1,某放大电路的对数幅频特性如图所示。由图可知，该电路的中频电压增益|Avm|=倍。上限截止频率fH=Hz，下限截止频率fL=Hz。,一个放大电路的对数幅频特性如上图所示。当信号频率恰好为上限频率或下限频率时，实际的电压增益为=。,例2,70.7,或37dB,（1-53）,fH1=10kHzfH2=100kHzAvm=104,例3,已知某放大电路的幅频特性如图所示。试写出其电压放大倍数Av的表达式。,（1-54）

18、,例4,已知某放大电路的幅频特性如图所示。试写出其电压放大倍数Av的表达式。,fL=20HzfH=2106HzAvm=-1000,（1-55）,本章小结1BJT是一种电流控制电流型的器件。BJT有三个工作区:饱和区、放大器和截止区。2BJT加上合适的偏置电路可组成各种放大电路。(1)共射Av较大,Ri、Ro适中,常用作电压放大。(2)共集Av1,Ri大、Ro小,适用于信号跟随、信号隔离等。(3)共基Av较大,Ri小,频带宽,适用于放大高频信号。3.多个单管放大器可组成多级放大器两种耦合方式：阻容耦合与直接耦合。电压放大倍数：Av=Av1Av2Avn4正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为

19、了分析方便，常将两者分开讨论。其中：,（1-56）,(1)静态分析：估算法通过直流通路(交流电压源短路,电容开路)估算Q;图解法通过直流通路和特性曲线作图求Q,判断Q的位置是否合适；(2)动态分析：图解法通过交流通路(直流电压源短路,电容短路)和特性曲线求电压增益,分析失真，判断最大不失真输出电压;小信号等效电路法通过微变电路(直流电压源短路,电容短路,be之间等效为rbe,ce之间等效为受控电流源)求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。5频率响应两个截止频率下限截止频率fL、上限截止频率fH使Av下降为0.707Avm所对应的两个频率,且fLfH,（1-57）,第四章三极管及放大电路基础结 束,