第三章++半導(dǎo)體三極管及其應(yīng)用.ppt

第三章半導(dǎo)體三極管及其應(yīng)用 半導(dǎo)體三極管放大電路的圖解分析法放大電路的小信號模型分析法放大電路工作點穩(wěn)定共集電極和共基極電路放大電路的頻率響應(yīng) 華南師范大學(xué) 3 1雙極型三極管 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)三極管內(nèi)部的電流分配與控制三極管各電極的電流關(guān)系三極管的共射極特性曲線半導(dǎo)體三極管的參數(shù)三極管的型號三極管應(yīng)用 3 1 1半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu) 雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示 它有兩種類型 NPN型和PNP型 e b間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié) Je c b間的PN結(jié)稱為集電結(jié) Jc 中間部分稱為基區(qū) 連上電極稱為基極 用B或b表示 Base 一側(cè)稱為發(fā)射區(qū) 電極稱為發(fā)射極 用E或e表示 Emitter 另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極 用C或c表示 Collector 雙極型三極管的符號中 發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實際方向 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu) 從外表上看兩個N區(qū) 或兩個P區(qū) 是對稱的 實際上發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大 集電區(qū)摻雜濃度低 且集電結(jié)面積大 基區(qū)要制造得很薄 其厚度一般在幾個微米至幾十個微米 3 1 2三極管內(nèi)部的電流分配與控制 雙極型半導(dǎo)體三極管在工作時一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?若在放大工作狀態(tài) 發(fā)射結(jié)加正向電壓 集電結(jié)加反向電壓 如圖所示 現(xiàn)以NPN型三極管的放大狀態(tài)為例 來說明三極管內(nèi)部的電流關(guān)系 電流分配與控制 在發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏條件下 三極管中載流子的運動 1 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 在VBB作用下 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子形成IEN 基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散形成IEP IEN IEP方向相同 電流分配與控制 2 電子在基區(qū)復(fù)合和擴(kuò)散由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散 擴(kuò)散過程中少部分電子與基區(qū)空穴復(fù)合形成電流IBN 由于基區(qū)薄且濃度低 所以IBN較小 3 集電結(jié)收集電子由于集電結(jié)反偏 所以基區(qū)中擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子在電場作用下漂移過集電結(jié) 到達(dá)集電區(qū) 形成電流ICN 電流分配與控制 4 集電極的反向電流集電結(jié)收集到的電子包括兩部分 發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子 ICN基區(qū)的少數(shù)載流子 ICBO 電流分配與控制 IE IEN IEP且有IEN IEPIEN ICN IBN且有IEN IBN ICN IBN IC ICN ICBO IB IEP IBN ICBO IE IC IB 3 1 3三極管各電極的電流關(guān)系 1 三種組態(tài)雙極型三極管有三個電極 其中兩個可以作為輸入 兩個可以作為輸出 這樣必然有一個電極是公共電極 三種接法也稱三種組態(tài) 見下圖 共集電極接法 集電極作為公共電極 用CC表示 共基極接法 基極作為公共電極 用CB表示 共發(fā)射極接法 發(fā)射極作為公共電極 用CE表示 2 三極管的電流放大系數(shù) 對于集電極電流IC和發(fā)射極電流IE之間的關(guān)系可以用系數(shù)來說明 定義 稱為共基極直流電流放大系數(shù) 它表示最后達(dá)到集電極的電子電流ICN與總發(fā)射極電流IE的比值 ICN與IE相比 因ICN中沒有IEP和IBN 所以的值小于1 但接近1 一般為0 98 0 999 由此可得 IC ICN ICBO IE ICBO IC IB ICBO 電流放大系數(shù) 在忽略ICBO情況下 IC IE和IB之間的關(guān)系可近似表示為 式中 稱為共發(fā)射極接法直流電流放大倍數(shù) 3 1 4三極管的共射極特性曲線 輸入特性曲線 iB f vBE vCE const輸出特性曲線 iC f vCE iB const 共發(fā)射極接法三極管的特性曲線 這兩條曲線是共發(fā)射極接法的特性曲線 iB是輸入電流 vBE是輸入電壓 加在B E兩電極之間 iC是輸出電流 vCE是輸出電壓 從C E兩電極取出 1 輸入特性曲線 VCE一定時 iB與vBE之間的變化關(guān)系 由于受集電結(jié)電壓的影響 輸入特性與一個單獨的PN結(jié)的伏安特性曲線有所不同 在討論輸入特性曲線時 設(shè)vCE const 常數(shù) 1 VCE 0時 b e間加正向電壓 JC和JE都正偏 JC沒有吸引電子的能力 所以其特性相當(dāng)于兩個二極管并聯(lián)PN結(jié)的特性 VCE 0V 兩個PN結(jié)并聯(lián) 輸入特性曲線 2 VCE 1V時 b e間加正向電壓 這時JE正偏 JC反偏 發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的載流子絕大部分被JC收集 只有小部分與基區(qū)多子形成電流IB 所以在相同的VBE下 IB要比VCE 0V時小 VCE 1V iB比VCE 0V時小 3 VCE介于0 1V之間時 JC反偏不夠 吸引電子的能力不夠強(qiáng) 隨著VCE的增加 吸引電子的能力逐漸增強(qiáng) iB逐漸減小 曲線向右移動 0 VCE 1V VCE iB 2 輸出特性曲線 表示IB一定時 iC與vCE之間的變化關(guān)系 1 放大區(qū)JE正偏 JC反偏 對應(yīng)一個IB iC基本不隨vCE增大 IC IB 處于放大區(qū)的三極管相當(dāng)于一個電流控制電流源 截止區(qū) 對應(yīng)IB 0的區(qū)域 JC和JE都反偏 IB IC 0 輸出特性曲線 3 飽和區(qū)對應(yīng)于vCE vBE的區(qū)域 集電結(jié)處于正偏 吸引電子的能力較弱 隨著vCE增加 集電結(jié)吸引電子能力增強(qiáng) iC增大 JC和JE都正偏 VCES約等于0 3V IC IB 飽和時c e間電壓記為VCES 深度飽和時VCES約等于0 3V 飽和時的三極管c e間相當(dāng)于一個壓控電阻 輸出特性曲線總結(jié) 飽和區(qū) iC受vCE顯著控制的區(qū)域 該區(qū)域內(nèi)vCE的數(shù)值較小 一般vCE 0 7V 硅管 此時發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)正偏或反偏電壓很小 截止區(qū) iC接近零的區(qū)域 相當(dāng)iB 0的曲線的下方 此時 發(fā)射結(jié)反偏 集電結(jié)反偏 放大區(qū) iC平行于vCE軸的區(qū)域 曲線基本平行等距 此時 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 電壓大于0 7V左右 硅管 動畫2 2 三極管工作情況總結(jié) 3 溫度對三極管特性的影響 溫度升高使 1 輸入特性曲線左移 2 ICBO增大 輸出特性曲線上移 3 增大 3 1 5半導(dǎo)體三極管的參數(shù) 半導(dǎo)體三極管的參數(shù)分為三大類 直流參數(shù)交流參數(shù)極限參數(shù) 三極管的直流參數(shù) 在放大區(qū)基本不變 在共發(fā)射極輸出特性曲線上 通過垂直于X軸的直線 vCE const 來求取IC IB 如下左圖所示 在IC較小時和IC較大時 會有所減小 這一關(guān)系見下右圖 b 共射極直流電流放大系數(shù) IC ICEO IB IC IB vCE const 三極管的直流參數(shù) b 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEOICEO和ICBO之間的關(guān)系 ICEO 1 ICBO 相當(dāng)于基極開路時 集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流 即輸出特性曲線IB 0時曲線所對應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值 如圖所示 極間反向電流a 集電極基極間反向飽和電流ICBOICBO的下標(biāo)CB代表集電極和基極 O是Open的字頭 代表第三個電極E開路 它相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流 三極管的交流參數(shù) 2 交流參數(shù) 交流電流放大系數(shù)a 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) IC IB vCE const 在放大區(qū) 值基本不變 可在共射接法輸出特性曲線上通過垂直于X軸的直線求取 IC IB 或在圖上通過求某一點的斜率得到 具體方法如圖所示 三極管的交流參數(shù) b 共基極交流電流放大系數(shù) IC IE VCB const當(dāng)ICBO和ICEO很小時 可以不加區(qū)分 特征頻率fT三極管的 值不僅與工作電流有關(guān) 而且與工作頻率有關(guān) 由于結(jié)電容的影響 當(dāng)信號頻率增加時 三極管的 將會下降 當(dāng) 下降到1時所對應(yīng)的頻率稱為特征頻率 用fT表示 三極管的極限參數(shù) 如圖所示 當(dāng)集電極電流增加時 就要下降 當(dāng) 值下降到線性放大區(qū) 值的70 30 時 所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM 至于 值下降多少 不同型號的三極管 不同的廠家的規(guī)定有所差別 可見 當(dāng)IC ICM時 并不表示三極管會損壞 3 極限參數(shù) 集電極最大允許電流ICM 三極管的極限參數(shù) 集電極最大允許功率損耗PCM 集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗 PCM ICVCB ICVCE 因發(fā)射結(jié)正偏 呈低阻 所以功耗主要集中在集電結(jié)上 在計算時往往用VCE取代VCB 三極管的極限參數(shù) 反向擊穿電壓 反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓的能力 其測試時的原理電路如圖所示 BR代表擊穿之意 是Breakdown的字頭 幾個擊穿電壓在大小上有如下關(guān)系 V BR CBO V BR CES V BR CER V BR CEO V BR EBO 三極管的極限參數(shù) a V BR CBO 發(fā)射極開路時的集電結(jié)擊穿電壓 下標(biāo)CB代表集電極和基極 O代表第三個電極E開路 b V BR EBO 集電極開路時發(fā)射結(jié)的擊穿電壓 c V BR CEO 基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓 對于V BR CER表示BE間接有電阻 V BR CES表示BE間是短路的 三極管的安全工作區(qū) 由PCM ICM和V BR CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū) 過電流區(qū)和擊穿區(qū) 見下圖 3 1 6三極管應(yīng)用 Vi 5V時 IB 5 0 7 10K 0 43mAICS 10V 5K 2mA IB 22mA三極管飽和 VO 0V Vi 0V時 三極管截止 VO 10V 例如 三極管用作可控開關(guān) 50 例3 1 1 判斷三極管的工作狀態(tài) 測量得到三極管三個電極對地電位如圖所示 試判斷三極管的工作狀態(tài) 例3 1 2 判斷三極管的工作狀態(tài) 用數(shù)字電壓表測得VB 4 5V VE 3 8V VC 8V 試判斷三極管的工作狀態(tài) 設(shè) 100 求IE和VCE 1 放大電路概念 基本放大電路一般是指由一個三極管與相應(yīng)元件組成的三種基本組態(tài)放大電路 a 放大電路主要用于放大微弱信號 輸出電壓或電流在幅度上得到了放大 輸出信號的能量得到了加強(qiáng) b 輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的 經(jīng)過三極管的控制 使之轉(zhuǎn)換成信號能量 提供給負(fù)載 3 2基本共射極放大電路 2 基本共射放大電路 電路組成 1 三極管T 3 RC 將iC的變化轉(zhuǎn)換為vo的變化 一般幾K 幾十K VCE VCC ICRCRC VCC同屬集電極回路 2 VCC 為JC提供反偏電壓 一般幾 幾十伏 4 VBB 為發(fā)射結(jié)提供正偏 基本共射放大電路 5 Rb 一般為幾十K 幾千K Rb Vbb屬基極回路 一般 硅管VBE 0 7V鍺管VBE 0 2V 當(dāng)VBB VBE時 基本共射放大電路 7 vi 輸入信號 8 vo 輸出信號 6 Cb1 Cb2 耦合電容或隔直電容 其作用是通交流隔直流 基本共射放大電路 RL 負(fù)載電阻 3 共射電路放大原理 3 3放大電路的圖解分析法 直流通路與交流通路靜態(tài)分析近似估算法圖解分析電路參數(shù)變化對Q點的影響動態(tài)分析截止失真飽和失真交流負(fù)載線最大不失真輸出輸出功率和功率三角形 1 直流通路與交流通路 靜態(tài) 只考慮直流信號 即vi 0 各點電位不變 直流工作狀態(tài) 直流通路 電路中無變化量 電容相當(dāng)于開路 電感相當(dāng)于短路 交流通路 電路中電容短路 電感開路 直流電源對公共端短路 放大電路建立正確的靜態(tài) 是保證動態(tài)工作的前提 分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動態(tài) 正確地區(qū)分直流通道和交流通道 動態(tài) 只考慮交流信號 即vi不為0 各點電位變化 交流工作狀態(tài) 直流通路 即能通過直流的通道 從C B E向外看 有直流負(fù)載電阻 Rc Rb 交流通路 若直流電源內(nèi)阻為零 交流電流流過直流電源時 沒有壓降 設(shè)C1 C2足夠大 對信號而言 其上的交流壓降近似為零 在交流通道中 可將直流電源和耦合電容短路 交流通路 能通過交流的電路通道 從C B E向外看 有等效的交流負(fù)載電阻 Rc RL和偏置電阻Rb 2 靜態(tài)分析 1 靜態(tài)工作點的近似估算法已知硅管導(dǎo)通時VBE 0 7V 鍺管VBE 0 2V以及 40 根據(jù)直流通路則有 Q 40uA 1 6mA 5 6V 例3 3 1 電路及參數(shù)如圖 求Q點值 例3 3 1 例3 3 2 電路及參數(shù)如圖 求Q點值 固定偏壓電路 射極偏置電路 動畫3 5 例3 3 2 例3 3 2 例3 3 2 2 靜態(tài)工作點的圖解分析 a 畫直流通路 b 把基極回路和集電極回路電路分為線性和非線性兩部分 如圖IB 40uA RC 4K VCC 12V 圖解分析 d 作線性部分的伏安特性曲線 直流負(fù)載線VCE 12 4IC VCC 12V RC 4K 用兩點法做直線M 12V 0 N 0 3mA e 直線MN與IB 40uA曲線的交點 5 6V 1 6mA 就是靜態(tài)工作點Q IB 40uA RC 4K VCC 12V 討論 電路參數(shù)變化對Q點的影響 Rb改變 Q點沿MN向下移動 電路參數(shù)變化對Q點的影響 RC改變 電路參數(shù)變化對Q點的影響 VCC改變 2 動態(tài)分析 動態(tài)分析 動畫 截止失真 截止失真 由于放大電路的工作點達(dá)到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真 對于NPN管 輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真 截止失真 動畫 飽和失真 飽和失真 由于放大電路的工作點達(dá)到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真 對于NPN管 輸出電壓表現(xiàn)為底部失真 注意 對于PNP管 由于是負(fù)電源供電 失真的表現(xiàn)形式 與NPN管正好相反 飽和失真 動畫 交流負(fù)載線 交流負(fù)載線 交流負(fù)載線確定方法 通過輸出特性曲線上的Q點做一條直線 其斜率為 1 R L R L RL Rc是交流負(fù)載電阻 c 交流負(fù)載線和直流負(fù)載線相交與Q點 b 交流負(fù)載線是有交流輸入信號時Q點的運動軌跡 最大不失真輸出 放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度 需要 1 工作點Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位 2 要有合適的交流負(fù)載線 Q位于交流負(fù)載線中間時 Vom ICQ RL 交流動態(tài)范圍 動畫 要想PO大 就要使功率三角形的面積大 即必須使Vom和Iom都要大 放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率 在輸出特性曲線上 正好是三角形 ABQ的面積 這一三角形稱為功率三角形 輸出功率和功率三角形 3 4放大電路的小信號模型分析法 圖解法的適用范圍 信號頻率低 幅度較大的情況 如果電路中輸入信號很小 可把三極管特性曲線在小范圍內(nèi)用直線代替 從而把放大電路當(dāng)作線性電路處理 微變等效電路 1 三極管可以用一個模型來代替 2 對于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響 3 小信號意味著三極管在線性條件下工作 微變也具有線性同樣的含義 1 h參數(shù)等效電路 h參數(shù)等效電路 2 三極管共射h參數(shù)等效電路 共射接法等效的雙端口網(wǎng)絡(luò) 輸入特性表達(dá)式 vBE f1 iB vCE 輸出特性表達(dá)式 iC f2 iB vCE 三極管共射h參數(shù)等效電路 求全微分 參數(shù)的物理含義 VCEQ時iB對vBE的影響 是三極管在Q點附近b與e之間的動態(tài)電阻 用rbe表示 rbe的組成 rbe rbb rb ere很小 忽略 rbb 基區(qū)體電阻 rb e 發(fā)射結(jié)正偏電阻 參數(shù)的物理含義 VCEQ附近iB對iC的影響 即 參數(shù)的物理含義 IBQ處vCE對iC的影響 是IBQ這條曲線在Q點的導(dǎo)數(shù) 三極管共射簡化h參數(shù)等效電路 3 4 3基本共射電路分析計算 放大電路分析步驟 畫直流通路 計算靜態(tài)工作點Q計算rbe畫交流通路畫微變等效電路計算電壓放大倍數(shù)Av計算輸入電阻Ri計算輸出電阻Ro 1 計算電壓放大倍數(shù)Av 2 計算輸入電阻Ri 3 計算輸出電阻Ro 方法一 計算輸出電阻Ro 例3 4 3 求Av Ri Ro 解 靜態(tài)工作點 40uA 2mA 6V 100 51 26 2 0 763K 例3 4 3 7 62 例3 4 3 330K 26 263K 24 3K 例3 4 4 電路及參數(shù)如圖 40 rbb 100 1 計算靜態(tài)工作點 2 求Av Ri Ro 解 1 畫直流通路求靜態(tài)工作點 射極偏置電路穩(wěn)定工作點 動畫 例3 4 4 直流通路 例3 4 4 例3 4 4 例3 4 4 2 畫微變等效電路 求Av Ri Ro 3 5靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 為了保證放大電路的穩(wěn)定工作 必須有合適的 穩(wěn)定的靜態(tài)工作點 但是 溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點 對于前面的電路 固定偏置電路 而言 靜態(tài)工作點由UBE 和ICEO決定 這三個參數(shù)隨溫度而變化 溫度對靜態(tài)工作點的影響主要體現(xiàn)在這一方面 T UBE ICEO Q 一 溫度對UBE的影響 二 溫度對 值及ICEO的影響 總的效果是 小結(jié) 固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的 Q點不穩(wěn)定可能會導(dǎo)致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū) 從而導(dǎo)致失真 為此 需要改進(jìn)偏置電路 當(dāng)溫度升高 IC增加時 能夠自動減少IB 從而抑制Q點的變化 保持Q點基本穩(wěn)定 常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點 電路見下頁 分壓式偏置電路 一 靜態(tài)分析 RE射極直流負(fù)反饋電阻 CE交流旁路電容 本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過程 1 靜態(tài)工作點穩(wěn)定的原理 方框中部分用戴維南定理等效為 進(jìn)而 可求出IE UCE 算法一 2 求靜態(tài)工作點 算法二 可以認(rèn)為與溫度無關(guān) 似乎I2越大越好 但是RB1 RB2太小 將增加損耗 降低輸入電阻 因此一般取幾十k 例 已知 50 EC 12V RB1 7 5k RB2 2 5k RC 2k RE 1k 求該電路的靜態(tài)工作點 算法一的結(jié)果 算法二的結(jié)果 結(jié)論 二種算法的結(jié)果近似相等 但算法二的計算過程要簡單得多 二 動態(tài)分析 EC uo 問題1 如果去掉CE 放大倍數(shù)怎樣 去掉CE后的交流通路和微變等效電路 用加壓求流法求輸出電阻 可見 去掉CE后 放大倍數(shù)減小 輸出電阻不變 但輸入電阻增大了 問題2 如果電路如下圖所示 如何分析 靜態(tài)分析 直流通路 動態(tài)分析 交流通路 交流通路 微變等效電路 問題 Au和Aus的關(guān)系如何 定義 3 6共集電極電路和共基極電路 共射電路 Ri Rb rbeRo Rc 一共集電極放大電路 一 靜態(tài)分析 二 動態(tài)分析 1 電壓放大倍數(shù) 1 所以 但是 輸出電流Ie增加了 2 輸入輸出同相 輸出電壓跟隨輸入電壓 故稱電壓跟隨器 結(jié)論 2 輸入電阻 輸入電阻較大 作為前一級的負(fù)載 對前一級的放大倍數(shù)影響較小且取得的信號大 3 輸出電阻 用加壓求流法求輸出電阻 一般 所以 射極輸出器的輸出電阻很小 帶負(fù)載能力強(qiáng) 所謂帶負(fù)載能力強(qiáng) 是指當(dāng)負(fù)載變化時 放大倍數(shù)基本不變 例 已知射極輸出器的參數(shù)如下 RB 570k RE 5 6k RL 5 6k 100 EC 12V 求Au ri和ro 設(shè) RS 1k 求 Aus ri和ro 3 RL 1k 時 求Au RB 570k RE 5 6k RL 5 6k 100 EC 12V RB 570k RE 5 6k RL 5 6k 100 EC 12V 1 求Au ri和ro rbe 2 9k RS 0 2 設(shè) RS 1k 求 Aus ri和ro RB 570k RE 5 6k RL 5 6k 100 EC 12V rbe 2 9k RS 0 RL 1k 時 3 RL 1k 和 時 求Au 比較 空載時 Au 0 995RL 5 6k 時 Au 0 990RL 1k 時 Au 0 967 RL 時 可見 射極輸出器帶負(fù)載能力強(qiáng) 射極輸出器的使用 1 將射極輸出器放在電路的首級 可以提高輸入電阻 2 將射極輸出器放在電路的末級 可以降低輸出電阻 提高帶負(fù)載能力 3 將射極輸出器放在電路的兩級之間 可以起到電路的匹配作用 二共基極放大電路 共基組態(tài)放大電路如圖 交流 直流通路 交流通路 微變等效電路 共基極組態(tài)基本放大電路的微變等效電路 性能指標(biāo) 輸出電阻Ro RC 電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 三種組態(tài)電路比較 共射電路 電壓和電流放大倍數(shù)均大 輸入輸出電壓相位相反 輸出輸出電阻適中 常用于電壓放大 共集電路 電壓放大倍數(shù)是小于且接近于1的正數(shù) 具有電壓跟隨特點 輸入電阻大 輸出電阻小 常作為電路的輸入和輸出級 共基電路 放大倍數(shù)同共射電路 輸入電阻小 頻率特性好 常用作寬帶放大器 3 7基本放大電路的頻率響應(yīng) 頻率失真 幅度失真和相位失真 p20 21圖1 2 9 相位頻率特性 幅度頻率特性 幅頻特性是描繪輸入信號幅度固定 輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律 即 相頻特性是描繪輸出信號與輸入信號之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律 即 3 7 1RC電路的頻率響應(yīng) 1 RC低通濾波電路 其中 是角頻率 RC 1 分析 RC低通濾波電路頻率響應(yīng) RC低通濾波電路頻率響應(yīng) RC低通濾波電路頻率響應(yīng) 2 波特圖 幅頻特性 相頻特性 幅頻特性的X軸采用指數(shù)坐標(biāo) Y軸采用對數(shù)坐標(biāo) fH稱為上限截止頻率 當(dāng)f fH時 幅頻特性將以十倍頻20dB的斜率下降 或?qū)懗?20dB dec 在f fH處的誤差最大 有 3dB 當(dāng)f fH時 相頻特性將滯后45 并具有 45 dec的斜率 在0 1fH和10fH處與實際的相頻特性有最大的誤差 其值分別為 5 7 和 5 7 這種折線化畫出的頻率特性曲線稱為波特圖 是分析放大電路頻率響應(yīng)的重要手段 2 RC高通濾波電路 1 分析 RC高通濾波電路頻率響應(yīng) RC高通濾波電路頻率響應(yīng) 2 波特圖 3 7 2三極管的高頻等效模型 三極管結(jié)構(gòu) Cb c 2 10pF C 幾十到幾百pF C 三極管的高頻等效模型 這一模型中用代替 這是因為 本身就與頻率有關(guān) 而gm與頻率無關(guān) 推導(dǎo)如下 三極管的高頻等效模型 忽略rce和rb c對電路的影響的簡化等效模型 三極管的頻率參數(shù)f 和fT 三極管的頻率參數(shù)f 和fT 共射極截止頻率 與RC低通濾波電路的頻響表達(dá)式相同 三極管的頻率參數(shù)f 和fT 三極管的頻率參數(shù)f 和fT 當(dāng) 1時對應(yīng)的頻率稱為特征頻率fT 且有fT 0f 當(dāng)20lg 下降3dB時 頻率f 稱為共發(fā)射極接法的截止頻率 高頻等效模型的單向化 在簡化混合 型模型中 因存在Cb c 對求解不便 可通過單向化處理加以變換 密勒定理 密勒定理 高頻等效模型的單向化 可以用輸入側(cè)的C 和輸出側(cè)的C 兩個電容去分別代替Cb c 但要求變換前后應(yīng)保證相關(guān)電流不變 如圖所示 高頻等效模型的單向化 利用米勒定理 高頻等效模型的單向化 由于C C 所以可忽略C 對電路的影響 圖中C Cb e C 3 7 3基本共射電路的頻率響應(yīng) 對于圖示的共發(fā)射極接法的基本放大電路 分析其頻率響應(yīng) 需畫出放大電路從低頻到高頻的全頻段小信號模型 然后分低 中 高三個頻段加以研究 1 中頻段 中頻時 C1 C2 Ce容抗較小 可視為短路 C 容抗較大 可視為開路 等效電路如圖 Rb Rb1 Rb2Ri Rb rbeRo Rc 2 高頻段等效電路 顯然這是一個RC低通環(huán)節(jié) 將全頻段小信號模型中的C1 C2和Ce短路 即可獲得高頻段小信號模型微變等效電路 如圖所示 高頻段 高頻段 高頻段 上限截止頻率 高頻段頻響波特圖 其頻率特性曲線與RC低通電路相似 只不過其幅頻特性在Y軸方向上上移了20lgAvsM dB 180o 225o 270o 相頻特性則在Y軸方向上向下移180 以反映單級放大電路倒相的關(guān)系 3 低頻段等效電路 低頻段的微變等效電路如圖所示 C1 C2和Ce被保留 C 被忽略 顯然 該電路有三個RC電路環(huán)節(jié) 當(dāng)Re 1 Ce時 在射極電路中 可忽略Re 只剩下Ce 低頻段 當(dāng)R b較大 可忽略Rb的影響 將Ce歸算到基極回路