基本BJT放大電路

1、1第第4章章 基本基本BJT放大電路放大電路中山大學(xué)中山大學(xué) 郭東亮郭東亮2溫度對(duì)溫度對(duì)Q Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響溫度升高，輸入特性曲線(xiàn)左移，溫度升高，輸入特性曲線(xiàn)左移，I IB B增大；增大；物理機(jī)制：熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子增多。物理機(jī)制：熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子增多。 溫度升高將導(dǎo)致溫度升高將導(dǎo)致 I IC C 增大，曲線(xiàn)增大，曲線(xiàn)間隔增大，間隔增大， 值增加，值增加，Q Q點(diǎn)上移點(diǎn)上移（易飽和失真）。（易飽和失真）。i iC Cu uCECEO Oi iB B20200 060600 0溫度對(duì)輸出特性的影響溫度對(duì)輸出特性的影響6060404020200 00.40.4 0.80.8I I / mA/

2、mAU U / V / V溫度對(duì)輸入特性的影響溫度對(duì)輸入特性的影響20200 060600 0此外，此外，I ICBOCBO和和I ICEOCEO也增加，但因數(shù)值小而對(duì)也增加，但因數(shù)值小而對(duì)Q Q點(diǎn)影響較小。點(diǎn)影響較小。溫度增加溫度增加4.1 4.1 放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問(wèn)題放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問(wèn)題3射極偏置電路穩(wěn)定射極偏置電路穩(wěn)定Q Q點(diǎn)點(diǎn)分壓式射極偏置電路分壓式射極偏置電路基極供給偏置采基極供給偏置采用分壓式，接用分壓式，接R Rb1b1、R Rb2b2發(fā)射極加接發(fā)射極加接R Re e 設(shè)計(jì)時(shí)使設(shè)計(jì)時(shí)使I I1 1IIB B，則有，則有212bbCCbBRRVRVeBEBEQCQRVVII

3、只要只要V VB B恒定且遠(yuǎn)大于恒定且遠(yuǎn)大于V VBEBE,I,ICQCQ也就基本穩(wěn)定。也就基本穩(wěn)定。穩(wěn)定條件是：穩(wěn)定條件是：BI1I4 VB Rb 基極基極TheveninThevenin回路回路212bbCCbBRRVRVebBEBBRRVVI)1 (ebBEBEQCQRRVVII)1 (R Rb b = = R Rb1b1/ / R Rb2b2其中其中R Rb b = = R Rb1b1/ / R Rb2b2ReRe的取值的取值戴維寧定理中的電源電壓、等效電阻：戴維寧定理中的電源電壓、等效電阻：eBEBEQCQRVVII 對(duì)照有對(duì)照有限制條件限制條件的表達(dá)式：的表達(dá)式：)1 (RebR結(jié)

4、論：結(jié)論：設(shè)計(jì)時(shí)選擇參數(shù)的關(guān)系是設(shè)計(jì)時(shí)選擇參數(shù)的關(guān)系是R Rb b 0.1(1+0.1(1+ )R)Re e5 產(chǎn)生了問(wèn)題: ReRe的存在，使的存在，使v vi i不能全加在基不能全加在基- -射極兩端，造成了射極兩端，造成了A Av v的下降！的下降！ 解決辦法：解決辦法： 在在ReRe旁并聯(lián)一個(gè)大的旁并聯(lián)一個(gè)大的射極旁路電容射極旁路電容CeCe。？從交流通路看，這接近于短路。從交流通路看，這接近于短路。6直流分析直流分析 確定靜態(tài)工作點(diǎn)確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q QCCbbbBVRRRV212eBeBEBEQCQRVRVVII/ （I IC C的大小與溫度的參數(shù)無(wú)關(guān)！）的大小與溫度的參數(shù)無(wú)關(guān)?。?

5、)(ecCQCCCEQRRIVVCQBQII由電路的基極直流通路和晶體管的直流模型，有7交流分析交流分析 確定動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)確定動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)beLcbebLcbiovrRRriRRivvA)/()/(bebbiirRRivR/21CTToRivR 根據(jù)電路的交流通路和晶體管的交流小信號(hào)模型，得到電路的微變等效電路。根據(jù)電路的交流通路和晶體管的交流小信號(hào)模型，得到電路的微變等效電路。其中，其中，CQEQbeImVImVr)(26200)(26)1 (200從電路的輸入端和公共端往里看，不包括信號(hào)源電阻，有從電路的輸入端和公共端往里看，不包括信號(hào)源電阻，有 從電路的輸出端和公共端往從電路的輸出端和公

6、共端往里看，不包括負(fù)載電阻。由外加里看，不包括負(fù)載電阻。由外加電壓法，有電壓法，有電壓增益電壓增益8另一種常見(jiàn)的穩(wěn)定工作點(diǎn)電路是另一種常見(jiàn)的穩(wěn)定工作點(diǎn)電路是c c極極- -b b極偏置電路。極偏置電路。bCEbBECEBRVRVVICEBVI因此，電路的穩(wěn)定過(guò)程如下：因此，電路的穩(wěn)定過(guò)程如下：靜態(tài)時(shí)，由于靜態(tài)時(shí)，由于當(dāng)當(dāng)R Rb b一定時(shí)，有一定時(shí)，有 其實(shí)質(zhì)是：利用集其實(shí)質(zhì)是：利用集- -射間電壓的變化射間電壓的變化 v vCECE通過(guò)基極電阻通過(guò)基極電阻R Rb b回送到輸入回路控制回送到輸入回路控制I IB B來(lái)克服來(lái)克服I IC C的變化。當(dāng)然，的變化。當(dāng)然，R Rb b的選擇必須保證

7、正常的的選擇必須保證正常的I IBQBQ。9對(duì)這個(gè)電路作靜態(tài)分析：對(duì)這個(gè)電路作靜態(tài)分析：BEbBCBCCCVRIRIIV)(基極回路基極回路：bccBECCCRRRVVICBII CBCCCCERIIVV)( 從從I IC C的計(jì)算式可見(jiàn)的計(jì)算式可見(jiàn)I IC C仍與仍與有關(guān)，因此這種電路不利于克服有關(guān)，因此這種電路不利于克服變化對(duì)變化對(duì)I IC C的影響。的影響。由集電極回路，有由集電極回路，有得得：4.2 共集電極電路共集電極電路10（a a）共集電極電路）共集電極電路 圖圖 共集電極電路及其交流通路共集電極電路及其交流通路（b b）交流通路）交流通路 集電極直接接集電極直接接V VCCCC

8、。由于在交流等效電路中。由于在交流等效電路中V VCCCC交流接地，因此稱(chēng)之交流接地，因此稱(chēng)之為為共集電極電路共集電極電路。同時(shí)，因?yàn)樨?fù)載。同時(shí)，因?yàn)樨?fù)載R RL L接在發(fā)射極上，所以又稱(chēng)為接在發(fā)射極上，所以又稱(chēng)為射極射極輸出器輸出器。1.1.直流分析直流分析 對(duì)基極回路：對(duì)基極回路： eEBEbBCCRIVRIVeBBEbBRIVRI)1 (ebCCebBECCBRRVRRVVI1)1 (BCII對(duì)發(fā)射極回路：對(duì)發(fā)射極回路： eCCEeECECCRIVRIVVeCCCCERIVV122.2.交流分析交流分析 )/)(1 (LebebiRRriv)/)(1 (LeboRRiv1)/)(1 ()

9、/)(1 (vLebeLeioRRrRRvvA1.電壓增益 根據(jù)電路的交流通路圖 4.2 1（b）和晶體管的交流小信號(hào)模型，得到電路的微變等效電路。iovvAv 一般地，有一般地，有 ，所以共集放大電路的電壓增，所以共集放大電路的電壓增益略小于益略小于1 1，且接近，且接近1 1。)/)(1 (LebeRRr132.電流增益 bbiLebebRiiRRri)()/)(1 (bbLebbbLebebiRRRRiRRRRrii)/)(1 ()/)(1 (LLeboRRRii)/)(1 (bLebLLeioiRRRRRRRiiA)/)(1 ()/)(1 (而而所以得所以得bLeRRR)/)(1 (如

10、果如果LLeiRRRA)/)(1 (則則ioiiAi所以，所以，一般遠(yuǎn)大于，一般遠(yuǎn)大于1 1141)/)(1 ()/)(1 (vLebeLeioVRRrRRvA結(jié)論：結(jié)論：由電壓增益的計(jì)算可知，射極輸出器的由電壓增益的計(jì)算可知，射極輸出器的A AV V接近接近1 1，但小于，但小于1 1。由于由于A(yíng) AV V接近接近1 1，且，且V Vi i與與V Vo o同相，因此輸出器又常稱(chēng)為同相，因此輸出器又常稱(chēng)為射極跟隨器射極跟隨器。 盡管射極跟隨器的電壓增益略小于盡管射極跟隨器的電壓增益略小于1 1，但它的電流增益卻遠(yuǎn)大于，但它的電流增益卻遠(yuǎn)大于1 1。因此射極跟隨器具有。因此射極跟隨器具有功率放大

11、功率放大作用。作用。1)/)(1 (AiLLeRRR共集電極電路小結(jié)共集電極電路小結(jié)“射極跟隨器射極跟隨器”：電壓跟隨，電流放大。：電壓跟隨，電流放大。153.輸入電阻R Ri i 與共射基本放大電路與共射基本放大電路 比較，射極輸出器的輸入電阻較高。比較，射極輸出器的輸入電阻較高。 bebbeirR/rR 這是因?yàn)閺娜龢O管的發(fā)射結(jié)看，基極這是因?yàn)閺娜龢O管的發(fā)射結(jié)看，基極- -射極之間的電壓射極之間的電壓v vbebe=v=vi i-v-vo o比沒(méi)有射極比沒(méi)有射極電阻電阻ReRe（v vbebe=v=vi i）時(shí)減少了！輸入電流也減小，等價(jià)于一個(gè)大的輸入電阻。）時(shí)減少了！輸入電流也減小，等價(jià)

12、于一個(gè)大的輸入電阻。 從電路的輸入端和公共端往里看，不包括信號(hào)源電阻，有)/(LeebebiRRiriv)/)(1 (LebebRRribiiivR)/)(1 (LebeRRr于是得于是得)/(/)/)(1 (/LebbLebebiiRRRRRRrRRR164.輸出電阻R Ro obsbeTeTbbTRRrvRviiii/)1 (Re1)/(/)1 ()/(111TbsbeebsbeeToRRrRRRrRivRbsbeTbRRrvi/ 在形式上等效于電阻在形式上等效于電阻R Re e與縮小了與縮小了1+1+倍的基極電阻倍的基極電阻 并接并接在一起的總電阻。在一起的總電阻。 注意：注意：ReRe

13、為輸入回路與輸出回路的公共為輸入回路與輸出回路的公共支路，驅(qū)動(dòng)晶體管形成電流！支路，驅(qū)動(dòng)晶體管形成電流！ 根據(jù)求輸出電阻的外加電壓法，將信根據(jù)求輸出電阻的外加電壓法，將信號(hào)源短路，除去負(fù)載電阻號(hào)源短路，除去負(fù)載電阻R RL L，接入交流電，接入交流電源源 ，產(chǎn)生的電流為，產(chǎn)生的電流為 。TVTI可得輸出電阻：可得輸出電阻：)1/()/(bebSbrRRR17通常通常1)/(bebSerRRR1)/(/bsbeeoRRrRR1bebSOrRRR)/(于是得于是得例如例如kRRkrbSbe100,50,1,50kRb100則則50R/RbS)(2150100050oR結(jié)論：結(jié)論：共集電極電路的輸出

14、電阻共集電極電路的輸出電阻R Ro o很低，一般為幾十到幾百歐。很低，一般為幾十到幾百歐。18輸入電阻輸入電阻R Ri i和輸出電阻和輸出電阻R Ro o Ro (b) I IRe Ri 發(fā)射極阻抗折算到基極，其值擴(kuò)大（發(fā)射極阻抗折算到基極，其值擴(kuò)大（+1+1）倍?；鶚O折算）倍。基極折算到發(fā)射極的等效阻抗，其值縮小為原來(lái)的到發(fā)射極的等效阻抗，其值縮小為原來(lái)的1/1/（+1+1）倍。）倍。bLebeiRRRrR/)/)(1 (1)/(/bsbeeoRRrRR阻抗折算法則：阻抗折算法則：19 電壓增益略小于1；電流增益可以遠(yuǎn)大于1；輸出與輸入同相；輸入電阻大；輸出電阻小。可以減小放大器對(duì)信號(hào)源（或

15、前級(jí)電路）所取的信號(hào)電流。負(fù)載變動(dòng)對(duì)放大倍數(shù)影響不大（帶負(fù)載能力強(qiáng)）射極輸出器的特點(diǎn)：射極輸出器的特點(diǎn)： 射極輸出器的優(yōu)點(diǎn)是：雖然電壓增益Av 1，但輸入電阻Ri大，這就可以減小放大器對(duì)信號(hào)源（或前級(jí)電路）所取的信號(hào)電流；同時(shí)輸出電阻Ro小，負(fù)載變動(dòng)對(duì)放大倍數(shù)影響不大，因而帶負(fù)載的能力強(qiáng)。同時(shí)，射極輸出器對(duì)電流仍有放大作用。 由于輸入電阻大而輸出電阻小，因而應(yīng)用廣泛，可以用作多級(jí)放大器的輸入級(jí)、中間級(jí)及輸出級(jí)。4.3 共基極電路共基極電路20 圖示是共基極電路及其交流通路。由其交流通路可見(jiàn)，輸入信號(hào)加在發(fā)射極和基極之間，而輸出信號(hào)取自集電極和基極之間，基極交流接地。直流分析：直流分析：直流通路

16、直流通路221bbbCCBRRRVVeEBEBRIVVeBeBEBECRVRVVIICBII)(eCCCCeECCCCCERRIVRIRIVV21交流分析：交流分析：beLcbebLccvrRRriRRiA)/()/()()1 (/)1 ()(LCCebebeLCCioiRRRRrrRRRiiA交流通路的微變等效電路如圖。交流通路的微變等效電路如圖。電壓增益：電壓增益：電流增益：電流增益：)/()/(LCbLCcLoRRiRRiRibebebeiriRri)/)1 (由由得得（使用阻抗折算法，或者（使用阻抗折算法，或者“逐層逐層”計(jì)算阻抗值）計(jì)算阻抗值）)1 (iA當(dāng)當(dāng)R RL L R RC

17、C時(shí)時(shí), , 22共基極放大電路總結(jié)：共基極放大電路總結(jié)：（1 1）共基電路的電壓增益與共射電路的電壓增益在數(shù)值上相同，）共基電路的電壓增益與共射電路的電壓增益在數(shù)值上相同，只差一負(fù)號(hào)，說(shuō)明輸出與輸入只差一負(fù)號(hào)，說(shuō)明輸出與輸入同相同相。共基電路的電壓增益可以遠(yuǎn)。共基電路的電壓增益可以遠(yuǎn)大于大于1 1；（2 2）電流增益略小于）電流增益略小于1,1,且輸出電流與輸入電流同相，從這個(gè)角且輸出電流與輸入電流同相，從這個(gè)角度說(shuō)，共基電路又稱(chēng)為度說(shuō)，共基電路又稱(chēng)為電流跟隨器電流跟隨器。 （3 3）輸入電阻小、輸出電阻較大。當(dāng)輸入信號(hào)是）輸入電阻小、輸出電阻較大。當(dāng)輸入信號(hào)是電流電流時(shí)，希望時(shí)，希望放大器

18、的輸入電阻很小，此時(shí)共基極電路非常有用。放大器的輸入電阻很小，此時(shí)共基極電路非常有用。ebeiRrR/)1 (coRR 輸入電阻：輸入電阻：輸出電阻：輸出電阻：4.4 放大電路的頻響放大電路的頻響23 前面分析放大器時(shí)，都是以單一頻率的信號(hào)作例子。實(shí)際信號(hào)通常都不是單一頻率，它是由一些按一定的振幅比例和一定的起始相位相加的不同頻率的信號(hào)構(gòu)成。 要使放大電路不失真的放大信號(hào)，即在放大信號(hào)（電壓、電流、功率）的同時(shí)，不改變輸入原始信號(hào)的形狀，就要求放大器對(duì)輸入信號(hào)中各頻率成分進(jìn)行相同的放大。 但放大電路由非線(xiàn)性元件（晶體管）和線(xiàn)性元件（電容、電感、電阻）組成。而容抗、感抗在各種頻率下的值是不同的，

19、因而對(duì)不同頻率信號(hào)的放大效果不一致，導(dǎo)致輸出波形不同于輸入波形，即發(fā)生了差異，這就是失真。 放大器中的失真分為非線(xiàn)性失真和線(xiàn)性失真。非線(xiàn)性失真的原因在于放大器件的非線(xiàn)性，已經(jīng)在第3章進(jìn)行了初步的介紹。這一節(jié)我們以共射電路為例，討論由于電路電容和晶體管內(nèi)部電容引起的放大電路的頻率響應(yīng)，也就是電路的線(xiàn)性失真問(wèn)題。 高頻模型高頻模型 混合混合 型等效電路型等效電路 C C v vbebev vb b e eg gm mv vb b e e三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)示意圖示意圖 三極管的混合三極管的混合 型等效電路。型等效電路。（忽略忽略了了c c、e e區(qū)的體電阻區(qū)的體電阻r re e和和r rc c

20、 ）三極管的高頻模型三極管的高頻模型討論：討論： 由于三極管的集電極處于反向偏置狀態(tài)，因此結(jié)電由于三極管的集電極處于反向偏置狀態(tài)，因此結(jié)電阻阻r rbCbC很大，可將其忽略。很大，可將其忽略。 beVebVebV討論討論利用密勒定理（電路網(wǎng)絡(luò)的一種等效變換關(guān)利用密勒定理（電路網(wǎng)絡(luò)的一種等效變換關(guān)系）進(jìn)行單向化系）進(jìn)行單向化 e bcjVVVcjVVIebceebceebC1)1 (1)/(LCLLebmceRRRRVgVKRgVVLmebceckjVcjkVIebebC)1 (11)1 (ebVebVCk)1 ( ebVCI從從 兩端向右看，流入兩端向右看，流入C C 的電流的電流 ebVeb

21、V從從c c、e e兩端向左看，流入兩端向左看，流入C C 的電的電流流 CkkjVcjVVVcjVVIceceebceebceC111)1 (1CkCC)1 ( Ckk1C單管共射電路的頻率響應(yīng)單管共射電路的頻率響應(yīng)28圖圖4.44.4 1 1 單管共射阻容耦合電路的簡(jiǎn)化混合單管共射阻容耦合電路的簡(jiǎn)化混合 模型模型 圖 4.4 1是單管共射阻容耦合電路的簡(jiǎn)化混合 模型，為討論簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們只考慮了輸出回路的耦合電容。 具體分析頻率響應(yīng)時(shí)，通常對(duì)中、低、高頻三種情況分別加以考慮，以便對(duì)電路進(jìn)行不同的簡(jiǎn)化，求得三個(gè)不同頻段的頻率響應(yīng)，然后再加以綜合。這樣做的好處是使得分析過(guò)程更加簡(jiǎn)捷明了，且有助

22、于從物理概念理解各個(gè)電路參數(shù)對(duì)頻率特性的不同影響。29共射電路的中頻等效電路共射電路的中頻等效電路 bebLbebLmebebLCebmebbbbebebOiebiOvmrRRrRRgrvRRvgrrRrvvvvvvA)/()gr (me b1 1中頻電壓放大信數(shù)中頻電壓放大信數(shù)A Av vm m 在中頻范圍內(nèi)， 的容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于并聯(lián)支路中其它阻值，因而相當(dāng)于交流開(kāi)路；而C的容抗遠(yuǎn)小于其它串聯(lián)電阻的阻值 ，這就相當(dāng)于交流短路。因此，得中頻等效電路。C)1(LRC 由于不存在電抗元件，A Av vm m 是實(shí)數(shù),與頻率無(wú)關(guān)。302 2高頻電壓放大信數(shù)高頻電壓放大信數(shù) 在高頻段，串聯(lián)回路中的電容容抗

23、 很小，其上壓降可忽略不計(jì)，相當(dāng)于交流短路。此時(shí)，并聯(lián)支路中的 影響突出，必須予以考慮。C1C共射電路的高頻等效電路共射電路的高頻等效電路 HvmebbbbvmebbbbLmbebebLmebbbbebebOiebiOvjACrrRjACrrRjRgrRrRgcjrrRcjrVVVVVVA11/)(11/)(11)()1/(1/hhAv31HvmvjAA11h令令則有則有共射電路中頻段共射電路中頻段A Avmvm00引起的相移引起的相移 電抗元件的存在而產(chǎn)電抗元件的存在而產(chǎn)生的附加相移生的附加相移 221HHHfHH1即即HvmHvmvhffjAjAA11共射電路在高頻段的幅頻響應(yīng)為共射電路在

24、高頻段的幅頻響應(yīng)為21lg20lg20HvmvhffAA相頻響應(yīng)為：相頻響應(yīng)為：Hfftg1180vmvhAA 信號(hào)頻率越高，信號(hào)頻率越高， 越小，越小，使得使得 越小，因而輸出減小，增越小，因而輸出減小，增益下降。益下降。CxC1ebv32高頻電壓放大倍數(shù)高頻電壓放大倍數(shù)A Avhvh-討論討論v關(guān)于幅頻響應(yīng)關(guān)于幅頻響應(yīng) 當(dāng)ffH時(shí)，有 或 ,若f/fH=10，則20lg|AVH/AVM|=-20(dB/十倍頻)。即即 在波特圖上是一條斜率在波特圖上是一條斜率為為-20dB/-20dB/十倍頻的直線(xiàn)。十倍頻的直線(xiàn)。21lg20lg20HvmvHffAA 當(dāng)當(dāng)f=ff=fH H時(shí)，時(shí)，A AVHVH=0.707A=0.707AVMVM, ,即在即在f fH H時(shí)，時(shí)，A AVHVH下降到下降到0.707A0.707AVMVM處。所以，處。所以，f fH H對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于-3dB-3dB時(shí)的值。時(shí)的值。HvmvhffAAHvmvhffAAlg20lg20vmvhAAlg2033v關(guān)于相頻響應(yīng)關(guān)于相頻響應(yīng) Hfftg1180當(dāng)當(dāng)f ff fH H時(shí)，時(shí)， H H-0-0 ; ; f=f f=fH H時(shí)，時(shí)， H H-45-45 ; ; f ff