模擬電子技術第2章三極管放大電路課件

第二章半導體三極管及其放大電路2.2單管共射放大電路的工作原理2.3放大電路的圖解分析法2.4放大電路的模型分析法2.5共集和共基放大電路及BJT電流源電路2.6多級放大電路2.7BJT放大電路的頻率響應2.1放大電路的基本概念及性能指標2.1放大電路的基本概念及性能指標

一.放大的基本概念

放大——把微弱的電信號的幅度放大。一個微弱的電信號通過放大器后，輸出電壓或電流的幅得到了放大，但它隨時間變化的規(guī)律不能變，即不失真。二.放大電路的主要技術指標1.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能力

根據(jù)放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求，放大器可分為四種類型，所以有四種放大倍數(shù)的定義。（1）電壓放大倍數(shù)定義為:AU=uo/ui（2）電流放大倍數(shù)定義為:AI=io/ii

（3）互阻增益定義為:Ar=uo/ii（4）互導增益定義為:Ag=io/ui3.輸出電阻Ro——從放大電路輸出端看進去的等效電阻

輸出電阻是表明放大電路帶負載能力的，Ro越小，放大電路帶負載的能力越強，反之則差。

輸出電阻的定義：4.通頻帶fAAm0.7AmfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線3dB帶寬2.2單管共射放大電路的工作原理一．三極管的放大原理三極管工作在放大區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結反偏。→△UCE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）電壓放大倍數(shù)：→uo

ui各元件作用：使發(fā)射結正偏，并提供適當?shù)撵oIB和UBE?；鶚O電源與基極電阻集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結反偏。集電極電阻RC，將變化的電流轉變?yōu)樽兓碾妷?。耦合電容：電解電容，有極性，大小為10F~50F作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。++各元件作用：基本放大電路的習慣畫法由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應于輸入、輸出特性曲線上的一個點，所以稱為靜態(tài)工作點。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設置靜態(tài)工作點？

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。開路畫出放大電路的直流通路

2.靜態(tài)工作點的估算

將交流電壓源短路，將電容開路。直流通路的畫法：開路畫直流通路：Rb稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點（IB、UBE、IC、UCE）IC=IB一.用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流負載線由估算法求出IB，IB對應的輸出特性與直流負載線的交點就是工作點QQIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC2.3放大電路的圖解分析法iBuBEQuiibic1.交流放大原理（設輸出空載）假設在靜態(tài)工作點的基礎上，輸入一微小的正弦信號uiib靜態(tài)工作點二.用圖解法分析放大器的動態(tài)工作情況iCiCEuce注意：uce與ui反相！uiiBiCuCEuo各點波形uo比ui幅度放大且相位相反工作原理演示對交流信號(輸入信號ui)2.放大器的交流通路交流通路——分析動態(tài)工作情況交流通路的畫法：

將直流電壓源短路，將電容短路。短路短路置零交流通路3.交流負載線輸出端接入負載RL：不影響Q影響動態(tài)！交流量ic和uce有如下關系：即：交流負載線的斜率為：uce=-ic（RC//RL）=-ic

RL或ic=（-1/RL）uce交流負載線的作法：①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②經(jīng)過Q點。

交流負載線的作法：iCiCEVCCQIB交流負載線直流負載線①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②經(jīng)過Q點。

注意：（1）交流負載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡。

（2）空載時，交流負載線與直流負載線重合。iCuCEuo可輸出的最大不失真信號（1）合適的靜態(tài)工作點ib4．非線性失真與Q的關系iCuCEuo（3）Q點過高→信號進入飽和區(qū)稱為飽和失真信號波形動畫演示截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真”EWB演示——放大器的飽和與截止失真2.4放大電路的交流模型分析法思路：將非線性的BJT等效成一個線性電路條件：交流小信號1、三極管的h參數(shù)等效電路一.三極管的共射低頻h參數(shù)模型根據(jù)網(wǎng)絡參數(shù)理論：求變化量：在小信號情況下：各h參數(shù)的物理意義：iBuBEuBEiB——輸出端交流短路時的輸入電阻，用rbe表示?！斎攵碎_路時的電壓反饋系數(shù)，用μr表示。iBuBEuBEuCEiCiBiCuCE——輸出端交流短路時的電流放大系數(shù)，用β表示?！斎攵碎_路時的輸出電導，用1/rce表示。iCuCEiCuCE該式可寫為：由此畫出三極管的h參數(shù)等效電路：2、簡化的h參數(shù)等效電路（1）μr＜10-3，忽略。（2）rce＞105，忽略。得三極管簡化的h參數(shù)等效電路。3、rbe的計算：由PN結的電流公式：（常溫下）其中：rbb’=200Ω所以：二.放大器的交流分析1.畫出放大器的微變等效電路動畫演示（1）畫出放大器的交流通路（2）將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路代替2、電壓放大倍數(shù)的計算：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。3、輸入電阻的計算：根據(jù)輸入電阻的定義：定義：當信號源有內阻時：由圖知：所以：所以：4、輸出電阻的計算：根據(jù)定義：0+-例2.4.1共射放大電路如圖所示。設：VCC＝12V，Rb=300kΩ,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的b

=60。1、試求電路的靜態(tài)工作點Q。解：2、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解：畫微變等效電路Ri=rbe//Rb≈rbe=993ΩRo=Rc=3kΩ

3.若輸出電壓的波形出現(xiàn)如下失真，是截止還是飽和失真？應調節(jié)哪個元件？如何調節(jié)？解：為截止失真。應減小Rb。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。Q變UBEICEO變T變IC變三.靜態(tài)工作點的穩(wěn)定1.溫度對靜態(tài)工作點的影響1、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC2、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移?？傊篢IC動畫演示I1I2IB2.靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器選I2=（5~10）IB∴I1I2ICIE（1）結構及工作原理靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程：TUBEICICIEUE

UBE=UB-UE=UB-IE

ReUB穩(wěn)定IB由輸入特性曲線演示I1I2IBICIE（2）直流通道及靜態(tài)工作點估算:IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReICIE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

電容開路,畫出直流通道將電容短路,直流電源短路，畫出電路的交流小信號等效電路（3）動態(tài)分析：電壓放大倍數(shù)：RL=RC//RL輸入電阻：輸出電阻：思考：若在Re兩端并電容Ce會對Au、Ri、Ro有什么影響？一.共集電極放大電路1.結構：2.5共集和共基放大電路、電流源2.直流通道及靜態(tài)工作點分析：IBIEUBEUCE3.動態(tài)分析（1）交流通道及微變等效電路（2）電壓放大倍數(shù)：（2）輸入電阻3、輸出電阻射極輸出器的特點：電壓放大倍數(shù)=1，輸入阻抗高，輸出阻抗小。演示：射極輸出器的應用1、放在多級放大器的輸入端，提高整個放大器的輸入電阻。2、放在多級放大器的輸出端，減小整個放大器的輸出電阻。2、放在兩級之間，起緩沖作用。二.共基極電路1.靜態(tài)工作點直流通路：2.動態(tài)分析畫出電路的交流小信號等效電路（1）電壓放大倍數(shù)（2）輸入電阻（3）輸出電阻3.三種組態(tài)的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：共集共基共射

三.BJT電流源電路

用普通的三極管接成電流負反饋電路，即可構成一個基本的電流源電路。射極偏置放大電路就具有這一功能。

UBEICICUEIBIc電流是恒定的：

聯(lián)立方程組：

用等效電路來求該電路的內阻

可以解出：

可見三極管電流源的內阻比三極管的輸出電阻rce還要大。2.6多級放大電路一.多級放大器的耦合方式1.阻容耦合優(yōu)點：

各級放大器靜態(tài)工作點獨立。

輸出溫度漂移比較小。缺點：

不適合放大緩慢變化的信號。

不便于作成集成電路。2.直接耦合優(yōu)點：

各級放大器靜態(tài)工作點相互影響。

輸出溫度漂移嚴重。缺點：

可放大緩慢變化的信號。

電路中無電容，便于集成化。二.多級放大器的分析?

前級的輸出阻抗是后級的信號源阻抗?

后級的輸入阻抗是前級的負載1.兩級之間的相互影響2.電壓放大倍數(shù)（以兩級為例）注意：在算前級放大倍數(shù)時，要把后級的輸入阻抗作為前級的負載！擴展到n級：3.輸入電阻4.輸出電阻Ri=Ri（最前級）(一般情況下）Ro=Ro（最后級）(一般情況下）設：1=2==100，UBE1=UBE2=0.7

V。舉例1：兩級放大電路如下圖示，求Q、Au、Ri、Ro解：（1）求靜態(tài)工作點（2）求電壓放大倍數(shù)先計算三極管的輸入電阻畫微變等效電路：電壓增益：（3）求輸入電阻Ri=Ri1=rbe1//Rb1//Rb2

=2.55k（4）求輸出電阻RO=RC2

=4.3k2.7BJT放大電路的頻率響應頻率響應——放大器的電壓放大倍數(shù)與頻率的關系下面先分析無源RC網(wǎng)絡的頻率響應其中：稱為放大器的幅頻響應

稱為放大器的相頻響應1.RC低通網(wǎng)絡（1）頻率響應表達式：一.無源RC電路的頻率響應令：則：幅頻響應：相頻響應：（2）RC低通電路的波特圖最大誤差-3dB0分貝水平線斜率為-20dB/十倍頻程的直線幅頻響應：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍頻程相頻響應

可見：當頻率較低時，│AU│

≈1，輸出與輸入電壓之間的相位差=0。隨著頻率的提高，│AU│下降，相位差增大，且輸出電壓是滯后于輸入電壓的，最大滯后90o。其中fH是一個重要的頻率點，稱為上限截止頻率。

f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍頻程f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°這種對數(shù)頻率特性曲線稱為波特圖2.RC高通網(wǎng)絡（1）頻率響應表達式：令：則：幅頻響應：相頻響應：（2）RC高通網(wǎng)絡的波特圖f0.01fL00.1fLfL10fL-20-40最大誤差-3dB斜率為-20dB/十倍頻程的直線幅頻響應：20dB/十倍頻

可見：當頻率較高時，│AU│

≈1，輸出與輸入電壓之間的相位差=0。隨著頻率的降低，│AU│下降，相位差增大，且輸出電壓是超前于輸入電壓的，最大超前90o。其中，fL是一個重要的頻率點，稱為下限截止頻率。f0.01fL00.1fLfL10fL-20-4020dB/十倍頻相頻響應f0.01fL0°0.1fLfL10fL90°45°二.BJT的混合π型模型混合π型高頻小信號模型是通過三極管的物理模型而建立的。

rbb'——基區(qū)的體電阻1.BJT的混合π型模型rb‘e——發(fā)射結電阻

b'是假想的基區(qū)內的一個點。Cb‘e——發(fā)射結電容rb‘c——集電結電阻Cb‘c——集電結電容——受控電流源，代替了

（2）用代替了。因為β本身就與頻率有關，而gm與頻率無關。2.BJT的混合π等效電路特點：（1）體現(xiàn)了三極管的電容效應rb’c很大，可以忽略。rce很大，也可以忽略。3、簡化的混合π等效電路低頻時，忽略電容，混合模型與H參數(shù)模型等效所以4.混合π參數(shù)的估算由：又因為從手冊中查出所以5.BJT的頻率參數(shù)fβ、

fT

根據(jù)β定義：

將c、e短路。得：其中：

做出β的幅頻特性曲線：當β=1時對應的頻率

當20lgβ下降3dB時對應的頻率fβfβ00-20dB/十倍頻程fT當fT>>f時,

可得：fT≈β0

ffβ——共發(fā)射極截止頻率fT——特征頻率三.阻容耦合共射放大電路的頻率響應

對于如圖所示的共射放大電路，分低、中、高三個頻段加以研究。1.中頻段

所有的電容均可忽略?？捎们懊嬷v的h參數(shù)等效電路分析中頻電壓放大倍數(shù)：2.低頻段

在低頻段，三極管的極間電容可視為開路，耦合電容C1、C2不能忽略。為方便分析，現(xiàn)在只考慮C1，將C2歸入第二級。畫出低頻等效電路如圖所示?？赏瞥龅皖l電壓放大倍數(shù)：該電路有一個RC高通環(huán)節(jié)。有下限截止頻率：共射放大電路低頻段的波特圖幅頻響應：

相頻響應：

f0.01fL-180°0.1fLfL10fL-90°-135°f0.01fL0.1fLfL10fL20dB/十倍頻

在高頻段，耦合電容C1、C2可以可視為短路，三極管的極間電容不能忽略。這時要用混合π等效電路，畫出高頻等效電路如圖所示。3.高頻段用“密勒定理”將集電結電容單向化。用“密勒定理”將集電結電容單向化：其中：用戴維南定理將C左端的電路進行變換：忽略CN，并將兩個電容合并成一個電容:得簡化的高頻等效電路。其中：可推出高頻電壓放大倍數(shù)：其中：其中：該電路有一個RC低通環(huán)節(jié)。有上限截止頻率：共射放大電路高頻段的波特圖幅頻響應：

相頻響應：

f0.1fH-180°fH10fH100fH-225°-270°f0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍頻程4.完整的共射放