晶體管與放大電路基礎(chǔ)

02雙極型晶體管及放大電路基礎(chǔ)2.2基本放大電路2.3基本放大電路的分析方法2.4共C和共B電路2.5放大器的級(jí)聯(lián)2.6基本要求與小結(jié)--放大電路基礎(chǔ)篇BasicBJTAmplifiers2.2基本放大電路2.2.1放大的概念2.2.2基本放大器組成原則2.2.3放大器的特點(diǎn)2.2.4放大器的主要性能指標(biāo)2.2.1放大的概念

1.放大對(duì)象：主要放大微弱(smallsignals)、變化的電信號(hào)，使其Pi(Vi或Ii)得到放大！2.放大實(shí)質(zhì)：直流能交流能三極管——換能器在保持信號(hào)不失真的前提下，使其由小變大，由弱變強(qiáng)。－－放大1、管子要放大Je正偏,Jc反偏2、信號(hào)能入能出2.2.2基本放大器組成原則共射電路輸入回路與輸出回路電流、電壓的關(guān)系

輸入回路輸出回路IBQUBEQUCEQICQ基本組成如下：

三極管T集電極電阻Rc

負(fù)載電阻RL偏置電路VCC,Rb耦合電容C1,C2iBiC習(xí)慣畫(huà)法基本晶體管放大器的組成原則：1、輸入信號(hào)須加在基極－發(fā)射極回路；2、必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；3、必須將晶體管偏置在放大狀態(tài)。由公式可知：當(dāng)VBE>VBE(ON)后VBE對(duì)iC有敏感的控制作用而VCE對(duì)iC的影響十分微弱所以待放大的信號(hào)加在b或e極才能有效的得到放大，而不能加在c極。<1>待放大的信號(hào)須加在b－e回路uCE/V5101501234IB＝40A30A20

A10A0A放大區(qū)iC/mA共射輸出特性曲線<2>須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)直流工作狀態(tài)：

（靜態(tài)）當(dāng)vi＝0時(shí),電路中各處的電壓電流都是不變的,對(duì)應(yīng)的電壓電流，分別為IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ，代表了輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)——習(xí)慣上稱(chēng)靜態(tài)工作點(diǎn)即Q(Quiescent)點(diǎn)交流工作狀態(tài)：（動(dòng)態(tài)）當(dāng)vi≠0時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置是否合適對(duì)放大器的性能有很大影響是輸出電壓不失真地放大的保證

若Q點(diǎn)選得很小則產(chǎn)生截止失真；若Q點(diǎn)選得很大則產(chǎn)生飽和失真。——非線性失真為了防止非線性失真，在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)Q點(diǎn)也不能為0而必須有合適的數(shù)值以保證在vi的整個(gè)變化過(guò)程中晶體管始終工作在放大區(qū)

若Q點(diǎn)過(guò)大<飽和>措施是Q點(diǎn)下移使IB變小若Q點(diǎn)過(guò)小<截止>措施是Q點(diǎn)上移使IB變大<3>晶體管必須工作在放大狀態(tài)

晶體管上各端電壓，端電流為直流+交流且交流分量的幅值<

直流分量的幅值，所以，在任一時(shí)刻e結(jié)正偏c結(jié)反偏。

可見(jiàn)放大作用是指輸出交流分量與輸入信號(hào)的關(guān)系，因?yàn)橹挥薪涣鞣至坎拍芊从齿斎胄盘?hào)的變化

vO與vi反相

vO動(dòng)態(tài)是目的，靜態(tài)是保證（不失真）！

交流通路直流通路

交流信號(hào)、直流信號(hào)并存！

動(dòng)態(tài)靜態(tài)2.2.3放大器的特點(diǎn)2.2.4放大器的主要性能指標(biāo)對(duì)信號(hào)源而言，放大器相當(dāng)于它的負(fù)載?！?/p>

放大器的輸入特性用輸入電阻Ri表示

1.放大器的二端口模型

對(duì)負(fù)載而言，放大器相當(dāng)于負(fù)載的信號(hào)源?！喾糯笃鞯妮敵鎏匦杂幂敵鲭娮鑂O和一個(gè)受控電壓源（電流源）來(lái)表示

2.主要性能指標(biāo)

<1>放大倍數(shù)或增益

定義為放大器輸出量和輸入量之比值。根據(jù)二端口模型中輸入量（Ui，Ii）和輸出量（Uo，Io）的不同，有四種不同定義的放大倍數(shù)。電壓增益：電流增益：互導(dǎo)增益:互阻增益：為了方便，Au,Ai有時(shí)用分貝dB來(lái)表示

<2>輸入電阻Ri

——

用來(lái)衡量放大電路對(duì)信號(hào)源的影響

當(dāng)Ri>>Rs時(shí)Vi＝Vs，Ri越大得到的輸入信號(hào)電壓越大信號(hào)源采用電壓源即輸入電阻越大--信號(hào)源電壓Vs更有效地加到放大器的輸入端

反之（Ri<<Rs）Ri越小得到的輸入信號(hào)電流越大信號(hào)源采用電流源即輸入電阻越小--放大器從信號(hào)源獲取的電流越大<3>輸出電阻Ro

——反映放大電路帶負(fù)載能力當(dāng)Ro越小則RL變化對(duì)輸出電壓的影響越小Vo＝Vo’即輸出電壓Vo越穩(wěn)定帶負(fù)載能力強(qiáng)反之，若想在負(fù)載上得到電流較穩(wěn)定則應(yīng)使Ro大。<4>非線性失真系數(shù)THD

由于放大管輸入輸出特性的非線性，不可避免地要產(chǎn)生非線性失真，即放大器非線性失真的大小與工作點(diǎn)位置，信號(hào)大小有關(guān)

但如果放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)且輸入信號(hào)足夠小，則非線性失真系數(shù)將很小∴一般只有在大信號(hào)工作時(shí)才考慮非線性失真問(wèn)題

非線性失真會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量

<5>頻率失真(線性失真)輸入信號(hào)由許多頻率分量組成，由于放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的幅度增益、相移量不同而造成的失真。(此時(shí)輸出信號(hào)中并未增加新的頻率分量)

2.3基本放大電路的分析方法2.3.1放大電路的靜態(tài)分析2.3.2放大電路的動(dòng)態(tài)分析

2.3.1放大電路的靜態(tài)分析

DCAnalysis分析對(duì)象：Q（Quiescent)(IB、IC和VCE)

靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路分析路徑：靜態(tài)分析有兩種方法：一、計(jì)算法二、圖解分析法（GraphicalAnalysis）

一、計(jì)算法直流通路：C斷開(kāi)、L短路、直流電源保留二、圖解法直流負(fù)載線

2.3.2放大電路的動(dòng)態(tài)分析

ACAnalysis動(dòng)態(tài)分析有兩種方法：一、圖解分析法二、交流小信號(hào)模型分析法

ACSmall-signalmodelanalysis（微變等效電路法)分析對(duì)象：交流通路分析路徑：交流通路：直流電源短地、C交流短路根據(jù)輸入信號(hào)頻率，將電抗極小的大電容、小電感短路，電抗極大的小電容、大電感開(kāi)路，而電抗不容忽略的電容、電感保留。直流電源短地。vce＝－R’LiC

（R’L＝RL∥Rc）交流負(fù)載線斜率：－1/R’L特點(diǎn)：過(guò)Q點(diǎn)VAB＝R’LICQ一、圖解法vivBEiBiCvCE|-vo|

1、交直流迭加2、vo與vi相位相反3、非線性失真：

飽和失真截止失真結(jié)論：飽和失真截止失真要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：

1.工作點(diǎn)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。

最大不失真輸出幅度?二、交流小信號(hào)模型分析法

ACSmall-signalmodelanalysis

（1）模型的建立（2）共射放大器的交流等效分析方法放大器定量分析的基礎(chǔ)(1)模型的建立（一）混合π型電路模型－π參數(shù)應(yīng)用條件：

①靜態(tài)工作點(diǎn)選擇恰當(dāng)，晶體管工作在放大區(qū)②輸入信號(hào)較小，非線性失真可忽略

共發(fā)射極晶體管電路模型很大，可忽略

c、b反偏，也很大，可忽略

ube對(duì)ib的控制，等效為b-e間交流結(jié)電阻rbe，其值：

ube通過(guò)ib對(duì)ic的控制可等效為一個(gè)流控電流源

或直接用一個(gè)壓控電流源來(lái)表示

其中跨導(dǎo)

幾百KΩ數(shù)量級(jí)

—輸入特性上Q點(diǎn)處對(duì)的影響

極大，可忽略

—輸出特性上Q點(diǎn)處切線斜率之倒數(shù),表明了對(duì)的影響

真正的晶體管還有寄生效應(yīng)的影響，它們是三個(gè)摻雜區(qū)的體電阻,其中基區(qū)體電阻因該區(qū)很窄，數(shù)值較大，一般高頻管數(shù)十Ω，低頻管數(shù)百Ω。另二個(gè)較小，可忽略。

還有二個(gè)結(jié)的結(jié)電容：發(fā)射結(jié)電容（正偏勢(shì)壘）集電結(jié)電容（反偏擴(kuò)散）低頻工作時(shí)可忽略。

完整的混合π型電路模型（a）高頻時(shí)的電路模型；（b）低頻時(shí)的電路模型

（2）共射放大器的交流等效分析方法分析步驟：1、確定放大器交流通路(晶體管用小信號(hào)交流模型表示)2、估算直流工作點(diǎn)3、根據(jù)交流等效電路計(jì)算放大器的各項(xiàng)交流指標(biāo)1）等效電路

(b)

小信號(hào)等效電路(a)共射基本放大電路2）交流計(jì)算3.輸出電阻2.輸入電阻=rbe//Rb≈rbe1.電壓放大倍數(shù)rbe=rb’b+(1+β)26

mV/ICQ4.源電壓放大倍數(shù)rb’b=100~300Ω3）接有Re的共發(fā)電路3.輸出電阻2.輸入電阻1.電壓放大倍數(shù)交流小信號(hào)等效電路2.4共C和共B電路2.4.1共集組態(tài)基本放大電路Common-CollectorAmplifier2.4.2共基組態(tài)基本放大電路Common-BaseAmplifier2.4.3提高輸入阻抗的措施2.4.1共集組態(tài)基本放大電路VB=VCC

Rb2/(Rb1+Rb2)

IC=IE=(VB－VBE)/ReIB=

IC/

VCE=VCC－IERe=VCC－ICRe(1)直流分析(2)交流分析①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻Ri=Rb1//Rb2//[rbe+(1+)R'L)]③輸出電阻共集電路特點(diǎn)與應(yīng)用：1、

=射極輸出器=電壓跟隨器Emitter-Follower

=電流放大器2、Ri高（高阻輸入級(jí)）3、Ro低（低阻輸出級(jí)）阻抗變換級(jí)（中間緩沖級(jí)）2.4.2共基組態(tài)基本放大電路

（電流跟隨器）

(1)直流分析

與共射組態(tài)相同(2)交流分析①電壓放大倍數(shù)

②輸入電阻

③輸出電阻Ro≈RC=βR'L/rbeR'L=RC//RL共基電路特點(diǎn)與應(yīng)用：1、大2、輸入輸出電壓同相2、Ri低（低阻輸入級(jí)）3、Ro高（高阻輸出級(jí)）寬帶放大高頻電路共射、共基、共集放大器性能比較2.4.3提高輸入阻抗的措施利用復(fù)合管來(lái)提高輸入阻抗

----使β上升T2相當(dāng)于T1的負(fù)載，可用其輸入電阻Ri''來(lái)表示它對(duì)T1的負(fù)載作用可見(jiàn)復(fù)合管的輸入電阻增大了.復(fù)合管可等效成一個(gè)β值為兩管β相乘的晶體管。2.自舉電路采用復(fù)合管可使Ri'很大但總的輸入電阻Ri=RB1//RB2//Ri'若RB1,RB2不能增大，Ri'再大也無(wú)用，而實(shí)際中為保證偏置穩(wěn)定，RB1,RB2的取值是不能太大的所以由自舉電路來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題增加了RB3和C3如果使RB3兩端電壓→0，即流過(guò)RB3的電流→0∴該支路的等效阻抗→∞Ri=RB3'//Ri'

RB3支路的等效電阻很大？？？2.5放大器的級(jí)聯(lián)輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)不失真地有效地傳遞信號(hào)1、級(jí)間耦合方式（1）直接耦合（2）變壓器間耦合（3）阻容耦合各級(jí)間相互影響；要保證零輸入零輸出靜態(tài)不影響，單級(jí)計(jì)算一個(gè)n級(jí)放大器的總電壓放大倍數(shù)Au可表示為:可見(jiàn)，Au為各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積。

Ri：后級(jí)的輸入電阻為前級(jí)的負(fù)載，后級(jí)對(duì)前級(jí)有影響。第一級(jí)的輸入電阻（考慮后級(jí)對(duì)其的影響）。

Ro：末級(jí)輸出電阻（前級(jí)的輸出電阻作為后級(jí)的信號(hào)源內(nèi)阻）。

2、組合放大器（1）CE-CE級(jí)聯(lián)Au

RiRi=RB1//RB2//rbe1

取決于第一級(jí)

RoRo=Ro2=RC2