晶體管及放大電路

晶體管及放大電路第1頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五輸出信號二次諧波基波二次諧波基波輸入信號輸出信號二次諧波基波幅度失真相位失真相位失真幅度失真頻率失真分為頻率失真說明圖假定輸入信號由基波和二次諧波組成第2頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五2.8.2放大電路的頻率響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)

1．頻率響應(yīng)

頻域法——在頻率范疇內(nèi)研究頻率特性的方法，或稱穩(wěn)態(tài)法。幅頻、相頻特性曲線。描述頻率特性的參數(shù)fL、fH、fbwfLfHffbw·90_o180_o225_o270_o135_ofbwfφ描述頻率特性的方法第3頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五2．瞬態(tài)響應(yīng)

瞬態(tài)法——通過分析研究放大電路瞬態(tài)響應(yīng)，研究放大電路的頻率特性的方法。瞬態(tài)響應(yīng)——將一單位階躍信號加到放大電路的輸入端，觀察輸出信號隨時(shí)間變化的情況。0輸出電壓波形01輸入階躍信號第4頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五

trfH≈0.35

δ=2πfLtp×100%

a.tr與fH的關(guān)系上升時(shí)間tr描述失真的參數(shù)b.δ與fL的關(guān)系平頂降落率δ0第5頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五2.8.3晶體管的高頻特性1．晶體管的高頻模型JCJE+–第6頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五基區(qū)體電阻發(fā)射區(qū)體電阻集電區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻集電結(jié)電阻C、E極間電阻+–第7頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五發(fā)射結(jié)電容集電結(jié)電容C、E極間電容+–第8頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五壓控電流源+–第9頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五晶體管混合π型等效模型

電路模型ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙˙第10頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五通常re、

rc很小，

rce、

很大，均可以忽略。ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙˙第11頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五簡化的混合π型等效模型ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙第12頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五低頻混合π型等效電路ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙第13頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五晶體管混合π型低頻等效電路與微變等效電路π型低頻等效電路微變等效電路兩者等效ec_+_+˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙第14頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五故有為晶體管低頻電流放大系數(shù)其中π型低頻等效電路微變等效電路兩者等效ec_+_+˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙第15頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五gm的物理意義表示晶體管的發(fā)射結(jié)電壓對管子集電極電流的控制能力，稱為跨導(dǎo)?！ぁざxec+_+_+_˙˙˙˙˙˙第16頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五等效電路˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙對密勒等效第17頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五圖中··式中···ec+_+_+_˙˙˙˙˙第18頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五2．晶體管的高頻特性和高頻參數(shù)由描述晶體管特性的H參數(shù)方程(1)晶體管電流放大倍數(shù)·得·············由上式可畫出求的等效電路·第19頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五由圖可知˙˙˙˙˙因很小,˙˙····˙由畫出求的等效電路ec+_˙˙+_˙+˙_˙˙第20頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五····˙˙由以上各式得第21頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五˙即令或得˙第22頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五由˙得的幅頻特性˙˙相頻特性a.畫的幅頻特性曲線˙第23頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五˙將上式表示為˙在坐標(biāo)系中表示一條直線。式中,˙——第24頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五0˙˙第25頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五˙對于式中的當(dāng)時(shí)(a)

故式在˙——表示的一條直線。坐標(biāo)系中，第26頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)時(shí)(b)故式表示一條斜率為-20dB/十倍頻的直線。˙——在坐標(biāo)系中第27頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五˙由此可知，式0˙的圖形是由橫軸與斜率為–20dB/十倍頻的直線合成的曲線。第28頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五的圖形是由直線綜上所述˙˙˙及曲線合成的。第29頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五0˙0˙第30頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五0˙這種圖形稱為波特圖第31頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)時(shí)即實(shí)際值比

小3dB˙第32頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五0˙實(shí)際的幅頻曲線第33頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五fβ稱為晶體管的共射極截止頻率由可知˙當(dāng)f=fβ時(shí)˙b.畫相頻特性曲線第34頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五由相頻特性知當(dāng)f<<f(實(shí)際只要f<0.1f)時(shí)當(dāng)f>>f(實(shí)際只要f>10f)時(shí)當(dāng)f=f時(shí)實(shí)際上當(dāng)f=0.1f或f=10f時(shí)或第35頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五畫出的相頻特性˙十倍頻第36頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五(2)晶體管特征頻率fT當(dāng)f=fT時(shí)，˙由于定義故即第37頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五fT是衡量晶體管高頻特性的最常用指標(biāo)由得f和fT都與晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)第38頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五(3)晶體管電流放大倍數(shù)=(f)·可以證明式中0——晶體管共基極低頻電流放大系數(shù)f——晶體管共基極截止頻率·第39頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五晶體管共基極截止頻率由與的關(guān)系通常將的晶體管稱為高頻管將的晶體管稱為低頻管將代入上式，得˙第40頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五晶體管共基極截止頻率特征頻率fβ、fT和f

a之間的關(guān)系為(4)fβ、fT和f

a的關(guān)系第41頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五2.8.4單管共射極放大電路的頻率響應(yīng)

單管共射極放大電路電路中存在的電容a.耦合電容、旁路電容。b.結(jié)電容、極間電容、分布電容及負(fù)載電容等。+_T+_++++_···第42頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五放大電路頻率響應(yīng)的分析方法a.

將放大電路分為中頻、低頻和高頻三個工作區(qū)域。b.

分別畫出三個區(qū)域的微變等效電路。c.

分別寫出電路在三個區(qū)域頻率響應(yīng)的表達(dá)式。d.

求出相應(yīng)的參數(shù)Aum、fH和fL。e.

畫出幅頻和相頻特性曲線。第43頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五不同電容對電路性能的影響a.耦合電容、旁路電容較大，主要影響電路的低頻性能。b.結(jié)電容、極間電容及分布電容等很小，主要影響電路的高頻性能。+_T+_++++_···第44頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五畫各個區(qū)域等效電路的原則a.低頻區(qū)考慮耦合電容、旁路電容的作用。結(jié)電容、極間電容及分布電容視為開路。b.中頻區(qū)耦合電容、旁路電容視為短路。結(jié)電容、極間電容及分布電容視為開路。+_T+_++++_···第45頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五c.高頻區(qū)耦合電容、旁路電容視為短路?？紤]結(jié)電容、極間電容及分布電容的作用。+_T+_++++_···第46頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五1．中頻區(qū)的頻率響應(yīng)中頻區(qū)微變等效電路······+_T+_++++_···第47頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五忽略RB············對電路進(jìn)行簡化第48頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五電壓放大倍數(shù)·················可見,|Aums|及均與頻率f無關(guān)。·第49頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五2．低頻區(qū)的頻率響應(yīng)和下限截止頻率

低頻區(qū)微變等效電路+_T+_++++_·········第50頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五忽略RB············對電路進(jìn)行簡化與等效第51頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五忽略RE(因RE>>1/LCE)············第52頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五將CE等效到輸入回路············第53頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五將電流源轉(zhuǎn)換為電壓源············第54頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五將輸入回路電容合并圖中············第55頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五在輸出回路····故·········第56頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五在輸入回路·········第57頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五得低頻區(qū)放大電路電壓放大倍數(shù)由·······第58頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五上式中，令、分別為輸入、輸出回路的時(shí)間常數(shù)。·········第59頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五令·····中頻電壓放大倍數(shù)第60頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五式中··第61頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五···即C2的影響可以忽略時(shí)······式中

為由引起的附加相移當(dāng)?shù)?2頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五知當(dāng)時(shí)由····故為僅考慮時(shí)放大電路的下限截止頻率第63頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五···式中

為由C2引起的附加相移······當(dāng)即的影響可以忽略時(shí)第64頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五知當(dāng)時(shí)同理,由····故fL2為僅考慮C2時(shí)放大電路的下限截止頻率第65頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五故在一般情況下，對整個電路下限截止頻率起決定作用的是旁路電容的容量。由于旁路電容CE折算到基極回路的等效電容為又由于第66頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五3．高頻區(qū)的頻率響應(yīng)和上限截止頻率

+_T+_++++_···第67頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五高頻區(qū)等效電路對密勒等效..+e++_._+_c_....·+_T+_++++_··第68頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五對輸入回路簡化、等效Ci=CM+Cb'e.+e++__+_c_......+++_._+_c_e......第69頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五進(jìn)行戴維寧等效...+e++__+_c_......e++__+_c....圖中等效電路第70頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五對輸出回路簡化、等效e++__+_c....e++__+_c....圖中第71頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五將電流源轉(zhuǎn)換為電壓源e++__+_c....e++__+_c+_....第72頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五由圖可知······e++__+_c+_....第73頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五高頻區(qū)電壓放大倍數(shù)

···········由于····e++__+_c+_....第74頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五.·第75頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五令、分別為輸入、輸出回路的時(shí)間常數(shù)··e++__+_c+_....第76頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五或那么故····第77頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)Ci>>Co即Co的影響可以忽略時(shí)···其中為由Ci引起的附加相移e++__+_c+_....第78頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五知當(dāng)時(shí)即fH1為僅考慮Ci時(shí)放大電路的上限截止頻率··由··第79頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)Co>>Ci時(shí)即Ci的影響可以忽略時(shí)···其中為由Co引起的附加相移e++__+_c+_....第80頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五知當(dāng)時(shí)故fH2為僅考慮Co時(shí)放大電路的上限截止頻率····第81頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五名詞解釋慣性環(huán)節(jié)——含慣性元件的回路

慣性元件——指其上能量不能突變的元件(如電容）

第82頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五放大電路的電壓放大倍數(shù)可表示為即當(dāng)?shù)?、高頻區(qū)的等效電路都只含一個慣性環(huán)節(jié)時(shí)··當(dāng)?shù)皖l區(qū)只考慮一個電容或C2高頻區(qū)只考慮一個電容Ci

或Co第83頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五討論a.當(dāng)時(shí)當(dāng)（實(shí)際只要）時(shí)·····第84頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五b.當(dāng)時(shí)當(dāng)（實(shí)際只要）時(shí)·····第85頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五c.當(dāng)時(shí)·····由以上分析可畫出放大電路的幅頻和相頻特性曲線(低、高頻區(qū)等效電路都只含一個慣性環(huán)節(jié))第86頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五幅頻特性3dB–20dB/十倍頻20dB/十倍頻··相頻特性十倍頻第87頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五2.8.5放大電路的增益帶寬積

放大電路的帶寬可見，擴(kuò)展放大電路帶寬的關(guān)鍵就在于提高fH。由于fH>>fL故第88頁，共95頁，2023年，2月20日，星期五可見，提高電路的Au，