模電三極管及放大電路基礎(chǔ)

第四章-2三極管及放大電路基礎(chǔ)重點(diǎn)：1.了解三極管的基本構(gòu)造、工作原理和特性曲線，理解主要參數(shù)的意義；2.理解三極管的電流分配和電流放大作用；3.會(huì)判斷三極管的工作狀態(tài)。4.掌握各類(lèi)三極管放大電路的分析方法:(1)靜態(tài)的工作點(diǎn)估算法;(2)動(dòng)態(tài)的微變等效電路分析法,即AV、Ri和Ro的計(jì)算方法?！?.5共集電極放大器和共基極放大器

§4.2§4.3§4.4電路中,三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn),稱(chēng)為共射接法,相應(yīng)地還有共基、共集接法。一、共集電極放大電路(射極輸出器)1.電路2.靜態(tài)分析直流通路如下:RB+VCCC1C2RERL+vi

-+vo-+++vS-RSRB+VCCREVCEQICQVBEQIBQIEQ2IEQIBQ

RB＋VBEQ＋(1+)IBQ

RE＝VCC

IEQ≈ICQ＝IBQVCEQ＝VCC－IEQ

RERB+VCCREVCEQICQVBEQIBQIEQ32、動(dòng)態(tài)分析(1)小信號(hào)等效電路RB+VCCC1C2RERL+vi

-+vo-+++vS

-RS

因?qū)涣餍盘?hào)而言，集電極是輸入與輸出回路的公共端，所以是共集電極放大電路。因從發(fā)射極輸出，所以稱(chēng)射極輸出器。+vS

-RS+vi

-iiRBREieRL+vo-rbeibicib4(2)電壓增益＜1R'L＝RE//RLvo=(1+)ib·R'Lvi=ib·rbe+(1+)ib·R'L=ib·[rbe+(1+)R'L]rbeRBRL+vi

-+vo-+vS-RSREiiibicibieAv雖小于1，但近似等于1?！獰o(wú)電壓放大作用。有電流、功率放大作用。5(3)輸入電阻——輸入電阻大。＝RB//{rbe＋(1＋)R'L}rbeRBRL+vi

-+vo-+vS-RSREiiibicibieiRB6(4)輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻。rbeRBRL+vi

-+vo-+vS-RSREiiibicibierbeRBRLRSREibibiciRe+v-ii=ib+ib+

iRe=

(1+)ib+

iRe7i=ib+ib+

iRe=

(1+)ib+

iRe

輸出電阻Ro

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(shí),輸出電壓、放大倍數(shù)基本不變。8(5)射極輸出器的使用a.將射極輸出器放在電路的首級(jí)，可以提高整個(gè)放大器的輸入電阻,減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)。

b.將射極輸出器放在電路的末級(jí)，可以降低整個(gè)放大器的輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。c.將射極輸出器放在電路的兩級(jí)之間，可以起到電路的匹配作用。這一級(jí)射極輸出器稱(chēng)為緩沖級(jí)或中間隔離級(jí)。射極輸出器輸入輸出第1級(jí)放大器功放級(jí)射極輸出器第2級(jí)放大器……第n級(jí)放大器射極輸出器9

在圖示放大電路中,已知VCC=12V,RE=2kΩ,

RB=200kΩ,RL=2kΩ,,晶體管β=60,VBE=0.6V,信號(hào)源內(nèi)阻RS=100Ω，試求:(1)

靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IE及VCE；(2)

畫(huà)出微變等效電路；(3)

Av、ri和ro。例1解:(1)直流通路+VCCRBRE+–VCE+–VBEIEIBICRB+VCCC1C2RERL+vi

-+vo-+++vS-RS10(2)微變等效電路求Av、ri

、

ro微變等效電路rbeRBRL+vi

-+vo-+vS-RSREiiibicibie11二、共基極放大電路1.電路2.靜態(tài)分析直流通路:VCEQ＝VCC－ICQ

RC－IEQREIBQ+VBEQ–ICQ+VCEQ–vsRSRCRL+vo-Rb1Rb2Re12+vS-RS3.動(dòng)態(tài)分析(1)畫(huà)小信號(hào)等效電路(2)電壓放大倍數(shù)微變電路ii+vi

-ReieiRerbeibibicRCRL+vo-vi=-ib·rbevo

=-ib·(Rc

//RL)

vsRSRCRL+vo-Rb1Rb2ReRe+vo-RLrbeRc+vs

-Rs+vi-iiieibicib13(3)輸入電阻輸入電阻小。+vS-RSii+vi

-ReieiRerbeibibicRCRL+vo-14(4)輸出電阻求輸出電阻的圖：

Ro＝RC+vS-RSiiieiReibicibRL+vo-RCrbeRe+vi

-RSRCrbeReieibicib+v-i∵(1+)ib·(Re//RS)+ib·rbe=0ic=0∴ib=0輸出電阻大。15三.三種組態(tài)的比較16三種組態(tài)的特點(diǎn)及用途共射極放大電路：電壓和電流增益都大于1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有很大關(guān)系。適用于中低頻情況下，作多級(jí)放大電路的中間級(jí)。共集電極放大電路：只有電流放大作用，沒(méi)有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好?？捎糜谳斎爰?jí)、輸出級(jí)或緩沖級(jí)。共基極放大電路：只有電壓放大作用，沒(méi)有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)。高頻特性較好，常用于高頻或?qū)掝l帶低輸入阻抗的場(chǎng)合，模擬集成電路中亦兼有電位移動(dòng)的功能。17§4.6組合放大電路(多級(jí)放大電路)

在實(shí)際應(yīng)用中,為得到理想的增益、輸入電阻、輸出電阻，常把前面三種單管放大電路組合起來(lái)使用。一.多級(jí)放大器的耦合方式(連接方式)1.阻容耦合優(yōu)點(diǎn)：

各級(jí)放大器Q點(diǎn)獨(dú)立。輸出溫度漂移比較小。缺點(diǎn)：

不便于作成集成電路。低頻特性差，只能放大中高頻信號(hào)。2.直接耦合優(yōu)點(diǎn)：電路中無(wú)電容，便于集成化。缺點(diǎn)：各級(jí)放大器Q點(diǎn)不獨(dú)立,相互影響。輸出溫度漂移嚴(yán)重。18二.共射-共基放大電路1.電路+vo-Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22++++RL+VCC+vi-T1T22.靜態(tài)分析直流通路如圖:Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22+VCC+VCE1-IB1IE1IB2IC2+VCE2-19VC1＝VE2＝VB2

－VBE2VCE1＝VC1－(VB1

－VBE1)

VCE2＝VCC－IC2RC2－VE2IC2≈IE2＝IC1≈IE1

Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22+VCC+VCE1-IB1IE1IB2IC2+VCE2-203.動(dòng)態(tài)分析(1)小信號(hào)等效電路(下圖)+vo-Rb11Rb12Re11RC2Rb21Rb22++++RL+VCC+vi-T1T2(2)輸入電阻Ri＝Ri1＝Rb1//Rb2//rbe1RL1＝Ri2＝vi2/(-ie2)

＝-ib2rbe2

/[-(1+)ib2]

＝rbe2/(1+)Rb11Rb12+

vo1=vi2

-RS+vS-+vi-ii1rbe1ib1ic11ib1RL+vo-RC2ie22ib2ic2ib2rbe221ie22ib2ic2ib2RL+vo-RC2rbe2RS+vS-+vi-rbe1Rb11Rb12ii1ib1ic1+

vo1=vi2

-1ib1(3)電壓放大倍數(shù)(4)輸出電阻RoRo2Rc2Ro122多級(jí)放大器總結(jié)RL……Ri2Av2Ro2Av1+vS-RSRi1Ro1RinAvnRon(1)總電壓增益=各級(jí)放大倍數(shù)的乘積Av=Av1×Av2×…Avn(2)前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓vi2=vo1(3)后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的負(fù)載電阻RL1=Ri2

(4)前一級(jí)的輸出電阻是后一級(jí)的信號(hào)內(nèi)阻RS2=Ro1

(5)總輸入電阻Ri即為第一級(jí)的輸入電阻Ri1。(6)總輸出電阻Ro即為最后一級(jí)的輸出電阻Ron

。+vo1=vi2-23三、復(fù)合管(達(dá)林頓管)

為了擴(kuò)大三極管電流的驅(qū)動(dòng)能力,提高電流放大系數(shù),可將兩只三極管組合起來(lái)。NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)的三極管可以如下組合：1.NPN與NPN→NPNT1T2iBiCiETiBiCiE等效1iB(1+1)iB2(1+1)iB復(fù)合管的電流放大系數(shù):=iC/iB=[1iB+

2(1+1)iB]/iB=1

+

2+12≈12復(fù)合管be之間的輸入電阻rbe:

rbe=vBE/iB=[iB·rbe1+(1+1)iB·rbe2]/iB=rbe1+(1+1)rbe2242.PNP與PNP→PNPTiBiCiE等效T1T2iBiCiE1iB(1+1)iB2(1+1)iB=1

+

2+12

≈12rbe=rbe1+(1+1)rbe23.NPN與PNP→NPNTiBiEiC等效T1T2iBiEiC=(1+2)1iB(1+1)iB1iB21iB=1+12≈12rbe=rbe1254.PNP與NPN→PNPTiBiEiC等效T1T2iBiEiC=(1+2)1iB(1+1)iB1iB21iB=1+12≈12rbe=rbe1復(fù)合管總結(jié)：(1)復(fù)合管的類(lèi)型由兩只晶體管中的第一只管子決定。(2)同類(lèi)型晶體管組成的復(fù)合管:=1+

2+12≈12,rbe=rbe1+(1+1)rbe2(3)不同類(lèi)型晶體管組成的復(fù)合管:=1+12≈12,rbe=rbe126T1,T2構(gòu)成復(fù)合管,可等效為一個(gè)NPN管=1+2+12≈12rbe=rbe1+(1+1)rbe2+vo-RbReRS++RL+VCC+vi-T1T2+vs-2.靜態(tài)分析直流通路如圖:RbRe+VCCT1T2四、共集—共集放大電路1.電路ICQ≈IEQ＝(1+)IBQVCEQ＝VCC－IEQ

ReVCEQICQIBQIEQ273.動(dòng)態(tài)分析(1)小信號(hào)等效電路(下圖)+vo-RbReRS++RL+VCC+vi-T1T2+vs-rbeRbRL+vi

-+vo-+vS-RSReiiibicibie(2)電壓放大倍數(shù)式中:≈12rbe＝rbe1＋(1＋1)rbe2(2)輸入電阻Ri＝Rb//[rbe+(1+)(Re//RL)](4)輸出電阻28+vo-RbReRS++RL+VCC+vi-T1T2+vs-(5)不足與改進(jìn)不足：圖中T2的電流是T1的倍,因此T1的工作點(diǎn)電流IC太小,工作點(diǎn)太低。改進(jìn)：在T1射極與地之間加接一只幾十k以上的電阻Re1或接恒流源。Re1注意：加接Re1后T1、T2不再組成復(fù)合管。29加接Re1后的靜態(tài)值：IBQ1

Rb＋VBE1Q＋[(1+1)IBQ1-IBQ2]

Re1＝VCC……(1)IBQ1

Rb＋VBE1Q＋VBE2Q＋(1+2)IBQ2Re＝VCC……(2)由(1)(2)解出IBQ1,

IBQ1。ICQ1＝1IBQ1,ICQ2＝2IBQ2+vo-RbReRS++RL+VCC+vi-T1T2+vs-Re1VCEQ1＝VCC－[(1+1)IBQ1-IBQ2]

Re1VCEQ2＝VCC－(1+2)IBQ2Re30+vo-RbReRS++RL+VCC+vi-T1T2+vs-Re1加接Re1后的動(dòng)態(tài)值：輸入電阻RL1＝Ri2＝rbe2＋(1＋2)(Re||RL)]Ri＝Ri1＝Rb1||[rbe1＋(1＋1)(Re1||Ri2)]輸出電阻電壓放大倍數(shù)=Av1×Av231第一級(jí)第二級(jí)負(fù)載信號(hào)源兩級(jí)阻容耦合放大電路圖示。試求出靜態(tài)值、動(dòng)態(tài)值。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++VCC+––T1T2例11.靜態(tài)分析

由于電容有隔直作用,所以每級(jí)放大電路的直流通路互不相通,每級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立,互不影響,可以各級(jí)單獨(dú)計(jì)算。兩級(jí)放大電路均為共發(fā)射極分壓式偏置電路。322.

動(dòng)態(tài)分析微變等效電路2ib2ic2ib2+vo-rbe2+vS-+vi-rbe1ii1ib1ic1+

vo1-1ib1RB2RC1RSRC2RLRB1R'B1R'B2輸入電阻:Ri＝RB1||RB2||rbe1,Ri2＝R'B1||R'B2||rbe2輸出電阻:Ro1＝RC1,Ro＝RC2兩級(jí)負(fù)載電阻:RL1＝RC1||Ri2,

RL2＝RC2||RL各級(jí)電壓增益：兩級(jí)電壓總增益：Av=Av1×Av233

兩級(jí)電壓放大電路如圖示,已知β1=β2=50,T1和T2均為3DG8D。(1)計(jì)算前、后級(jí)放大電路的靜態(tài)值(VBE=0.6V);(2)求放大電路的輸入電阻和輸出電阻；

(3)

求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k例234第一級(jí)是射極輸出器:

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k解:(1)兩級(jí)放大電路的靜態(tài)值可分別計(jì)算:35RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k第二級(jí)是分壓式偏置電路36(2)計(jì)算r

i和r

02ib2ic2ib2+

vo-+vi-ib1ic11ib1R'B1R'B2rbe2RC2rbe1RB1RE1R'E2372ib2ic2ib2+

vo-+vi-ib1ic11ib1R'B1R'B2rbe2RC2rbe1RB1RE1R'E238(3)求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)2ib2ic2ib2+

vo-+vi-ib1ic11ib1R'B1R'B2rbe2RC2rbe1RB1RE1R'E239§4.7放大電路的頻率響應(yīng)——輸入為正弦信號(hào)時(shí),放大器增益與頻率的關(guān)系＝Av()∠()其中：Av()——稱(chēng)為幅頻響應(yīng)或幅頻特性；()——稱(chēng)為相頻響應(yīng)或相頻特性；+.Vi-+.Vo-RC低通電路——低頻信號(hào)能順利通過(guò)電路達(dá)到輸出端口,抑制高頻信號(hào)通過(guò)電路。輸入信號(hào)頻率是變的輸出信號(hào)增益的頻率響應(yīng)一.單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)1.RC低通電路的頻率響應(yīng)(1)RC低通電路40(2)RC低通電路的增益頻率函數(shù)——(電路理論中的網(wǎng)絡(luò)函數(shù))令:fH=1/2RC幅頻響應(yīng):相頻響應(yīng):

H=-arctan(f/fH)+.Vi-+.Vo-RC41(3)RC低通電路的波特圖幅頻響應(yīng)曲線:f/Hz.|AvH|1fH0.707幅頻響應(yīng)的波特圖:——縱軸取20lg(分貝)為刻度,橫軸以10倍頻程為刻度0.1fHfH10fH100fHf/Hz0-20-40.20lg|AvH|/dB-20dB/十倍頻程.20lg|AvH|=-10lg[1+(f/fH)2]相頻響應(yīng):——只有橫軸以10倍頻程為刻度f(wàn)/Hz0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°H=-arctan(f/fH)fH:上限截止頻率422.RC高通電路的頻率響應(yīng)(1)RC高通電路高通電路——高頻信號(hào)能順利通過(guò)電路達(dá)到輸出端口,抑制低頻信號(hào)通過(guò)電路。輸入信號(hào)頻率是變的輸出信號(hào)+.Vi-+.Vo-RC(2)RC高通電路的增益頻率函數(shù)令:fL=1/2RC幅頻響應(yīng):相頻響應(yīng):

L=arctan(fL/f)430.01fL0.1fLfL

10fLf/Hz90°45°0°f/Hz0.01fL0.1fLfL

10fL0-20-40.20lg|AvL|/dB(3)RC高通電路的波特圖20dB/十倍頻相頻響應(yīng):L=arctan(fL/f)幅頻響應(yīng)的波特圖:.20lg|AvL|=-10lg[1+(fL/f)2]幅頻響應(yīng):fL:下限截止頻率Av下降到0.707時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率44二.BJT的高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù)1.BJT的中低頻小信號(hào)模型icib+vce-cbe+vbe-等效①分析動(dòng)態(tài)②信號(hào)很?、僦械皖lcrbeibibbeic+vce-+vbe-2.BJT的高頻小信號(hào)模型icib+vce-cbe+vbe-等效①分析動(dòng)態(tài)②信號(hào)很?、俑哳l+

.Vbe-+

.Vce-rbb'becb'.Ib.Icrb'eCb'e+

.Vb'e-Cb'c.gmVb'e45基區(qū)的體電阻:rbb'≈幾十~幾百發(fā)射結(jié)電阻:

rb'e≈(1+)26(mV)/IEQ發(fā)射結(jié)電容:Cb'e≈幾十~幾百pF集電結(jié)電容:Cb'c≈2~10pF互導(dǎo):gm≈IEQ/26(mV)+

.Vbe-+

.Vce-rbb'becb'.Ib.Icrb'eCb'e+

.Vb'e-Cb'c.gmVb'e3.BJT高頻小信號(hào)模型中元件參數(shù)值的求法(推導(dǎo)過(guò)程略)特征頻率fT:可從手冊(cè)中查出Cb'c:可從手冊(cè)中查出rbb':可從手冊(cè)中查出rb'e≈(1+)26(mV)/IEQ其中：rbe=rbb'+rb'e46三.單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)Rb1RCCb1Cb2Rb2CeReRL++++VCC+vi–+vo–RS+vS–1.電壓增益的高頻響應(yīng)(1)高頻小信號(hào)電路RCRL+

.Vo

-RS+.VS

-+.Vi

-Rb1Rb2+

.Vbe-+

.Vce-rbb'becb'.Ib.Icrb'eCb'e+

.Vb'e-Cb'c.gmVb'e(2)高頻電壓增益響應(yīng)(推導(dǎo)過(guò)程略)47通帶源電壓增益：上限頻率：Ri＝Rb1||Rb2||rbeR'L＝RC||RLf/Hz0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍頻程.20lg|A