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文檔簡介

1、第三章 半導體三極管及其放大電路本章內容簡介本章首先討論半導體三極管( BJT )的結構、工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。隨后著 重討論 BJT 放大電路的三種組態(tài),即共發(fā)射極、共集電極和共基極三種放大電路。內容安排 上是從共發(fā)射極電路入手,再推及其他兩種電路,并將圖解法和小信號模型法,作為分析放 大電路的基本方法。(一)主要內容 :半導體三極管的結構及工作原理,放大電路的三種基本組態(tài)靜態(tài)工作點 Q 的不同選擇對非線性失真的影響用 H 參數(shù)模型計算共射極放大電路的主要性能指標共集電極電路和共基極電路的工作原理三極管放大電路的頻率響應(二)教學要點:從半導體三極管的結構及工作原理入手,重點介紹三種

2、基本組態(tài)放大電路的靜態(tài)工作 點、動態(tài)參數(shù)(電壓增益、源電壓增益、輸入電阻、輸出電阻)的計算方法, H 參數(shù)等 效電路及其應用。(三)基本要求 :了解半導體三極管的工作原理、特性曲線及主要參數(shù)了解半導體三極管放大電路的分類掌握用圖解法和小信號分析法分析放大電路的靜態(tài)及動態(tài)工作情況理解放大電路的工作點穩(wěn)定問題掌握放大電路的頻率響應及各元件參數(shù)對其性能的影響3.1半導體三極管(BJT)的結構簡介:半導體三極管有兩種類型:NPN型和PNP型 結構特點:發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高;集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū),且面積大;基區(qū)很薄, 般在幾個微米至幾十個微米,且摻雜濃度最低。的電流分配與放大原理三極管的放大作用是在

3、一定的外部條件控制下,通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的 外部條件:發(fā)射結正偏,集電結反偏載流子的傳輸過程1. 內部載流子的傳輸過程發(fā)射區(qū):發(fā)射載流子;集電區(qū):收集載流子;基區(qū):傳送和控制載流子(以 NPN為例)以上看出,三極管內有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導電,故稱為雙極型三極管,或 BJT (Bipolar Junction Transistor)。2. 電流分配關系ic = i eiB =(1 - : ) iEiciB3. 三極管的三種組態(tài)共發(fā)射極接法,發(fā)射極作為公共電極,用CE表示。共基極接法,基極作為公共電極,用CB表示。共集電極接法,集電極作為公共電極,用CC表示。/ECECBBJT的

4、三種組態(tài)4.放大作用綜上所述,三極管的放大作用,主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸,然后到 達集電極而實現(xiàn)的。實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是:(1)內部條件:發(fā)射區(qū)雜質濃度遠大于基區(qū)雜質濃度,且基區(qū)很薄。(2)外部條件:發(fā)射結正向偏置,集電結反向偏置。的特性曲線1.輸入特性曲線iB二f(VBE)|yE鈉st(1)當VCE =0V時,相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線。(2) 當Ve-W時,VCB =VCE -VBE 0V,集電結已進入反偏狀態(tài),開始收集電子,基區(qū)復合減少,同樣的 下,減小,特性曲線右移。(3) 輸入特性曲線的三個部分:死區(qū);非線性區(qū);線性區(qū)2. 輸出特性曲線Zc/mAf飽和區(qū)Z

5、E= 0尊止區(qū)46S ftE/Vic = f(VcE)| iB zconst放大區(qū):ic平行于Vce軸的區(qū)域, 曲線基本平行等距。此時,發(fā)射結正偏,集電結反偏。截止區(qū):ic接近零的區(qū)域,相當iB=0的曲線的下方。此時,VBE小于死區(qū)電壓,集電結反偏。飽和區(qū):ic明顯受VCE控制的區(qū)域,該區(qū)域內,一般Vce< 0.7V(硅管)。此時,發(fā)射結正偏,集電結正偏 或反偏電壓很小。的主要參數(shù)Zc/mA3020IQ0e 500iAA4叩曲jc300RAb2WAaI呂=lIQQpAJ .1DpA“ j5 ' (0 15 20 e/v1. 電流放大系數(shù)(1) 共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)(2) 共發(fā)

6、射極交流電流放大系數(shù)(3) 共基極直流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù)當ICBO和ICEO很小時,直流和交流可以不加區(qū)分。2.極間反向電流(1)集電極基極間反向飽和電流I CBO; 發(fā)射極開路時,集電結的反向飽和電流。 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流I CEO:即輸出特性曲線Ib = 0那條曲線所對應的Y坐標的數(shù)值。Iceo也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。3. 極限參數(shù)/c/mA集電極最大允許電流IcM集電極最大允許功率損耗PCM = IcVcE反向擊穿電壓V(BR)CBO發(fā)射極開路時的集電結反向擊穿電壓。V(BR) EBO集電極開路時發(fā)射結的反向擊穿電壓。V(BR)CEO基極開路時集電極和發(fā)射

7、極間的擊穿電壓幾個擊穿電壓有如下關系:V(BR)CBO > V(BR)CEO > V(BR) EBO由PcM、IcM和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)小結:本節(jié)主要介紹了三極管的結構、工作原理和特性曲線。作業(yè):, 3.2共射極放大電路1. 電路組成放大電路組成原則:1 提供直流電源,為電路提供能源。2 電源的極性和大小應保證 BJT基極與發(fā)射極之間處于正向偏置;而集電極與基極之間處于反向偏置,從而使BJT工作在放大區(qū)。3 電阻取值與電源配合,使放大管有合適的靜態(tài)點。4. 輸入信號必須能夠作用于放大管的輸入回路。5當負載接入時,必須保證放大管輸出回路

8、的動態(tài)電流能夠作用于負載,從而使負載獲得比輸入信號大得多的信號電流或信號電壓。2. 簡化電路及習慣畫法3. 簡單工作原理共射極基本放大電路的電壓放大作用是利用了BJT的電流控制作用,并依靠Rc將放大后的電流的變化轉為電壓變化來實現(xiàn)的。4. 放大電路的靜態(tài)和動態(tài)靜態(tài):輸入信號為零時,電路的工作狀態(tài),也稱直流工作狀態(tài)。動態(tài):輸入信號不為零時,電路的工作狀態(tài),也稱交流工作狀態(tài)。電路處于靜態(tài)時,三極管個電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點,稱為靜態(tài)工作點,常稱為Q點。一般用Ib、lc、和Vce (或Ibq、Icq、和Vceq )表示。5. 直流通路和交流通路根據疊加原理可將電路中的信號分解為:直流信

9、號和交流信號。直流信號通過直流通路求解,交流信號通過交流通路求解。直流通路:當沒加輸入信號時,電路在直流電源作用下,直流電流流經的通路。直流通路用于確定靜態(tài)工作點。直流通路畫法:電容視為開路;電感線圈視為短路;信號源視為短路,但保留其內阻。 交流通路 :在輸入信號作用下交流信號流經的通路。交流通路用于計算電路的動態(tài)性能指標。交流通路畫法:容量大的電容視為短路;直流電源視為短路。對于放大電路來說其最基本要求,一是不失真,二是能夠放大。只有在信號的整個周期 內 BJT 始終工作在放大狀態(tài),輸出信號才不會產生失真。靜態(tài)工作點設置合適能實現(xiàn)線性放大;靜態(tài)工作點設置偏高會產生飽和失真;靜態(tài)工作 點設置偏

10、低會產生截止失真。 Q 點不僅影響電路是否會產生失真,而且影響著放大電路幾乎 所有的動態(tài)系數(shù)。小結:本節(jié)主要介紹了共射極放大電路簡單工作原理。作業(yè): 3.3圖解分析法靜態(tài)工作情況分析1. 用近似估算法求靜態(tài)工作點:采用該方法,必須已知三極管的B值。根據直流通路:硅管 Vbe=0.7V,鍺管Vbe=0.2V1 C1 B; VCE =VCCCRC2. 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(Q點):采用該方法分析靜態(tài)工作點,必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。首先,畫出直流通路;在輸入特性曲線上,作出直線 Vbe =Vcc-iBRb,兩線的交點即是Q點,得到Ibq。在輸出特性曲線上,作出直流負載線 Vce=Vc

11、c IcRc,與Ibq曲線的交點即為Q點,從而得到Vceq和Icq。動態(tài)工作情況分析1. 交流通路及交流負載線過輸出特性曲線上的Q點做一條斜率為 -1/(Rl Rc)直線,該直線即為交流負載 線。交流負載線是有交流輸入信號時 Q 點的運動軌跡。R'l= Rl / &,是交流負 載電阻。2. 輸入交流信號時的圖解分析通過圖解分析,可得如下結論:1. Vi r Vbe iB ic Vce |v。I2. vo與Vi相位相反;3. 可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù);4. 可以確定最大不失真輸出幅度。ic/mA飽和區(qū)200uA3. BJT的三個工作區(qū)飽和區(qū)特點:ic不再隨iB的增加而線性

12、增加,截止區(qū)特點:iB = 0, iC = ICEO當工作點進入飽和區(qū)或截止區(qū)時,將產生非線性失真1. 波形的失真飽和失真:由于放大電路的工作點達到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于 NPN管,輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。截止失真:由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于 NPN管,輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。2. 放大電路的動態(tài)范圍放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度,要求:工作點Q要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位,即:Vceq =VCCVUES ;要有合適的交流負載線。23. 輸出功率和功率三角形放大電路向電阻性負載提供的輸出功率在輸出特性曲線上,正好是三角形 DA

13、BQ的面積,這 一三角形稱為功率三角形。要想 Po大,就要使功率三角形的面積大,即必須使 Vom和Iom都 要大。ic/mA.om 1 omom放大電路如圖所示。已知 BJT 的?=80, Rb=300KQ, Rc=2KQ, Vcc= +12V, 求:(1)放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域?(2)當Rb=100KQ時,放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域?(忽略飽和壓降) 解:(1)放大電路的Q點:I b = Vcc VBE12V40 jAIb =80 40"A=3.3mARb300K"Vce =Vcc Rclc =12V -22 3.2mA = 5.6V靜態(tài)工

14、作點為 Q (40uA,3.2mA,5.6V),BJT工作在放大區(qū)(2)當 Rb=100KQ 時,Vce =VCC -RCIC =12V - 2K9.6mA = -7.2VI b120 "AI c b = 80 120 "A = 9.6mARb 100Vce不可能為負值,其最小值也只能為 0,即Ic的最大電流為:1 CM12V2K' 1=6 mA所以BJT工作在飽和區(qū)小結:本節(jié)主要介紹了圖解分析法的原理和主要應用作業(yè):3.3.1,3.3.2,3.3.4,3.3.6,3.3.83.4小信號模型分析法的小信號建模建立小信號模型的意義:由于三極管是非線性器件,這樣就使得放

15、大電路的分析非常困 難。建立小信號模型,就是將非線性器件做線性化處理,從而簡化放大電路的分析和設計建立小信號模型的思路:當放大電路的輸入信號電壓很小時,就可以把三極管小范圍內 的特性曲線近似地用直線來代替,從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性 電路來處理。H參數(shù)都是小信號參數(shù),即微變參數(shù)或交流參數(shù)。H參數(shù)與工作點有關,在放大區(qū)基本不變。H參數(shù)都是微變參數(shù),所以只適合對交流信號的分析。BJT的H參數(shù)模型BJT的H參數(shù)簡化模型BJT的H參數(shù)簡化模型模型的簡化:H參數(shù)的確定:B 般用測試儀測出;rbe與Q點有關,可用圖示儀測出。一般也用公式估算:26(mV)rbe 彩 2000+ 戸)

16、Ie342用H參數(shù)小信號模型分析共射極基本放大電路1. 利用直流通路求Q點:共射極放大電路一般硅管Vbf=0.7V,鍺管Vbe=0.2V, B已知。Ib 歸 VbElc 二-IbVce 二Vcc -RJcRb2. 畫出小信號等效電路3. 求電壓增益:uo- -(Rc/RL)ib-(R:/Rl)A :Uilbberbe4. 求輸入電阻:R二Rbrbe5. 求輸出電阻:Ro =Rc放大電路小信號模型分析法的一般步驟:1 根據直流通路估算靜態(tài)工作點,并確定 H參數(shù);2 畫出放大電路的交流通路;3 根據交流通路用BJT的H參數(shù)小信號模型代替電路中的BJT,畫出放大電路的小信號模型等效電路。4. 根據放

17、大電路的小信號模型等效電路計算放大電路的交流指標A、R、R。圖解法和小信號模型分析方法的比較圖解法的特點是真實地根據BJT的非線性特性求解。它在輸入大信號以及分析輸出幅值和波形失真的情 況時比較合適。小信號模型分析法的特點是在小信 號條件下,將BJT線性化為我們所熟悉的線性網絡 來,進而利用電路理論的方法分析放大電路的各項 技術指標,它適用于放大電路工作于小信號時的動態(tài)分析。 小結:本節(jié)主要介紹了小信號模型分析法基本原理及應用。作業(yè):3.5放大電路的工作點穩(wěn)定問題溫度對工作點的影響CBO(T0 -25 )ic/mAI CBOVce/V溫度T上升,則輸出特性曲線上移溫度變化對輸入特性曲線的影響V

18、be =Vbez5)-(T-T。)2.2 10®溫度變化對B的影響溫度每升高C, B要增加0.5%1.0%;溫度T上升,則輸出特性曲線族間距增大綜合上述: Icbo、b、Vbe隨溫度T升高的結果,都集中表現(xiàn)在 Q點電流Ic的增大 硅管的Icbo小,溫度的變化主要考慮對 Vbe和的影響,。 鍺管的Icbo大,Icbo的溫度影響對鍺管是主要的。射極偏置電路1.穩(wěn)定工作點原理:目標:溫度變化時,使Ic維持恒定。如果溫度變化時,b點電位能基本不變,則可實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。射極偏置電路電路穩(wěn)定工作點的物理過程:利用Rbi和Rb2組成的分壓器以固定基極電位。如果Ii»Ib ( Il是

19、流經Rb1、Rb2的電流),就可近似地認為基極電位 Vb = Rb2Vcc/ ( Rb什Rb2)。在此條件下,當溫度上升時,lc ( Ie)將增加,由于Ie的增加,在Re上產生的壓降lERe也要增加,使外加于管子的 Vbe減?。ㄒ騐be=Vb-eRc,而Vb又被Rbi和Rb2所固定),由于Vbe的減小使Ib自動減小,結果牽制了 lc的增加,從而使lc基本恒定。這就是反饋控制的原理。由上述分析可知,l愈大于Ib及Vb愈大于Vbe,則該電路穩(wěn)定Q的效果愈好。為兼顧其他指標,設計此種電路時,一般可選取 li= (510) Ib (硅管);li= (1020) Ib (鍺管)Vb= (35) V (硅

20、管);Vb= (13) V ;(鍺管)2. 放大電路指標分析圖15.1 射極偏置電路Rb9 3.52射軽偏置電略的小怡號等效電箱靜態(tài)工作點:FA _u。_"RcRl)Ui rbe (1)Re-(Ro/Rl)Rin電壓增益:輸入電阻:Ri=Rb1Rb2Rin二Rb1Rb2rbe(1R輸出電阻:RRC 電路處于放大區(qū)的條件:VB -VBE .ReRb2VBE .ReRb2.ReVcE _ 0 二VccRc* ReRb1*Rb2VccRc*ReR>1*Rb2Rc+Re3. 射極偏置電路做如何改進,既可以使其具有溫度穩(wěn)定性,又可以使其具有與固定偏流電路相同的動態(tài)指標?1(RcRl)r

21、beA(RcRl)rbe (1: )ReRi - Rb1 / Rb2 /be圏3.54 射極偏苣電路可選大電阻Rb使得:Ri = (RbRb1 仏2 ) rbe :" rbe小結:本節(jié)主要介紹了射極偏置電路的工作原理及改進電路作業(yè):3.6共集電極電路和共基極電路3.6.1共集電極電路:該電路也稱為射極輸出器求靜態(tài)工作點:Vcc - VbeIrJo7)ReIC 八1 BVCE = VCC - 1 E:" VCC - 1 C Re電壓增益:Uoib(1)(RU/RL)(1J(ReRL)UiibWbe (1)(ReRL)rbe (1(ReRL) 輸入電阻:R 二 R / rbe

22、(1 JRe : Rb / 'Re可選Rb::,使R ReRo = U = Re ( Rs Rb< *rbe 輸出電阻:i1 共集電極電路特點:電壓增益接近于 1 ;輸入電阻大,對電壓信號源衰減??;輸出電阻小,帶負載能力強:電壓跟隨器。共集電極電路做如何改進,既可以使其具有溫度穩(wěn)定性,又可以不影響其動態(tài)指標?362采用復合管進一步提高輸入電阻 電壓增益:A %(1)(打)(尺巳)気-了血1 (1 冷)2 (12)(1S)(ReRL)ib1(1 JOi)(ReRL).(12)(1i)(ReRL) 輸入電阻:R =(RbRb1Rb2)rbe1 (1)気2 (12)(1 TR:Rb/b

23、e (12)(11)Re : Rb R可選 Rb:,使 RiRe 輸出電阻:.u(11)仏(RsRb) rbe1 C% -一 Re -i(12)(iJ由于采用復合管,使共集放大電路 Ri大、 Ro小的特點得到進一步的發(fā)揮。在多級 電子電路中,因電壓跟隨器的輸入電阻高而用作輸入級;因輸出電阻低且電流 增益大而用作輸出級; 因輸入電阻高且輸出電阻低而用作緩沖級共基極電路1. 靜態(tài)工作點:直流通路與射極偏置電路相同% K%圖3."共基極電路的小信號等效等效電路2.動態(tài)指標 電壓增益:A . % _ - :(/住九 _:(RlRc)ui_ i b rberbe 輸入電阻:R.= U = R

24、(Rs/ Rb) fRi i 氏1+ P 輸出電阻:R。" Rc共基極電路的輸入電阻很小,最適合用來放大何種信號源的信號?電流源3.三種組態(tài)的比較電壓增益:"RcRl)rbe(1J(ReRL)1(RcRl)気(i(ReRL)rbe輸入電阻:Rb/rbeR(RsRb) +beRb/rbe(1:)Re01-輸出電阻:Rc(RsRb) %Re/1Rc小結:本節(jié)主要介紹了共集電極電路和共基極電路的工作原理作業(yè):3.7放大電路的頻率響應在實際應用中,電子電路所處理的信號,如語音信號、電視信號等都不是簡單的單一頻 率信號,它們都是由幅度及相位都有固定比例關系的多頻率分量組合而成的復雜信

25、號,即具 有一定的頻譜。如音頻信號的頻率范圍從 20Hz到20Hz,而視頻信號從直流到幾十兆赫。 由于放大電路中存在電抗元件(如管子的極間電容,電路的負載電容、分布電容、耦合電容、 射極旁路電容等),使得放大器可能對不同頻率信號分量的放大倍數(shù)和相移不同。如放大電路對不同頻率信號的幅值放大不同,就會引起幅度失真。如放大電路對不同頻率信 號產生的相移不同就會引起相位失真。幅度失真和相位失真總稱為頻率失真,由于此失真是 由電路的線性電抗元件(電阻、電容、電感等)弓I起的,故不稱為線性失真。為實現(xiàn)信號不失真放大所以要需研究放大器的頻率響應。頻率失真與非線性失真頻率失真和非線性同樣都是使輸出信號產生畸變

26、,但兩者在實質上是不同的。具體體現(xiàn)以下兩點:1. 起因不同:頻率失真是由電路中的線性電抗元件對不同信號頻率的響應不同而引起,非線 性失真由電路的非線性元件(如 BJT、FET的特性曲線性等)引起的。2. 結果不同:頻率失真只會使各頻率分量信號的比例關系和時間關系發(fā)生變化,或濾掉某些頻率分量信號。但非線失真,會將正弦波變?yōu)榉钦也?,它不僅包含輸入信號的頻率成分(基 波),而且還產生許多新的諧波成分時間常數(shù)RC電路的頻率響應放大電路頻率響應的基本概念1.放大電路的頻率響應Ay Ay(f)頻率響應表達式丄表示電壓放大倍數(shù)的模與頻率.的關系,稱為幅頻響應。門:表示放大器輸出電壓與 輸入電壓之間的相位差

27、&與頻率的關系,稱為相頻響應。2. RC耦合放大器的幅頻特性RC耦合放大器的幅頻特性曲線如圖所示 中頻區(qū):在一個較寬的頻率范圍內,曲線是平坦的。即放大倍數(shù)不隨信號頻率而變。(在此 頻率范圍內,耦合電容、射極旁路電容視為短路,極間電容視為開路)。咼頻區(qū)(咼于fH的頻率范圍):當信號頻率升咼時,放大倍數(shù)隨頻率的升咼而減少。(在此 頻率范圍幅頻特性主要受 BJT的極間電容的影響)。低頻區(qū)(低于fL的頻率范圍)當頻率降低時,放大倍數(shù)隨頻率的降低而減少 頻特性主要受耦合電容和旁路電容的影響)。通頻帶(BW)當Avh下降到0.707Avh時所確定的兩個頻率(在此頻率范圍幅A'.+c,=V.

28、fH和fL之間的頻率范圍:BW=fH-fL波特圖在研究放大電路的頻率響應時,由于信號的頻率范圍很寬(從幾赫到幾百兆赫以上),放大 電路的放大倍數(shù)也很大(可達百萬倍),為壓縮坐標,擴大視野,在畫頻率特性曲線時,頻 率坐標采用對數(shù)刻度,而幅值(用 dB表示)或相角采用線性刻度。這種半對數(shù)坐標特性曲 線稱為對數(shù)頻率特性或波特圖。波特圖可采用如前所述折線法近似作出。RC低通電路的頻率響應放大電路高頻區(qū)的頻率響應可用圖所示的 RC低通電路來模擬1.頻率響應h=其中"-心士2幅頻響應波特圖幅頻響應可在波特圖中用兩條直線來近似描述: 當:匸時 幾匸-:,I.'- L - 三 '&#

29、39;用分貝表示為:汕于 "J -廠f»h毎小員7而訕f 當時用分貝表示為此直線的斜率為-20dB/十倍頻程,它與零分貝 線在一 V處相交。近似的幅頻響應如圖所示。3、相頻響應可用三條直線來近似描述:(1) 當時,得一條;"的直線。(2) 當時,得一條1的直線(3) 當_ V時,、匚由于當I ''或時,相應可近似得廠1和故在 三和之間,可用一條斜率為 -十倍頻程的直線來表示??僧嫷孟囝l響應圖。RC高通電路的頻率響應;'I:頻率響應5 + 1/C2則:幅頻響應為:幅頻響應為:'- I采用與低通電路同樣的折線似方法,可畫出高通電路的幅頻

30、和相頻響應曲線圖單級放大器的高頻響應1. BJT高頻小信號建模模型的引出:根據BJT的特性方程,H參數(shù)低頻小信號模型不適用于高頻特性分析,這是因為在高頻運用 的情況下,其物理過程與低頻小信號比較有差異 ,主要表現(xiàn)在BJT的極間電容不可可略。BJT的高頻小信號模型如圖所示模型中參數(shù)的獲取高頻小信號模型中的元件參數(shù)可以通過實驗得到,這里介紹的是它與低頻小信號模型參的關系。由于高頻小信號模型中的元件參數(shù),在很寬的頻率范圍內與頻率無關,所以模型中的電阻參數(shù)和互導gm都可以通過低頻小信號模型參數(shù)得到。在低頻區(qū),如果忽略Cb和Cb金影響時,可得如圖1所示的低頻小信號模型。將圖2與低頻小信號模型比較,在輸入

31、回路有: 由上式得 I ' 1 !再從輸出回路比較可得如下的關系:1二二匕=圖1低頻小信號模型圖2小信號模型等效電路將圖2與低頻小信號模型比較,在輸入回路有:'' 由上式得I嘰【:' - ' I 1 '再從輸出回路比較可得如下的關系:由于Cbc就是電谷Cob,可以從手冊中查到Cbe可通過下式計算:式中fT為BJT的特征頻率,亦可從手冊中查到BJT頻率參數(shù)JA丸乩-隔血總4(討M叭J的叭001 +jdXQrt +°族)臥可得其幅頻特性曲線,如圖所示 特征頻率fT當B的頻響曲線以-20dB/十倍頻程的斜率下降,直至增益為OdB時的某一頻率f

32、T稱為特征頻率。當:時.0fT的典型值在1001000MHz之間。單級共射放大電路的高頻響應 1.根據高頻區(qū)工作特點畫出高頻小信號等效電路高頻區(qū)考慮的作用,而耦合電容C仍可視為短路,高頻小信號等效電路如下圖所示+ +Vfa2.頻響分析 = -180o-te_1X. |恨鳧k諒電路高頻響應與低通電路的頻率響應相似,可按以前的方法畫出相類似的波特圖單級共射放大電路的低頻響應 1、畫出低頻小信號等效電路在低頻區(qū)應將 I開路,而考慮C的作用, 可畫出低頻小信號等效電路如圖所示。2、頻響分析 低頻電壓放大倍數(shù)用表示少fi+j-W召啦Af/20181 = 20.1 + 2018-,ArtxRC放大電路的低

33、頻響應與RC高通頻響形式一樣,只差一個常數(shù)倍。所以它的波特圖形式與 高通類似。單級共射放大電路的全頻域響應的綜合前面我們已分別討論了電壓放大倍數(shù)在中頻段、低頻段和高頻段的頻率響應,現(xiàn)在把它們加n以綜合,就可得到完整的單級共射電路電壓放大倍數(shù)的全頻域響應。將放大倍數(shù)的三個頻區(qū)的頻響表達式綜合,可寫出放大倍數(shù)的近似式:當【二1時,則上式變?yōu)?丄 七丄單級放大電路的帶寬-增益積及其回路電阻增益帶寬積的引入 為了使帶寬增加,可設法提高上限頻率,即減小減小則需減小-二則 減小??梢姡琭H的提高與一"相矛盾。為了綜合考察這兩方面的性能,引入一個新的參數(shù)一一增益帶寬積增益-帶寬積的定義:放大電路電

34、壓增益()與通頻帶(fbw)的乘積首先應選用附和Cob均小的高頻管,并且與此同時,盡量減小所在回路的總等效電阻。另外,還可考慮采用共基電路 射極偏置電路的低頻響應要分析簡化電路其低頻響應,首先畫出它的低頻小信號等效電路,如圖1所示 為便于分析對電路需作一些合理的近似,使其簡化1、設人廠“ *1遠大于放大電路本身的輸入阻抗,以致 Rb的影響可以忽略;Ce的值足夠大除去Re Rb得簡化電路如圖2所示 2、把Ce折算到基極電路,折算后的容抗為 折算后的電容為丄丄1 + 0基極回路中的總電容Cl為匚二射極偏置電路的下限截止頻率的確定_陸.11由圖可得:1 p.:-I設中頻區(qū)電壓增益為尺+氐幾1, =1

35、因此 "式中Ai =誡l(尺+rbJ12也叔十搶)如果fL1和fL二者之間的比值在四倍以上,則可取較大的值作為放大電路的下限頻率。共基放大電路的高頻響應根據共基電路的交流通路可畫出其高頻小信號等效電路如圖所示。我們來考察BJT 電容Cbe和Cbe以及負載電容Cl對高頻響應的影響一、Cbe的影響:由共基電路高頻小信號等效電路可見,如果忽略rbb的影響, 則Cbc直接接于輸入端,輸入電容 Ci = Cbc, 不存在密勒倍增效應,且與 Cbc無關。所以,共基電路的輸入電容比共射電路./K1 2 Jt的小得多,fH1很高。理論分析的結果 二、Cbc以及負載電容Cl的影響 如果忽略rbb的影響

36、,則Cbc直接接到輸出端,也不存在密勒倍增效應。輸出回路時常數(shù)輸出回路決定的fH2為小結:本節(jié)主要介紹了單級放大器的頻率響應作業(yè):例.已知:Rb=560KQ, Rc=5.1KQ, Ri=R=560KQ, Rl=1MQ, Vcci=Vcc2=12V, f=50I B <-C- 2i.4("A)I C = -1 B = i .07 (mA)Rb560K"RcRb'+VcciVce沁鶯管-I C )(Ri / Rl / Rc )=Vce :-Vcci - Rc I c = 6.54(V)rbe =200 (i 1)26mV =200 -26 i000 =i.4i(K

37、)-2i.4I EmARiRiUi54! L-VCC21q+Uo二 Rbrbe - rbe =i.4i(K0 R。二 Rc/Ri/Q : Rc = 5.i9(K)A*RiRlRc)竺i8irbe例.已知:Rci=3.9KQ,Rc2=3.3KQ, Re2=2KQ, Rs=88KQ,+VcC2 CVcci-+IhlRi1IRcRl1TVcc=Vee=i2V, Vbei=|Vbe2|=0.7V, 0 =40, J° + Vcc虛=20, vs=0 時,vo=0Bi1 Ci-VEE Vbei : YeeRSRS=iIbi =i.57(mA) I 鮎=Ici 一 I B2 =i.39(mA)込

38、=35(吶306K' 1Ic2 二纟 =3.64(mA)*2 二呂=182(A)RC2卩2VCE2 = Vcc Re2 1 C2 = 472(V)Vcei = Vcc Vee Rcil 鮎=17.42(V)Ri2= 200(1 S) 26mV 644(")I ei (mA)rbe2 (12)Re2 =42.2(K Vo1 -血 Vj = -248vivo1 二rbe1RC1Ri2Ri2V°i-200(V 2V26mV -350)I E2mA42.2x(-248)Vj =-227Vj3.942.2VCE1 =12 -7.5 0.51 =8.21(V)VB23091 3012 =2.98(V)嗚=200 101 26mV =5.35(K)0.51mA仏=200 101=6.04( K)0.45IC2 IE2 二 2.98 0.7 = 0.45(mA) VCE2 = 12 - (12 5.1) 0.45 二 4.37(V) 5.1Ri =1500/(5.35 101 7.5) =506(K") R =12(K")5 35Roi =7.5/() : 53()Ri2 =91/30/6.04 =4.76(K):' ViVoiRi2voVo100Y23.6)Voi46v

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