1、4.1 BJT4.3 放大電路的分析方法放大電路的分析方法4.4 放大電路靜態工作點的穩定問題放大電路靜態工作點的穩定問題4.5 共集電極放大電路和共基極放大電路共集電極放大電路和共基極放大電路4.2 基本共射極放大電路基本共射極放大電路4.6 組合放大電路組合放大電路4.7 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應4.1 BJT4.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介4.1.2 放大狀態下放大狀態下BJT的工作原理的工作原理4.1.3 BJT的的VI特性曲線特性曲線4.1.4 BJT的主要參數的主要參數4.1.5 溫度對溫度對BJT參數及特性的影響參數及特性的影響4.1.1 BJT的結構簡介的結構

2、簡介(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管常見常見BJT外形圖外形圖 半導體三極管的結半導體三極管的結構示意圖如圖所示。構示意圖如圖所示。它有兩種類型它有兩種類型:NPN型型和和PNP型。型。4.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介(a) NPN型管結構示意圖型管結構示意圖(b) PNP型管結構示意圖型管結構示意圖(c) NPN管的電路符號管的電路符號(d) PNP管的電路符號管的電路符號P區指向N區集成電路中典型集成電路中典型NPNNPN型型BJTBJT的截面圖的截面圖4.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介 三極管有兩個三極管有兩

3、個PN結，所以在應用中具有四種工作狀態（結，所以在應用中具有四種工作狀態（放大放大、飽和、截止和倒置）。、飽和、截止和倒置）。4.1.2 放大狀態下放大狀態下BJT的工作原理的工作原理2. 放大工作狀態內部載流子的傳輸過程放大工作狀態內部載流子的傳輸過程（以（以NPNNPN為例）為例） 基區作用：傳送和控制載流子基區作用：傳送和控制載流子IE=IB+ IC發射結正偏發射結正偏發射區：發射載流子發射區：發射載流子集電結反偏集電結反偏集電區：收集載流子集電區：收集載流子3.放大工作狀態下電流關系放大工作狀態下電流關系1. 放大工作狀態放大工作狀態的外部條件：的外部條件：發射結正偏，集電結反偏發射結

4、正偏，集電結反偏4.1.2 放大狀態下放大狀態下BJT的工作原理的工作原理 由于三極管內有兩種載流子由于三極管內有兩種載流子( (自由電子和空穴自由電子和空穴) )參與導電，參與導電，故稱為雙極型三極管或故稱為雙極型三極管或BJTBJT ( (Bipolar Junction Transistor) )。 IE= IEN+ IEPIB=IEP+ IBN - ICBO放大狀態下放大狀態下BJTBJT中載流子的傳輸過程中載流子的傳輸過程 IC= ICN+ ICBOIE=IB+ IC2. 電流分配關系電流分配關系發射極注入電流發射極注入電流傳輸到集電極的電流傳輸到集電極的電流設設 ECN II即根據

5、傳輸過程可知根據傳輸過程可知 IC= ICN+ ICBO通常通常 IC ICBOECII 則有則有 為電流放大系數。它只為電流放大系數。它只與管子的結構尺寸和摻雜濃度與管子的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。一般有關，與外加電壓無關。一般 = 0.9 0.99 。IE=IB+ IC放大狀態下放大狀態下BJTBJT中載流子的傳輸過程中載流子的傳輸過程當當 ICBO很小時，很小時，IC IE 1 又設又設BCEOCIII 則則 是另一個電流放大系數。同樣，它也只與管子的結構尺寸和摻雜是另一個電流放大系數。同樣，它也只與管子的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。一般濃度有關，與外加電壓無關

6、。一般 1 。根據根據IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBOECN II且令且令BCCEOCIIII 時，時，當當ICEO= (1+ ) ICBO（穿透電流（穿透電流集電極和發射極間反向飽和電流）集電極和發射極間反向飽和電流）2. 電流分配關系電流分配關系IE=IB+ IC=(1+)IB輸出電流IC（或IE）正比于輸入電流IE（IB）。因此，控制輸入電流就可以控制輸出電流。實質IE是受正向發射結電壓vBE控制的。3. 三極管的三種組態三極管的三種組態共集電極接法共集電極接法，集電極作為公共電極，用，集電極作為公共電極，用CC表示，圖（表示，圖（c） 。共基極接法共基極接法，基極作為公共

7、電極，用基極作為公共電極，用CB表示，圖（表示，圖（a） ；共發射極接法共發射極接法，發射極作為公共電極，用，發射極作為公共電極，用CE表示，圖（表示，圖（b）；）；BJT的三種組態的三種組態共基極放大電路共基極放大電路4. 放大作用放大作用若若 vI = 20mV電壓放大倍數電壓放大倍數4920mVV98. 0IO vvvA使使 iE = -1 mA，則則 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，當 = 0.98 時，時， 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發射極電流能夠通過基區傳輸，然后到靠它的發射極電

8、流能夠通過基區傳輸，然后到達集電極而實現的。達集電極而實現的。實現這一傳輸過程的兩個條件是：實現這一傳輸過程的兩個條件是：（1）內部條件：內部條件：發射區雜質濃度遠大于基區發射區雜質濃度遠大于基區雜質濃度，且基區很薄。雜質濃度，且基區很薄。（2）外部條件：外部條件：發射結正向偏置，集電結反發射結正向偏置，集電結反向偏置。向偏置。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲線特性曲線 iB=f(vBE) vCE=常數常數(2) 當當vCE1V時，時， vCB= vCE - - vBE0，集電結已進入反偏狀態，開始收，集電結已進入反偏狀態，開始收 集電子，基區復合減少，同樣的集電子，基區復合減少，同樣的v

9、BE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。(1) 當當vCE=0V時，相當于發射結的正向伏安特性曲線。時，相當于發射結的正向伏安特性曲線。1. 輸入特性曲線輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例）共射極連接共射極連接輸入特性曲線輸入特性曲線-當當vCE為某一數值時，輸入電流為某一數值時，輸入電流iB與輸入電壓與輸入電壓vBE之間之間的關系。的關系。飽和區：飽和區：iC明顯受明顯受vCE控制的區域，控制的區域，該區域內，一般該區域內，一般vCE0.7V (硅管硅管)。此時，此時，發射結正偏，集電結正偏或反發射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小偏電壓很小。iC=f(v

10、CE) iB=const2. 2. 輸出特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線的三個區域輸出特性曲線的三個區域: :截止區：截止區：iC接近零的區域，相當接近零的區域，相當iB=0的曲線的下方。此時，的曲線的下方。此時， vBE小于死區小于死區電壓電壓。放大區：放大區：iC平行于平行于vCE軸的區域，曲軸的區域，曲線基本平行等距。此時，線基本平行等距。此時，發射結正偏，發射結正偏，集電結反偏集電結反偏。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲線特性曲線輸出特性輸出特性當輸入電流當輸入電流iB為某一數值為某一數值時，集電極電流時，集電極電流iC與電壓與電壓vCE間的關間的關系。系。臨界飽和線 (1) 共發

11、射極直流電流放大系數共發射極直流電流放大系數 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const1. 電流放大系數電流放大系數 4.1.4 BJT的主要參數的主要參數與與iC的關系曲線的關系曲線 (2) 共發射極交流電流放大系數共發射極交流電流放大系數 = IC/ IB vCE=const在輸出特性曲線上，當iC很小（靠近截止區）或很大時，特性曲線變密，間距變小。 會在此時變小。1. 電流放大系數電流放大系數 (3) 共基極直流電流放大系數共基極直流電流放大系數 =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基極交流電流放大系數共基極交流電流放大系數 = IC/ IE vCB=cons

12、t 當當ICBO和和ICEO很小時，很小時， 、 ，可以不，可以不加區分。加區分。4.1.4 BJT的主要參數的主要參數 2. 極間反向電流極間反向電流 (1) 集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流ICBO ICBO實際上和單個實際上和單個PN結的反向電流是一樣的，因此結的反向電流是一樣的，因此它只決定于溫度和少數載流子的濃度。它只決定于溫度和少數載流子的濃度。4.1.4 BJT的主要參數的主要參數ICBO的測量的測量 (2) 集電極發射極間的反向飽和電流集電極發射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 4.1.4 BJT的主要參數的主要參數 2. 極間反向電流極

13、間反向電流ICEO的測量的測量(1) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM -值下降到一定值時的iC值。(2) 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM PCM= ICVCE 3. 極限參數極限參數4.1.4 BJT的主要參數的主要參數 3. 極限參數極限參數4.1.4 BJT的主要參數的主要參數(3) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 V(BR)CBO發射極開路時的集電結反發射極開路時的集電結反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開路時發射結的反集電極開路時發射結的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR)CEO基極開路時集電極和發射基極開路時集電極和發射 極間的擊穿電

14、壓。極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關系幾個擊穿電壓有如下關系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO4.1.5 溫度對溫度對BJT參數及特性的影響參數及特性的影響(1) 溫度對溫度對ICBO的影響的影響溫度每升高溫度每升高10，ICBO約增加一倍。約增加一倍。 (2) 溫度對溫度對 的影響的影響溫度每升高溫度每升高1， 值約增大值約增大0.5%1%。 (3) 溫度對反向擊穿電壓溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響的影響溫度升高時，溫度升高時，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都會有所提高。都會有所提高。 2. 溫度對溫度對BJT特性曲線的影響特性曲線的影

15、響1. 溫度對溫度對BJT參數的影響參數的影響end溫度升高，導致溫度升高，導致BJT的輸出特性曲的輸出特性曲線上移，且各條區間間的距離加大。線上移，且各條區間間的距離加大。4.2 基本共射極放大電路基本共射極放大電路4.2.1 基本共射極放大電路的組成基本共射極放大電路的組成4.2.2 基本共射極放大電路的工作原理基本共射極放大電路的工作原理4.2.1 基本共射極放大電路的組成基本共射極放大電路的組成基本共射極放大電路基本共射極放大電路 4.2.2 基本共射極放大電路的工作原理基本共射極放大電路的工作原理1. 靜態靜態(直流工作狀態直流工作狀態) 輸入信號輸入信號vi0時，放大時，放大電路的

16、工作狀態稱為靜態或電路的工作狀態稱為靜態或直流工作狀態。直流工作狀態。 直流通路直流通路 bBEQBBBQRVVI BQCEOBQCQIIII VCEQ=VCCICQRc 4.2.2 基本共射極放大電路的工作原理基本共射極放大電路的工作原理2. 動態動態 輸入正弦信號輸入正弦信號vs后，電路將后，電路將處在動態工作情況。此時，處在動態工作情況。此時，BJT各極電流及電壓都將在靜態值的各極電流及電壓都將在靜態值的基礎上隨輸入信號作基礎上隨輸入信號作相應的變化相應的變化。 交流通路交流通路 如何變化？4.3 放大電路的分析方法放大電路的分析方法4.3.1 圖解分析法圖解分析法4.3.2 小信號模型

17、分析法小信號模型分析法1. 靜態工作點的圖解分析靜態工作點的圖解分析2. 動態工作情況的圖解分析動態工作情況的圖解分析3. 非線性失真的圖解分析非線性失真的圖解分析4. 圖解分析法的適用范圍圖解分析法的適用范圍1. BJT的的H參數及小信號模型參數及小信號模型2. 用用H參數小信號模型分析基本共射極放大電路參數小信號模型分析基本共射極放大電路3. 小信號模型分析法的適用范圍小信號模型分析法的適用范圍4.3.1 圖解分析法圖解分析法1. 靜態工作點的圖解分析靜態工作點的圖解分析 采用該方法分析靜態工作點，必須已知三極管的采用該方法分析靜態工作點，必須已知三極管的輸入、輸入、輸出特性輸出特性曲線。

18、曲線。 共射極放大電路共射極放大電路4.3.1 圖解分析法圖解分析法1. 靜態工作點的圖解分析靜態工作點的圖解分析 列輸入回路方程列輸入回路方程 列輸出回路方程（直流負載線）列輸出回路方程（直流負載線）VCE=VCCiCRc 首先，畫出直流通路首先，畫出直流通路直流通路直流通路 bBBBBERiV v 在輸出特性曲線上，作出直流負載線在輸出特性曲線上，作出直流負載線 VCE=VCCiCRc，與，與IBQ曲曲線的交點即為線的交點即為Q點，從而得到點，從而得到VCEQ 和和ICQ。 在輸入特性曲線上，作出直線在輸入特性曲線上，作出直線 ，兩線的交點，兩線的交點即是即是Q點，得到點，得到IBQ。bB

19、BBBERiV v 根據根據vs的波形，在的波形，在BJT的輸入特性曲線圖上畫出的輸入特性曲線圖上畫出vBE 、 iB 的的波形波形2. 動態工作情況的圖解分析動態工作情況的圖解分析tsinsmsV vbBsBBBERiV vv 根據根據iB的變化范圍在輸出特性曲線圖上畫出的變化范圍在輸出特性曲線圖上畫出iC和和vCE 的波形的波形2. 動態工作情況的圖解分析動態工作情況的圖解分析輸出回路方程輸出回路方程: vCE=VCCiCRc2. 動態工作情況的圖解分析動態工作情況的圖解分析 共射極放大電路中的電壓、共射極放大電路中的電壓、電流波形電流波形3. 靜態工作點對波形失真的影響靜態工作點對波形失

20、真的影響截止失真的波形截止失真的波形 截止截止失真失真：因因靜態工作點靜態工作點Q Q偏低而產生的失真。偏低而產生的失真。靜態工作點靜態工作點Q Q偏低時，輸入信號變化，可能拉低偏低時，輸入信號變化，可能拉低vBE，導致，導致發射結無法正偏，發射結無法正偏，BJTBJT無法工作在放大狀態。無法工作在放大狀態。飽和失真的波形飽和失真的波形3. 靜態工作點對波形失真的影響靜態工作點對波形失真的影響飽和飽和失真失真：因因靜態工作點靜態工作點Q Q偏高而產生的失真。偏高而產生的失真。4. 圖解分析法的適用范圍圖解分析法的適用范圍圖解分析法圖解分析法適用于適用于分析信號幅度較大而工作頻率不太高的情況分析

21、信號幅度較大而工作頻率不太高的情況優點：優點： 直觀、形象直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態和。有助于建立和理解交、直流共存，靜態和動態等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數、合理設置動態等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數、合理設置靜態工作點的重要性。能全面地分析放大電路的靜態、動態靜態工作點的重要性。能全面地分析放大電路的靜態、動態工作情況。工作情況。缺點：缺點： 不能分析工作頻率較高時的電路工作狀態，也不能用來不能分析工作頻率較高時的電路工作狀態，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動態性能指標。分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動態性能指標。4.3.2 小信號模型

22、分析法小信號模型分析法1. BJT的的H參數及小信號模型參數及小信號模型建立小信號模型的意義建立小信號模型的意義建立小信號模型的思路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，就可以當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極把三極管小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替管小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以，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。處理。 由于三極管是由于三極管是非線性器件非線性器件，這樣就使得放大電路的，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是分析非常困難。建立小信號模型，

23、就是將非線性器件做將非線性器件做線性化處理線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。，從而簡化放大電路的分析和設計。1. BJT的的H參數及小信號模型參數及小信號模型 H參數的引出參數的引出),(CEB1BEvvif 在小信號情況下，對上兩式取全微分得在小信號情況下，對上兩式取全微分得CECEBEBBBEBEdddBCEvvvvv IVii用小信號交流分量表示用小信號交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 對于對于BJT雙口網絡，已知輸入雙口網絡，已知輸入輸出特性曲線如下：輸出特性曲線如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) i

24、B=const可以寫成：可以寫成：),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBCEvv IViiiiiBJT雙口網絡雙口網絡CEQBBEie Vihv輸出端交流輸出端交流短路（短路（vce=0，vCE=VCEQ）時）時的的輸入電阻輸入電阻；輸出端交流短路時的輸出端交流短路時的正向電流傳輸比正向電流傳輸比或電流放大系數；或電流放大系數；輸入端交流開路輸入端交流開路（ib=0，iB=IBQ）時的時的反向電壓傳輸比反向電壓傳輸比；輸入端交流開路時的輸入端交流開路時的輸出電導輸出電導。其中：其中：四個參數量綱各不相同，故稱為混合參數（四個參數量綱各不相同，故稱為混合參數（H參數）。參數）。vb

25、e= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEQBCfe ViihBQCEBEre IhvvBQCECoe Iihv1. BJT的的H參數及小信號模型參數及小信號模型 H參數的引出參數的引出i輸入；輸入；f正向傳輸；正向傳輸；r反向傳輸；反向傳輸；o輸出。輸出。1. BJT的的H參數及小信號模型參數及小信號模型 H參數小信號模型參數小信號模型根據根據可得小信號模型可得小信號模型BJT的的H參數模型參數模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceBJT雙口網絡雙口網絡1. BJT的的H參數及小信號模型參數及小信號模型 H參數小信號模型參數小信

26、號模型 H H參數都是小信號參數，即微變參數或交流參數。參數都是小信號參數，即微變參數或交流參數。 H H參數與工作點有關，在放大區基本不變。參數與工作點有關，在放大區基本不變。 H H參數都是微變參數，所以參數都是微變參數，所以只適合對交流信號只適合對交流信號的分析。的分析。 受控電流源受控電流源h hfefei ib b ，反，反映了映了BJTBJT的基極電流對集電的基極電流對集電極電流的控制作用。電流源極電流的控制作用。電流源的流向由的流向由ib的流向決定。的流向決定。 hrevce是一個受控電壓是一個受控電壓源。反映了源。反映了BJT輸出回路電輸出回路電壓對輸入回路的影響。壓對輸入回路

27、的影響。1. BJT的的H參數及小信號模型參數及小信號模型 模型的簡化模型的簡化 hre和和hoe都很小，常忽都很小，常忽略它們的影響。略它們的影響。 BJT在共射連接時，其在共射連接時，其H參數的數量級一般為參數的數量級一般為 S101010101052433oefereieehhhhh1. BJT的的H參數及小信號模型參數及小信號模型 H參數的確定參數的確定 一般用測試儀測出；一般用測試儀測出；rbe 與與Q點有關，點有關，可用可用H參數測試儀參數測試儀測出。測出。rbe= rbb + (1+ ) re其中對于低頻小功率管其中對于低頻小功率管 rbb200 則則 )mA()mV(26)1(

28、200EQbeIr )mA()mV(26)mA()mV(EQEQeIIVrT 而而 (T=300K) 一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe （忽略（忽略 re ）IEQ為靜態工作時發射極電流；上式適用為靜態工作時發射極電流；上式適用范圍為范圍為0.1mAIEQIBQ ，CCb2b1b2BQVRRRV 此時，此時，VBQ與溫度無關與溫度無關VBQ VBEQRe取值越大，反饋控制作用越強取值越大，反饋控制作用越強一般取一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V 1. 基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路（1 1）穩定工作點原理）穩定工作點原理保持1. 基極分壓式射極偏置電路

29、基極分壓式射極偏置電路（2 2）放大電路指標分析）放大電路指標分析靜態工作點估算靜態工作點估算CCb2b1b2BQVRRRV eBQeBEQBQEQCQRVRVVII)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 電壓增益電壓增益畫小信號等效電路畫小信號等效電路（2 2）放大電路指標分析）放大電路指標分析電壓增益電壓增益輸出回路：輸出回路：)/(LcboRRi v輸入回路：輸入回路：ebbebeebebi)1(RiriRiri v電壓增益：電壓增益：ebeLcebebLcbio)1()/()1()/(RrRRRriRRiA vvv畫小信號等效電路畫小信號等效電路確定模

30、型參數確定模型參數 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益（2 2）放大電路指標分析）放大電路指標分析（可作為公式用）（可作為公式用）輸入電阻輸入電阻則輸入電阻則輸入電阻放大電路的輸入電阻不包含信號源的內阻放大電路的輸入電阻不包含信號源的內阻（2 2）放大電路指標分析）放大電路指標分析)1(ebebiRri vb2ib1iei)1( RRRriiivvv bebibRb2b1eiii11)1(11RRRriR bev)1(|ebeb2b1RrRR 輸出電阻輸出電阻輸出電阻輸出電阻oco/ RRR 求輸出電阻的等效電路求輸出電阻的等效電路 網絡內獨立

31、源置零網絡內獨立源置零 負載開路負載開路 輸出端口加測試電壓輸出端口加測試電壓0)()(ecbsbeb RiiRri0)()(ebccebct Riiriiv其中其中b2b1ss/RRRR 則則)1(esbeecectoRRrRriR v當當coRR 時，時，coRR 一般一般cceoRrR （）（2 2）放大電路指標分析）放大電路指標分析c極與e極之間電阻2. 含有雙電源的射極偏置電路含有雙電源的射極偏置電路（1 1）阻容耦合阻容耦合靜態工作點靜態工作點00EEEe2e1BEBb )()(VIRRVIRECII )()(e1e1EcCEECCCERRIRIVVV CBII BE1II)( “

32、隔直通交”2. 含有雙電源的射極偏置電路含有雙電源的射極偏置電路（2 2）直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合3. 含有恒流源的射極偏置電路含有恒流源的射極偏置電路靜態工作點由恒流源靜態工作點由恒流源Io提供，與提供，與Rb及及BJT的的無關，因而很穩定。無關，因而很穩定。自行分析該電路的自行分析該電路的Q點及點及Av、Ri、Roend4.5 共集電極放大電路和共集電極放大電路和共基極放大電路共基極放大電路4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路4.5.2 共基極放大電路共基極放大電路4.5.3 BJT放大電路三種組態的比較放大電路三種組態的比較4.5.1 共集電極放大電路共集

33、電極放大電路1.1.靜態分析靜態分析共集電極電路結構如圖示共集電極電路結構如圖示該電路也稱為該電路也稱為射極輸出器射極輸出器ebBEQCCBQ)1(RRVVI eCQCCeEQCCCEQRIVRIVV BQCQII eEQBEQbBQCCRIVRIV BQEQ)1(II 由由得得直流通路直流通路 小信號等效電路小信號等效電路4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路2.2.動態分析動態分析交流通路交流通路 4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路2.2.動態分析動態分析電壓增益電壓增益輸出回路：輸出回路：輸入回路：輸入回路：LbbebLbbbebi)1( )(RiriRiiri v電壓增

34、益：電壓增益：1)1()1()1()1(LbeLLbeLLbebLbio RrRRrRRriRiAvvv其中其中LeL/ RRR LbLbbo)1()(RiRii v一般一般beLrR ，則電壓增益接近于，則電壓增益接近于1 1，同同相相與與iovv電壓跟隨器電壓跟隨器1 vA即即。4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路2.2.動態分析動態分析輸入電阻輸入電阻當當1 ，beLrR 時，時，Lbi/RRR 輸入電阻大輸入電阻大)1(| )1(LbLibiiiiiRrRRrRiR bebevvvv輸出電阻輸出電阻由電路列出方程由電路列出方程ebbtRiiii )(sbebtRri veteR

35、iR v其中其中bss/ RRR 則則輸出電阻輸出電阻rRRiR 1/besettov當當 1beserRR，1 時，時， besorRR 輸出電阻小輸出電阻小4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路2.2.動態分析動態分析rRRR 1/beseo共集電極電路特點：共集電極電路特點：同同相相與與iovv 電壓增益小于電壓增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 輸入電阻大，對電壓信號源衰減小輸入電阻大，對電壓信號源衰減小 輸出電阻小，帶負載能力強輸出電阻小，帶負載能力強)1(/LbebiRrRR 1 vA。4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路4.5.2 共基極放大電路共基極放大電路1

36、.1.靜態工作點靜態工作點直流通路與射極偏置電路相同；直流通路與射極偏置電路相同；發射極輸入信號，集電極輸出信號。發射極輸入信號，集電極輸出信號。CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 2.2.動態指標動態指標電壓增益電壓增益輸出回路：輸出回路：輸入回路：輸入回路：電壓增益：電壓增益：LcL/ RRR 交流通路交流通路 小信號等效電路小信號等效電路 LboRi vbebiri vbeLiorRA vvv 輸入電阻輸入電阻 輸出電阻輸出電阻coRR 2.2.動態指標動態指標小信號等效電路小信號等效

37、電路 beeeiiiiiRR)1(i eeRiR/iv bebri/iv beieiiiii)1(/rRiRvvvvrR 1|bee4.5.3 BJT放大電路三種組態的比較放大電路三種組態的比較1.1.三種組態的判別三種組態的判別以輸入、輸出信號的位置為判斷依據：以輸入、輸出信號的位置為判斷依據： 信號由基極輸入，集電極輸出信號由基極輸入，集電極輸出共射極放大電路共射極放大電路 信號由基極輸入，發射極輸出信號由基極輸入，發射極輸出共集電極放大電路共集電極放大電路 信號由發射極輸入，集電極輸出信號由發射極輸入，集電極輸出共基極電路共基極電路 2.2.三種組態的比較三種組態的比較3.3.三種組態的

38、特點及用途三種組態的特點及用途共射極放大電路：共射極放大電路： 電壓和電流增益都大于電壓和電流增益都大于1 1，輸入電阻在三種組態中居中，輸出電阻與集，輸入電阻在三種組態中居中，輸出電阻與集電極電阻有很大關系。適用于電極電阻有很大關系。適用于低頻低頻情況下，作多級放大電路的情況下，作多級放大電路的中間級中間級。共集電極放大電路：共集電極放大電路： 只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態中，只有電流放大作用，沒有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態中，輸入電阻最高，輸出電阻最小，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好頻率特性好。可用于輸入級、輸出級或緩沖。可用于輸入級、輸出級

39、或緩沖級。級。共基極放大電路：共基極放大電路： 只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，輸只有電壓放大作用，沒有電流放大，有電流跟隨作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關。出電阻與集電極電阻有關。高頻特性較好高頻特性較好，常用于高頻或寬頻帶低輸入阻抗，常用于高頻或寬頻帶低輸入阻抗的場合，模擬集成電路中亦兼有電位移動的功能。的場合，模擬集成電路中亦兼有電位移動的功能。 4.5.3 BJT放大電路三種組態的比較放大電路三種組態的比較end4.6 組合放大電路組合放大電路4.6.1 共射共射共基放大電路共基放大電路4.6.2 共集共集共集放大電路共集放大電路4.6.1 共射共

40、射共基放大電路共基放大電路共射共基放大電路共射共基放大電路共射極放大電路共射極放大電路集電極輸出集電極輸出共基極放大電路共基極放大電路發射極輸入，集電極輸出。發射極輸入，集電極輸出。4.6.1 共射共射共基放大電路共基放大電路21o1oio1iovvvvvvvvvAAA )1(2be1be21be1L11rrrRA vbe2Lc22be2L222)|(rRRrRA v其中其中 be2Lc22be12be21)|()1(rRRrrA v所以所以 12因為因為be1Lc21)|(rRRA v因此因此 組合放大電路總的電壓增益等于組合放大電路總的電壓增益等于組成它的各級單管放大電路電壓增益組成它的各

41、級單管放大電路電壓增益的乘積。的乘積。 前一級的輸出電壓是后一級的輸前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓，后一級的輸入電阻是前一級入電壓，后一級的輸入電阻是前一級的負載電阻的負載電阻RL。電壓增益電壓增益2be2L1rR 4.6.1 共射共射共基放大電路共基放大電路輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻Ro Rc2 T T1 1、T T2 2構成復合管，可等效為一個構成復合管，可等效為一個NPNNPN管管(a) (a) 原理圖原理圖 (b)(b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集共集放大電路共集放大電路4.6.2 共集共集共集放大電路共集放大電路1. 復合管的主要特性復合管的主要特性兩只兩只NPN型

42、型BJT組成的復合管組成的復合管 兩只兩只PNP型型BJT組成的復合管組成的復合管 rberbe1(1 1)rbe2 PNP 124.6.2 共集共集共集放大電路共集放大電路1. 復合管的主要特性復合管的主要特性PNP與與NPN型型BJT組成的復合管組成的復合管 NPN與與PNP型型BJT組成的復合管組成的復合管 rberbe1 124.6.2 共集共集共集放大電路共集放大電路2. 共集共集 共集放大電路的共集放大電路的Av、 Ri 、Ro iovvvA LbeL11RrR 1|bebseorRRRR式式中中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1 )

43、R L 4.7 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應4.7.1 單時間常數單時間常數RC電路的頻率響應電路的頻率響應4.7.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數的高頻小信號模型及頻率參數4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應4.7.4 單級共基極和共集電極放大電路的高頻響應單級共基極和共集電極放大電路的高頻響應4.7.5 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應 研究放大電路的動態指標（主要是增益）隨信研究放大電路的動態指標（主要是增益）隨信號頻率變化時的響應。號頻率變化時的響應。4.7.1 單時間常數單時間常數RC電路的頻率響應電路的頻率響應1. RC低通電

44、路的頻率響應低通電路的頻率響應（電路理論中的穩態分析）（電路理論中的穩態分析）RC電路的電壓增益（傳遞函數）：電路的電壓增益（傳遞函數）：則則11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV fsj2j 且令且令11H21CRf 又又)/j(11HioHffVVAV 電壓增益的幅值（模）電壓增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅頻響應）（幅頻響應）電壓增益的相角電壓增益的相角)/(arctanHHff （相頻響應）（相頻響應）增益頻率函數增益頻率函數RC低通電路低通電路 圖中實線為近似幅頻響應曲圖中實線為近似幅頻響應曲線。線。fH稱為轉折頻率。當稱為轉折頻率。當f

45、= fH時，時，實際的實際的AVH=0.707，下降為中頻，下降為中頻值的值的0.707倍。用分貝表示時，下倍。用分貝表示時，下降了降了3dB，所以，所以fH又稱為上限截又稱為上限截止頻率。止頻率。頻率響應曲線描述頻率響應曲線描述幅頻響應幅頻響應2HH)/(11ffAV 1. RC低通電路的頻率響應低通電路的頻率響應相頻響應相頻響應)/(arctanHHff 輸出滯后輸入輸出滯后輸入2. RC高通電路的頻率響應高通電路的頻率響應RC電路的電壓增益：電路的電壓增益：22222ioL/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅頻響應幅頻響應2LL)/(11ffAV 相頻響應相頻響應)/

46、(arctanLLff 輸出超前輸入輸出超前輸入RC高通電路高通電路 22L21CRf令令fsj2j 又又則則)/j(11ioffVVALVL2. RC高通電路的頻率響應高通電路的頻率響應幅頻響應幅頻響應2LL)/(11ffAV 相頻響應相頻響應)/(arctanLLff 輸出超前輸入輸出超前輸入圖中實線為近似幅頻響應曲圖中實線為近似幅頻響應曲線。當線。當f= fL時，實際的時，實際的AVL=0.707。用分貝表示時，下降了用分貝表示時，下降了3dB，所，所以以fL又稱為下限截止頻率。又稱為下限截止頻率。4.7.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數的高頻小信號模型及頻率參數1. BJT的高頻小

47、信號模型的高頻小信號模型模型的引出模型的引出 rbe-發射結電阻發射結電阻re歸算到基極回路的電阻歸算到基極回路的電阻 -發射結電容發射結電容-集電結電阻集電結電阻rbc -集電結電容集電結電容 Cbc rbb -基區的體電阻，基區的體電阻，b是假想的基區內的一個點是假想的基區內的一個點互導互導CECEEBCEBCmVViig vvBJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型 -考慮發射結和集電結電容的影響。考慮發射結和集電結電容的影響。簡化模型簡化模型混合混合 型高頻小信號模型型高頻小信號模型 cecbrr和和忽忽略略 1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型rceRL；高頻時，高頻時，Cbc

48、可以視為短可以視為短路，則路，則rbc可以視為開路。可以視為開路。2. BJT高頻小信號模型中元件參數值的獲得高頻小信號模型中元件參數值的獲得低頻時，混合低頻時，混合 模型模型與與H參數參數模型等價（模型等價（低頻時，電容低頻時，電容Cbe, Cbc可視為開路可視為開路）ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1( IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr又因為又因為ebbeb rIVbebmIVg Tmeb2 fgC 從手冊中查出從手冊中查出 TcbfC和和 所以所以TVIrgEQebm 2. BJT高頻小信號模型中元件參數值的獲得高頻小信號模型中元件參

49、數值的獲得低頻時，混合低頻時，混合 模型模型與與H H參數參數模型等價模型等價3. BJT的頻率參數的頻率參數由由H參數可知參數可知CEBCfeViih 即即0bcce VII 根據混合根據混合 模型得模型得cbebebmc1/j CVVgI )/()/(cbebebbebj1j1 CCrIV 低頻時低頻時ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII ebcbeb0)(j1 rCC 當當 gmwCbc 時，時，ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)( 的幅頻響應的幅頻響應201)/(ff 共發射極共發射極截止頻率，截止頻率，值與值與BJT

50、結構相關。結構相關。f特征頻率，特征頻率，值與值與BJT的制的制造工藝有關。造工藝有關。Tfebmcbebm0T22 CgCCgff)( Tfff 共基極截止頻率共基極截止頻率 f3. BJT的頻率參數的頻率參數 的相頻響應的相頻響應f (1 0) f f fT arctgff 4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路對節點對節點 c 列列KCL得得0j )(cbeboLoebm CVVRVVg

51、由于輸出回路電流比較大，所由于輸出回路電流比較大，所以可以以可以cb C忽略忽略 的分流，得的分流，得ebLmo VRgVcboebj )( cbCVVIC又因為稱為稱為密勒電容密勒電容M1CcbLmebMj )1 (1cbCRgIVZC則則表表示示若若用用之之間間存存在在一一個個電電容容和和相相當當于于 e b M1,C cbLmM1)1( CRgC而輸入回路電流比較小，所以而輸入回路電流比較小，所以不能不能cb C忽略忽略 的電流。的電流。目標：斷開輸入輸出之間的連接目標：斷開輸入輸出之間的連接4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應cbLmM1)1( CRgC

52、同理，在同理，在c、e之間也可以求得之間也可以求得一個等效電容一個等效電容CM2，且，且cbM2 CC等效后斷開了輸入輸出之間的聯系等效后斷開了輸入輸出之間的聯系1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路目標：簡化和變換目標：簡化和變換cbLmM1)1 (CRgC 輸出回路的時間常數輸出回路的時間常數遠小于輸入回路時間常數，遠小于輸入回路時間常數，考慮高頻響應時可以忽略考慮高頻響應時可以忽略CM2的影響。的影響。cbM2 CCM1M2CCM1ebCCC 4.7.3

53、單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路目標：簡化和變換目標：簡化和變換cbLmM1)1( CRgCM1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(sbebsbebbeebs/VrRRrRrrV ebbbberrr 從C往左邊看iV低通電路4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應高頻響應和上限頻率高頻響應和上限頻率ebLmo VRgV由電路得由電路得soHVVVAS 電壓增益頻響電壓增益頻響其中其中RCf21H 中頻增益或通中頻增益或通帶源電壓增益帶源電壓增益上限頻率上限頻率s

54、bebsbebbeebs/VrRRrRrrV RCjrRRrRrrRg 11bebsbebbeebLm/)/HMj(1ffAVS M1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(sebj11VRCV bebsbebbeebLmVSMrRRrRrrRgA/ bebsbebbeL0rRRrRrR/ 1. 高頻響應高頻響應高頻響應和上限頻率高頻響應和上限頻率RC低通電路低通電路)/HHj(11ffAV )/HMHVj(11ffAAVSS 共射放大電路共射放大電路頻率響應曲線變化趨勢相同頻率響應曲線變化趨勢相同 180 arctg(f/fH) 相頻響應相頻響應幅頻響應幅頻響應2HMHV(1120 2020)/lg|lg|lgffAAVSS 增益增益-帶寬積帶寬積RC21 BJT 一旦確定，一旦確定，帶寬增益積基本為常數帶寬增益積基本為常數1. 高頻響應高頻響應HVSMfA cbLmebsbbbebbebsbebbeebLm1/21/CRgCRRrrrRRrRrrRgbebsbebbeebLmrRRrRrrRg/ 當當RbRs及及Rbrbe時，有時，有 cbLmebsbbLm12CRgCRrRg HVSMfA 例題例題 解：解：模型參數為模型參數為例例3.7.1 設共射放大電路在室溫下運行，其參數