1、4.14.1 高頻管、低頻管高頻管、低頻管小、中、大功率管小、中、大功率管硅管、鍺管硅管、鍺管NPN型、型、PNP型型半導體三極管半導體三極管: : 是具有電流放大功能的元件是具有電流放大功能的元件分類：分類：NNPbecbeciBiEiCbeciBiEiC發射極箭頭表示：當發射結正偏時，電流的流向。發射極箭頭表示：當發射結正偏時，電流的流向。問題問題：c c、e e兩極可否互換？兩極可否互換？ 發射區的摻雜濃度最高；發射區的摻雜濃度最高； 集電區摻雜濃度低于發射區，且面積大；集電區摻雜濃度低于發射區，且面積大； 基區很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且基區很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且

2、摻雜濃度最低。摻雜濃度最低。管芯結構剖面圖管芯結構剖面圖BJT結構剖面圖：結構剖面圖：4.1.2 BJT的電流分配和放大原理的電流分配和放大原理eEBRBRCVBVEVCVB共射放大電路共射放大電路4.1.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理2. 內部載流子的傳輸過程內部載流子的傳輸過程 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現出來的。過載流子傳輸體現出來的。 外部條件：外部條件：發射結正偏，集電結反偏。發射結正偏，集電結反偏。發射區：發射載流子發射區：發射載流子 以上看出，三極管內有兩種載流子以上看出，三極管內有兩

3、種載流子(自由電子和空自由電子和空穴穴)參與導電，故稱為雙極型三極管。或參與導電，故稱為雙極型三極管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 （以（以NPN為例）為例）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基區：傳送和控制載基區：傳送和控制載 流子流子集電區：收集載流子集電區：收集載流子IE=IB+ ICECBOECBONCCIIIIII BCEOBCIIII 發發射射極極注注入入電電流流傳傳輸輸到到集集電電極極的的電電流流設設 ECNII 即 ECII 則則有有 、 為電流放大系數為電流放大系數，它只它只與管子的結構尺寸和摻雜濃度

4、有與管子的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。一般關，與外加電壓無關。一般 1， 幾十。幾十。3.電流分配關系電流分配關系BCII .,;,ECBCiiii 而而取取而而通通常常取取)(1v TBEeIiESEvIEIC IBECBOECIIII BEBCEOBCIIIIII)1( （3） BCBCiiII（4）（2）（1）4.三極管的電流分配關系總結三極管的電流分配關系總結（5）電流放大系數）電流放大系數共集電極接法共集電極接法：c作為公共端；作為公共端；b為輸入端，為輸入端，e為輸出端；為輸出端； 共基極接法共基極接法：b作為公共端，作為公共端，e為輸入端，為輸入端， c為輸出端。為輸

5、出端。共發射極接法共發射極接法：e作為公共端；作為公共端；b為輸入端，為輸入端，c為輸出端；為輸出端；1. 共發射極電路共發射極電路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路ICVBBmA AVCEVBERBIBVC C +注意：注意：T的類型與的類型與VBE、IB、VCE、IC極性極性ebcvCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE 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vBE下下 IB減

6、小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。vCE = 0V vCE 1V(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。（以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例）1. 輸入特性曲線輸入特性曲線(3) 輸入特性曲線的三個部分輸入特性曲線的三個部分死區死區非線性區非線性區線性區線性區1. 輸入特性曲線輸入特性曲線4.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線結論：整體是非線性的，局部可看作是線性的結論：整體是非線性的，局部可看作是線性的IB=020 A40 A60 A80 A100 A常常數數 BiCfiCEv36iC(mA )1234UCE(V)912O

7、放大區放大區 在放大區有在放大區有 iC= iB ，也，也稱稱為為線性區線性區，具有恒流特性。，具有恒流特性。 在放大區，在放大區，發射結處于正發射結處于正向偏置、集電結處于反向偏向偏置、集電結處于反向偏置，晶體管工作于置，晶體管工作于放大狀態放大狀態。+-bceRLO 在截止區發射結在截止區發射結J Je e處于反向偏置，集電結處于反向偏置，集電結J Jc c處于反向處于反向偏置，晶體管工作于截止狀態。偏置，晶體管工作于截止狀態。當當vCE vBE時時，晶體晶體管工作于飽和狀態。管工作于飽和狀態。在飽和區，在飽和區， IB IC，發射結處于正向偏置，發射結處于正向偏置，集集電結也處于正電結也

8、處于正偏。偏。 深度飽和時，深度飽和時， 硅管硅管vCES 0.3V， 鍺管鍺管vCES 0.1V。放大區放大區：Je正偏，正偏，Jc反偏反偏； IC= IB , 且且 iC = iB； VCVBVE。(2) 飽和區飽和區:Je正偏，正偏， Jc正偏正偏 ；即即vCE vBE ，vCE 0.3V ； iC iB 。(3) 截止區截止區:Je反偏或零偏反偏或零偏 ，VBEVbVe放大放大VcVb0VCE1V CSII 由由于于靜態工作點偏低靜態工作點偏低,產生的引起產生的引起截止失真截止失真4. 工作點不合適引起工作點不合適引起vo的失真的失真（共射（共射NPN）截止失真截止失真，vO被削頂被削

9、頂共射（共射（NPN）飽和）飽和失真失真，vO被鏟底被鏟底飽和失真飽和失真工作點偏高工作點偏高,引起飽和失真。引起飽和失真。ICQRLO246810121416UCEQiC / mA32BICQ直流負載線20 AiB120 A交流負載線DA 0 AuCE / VQCUces最大不失真輸出波形失真輸出波形40 A60 A80 A100 A最最大大不不失失真真輸輸出出電電壓壓與與Q點點設設置置VOmax以小以小的一邊為準的一邊為準ICQRLO24681 01 21 41 6UCEQiC / mA32BICQ直 流 負 載 線2 0 AiB1 2 0 A交 流 負 載 線DA 0 AuCE / VQ

10、CUces最 大 不 失 真 輸 出 波 形失 真 輸 出 波 形4 0 A6 0 A8 0 A1 0 0 A5、圖解法的適用范圍、圖解法的適用范圍形象直觀；形象直觀；適應于適應于Q點分析、失真分析、最大不失真輸出點分析、失真分析、最大不失真輸出電壓的分析；電壓的分析；能夠用于大信號分析；能夠用于大信號分析；不易準確求解；不易準確求解；不能求解輸入電阻、輸出電阻、頻帶等等參數。不能求解輸入電阻、輸出電阻、頻帶等等參數。6.判斷三極管工作狀態小結判斷三極管工作狀態小結（）根據直流電位判別根據直流電位判別： 對于NPN管,當VCVBVE，T為放大狀態； 對于PNP管，當VC VB VE， T為放大

11、狀態。CCESCCCSBSRVVII 臨臨界界飽飽和和電電流流：（）根據電流判別根據電流判別： （3）根據根據Q點的位置判別點的位置判別：0IBIBS，T為放大狀態； IB IBS， T為飽和狀態。 參閱習題4.2.2Q點變化過程中始終處在放大區。點變化過程中始終處在放大區。1 BJT的小信號建模的小信號建模2 共射極放大電路的小信號模型分析共射極放大電路的小信號模型分析 H參數的引出參數的引出 H參數小信號模型參數小信號模型 模型的簡化模型的簡化 H參數的確定參數的確定（意義、思路）（意義、思路） 利用直流通路求利用直流通路求Q點點 畫小信號等效電路畫小信號等效電路 求放大電路動態指標求放大

12、電路動態指標4.3.2 小信號模型分析法小信號模型分析法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，就可以把三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。電路來處理。 由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做分析非常困難。建立小信號模型，就

13、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。線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。1 、 BJT的小信號建模的小信號建模 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CECEBEBBBEBEdddBQCEQvvvvv 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) iB=const可以寫成：

14、可以寫成：),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBQCEQvv IViiiiiBJT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 三極管可以用一個模型（三極管可以用一個模型（只適用交流小信號只適用交流小信號 條件下條件下）來代替。）來代替。 H 參數模型參數模型cerebiebehihvv ceoebfechihiv vBEvCEiBcebiCBJT共射接法共射接法 對于低頻模型可以不考慮結電容的影響。對于低頻模型可以不考慮結電容的影響。 小信號意味著三極管在線性條件下工作，微變小信號意味著三極管在線性條件下工作，微變 也具有同樣的含義。也具有同樣的含義。（2

15、）. BJT的小信號模型引出的小信號模型引出hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即即 rbe= hie = hfe ur = hre rce= 1/hoe一般采用習慣符號一般采用習慣符號則則BJT的的H參數模型為參數模型為 ibicvceibvbeur vcerberce ur很小，一般為很小，一般為10-3 10-4 ，rce很大，約為很大，約為100k 。故一。故一般可忽略它們的影響，得般可忽略它們的影響，得到簡化電路到簡化電路。 ib 是受控源是受控源 ，且為電流，且為電流控制電流源控制電流源(CCCS)。 電流方向與電流方向與ib的方向是關聯的方向是關聯的。的。 .

16、. 模型的簡化模型的簡化 一般用測試儀測出；一般用測試儀測出； rbe 與與Q點有關，一般用點有關，一般用公式估算公式估算 ：rbe= rbb + (1+ ) re其中對于低頻小功率管其中對于低頻小功率管 rb200 則則 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而而 (T=300K) . H參數的確定參數的確定為什么要乘以為什么要乘以（1+ ）？）？. . 用近似估算法求用近似估算法求Q點點：bBECCBRVVI 一般硅管一般硅管VBE=0.7V，鍺管，鍺管VBE=0.2V， 已知。已知。BCII cCCCCERIVV 2、用、用

17、H參數小信號模型參數小信號模型 分析共射極基本放大電路分析共射極基本放大電路iBiCbIcIbIbIcIbIRbbIcIbIviRbiVbIcIOVbIRbviRciVbIcIOVbIicvce+-交流通路交流通路RbviRcRLiVbIcIOVbI小信號模型小信號模型(H參數等效參數等效)電路電路（2）. 畫出小信號等效電路畫出小信號等效電路. 求電壓增益求電壓增益根據根據RbviRcRLiVbIcIOVbIbebirIV bcII )/(LccORRIV 則電壓增益為則電壓增益為beLcbebLcbbebLcciO)/()/()/(rRRrIRRIrIRRIVVAV 小信號等效電路中電流小

18、信號等效電路中電流電壓的符號一律用相量電壓的符號一律用相量可作為可作為公式公式beLcbebLcbbebLcciO)/()/()/(rRRrIRRIrIRRIVVAV . 求輸入電阻求輸入電阻RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbebiii/rRIVR . 求輸出電阻求輸出電阻RbRcRLiVbIcIOVbIRo令令0i V0b I0b I Ro = Rc 所以所以 解：解：（1）4Vk4mA212cCCCCE RIVVmA2uA4050BC IIuA40k300V12bCCbBECCB RVRVVI（2） 863)mA()mV(26)1(200)mA()mV(26)1(200CEbeII

19、r 87.115)/(beLcioV rRRVVA 863/bebebirrRRk4co RR36.73)87.115(500863863VsiiVS ARRRAioVVVA soVSVVA 2. 放大電路如圖所示。試求：（放大電路如圖所示。試求：（1）Q點；（點；（2）、oi RR 、。已知已知 =50。例題例題 溫度變化對溫度變化對ICBO的影響的影響 溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度變化對輸入特性曲線的影響 溫度變化對溫度變化對 的影響的影響 穩定工作點原理穩定工作點原理 放大電路指標分析放大電路指標分析 固定偏流電路與射極偏置電路的比較固定偏流電路與射極偏置電路的比較4.4.1 溫度對

20、工作點的影響溫度對工作點的影響4.4.2 射極偏置電路射極偏置電路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QvCE/ViC/mAiB =0IBQ14.4.1 溫度對工作點的影響溫度對工作點的影響1. 溫度變化對溫度變化對ICBO的影響的影響2. 溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度溫度T 輸出特性曲線上移輸出特性曲線上移)()C25CBO(CBO00TTkTeII V102 . 2)(30)C25BE(BE0 TTVVT溫度溫度T 輸入特性曲線左移輸入特性曲線左移3. 溫度變化對溫度變化對 的影響的影響溫度每升高溫度每升高1 C ， 要增加要增

21、加0.5% 1.0%溫度溫度T 輸出特性曲線族間距增大輸出特性曲線族間距增大QvCE/ViC/mAiB =0IBQ1總之：總之： ICBO ICEO T VBE IB IC 4.4.2 射極偏置電路射極偏置電路1. 穩定工作點原理穩定工作點原理目標：溫度變化時，使目標：溫度變化時，使I IC C維持恒定。維持恒定。 如果溫度變化時，如果溫度變化時，b b點電位能基點電位能基本不變本不變，則可實現靜態工作點的穩，則可實現靜態工作點的穩定。定。T 穩定原理：穩定原理： IC IE IC VE 、VB不變不變 VBE IB （反饋控制）（反饋控制）為了增強穩定靜態工作點的效果：為了增強穩定靜態工作點

22、的效果： I1 IB ，CCb2b1b2BVRRRV 此時，此時，不隨溫度變化而變化。不隨溫度變化而變化。VB VBE 且且Re可取可取大些，反饋控制作用更強。大些，反饋控制作用更強。 一般取一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 圖圖4.4.1 射極偏置電路射極偏置電路 CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII 2 放大電路指標分析放大電路指標分析靜態工作點靜態工作點輸出回路：輸出回路：)/(LcboRRIV 輸入回路：輸入回路：ebbebeebebi)1(RIrIRIrIV 電壓增益：電壓增益：ebeL

23、cebebLcbioV)1()/()1()/(RrRRRrIRRIVVA 畫小信號等效電路畫小信號等效電路確定模型參數確定模型參數 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益電壓增益電壓增益)1 (/ ebeiiRrRRIVR 根據定義根據定義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RS iiIVR輸入電阻輸入電阻.iI2. 放大電路指標分析放大電路指標分析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源置零網絡內獨立源置零負載開路負載開路輸出端口

24、加測試電壓輸出端口加測試電壓對回路對回路1和和2列列KVL方程方程r rcece對分析過程影響很大，此處不能忽略對分析過程影響很大，此處不能忽略0)()(ecbsbeb RIIRrI0)()(ebccebcTRIIrIIV其中其中b2b1ss/RRRR 則則)1(esbeececToRRrRrIVR 當當coRR 時，時，coRR 一般一般cceoRrR （）靜態：靜態：bBECCBRVVI BCII cCCCCERIVV CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(eeCCCCERRIVV CBII 3. 固定偏流電路與射極偏置電路的比較固定偏流電路與射極偏置電路的比較3. 固

25、定偏流電路與射極偏置電路的比較固定偏流電路與射極偏置電路的比較 固定偏流共射極放大電路固定偏流共射極放大電路電壓增益：電壓增益：beLc)/(rRRAV ebeLcV)1()/(RrRRA RbviRcRLiVbIcIOVbI固定偏流共射極放大電路固定偏流共射極放大電路輸入電阻：輸入電阻：bebiii/rRIVR ebeb2b1i)1(/RrRRR 輸出電阻：輸出電阻：Ro = Rc coRR 有旁路電容的射極偏置電路有旁路電容的射極偏置電路無旁路電容的射極偏置電路無旁路電容的射極偏置電路 beLcVebeLcVrRRARrRRA)/()1()/(21 beibeirRRRRrRRR/)1 (

26、/21 4.5 共集、共基放大電路共發射極接法共發射極接法：發射極作為公共端；發射極作為公共端；b為輸入，為輸入，c為輸出；為輸出；共集電極接法共集電極接法：集電極作為公共端；集電極作為公共端；b為輸入，為輸入，e為輸出；為輸出；共基極接法共基極接法：基極作為公共端，基極作為公共端，e為輸入，為輸入， c為輸出。為輸出。4.5 共集電極電路和共基極電路共集電極電路和共基極電路 動態指標動態指標 靜態工作點靜態工作點4.5.3 三種組態的比較三種組態的比較4.5.1 共集電極電路共集電極電路4.5.2 共基極電路共基極電路 靜態工作點靜態工作點 動態指標動態指標1.1.靜態分析靜態分析：用近似估

27、算法用近似估算法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 4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路交流通路交流通路 圖圖4.5.2 共集放大電路小信號等效電路共集放大電路小信號等效電路畫小信號等效電路畫小信號等效電路2.動態分析動態分析熟練以后熟練以后, ,此步可省此步可省先確定先確定c.b.e三點位三點位置置,再定其他元件再定其他元件4.5.1 共集電極放大電路共集電極放

28、大電路輸出回路：輸出回路：輸入回路：輸入回路： )(LbbbebiRiiri v電壓增益：電壓增益：)1()1(LbebLbioRriRiA vvv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稱為稱為電壓跟隨器電壓跟隨器)1(LbebRirib 1)1()1( LbeLLbeLRrRRrR 電壓增益電壓增益1. VA即即4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路ebiRRR |結論：輸入電阻大結論：輸入電阻大Libiiiii)1 (RrRiR bevvvv)1(ebebRrR 輸入電阻輸入電

29、阻時則當beerR , 1由電路列出方程由電路列出方程ebbtRiiii )(sbebtRri veteRiR 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 4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路結論：輸出電阻小結論：輸出電阻小輸出電阻輸出電阻不列方程組不列方程組,直接有等效電路直接有等效電路求也可求也可.將將b端電阻折算到端電阻折算到e端端,要除以要除以1+ rRRR 1|beseo共集電極電路特點：共集電極電路特點：同相同相與與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，vo

30、o與與vi同相同相 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 vA4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路1.1.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CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 4.5.2 共基極放大電路共基極放大電路 圖4.5.6共基放大電路不合習慣不合習慣,變換一下變換一下.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：

31、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 vvv2.2.動態指標動態指標 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電路 iii/ iRvrR 1|bee4.5.3.三種組態的比較三種組態的比較共射極放大電路：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。適用于低頻情況下，作輸出電阻與集電極電阻有很大關系。適用于低頻情況下，作多級放大電路的中間級。多級放大電路的

32、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，頻用。在三種組態中，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好。可用于輸入級、輸出級或緩沖級。率特性好。可用于輸入級、輸出級或緩沖級。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。高頻特性較好，常入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關。高頻特性較好，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

33、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。有電位移動的功能。 4.5.3.三種組態的特點及用途三種組態的特點及用途3.6.1 共射共射-共基放大電路共基放大電路3.6.2 共集共集-共集放大電路共集放大電路4.6 組合放大電路組合放大電路3.6.0 復合管電路復合管電路3.6.3 多級放大電路多級放大電路1. 同類型同類型BJT組成的復合管組成的復合管兩只兩只NPN型型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 4.6.0 復合管電路復合管電路復合管復合管( (達林頓管達林頓管) )作用作用：提

34、高電流放大系數，提高電流放大系數，同型組合還能增大電阻同型組合還能增大電阻r rbe.be.內部的電流內部的電流不能互相沖突不能互相沖突4.6.2 共集共集-共集放大電路共集放大電路2. 相反類型相反類型BJT組成的復合管組成的復合管PNPPNP與與NPNNPN型型BJTBJT組成的復合管組成的復合管 NPNNPN與與PNPPNP型型BJTBJT組成的復合管組成的復合管 rberbe1 結論：相同類型和不同類結論：相同類型和不同類型的三極管型的三極管,都能組成復合都能組成復合管管,只要電流流向一致。只要電流流向一致。判斷是否能組成復合管或組合電路判斷是否能組成復合管或組合電路可以可以不可不可可

35、以可以共射共基放大電路共射共基放大電路 P-149P-1494.6.1 共射共射-共基放大電路共基放大電路交流通路交流通路為什么交流通路為什么交流通路中少了三個電阻？中少了三個電阻？4.6.1 共射共射-共基放大電路共基放大電路21o1oio1iovvvvvvvvvAAA )1(2be1be21be1L11rrrRA vbe2Lc22be2L222)|(rRRrRA vbe2Lc22be12be21)|()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級單管放

36、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2be2L11rR ?21 iLRRRL1=Ri24.6.1 共射共射-共基放大電路共基放大電路輸入電阻輸入電阻RiiiivRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 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4.6.2 共集共集-共集放大電路共集放大電路(b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集-共集

37、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 ebeeRrR11rRRRR 1|bebseo式中式中 1 2 rberbe1(1 1)rbe2 R eRe|RL RiRb| rbe(1 )R e 耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合；光電耦合。直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合；光電耦合。耦合：耦合：即信號的傳送。即信號的傳送。多級放大電路對耦合電路要求：多級放大電路對耦合電路要求：1. 靜態：保證各級靜態：保證各級Q點設置合適。點設置合適。2. 動態動態: 前后級能順暢地傳送信號。前后級能順暢地傳送信號。4.6.3 多級放大

38、電路（補充內容）多級放大電路（補充內容）第一級第一級輸入級輸入級輸輸 入入 輸輸 出出第二級第二級放大級放大級第第 n 級級功放級功放級+VCCR1RCC12R2CeRe1RivoT1viRbC21Re2T2vsRSRo共集共射共集共射共射共集共射共集Rb+VCCC4Re2uoT3RLR1RCC2R2CeRe1T2uiRBC1Re2T1usRSC3由上述特點可知：由上述特點可知： 射極輸出器接在多級放大電路的首級可提高輸入電阻；射極輸出器接在多級放大電路的首級可提高輸入電阻； 接在末級可減小輸出電阻；接在末級可減小輸出電阻； 接在中間級可起匹配作用，從而改善放大電路的性能。接在中間級可起匹配作

39、用，從而改善放大電路的性能。共集共射共集放大共集共射共集放大RiRo(1) 由于電容的隔直作用，各級放大器的靜態工作點相互獨由于電容的隔直作用，各級放大器的靜態工作點相互獨立，分別估算。立，分別估算。(2) 前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。(3) 后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。(4) 總電壓放大倍數總電壓放大倍數=各級放大倍數的乘積各級放大倍數的乘積 (5) 總輸入電阻總輸入電阻 即為第一級的輸入電阻：即為第一級的輸入電阻： Ri =Ri1 。(6) 總輸出電阻即為最后一級的輸出電阻總輸出電阻即為最后一級

40、的輸出電阻 ： Ro=Ron 。多級放大器的特點及參數計算：多級放大器的特點及參數計算： VnVVVAAAA21ioVVVA 1. 放大電路如圖所示。試求放大電路如圖所示。試求。已知已知 =50。mA69. 1B2C2 II 解：解：uA9 .33)1(ebBECCB2 RRVVI 6 .984 )mA()mV(26)1(200Ebe2Ir k61k/4k)4)(1(k/150be2i2 rR5 .217)/(be1i2c1io1V1 rRRVVA 1o1oV2 VVA5 .217V2V1o1oio1ioV AAVVVVVVA 863/k300be1be1irrR 95 501k9846. 0

41、)k150/k4(/k4 1)/(/ 1)/(/be2b2o1e2bebseo rRRRrRRRR 863 be1r設設4 .92 2 . 3 . 4VA中求得單級放大倍數例題兩者比較可看出增益明顯提高兩者比較可看出增益明顯提高例例14.7.2 BJT4.7.2 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4.7.1 4.7.1 頻率特性的一般概念頻率特性的一般概念 4.7.3 4.7.3 共射極放大電路的頻率特性共射極放大電路的頻率特性 4.7.4 4.7.4 多級放大電路的頻率特性多級放大電路的頻率特性4.7 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應4.7.1 頻率特性的一般概念

42、頻率特性的一般概念RsRbrb eRcUsRsC1RL UCCRcRbC2( a )( b )bcUo.Ui.Us.Ui.C1rbbCUo.CK 1KgmUb e.Ub eeb1 、 頻率特性的基本概念頻率特性的基本概念把電壓增益看作常量的前提條件：把電壓增益看作常量的前提條件： 180:,:ibecVbeCVrRArRA 增益相角增益幅度共射增益 180:,:.ibecVbeCVrRArRA 增益相角增益幅度 180:,:.ibecVbeCVrRArRA 增益相角增益幅度 把耦合、旁路、極間電容的作用忽略把耦合、旁路、極間電容的作用忽略不計，不計，Av可看作常數（在中頻區范圍）。可看作常數（

43、在中頻區范圍）。稱為幅頻響應)()()(fVfVfAV 稱為相頻響應)()()(fffio 中頻范圍以外中頻范圍以外，電壓增益是輸入信號的頻率的函數。電壓增益是輸入信號的頻率的函數。 (耦合、旁路、極間電容的作用不可忽略耦合、旁路、極間電容的作用不可忽略。)()()(.ffAfAVV 通 頻 帶O0.707 Au m Au m Auflfhff( a ) 幅 頻 特 性0 90 135 180 225 270( b ) 相 頻 特 性通 頻 帶O0.707 Au m Au m Auflfhff( a ) 幅 頻 特 性0 90 135 180 225 270( b ) 相 頻 特 性2、單級共

44、射基本放大電路的頻率特性圖、單級共射基本放大電路的頻率特性圖 我們定義我們定義: 當放大倍數下降到中頻區放大倍數的當放大倍數下降到中頻區放大倍數的0.707倍時倍時, 即即 時的頻率稱為時的頻率稱為上限頻率上限頻率fH和和上限頻上限頻率率fL。 VMVAA21 后面我們會看到后面我們會看到,單級共射放大電路的高頻等單級共射放大電路的高頻等效電路就類似效電路就類似RC低通電路低通電路,低頻等效電路就類似低頻等效電路就類似RC高通電路。高通電路。要指標之一通頻帶是放大電路的重 LHffBW:帶帶寬寬( (通通頻頻帶帶) )03dB20lg|AV|/dB帶帶 寬寬2204060202 1022 10

45、32 104f/HzfLfH（1）縱軸采用縱軸采用線性分度線性分度, ,以分貝做單位以分貝做單位：20lg|AV|=20lg（Vo/Vi） （2）橫軸采用）橫軸采用對數分度對數分度，以，以HZ做單位做單位,該圖稱為波特圖。該圖稱為波特圖。縱軸：以分貝為單位縱軸：以分貝為單位 橫軸：以頻率為單位橫軸：以頻率為單位（3）近似畫法：）近似畫法： 采用折線法采用折線法 先計算出上限頻率先計算出上限頻率和下限頻率和下限頻率,再分別畫三再分別畫三個區域的線段。個區域的線段。3、波特圖及其畫法、波特圖及其畫法對波特圖的要求：對波特圖的要求：了解其畫法，了解其畫法，看懂圖形。看懂圖形。工程上常用對數頻率特性，

46、又稱為波特圖工程上常用對數頻率特性，又稱為波特圖 在fH處，AV下降3dB, 滯后45度;在fL處，AV也下降3dB, 超前45度。fb eGu / dB20 lg|Au sm|O20 dB / 10 倍 頻程 20 dB / 10 倍 頻 程3 dBff 90 135 180 225 270( a ) 幅頻特性( b ) 相頻特性flfhfbeGu / dB20 lg| Ausm|O20 dB / 10 倍頻程 20 dB / 10 倍頻程3 dBff 90 135 180 225 270(a) 幅頻特性(b) 相頻特性flfhfbeGu / dB20 lg| Ausm|O20 dB / 1

47、0 倍頻程 20 dB / 10 倍頻程3 dBff 90 135 180 225 270(a) 幅頻特性(b) 相頻特性flfh對數頻率特性對數頻率特性低頻區是低頻區是什么原因什么原因造成的？造成的？高頻區是高頻區是什么原因什么原因造成的？造成的？基波二次諧波tOuituoO(a) 相頻失真tOui基波uoOt基波二次諧波(b) 幅頻失真基波二次諧波二次諧波4、 頻率失真（線性失真頻率失真（線性失真 ）當被放大的信號當被放大的信號非單一非單一頻率頻率時，且頻率范圍超出通頻帶，時，且頻率范圍超出通頻帶，經過放大將造成經過放大將造成頻率失真。頻率失真。相頻失真：相頻失真：基波二次諧波tOuitu

48、oO(a) 相頻失真tOui基波uoOt基波二次諧波(b) 幅頻失真基波二次諧波二次諧波信號經過放大,其基波和諧波分量產生不同的附加相移,引起的信號失真。 如(P-17)幅頻失真幅頻失真問題：問題： 若被放大的信號的頻若被放大的信號的頻率是單一的，但在通頻帶范率是單一的，但在通頻帶范圍以外，會出現什么現象？圍以外，會出現什么現象？會出現頻率失真嗎？會出現頻率失真嗎？基波二次諧波tOuituoO(a) 相頻失真tOui基波uoOt基波二次諧波(b) 幅頻失真基波二次諧波二次諧波基波二次諧波tOuituoO(a) 相頻失真tOui基波uoOt基波二次諧波(b) 幅頻失真基波二次諧波二次諧波 信號經

49、過放大,其基波和諧波分量被放大的倍數不同,引起的信號失真， 如(P-17) 。 被放大的信號在什么被放大的信號在什么情況下會出現頻率失真？情況下會出現頻率失真？. RC低通電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sRCsCRsCsVsVsAV 11/1/1)()()(ioHfsj2j 且令且令RCf21H 又又)/11211 HioVffjfRCjVVA 電壓增益的幅值電壓增益的幅值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

50、頻響應）（相頻響應）增益的頻率函數增益的頻率函數RC低通電路低通電路(即低頻即低頻信號容易通過的電路信號容易通過的電路 )5、 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 RC高通電路的頻率特性同高通電路的頻率特性同共射電路的低頻特性很相似共射電路的低頻特性很相似,而研究它比較簡單，其中而研究它比較簡單，其中C可可看作為看作為BJT的結電容的結電容。 用折線法近似畫出波特用折線法近似畫出波特圖，最大誤差為圖，最大誤差為 -3dB。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dBAffVHH01lg20lg20

51、, 則當dBAffffAlgffVHHHVHH32lg20lg02,)/lg(2002, 時當時當 畫波特圖和研畫波特圖和研究高頻響應究高頻響應,關鍵是關鍵是求出上限頻率求出上限頻率fHdBAffffAlgffVHHHVHH32lg20lg02,)/lg(2002, 時當時當相頻響應相頻響應)/(arctanHHff 45)1arctan(, HHff 0)0arctan(, 時當Hff90)arctan(, HHff 畫相頻特性畫相頻特性RC電路的電壓增益：電路的電壓增益：sRCsCRRsVsVsAV/111/1)()()(ioL幅頻響應幅頻響應2)/11ffALVL 相頻響應相頻響應)/(

52、arctanLLff RC高通電路高通電路(高頻信號便于通過的電路高頻信號便于通過的電路) . RC高通電路的頻率響應高通電路的頻率響應對于實際頻率對于實際頻率, s = j =j2 f, 并令并令RCfL 21 ) 8 . 7 . 4()/(11:ffjVVLioVL 則有 RC高通電路的頻率特性同高通電路的頻率特性同共射電路的低頻特性很相似共射電路的低頻特性很相似,而研究它比較簡單，其中而研究它比較簡單，其中C可可看作為隔直電容看作為隔直電容,它決定它決定fL。輸出相位隨輸出相位隨f下降而超前輸入相位下降而超前輸入相位RCfL 21 幅頻響應幅頻響應2)/11ffALVL 相頻響應相頻響應

53、)/(arctanLLff dBAlgffVLL32lg2020, 時當45) 1arctan(, LLff 時當頻率響應的分析思路和步驟頻率響應的分析思路和步驟建立三極管高頻小信號模型（混建立三極管高頻小信號模型（混型等效）電路；型等效）電路； 建立放大電路的高頻小信號模型等效電路；建立放大電路的高頻小信號模型等效電路； 畫幅頻特性曲線和相頻特性曲線；畫幅頻特性曲線和相頻特性曲線；求出放大電路的高頻電壓增益求出放大電路的高頻電壓增益)/j(1HSMsoHffAVVAVVS iSiVMisiebbbebCmVSMRRRARRRrrrRgA :式式中中 求上限頻率：求上限頻率：)1(21Sbbb

54、ebCbCmebHRRrrRCRgCCRCf（， 高頻小信號模型的高頻小信號模型的 建立建立rcebc( b ) 混合 型等效電路rbbCbrb cCeUb e.gmUb e.eIb.Ic.( a ) 三極管的電容效應berb erb erbbrb cbCCc4.7.2. 三極管高頻小信號模型三極管高頻小信號模型(混合混合型等效型等效) 電路電路 beciBiEiCNNPbec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 Cbe 發射結電容發射結電容rbc 集電結電阻集電結電阻 Cbc 集電結電容集電結電容 rbb 基區的體電阻，基區的體電阻，

55、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 1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型rcebc( b ) 混合 型等效電路rbbCbrb cCeUb e.gmUb e.eIb.Ic.( a ) 三極管的電容效應berb erb erbbrb cbCCc 在高頻條件下在高頻條件下, 也將隨也將隨f而而變化變化,iC不受不受iB控制，而用控制，而用ic=gmvb e來表示來表示。簡化模型簡化模型混合混合 形高頻小信號模型形高頻小信號模型 cecbrr和和忽略忽略 1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型

56、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ebbbberrr EQbbebbbe)1()1( IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr又因為又因為ebbeb rIV bbebmebmIIrgVgTmeb2 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數值的獲得fT特征頻率特征頻率，是高頻區是高頻區 下降下降到到1時所對應的頻率時所對應的頻率。又因為又因為低頻時，混合

57、低頻時，混合 模型與模型與H參數模型等效參數模型等效ebbbbe rrrebbeb rIV bebmIVg0 )12. 7 . 4()1( EQTebIVr )14.7.4(2 TmebfgC 可可以以從從手手冊冊中中查查到到和和 TcbfC )13. 7 . 4(:00 mebTEQebmgrVIrg所以模型參數的獲得模型參數的獲得 (1) 中頻段中頻段: 全部電容均不考慮全部電容均不考慮, 耦合電容視為耦合電容視為交流短路交流短路, 極間電容視為極間電容視為交流開路交流開路。 4.7.3 單級共射極放大電路的頻率特性單級共射極放大電路的頻率特性(2) 高頻段高頻段: 耦合電容視為交流短路耦

58、合電容視為交流短路, 而極間電容的影響需要而極間電容的影響需要 考慮考慮 這樣求得三個頻段的頻率響應這樣求得三個頻段的頻率響應, 然后再進行綜合。然后再進行綜合。 這樣做的優點這樣做的優點是是, 可使分析過程簡單明了可使分析過程簡單明了, 且有助于從物理概念上來理解各個參數且有助于從物理概念上來理解各個參數對頻率特性的影響。清華教材就是這樣處理的。對頻率特性的影響。清華教材就是這樣處理的。 (3) 低頻段低頻段: 耦合電容的作用不能忽略耦合電容的作用不能忽略, 而極間電容視為交流而極間電容視為交流 開路。開路。 具體分析時具體分析時, 通常分成三個頻段考慮通常分成三個頻段考慮:RsRbbcUi

59、rbbUogmU b e Usrb eUb eRceb圖圖 4.7.10 （將教材圖中的將教材圖中的Re、Ce去掉去掉）： 中頻等效電路中頻等效電路4.7.3.1 中頻放大倍數中頻放大倍數AVSMRsRbrb eRcUsRsC1RL UCCRcRbC2( a )( b )bcUo.Ui.Us.Ui.C1rbbCUo.CK 1KgmUb e.Ub eeb隔直電容和隔直電容和T的結電容都忽的結電容都忽略不計略不計);/(.ebbbbisisiiibeebiebbbebebLebmOrrRrVRRRVVrrVrrrVRVgV RsRbbcUirbbUogmU b e Usrb eUb eRceb);

60、/(.ebbbbisisiiibeebiebbbebebCebmOrrRrVrRrVVrrVrrrVRVgV );/(.ebbbbisisiiibeebiebbbebebLebmOrrRrVrRrVVrrVrrrVRVgV sCmbeebisioVRgrrRRRV.bebebbbbirRrrRR/)/( iSibeLoCmbeebisisOVSMrrrrRRgrrRRRVVA . (4.7.28)中頻區的對數頻率特性：中頻區的對數頻率特性：常常數數 .lg20VSMA結論：中頻區的幅頻特性是一條水平線，相頻特性結論：中頻區的幅頻特性是一條水平線，相頻特性 也是一條水平線。也是一條水平線。iSi