3.4 三种组态放大器的中频特性 放大电路的交流小信号分析是分频段进行 ; 中频段 : 电路电容不起作用, 晶体管用低频小信号模型 ; 低频段 : 电路电容起作用, 晶体管用低频小信号模型 ; 高频段 : 主要考虑 PN 结电容, 晶体管用高频小信号模型 ; 标志放大电路的增益和阻抗特性的分析是在中频段 进行, 不随频率变化, 反映带通特性 ; 1
分析的对象和内容 1. 单级共射放大电路 对象 :BJT 基本放大电路的中频交流通路 内容 : 中频交流性能指标, 包括电压 电流增益 输入 输出阻抗等 中频交流小信号分析方法 ---- 模型法 ( 等效电路法 ) 交流小信号 BJT 模型的理解 : 只适合微变交流小信号分析 ; 模型参数仅描述交流通路特性, 与直流通路无关 模型参数大小与直流静态工作点 Q 有关, 在放大区基本不变 2
1. 共射放大电路结构 静态直流偏置电路 : 定基压偏置, 并保证 BJT 处于放大态 ; 中频动态交流通路 直流电压源交流接地, 耦合 旁路电容作交流短路处理 ; V CC 中频交流通路 R B1 R C C 2 C 1 Rs Vi R B2 R E C E RL Vo 3
1. 共射放大电路 中频交流等效电路 : B C V i RB RC E 低频交流小信号模型 V i RB B i b h ie i b r c C 1 RC RL E 集电结电阻 r' c 忽略 标明电流电压方向 4
1. 主要交流指标参数 电压增益 源电压增益 电流增益 输入阻抗 输出阻抗 5
1. 共射放大电路动态分析 * 中频电压增益分析 V i Ii RB i b hie i b RC Io RL 共射放大器是一个电压反相放大器 若 R C ~h ie, 则 A V ~β, 一般可达几十倍 6
1. 共射放大电路动态分析 中频电流增益分析 Ii i b Io V i RB hie i b RC RL 电流反相放大器 ; 放大倍数为 β 乘以两个分流比, 一般几十倍 ; 7
1. 共射放大电路动态分析 输入阻抗分析 R i 输入电阻中不应含有! KΩ 量级! 由 I EQ 算出 查阅手册 在输入特性曲线上,Q 点越高,r be 越小! 一般公式估算 h ie =r be 8
1. 共射放大电路动态分析 输出阻抗分析 R o 方法 -1 输出电阻中不应含有! R o V I R C KΩ 量级! 戴维宁电压源等效 方法 -2 条件 : 输入阻抗与输出端口中的负载参数无关, 输出端口负载 的变化不会影响输入端口控制电流 i b 9
1. 共射放大电路动态分析 V CC R B1 R C C 2 C 1 Rs Vi R B2 R E R R R R R h RL V C B o A C I E C L B ie 共射放大器存在的问题 : 放大器的电压增益和电流增益都与 β 有线性关系 ; 晶体管 β 参数存在较大的离散性, 且与温度密切相关, 故该电路交流性能指标的温度稳定性较差 ; 10
1. CE+R e 动态分析 R B1 C 1 R C C 2 V CC 解决之道 : 发射极支路串入交流 小电阻 R e 负反馈作用! Vi R B2 R e R E Vo CE 中频交流通路 V i R B R e R C Ii i b Io 中频交流等效电路 V i R B h ie R e i b R C 11
1. CE+R e 动态分析 电压增益分析 Ii i b Io h ie i b V i R B R e R C 好处 : 交流小电阻 R e 使得 A V 与 β 几乎无关, 稳定了中频电压增益 ; 代价 : 交流小电阻 R e 降低了电压增益 A V, R e 越大,A V 降低的越多. 12
1. CE+R e 动态分析 电流增益分析 Ii i b Io h ie i b V i R B R e R C 因 R B 较大,R e 对电流增益 A I 有一定影响, 但是影响较小 13
1. CE+R e 动态分析 输入阻抗 R i h ie i b V i R B R e R C Ii i b Io R i ' R i 增大了输入阻抗 R i, 降低源内阻 R S 对源电压增益 A VS 的影响 14
1. CE+R e 动态分析 输出阻抗 R o Ii i b h ie i b Io V i R B R e R C R o R C 和 CE 相同! R o 思考 怎样进行简便求解? 15
举例 : 共射放大电路 例 : 图示电路中, R 0.7K, R =150K, R =100K, E B1 B2 R =3.3K, 晶体管参数 =120, V =0.7V, r 可忽略不计, C BEON b 试求该放大器中频电压增益 A 和输入阻抗 R? V i V CC C R B1 R C R B2 R E 16
举例 : 共射放大电路 第一步 : 先画出直流通路, 做静态直流分析 : V CC R B1 R C R B2 R E 17
举例 : 共射放大电路 第二步 : 画中频交流通路, 关键 : 作出动态交流等效电路 : V i R B R E R C I i i b h ie i b V i R B R E R C R o? 18
例题 2 如图电路,β=50, 估算 Q, 求 A VS Ri R 0 Rb 250k Rc 2k +V CC 12V Rb 250k Rc 2k +V CC 12V Rs 500 + Vs - + Vi I I Cb 1 20μf - V BQ CQ CEQ Re 1k 40 A 2mA 6V Cb 2 20μf Ce 40μf V CC 2K + V 0 - I CC BQ b BE Re 1k (1) 静态分析, 求 Q 点 : 由直流通路 CQ V I R V ( 1 ) I R C V CEQ I I EQ R e V CQ I BQ CEQ I CQ BQ R e ( R R ) e C
例题 2 (2) 求 Q 附近参数 r be : r be 26mV 200 (1 ) 850 I EQ (3) 动态分析, 画小信号等效电路 : Rs 500 + Vs - + Vi - Rb 250k Cb 1 20μf Re 1k Rc 2k Cb 2 20μf Ce 40μf +V CC 12V 2K + V 0 - Rs + Vs - + vi Rb - Ri b i b r be e i c βi b c Rc R 0 + v 0 -
例题 2 (4) 求动态参数 A VS Ri R 0 : A v vo RL 59 v r i be R R // r be r 0.85k R i b be o Rc 2k rbe Rb Ri Avs AV Av 38 R r R R R S be b s i 先求 Ri Av, 后求 Avs
2. 共集 CC 放大电路 电路结构 : 定基压直流偏置, 并保证 BJT 处于放大态 ; R B1 C 1 V CC 中频交流通路 B E V i R B2 R E C 2 V i RB C RE Ii B i b h ie E Io V i 22 RB i b C RE
2. CC 放大电路动态分析 电压增益 AV Ii i b h ie Io V i RB i b RE 射极跟随器 : 电压同相放大器, 射极的交流电压幅度和相位都 跟随基极, 电压增益 <1, 接近于 1. 23
Ii i b 2. CC 放大电路动态分析 h ie Io 输入阻抗 Ri V i RB i b RE R 从基极看放大 β i 倍 ' R i 如何克服 R B 的影响? 与共射放大器相比, 共集放大器的输入阻抗要高得多, 而且与负载相关 24
2. CC 放大电路的改进 * 提高输入阻抗方法 -1 采用增大基极偏置电阻法 R B1 V CC C 1 R B3 C 2 R B3 不能太大? V i R B2 RE RL 其压降影响直流偏置 25
2. CC 放大电路的改进 方法 2- 采用自举电路 静态 :Q 点不变 动态 :V A 随 V O 自举 ; 又射极跟随, 则 忽略 R B2 影响! R ( h R ) (1 )( R R R ) h (1 )( R R R ) i ie B2 L E B1 ie L E B1 R i 提高几百 kω 量级! 26
2. CC 放大电路动态分析 源电压增益 AVs Ii i b h ie Io V i RB i b RE 27
2. CC 放大电路动态分析 电流增益 Ii i b h ie Io V i RB i b RE 共集放大器是电流同相放大器 电流增益 1+β 成正比例, 大于 1, 即有一定的功率增益. 28
2. CC 放大电路动态分析 ** 输出阻抗 R o 信号源短路, 保留内阻, 电流源开路 ib I 1 I RB h ie i b RE V ' Ro Ro 从看输出端口看, 缩小至 1/(1+β) Rs h ie 不高,R o 很低 ( 几十 Ω), 带负载的能力比较强 ; 用作输入级 输出级或者作为阻抗变换器用于级间隔离 29
3. 共基 CB 放大电路动态分析 直流通路 : 定基压直流偏置电路, BJT 处于放大态 V CC 交流通路 Ii E C Io R B1 RC C 2 V i R E B R C Vo C 1 R B2 R E C 3 V i R s 交流等效电路 I i E i b C I o h ie 射极输入, 集电极输出 V i R E i b B R C 30
3. CB 放大电路动态分析 电压增益分析 I i i b I o h ie V i R E i b R C 与 CE 相比, 电压增益大小相等, 相位相反, ---------- 同相电压放大器 31
3. CB 放大电路动态分析 输入阻抗 从看输入端口看, 缩小至 1/(1+β) 输入阻抗 R i 很低, 比较适合用输入级电流源驱动 32
3. CB 放大电路动态分析 输出阻抗 R o R C 和 CE 一样 方法 1 方法 2 i b I I i i b I o0 RE i b h ie RC V V i R E i b h ie R C Vo 低输入阻抗, 高输出阻抗, 与共集放大器特性相反 与共集放大器一样, 可以作为阻抗变换器来使用 ; 33
3. CB 放大电路动态分析 电流增益分析 I i i b I o i b - i h [ I (1 ) i ] R b ie i b E V i R E h ie R C 34
3. CB 放大电路动态分析 A I R C R C RL R E RE 1 hie 1 电流跟随器 ----- 无电流放大倍数 共基放大器也是电流的同相放大器, 其电流增益小于 1, 但 是若 R C 时, 则比较接近于 1, 可作为电流跟随器使用 35
经典例题 3
例题 3
例题 3
例题 3
例题 3
举例 : 多 BJT 管放大器的中频分析 设图示放大器中 T1, T2 参数分别为 : h h, 求中频输入阻抗 R i 和输出阻抗 R o 1 2 ie1 ie2 V CC Vi T 1 T 2 R E 41
3. 共基放大器 第一步 : 画中频交流通路和交流等效电路 h ie2 T 2 V i T 1 R E Vo V i ib1 h ie1 i b 2 1i b 1 2ib2 R E 42
3. 共基放大器 h ie2 ' I I ib1 h ie1 i b 2 1i b 1 2ib2 R E V R ' o R o 43
例题 例题 : 如图 β=60,v BE =0.7V (1) 估算 Q (2) 计算 r be R b1 60K Rc 3k +V CC 16V (3) 用小信号分析法求 A V Ri R 0 (4) 若 R b2 逐渐增大,v 0 首先出现怎样的失真? 做出示意波形 1. 估算 Q: 根据直流通路 + Vi - Cb 1 R b2 20K R e1 1.8k R e2 200 Cb 2 + Ce 6K V 0 - V B R b1 R b2 R b2 V CC 4V V V B BE ICQ IEQ 1.65mA Re1 Re2 U CEQ V CC I CQ (R C +R e1 +R e2 )=7.8V I BQ =I CQ / =28uA
计算 r be r be 例题 26mV 200 (1 β) 1.2K I EQ v 2. 求 A V : 由等效电路 R R // R 2K v A = L C L βr o L v r i be (1 ) 求输入电阻 : β R e2 9 + Vi - b c r be e βi R R b b1 b2 R C 求输出电阻 : R e2 v R = R 3K T o RL, Vs 0 C IT + V 0 - R [ r (1 β) R ]// R // R 7.5K i be e2 b1 b2
例题 3 分析失真情况 : +V CC 16V R b2 V B I CQ R b1 60K Rc 3k Cb 2 + Q 近饱和区 v 0 首先出现饱和失真 + Vi Cb 1 R b2 20K R e1 1.8k Ce 6K V 0 - NPN 共射,v 0 失真表现在底部. 示意波形 : - R e2 200 增大 R b1 可消除此失真