放大电路设计及分析.pptx

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1、第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作2.1 观察放大电路的波形 放大电路的作用是将小信号放大为大信号，例如，将0.1V的信号提高为1V信号即是放大。首先，用晶体管组成一般的放大电路，并用示波器对各部分的工作进行观察。图2.1是进行实验电路。看一下晶体管就知道，晶体管有三个端子，分别是集电极、基极、发射极。在图2.1的电路中，基极为输入，集电极为输出，发射极为公用（地）端。因此，称图2.1为共发射极放大电路（Common EmitterAmplifier）。作为信号放大用IC的有名的OP放大器，在其内部起放大作用的部分电路当中，使用的就是共发射极放大电路。第1页/共68页集电极基极输出接

2、地（信号共用）输入直流电源图2.1第2页/共68页 在该电路中，当输入信号是由实验用的正弦波发生器产生的1KHz、1Vp-p的正弦波信号时，其输入输出波形如图2.2所示 输入信号Vi为1Vp-p,输出信号Vo的振幅（波形上下之间的值）为5Vp-p，如果用对数来表示，则为20Ig5=14dB.仔细对波形进行观察可知，输出波形的相位相对于输入波形有180度的改变（波形反转）第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作第3页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作图2.2 输入电压Vi与输出电压Vo的波形（200us/div，1V/div）（Vi为1Vp-p,Vo为5Vp-p，即是5倍

3、的放大。因为周期为1ms，信号的频率为1KHz,Vi与Vo的相位相反）vivo第4页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 图2.3是输入信号Vi与晶体管基极电位Vb的波形 Vb的振幅和相位完全与Vi相同，Vb的波形是在交流成分上叠加约2.6V的直流电压的波形。该直流电压称为基极偏置电压，产生偏置电压的电路（在该电路中，为R1与R2）称为偏置电路。所谓偏置（bias）是“偏离”的意思，在图2.1中，将基极电位偏离了直流2.6V，故有这样的称呼。位于输入端的电容C1是切去基极偏置电压（直流）仅让加在输入端的交流成分过的电容。由于它使输入信号与电路或者电路与电路相耦合，所以称为耦合

4、电容。第5页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作图2.3输入电压Vi与基极电位Vb的波形（200us/div，1V/div）（Vo以0V为中心作正负振动，即是交流。Vb等于在直流偏置上叠加Vi）vivb第6页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 图2.4为基极电位 与发射极电位 的波形。在交流上 与 振幅与相位是完全相同的波形。如图2.3所示，与 在交流上是相同的波形，所以发射极电位 成为与输入信号完全相同的波形。因此，当在晶体管的基极上加信号时，即使从发射极将信号取出，也完全没有电压放大作用（电压放大倍数为1）再来注意图2.4中的直流电位。是在+2.6V的

5、直流上叠加1KHz的交流信号，但是，是在约比它低0.6V（在图中为0.62V）即+2V上叠加同样的交流信号。第7页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作图2.4 基极电位 Vb与发射极电位Ve 的波形（200us/div，1V/div）(Vb与 Ve的交流振幅几乎相同，而直流电位相差约0.6V，这是晶体管电路的特点)vevb第8页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 实际上晶体管有两种类型，分别称NPN晶体管和PNP晶体管。它们都有如图2.5所示的两个PN结。该PN结图2.6所示的二极管。可以这样认为，晶体管在基极发射极间和基极集电极间连接着二极管（显然，晶体

6、管不是图2.5所示的那样将两个二极管连接在一起）。在一般的放大电路中，使基极发射极间的二极管ON（导通），基极集电极间的二极管OFF（截止）来设置晶体管各端子的电位（偏置电压）。第9页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作图2.5 晶体管的PN结（在双极晶体管中有两种类型，可根据电源情况灵活使用。通常使用正电源的NPN型晶体管）第10页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作PNPN结阳极阴极VIO0.60.7V硅二极管的正向压降约0.60.7V(a)PN结（b）I-V特性图2.6 二极管特性第11页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 在图2.

7、1的电路中，也使基极发射极间的二极管ON，基极发射极间电压VBE(在图2.4中Vb与Vc之电压差)与普通硅二极管的正向压降是相同的值，即0.60.7V。双极晶体管（普通的晶体管）与在数据表上写着的小信号、功率、低频和高频等用途没有关系，在进行放大工作时，肯定为VBE0.60.7V。在晶体管电路中，这样极其重要的事情。不夸张地说，只要知道VBE0.6V与欧姆定理，无论怎样复杂的晶体管电路都能进行解析和设计第12页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 图2.7是发射极电位Ve与集电极电位Vc的波形。至今所见到的波形Vb与Ve是输入信号Vi相同的波形，不进行电压放大。但是，如图2.

8、7所示，在集电极呈现出Vi被放大的波形（相位与Vi相反）相对于发射极电阻RE，如图2.4所示，Ve振幅为2V0.5V,所以晶体管的发射极电流ie（=在RE上流动的电流）是以1mA为中心，在0.5mA的变化(2V0.5V)/2k=1mA0.25mA。在晶体管的各端子流动的电流有图2.8所示的关系。但是与集电极ic相比，则ib是非常小的值，可以忽略不计，则ic=ib。第13页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作图2.7 发射极电位Ve与集电极电位Vc的波形（200us/div，2V/div）(Vc与Ve是相反，在Vc出现将Ve放大了的电位)vc15vve第14页/共68页第第2

9、2章章 放大电路的工作放大电路的工作ibicieibicie基极电流集电极电流发射极电流ie=icib（ibic）图2.8 晶体管各端子的电流（表示交流成分时，用小写的符号，NPN型与PNP型晶体管的电流方向完全相反）第15页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 因此，在图2.1的电路中，集电极电流ic也与ie相同为1mA0.25mA。换一个看法，如图2.9所示，将输入信号Vi的电压变化Vi（此时为0.5V）变化成电流变化ic（此时为0.25mA），则可以将图2.1的电路看出是由集电极进行输出的电源。进而，利用集电极与电源间接入RC（称为集电极负载电阻），ic以电阻上的压降形

10、式再次变回到电压的变化Vc，并由集电极取出。第16页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作ViicVi认为是由输入电压控制的可变电流源 图2.9 将电压变化成电流的变化（对共发射极放大电路如果改变一下看法，也可以说是由输入电压控制的可变电流源）第17页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 因为RC是接在电源与集电极之间，所以RC的压降是相对于电源产生的。因此，RC的压降增加（Vi增加，ic就增加），则相对GND的集电极电位Vc就减少。RC的压降减少（Vi减少，则ic就减少），则Vc就增加。因此，相对于Vi，Vc的相位是反相位（相位差为180）。图2.10是集电

11、极电位Vc与输出信号Vo的波形。由此可知，电容C2将Vc的直流成分（此时为5V）截去，仅将交流成分作为输出信号取出（C2是起着与C1一样作用的耦合电容）。第18页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 图2.10 集电极电位Vc与输出电压Vo的波形 （200us/div，2V/div）(用电容将Vc的直流截去，则输出Vo，Vo是以0V为中心振动的交流信号)vovc第19页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作2.2 放大电路的设计 首先，在图2.1的电路中，基极的直流电位VB（为vb的直流部分，或者没有输入信号时的基极电位）是用R1和R2对电源电压Vcc进行分压

12、后的电位，所以，流进晶体管的基极电流的直流成分IB是很小的，可以忽略，则 发射极的直流电位VE（ve的直流成分），如图2.4所示，仅比VB低的基极发射极间的电位VBE，如设VBE=0.6V，则VE为：第20页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 发射极上流动的直流电流IE（ie直流成分）为：集电极的直流电压Vc（vc的直流成分）为电源电压减去RC的压降而算得的值，所以VC为：在式中，基极电流为很小的值，所以可以忽略，则Ic=IE。以上求得的各部分的直流电位表示图2.11中第21页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作Vcc输入输出Vce=0.6VIB=0Ic=

13、IEIc.Rc图2.11 共发射极放大电路中各部分的直流电位（基极的输入阻抗非常高，如果认为集电极电流与发射极电流相等就简单了）第22页/共68页 接着求图2.1所示电路的交流放大倍数（交流增益）。由于晶体管的基极发射极间存在的二极管是在导通情况下使用（交流电最为0），所以基极端子的交流电位（=vi)直接的出现在发射极，因此，交流输入电压vi引起的ie的交流变化部分ie为：另为，令集电极电流的交流变化部分为ic，则vc的交流变化部分vc为：进而认为，集电极电流=发射极电流，则ic=ie 第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作第23页/共68页 另一方面，因用C2将vc的直流成分截去，故交

14、流输出信号vo即为vc的本身：因此，该电路的交流电压放大系数AV:放大系数AV与晶体管的直流放大系数hFE无关，而是由RC与RE之比来决定的（因为认为基极电流为0，所以与hFE无关，然而，严格来说是有关的。）第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作第24页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 另外，RE的值增大，则放大电倍数AV减小，所以可以认为该电路由RE加反馈。因此，称RE为发射极反馈电阻。由于负反馈，RE有抑制因hFE的分散性和VBE的温度变化而产生的发射极电流变化的作用。这样一来，晶体管的信号放大电路也不是那样的难理解，这是因为几乎只由两个电阻RE与RC之比就能决

15、定放大倍数的缘故。将图2.1电路的交流放大倍数的求法总结在图2.12。第25页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作输入vi输出vo=vcVccvcvcl表示信号的变化量l小写字母表示交流成分lAv是所求的交流电压增益图2.12 求电压增益（假设集电极电流与发射极电流相等，令发射极上出现的交流成分等于输入信号，则RE与RC之比就为放大倍数）第26页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 由于已经求得各部分电位和交流放大倍数，下面就具体进行设计，求出图2.1电路的参数。在进行设计时，要明确“制作什么样性能的电路”，或有这样的要求，即“请制作这样性能的电路”。在表中

16、表示设计规格。这里除了电压放大倍数与最大输出电压，其他没有特别的规定。表2.1 共发射极放大电路的设计规格电压增益电压增益5（14dB）倍）倍最大输出电压5Vp-p频率特性任意输入输出阻抗任意第27页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 首先确定电源电压。最大输出电压是重点。为了输出5Vp-p的输出电压，显然必须要5V以上的电源电压。其次，为了使集电极电流流动，由于发射极电阻RE上最低加12V的电压，所以电源电压最低必须为67V。在这里，决定采用与OP放大器的电源电压（15V）一样的15V。第28页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 图2.13 用PNP型

17、晶体管的共发射极放大电路第29页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 图2.5所示，晶体管有PNP和NPN两种类型。图2.1是用NPN晶体管组成的电路。用PNP组成的电路如图2.13。使用PNP晶体管的电路与使用NPN晶体管的电路，其电流方向相反。为了使偏置电压的极性相反，就成为将电源GND进行交换的形式。在这里采用的是NPN型晶体管。现在，具体来选择晶体管。晶体管依照其用途大致分为高频（2SAxxxx，2SCxxxx）与低频（2SBxxxx,2SDxxxx）进一步还可以分为小信号与大功率（在型号上不能区分）。晶体管的型号有几千多种，所以在其中选择自己所需要的型号是很困难的。

18、第30页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 在追求最终性能（噪音大小和高频特性等）的情况下。晶体管的特性左右电路的特性，所以必须要慎重选择器件。在实验电路中没有考虑到很周全，但在实际电路中是不可以，所以只要不超过晶体管的最大定值，无论那种型号都能工作。反之，如果遇到此类型的电路，不必要太在意型号，只要是NPN型晶体管的任何一种都可以。考虑一下晶体管的最大额定值，因电源电压为15V，所以在集电极基极间和集电极发射极间有可能最大电压加到15V（加上大振幅输入信号时）。因此，选择集电极基极间的电压VcBo与集电极发射极间的电压VcEo的最大额定值为15V以上的器件。第31页/共6

19、8页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作特性频率fT/MHz发射极电流IE/mA图2.14 2SC2458的频率特性与发射极电流的关系（通常晶体管具有一增加发射极电路=工作电流，则频率特性就有变好的倾向）60040在IE=40mA时频率特性最好共发射极电路Vce=10V Ta=25第32页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 接着是设定工作点。晶体管的性能，特别是频率特性随着发射极电流（或者集电极电流）变化而产生很大变化。在图2.14中2SC2458的频率特性与发射极电流的曲线图。fT称为晶体管的特性频率，它表示交流电流放大系数为1时的频率。它的值随发射极电流从305

20、00MHz有很大的变化。关于fT先了解这些就可以了。由该曲线图可知，如果希望频率特性最好（fT最高），必须将设定在IE=40mA。对于噪声特性也一样，存在着噪声最小的集电极电流。在同一晶体管中，频率特性好的发射极电流与噪声特性最好的发射极电流不同。该电路那样小信号共发射极电路的发射极电流大小是从0.1mA至数毫安第33页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作Rc与RE的方法 电路的放大倍数是由Rc与RE之比来决定的，所以令AV=5，取Rc：RE=5:1。为了吸收基极发射极间电压VBE随温度的变化，而使工作点稳定，RE的直流压降必须在1V以上。这是因为VBE约为0.6V，然而它具

21、有-2.5V/的温度特性，这是由于VBE的变化，发射极电位也变化，集电极电流也发生变化的缘故。在这里，取RE得压降为2V，因此Ic=1mA（设Ic=IE），则第34页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 晶体管的集电极发射极间电压VCE为集电极电位VC减去发射极电位VE，得出VCE 晶体管的集电极耗损Pc(在集电极发射极间发生的功率损耗，它变成热量)为：Pc必须在规定的最大额定值一下（2SC2458的最大额定值是200mW）第35页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 还有，Rc的值太大，则在Rc本身的压降变化，集电极电位下降，在输出振幅大时，集电极电位靠近

22、发射极电位，削去输出波形的下侧。反之，Rc的值太小时，电位靠近电源电压，削去输出波形的上侧。因此，在最大输出振幅时，如果电位关系成为削去波形的关系，则在必要时调节VE或者Ic的设定来重新求出Rc和RE。最好的办法是将集电极电位Vc设定在Vcc与VE的中点，但是像本设计那样，只要满足最大输出振幅的规格，也就没有必要特地去将集电极电位Vc设定在中点。第36页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 设发射极电阻RE的压降=发射极电位，为VE=2V，由于VBE=0.6V，所以基极电位VB必须是2.6V（=2V+0.6V）。由于基极电位是由R1于R2对电源电压进行分压之后的电位，所以，如

23、果设R2的压降为2.6V，R1的压降12.4V(=15V-2.6V)即可。另外，在晶体管的基极流动的基极电流为集电极电流的1/hFE=200,则流动的基极电流为0.005mA。因此，有必要在R1与R2流过比积极电流大得多的电流，使得基极电流能够忽略。在这里，在R1与R2上流动的电流取为0.1mA（认为“大得多”=10倍以上就可以）第37页/共68页即R1与R2为:但是，这个R1与R2的值在E24系统数列的电阻中没有的，所以不改变R1与R2的比值（比值以改变VB的值就变化），在E24系统的阻值中来挑选，取值R1=100K,R2=22K。在图2.15中，表示至此所求的常数及其部分的直流电位。可得出

24、，实际电位几乎与计算值相等。第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作第38页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作输入输出+15V0.12mA2.6V0.6V1mA1mA2V3V10V图2.15 共发射极电路的DC电位（实验值与计算值几乎一直。这可由VBE=0.6V及欧姆定律来解释）第39页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作1与C2的方法 C1与C2是将基极或集电极的直流电压截去仅让交流成分进行输入输出的耦合电容，但是图2.16，C1与输入电阻、C2与连接连接在输出端的负载电阻分别形成高通滤波器仅让高频通过的滤波器。当C1与C2取很小的值时，在滤波效果上

25、难于通过低频，频率特性下降，在此去C1=C2=10F。关于图2.1电路的交流输入电阻，如设晶体管的输入阻抗为无限大，则电源的阻抗在交流上是与GND相同的阻抗（即为0），所以输入阻抗为R1与R2的并联连接的值R1/R2（晶体管的基极电流极小，所以晶体管本身的输入阻抗可以看成非常大）第40页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作电容器阻止直流，让交流成分通过R1/R2高通滤波器2.16 共发射极放大电路的高通滤波器（换而言之，高通滤波器，即让高频通过，将低频和直流截去）第41页/共68页 因此，由C1形成的高通滤波器的截止频率fc（振幅特性下降3dB-即下降到 的频率）为：第第2

26、2章章 放大电路的工作放大电路的工作 要注意，由该C2形成的高通滤波器的fe，会因输出端接有不同的负载电阻而发生变化（例如接在输出端电路的输入阻抗等）。所以，预先考虑一下接有什么样的负载是至关重要的。第42页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作3与C4的方法 C3与C4是电源的去耦电容即降低电源对GND的交流阻抗用的电容（称为旁路电容）。当没有这个电容时，电路的交流特性变得很奇特，严重时对电路产生震荡。电容的阻抗为1/(2fC)，频率越高，阻抗应该越大。但是，实际上因内部感抗成分等因素的影响，从图2.17的某个频率开始，阻抗反而变高。在结构上，小容量电容器在高的频率处，而容量

27、的电容器则在较低的频率处，电容的阻抗变得最低。因此，在电源上并联连接如图2.18的小容量的电容器C3和大容量的电容器C4，在很宽的频率范围降低电源对GND的阻抗。第43页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作阻抗/0.020.1频率/kHz10010(a)铝电解电容0.1100.1F0.01F0.001F（b）薄膜电容图2.17 电容器的阻抗（在理想上阻抗是1/2fC，应该与频率成反比的下降，但在高频情况下，偏离了理想的特性而具有一定的阻抗）第44页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 但是，小容量的电容器是在高频情况下降低阻抗用的，所以如果不配置在电路近邻，

28、则电容器的引线增长，由于引线本身的电阻，电源的阻抗不能降低。在此，采用C1=0.1F的叠加陶瓷电容器，C4=10F的铝电解电容器。通常小容量电容器0.010.1F的陶瓷电容器（薄膜电容器为NG），大容量电容器是1100F的铝电解电容器。另外，在这样低频率的电路中，即使没有小容量C3，电路也能正常工作。但是在高频电路中，比起大电容C4来，C3起着更为重要的作用。从习惯上来说，旁路电容也由大电容和小电容两条通路构成。第45页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作VccC4 10C3 0.1大容量的电容器，即使离开电路一些也没有问题为了减少布线的阻抗，把小容量的电容器安置在紧靠电路的

29、边上图2.18 电源的去耦（旁路）电容（在低频电路中，去耦电容的安装位置不是问题，但在高频电路中，安装位置比什么都重要。引线也要短。）第46页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作2.3 放大电路的性能 图2.19表示测量输入阻抗Zi的方法。它是信号源上连接串联电阻Rs、由串联电阻两端的振幅vs与vi之差来求输入电抗的方法。该测量的考虑方法为，加在电路上的输入电压vi是信号电压vs用Rs于Zi进行分压后的值。图2.20表示vs=1Vp-p(1KHz),Rs=18k时的波形。vi为0.5Vp-p（vs的1/2）,所以知道Zi值与Rs相等，即=18k。这个值是偏置电路的R1与R2的

30、并联连接值R1/R2的本身值。第47页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作Zi=R1/R2 =18K输入阻抗vsvi共发射极放大电路vo图2.19 输入电阻的测定（Rs是为测量输入阻抗而接入的电阻。在一般的电路中，Rs为数十欧以下。根据Rs的接入，输出输入特性（振幅）如何变化，就可以推定出输入阻抗的值。）第48页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作vivs200s/div,200mV/div图2.20 测量输入阻抗的波形（在信号源上串接上Rs=18k，然后接到电路上，则电路的输入信号vi振幅就下降，这是输入阻抗变低的缘故。）第49页/共68页第第2 2章章

31、放大电路的工作放大电路的工作 图2.21测量输出阻抗的方法。它是在输出端接上负载电阻RL来测量输出振幅vo，然后与无负载（RL）时的输出振幅做比较来求输出电抗的方法。这是因为，vo为无负载是的输出振幅用Zo与RL进行分压后的值。Zo值与RL相等，即知道为Zo=10k。这个值为集电极电阻Rc本身的值。如图2.22。图2.23，改变对晶体管的看法，则可以认为是由输入信号控制的电流源。因此，由输出端看到的该电路的阻抗为Rc与电流源并联连接的值。所谓电流源，是指即使负载变化，其电流也不改变，可以认为内部阻抗是无限大。所以，由输出端看到的电阻为Rc本身。第50页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放

32、大电路的工作Zo=Rc输出阻抗共发射极放大电路vivo图2.21 输出电阻的测定（RL是为测量输出阻抗而接入的电阻。在一般的电路中，RL为数十至数百千欧。根据RL的接入，输出输入特性（振幅）如何变化，就可以推定出输入阻抗的值。）第51页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作vivo200s/div,1V/div图2.22 测量输出阻抗的波形（接上负载电阻RL=10K,则输出电压vo由5Vp-p下降到2.5Vp-p。这是由于输出阻抗变高的缘故）第52页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作晶体管可看作电流源Vcc的阻抗在交流上与GND一样输出阻抗为Rc本身的值电流

33、源的阻抗为VccRcC2vi输出从交流角度看CviCRc输出Rc图2.23 共发射极电路的输出电阻（关键是将晶体管看作电流源，电源Vcc的阻抗可看作几乎为0。共发射极电路的输出阻抗不一定很低）第53页/共68页 图2.24电压放大倍数及相位的频率特性（1KHz10KHz）曲线，如对电路的放大倍数进行正确的测量，放大倍数为12.8dB（约4.4倍），比之前设定的Av（14dB=5倍）略低一些。在之前计算是设定Ic=Ie。但是实际晶体管的hFE为有限的值，所以 ,Ic比Ie要小一些。因此，实际的放大倍数（增益）也比计算值要低一些（如严格地讲进行计算，不仅与hFE有关，而且与晶体管的输入阻抗hIE也

34、有关）。第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作第54页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作HP4192A相位电压增益截止频率:3981.07KHz增益:12.81dB输入电压:0.099V20.017.512.5 0-2.5-5.01K 10K 100K 1M 10M180120600-60-120-180相位/度响应/dB频率/Hz图2.24 实验电路的频率特性（这是由阻抗分析仪进行测量的，它是由矢量电压与信号发生器组合在一起的。截止频率和增益都能够正确地得到）第55页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 但是，设定的增益与实际的增益误差为10%左右

35、。反过来说，产生10%的误差，并不意味着要采用精度更高的电阻来替代确定增益的电阻RE与RC，5%精度的电阻就足够了。在图2.25中，表示的是低频率的频率特性。低频截止频率fcl为0.8Hz，这与之前计算出来的、在输入侧形成的高通滤波器的截止频率几乎是一致的（因为没有接负载，在输出侧形成的高通滤波器可以忽略）。第56页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作FREQ RESPfCL3dBX=808.26mHzYa=9.74667dBFxd Y 100.02m Log(Hz)共发射极100k0.020.02.5/Div (dB)图2.25 实验电路低频范围的频率特性第57页/共68页

36、第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 由图2.24可知，该电路的高频截止频率fch（放大倍数下降3dB的频率）是3.98MHz，直至高频范围都有响应。例如，无线电的AM广播频率的上限约为2MHz左右，可以知道，该电路所具有的频率特性是可以用到收音机的高频端（在天线接收到的信号，按原有频率进行处理的电路）但是，看一下前面的表2.1，所用晶体管2SC2458的截止频率fT为80MHz。fT是hfe（交流电流放大系数）为1时的频率，它是器件频率特性的标志性特性。但是，即使使用fT=80MHz的晶体管，电路的截止频率仍是比它低一个数量级的值。这有些奇怪！第58页/共68页第第2 2章章 放大电

37、路的工作放大电路的工作相位电压增益截止频率:6606.93KHz增益:12.74dB输入电压:0.099V图2.26 使用2SC2668时的频率（将图2.1电路的晶体管2SC2458换成fT更高2SC2668，频率特性比图2.24拓宽了2倍）HP4192A20.017.515.012.510.0 7.5 0-2.5-5.0180120600-60-120-1801K 10K 100K 1M 10M相位/度响应/dB频率/Hz第59页/共68页 图2.28表示在晶体管内部存在的电阻和电容。实际上，在晶体管的基极存在串联电阻rb，在各端子间存在电容Cbc、Cbe和Cce。图2.29（a）是考虑到这

38、些电阻、电容而改画之后的共发射极放大电路。在这里，成为问题的是基极-集电极间电容Cbc。基极端子的交流电压为vi，集电极端子的交流电压为所以在Cbc两端加的电压为 。为此，在Cbc上流动的电流只是在Cbc上加vi时的 倍（因为加了 倍的电压）。因此，由基极端来看Cbc时，可以将Cbc看成具有 倍电容的电容器。这就是所谓的密勒效应现象。第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作第60页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 就是说，晶体管的输入电容Ci是 倍的Cbc和Cbe之和。所以，图2.29（b）所示，Ci与基极串联电阻rb形成低通滤波器。为此，在高频范围，电路的放大倍数下

39、降。在晶体管的数据表中，往往以Cbc与rb的乘积来表示。显然Cbcrb越小，表示高频特性越好。通常，低频晶体管的Cbcrb值为数十至近百皮秒，高频晶体管为数皮秒至数十皮秒。第61页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作BCErbCbcCbeCce图2.28 晶体管内部电阻与电容（晶体管的等效模型有各种表示方法，关于高频特性的表示方法，该图的模型就已足够了）第62页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作rbCbcCbeCce共发射极放大电路Cbc两端的电压为vi（1+Av）vi输出信号源vi增益Av（a）考虑晶体管的电容成分后的电路第63页/共68页第第2 2章章

40、 放大电路的工作放大电路的工作增益为Av的理想放大器输出共发射极放大电路输入rb与Ci形成低通滤波器由于密勒效应，可将Cbc看成增大了1+Av倍（b）等效电路图2.29 使共发射极电路高频特性下降的要素rbCce信号源vi第64页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作 然而，即使有这样很好工作的电路，也常有想再稍微提高放大倍数的情况。但是，如果随意的改变Rc和Re的值，则连偏置的状态也改变了，从而导致最大输出振幅下降（集电极电位显著地偏向电源或GND而引起的），或者偏置随温度而变化得不稳定。因此，为了不破坏直流电位关系而又提高交流增益，可以采取如下方法：如图2.30（a）所示，并联连接发射极电阻Re和电阻C，或者如图2.30（b）那样，将Re进行分割成R与Re用C并联接地。这样一来，发射极GND间的交流电阻变小，所以增加了交流放大倍数。第65页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作交流地来看图2.30 提高交流放大度的方法（a）（在发射极电阻Re上并联电容，就能够降低这部分的阻抗。这样，直流增益保持不变，而又能够提高交流增益）第66页/共68页第第2 2章章 放大电路的工作放大电路的工作交流地来看图2.30 提高交流放大度的方法（b）第67页/共68页感谢您的观看！第68页/共68页