第二章 2.14放大电路的主要指标(续三) 4.通频带BW RC耦合电路频率响应特性 20 IglA(jo )(dB) 上限截止]3dB 频率:f 下限截止 q() 通频带 频率:f 高频区 BWEfr 低频区中频区 第二章 214放大电路的主要指标(续四) 5.非线性失真 特征:输出信号中产生了输入信号 中所没有的新的频率分量 6.最大输出幅值(V。m)mn或(。m)mn 在D为一额定值(如5%)时的输出电压或电流幅度。 7.最大输出功率尸和效率n D为额定值时的功率 效率 直流电源功率
1 1 清华大学电子工程系李冬梅 2.1.4 放大电路的主要指标（续三） 第二章 4. 通频带BW • RC耦合电路频率响应特性 (dB) 20 lg A( jω ) ϕ (ω ) f f 0 0 3dB fL 通频带 fH 低频区 中频区 高频区 BW＝fH - fL 上限截止 频率： fH 下限截止 频率：fL 上限截止 频率： fH 下限截止 频率：fL 2 清华大学电子工程系李冬梅 2.1.4 放大电路的主要指标（续四） 第二章 5. 非线性失真 6. 最大输出幅值(Vom)max或(Iom)max 在D为一额定值（如5%）时的输出电压或电流幅度。 7. 最大输出功率Pomax和效率η D为额定值时的功率 效率： 特征：输出信号中产生了输入信号 中所没有的新的频率分量 ( ) ( ) ... 2 1 2 3 1 2 = + + A A A A D DC O P P η = 直流电源功率
第二章 22放大电路的分析方法 ■电路分析 直流分析-求静态工作点 交流分析一计算指标,分析波形、 动态范围等 分析方法 图解法定性分析。 直流分析。直观(静态工作点,动态范围) 解析法(等效电路法)--性能指标分析。 交流分析。 计算机辅助分析:直流分析、交流分析、瞬态分析 3 22放大电路的分析方法 221图解法 直、交流信号 R⊥R 直、交流信号 歪加点 歪加点 C. C Rv由于存在对交、 隔直电容, Φws 直流特性不同的 交流耦合电容。 元器件,一个电 中频区: 阻容耦合共射放大电路路的交,直流电 直流开路 图22.1(a) 交流短路 正因为有这样的元器件,才能方便地实现在 直流工作点上叠加交流信号
2 3 清华大学电子工程系李冬梅 2.2 放大电路的分析方法 第二章 { 直流分析 ---- 求静态工作点 交流分析 ---- 计算指标，分析波形、 动态范围等 电路分析： 分析方法 { 图解法---- 定性分析。 直流分析。直观（静态工作点，动态范围） 解析法（等效电路法）---- 性能指标分析。 交流分析。 计算机辅助分析：直流分析、交流分析、瞬态分析 4 清华大学电子工程系李冬梅 2.2.1 图解法 2.2 放大电路的分析方法 T vO RB vS RC RL VCC 阻容耦合共射放大电路 图 2.2.1 (a) C1 C2 + _ + _ 正因为有这样的元器件，才能方便地实现在 直流工作点上叠加交流信号。 正因为有这样的元器件，才能方便地实现在 直流工作点上叠加交流信号。 直、交流信号 叠加点 直、交流信号 叠加点 由于存在对交、 直流特性不同的 元器件，一个电 路的交、直流电 路可以不同。 C1、C2： 隔直电容， 交流耦合电容。 中频区: 直流开路， 交流短路
22放大电路的分析方法一-22.1图解法 221.1静态图解分析v R 步骤1:画出直流通路 v=0 步骤2:由输入回路求Bo CC VBE 伏安特性曲线 Ig=∫(BE) 输入直流负载线→Rnn+Vn= v rri rce 斜率-R交点Q(VBEo lB 近似计算 5 22放大电路的分析方法一-22.1图解法 R 221静态图解分析(续)0 CQ 步骤3:由输出回路求r(o、cEo 了输出特性曲线→1=/a)| 直流负载线 斜率 Ro 交点Q( EQ5CQ 直流负载线 直流工作点的 轨迹;决定于直流通 VBEQ CccE 路;与倌号无关 6
3 5 清华大学电子工程系李冬梅 T vO RB vS RC RL VCC 阻容耦合共射放大电路 图 2.2.1 (a) C1 C2 + _ + _ vBE iB 0 2.2.1.1 静态图解分析 步骤1：画出直流通路 vs = 0 T RB RC VCC IBQ ICQ 交点Q(VBEQ, IBQ) { 步骤2：由输入回路求IBQ VBEQ IBQ Q VCC B CC R V 伏安特性曲线 ( ) B VBE I = f 输入直流负载线 B B VBE VCC R I + = B CC BEQ BQ R V V I − = RB 1 斜率 ----- − 近似计算 2.2 放大电路的分析方法－－2.2.1 图解法 6 清华大学电子工程系李冬梅 vCE iC 0 2.2.1.1 静态图解分析（续） 直流负载线 直流工作点的 轨迹; 决定于直流通 路; 与信号无关 直流负载线 直流工作点的 轨迹; 决定于直流通 路; 与信号无关 交点Q(VCEQ, ICQ) { 步骤3：由输出回路求ICQ、VCEQ VBEQ ICQ Q VCC C CC R V 输出特性曲线 C CE I BQ I = f (v ) RC 1 斜率 ----- − IBQ 直流负载线 CE CC C C V = V − R I T RB RC VCC IBQ ICQ 2.2 放大电路的分析方法－－2.2.1 图解法
22放大电路的分析方法--2.21图解法 2212动态图解分析 步骤1:画交流通路 Rino Ⅴc:短路;C1、C2:短路 s 阻容耦合共射放大电路 图2.21(a TR IB RH 步骤2:由输入特性求i波形Im2Q 运动轨迹;同相; 电流变化范围IB1~lB2 7 22放大电路的分析方 2212动态图解分析续) T RC RI 步骤3:由输出回路求(、vc波形 r,i Ie VCE =VCEQ +Vce=VcEo -r2i CEQR Lic+rI 交流负载线 斜率为-/R2′; 过Q点 沿交流负载线运动 C负载线陡 兰R→∞时,二者合一
4 7 清华大学电子工程系李冬梅 T vO RB vS RC RL VCC 阻容耦合共射放大电路 图 2.2.1 (a) C1 C2 + _ + _ 步骤1: 画交流通路 VCC ：短路； C1、C2：短路 步骤2：由输入特性求iB波形 2.2.1.2 动态图解分析 2.2 放大电路的分析方法－－2.2.1 图解法 T vO RB vi RC ib ic + _ + _ RL vBE iB 0 Q VBEQ IBQ Q’’ Q’ 运动轨迹；同相； 电流变化范围IB1～IB2 IB1 IB2 8 清华大学电子工程系李冬梅 vCE iC 0 VBEQ ICQ Q Q’ Q’’ 2.2 放大电路的分析方法－－2.2.1 图解法 步骤3：由输出回路求iC、vCE波形 2.2.1.1 动态图解分析(续） IBQ T vO RB vi RC ib ic + _ + _ RL RL′ vCE wt iC 0 wt 交流负载线 斜率为 –1/RL′； 过Q点； iB、iC、vCE沿交流负载线运动; 比DC负载线陡。 ∵RL′≤ RC 当RL→∞时，二者合一 交流负载线 斜率为 –1/RL′； 过Q点； iB、iC、vCE沿交流负载线运动; 比DC负载线陡。 ∵RL′≤ RC 当RL→∞时，二者合一 { ce L c v R i ' = − C CQ c i = I + i CE CEQ ce CEQ L c v V v V R i ' = + = − CEQ L C L CQ V R i R I ' ' = − + IB1 IB2
22放大电路的分 2213动态范围 VB ·工作点偏低, 引起截止失真 、i负半周切顶 vo、vc正半周切顶 Q 人·工作点偏高, v 引起饱和失真 i不失真 c正半周切顶 vo、"c负半周切顶 22放大电路的分析方法-221图解法 2213动态范围(续) 动态范围 Q 输出电流在T不饱和、不截止 区域时的范围。 CEQ CE(sat) Vom?RLco 图224放大电路的动态范围 决定于Vm,Vm2中的小者。 时,动态范围最大。 (Q点在有效交流负载线MN中央。) 10
5 9 清华大学电子工程系李冬梅 2.2 放大电路的分析方法－－2.2.1 图解法 NPN： • 工作点偏低， 引起截止失真 2.2.1.3 动态范围 IBQ vCE iC 0 VBEQ ICQ Q Q1 vCE wt iC 0 wt { Q2 iB、iC 负半周切顶 vO、vCE 正半周切顶 • 工作点偏高， 引起饱和失真 { iC 正半周切顶 vO、vCE负半周切顶 iB 不失真 vB E i B 0 10 清华大学电子工程系李冬梅 动态范围 输出电流在T不饱和、不截止 区域时的范围。 Vom1 =VCEQ - VCE(sat) Vom2 = R’ LICQ 0 VCE(sat) VCEQ vCE Q M N ICQ ic Vom1 Vom2 图 2.2.4 放大电路的动态范围 2.2.1.3 动态范围（续） 决定于Vom1 、Vom2 中的小者。 当Vom1 = Vom2时，动态范围最大。 (Q点在有效交流负载线MN中央。) 决定于Vom1 、Vom2 中的小者。 当Vom1 = Vom2时，动态范围最大。 (Q点在有效交流负载线MN中央。) 2.2 放大电路的分析方法－－2.2.1 图解法
22放大电路的分析方法 222等效电路分析法|e 1.混合π型模型 条件:T管工作于放大状态 NPN:理想模型、剖面图 b C 接触电阻 c体电阻 22放大电路的分析方法 22,2等效电路分析法(续一) 结电阻,小,正向 Je N+ur Cw:结电容(CD)扩散nt+m 大反向+ Je Cts:C1(小)势垒电容1几n 输出描述基区宽度调制效应 mvv:压控电流源 brbb’b :基区体电阻 Cb'e 输出短路时 的低频跨导 e g
6 11 清华大学电子工程系李冬梅 N＋ N＋ P＋ eb c N－ 条件：T管工作于放大状态 NPN: 理想模型、剖面图 2.2.2 等效电路分析法 ' ee r ' bb r ' cc r ' b ' e ' c 1. 混合π型模型 2.2 放大电路的分析方法 b e c V b e I b V b’e b r b’e C b’e r b’c r bb’ b′ C b’c e - - - + g m V b’e r ce + V ce + I c c er Cj rbb′,rcc′ree′ 接触电阻 + 体电阻。 rbb′,rcc′ree′ 接触电阻 + 体电阻。 rce 12 清华大学电子工程系李冬梅 2.2.2 等效电路分析法(续一） N＋ N＋ P＋ eb c N－ ' ee r ' bb r ' cc r ' b ' e ' c 2.2 放大电路的分析方法 V b e I b V b’e b r b’e C b’e r b’c r bb’ b′ C b’c e - - - + g m V b’e r ce + V ce + I c c Je{ rb′e :结电阻，小,正向 Cb′e :结电容(CD)扩散(几-几十 pF) Jc{ rb′c :大 反向 (几十 M) Cb′c :CT(小) 势垒电容(0.1-几 pF) 输出{ rce: 描述基区宽度调制效应 gmVb′e: 压控电流源 rbb′ ：基区体电阻 VCEQ b e c m V i g ∆ ' ∆ = 输出短路时 的低频跨导
brbb’b′ 化简 +1)高频时满足 )I 可忽略 g 2)中低频:可忽略Cb’c、Cbc-纯阻性网络,可忽略rb 3)当>R1,时,可忽略r Vbe v Pc. o vce b'e 晶体管高频混合π模型 晶体管低频混合π模型 Vbe vb'eprb'ecb'e 参数 ·DMbC给定; gmVb'e C:由f计算G r由Q、V计算C 2z(C6 给定或忽略 E=(B+1)互 。由J结电阻公比v,-l= g gmV。gn5: b=8mr Po .=8m→gn=B
7 13 清华大学电子工程系李冬梅 化简 1）高频时满足 1/wCb′c> RL′时，可忽略rce Vbe Ib Vb’e b rb’e Cb’e rbb’ b′ Cb’c e - - - + gmVb’e rce + Vce + Ic c 晶体管高频混合π模型 Vbe Ib Vb’e b rb’e rbb’ b′ e - - - + gmVb’e rce + Vce + Ic c 晶体管低频混合π模型 2）中低频： 可忽略Cb′e、 Cb′c ---纯阻性网络，可忽略rb′c V be I b V b’e b r b’e C b’e r b’c r bb’ b ′ C b’c e - - - + g m V b’e r c e + V ce + I c c 14 清华大学电子工程系李冬梅 参数 V b e I b V b’e b r b’e C b’e r b’c r bb’ b ′ C b’c e - - - + g m V b’e r ce + V ce + I c c • r bb' Cb' c给定； • 由 f Cb' e T计算 2 ( ' ' ) b e b c m T C C g f + = π 给定或忽略 • rce 由 Q、VA计算 C A ce i V r ≈ • r b' e 由Je结电阻 ， EQ T e I V r = b b e e e b e V ' I r I r ' & = & = & EQ T e b e b e I V r I I r ' = = (β + 1) & & • gm m b e b m b e b b m b e V b c g r I g r I I g V I I CEQ ' ' ' β 0 = = = = m b e ∴ β 0 = g r ' T EQ b e m V I r g = ≈ ' β 0
22放大电路的分析方法 22.2等效电路分析法(续四 说明 ①只适用于小信号交流分析(不能用来求Q点) ②适用于∫<∫f3,(此时可认为参数与∫无关) ③参数与Q有关 先求Q点 Q点变化→参数变化 22放大电路的分析方法 等效电路法一-分析举例 例1 (1)画直流通路 R (2)求Q点 Vs R Ro Io rB ↓lo Voc -rolo
8 15 清华大学电子工程系李冬梅 说明 ① 只适用于小信号交流分析（不能用来求Q点） ② 适用于f < fT/3，（此时可认为参数与 f 无关） ③ 参数与Q有关 先求Q点 Q点变化→参数变化 2.2.2 等效电路分析法(续四） 2.2 放大电路的分析方法 16 清华大学电子工程系李冬梅 例1 等效电路法－－分析举例 2.2 放大电路的分析方法 (1) 画直流通路 (2) 求Q点 B BB BEQ BQ R V V I − = CEQ CC C CQ V = V − R I CQ BQ I = βI T VO RB vS RC VCC + _ + _ VBB T RB RC VCC IBQ ICQ VBB
22放大电路的分析方法 等效电路法一一分析举例(续一 R 例 (3)画交流通路 R (4)画等效电路 6计算交流参数mT) RB-Jhb4- R rbb I e 等效电路法一-分析 Vc b'e Re 例 1)电压增益A e gmb g. r 2)输入电阻R R===R+ R+6+ 3)输出电阻R外加电压法 PR J=0,V=0,负载开路 T tr 信号源短路 41s=A Ro=ra∥R 保留内阻
9 17 清华大学电子工程系李冬梅 例1 等效电路法－－分析举例（续一） 2.2 放大电路的分析方法 (3) 画交流通路 (4) 画等效电路 (5) 计算交流参数 vs=vi Ib Vb’e rb’e rbb’ e - - - + gmVb’e rce + Vce + Ic c Rc RB RB T R vO C ib ic + _ vi + _ T VO RB vS RC VCC + _ + _ VBB 18 清华大学电子工程系李冬梅 例1 2.2 放大电路的分析方法 1) 电压增益AV i m b e L i O V V g V R V V A & & & ' − ' = = B bb b e i b e b e b b e R r r V r V I r ' ' ' ' ' + + = = B be L B bb b e m b e L V R r R R r r g r R A + = − + + = − ' ' ' ' ' β AVS AV & = & 2) 输入电阻Ri B be b i i i i R r I V I V R = = = + & & & & 3) 输出电阻RO = 0, b Q I = 0, Vbe ' = 0 m b e g V O ce RC ∴ R = r // 外加电压法: 负载开路, 信号源短路, 保留内阻 外加电压法: 负载开路, 信号源短路, 保留内阻 等效电路法－－分析举例 v (续二） s=vi Ib Vb’e rb’e rbb’ e - - - + gmVb’e rce + Vce + Ic c Rc RB RL′