共集电极放大电路和共基电极放大电路课件.ppt

1、4.5 共集电极放大电路和共集电极放大电路和共基极放大电路共基极放大电路 p1404.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较14.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路1.1.静态分析静态分析共集电极电路结构如图示共集电极电路结构如图示该电路也称为该电路也称为射极输出器射极输出器ebBEQCCBQ)1(RRVVI eCQCCeEQCCCEQRIVRIVV BQCQII eEQBEQbBQCCRIVRIV BQEQ)1(II 由由得得直流通路直流通路 2小信号等效电路小信号等效电路4.5.1 共集

2、电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路34.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：LbbebLbbbebi)1()(RiriRiiri v电压增益：电压增益：1)1()1()1()1(LbeLLbeLLbebLbio RrRRrRRriRiAvvv其中其中LeL/RRR LbLbbo)1()(RiRii v一般一般beLrR ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，同同相相与与iovv电压跟随器电压跟随器1 vA即即。&144.5.1 共集电极放大电

3、路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析输入电阻输入电阻当当1，beLrR ，Lbi/RRR 此时输入电阻此时输入电阻iiiiiibbeLbbeL(1)|1|(RiRr RRr RvvvvibbeRRr对比：对比：共射极基本放大电路输入电共射极基本放大电路输入电阻阻:：输入电阻大，且与负载有关：输入电阻大，且与负载有关ibbeL(1)(*)RRr R5共集电极电路 直流通路 交流通路共射极电路6输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程ebbtRiiii )/(sbetbRriveteRiR v其中其中bss/RRR 则则输出电阻输出电阻rRRiR 1/besettov当当 1beserR

4、R，1 时，时，besorRR 输出电阻小输出电阻小4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路2.2.动态分析动态分析7rRRR 1/beseo共集电极电路特点：共集电极电路特点：同同相相与与iovv 电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1，输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强)1(/LbebiRrRR 1 vA。4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路应用应用:1）作多极放大电路的输入级;2）作多级大电路的输出级;3）作多级放大电路的缓冲级.891011121314154.5.2 共基极放大电路共基

5、极放大电路1.1.静态工作点静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 直流通路直流通路162.2.动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：LcL/RRR 交流通路交流通路 小信号等效电路小信号等效电路 LboRi vbebiri vbeLiorRA vvv电压增益：电压增益：17 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻coRR 2.2.动态指标动态指标小信号等效电路小信号等效电路 beeeiiiiiRR)1(

6、i eeRiR/iv bibe)&1/(ir v)1/(111)1(/beebeieiiiiirRrRiRvvvvrR 1|bee18194.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较1.1.三种组态的判别三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据：信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路共集电极放大电路 信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出共基极电路共基极电路 2021222324252.2.三种组态的比较三种组态的

7、比较263.3.三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途共射极放大电路：共射极放大电路：电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：共集电极放大电路：只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性

8、好。可用于输入级、输出级或缓冲级。级。共基极放大电路：共基极放大电路：只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较end274.6 组合放大电路组合放大电路4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路

9、284.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路29电压增益：电压增益：obcLcLibbeebe(/)(/)(*)(1)i RRRRAi r Rr vvv基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路30交流通路交流通路 oLibe(*)RArvvv共基极放大电路共基极放大电路314.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路21o1oio1iovvvvvvvvvAAA )1(2be1be21be1L11rrrRA vbe2Lc22be2L222)|(rRRrRA v其中其中 be2Lc22be12be21)|()1(rRRrrA v所以所以 12因为因为)1.6.4()|(be1Lc21brR

10、RAv因此因此l 组合放大电路总的电压增益组合放大电路总的电压增益等于组成它的各级单管放大电等于组成它的各级单管放大电路电压增益的乘积。路电压增益的乘积。l前一级的输出电压是后一级的前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻输入电压，后一级的输入电阻是前一级的负载电阻是前一级的负载电阻RL。电压增益电压增益2be2L1rR&2324.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路输入电阻输入电阻RiiiivRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻输出电阻Ro Rc2 33T T1 1、T T2 2构成复合管，可等效为一个构成复合管，可等效为一个NPNNPN管管(a)(a)原理图原理

11、图 (b)(b)交流通路交流通路4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路344.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路1.复合管的主要特性复合管的主要特性两只两只NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 两只两只PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 NPN与与PNP型型BJT组成的复合管组成的复合管 rberbe1PNP与与NPN型型BJT组成的复合管组成的复合管 35364.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路2.共集共集 共集放大电路的共集放大电路的Av、Ri、Ro iovvvA LbeL11RrR 1|bebseorRRRR式中式中 1 2

12、 rberbe1(1 1)rbe2 R LRe|RL RiRb|rbe(1)R L 374.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 p1544.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。号频率变化

13、时的响应。384.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应1.RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则o1i11o1Hi1111()1/()()()1/()()1/1()()1/1VVVj CAVRj CVssCAsV sRsCsR Cfsj2j令：令：11H21CRf 其中其中电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角)/(arctanHHff （相频响应）（相频响应）增益频率函数增益频

14、率函数RC低通电路低通电路 HHVffjffjCsRVVsA11)21)(2(1111)(11ioH&139最大误差最大误差-3dB频率响应曲线描述频率响应曲线描述1.RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应相频响应相频响应)/(arctanHHff&1&2&3&4幅频响应幅频响应)4.7.4()/(112HHffAV40RC高通电路高通电路 2.RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应RC电路的电压增益：电路的电压增益：幅频响应幅频响应2LL)/(11ffAV相频响应相频响应)/(arctanLLff 输出超前输入输出超前输入(L0)/(11)2/(1j2j2/1 /1)()()(L2222

15、2ioLffjfffCRsssCRRsVsVsALV41BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数 p1591.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型物理模型的引出物理模型的引出 rbe-发射结电阻发射结电阻re折算到基极回路的电阻折算到基极回路的电阻 发射结电容发射结电容(几十几十几百几百pF)集电结电阻集电结电阻(100k10M)rbc集电结电容集电结电容(210pF)Cbc rbb-基区的体电阻基区的体电阻(几十几十几百几百)，b是假想的基区内的一个点是假想的基区内的一个点&142简化模型简化模型混合混合 型高频小信号模

16、型型高频小信号模型 cecbrr和和忽忽略略 1.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型互导互导CECEEBCEBCmVViigvv&1&2&3图图4.7.6b图图4.7.6a432.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H参数参数模型等价模型等价ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1(IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr44又因为又因为ebbeb rIVbebbmebmIrIgVgTmeb2 fgC 从手册中查出从手册中查出 TcbfC和和 所以所以TEQTVIIVrgEQeb

17、m)1(2.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H H参数参数模型等价模型等价P161(4.7.14)453.BJT的频率参数的频率参数 p161&1由由H参数可知参数可知CEBCfeViih即即0bcce VII 根据混合根据混合 模型得模型得:ebcbmcbebebmc)j(1/jVCgCVVgI)/()/(cbebebbebj1j1 CCrIV 低频时低频时ebm0 rg 所以所以)(j1/j1cbebebcbmbcbcCCrCgIIII当当cbm Cg 时，时，ebcbeb0)(j1 rCC&2vbe=hieib+

18、hrevceic=hfeib+hoevce&346ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)(的幅频响应的幅频响应(*)/(120ff共发射极截止频率共发射极截止频率f特征频率特征频率Tfebmcbebm0T22 CgCCgff)(Tfff 共基极截止频率共基极截止频率 f3.BJT的频率参数的频率参数arctgff 的相频响应的相频响应&1&2&3mb egrmTb emb eb cb eb eb cb eb cb e011(1)2()2()2()(1)gffr gCCrCCCCrff474.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1.高频响应高

19、频响应 型高频等效电路型高频等效电路484.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1.高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路对节点对节点 c 列列KCL得得由于输出回路电流比较大，所由于输出回路电流比较大，所以可以以可以cb C忽略忽略 的分流，得的分流，得)2(ebLmoVRgV)3(j)(cboebcbCVVIC又因为称为称为密勒电容密勒电容M1C)4(j)1(1cbLmebMcbCRgIVZC则则表示表示若用若用之间存在一个电容之间存在一个电容和和相当于相当于 e b M1,C cbLmM1)1(CRgC而输入回路电流比较小，所以而输入回路电流比较小，所

20、以不能不能cb C忽略忽略 的电流。的电流。目标：简化；断开输入输出间连接目标：简化；断开输入输出间连接)1(0j)(cbeboLoebmCVVRVVg494.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应cbLmM1)1(CRgC同理，在同理，在c、e之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且，且cbM2 CC等效后断开了输入输出之间的联系等效后断开了输入输出之间的联系1.高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路504.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1.高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路目标：简化和变换

21、目标：简化和变换cbLmM1)1(CRgC 输出回路的时间常数输出回路的时间常数远小于输入回路时间常数，远小于输入回路时间常数，考虑高频响应时可以忽略考虑高频响应时可以忽略CM2的影响。的影响。cbM2 CCM1M2CCM1ebCCC 514.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1.高频响应高频响应 型高频等效电路型高频等效电路目标：简化和变换目标：简化和变换cbLmM1)1(CRgCM1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(间的分压、在为eb/)1(/ssbebsbebsbebsbebbeebsVVrRRrRUVrRRrRrrVebbbberrr其中间的压降

22、在为errVU bUbeebs524.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应 p1671.高频响应高频响应高频响应和上限频率高频响应和上限频率高频源高频源电压增益频响电压增益频响其中其中RCf21H 上限频率上限频率oobembeLV HmLsbesbebebbeMmLMbesbbeH11111/111/11j(/)SSSSSVSVSVV Vg V RVAVg RVVVVj RCVj RC VrRrAg RAj RCrRRrj CRff ,M1ebCCCsbebsbebbeebs/VrRRrRrrV omb eLVg V R ssebj11)j/1(j/1VRCVCR

23、CVbebsbebbeebLmVSM/rRRrRrrRgA0bbeLbesbbe/RrRrRRr ebbbbs rrRRR/)/(中频增益或通中频增益或通带源电压增益带源电压增益531.高频响应高频响应高频响应和上限频率高频响应和上限频率对对RC低通电路有：低通电路有：)/HHj(11ffAV )/HMHVj(11ffAAVSS 共射放大电路共射放大电路两者频率响应曲线变化趋势相同两者频率响应曲线变化趋势相同 180 arctg(f/fH)&1相频响应相频响应幅频响应幅频响应2HMHV(1120 2020)/lg|lg|lgffAAVSS 54增益增益-带宽积带宽积RC21 BJT 一旦确定，

24、一旦确定，带宽增益的乘积基本为常数。带宽增益的乘积基本为常数。1.高频响应高频响应HVSMfA bebbemLbesbbebebbbsbemLbc/1(*)/2/1rRrg RrRRrrrRRCg RCbebsbebbeebLmrRRrRrrRg/当当RbRs及及 Rbrbe时，经化简有时，经化简有 cbLmebsbbLm12CRgCRrRg HVSMfA 55例题例题 解：解：模型参数为模型参数为例例4.7.1 设共射放大电路在室温下运行，其参数为：设共射放大电路在室温下运行，其参数为：，1ksR，pF5.000MHz41001mA100cbT0Cbb CfIr。k5cR负载开路，负载开路，

25、Rb足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。mgTVIEmV26mA1 S 038.0 ebrm0g S 038.0001 k 6.2 ebCcbTm2 CfgpF 8.14 M1Ccbcm)1(CRgpF 7.96 VSMAcmRg ebbbseb rrRr51.133 Ceb CM1C pF 5111.低频电压增益为低频电压增益为 R)(bbs rReb/r k 77.0又因为又因为所以上限频率为所以上限频率为 HfRC21MHz 85.1 VSM20Alg51.133lg20 dB 5.42 dB/lg20SVA562.低频响应

26、低频响应低频等效电路低频等效电路572.低频响应低频响应低频等效电路低频等效电路Rb=（Rb1/Rb2）远大于远大于Ri ee1RC，CeCb2 ceII Ri&1&2&3图图4.7.13（c）58eb1eb11)1(CCCCC soVSLVVA)ffffAAVSVS/j(1/j(1 L2 L1ML besLVSMrRRA )2/()(21bes1L1frRCf)(21Lcb2L2RRCf中频中频(即通带即通带)源电压增益源电压增益式中式中则则下限频率取决于下限频率取决于L1f2.低频响应低频响应 p171低频响应低频响应 Lcb2bes1besL1111RRCjrRCjrRR /L2L14

27、ff 当当22os111/()1/()()()1/()LbLbCLCbbCLsbebsbesbebR IRVI RRRj CjCRRVRrj C IRrjC RrI&159)ffffAAVSVS/j(1/j(1 L2 L1ML 2.低频响应低频响应低频响应低频响应 下限频率取决于下限频率取决于L1f当当 时，时，L2L14 ff 相频响应相频响应 180 arctg(fL1/f)180arctg(fL1/f)幅频响应幅频响应2L1MLV(1120 2020)/lg|lg|lgffAAVSS )ffAAVSVS/j(11 L1ML 602.低频响应低频响应低频响应低频响应包含包含fL2的幅频响应

28、的幅频响应614.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应&1高频等效电路高频等效电路&2高频小信号等效电路LCLRRR/1.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应1111()(1)cbebebembebebeeeebeIVgj CVj CVj Crrrr62LCLRRR/63高频响应高频响应ebm2 CgTf 特征频率特征频率1.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 H2H1SMSHffffAAj1j1VV ebeesH1|21CrRRf cbLH221CRf eeseeLmSM|RrRRrRgAV 其中其中由于由于re很小，

29、所以很小，所以&2 ebeebeesH121|21CrCrRRf&1&3644.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应2.共集电极放大电路的上限频率共集电极放大电路的上限频率LeLRRR/&1651.多级放大电路的增益多级放大电路的增益)j()j()j(io VVAV)j()j()j()j()j()j(-1)o(oo1o2io1 nnVVVVVV )j()j()j(21 VnVVAAA 前级的开路电压是下级的信号源电压前级的开路电压是下级的信号源电压 前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗 下级的输入阻抗是前级的负载下级的输入阻抗是前级的负载4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应662.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电多级放大电路的通频带比路的通频带比它的任何一级它的任何一级都窄。都窄。（以两级为例）（以两级为例）则单级的上下限频率处的增益为则单级的上下限频率处的增益为当两级增益和频带均相同时，当两级增益和频带均相同时，。707.0M1VA两级的增益为两级的增益为。5.0)707.0(M122M1VVAA 即两级的带宽小于单级带宽。即两级的带宽小于单级带宽。4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应end67