一、主要性能指标(1)电压增益又称放大倍数,衡量放大电路放大电信号的能力。
最常用的是电压增益io v V V A§1.2 单管放大电路的分析开路电压增益负载开路(R L =∞)时的电压增益。
i oo vo V V A=源电压增益放大器的输出电压对信号源电压v s 的增益o i o i vs v s s i i s V V V R A A V V V R R ===+ o oo o L v vo i i oo o LV V V R A A V V V R R ==⋅=+ 带负载增益常用分贝(dB )为单位,1分贝=1/10贝尔,源于功率增益的对数:()i o p P P dB A lg 10)(=当用于电压增益时:()i o i o v V V V V dB A lg 20)/lg(10)(22==“0dB ”相当于A v =1;“-40dB ”相当于A v =0.01;“-20dB ”相当于A v =0.1;“40dB ”相当于A v =100;“20dB ”相当于A v =10;分贝(2)输入电阻R i输入电阻R i 是从放大电路输入端看进去的等效电阻,定义为输入电压与输入电流相量之比。
i i iV R I i IiR 输入电阻反映了放大电路从信号源所汲取电压的能力。
R i 越大,则信号电压损失越小,输入电压越接近信号源电压。
(3)输出电阻Ro输入信号置零、放大电路负载移去时从输出端口看进去的等效电阻。
RO输出电阻Ro的确定:①分析时采用在输出端施加等效信号源的方法。
''sLo VRVRI==∞=②在实验室采用测量的方法LoooRVVR⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=1LOOOOORVRVV=-1.输入信号置零;2.负载断开加压。
输出电阻Ro 的大小,反映了放大电路带负载的能力。
R o 越小,则放大电路带负载能力越强,电路输出越接近恒压源输出。
V oI o R o 小R o 大V oo R o =0O O OO O R I V V -=(4)通频带—放大电路能放大信号的频率范围当放大电路的信号频率很低或很高时,由于电路中存在的耦合电容以及晶体管的结电容和极间电容的影响,放大电路的电压放大倍数在低频段或高频段都要降低,只有在中频段范围内放大倍数为常数。
放大倍数在高频段或低频段下降到中频段放大倍数的(即0.707倍)时的频率分别称为上限频率和下降频率(也称-3dB频率)。
2/1通频带越宽,表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。
下限频率:f L 通频带(带宽):HL H f f f BW ≈-=单级共射阻容耦合放大电路的典型频率特性(幅频特性)上限频率:f HdB A A vm vm 3lg 202lg 20-=如对于低频功放电路,其通频带应大于音频范围(20Hz ~20kHz )。
(5)最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度是放大电路在输出波形不产生明显的非线性失真条件下,所能提供的最大输出电压(或输出电流)峰值,用V om(或I o m)表示。
工作点在交流负载线中点时的最大输出电流幅度工作点在交流负载线中点时的最大输出电压幅度V CEQ -V CES V CC -V CEQ截止失真:截止失真时的电压波形截止失真时的电流波形由于进入截止区而产生的失真最大不失真输出幅度原因:①静态工作点偏低,②小信号放大时,输入信号幅度太大。
饱和失真:饱和失真时的电流波形饱和失真时的电压波形饱和压降由于进入饱和区而产生的失真最大不失真输出幅度原因:①静态工作点偏高,②输入信号幅度过大。
当R L ≠∞时,交直流负载线不重合CEv 0CEQV )//1(LC R R -斜率交流负载线(//)o C L c cev R R i v =-⨯=CC CC CEQ R I V V -=当R L =∞时,交直流负载线重合1()CR -斜率直流负载线比较:+-R b +-v i ci ov 'LR'//LC LR R R =输出直流负载线方程)(e c C CC CE R R I V V +-≈直流负载线比较:1/()c e R R -+'o c Lv i R=-⋅+-R b +-v i ci ov 'LR交流负载线方程直流负载线直流负载线方程)(e c C CC CE R R I V V +-≈交流负载线+∆CEv -∆CEv 截止失真'LCQ CE R I v ⋅=∆+饱和失真CE CEQ CESv V V -∆=-最大不失真输出幅度min(,)om CE CE V v v +-=∆∆1/()c e R R -+1/(//)C L R R -'//LC LR R R =(1)求解静态工作点;(2)当输入信号增大,空载和带3kΩ负载两种情况下,分别首先出现饱和失真还是截止失真?0.0185(1)CC BEB b e V V I mA R R β-==++1.85C B I I mAβ==() 4.6CE CC C c E e CC C c e V V I R I R V I R R V=--≈-+=解:(1)求解静态工作点;(2)当输入信号增大,空载和带3kΩ负载两种情况下,分别首先出现饱和失真还是截止失真?()CE CC C c E e CE CC C c e V V I R I R V V I R R =--≈-+注意:空载时直流负载线与交流负载线不重合直流负载线交流负载线(//)ce C L cv R R i =-⨯【例】放大电路如图所示,已知β=100;(1)求解静态工作点;(2)当输入信号增大,空载和带3kΩ负载两种情况下,分别首先出现饱和失真还是截止失真?空载时:() 1.853 5.55VCE CQ C V I R +=⨯=⨯=() 4.60.7 3.9CE V V-=-=带负载时:()// 1.853//3 2.78CE CQ C L V I R R V +=⨯=⨯=() 4.60.7 3.9CE V V-=-=先饱和失真先截止失真二、半导体三极管和场效应管的低频小信号模型条件:低频、放大区、小信号,半导体三极管在低频小信号的条件下,在特性曲线Q点附近的某一小段曲线,可以有条件线性化。
在上述条件下,把晶体三极管看成一个双口网络,并把b-e 作为输入口,c -e 为输出口,研究晶体管的输入特性和输出特性。
一)、晶体三极管的低频小信号模型),(CE B BE v i f v =),(CE B C v i f i =可以写成如下关系式v BE ,i B ,v CE ,i C 是各电量的瞬时总量(直流+交流)。
在低频小信号条件下,研究各变化量之间的关系,对两关系式求全微分得:CEI CEBEB BBE BEdv v v di i v dv BCE⋅∂∂+⋅∂∂=CEI CECB V BC C dv v i di i i di BCE ⋅∂∂+⋅∂∂=),(CE B BE v i f v =),(CE B C v i f i =式中BE dv 代表BE v 的变化量部分,则有:ceCE c C b B be BE v dv i di i di v dv →→→→,,,ceCE BEb B BE be v v v i i v v B CE ⋅∂∂+⋅∂∂=ceI CE Cb V B Cc v v i i i i i BCE ⋅∂∂+⋅∂∂=CEI CEBEB BBE BEdv v v di i v dv BCE⋅∂∂+⋅∂∂=CEI CECB V BC C dv v i di i i di BCE ⋅∂∂+⋅∂∂=111221221be b ce be b cec b ce b cecev h i h v r i k v i h i h v i v r β=⋅+⋅=+=⋅+⋅=+最后得到:11|CE BEV B v h i ∂=∂12|B BEI CE v h v ∂=∂21|CE CV Bi h i ∂=∂22|B CI CEi h v ∂=∂令:ce CE BE b B BEbe v v v i i v v BCE ⋅∂∂+⋅∂∂=ceCE C b B Cc v v i i i i i BCE ⋅∂∂+⋅∂∂=h 参数意义:11CEBE be B V v r h i ∂==∂是晶体管输出交流短路时的输入电阻(动态输入电阻)12B BECE Iv k h v ∂==∂是晶体管输入交流开路时的内电压反馈系数(很小)111221221be b ce be b ce c b ce b cecev h i h v r i kv i h i h v i v r β=⋅+⋅=+=⋅+⋅=+21CECB Vihiβ∂==∂221BCce C E Iihr v∂==∂是晶体管输出交流短路时的电流放大系数是输入交流开路时的输出电导(晶体管输出电阻的倒数)111221221be b ce be b cec b ce b cecev h i h v r i kvi h i h v i vrβ=⋅+⋅=+=⋅+⋅=+h参数意义:由电路理论得出:111221221be b ce be b cec b ce b cecev h i h v r i kv i h i h v i v r β=⋅+⋅=+=⋅+⋅=+晶体管低频小信号电路模型12BBECE I v h v ∂=∂由于内电压反馈系数很小,常略。
而输出电导也很小,输出电阻很大。
所以,晶体三极管的低频小信号模型如下:简化模型完整的低频小信号模型说明---针对BJT管低频小信号模型:⑤β和rbe可用H参数测试仪测得,而rbe也可用公式估算:EQTbbbe IVrr)1('β++=①只适用于低频小信号条件;②变化量或交流分量,不能出现直流量或瞬时总量符号;③模型中的参数,与Q点有关,不是固定常数;④电流源“βib”方向和大小由i b决定;无论对NPN型或PNP型都是如此。
r bb ′为晶体三极管的基区体电阻,约为100~300Ω;EQTbb be I V r r )1('β++=V T =26mV (室温下,是电压的温度档量);I EQ 为发射极静态电流。
其中:'''e b e bb b be r i r i v +=由于发射结电阻和基极体电阻流经电流不同,所以有:EQTbb be I V r r )1('β++=NNP基区体电阻100—300Ω发射区体电阻(略)条件:低频、放大区、小信号,场效应管在低频小信号的条件下,在特性曲线Q 点附近的某一小段曲线,同样可以有条件线性化。
不管是结型的还是场效应管,由于栅极都不取电流,而漏源之间是一个受控的电流源,所以有如下的低频小信号模型。