晶体管电路
双极型晶体管电路
电压和功率放大电路
共射极放大电路
如图1所示的电路称作共射极放大电路。这个电路的重要组成部分是:
1. 偏置电路由电阻R1和R2以及电压源Vcc组成
2. 耦合电容C1.
3. 通过晶体管的集电极和发射极电阻使电路平衡
C1
vi
图 1. 共射极放大电路
共射极放大电路是晶体管放大电路中最常使用的一种形式。
分析任何放大电路都需要遵循的程序如下:
1. 对电路进行直流分析...
双极型晶体管电路
电压和功率放大电路
共射极放大电路
如图1所示的电路称作共射极放大电路。这个电路的重要组成部分是:
1. 偏置电路由电阻R1和R2以及电压源Vcc组成
2. 耦合电容C1.
3. 通过晶体管的集电极和发射极电阻使电路平衡
C1
vi
图 1. 共射极放大电路
共射极放大电路是晶体管放大电路中最常使用的一种形式。
分析任何放大电路都需要遵循的程序如下:
1. 对电路进行直流分析并确定理想条件的工作点(Q点)
2. 对电路进行交流分析。获得电压增益
122.071/6.071 Spring 2006, Chaniotakis and Cory
直流电路分析
偏置电路( R1和R2 )决定了电路的Q点。它的直流等效电路如图2所示。
VCC
RC
RTH
VB
参数ICQ,IBQ,IEQ和VOQ是直流工作点-Q点对应的值
图 2. 共射极放大器的直流等效电路
I BQ
VTH
I EQ RE
考虑到BJT模型工作在直流的条件下,我们可以对电路进一步简化。如图3所示。我们假设BJT适当
偏置,并且工作在放大区。电压VBE ( on )对应于pn结的压降为0.7V。
C
ICQ
β I BQ
B
I BQ re
V BE(on)
E
图3. 一个npn型BJT管的直流模型
222.071/6.071 Spring 2006, Chaniotakis and Cory
对于BE之间的部分我们用如图4所示的补偿模型。电阻re为
re = VT
IE (1.1)
其中VT温度的电压当量, ,室温下它的值为VT = 26 mV。re 通常是阻值为几欧姆的小电
阻。
图 4
加上BJT的直流模型(图3 )后,共射放大器的直流等效电路转化为
VCC
RC I
CQ
C
V0Q
β I BQ
RTH VB
I BQ
VTH E
V BE(on)
RE
I EQ
B
re
图 5
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由于晶体管工作在放大区,因此Q点可以由对B-E回路和C-E回路利用KVL定律来确定。方程为:
B-E Loop: ⇒ VTH = I BQ RTH + VBE ( on ) + I EQ RE (1.2)
C-E Loop: ⇒ VCEQ = VCC − I CQ RC − I EQ RE
由方程式 (1.2) 和 (1.3) 可以得到Q点
交流电路分析
如果一个小信号vi叠加到电路的输入端,输出信号就会在Q上叠加一个信号。并且如图6所示这个
信号取决于vi.
VCC
ICQ + i c
RC
ICQ + i c V0Q + voC1
VB
RTH
vi
RE IEQ + i e
VTH
图 6
利用叠加定理,电压VB可以下面方法得到:B
1. 设 VTH = 0 这时计算取决于vi ( VB1 )。在这种情况下电容器C1和电阻RTH组成了一个高通滤波器,
并且由于C1的电容值非常高,所以滤波器会允许所有的vi值通过,因此VB1=vi
2. 令 vi=0 这时计算由于于VTH ( VB 2 )产生的结果。在这种情况下VB 2 = VTH
因此叠加得到
VB = vi + VTH (1.4)
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现在将所有的直流电源置零后就可以得到交流等效电路。得到的电路如图7 (a) 和 (b)所示。 下面考
虑到BJT管的交流模型(图 8),共射极放大器的交流等效电路如图 9所示。
RC
ib
ic
vo
vi
Ri ib
+
v be
-
RTH ie
ic
+
v ce
-
RE
Ro
+
RC vo
-
+
v ce+
v be -
-
ie RE
vi RTH
(b)
(a)
图 7. 共射极放大器的交流等效电路
C
ic
β ib
B
ib re
图 8. npn型BJT管(T模型)的交流模型
ic
C +
RC
vo
-
ib
β ib
B
re
E
ie REvi
RTH
图 9. npn型BJT管交流模型的共射交流等效电路模型
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如图 9所示的电路的放大器的增益为
对 β >> 1 且 re << RE 增益减小到
Av ≅ −RC
RE
现在让我们考虑去掉发射极电阻的效果。首先,我们会看到增益将急剧增大,这是因为re通常很小(几
欧姆)。这似乎是有利的,直到我们认识到RE对于形成稳定的Q点是十分重要的。去掉RE后Q点完全取决
于小电阻re,而小电阻会随着温度而波动,因而静态工作点不稳。对电路进行一个很简单的改进就可
以解决这些问
:交流环境下去掉RE来增大放大器的交流增益,直流下加上RE可以获得稳定的Q点。
如图10所示,这个办法可以用增加电容C2的办法实现。电容C2称作旁路电容。
VCC
R1
C1
RC
+
vo
-
vi
R2
RE C2
图 10. 加有旁路电容C2的共射极放大电路
直流条件下,电容C2相当于开路,因此不会影响直流分析且对电路不起作用。 交流条件下由于C2容
值高,它对交流信号的阻抗影响可以忽略不计,因此想当于段路接地。这一条件意味着对于所有频段,
C2的阻抗值要远远小于re的值
(1.7)
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输入阻抗
除了增益,输入电阻Ri 和输出电阻Ro是放大电路的另外两个非常重要的参数。两端口放大器模型如
图11所示。
+
vi
-
Ri Av i
Ro
+
vo
-
图 11. 双口放大器模型
共射极放大器的输入阻抗可以由下面的比值计算得出
Ri = vi
ii
其中有关参数如图 12所示。
C
ic
+
RC
vo -
ii
Ri
vi RTH
ie/β
β ib
B
re
E
ie RE
图 12
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输入电阻是电阻RTH和BJT管的基极电阻的并联,而基极电阻等于(1 + β )(re + RE )
Ri = RTH //(1 + β )(re + RE ) (1.9)
输出阻抗
显而易见,放大器的输出阻抗是
Ro = RC (1.10)
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共集电极放大器(射极跟随器)
共集电极放大电路如图13所示。 这里从发射极输出,输出通过测量它与地之间的电压值而获得。
VCC
R1
C1
RC
vi
R2
RE
+
vo
-
图 13. 射极跟随放大电路
在这个电路中的所有分析方法都与在共射极放大电路(图 1)中采用的相同,唯一的不同点就是
这时的输出在射极。
而直流的Q点分析也与共射极电路相同
交流模型如图14所示。输出电压由下式得出
而增益变为
(1.11)
Av = voRE
=≅ 1
vi RE + re
C
ic
(1.12)
RC
ii ib
Ri
β ib
B
re
vi RTH
E
ie RE +vo
-
图 14
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这个电路的重要之处不在于获得电压增益,下面研究一下这个电路的输入阻抗特性.
晶体管的基极阻抗为
Rib = (1 + β )(re + RE ) (1.13)
而输入阻抗又是由阻抗RTH和Rib并联得到的
Ri = RTH //(1 + β )(re + RE ) (1.14)
输出阻抗也可以参考图15而计算出来
ic RC
ib
β ib
A
re i
x
B-E
loop
RTH +
vx
-
图 15
在图15中,我们去掉了射极电阻RE从而简化了分析。首先我们将利用RE计算出阻抗Rx,然后总的输出
阻抗就为 RE 和Rx 的并联值
Rx 由下式得出
Rx = vx
ix (1.15)
对节点A用KCL定律得
(1.16)ix = −ib (1 + β )
然后对B-E回路用KVL定律得
联立方程(1.15), (1.16) 和(1.17)得到Rx
(1.17)
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(1.18)
总的输出阻抗由横跨电阻RE得到
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