1、1,4 雙極結型三極管及放大電路基礎,4.1 BJT 4.2 基本共射極放大電路 4.3 放大電路的分析法 4.4 放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題 4.5 共集電極放大電路 *和共基極放大電路 *4.6 組合放大電路 4.7 放大電路的頻率響應,三極管及放大電路,2,4.1 晶體三極管,一、 基本結構,NPN型,PNP型,基區(qū)：較薄， 摻雜濃度低,集電區(qū)： 面積較大,3,發(fā)射結,集電結,4,* 三極管的符號,NPN型三極管,PNP型三極管,5,二、IE， IB， IC 電流形成,EB,RB,EC,進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IB ，多數(shù)擴散到集電結。,發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷

2、向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。,IB,6,EB,RB,EC,集電結反偏，有少子形成的反向電流ICBO。,從基區(qū)擴散到集電區(qū)的電子，被收集，形成ICE。,BJT 內部載流子的傳輸過程：,（1）、E區(qū)向B區(qū)注入電子,形成IE,（2）、電子在B區(qū)復合，形成IB,（3）、 C區(qū)收集電子，形成IC,IB,7,三、 V-I特性曲線及結論,iC,V,vCE,vBE,RB,iB,EC,EB,實驗線路,8,(一)、輸入特性:,工作壓降： 硅管VBE0.50.7V,鍺管UBE0.10.3V。,死區(qū)電壓:硅管0.5-0.7V，鍺管0.1-0.3V。,9,(二)、輸出特性:,VBVE和VCVB ， IC只與IB有關

3、且IC=IB，稱為放大區(qū),VCE0.3V, VBVE和VBVC ，稱為飽和區(qū)。,IB=0,IC=ICEO, VB VBVE,且-VC - VB-VE,總的來說:處于放大區(qū)時，NPN型、PNP型兩種三極管， 滿足,13,思考2：在同一坐標上繪制NPN型、PNP型三極管的 輸出特性曲線,iC1(mA),vCE(V),3,6,9,12,vCE(V),iC2(mA),14,四、主要參數(shù),前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應地還有共基、共集接法。,共射直流電流放大倍數(shù)：,工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號。基極電流的變化量為IB，相應的集電極電流變化為I

4、C，則交流電流放大倍數(shù)為：,1. 電流放大倍數(shù)和 ,15,四、主要參數(shù),前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應地還有共基、共集接法。,共射直流電流放大倍數(shù)：,工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號?；鶚O電流的變化量為IB，相應的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：,1. 電流放大倍數(shù)和 ,16,2.集-基極反向飽和電流ICBO,ICBO是集電結反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。,17,B,E,C,N,N,P,ICBO進入N區(qū)，形成IBE。,根據(jù)放大關系，由于IBE的存在，必有電流IBE。,集電結反偏有ICBO,3. 集-射極反

5、向飽和電流ICEO,ICEO受溫度影響很大，當溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。,18,4.集電極最大電流ICM,集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。,5.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO,當集-射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25C、基極開路時的擊穿電壓。,19,6. 集電極最大允許功耗PCM,集電極電流IC 流過三極管， 所發(fā)出的焦耳 熱為：,PC =ICUCE,必定導致結溫 上升，所以PC 有限制。,PCPCM,ICUCE=PCM,安全工作區(qū),20

6、,五、溫度對參數(shù)及特性的影響,溫度上升時，輸出特性曲線上移,21,六、常見三極管實物外形,22,三極管放大電路有三種形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器為例講解工作原理,一、放大電路的分類, 4.2 基本共射極放大電路,23,二、 共射放大電路的基本組成,iC,iB,Rs,vS,C1,vBE,VCC,RC,T,C2,RB,+VCC,未加電容,加電容,vI,v0,24,三、 符號規(guī)定,VA :,大寫字母、大寫下標，表示直流量。,vA :,小寫字母、大寫下標，表示交直流量(全量)。,va :,小寫字母、小寫下標，表示交流分量。,vA,va,全量,交流分量,t,VA直流分量,25,

7、(一）、 放大的概念、放大器的組成框圖,、放大就是將微弱的變化信號放大成較大的信號，包括對電壓、電流的放大。,、放大器的一般組成框圖：,引言: (1.4- 1.5的內容), 4.3 放大電路的分析方法,26,（二）、 放大電路的性能指標,、靜態(tài)性能指標：,主要包括靜態(tài)值：IQ、ICQ、VCEQ,靜態(tài)值決定了三極管的直流偏置，從而決定了放大 電路能否正常工作，也決定了放大電路能否不失真 地放大信號。,放大電路的性能指標主要包括靜態(tài)性能指標和 動態(tài)性能指標,27,（1）、輸入電阻Ri,輸入電阻是衡量放大電路從其前級信號源獲取信號大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的信號越大。其定義為：,2、動態(tài)

8、性能指標：,28,（2）、輸出電阻Ro,放大電路的輸出對其負載而言，相當于信號源，其內阻就是輸出電阻。,輸出電阻是衡量放大電路帶動負載能力大小的參數(shù)。輸出電阻越小，帶動負載的能力越大。其定義為：,29,30,放大倍數(shù),31,d、通頻帶,通頻帶：,BW=fHfL,放大倍數(shù)隨頻率變化曲線,32,放大電路分析,靜態(tài)分析,動態(tài)分析,估算法,圖解法,微變等效法,圖解法,計算機仿真,3、放大電路分析方法,33,一、靜態(tài)分析,放大電路中各點的電壓或電流都是在直流上附加了小的交流信號。,在令交流信號Vs=0,只考慮直流信號單獨作用時放大電路的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。,靜態(tài)分析著重計算靜態(tài)值（IQ、ICQ、VCEQ）

9、和畫出靜態(tài)工作點Q。,估算法：,圖解法：,主要用于計算靜態(tài)值（IQ、ICQ、VCEQ）,主要用于畫出靜態(tài)工作點Q并找出最佳Q。,34,步驟：原電路,(一)、靜態(tài)(估算法) 分析的步驟,直流通道,計算IQ、ICQ、VCEQ,令vS=0,35,根據(jù)直流通道估算IBQ、 ICQ、 VCEQ、,（RB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流）,估算法,直流負載線的方程,36,直流 負載線,與輸出特性的交點就是Q點,IB,(二)、靜態(tài)(圖解法) 分析的步驟及應用,1、步驟：,畫出直流負載線 （CE=VCCICRC）,計算I,直流負載線與 iB=IB的輸出特性 的交點就是Q點,iB,37,iC、 vCE變化，使工作

10、點將移動,（1）、分析vS造成工作點在Q點上下移動的原因,uS的變化，使vI 、 vBE有一微小的變化,從而造成iB、,2、圖解法的應用,38,（2）、運用圖解法選擇最佳的靜態(tài)工作點,可輸出的最大不失真信號,a、 Q點在直流負載線的中點：,可輸出的最大不失真信號,v0= vCE,39,b、 Q點過低：,放大電路產生截止失真,放大電路產生截止失真,v0= vCE,40,c、 Q點過高：,放大電路產生飽和失真,放大電路產生飽和失真,v0= vCE,41,思考：,電源電壓VCC，電阻RB，RC，溫度的變化 對靜態(tài)工作點的影響如何？,Q,Q1,I1B,V1CC,以VCC降低為例,以RB降低為例,Q3,

11、IB,I2B,Q2,以RC增大為例,Q4,以溫度上升為例,42,例：,已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。用估算法計算靜態(tài)工作點,解：,43,二、動態(tài)分析,放大電路中各點的電壓或電流都是在直流上附加了小的交流信號。,在令直流信號VCC=0,只考慮交流信號單獨作用時放大電路的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。,微變等效法：,圖解法：,用于計算動態(tài)值,略,分析 方法,44,(一)、三極管的微變等效電路,1、 輸入回路的等效（b、e間的等效）,從輸入特性可知，當 工作點圍繞Q點作小 幅波動時，可將Q1、 Q2曲線近似為線段。,rbe的量級從幾百歐到幾千歐。,45,從輸出特性可知，三極管處于

12、放大區(qū)時，iC與vce無關,2、 輸出回路的等效（c、e間的等效）,三極管的微變 等效電路,簡易等效,完全等效,rce很大,可認為開路,46,三極管的微變等效電路,rce很大， 可認為開路,47,(二)、動態(tài)分析的步驟,步驟：原電路,交流通道,原電路,交流通路,48,方法:將交流通道中的三極管用微變等效電路代替,步驟：原電路,交流通道,微變等效電路,交流通路,RB,RC,RL,vi,vo,b,c,e,微變等效電路,e,動態(tài)分析的步驟,49,1、電壓放大倍數(shù)的計算,特點：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。,步驟：原電路,交流通道,計算動態(tài)值,微變等效電路,動態(tài)分析的步驟,50,2、輸入電阻Ri及放大倍

13、數(shù)Avs的計算,RB,RC,RL,b,c,e,式中：,動態(tài)分析的步驟,51,微變等效法,3、輸出電阻的計算,采用外加電壓法,設外加電壓為 ，則：,52,4.4 工作點穩(wěn)定的放大電路,為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。但是，溫度的變化嚴重影響靜態(tài)工作點。,對于基本共射放大電路（固定偏置電路）而言，由于VBE、 和ICEO 這三個參數(shù)隨溫度而變化，溫度對靜態(tài)工作點的影響主要體現(xiàn)在這一方面。,53,1、溫度對BE的影響,.固定偏置電路,一、影響靜態(tài)工作點穩(wěn)定的因數(shù),54,2、溫度對 值及ICEO的影響,總的效果是：溫度上升時，Q點上移； 溫度下降時，Q點下移；,溫度上升時，

14、輸出特性曲線上移，造成Q點上移。,55,二、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施,固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。 Q點不穩(wěn)定可能會導致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導致飽和失真或截止失真。為此，需要改進偏置電路，使IC不隨溫度變化而變化， 即做到IC固定，從而就可以抑制Q點的變化，保持Q點基本穩(wěn)定。,3、常采用分壓式偏置電路。,具體方法有:,1、采用熱敏電阻的補償電路。,2、含恒流源的射極偏置電路。,56,采用熱敏電阻的補償電路,含恒流源的射極偏置電路,57,三、分壓式偏置電路,（一）、靜態(tài)分析,58,靜態(tài)值計算,59,（二）、動態(tài)分析,60,CE的作用：交流通路中， CE將RE短路，RE對交流不起作用，

15、放大倍數(shù)、輸入電阻不受影響。,問題1：如果去掉CE，靜態(tài)值會變化嗎？,問題2：如果去掉CE，放大倍數(shù)、輸入電阻會變化嗎？,61,去掉 CE 后的交流通路和微變等效電路：,vo,交流通路,微變等效電路,(1)、電壓放大倍數(shù),.電壓放大倍數(shù)降低,62,RC,RL,RE,RB,b,c,e,rbe,（2）、輸入電阻,（3）、輸出電阻,.輸入電阻增大,.輸出電阻不變,63,問題3：如果電路如下圖所示，如何分析？,64,靜態(tài)分析：,直流通路,65,動態(tài)分析：,交流通路,66,交流通路：,微變等效電路：,67,4.5 共集電極放大電路,一、靜態(tài)分析,(又稱為射極輸出器、電壓跟隨器）,68,RB,+VCC,R

16、E,直流通道,ICQ,VCEQ,靜態(tài)分析,69,二、動態(tài)分析,70,動態(tài)分析,微變等效電路,71,微變等效電路,72,1. 電壓放大倍數(shù),動態(tài)分析,令：,所以,但電流ie增加了、故輸出電流io被放大了 。,2、,輸入輸出同相且 即輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。,結論：,73,2. 輸入電阻,動態(tài)分析,輸入電阻較大,74,3. 輸出電阻:,用加壓求流法求輸出電阻。,動態(tài)分析,75,與共射極放大電路輸出電阻計算的區(qū)別,76,3. 輸出電阻,用加壓求流法求輸出電阻。,動態(tài)分析,輸出電阻很小,77,三、共發(fā)射極、共集電極放大電路的使用比較,1.由于輸入電阻大，可將共發(fā)射極、共集電極放大電路放在

17、放大電路的首級（輸入級），提高信號的獲取能力。,.由于輸出電阻小，可將共集電極放大電路放在放大電路的末級（輸出級），提高帶負載能力。,4. 可將共集電極放大電路放在放大電路的中間（緩沖級），可以起到電路的阻抗匹配作用。,.由于電壓放大倍數(shù)大，可將共發(fā)射極放大電路放在放大電路的中間（中間級），起電壓放大作用。,78,四、共集電極放大電路作為緩沖級，起阻抗匹配作用 的應用舉例。,1、問題的提出： 若信號源與負載直接相連,假設：信號源的內阻RS=5K ，vs=5mV，負載RL=10,負載從信號源中獲得的信號太小,2、解決的方法：,若信號源通過共集電極放大電路 與負載相連,假設共集電極放大電路的Ri=50K ,RO=10 ,Av=0.98,79,假設共集電極放大電路的Ri=50K ,RO=10 ,Av=0.98RS=5K ，vs=5mV，RL=10,負載從信號源中獲得的信號大大增加。,80,4.7 放大電路的頻率響應,一、造成 隨頻率變化的原因及頻率響應曲線,2、放大器的放大倍數(shù)與頻率的關系曲線 稱為 幅頻特性曲線。 輸出信號與輸入信號的相位差與頻率的關系曲線 稱為相頻特性曲線。,81,三、頻率特性的技術指標,對放大器而言,通頻帶越寬性能越好,4、頻率失真度,頻率失真度,幅頻失真,相頻失真