1、【本章小結(jié)】,1.半導(dǎo)體存在兩種導(dǎo)電的載流子：自由電子和空穴。純凈的半導(dǎo)體也稱為本征半導(dǎo)體，在本征半導(dǎo)體中摻入不同的有用雜質(zhì)，可分別形成P型和N型兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體，P型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是空穴，N型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是自由電子。 2. PN結(jié)的重要特性是單向?qū)щ娦?，即加正向電壓PN結(jié)導(dǎo)通，加反向電壓PN結(jié)截止。 3.常用伏安特性來(lái)描述半導(dǎo)體二極管的性能,二極管的主要參數(shù)有最大整流電流、最高反向工作電壓、反向擊穿電壓、最高工作頻率等。,電氣與電子工程學(xué)院,4.分析二極管電路的很重要的方法是模型分析法，即根據(jù)實(shí)際電路情況，為二極管建立一個(gè)接近于它原有伏安特性的線性模型(如理想模型、恒壓源模型)，二極

2、管有很多作用，如整流、限幅、鉗位等。 5.特殊二極管與普通二極管一樣，也具有單向?qū)щ娦?。利用PN結(jié)的反向擊穿特性，可制成穩(wěn)壓二極管；利用發(fā)光材料，可制成發(fā)光二極管；利用PN結(jié)的光敏特性，可制成光電二極管；利用PN結(jié)的結(jié)電容，可制成變?nèi)荻O管。,電氣與電子工程學(xué)院,作業(yè),1-1、1-4、1-8,第2章雙極型三極管(BJT) 及其放大電路,又稱半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡(jiǎn)稱為三極管。,(Bipolar Junction Transistor),三極管的外形如下圖所示。,三極管有兩種類型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型為例進(jìn)行討論。,圖 2.1.1三極管的外形,一、放大的概念,放大電路的核

3、心元件: 是雙極型三極管和場(chǎng)效應(yīng)管。,放大的對(duì)象: 是變化量。,放大作用: 是小能量對(duì)大能量的控制作用。,放大的本質(zhì): 是實(shí)現(xiàn)能量的控制。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),補(bǔ)充*,1.電壓放大倍數(shù),2.電流放大倍數(shù),適用條件:,=,=,1.放大倍數(shù),二、放大電路的主要技術(shù)指標(biāo),下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),無(wú)明顯失真的最大輸出電壓(或電流)， 一般指電壓的有效值,以Uom (或Iom )表示。,2.最大輸出幅度,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),所有的諧波總量與基波成分之比:,3. 非線性失真系數(shù),下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),4. 輸入電阻,中頻段,通常希望Ri愈大愈好,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),5. 輸出電阻,中頻段,通常希望Ro愈小愈好。,下頁(yè),上

4、頁(yè),放大電路,Ri,+,-,Rs,Ro,放大電路技術(shù)指標(biāo)測(cè)試示意圖,+,-,+,-,Uo,首頁(yè),放大倍數(shù)在高頻和低頻段分別下降至中頻放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所包括的頻率范圍,用BW表示。 如圖所示.,放大電路的通頻帶,6. 通頻帶,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),輸出功率:無(wú)明顯失真時(shí)的最大輸出功率,用Pom表示。,效率:,PV為直流電源消耗的功率。,除以上幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)外,針對(duì)不同場(chǎng)合， 還可能提出其他一些指標(biāo)， 如電源容量，抗干擾能力等。,7. 最大輸出功率與效率,上頁(yè),首頁(yè),2.1.1三極管的結(jié)構(gòu),常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。,圖2.1.2三極管的結(jié)構(gòu),(a)平面型(NPN),(

5、b)合金型(PNP),e 發(fā)射極，b基極，c 集電極。,平面型(NPN)三極管制作工藝,在 N 型硅片(集電區(qū))氧化膜上刻一個(gè)窗口，將硼雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成 P 型(基區(qū))，再在 P 型區(qū)上刻窗口，將磷雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成N型的發(fā)射區(qū)。引出三個(gè)電極即可。,合金型三極管制作工藝：在 N 型鍺片(基區(qū))兩邊各置一個(gè)銦球，加溫銦被熔化并與 N 型鍺接觸，冷卻后形成兩個(gè) P 型區(qū)，集電區(qū)接觸面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。,圖 2.1.3三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)(a)NPN 型,集電區(qū),集電結(jié),基區(qū),發(fā)射結(jié),發(fā)射區(qū),集電極 c,基極 b,發(fā)射極 e,集電區(qū),集電結(jié),基區(qū),發(fā)射結(jié),發(fā)射區(qū),集電極 c,發(fā)射極 e,基極 b

6、,2.1.2三極管的放大作用 和載流子的運(yùn)動(dòng),以 NPN 型三極管為例討論,圖2.1.4三極管中的兩個(gè) PN 結(jié),三極管若實(shí)現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性來(lái)保證。,不具備放大作用,復(fù)習(xí),1.二極管的作用（有四）,2. 特殊二極管（穩(wěn)壓管）,4. * 重點(diǎn)與考點(diǎn)：1、二極管削波與限幅 2、溫度對(duì)特性的影響、3、三極管各管腳的判斷,3. 三極管符號(hào)、類型、稱呼,三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：,1. 發(fā)射區(qū)高摻雜。,2. 基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。,三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。,3. 集電結(jié)面積大。,三

7、極管中載流子運(yùn)動(dòng)過(guò)程,1. 發(fā)射發(fā)射區(qū)的電子越過(guò)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)形成發(fā)射極電流 IE (基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略)。,2. 復(fù)合和擴(kuò)散電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流 Ibn，復(fù)合掉的空穴由 VBB 補(bǔ)充。,多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。,圖 2.1.5三極管中載流子的運(yùn)動(dòng),三極管中載流子運(yùn)動(dòng)過(guò)程,3. 收集集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子而形成集電極電流 Icn。 其能量來(lái)自外接電源 VCC 。,另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場(chǎng)的作用下將進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)而形成反向飽和電流，用ICBO表示。,圖 2.1.5三極管中載流子的運(yùn)動(dòng),三極管的電

8、流分配關(guān)系,IEp,ICBO,IE,IC,IB,IEn,IBn,ICn,IC = ICn + ICBO,IE = ICn + IBn + IEp = IEn+ IEp,一般要求 ICn 在 IE 中占的比例盡量大。而二者之比稱直流電流放大系數(shù)，即,一般可達(dá) 0.95 0.99,三個(gè)極的電流之間滿足節(jié)點(diǎn)電流定律，即,IE = IC + IB,代入(1)式，得,上式中的后一項(xiàng)常用 ICEO 表示，ICEO 稱穿透電流。,當(dāng) ICEO IC 時(shí)，忽略 ICEO，則由上式可得,共射直流電流放大系數(shù) 近似等于 IC 與 IB 之比。 一般 值約為幾十 幾百。,三極管的電流分配關(guān)系,一組三極管電流關(guān)系典型

9、數(shù)據(jù),1. 任何一列電流關(guān)系符合 IE = IC + IB，IB IC IE, IC IE。,2. 當(dāng) IB 有微小變化時(shí)， IC 較大。說(shuō)明三極管具有電流放大作用。,3. 共射電流放大系數(shù),共基電流放大系數(shù),4. 在表的第一列數(shù)據(jù)中，IE = 0 時(shí)，IC = 0.001 mA = ICBO，ICBO 稱為反向飽和電流。,在表的第二列數(shù)據(jù)中， I B = 0，IC = 0.01 mA = ICEO， 稱為穿透電流。,根據(jù) 和 的定義，以及三極管中三個(gè)電流的關(guān)系，可得,故 與 兩個(gè)參數(shù)之間滿足以下關(guān)系：,直流參數(shù) 與交流參數(shù) 、 的含義是不同的，但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來(lái)說(shuō)， 與 ， 與 的數(shù)值

10、卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。,+ UCE -,2.1.3三極管的特性曲線,特性曲線是選用三極管的主要依據(jù)，可從半導(dǎo)體器件手冊(cè)查得。,UCE,圖 1.3.6三極管共射特性曲線測(cè)試電路,輸入特性：,輸出特性：,+ UCE -,+ UCE -,UBE,一、輸入特性,(1) UCE = 0 時(shí)的輸入特性曲線,當(dāng) UCE = 0 時(shí)，基極和發(fā)射極之間相當(dāng)于兩個(gè) PN 結(jié)并聯(lián)。所以，當(dāng) b、e 之間加正向電壓時(shí)，應(yīng)為兩個(gè)二極管并聯(lián)后的正向伏安特性。,圖 2.1.7(上中圖),圖 2.1.8(下圖),(2) UCE 0 時(shí)的輸入特性曲線,當(dāng) UCE 0 時(shí)，這個(gè)電壓有利于將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子

11、收集到集電極。,UCE UBE，三極管處于放大狀態(tài)。,* 特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子),UCE 1 時(shí)的輸入特性具有實(shí)用意義。,* UCE 1 V，特性曲線重合。,圖 1.3.6三極管共射特性曲線測(cè)試電路,圖 2.1.8三極管的輸入特性,二、輸出特性,圖 2.1.9NPN 三極管的輸出特性曲線,劃分三個(gè)區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。,放 大 區(qū),放 大 區(qū),1. 截止區(qū)IB 0 的區(qū)域。,兩個(gè)結(jié)都處于反向偏置。,IB= 0 時(shí)，IC = ICEO。 硅管約等于 1 A，鍺管約為幾十 幾百微安。,截止區(qū),截止區(qū),2. 放大區(qū)：,條件：發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏,特點(diǎn)：各條輸出特性曲線比較平坦，近似

12、為水平線，且等間隔。,二、輸出特性,放 大 區(qū),集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即,放 大 區(qū),放 大 區(qū),對(duì) NPN 管 UBE 0，UBC 0,圖 2.1.9NPN 三極管的輸出特性曲線,3. 飽和區(qū)：,條件：兩個(gè)結(jié)均正偏,對(duì) NPN 型管，UBE 0 UBC 0 。,特點(diǎn)：IC 基本上不隨 IB 而變化，在飽和區(qū)三極管失去放大作用。 I C IB。,當(dāng) UCE = UBE，即 UCB = 0 時(shí)，稱臨界飽和，UCE UBE時(shí)稱為過(guò)飽和。,飽和管壓降 UCES 0.4 V(硅管)，UCES 0. 2 V(鍺管),飽和區(qū),飽和區(qū),2.1.5三極管的主要參數(shù),三極管的連接方式,圖2. 1.1

13、0NPN 三極管的電流放大關(guān)系,一、電流放大系數(shù),是表征管子放大作用的參數(shù)。有以下幾個(gè)：,1. 共射電流放大系數(shù) ,2. 共射直流電流放大系數(shù),忽略穿透電流 ICEO 時(shí)，,3. 共基電流放大系數(shù) ,4. 共基直流電流放大系數(shù),忽略反向飽和電流 ICBO 時(shí)，, 和 這兩個(gè)參數(shù)不是獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系，關(guān)系為：,二、反向飽和電流,1. 集電極和基極之間的反向飽和電流 ICBO,2.集電極和發(fā)射極之間的反向飽和電流 ICEO,(a)ICBO測(cè)量電路,(b)ICEO測(cè)量電路,小功率鍺管 ICBO 約為幾微安；硅管的 ICBO 小，有的為納安數(shù)量級(jí)。,當(dāng) b 開路時(shí)， c 和 e 之間的電流。,值愈

14、大，則該管的 ICEO 也愈大。,圖 1.3.11反向飽和電流的測(cè)量電路,三、 極限參數(shù),1. 集電極最大允許電流 ICM,當(dāng) IC 過(guò)大時(shí)，三極管的 值要減小。在 IC = ICM 時(shí)， 值下降到額定值的三分之二。,2. 集電極最大允許耗散功率 PCM,將 IC 與 UCE 乘積等于規(guī)定的 PCM 值各點(diǎn)連接起來(lái)，可得一條雙曲線。,ICUCE PCM 為安全工作區(qū),ICUCE PCM 為過(guò)損耗區(qū),圖 1.3.11三極管的安全工作區(qū),3. 極間反向擊穿電壓,外加在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。,U(BR)CEO：基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。,U(BR)CBO：發(fā)射極開路

15、時(shí)，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。,安全工作區(qū)同時(shí)要受 PCM、ICM 和U(BR)CEO限制。,圖 2.1.11三極管的安全工作區(qū),補(bǔ)充PNP 型三極管,放大原理與 NPN 型基本相同，但為了保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，外加電源的極性與 NPN 正好相反。,圖 2.1.13三極管外加電源的極性,作業(yè),2-2、2-2、2-8,第二節(jié) 單管共發(fā)射極放大電路,單管共發(fā)射極放大電路的組成,單管共發(fā)射極放大電路的工作原理,下頁(yè),總目錄,一、單管共射放大電路組成,VT是放大電路的核心， VCC提供輸出信號(hào)能量，,Rb和VBB提供發(fā)射結(jié)偏置電壓UBE和靜態(tài)基極電流IB。,Rc將iC的變化量轉(zhuǎn)化為uCE的

16、變化量，,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),二、單管共射放大電路的工作原理,定性分析: 在輸入端加一 ui 將依次產(chǎn)生uBE、 iB 、iC、 uCE 和uo,適當(dāng)選擇參數(shù)， uo可比ui大得多，從而實(shí)現(xiàn)放大作用。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),1.三極管必須工作在放大區(qū)。,原理電路缺點(diǎn):, 放大電路組成原則：,3. iC能夠轉(zhuǎn)化為uCE,并傳送到放大電路的輸出端。,2. ui 能夠傳送到三極管的基極回路,產(chǎn)生相應(yīng)的iB 。,1. 需要兩路直流電源,既不方便也不經(jīng)濟(jì)。,2. 輸入、輸出電壓不共地。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),C1、C2 是隔直或耦合電容， RL是放大電路的負(fù)載電阻， 省去了基極直流電源VBB 。,克服了原理電路的

17、缺點(diǎn), 比較實(shí)用。, 單管共射放大電路的改進(jìn)電路,上頁(yè),首頁(yè),第三節(jié) 放大電路的基本分析方法,直流通路與交流通路,靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算,圖解法,微變等效電路法,下頁(yè),總目錄,電容相當(dāng)于開路 電感相當(dāng)于短路,一、直流通路與交流通路,1. 直流通路,用于放大電路的靜態(tài)分析。,在直流通路中:,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),大電容和理想電壓源相當(dāng)于短路 電感和理想電流源相當(dāng)于開路,2. 交流通路,用于放大電路的動(dòng)態(tài)分析。,在交流通路中:,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),動(dòng)畫,二、 靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算,靜態(tài)工作點(diǎn): 外加輸入信號(hào)為零時(shí), 三極管的IBQ , ICQ , UBEQ , UCEQ 在輸入輸出特性曲線上對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn) Q

18、點(diǎn)。,UBEQ可近似認(rèn)為： 硅管 UBEQ = ( 0.6 0.8 ) V 鍺管 UBEQ = ( 0.1 0.3 ) V,靜態(tài)分析(估算靜態(tài)工作點(diǎn))討論對(duì)象是直流成分。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),IBQ Rb + UBEQ = VCC,IB,IC,由圖中的直流通路,估算方法:,ICQ Rc + UCEQ = VCC,可求得單管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的值為:,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),例2.3.1 設(shè)單管共射放大電路中, VCC=12V, Rc= 3 k , Rb= 280 k, = 50, 試估算靜態(tài)工作點(diǎn)。,解: 設(shè)UBEQ = 0.7V, 則,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),三、圖解法,（一）圖解法的過(guò)程 圖解法既可分

19、析靜態(tài),也可分析動(dòng)態(tài)。 過(guò)程一般是先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)。,1. 圖解分析靜態(tài) 任務(wù):用作圖法確定靜態(tài)工作點(diǎn),求出IBQ, ICQ和UCEQ。,由于輸入特性不易準(zhǔn)確測(cè)得, 一般用近似估算法求IBQ和UBEQ 。,下面主要討論輸出回路的圖解法。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),M,N,下頁(yè),上頁(yè),輸出回路的等效電路,首頁(yè),iB=IBQ,VCC,ICQ,UCEQ,根據(jù)輸出回路方程uCE = VCC iCRc 作直流負(fù)載線， 與橫坐標(biāo)交點(diǎn)為VCC , 與縱坐標(biāo)交點(diǎn)為VCC/Rc ，,直流負(fù)載線與特性曲線 iB=IBQ 的交點(diǎn)即Q點(diǎn), 如圖示。,Q,直流負(fù)載線和靜態(tài)工作點(diǎn)的求法,斜率為-1/Rc ，是靜態(tài)工作點(diǎn)的移動(dòng)軌跡。,

20、下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),例2.3.2 試用圖解法確定下圖所示電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。,12,2,6,Q,4,解：首先估算IBQ,UBE,UCE,IB,iC,= 40A,uCE = 12-3 iC,IBQ =,VCC - UBEQ,Rb,IBQ,輸出回路方程,IBQ = 40 A ICQ=2mA UCEQ=6V,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),2. 圖解分析動(dòng)態(tài),動(dòng)態(tài)分析(估算動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo))討論對(duì)象是交流成分。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),交流負(fù)載線,畫法：過(guò)靜態(tài)工作點(diǎn)Q ， 作一條斜率為-1/（Rc/RL）的直線。,uCE = - ic(RC / RL),交流負(fù)載線：描述放大電路的動(dòng)態(tài)工作情況。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),Q,IBQ,4

21、0,20,60,0.7,uBE,UBEQ,UCEQ,uCE,0.72,0.68,iB,放大電路動(dòng)態(tài)工作情況,下頁(yè),上頁(yè),交流負(fù)載線,首頁(yè),用圖解法求放大電路的放大倍數(shù),假設(shè)IBQ附近有一個(gè)變化量iB ， 在輸入特性上找到相應(yīng)的uBE ， 在輸出特性的交流負(fù)載線上找到相應(yīng)的iC和uCE。,則電壓放大倍數(shù)：,電流放大倍數(shù)：,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),=,4.5-7.5,0.72-0.68,= - 75,負(fù)號(hào)表示uCE與uBE反相位,下頁(yè),上頁(yè),7.5,4.5,Q,IBQ,40,20,60,0.7,uBE,UBEQ,UCEQ,uCE,0.72,0.68,iB,交流負(fù)載線,首頁(yè),結(jié)論：,uBEQ,uCEQ,i

22、BQ,iCQ,由右圖可知： 單管共射放大電路中， 1.交、直流并存 2.有電壓放大作用 3.有倒相作用,uo,ui,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),3. 圖解法的步驟,（一）畫輸出回路的直流負(fù)載線 （二）估算 IBQ，確定Q 點(diǎn)，得到 ICQ和 UCEQ （三）畫交流負(fù)載線 （四）求電壓放大倍數(shù),下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),Q點(diǎn)過(guò)低,（二）圖解法的應(yīng)用,1. 分析非線性失真,Q,UCEQ,ICQ,截止失真,uCE波形出現(xiàn) 頂部失真。,交流負(fù)載線,iB,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),動(dòng)畫,飽和失真,交流負(fù)載線,ICQ,UCEQ,uCE波形出現(xiàn)底部失真。,iB,Q點(diǎn)過(guò)高,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),2. 用圖解法估算最大輸出幅度,Q,iB=0

23、,C,D,E,A,B,Q點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)在交流負(fù)載線上線段AB的中點(diǎn)。,若CD = DE，則,否則,交流負(fù)載線,直流負(fù)載線,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),3. 分析電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,Q1,Q2,VCC,Rb1Rb2,Q1,Q2,VCC,Rc2Rc1,增大Rc ， Q點(diǎn)靠近飽和區(qū)。,增大Rb ， Q點(diǎn)靠近截止區(qū)。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),Q1,Q2,VCC,2 1,Q1,Q2,VCC2,VCC2VCC1,VCC1,VCC升高時(shí), Q點(diǎn)移向右上方,Uom增大， 三極管靜態(tài)功耗也增大。, 增大時(shí)， 特性曲線上移， Q點(diǎn)移近飽和區(qū)。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),一、微變等效電路法,適用條件：微小交流工作信號(hào)， 三極管工作在線

24、性區(qū)。 解決問(wèn)題：處理三極管的非線性問(wèn)題。,等效：從線性電路的三個(gè)引出端看進(jìn)去， 其電壓、電流的變化關(guān)系和原來(lái)的三極管一樣。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),第四節(jié) 放大電路的動(dòng)態(tài)分析,（一）簡(jiǎn)化的h參數(shù)微變等效電路,1. 三極管的等效電路,Q,iB,iB,iB,Q,uBE,以共射接法三極管為例,三極管特性曲線的局部線性化,iC = iB,輸入端可等效為一個(gè)電阻。,輸出端可等效為一個(gè)受控電流源。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),由以上分析可得三極管的微變等效電路,三極管的簡(jiǎn)化h參數(shù)等效電路,rbe,uBE,iC,iB,uCE,iB,e,c,b,此電路忽略了三極管輸出回路等效電阻 rce 。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),用簡(jiǎn)化的微變

25、等效電路計(jì)算單管共射放大電路的電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻。,rbe,uI,ic,ib,uO,ib,e,c,b,Rc,RL,Rb,單管共射放大電路的等效電路,先畫出三極管的等效電路，再依次畫出放大電路的交流通路,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),電壓放大倍數(shù)：,Au=,uo,ui,=,- ib Rc/ RL,ib rbe,=,rbe,- Rc/ RL,輸入電阻：,= Rb/ rbe,輸出電阻：,Ro,ui = 0 RL = ,Ri=,ui,ii,uo,io,=,Ro = Rc,io,下頁(yè),上頁(yè),rbe,uI,ic,ib,uO,ib,e,c,b,Rc,RL,Rb,首頁(yè),仿真,2. rbe的近似估算公式,rbe

26、rbb+ (1+ ),26(mV),IEQ,其中: rbb是三極管的基區(qū)體電阻, 若無(wú)特別說(shuō)明,可認(rèn)為rbb約為300,26為常溫下溫度的電壓當(dāng)量,單位為mV。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),rbe rbb+ (1+ ),26(mV),IEQ,分析以下兩式,Au與不成比例。,若 值一定, 可適當(dāng)提高IEQ得到較大的Au 。,可看出:,可減小Rb或增大VCC ， 但要注意三極管的非線性及安全工作區(qū)。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),3. 等效電路法的步驟,確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。,(4) 列出電路方程并求解。,(3) 畫出放大電路的微變等效電路。,(2) 求出Q點(diǎn)處的和rbe 。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),（二）微變等效電路

27、法的應(yīng)用,分析下圖所示接有射極電阻的單管放大電路,+,+,-,-,rbe,uI,iC,ib,uO,ib,e,c,b,Rc,RL,Rb,Re,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),uI = ib rbe + (1+ ) ib Re,uI, RL,uO,Au=,= -,rbe +(1+ ) Re,若 (1+ ) Re rbe ，則,Au -, RL,(1+ ) Re,uO = - ib RL,其中RL= Rc / RL,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),Ri=rbe +(1+ ) Re/ Rb,Ro Rc,uI,+,-,uI = ib rbe + (1+ ) ib Re,iI = ib,Ri = rbe +(1+ ) Re,Ri ,

28、Ri,Ri = Ri / Rb,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),例2.3.3 圖示放大電路中, = 50 1. 試估算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)； 2. 求電壓放大倍數(shù)； 3. 求輸入電阻和輸出電阻。,下頁(yè),上頁(yè),820,3k,3k,首頁(yè),240k,(12v),解:直流通路如圖所示,IBQRb + UBEQ + IEQ Re = VCC,IBQ =,VCC- UBEQ,Rb+(1+ ) Re,= 0.04 mA,ICQ = IBQ = 50 0.04 mA = 2 mA IEQ,UCEQ =VCC - ICQ Rc - IEQ Re = 12-2 ( 3 + 0.82 ) V = 4.36 V,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),

29、rbe rbb+(1+ ),26(mV),IEQ, RL,Au,= -,rbe +(1+ ) Re,= - 1.75,Ri=rbe +(1+ ) Re/ Rb = 36.3k,Ro Rc = 3k,射極電阻Re使電壓放大倍數(shù)降低,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),小結(jié):,圖解法,優(yōu)點(diǎn): 1. 既能分析靜態(tài), 也能分析動(dòng)態(tài)的工作情況； 2. 直觀 形象； 3. 適合分析具有特殊輸入/輸出特性的管子； 4. 適合分析工作在大信號(hào)狀態(tài)下的放大電路。 缺點(diǎn): 1. 特性曲線存在誤差； 2. 作圖麻煩,易帶來(lái)誤差； 3. 無(wú)法分析復(fù)雜電路和高頻小工作信號(hào)。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),微變等效電路法,優(yōu)點(diǎn): 1.簡(jiǎn)單方便。 2.

30、適用于分析任何基本工作在線性范圍的簡(jiǎn)單或復(fù)雜的電路。 缺點(diǎn): 1.只能解決交流分量的計(jì)算問(wèn)題。 2. 不能分析非線性失真。 3. 不能分析最大輸出幅度 。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),課堂練習(xí),第五節(jié) 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題,溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,分壓式靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路,下頁(yè),總目錄,Q2,一、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,溫度升高, 靜態(tài)工作點(diǎn)移近飽和區(qū)， 使輸出波形產(chǎn)生飽和失真。,飽和失真,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),外因: 環(huán)境溫度的變化。 內(nèi)因: 三極管本身所具有的溫度特性。,解決措施: 保持放大電路的工作溫度恒定。 2. 從放大電路自身解決。,引起靜態(tài)工作點(diǎn)波動(dòng)的原因:,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),二、分

31、壓式靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路,圖示 給出了最常用的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路， 通常稱為分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。,UBQ基本不變,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),仿真,由以上分析可知：,本電路是通過(guò)發(fā)射極電流的負(fù)反饋?zhàn)饔茫?牽制集電極電流的變化。,所以也稱為電流負(fù)反饋式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。,Re愈大,電路的溫度穩(wěn)定性愈好， 但將影響輸出電壓幅度。,Rb2和Rb2值選用要適中。,一般取IR = (510) IBQ , 且UBQ = (510) UBEQ,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),1. 靜態(tài)分析,分析靜態(tài)可從估算UBQ入手,uB,IE,IC,IB,uE,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),IE,IC,IB,Rb = Rb1 / Rb2,= IB Rb +

32、UBE + (1+ )IB Re,應(yīng)用戴維寧定理,其中：,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),2. 動(dòng)態(tài)分析,e,rbe,ic,ib,ib,c,b,Rc,RL,Rb2,ui,uo,iO,iI,Rb1,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),Au=,uo,ui,=,rbe,- Rc/ RL,電壓放大倍數(shù)為,輸入電阻為,輸出電阻為,Ri = rbe /Rb1/ Rb2,Ro= Rc,uo =,- ib Rc/ RL,ui =,ib rbe,Ri,Ro,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),例2.5.1：已知晶體管的 = 60 ， rbe=1.8 k ， 信號(hào)源電壓us =15 mV，內(nèi)阻Rs = 0.6 k ， 其他參數(shù)已標(biāo)在電路圖中。求該放大電路的靜態(tài)工

33、作點(diǎn)； 求該放大電路的輸入電阻和輸出電阻； 試求輸出電壓 uo ； 若RF = 0， uo等于多少？,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),解： 求靜態(tài)工作點(diǎn),UBQ ,Rb1+Rb2,Rb1,VCC,IEQ =,ICQ ,UEQ,=,UBQ - UBEQ,IEQ = 1 mA,UCEQ =,VCC,- ICQ Rc,- IEQ ( Re + RF ),VCC,- ICQ ( Rc + Re + RF ),IBQ ,ICQ,uB,IE,IC,IB,uE, 3 V,=,3 0.7,Re+RF,Re+RF,2+ 0.1,= 6 V,mA 1 mA,= 17 A,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),rbe,ic,ib,ib,c,b,Rc

34、,RL,Rb2,e,iO,iI,Rb1,RF,下頁(yè),上頁(yè),動(dòng)態(tài)分析,首頁(yè),Au=,uo,ui,=,rbe + (1 + ) RF,- Rc/ RL,電壓放大倍數(shù)為,輸入電阻為,輸出電阻為,Ri = rbe + (1 + ) RF /Rb1/ Rb2,Ro= Rc,uo =,- ib Rc/ RL,ui =,ib rbe,Ri,Ro,+ (1 + ) ib RF,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),課堂練習(xí),第六節(jié) 雙極型三極管放大電路的三種基本組態(tài),共集電極放大電路,共基極放大電路,三種基本組態(tài)的比較,下頁(yè),總目錄,uo從集電極輸出,ui從基極輸入,一、共集電極放大電路,輸入信號(hào)u

35、i 和輸出信號(hào)uo 的公共端是集電極。,又稱為射極輸出器或電壓跟隨器， 可以接有集電極電阻。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),（一）靜態(tài)分析,IBQ =,VCC - UBEQ,Rb+（1+）Re,ICQ IBQ,UCEQ = VCC - IEQ Re,VCC = IBQRb+ UBEQ +（1+）IBQRe,IBQ,IEQ,Rb, VCC - ICQ Re,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),（二）動(dòng)態(tài)分析,1. 微變等效電路,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),Re= Re / RL,Rs= Rs / Rb,其中:,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),2. 電流放大倍數(shù),Ai =,io,ii,=,- ie,ib,= - （1 + ）,3. 電壓放大倍數(shù),uo

36、 = ie Re,ui = ib rbe + （1 + ） ib Re,=（1 + ） ib Re,Au =,uo,ui,=,（1 + ） Re,rbe + （1 + ）Re,Au小于1 ，但近似等于1 uo 與 ui 相位相同,共射放大電路無(wú)電壓放大作用，但可放大電流。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),仿真,4. 輸入電阻,Ri = rbe + （1 + ） Re,Ri = Rb / rbe + （1 + ） Re,Ri ,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),5. 輸出電阻,下頁(yè),上頁(yè),uo= - ib （ rbe +Rs）,io = - ie,= -（1 + ） ib,可見,輸出電阻很小。,首頁(yè),輸出電阻的另一種算法,R

37、o,uo = - ib （ rbe +Rs）,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),例2.6.1 估算圖示電路的靜態(tài)工作點(diǎn)， 并計(jì)算電流放大倍數(shù)、電壓放大倍數(shù) 和輸入、輸出電阻。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),IBQ =,VCC - UBEQ,Rb+（1+）Re,ICQ IBQ,UCEQ = VCC - IEQ Re,10 0.7,240 +（1+40）5.6mA,=,= 20 A,= 0.8 mA, VCC - ICQ Re,= 5.52 V,= 40 0.02 mA,= (10 0.8 5.6) V,rbe= rbb+（1+）,IEQ,26(mV),= 1.6 k,1. 靜態(tài)工作點(diǎn),下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),= - 41,41

38、2.8,1.6 + 41 2.8,= 0.986,= - （1 + ）,Au =,（1 + ） Re,rbe + （1 + ） Re,Ai =,io,ii,=,- ie,ib,=,2. 電流、電壓放大倍數(shù),下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),= 78.4 k,= 0.26 k,= 260 ,Ri = Rb / rbe + （1 + ） Re,Ro =,rbe +Rs,1 + ,/ Re,3. 輸入、輸出電阻,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),Ro,Ro,uo,io,=,Ro=,uo,io,rbe,=,1 + ,Ro =,Ro / Re,rbe,1 + ,/ Re,=,uo= - ib rbe,io= - ie,= -（1 +

39、） ib,= 39 , Ro,4. Rs為零時(shí)的輸出電阻,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),下頁(yè),上頁(yè),二、共基極放大電路,首頁(yè),（一）靜態(tài)分析,直流通路與靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路相同,UBQ =,Rb1+Rb2,Rb1,VCC,IEQ =,UBQ - UBEQ,Re, ICQ,UCEQ = VCC - ICQ Rc - IEQ Re, VCC - ICQ ( Rc + Re ),若靜態(tài)基流很小, 則,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),（二）動(dòng)態(tài)分析,1. 微變等效電路,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),2. 電流放大倍數(shù),ii = - ie,io = ic,Ai = io / ii = - ,沒(méi)有電流放大作用。,3. 電壓放大倍數(shù),ui = -

40、 ib rbe,uo = - ib RL,Au = uo / ui = RL / rbe,具有電壓放大作用， 沒(méi)有倒相作用。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),4. 輸入電阻,Ri = ui / ii = rbe / (1 + ),如不考慮Re的作用,考慮Re的作用 Ri = rbe / (1 + ) / Re,共基接法的輸入電阻比共射接法低,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),5. 輸出電阻,如不考慮Rc的作用 Ro= rcb,rcb (1 + ) rce,共基接法的輸出電阻比共射接法高得多,考慮Rc的作用 Ro= Rc / rcb Rc,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),共射電路 Au 和 Ai 均較大, Ri 和 Ro較適中,被廣泛用作

41、低頻放大電路的輸入級(jí)輸出級(jí)和中間級(jí)。 共集電路 特點(diǎn)是電壓跟隨, Ai 較大, Ri 很高, Ro 很低，被用作輸入級(jí)輸出級(jí)或隔離用的中間級(jí)。 共基電路 突出特點(diǎn)是Ri很低, 頻率特性好, 用于寬頻帶放大器。輸出電阻高, 可用作恒流源。,三、三種基本組態(tài)的比較,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),課堂練習(xí),第七節(jié) 多級(jí)放大電路,多級(jí)放大電路的耦合方式,多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻,下頁(yè),總目錄,優(yōu)點(diǎn): 各級(jí) Q 點(diǎn)相互獨(dú)立, 便于分析、 設(shè)計(jì)和調(diào)試。 缺點(diǎn): 不易放大低頻信號(hào)， 無(wú)法集成。,阻容耦合,一、多級(jí)放大電路的耦合方式,下頁(yè),上頁(yè),仿真,首頁(yè),優(yōu)點(diǎn): 可放大交流和直流信號(hào); 便

42、于集成。 缺點(diǎn): 各級(jí)Q點(diǎn)相互影響; 零點(diǎn)漂移較嚴(yán)重。,直接耦合,VT1 處于臨近飽和區(qū)。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),(1) 第二級(jí)接入射極電阻Re2 , 提高第二級(jí)UB2 , 保證了第一級(jí)不致工作在飽和區(qū)， 但第二級(jí)的放大倍數(shù)將嚴(yán)重下降。,解決方法,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),但第二級(jí)VT2 集電極的有效電壓變化范圍將減小， 隨著級(jí)數(shù)增加, 基極和集電極電壓逐漸上升， +VCC 將無(wú)法滿足。,(2) 用穩(wěn)壓管取代Re2 , 穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻通常很小， 可彌補(bǔ) 1 的缺陷,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),(3) 解決電位逐級(jí)上升的辦法是實(shí)現(xiàn)電平移動(dòng), 既可降低第二級(jí)基極電位, 又不致使Au損失太大， 但穩(wěn)壓管噪聲太大。,下頁(yè)

43、,上頁(yè),首頁(yè),(4) 實(shí)現(xiàn)電平移動(dòng)的另一種電路, 后級(jí)采用PNP管, 這種電路常被用于分立或集成直接耦合電路中。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),例2.8.1 圖示兩級(jí)直接耦合放大電路中，已知：Rb1=240k, Rc1=3.9k, Rc2=500,穩(wěn)壓管VDZ的工作電壓UZ=4V ，三極管VT1的1=45 ， VT2的2=40 ， VCC=24V，試計(jì)算各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。如ICQ1由于溫度升高而增加1%，試計(jì)算靜態(tài)輸出電壓UO的變化是多少。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),UCQ1 = UBEQ2 + Uz = 4.7 V,IRc1 =,VCC UCQ1,Rc1,= 4.95 mA,IBQ1 =,VCC UBEQ1,R

44、b1, 0.1 mA,ICQ1 = IBQ1 = 4.5 mA,IBQ2 = IRc1 - ICQ1 = 0.45 mA,ICQ2 = IBQ2 = 18 mA,下頁(yè),上頁(yè),解：,首頁(yè),UO = UCQ2 = VCC ICQ2 Rc2 = 15 V,UCEQ2 = UCQ2 UEQ2 = 11 V,當(dāng)ICQ1增加 1% 即 ICQ1 = 4.5 1.01mA = 4.545 mA時(shí),IBQ2 = (4.95 - 4.545)mA = 0.405 mA,ICQ2= (40 0.405)mA = 16.2 mA,此時(shí) UO = UCQ2 = (24 16.2 0.5)V = 15.9 V,比原來(lái)提

45、高了0.9 V, 由此看出, 即使輸入電壓等于零， 輸出電壓也會(huì)隨溫度的變化而上下波動(dòng)。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),產(chǎn)生原因: 放大器件參數(shù)的溫度特性使Q點(diǎn)不穩(wěn)定。 技術(shù)指標(biāo): 輸出端漂移電壓除以電壓放大倍數(shù)所得值。,常用的抑制零漂措施: 引入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定Q點(diǎn)。 利用熱敏元件補(bǔ)償放大管的溫漂。 利用差分放大電路。,集成運(yùn)放的輸入級(jí)基本上都采用差分放大的結(jié)構(gòu)。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),3. 變壓器耦合,優(yōu)點(diǎn)：有阻抗變換作用， 各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響。 缺點(diǎn)：不能放大直流及緩慢變化的信號(hào)； 笨重；不易集成。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),1. 電壓放大倍數(shù),2. 輸入電阻和輸出電阻,總電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)電壓放大倍數(shù)的

46、乘積。,多級(jí)放大電路的輸入電阻就是輸入級(jí)的輸入電阻。,多級(jí)放大電路的輸出電阻就是輸出級(jí)的輸出電阻。 計(jì)算時(shí)注意與后級(jí)或前級(jí)的參數(shù)相關(guān)性， 輸入、輸出級(jí)參數(shù)主要考慮輸入電阻和輸出電阻。,下頁(yè),上頁(yè),二、多極放大電路的電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻,首頁(yè),例2.8.2估算圖示電路總的電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻。,下頁(yè),上頁(yè),解: 畫出電路的微變等效電路,首頁(yè),Ri2,Ri2= rbe2 +（1+2 ）rz,應(yīng)將第二級(jí)的輸入電阻看作第一級(jí)的輸出電阻。,Au1=,uo1,uI,uo1=,- 1ib1（Rc1/ Ri2 ）,uI = ib1 rbe1,=,- 1（Rc1/ Ri2 ）,rbe1,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),仿真,uo= - 2 ib2 Rc2,uI2= ib2 rbe2 +（1+2）rz,Au2= Au1 Au2,Ri = Rb1 / rbe1,Ro = Rc2,下頁(yè),上