1、第4章 常用半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用 第5章 集成運(yùn)算放大器 第6章 直流穩(wěn)壓電源 第7章 現(xiàn)代電力電子器件及其應(yīng)用,模 塊 2, 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),第4章 常用半導(dǎo)體器件與基本放大電路,4.1 半導(dǎo)體二極管,4.2 晶體三極管,4.3 基本放大電路,4.4 功率放大電路,4.5 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管,4.1 半導(dǎo)體二極管,4.1.1. 半導(dǎo)體基本知識(shí),1. 本征半導(dǎo)體,半導(dǎo)體,導(dǎo)電能力介乎于導(dǎo)體和絕緣體之間。,如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。,影響半導(dǎo)體導(dǎo)電能力的因素,光照導(dǎo)電能力如：光敏元件,溫度導(dǎo)電能力 如：熱敏元件,摻雜純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的某些雜質(zhì)， 會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力明顯改變。,

2、(1) 半導(dǎo)體材料概述,常用的半導(dǎo)體材料,鍺 Ge,硅 Si,硅和鍺為四價(jià)元素，最外層有四個(gè)價(jià)電子,32,14,2-8-18-4,2-8-4,(2)本征半導(dǎo)體,純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體,最外層八個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),共價(jià)鍵內(nèi)的 價(jià)電子對(duì),共價(jià)鍵,共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,導(dǎo)電能力很弱,價(jià)電子,本征激發(fā)（熱激發(fā)）,空穴,自由電子,兩種載流子,半導(dǎo)體中有自由電子 和空穴兩種載流子,本征半導(dǎo)體兩端外加電壓時(shí)，將出現(xiàn)兩部分電流，電子流和空穴流。,復(fù)合,復(fù)合使自由電子和空穴成對(duì)減少,在一定溫度下，熱激發(fā)和復(fù)合處于動(dòng)平衡狀態(tài)。 半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目一定。,溫度升高、光照增強(qiáng)使價(jià)電子 擺脫原子核的束縛,自由電子與空穴

3、相遇,多余電子,2.雜質(zhì)半導(dǎo)體,(1) N型半導(dǎo)體（電子半導(dǎo)體）,本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素磷,空穴,(2) P型半導(dǎo)體（空穴半導(dǎo)體）,本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價(jià)元素硼,3. PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，在它們的交界面處形成的特殊區(qū)域。,PN結(jié),(1) PN結(jié)的形成,P區(qū)和N區(qū)的載 流子濃度不同,由載流子的濃度差多子擴(kuò)散,正負(fù)離子顯電性建立空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng),內(nèi)電場(chǎng),空間電荷區(qū)寬度確定PN結(jié)形成,PN結(jié)空間電荷區(qū),PN結(jié)也稱為高阻區(qū)、耗盡層,(2)PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)正向?qū)?現(xiàn)象： 燈亮、 電流大（mA級(jí)）,原因： ，使PN結(jié)變窄，由

4、多數(shù)載流子形成較大的正向電流。,結(jié)論： PN結(jié)正向?qū)?，正向電流大、正向電阻小?PN結(jié)變窄,-,PN結(jié)反向截止,現(xiàn)象： 燈不亮、 電流很?。ˋ級(jí)）,原因： 、 方向一致，使PN結(jié)變寬，由少數(shù)載流子形成很小的反向電流。,結(jié)論： PN結(jié)反 向截止，反向電流小、反向電阻大。,PN結(jié)變寬,4.1.2 二極管及其簡(jiǎn)單應(yīng)用,1. 基本結(jié)構(gòu)及符號(hào),點(diǎn)接觸型：結(jié)面小、結(jié)電容小，適用高頻小電流場(chǎng)合。 如：檢波電路、數(shù)字開關(guān)電路,面接觸型：結(jié)面大、結(jié)電容大，用在低頻電路 如：整流電路,半導(dǎo)體二極管圖片,半導(dǎo)體二極管圖片,2. 二極管的伏安特性,UBR 反向擊穿電壓, 正向特性,導(dǎo)通后管壓降：, 反向特性, 溫度

5、對(duì)二極管的影響, 溫度升高二極管正向壓降減小,溫度載流子 導(dǎo)電能力等效電阻 正向壓降UD ,溫度升高二極管反向電流增大,溫度少數(shù)載流子反向電流, 理想二極管的開關(guān)特性,正向?qū)?反向截止,開關(guān)閉合,開關(guān)斷開,由理想二極管組成的電路如圖所示，求電壓UAB。,解：圖(a),D 正向?qū)?，UD=0,電壓UAB=-6V,解：圖(b),D1 導(dǎo)通，UD1= 0， D2 截止,電壓UAB = 0V,解：圖(c),D1 優(yōu)先導(dǎo)通，UD1= 0，,電壓UAB = -3V,-6V-3V，D2 截止,3. 二極管的主要參數(shù),（1）最大整流電流 IDM,二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。（點(diǎn)接觸型

6、幾十mA，面接觸型較大）,（2）反向工作峰值電壓URM,二極管不被反向擊穿時(shí)允許承受的最大反向電壓。,一般URM是UBR的一半（或三分之二）。,（3）反向峰值電流 IRM,在URM下對(duì)應(yīng)的反向電流。 IRM愈小愈好。,（4）最高工作頻率 fM,工作頻率f fM,由PN結(jié)的電容效應(yīng)當(dāng) 頻率f XC XC 0（短路）,4 . 二極管的簡(jiǎn)單應(yīng)用,（1）限幅應(yīng)用 限制輸出電壓的幅度,電路如圖。已知 ui = 10sint（V），且E = 5V， 試分析工作原理，并作出輸出電壓uo的波形。,解：圖(a),ui E， D 截止，uR= 0，,輸出uo = ui,電路為正限幅電路,ui E， D 導(dǎo)通，uD

7、= 0，,輸出uo = E,（2）整流應(yīng)用,圖示兩個(gè)電路。已知 ui = 10sint（V）， 試畫出輸出電壓uo的波形。,解：, 圖(a) ui 0， D 導(dǎo)通，uo= 0， ui 0， D 截止，uo= ui, 圖(b) ui 0， D導(dǎo)通，uo= ui ， ui 0， D截止，uo= 0,（3） 檢波應(yīng)用,電路中RC構(gòu)成微分電路 已知ui的波形，試畫出 輸出電壓uo的波形。,解：t = 0 時(shí)，uR為正脈沖,t = t1 時(shí)，uR為負(fù)脈沖,t = t2 時(shí)，uR為正脈沖, uR0 時(shí)，D截止,輸出uo = 0,uR0 時(shí)，D導(dǎo)通,輸出uo = uR 負(fù)脈沖,UA UB， DA先導(dǎo)通， D

8、A起箝位作用，使UF=3V。,UB UF ，DB截止， 將 UB與UF隔離,DA 、DB，為理想二極管,（4）二極管的箝位和隔離應(yīng)用,電路中，輸入端 UA=+3V ， UB= 0V ， 試求輸出端F的電位UF 。,解：,5. 二極管門電路,F=AB, 二極管與門, 分析, 真值表,邏輯表達(dá)式,邏輯符號(hào),F=A+B, 二極管或門, 分析, 真值表,邏輯表達(dá)式,邏輯符號(hào),4.1.3 特殊二極管,（1） 結(jié)構(gòu)和符號(hào),1. 穩(wěn)壓二極管,面接觸型硅二極管,（2） 伏安特性,正向特性與普通硅二極管相同,反向未擊穿區(qū)（o a段）,I0，反向截止,反向擊穿區(qū)（穩(wěn)壓區(qū) a b段）,特性陡直，電壓基本不變，具有穩(wěn)

9、定電壓作用,反向熱擊穿區(qū)（b 點(diǎn)以下線段）,過(guò)熱燒壞PN結(jié),（3） 穩(wěn)壓二極管的參數(shù),電壓溫度系數(shù)U,穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流Izmax,使用時(shí)穩(wěn)壓管的電流要大于IZ，小于最大穩(wěn)定電流Izmax,最大允許功耗PZM,穩(wěn)壓管不發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗,圖示電路中，DZ1的UZ1=8.5V，DZ2的UZ2=5.5V， 正向壓降均為UD= 0.5V，試求圖中輸出電壓Uo。,解：,解：,如果超過(guò)，應(yīng)該增大R1 或減小R2,2. 光電二極管,當(dāng)光線照射到它的PN結(jié)時(shí)可以成對(duì)的產(chǎn)生電子、空穴使半導(dǎo)體中載流子濃度提高，導(dǎo)電性增加。,光電管用于光電控制、光電檢測(cè)。光電二管可將光能變?yōu)殡娔埽竺娣e的光電二極管

10、就是光電池。,光電管的管殼上有一個(gè) 玻璃窗口，用來(lái)接收光照。,（1）結(jié)構(gòu),（2）特點(diǎn),（3）參數(shù),暗電流、光電流、靈敏度、峰值波長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間,符號(hào),工作條件： 反向偏置,實(shí) 物 照 片,3. 發(fā)光二極管（Light Emitting Diodc）,當(dāng)管子接正向電壓,有電流通過(guò)時(shí),會(huì)發(fā)出光線。不同半導(dǎo)體材料的二極管發(fā)出的光線的顏色不同。,發(fā)光二極管用于信號(hào)指示 、數(shù)碼管顯示器。,發(fā)光二極管（LED）是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的顯示器件。,發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管相似，死區(qū)電壓為0.91.1V，其正向工作電壓為1.52.5V,工作電流為515mA。反向擊穿電壓較低，一般小于10V。,磷砷化鎵（

11、GaAsP）發(fā)紅光或黃光，磷化鎵（GaP）發(fā)紅光或綠光，氮化鎵（GaN）發(fā)藍(lán)光，碳化硅（SiC）發(fā)黃光，砷化鎵（GaAs）發(fā)不可見的紅外線。,發(fā)光二極管圖片,4.2 晶體三極管,4.2.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)和電流放大作用,NPN型,PNP型,1. 晶體管結(jié)構(gòu)及類型,發(fā)射結(jié),集電結(jié),半導(dǎo)體三極管圖片,半導(dǎo)體三極管圖片,基區(qū)： 摻雜濃度最低并且很薄,集電區(qū)： 摻雜濃度較低,發(fā)射區(qū)： 摻雜濃度最高,2.晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用,晶體管的電流放大的條件,內(nèi)部條件,三個(gè)區(qū)摻雜濃度不同，厚薄不同。,外部條件,發(fā)射結(jié)加上正向電壓，集電結(jié)加上反向電壓, 晶體管的電流分配關(guān)系,晶體管電流測(cè)試數(shù)據(jù),IC、I

12、EIB ，IC與IB之比稱為直流(靜態(tài))電流放大系數(shù),由KCL得：IE = IC + IB,結(jié)論：,IC、IEIB ， IC與 IB之比稱為 交流(動(dòng)態(tài))電流放大倍數(shù),IC,（3）放大原理,B,E,N,N,P,發(fā)射到基區(qū)電子被收集和復(fù)合的比例系數(shù)就是電流放大系數(shù),4.2.2 晶體管的特性曲線和主要參數(shù),實(shí)驗(yàn)線路,輸入回路輸入特性 IB = f（UBE ）| UCE,輸出回路輸出特性 IC = f（UCE ）| IB,死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。,令UCE=常數(shù) IB=f(UBE),（1） 輸入特性曲線,工作管壓降： UBE0.60.7V,硅管UBE0.20.3V 鍺管,（2） 輸出特

13、性曲線,放大區(qū),當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時(shí)，IC只與IB有關(guān)，IC IB。,此區(qū)域滿足IC IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。,條件: 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏,此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。,0,截止區(qū),ICEO,條件: 發(fā)射結(jié)反偏(零偏)，集電結(jié)反偏,此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IC不受IB影響，UCE 0,稱為飽和區(qū)。,0,飽和區(qū),UCES,條件: 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏,3. 晶體管的主要參數(shù),前述電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。,共射直流電流放大系數(shù)：,電流放大系數(shù)和 ,共射交流電流放大系數(shù)：,常用的

14、小功率晶體管，值一般為20200。,集-基極反向電流ICBO,ICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。, 兩個(gè)極間電流,溫度少子 ICBO ,ICBO越小越好,集-射極穿透電流ICEO,ICEO不受IB控制, IB=0時(shí), IC= ICEO ;IB0時(shí), IC= IB+ICEO,電流ICEO，受溫度變化的影響較大。,所以集電極電流應(yīng)為：IC= IB+ICEO,當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加，IC也相應(yīng)增加。所以三極管的溫度特性較差。ICEO越小越好， 不宜超過(guò)100,B,E,C,N,N,P,IB=0,(1+ ) ICBO,集電極最大允許電流ICM,IC 當(dāng)值下降到正常值的

15、三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。, 極限參數(shù),集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO,基極開路時(shí)集-射極之間的擊穿電壓U(BR)CEO,集電極最大允許耗散功率PCM,晶體管允許結(jié)溫下的最大熱損耗,使用晶體管時(shí)： IC ICM 、,UCE U(BR)CEO、,UCE IC PCM,PCM = UCEIC,安全工作區(qū),o, 頻率參數(shù),共射截止頻率f 晶體管的 值隨頻率而發(fā)生變化。頻率較低時(shí)， 值基本不變，頻率較高時(shí)， 開始下降，降到0.707倍時(shí)的頻率,稱為截止頻率f 。,4. 晶體三極管的開關(guān)作用,UA=3V晶體管飽和導(dǎo)通，UF=UCES0,開關(guān)閉合,飽和導(dǎo)通,UA=0V晶體管截止，UF=UCC

16、,截止,三極管的開關(guān)特性 非門（反相器）,邏輯表達(dá)式, 波形,已知放大電路中晶體管各極電位，試判斷T1和T2的管子類型和材料，x、y、z各是何電極？,解： NPN型管：UCUB UE ，PNP型管：UCUB UE，三電極的最高或最低電位，為集電極,，而電位差為導(dǎo)通電壓的就是發(fā)射極和基極。根據(jù)發(fā)射極和基極的電位差值判斷管子的材質(zhì)。,圖示電路中，晶體管均為硅管,=30，試分析各晶體管的工作狀態(tài)。,(a),解：,（1）因?yàn)榛鶚O偏置電源+6V大于管子的導(dǎo)通電壓，故管子的發(fā)射結(jié)正偏，管子導(dǎo)通，電流：,因?yàn)?ICICS，所以管子工作在飽和區(qū)。,(b),（2）因?yàn)榛鶚O偏置電源-2V小于管子的導(dǎo)通電壓，管子的

17、發(fā)射結(jié)反偏，管子截止，所以管子工作在截止區(qū)。,（3）因?yàn)榛鶚O偏置電源+2V大于管子的導(dǎo)通電壓，故管子的發(fā)射結(jié)正偏,管子導(dǎo)通，電流:,因?yàn)镮CICS，所以管子工作在放大區(qū)。,4.3 基本放大電路,放大電路的結(jié)構(gòu)與功能,目的：將輸入微弱信號(hào)進(jìn)行放大。 輸出一定的電壓和足夠的功率，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。,三種基本放大電路與級(jí)間連接方式,（a）共發(fā)射極放大,（b）共集電極放大,（c）共基極放大,放大電壓和電流,用于電壓放大電路,放大電流和功率,用于功率放大電路,放大電壓和功率,用于高頻放大電路,（2）多級(jí)放大電路的級(jí)間連接方式（耦合方式） 阻容（RC）耦合 直接（R）耦合 變壓器耦合,（1）三種基本放大電路,4.

18、3.1 共發(fā)射極放大電路,輸入端接低頻交流電壓信號(hào)ui,輸出端接負(fù)載電阻L，輸出電壓為uo,1. 共發(fā)射極放大電路的組成, 集電極電源UCC,電路的能源、給晶體管加偏置,電路的核心元件。工作在放大區(qū)，利用其電流放大作用，將微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大。, 晶體管T,基極電阻RB,確定的靜態(tài)工作點(diǎn)Q,集電極電阻RC,實(shí)現(xiàn)電路的電壓放大,ui iB iCuCEuo,ui iB iCuCEuo,耦合電容C1、C2,直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,直流分量（靜態(tài)值）：大寫大注 IB IC UBE UCE,總電量（瞬時(shí)值）： 小寫大注 iB iC uBE uCE,交流分量（瞬時(shí)值）：小寫小注 ib ic

19、 ube uce,交流分量（有效值）：大寫小注 Ib Ic Ube Uce,總電量 = 直流分量 + 交流分量,IB,ib,iB,動(dòng)畫,2. 放大電路的靜態(tài)分析,（1） 由直流通路確定靜態(tài)工作點(diǎn),直流通路,用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。,已知：UCC=12V，RC=3k，RB=300k ， =50,解：,注意：電路中IB和IC的數(shù)量級(jí),當(dāng)RB=30k 時(shí)，再計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)，并確定晶體管的工作狀態(tài)。,已知：UCC=12V，RC=3k，RB=30k ， =50,解：,晶體管已經(jīng)進(jìn)入飽和區(qū),靜態(tài)工作點(diǎn)為：,（2）由圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)Q,先找出IB 對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線,然后在輸出特性上作出直流負(fù)載線,交點(diǎn)為

20、Q點(diǎn),直流負(fù)載線方程,橫軸的截距為UCC,縱軸的截距為,直流負(fù)載線斜率,Q點(diǎn)太低容易截止,（3） 電路參數(shù)對(duì)Q 的影響, RB對(duì)Q 的影響,RB IB Q ,RB IB Q ,Q點(diǎn)太高容易飽和,UCC 、 RC 一定時(shí)，改變RB,RC對(duì)Q 的影響,RC 負(fù)載線平緩,Q1點(diǎn)靠近飽和區(qū),RC 負(fù)載線陡直,RC = 0時(shí)，無(wú)電壓放大作用,UCC對(duì)Q 的影響,直流負(fù)載線斜率不變,直流負(fù)載線平行移動(dòng),UCC 、 RB 一定時(shí)，改變RC,RC、 RB 一定時(shí)，改變UCC,3. 放大電路的動(dòng)態(tài)分析,（1） 微變等效電路法,晶體管的微變等效電路,等效的條件,等效電路引出,UBE,晶體管的輸入電阻：,晶體管的電

21、流放大系數(shù) ：,輸出端相當(dāng)于一個(gè)受 ib控制的電流源。,輸入端相當(dāng)于電阻rbe,晶體管的輸出電阻rce ：,rce可視為開路,對(duì)交流信號(hào)ui而言,+UCC,放大電路的微變等效電路,RB,RC,C1,C2,RL,ui,uo,將交流通道中的晶體管用微變等效電路代替,動(dòng)畫,（3）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算,電壓放大倍數(shù)Au,其中，RL=RC / RL;負(fù)號(hào)表示 uo與 ui 反相;,可見：RL愈大， Au愈高。一般總希望負(fù)載電阻RL大一些。,輸出端開路時(shí),源電壓放大倍數(shù),式中ri = RB/rberbe （通常RB rbe）,可見：RS愈小， 愈高。一般希望RS小一些, 輸入電阻ri,放大電路是信號(hào)源（或前

22、一級(jí)）的負(fù)載，輸入電阻ri就是信號(hào)源（或前一級(jí)）的負(fù)載電阻。,ri ii 減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān),riuiuo本級(jí) Aus ,ri前一級(jí)RL前一級(jí)Au ,一般要求：輸入電阻ri越高越好, 輸出電阻ro,一般要求：輸出電阻ro越小越好,放大電路是負(fù)載（或后一級(jí)）的信號(hào)源，其等效信號(hào)源的內(nèi)阻就是輸出電阻ro,ro 帶負(fù)載能力強(qiáng),ro后一級(jí) RS 后一級(jí) Aus,另一種計(jì)算輸出電阻的方法,開路（空載）時(shí)的輸出電壓,通路（負(fù)載）時(shí)的輸出電壓,（4）放大電路其它性能指標(biāo)的介紹,波形的非線性失真,Q點(diǎn)太低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū),uo,iC,截止失真：,截止區(qū),截止失真,消除截止失真的方法：減小R B阻值，增大IB，提高

23、Q點(diǎn)的位置。,iC,uo,Q點(diǎn)太高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū),飽和失真：,消除飽和失真的方法：增大R B阻值，減小IB，降低Q點(diǎn)的位置。,飽和區(qū),飽和失真,uo,iC,總之，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，并且輸入的信號(hào)幅度適中，可避免放大電路產(chǎn)生非線性失真。,動(dòng)畫, 通頻帶,通頻帶：,BW = fH fL,Au=f（f）,最大輸出幅度,f XC耦合電容C1、C2 分壓 uo Au ,f 寄生電容Co分流 io uo Au ,4.3.2 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,1. 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,固定偏置放大電路中,溫度升高時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移,Q點(diǎn)不穩(wěn)定,Q點(diǎn)不穩(wěn)定,2. 分壓式偏置放大電路,可見IC與溫度無(wú)

24、關(guān), 穩(wěn)定原理,通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)使電流IC基本不變。,要求：,靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算,估算法:,UB, 動(dòng)態(tài)分析,對(duì)交流：旁路電容 CE 將RE 短路， RE不起作用， Au，ri，ro與固定偏置電路相同。,如果去掉CE ， Au，ri，ro ？,旁路電容,去掉CE后的 微變等效電路,如果去掉CE ， Au，ri，ro ?,無(wú)旁路電容CE,有旁路電容CE,Au減小,分壓式偏置電路,ri 提高,ro不變,對(duì)信號(hào)源電壓的放大倍數(shù)？,信號(hào)源,考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS 時(shí),例:,在圖示放大電路中，已知UCC=24V, RC= 3.3k, RE= 1.5k， RB1= 33k， RB2= 10k RL= 5.1k ，晶

25、體管=66， UBE=0.6V, 試求: (1) 靜態(tài)工作點(diǎn) IB、IC 及 UCE； (2) 畫出微變等效電路； (3) 計(jì)算Au及ri、ro 。 (4)去掉CE后再計(jì)算Au及ri、ro,解:,(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。,直流通路,(2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro。,(3) 去掉CE由微變等效電路求Au、 ri 、 ro。,微變等效電路,因?qū)涣餍盘?hào)而言，集電極是輸入與輸出回路的公共端，所以是共集電極放大電路。 因從發(fā)射極輸出，所以稱射極輸出器。,4.3.3 射極輸出器（共集電極電路）,求Q點(diǎn)：,1. 靜態(tài)分析,直流通路,2. 動(dòng)態(tài)分析, 電壓放大倍數(shù),電壓放大倍數(shù)Au1且

26、輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。,微變等效電路, 輸入電阻,射極輸出器的輸入電阻高，對(duì)前級(jí)有利。 ri 與負(fù)載有關(guān), 輸出電阻,射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。,射極輸出器的特點(diǎn)：,1. 電壓放大倍數(shù)小于1，約等于1; 2. 輸入電阻高； 3. 輸出電阻低； 4. 輸出與輸入同相。,射極輸出器的應(yīng)用,主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點(diǎn)。,1. 因輸入電阻高，它常被用在多級(jí)放大電路的第一級(jí)，可以提高輸入電阻，減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)。,2. 因輸出電阻低，它常被用在多級(jí)放大電路的末級(jí)，可以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。,3. 利用 ri 大、 ro小以及 Au 1 的特

27、點(diǎn)，也可將射極輸出器放在放大電路的兩級(jí)之間，起到阻抗匹配作用，這一級(jí)射極輸出器稱為緩沖級(jí)或中間隔離級(jí)。,在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RE= 4k, RB= 120k， RL= 4k ，晶體管=40， UBE=0.6V, 信號(hào)源內(nèi)阻RS= 100，試求: (1) 靜態(tài)工作點(diǎn) IB、IE 及 UCE； (2) 畫出微變等效電路； (3) Au、ri 和 ro 。,例:,解:,(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。,直流通路,(2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro。,微變等效電路,作業(yè)：,4-21、23、 25,思考： 4-13、14、15、16、17,*4.3.4共基極放大電路,因?qū)?/p>

28、流信號(hào)而言，旁路電容CB將基極接地，基極是輸入與輸出回路的公共端，所以是共基極放大電路。,1 . 靜態(tài)分析,估算法：,ri,ri,ro,ro = RC,2 . 動(dòng)態(tài)分析,交流通路,微變等效電路,共基極電路的特點(diǎn)：,1. 無(wú)電流放大作用，1，且1；,4. 輸入電阻小、輸出電阻大。,2. Au 大小與共射電路相同；,3. 輸出電壓與輸入電壓同相；,共基極電路一般用于高頻電路; 或用作恒流源電路。,共射極電路,共集電極電路,共基極電路,ro = RC,ro = RC,大,小,大,大,小,大,中,小,大,大,大,小,4.3.4 放大電路的級(jí)間耦合與差動(dòng)放大電路,級(jí)間耦合方式：阻容耦合、直接耦合和變壓器

29、耦合。,阻容耦合：用于分立元件多級(jí)交流放大電路,直接耦合：用于放大緩變信號(hào)和直流信號(hào)的電路,1. 阻容耦合放大電路, 靜態(tài)分析,由于電容有隔直,各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立（各級(jí)靜態(tài)值單獨(dú)計(jì)算）, 動(dòng)態(tài)分析,畫出微變等效電路計(jì)算電壓放大倍數(shù)及輸入電阻和輸出電阻,第一級(jí)：,第二級(jí)：,總的電壓放大倍數(shù)：,輸入電阻：,輸出電阻：,2. 直接耦合放大電路,直接耦合方式不但能放大交流信號(hào)，而且能放大變化極其緩慢的超低頻信號(hào)以及直流信號(hào)。,因此直接耦合放大電路比交流放大電路，用途廣，通頻帶寬。,（1） 前后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響,靜態(tài)（ui = 0）時(shí),UC1 = UBE2 = 0.6V，,T1處于臨界飽和狀態(tài),R

30、C1 偏小， T2易飽和,RE2 UE2 UC1 ,UZ UE2 UC1 ,（2）零點(diǎn)漂移（零漂）,Ui = 0時(shí)，uo 0,uo隨時(shí)間無(wú)規(guī)則緩慢的變化,影響：,淹沒真正的輸出信號(hào)，以假亂真時(shí)電路無(wú)法正常工作。,主要原因：,晶體管參數(shù)受溫度影響,溫度變化 IC UCE Uo 0,第一級(jí)電路的零漂逐級(jí)放大，對(duì)電路影響最大,抑制零漂最有效的方法是采用差動(dòng)放大電路,3. 差動(dòng)放大電路,（1） 差動(dòng)放大電路的工作原理,結(jié)構(gòu)：電路左右對(duì)稱（鏡像對(duì)稱）,信號(hào)從兩管的基極輸入，從兩管的集電極輸出。, 零漂的抑制,uo= uC1 - uC2 = 0,當(dāng)ui1 = ui2 = 0 時(shí)：, 信號(hào)的輸入,共模輸入,

31、ui1 ,iC1 uC1 ,iC2 uC2 ,uC1 = uC2,uo= uC1 - uC2 = 0,ui2 ,差模輸入,ui1 ,iC1 uC1 ,iC2 uC2 ,|uC1 | = | uC2 |,uo= 2| uC1 | 0,ui2 ,差動(dòng)輸入（比較輸入、任意輸入）,差動(dòng)信號(hào)可以分解為一對(duì)共模信號(hào)和一對(duì)差摸信號(hào)的組合：,其中：,ui1= 8mV,ui2= 4mV,= 6mV+2mV,= 6mV-2mV, 發(fā)射極電阻RE的作用,RE對(duì)差模信號(hào)無(wú)作用,RE對(duì)差模信號(hào)可視為短路,ui1 ,ie1 ,ie2 ,ie = ie1 + ie2 ,ie RE = 0,ui2 ,ie不變,RE對(duì)共模信號(hào)

32、的負(fù)反饋?zhàn)饔?對(duì)于每個(gè)管來(lái)說(shuō)就像是在發(fā)射極與地之間連接了一個(gè)2RE電阻,RE可以降低各單管對(duì)共模信號(hào)的放大倍數(shù),RE越大，抑制共模信號(hào)的能力就越強(qiáng),(2) 共模抑制比,雙端輸出時(shí)；共模輸出電壓uoc = 0，所以：,共模電壓放大倍數(shù)： Ac = 0,AC = 0,共模抑制比:,KCMRR =,KCMRR (dB) =,RE越大，抑制共模信號(hào)的能力就越強(qiáng),在實(shí)用電路中，常用晶體管組成的恒流源代替電阻RE，來(lái)提高抑制共模信號(hào)的能力,晶體管動(dòng)態(tài)電阻大增大RE 提高抑制共模能力,晶體管靜態(tài)電阻小減小負(fù)電源UEE,（2） 動(dòng)態(tài)分析,差模電壓放大倍數(shù),信號(hào)輸入:,雙端輸入為差模輸入,雙端輸入雙端輸出的電路

33、,差模信號(hào)通路:,T1單邊微變等效電路,差模電壓放大倍數(shù):,差模電壓放大倍數(shù):,單邊差模放大倍數(shù):,ro = 2 RC,輸入電阻：,輸出電阻：,輸入、輸出電阻:,ri = ri1+ri2, 共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比,雙端輸出時(shí)；共模輸出電壓uoc = 0，所以：,共模電壓放大倍數(shù)： Ac = 0,AC = 0,共模抑制比:,KCMRR =,KCMRR (dB) =, 單端輸入單端輸出的電路,+UCC,單端輸入單端輸出的電路,差模電壓放大倍數(shù),信號(hào)輸入:,單端輸入也有差模輸入,對(duì)差模信號(hào)而言，單端輸入與雙端輸入的效果一樣,差模信號(hào)通路:,差模電壓放大倍數(shù):,本管輸入本管輸出時(shí)：uod 與ui

34、 反相,本管輸入他管輸出時(shí)：uod 與ui 同相,ro = RC,輸入電阻：,輸出電阻：,輸入、輸出電阻:,共模信號(hào)通路:,共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比,微變等效電路,共模電壓放大倍數(shù),共模抑制比, 雙端輸入單端輸出的電路, 單端輸入雙端輸出的電路,單端輸入雙端輸出與雙端輸入雙端輸出的電路一樣,雙端輸入單端輸出與單端輸入單端輸出的電路一樣,差放電路小結(jié)：, 單端輸出時(shí)：,具有恒流源的實(shí)際差動(dòng)放大電路,晶體管T3為恒流源,T3工作在放大區(qū)具有恒流特性?？梢允构材７糯蟊稊?shù)Ac0，共模抑制比KCMR,調(diào)零點(diǎn)位器RP,解決兩邊電路不完全對(duì)稱，帶來(lái)的零漂問(wèn)題,RP的取值約幾十到幾百歐姆,實(shí)際差動(dòng)放大電路

35、,思考題： 4-19,擴(kuò)音系統(tǒng),執(zhí)行機(jī)構(gòu),1. 功率放大器的作用,4.4 功率放大器,4.4.1功率放大器的作用和類型,放大電路的輸出級(jí)，以足夠的功率驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,如：使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。,2. 功率放大器的特點(diǎn),充分利用功放管的極限參數(shù): ICM 、U(BR)CEO 、PCM 。,（1） 盡可能大的輸出功率,（2）盡可能高的功率轉(zhuǎn)換效率,要求盡量減小電路的損耗，來(lái)提高功率轉(zhuǎn)換效率。,其中：Po為電路輸出功率， PE為直流電源提供的總功率,（3）允許的非線性失真,只要將非線性失真限制在允許的范圍內(nèi)就可以了,（4）采用圖解分析法,輸入是大信號(hào)，只能用圖解分析法,3.

36、功率放大器的類型,（1）甲類,Q點(diǎn)設(shè)在放大區(qū)的中間，管子的導(dǎo)通角為360,缺點(diǎn)是靜態(tài)電流IC 較大，損耗大、效率低。,理想效率僅為= 50%,（2）乙類,Q點(diǎn)設(shè)截止區(qū)（IC = 0），管子只在信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通（導(dǎo)通角為180），效率高。但存在交越失真。,（3）甲乙類,Q點(diǎn)設(shè)在放大區(qū)且接近截止區(qū)（接近IC0而IC 0）處，管子在信號(hào)的半個(gè)周期以上的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通。由于甲乙類工作狀態(tài)接近乙類工作狀態(tài)狀態(tài)。所以效率較高。,4.4.2 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路,有輸出電容、采用單電源,OTL 電路無(wú)輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器,OCL電路 無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器,互補(bǔ)對(duì)稱功放電路的形式：,無(wú)輸出

37、電容、采用雙電源,OCL電路廣泛應(yīng)用于集成電路的輸出級(jí),對(duì)稱：兩管參數(shù)相同，類型不同；電源大小相等，極性不同。,1. OCL電路,（1）電路結(jié)構(gòu),類型互補(bǔ)：兩管偏置電壓極性不同兩管輪流導(dǎo)通,兩管電流方向不同合成輸出uo的波形,兩管組成射極輸出器的電路形式，兩管基極輸入，兩管射極接負(fù)載電阻RL。,（2）工作原理（設(shè)ui為正弦波）,靜態(tài)時(shí)： ui = 0V,ui = 0V, T1、T2均截止 uo = 0V。,動(dòng)態(tài)時(shí)： ui 0V,ui 0V,T1截止,ui 0V,T2截止,T1導(dǎo)通,io=ic1,io=ic2,T2導(dǎo)通,T1、T2都只在半個(gè)周期內(nèi)工作，稱為乙類放大,IB1 = IB2 = 0,

38、IC1 = IC2 = 0, |UCE1 | = |UCE2 | =UCC T1、T2均截止,圖解分析,輸出功率及轉(zhuǎn)換效率,（3）,輸出功率Po,理想輸出功率：,其中：,電源提供的功率PE,其中平均電流：,理想的提供功率：,效率,理想效率：,（4）功率管的最大管耗及功率管的選擇,每管的最大管耗：,功率管的選擇：,（5）交越失真及其消除方法,交越失真,輸出uo波形在正、負(fù)半波交接處出現(xiàn)的失真稱為交越失真,產(chǎn)生交越失真的原因： 由于晶體管存在死區(qū)電壓，當(dāng)ui UT時(shí)晶體管不導(dǎo)通。,消除交越失真的措施,電路中增加1、1 、2、R 2支路。,靜態(tài)時(shí)T1 、T2兩管均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)。,工作方式:甲乙類

39、,動(dòng)態(tài)時(shí)，兩管輪流工作。,消除交越失真的措施加偏置，工作在甲乙類,2. OTL電路,靜態(tài)時(shí)：,中點(diǎn)電位,輸出電容CL的電壓：,動(dòng)態(tài)時(shí)：,T1截止,T2截止,T1導(dǎo)通,io=ic1,io=ic2,T2導(dǎo)通,CL相當(dāng)于T2的電源,T1、T2的電源電壓 都是,將OCL電路計(jì)算PO、PE、等公式中的UCC 用1/2UCC代替，就是OTL電路的計(jì)算公式。,3. 采用復(fù)合管的準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路,(1) 復(fù)合管, 1 2,復(fù)合管的類型由第一只管子決定。,用泄放電阻R1分流，來(lái)減小復(fù)合管的穿透電流ICEO,穿透電流ICEO,(a),四種類型的復(fù)合管及等效類型,(d),(c),(b),(2) 異型復(fù)合管組成的準(zhǔn)互補(bǔ)

40、輸出功放電路,T5 ：電壓推動(dòng)級(jí),T6、R1、R2 ：UBE倍增電路,T1、T3 為NPN型復(fù)合管 T2、T4 為PNP型復(fù)合管 構(gòu)成的輸出級(jí),R5 、R6 ：限流，保護(hù)作用,R3 、R4可調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn),4.4.3 集成功率放大器簡(jiǎn)介,1. 集成功放LM386的參數(shù)和引腳,電路類型：OTL 電源電壓范圍：518V 靜態(tài)電源電流：4 mA 輸入阻抗：50 k 輸出功率：1W（UCC=16V，RL=32） 電壓增益：26 46dB 帶寬：300 kHz 總諧波失真：0.2%,其中引腳2是反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4是電源和地線；引腳1和8是電壓增益設(shè)定端，使用時(shí)在引腳7

41、和地線之間接旁路電容，通常取10F。,內(nèi)部電路,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,1. 8 交流短路 Au = 200 (負(fù)反饋?zhàn)钊?,1. 8 開路時(shí)， Au = 20 (負(fù)反饋?zhàn)顝?qiáng)),V1、V6 ：,V3、V5：,V2、V4：,射級(jí)跟隨器，高 Ri,雙端輸入 單端輸出差分電路,恒流源負(fù)載,V7 V12：,功率放大電路,V7 為驅(qū)動(dòng)級(jí)(I0 為恒流源負(fù)載),V11、V12 用于消除交越失真,V8、V10 構(gòu)成 PNP 準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱,2.應(yīng)用簡(jiǎn)介,C2為輸出電容，由于引腳1和8開路，所以增益為26dB，就是說(shuō)它的放大倍數(shù)是20倍，利用RW可以調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的音量。R和 C1組成的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)用于進(jìn)行相位補(bǔ)償。,當(dāng)UCC=16V、RL=32、Pom=1W時(shí)，輸入電壓的有效值為,由于引腳1和8交流通路短路，所以放大倍數(shù)為200倍。在圖中，C5是電源去耦電容，該電容可以去掉電源的高頻成分。C4是旁路電容，由于放大倍數(shù)為200倍，所以當(dāng)UCC=16V、RL=32、Pom=1W時(shí)，輸入電壓的有效值為28.3mV。,思考題： 4-20,4.5 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,場(chǎng)效應(yīng)管(FET)與雙極型晶體管不同，它是電壓控制元件，輸出電流取決于輸入電壓，不需要信號(hào)源提供電流；輸入電阻高（可達(dá)1091015 ），溫度穩(wěn)定性好。,耗盡型,增強(qiáng)型,4.5.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,結(jié)構(gòu)和符號(hào),P型襯底,絕