电工学(下册第七版)电子技术模拟部分.ppt

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下一页返回上一页退出章目录电子技术基础模拟部分 1419章数字部分 2023章下一页返回上一页退出章目录 1 绪论下一页返回上一页退出章目录信号：信息的载体，随时间变化的某种物理量。电子信号对于信号我们并不陌生，如刚才铃声声信号，表示该上课了；十字路口红绿灯光信号，指挥交通；电视机天线接收的声音，图像信息电信号；信号按物理属性分为：电信号和非电信号。它们可以相互转换。电信号容易产生，便于控制，易于处理。本课程仅讨论电信号简称“信号”。电信号的基本形式：随时间变化的电压或电流。描述信号的常用方法：（ 1）表示为时间的函数（ 2）信号的图形表示 -波形下一页返回上一页退出章目录 t V 信号的波形：电子信号下一页返回上一页退出章目录 v(t)=Vmsin(t+) / T=2/ =1/f Vm 2/ t V 信号的数学表达式：电子信号下一页返回上一页退出章目录信号的频谱：信号幅值随频率变化的分布。方波波形 t V 方波频谱 V f f0 3f0 5f0 电子信号下一页返回上一页退出章目录信号幅度 0 t 信号的频谱：信号幅值随频率变化的分布。电子信号方波波形下一页返回上一页退出章目录信号按时间和幅度是否连续分为：模拟信号：时间和数值都连续数字信号：时间和数值不一定连续 t V 电子信号下一页返回上一页退出章目录信号按时间和幅度是否连续分为：模拟信号：时间和数值都连续数字信号：时间和数值不一定连续 t V 电子信号下一页返回上一页退出章目录 14.3 二极管 14.4 稳压二极管 14.5 双极型晶体管 14.2 PN结及其单向导电性 14.1 半导体的导电特性 14.6 光电器件下一页返回上一页退出章目录本章要求： 1. 理解 PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用； 2. 了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义； 3. 会分析含有二极管的电路。第 14章半导体器件下一页返回上一页退出章目录学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、 RC 的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。下一页返回上一页退出章目录 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性： (可做成温度敏感元件，如热敏电阻 )。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变 (可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等 )。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强下一页返回上一页退出章目录 14.1.1 本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。 Si Si Si Si 价电子下一页返回上一页退出章目录 Si Si Si Si 价电子价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。下一页返回上一页退出章目录当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流 (1)自由电子作定向运动电子电流 (2)价电子递补空穴空穴电流注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少 , 其导电性能很差，在半导体中，同时存在电子导电和空穴导电，这是与金属导电的本质区别； (2) 温度愈高，载流子的数目愈多 ,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴都称为载流子。 * 自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。下一页返回上一页退出章目录 14.1.2 N型半导体和 P 型半导体掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或 N型半导体。掺入五价元素 Si Si Si Si p+ 多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素） , 形成杂质半导体。在 N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。下一页返回上一页退出章目录 14.1.2 N型半导体和 P 型半导体掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。掺入三价元素 Si Si Si Si 在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。 B 硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论 N型或 P型半导体都是中性的，对外不显电性。下一页返回上一页退出章目录 1. 在杂质半导体中多子的数量与（ a. 掺杂浓度、 b.温度）有关。 2. 在杂质半导体中少子的数量与（ a. 掺杂浓度、 b.温度）有关。 3. 当温度升高时，少子的数量（ a. 减少、 b. 不变、 c. 增多）。 a b c 4. 在外加电压的作用下， P 型半导体中的电流主要是， N 型半导体中的电流主要是。（ a. 电子电流、 b.空穴电流） b a 下一页返回上一页退出章目录 14.2 PN结及单向导电特性 14.2.1 PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差 P 型半导体 N 型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称 PN 结扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 形成空间电荷区下一页返回上一页退出章目录 14.2.2 PN结的单向导电性 1. PN 结加正向电压（正向偏置） PN 结变窄 P接正、 N接负外电场 IF 内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。 PN 结加正向电压时， PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小， PN结处于导通状态。内电场 P N + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 下一页返回上一页退出章目录 2. PN 结加反向电压（反向偏置）外电场 P接负、 N接正内电场 P N + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 下一页返回上一页退出章目录 PN 结变宽 2. PN 结加反向电压（反向偏置）外电场内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。 IR P接负、 N接正温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。 + PN 结加反向电压时， PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大， PN结处于截止状态。内电场 P N + + + + + + + + + + + + + + + + + + 下一页返回上一页退出章目录 14.3 二极管 14.3.1 基本结构 (a) 点接触型 (b)面接触型结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。 (c) 平面型用于集成电路制作工艺中。 PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。下一页返回上一页退出章目录阴极引线阳极引线二氧化硅保护层 P 型硅 N 型硅 ( c ) 平面型金属触丝阳极引线 N 型锗片阴极引线外壳 ( a ) 点接触型铝合金小球 N 型硅阳极引线 PN 结金锑合金底座阴极引线 ( b ) 面接触型图 1 12 半导体二极管的结构和符号 14.3 二极管二极管的结构示意图阴极阳极 ( d ) 符号 D 下一页返回上一页退出章目录常见的二极管下一页返回上一页退出章目录我国半导体器件型号命名方法半导体器件的型号由五部分组成：第一部分：用数字表示器件的电极数目第二部分：用字母表示器件的材料和极性第三部分：用字母表示器件的类型第四部分：用数字表示器件的序号第五部分：用字母表示规格号下一页返回上一页退出章目录二极管的型号 2AP7的含义： N型锗材料普通二极管半导体器件的型号命名： 2 A P 7 下一页返回上一页退出章目录 2CW56A的含义： N型硅材料稳压二极管二极管的型号半导体器件的型号命名： 2 C W 56 A 下一页返回上一页退出章目录 14.3.2 伏安特性硅管 0.5V 锗管 0.1V 反向击穿电压 U(BR) 导通压降外加电压大于死区电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性硅 0.60.8V 锗 0.20.3V U I 死区电压 P N + P N + 反向电流在一定电压范围内保持常数。下一页返回上一页退出章目录 14.3.3 主要参数 1. 最大整流电流 IOM 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。 2. 反向工作峰值电压 URWM 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压 UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。 3. 反向峰值电流 IRM 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差， IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。下一页返回上一页退出章目录二极管的单向导电性 1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。 2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。 3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。 4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。下一页返回上一页退出章目录二极管电路分析举例定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅 0.60.8V锗 0.20.3V 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压 UD的正负。若 V阳 V阴或 UD为正 ( 正向偏置 )，二极管导通若 V阳 V阴二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路， UAB = 6V 否则， UAB低于 6V一个管压降，为 6.3或 6.7V 例 2：取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。 D 6V 12V 3k B A UAB + 下一页返回上一页退出章目录两个二极管的阴极接在一起取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。 V1阳 = 6 V， V2阳 =0 V， V1阴 = V2阴 = 12 V UD1 = 6V， UD2 =12V UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路， UAB = 0 V 例 3: D1承受反向电压为 6 V 流过 D2 的电流为 mA43122D I 求： UAB 在这里， D2 起钳位作用， D1起隔离作用。 B D1 6V 12V 3k A D2 UAB + 下一页返回上一页退出章目录 ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui 已知：二极管是理想的，试画出 uo 波形。 V s i n18i tu 8V 例 4：二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。 ui t 18V 参考点二极管阴极电位为 8 V D 8V R uo ui + + 下一页返回上一页退出章目录 14.4 稳压二极管 1. 符号 UZ IZ IZM UZ IZ 2. 伏安特性稳压管正常工作时加反向电压使用时要加限流电阻稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。 _ + U I O 下一页返回上一页退出章目录 3. 主要参数 (1) 稳定电压 UZ 稳压管正常工作 (反向击穿 )时管子两端的电压。 (2) 电压温度系数环境温度每变化 1C引起稳压值变化的百分数。 (3) 动态电阻 Z Z Z I Ur (4) 稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZM (5) 最大允许耗散功率 PZM = UZ IZM rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。 P15例题 14.4.1 下一页返回上一页退出章目录 14.5 双极型晶体管（半导体三极管） 14.5.1 基本结构晶体管的结构 (a)平面型； (b)合金型 B E P型硅 N型硅二氧化碳保护膜铟球 N型锗 N型硅 C B E C P P 铟球 (a) (b) 下一页返回上一页退出章目录晶体管的三位发明人：巴丁、肖克莱、布拉顿下一页返回上一页退出章目录 1947年 12月 23日第一个晶体管 NPN Ge晶体管获得 1956年 Nobel物理奖下一页返回上一页退出章目录半导体三极管图片下一页返回上一页退出章目录晶体管的结构示意图和表示符号 (a)NPN型晶体管； (a) N N C E B P C E T B IB IE IC (b) B E C P P N E T C B IB IE IC (b)PNP型晶体管 C E 发射区集电区基区集电结发射结 N N P 基极发射极集电极 B C E 发射区集电区基区 P 发射结 P 集电结 N 集电极发射极基极 B 下一页返回上一页退出章目录基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结 B E C N N P 基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大下一页返回上一页退出章目录 14. 5. 2 电流分配和放大原理 1. 三极管放大的外部条件 B E C N N P 发射结正偏、集电结反偏 PNP 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVE 集电结反偏 VCVB EB RB E C RC 下一页返回上一页退出章目录晶体管电流放大的实验电路设 EC = 6 V，改变可变电阻 RB, 则基极电流 IB、集电极电流 IC 和发射极电流 IE 都发生变化，测量结果如下表： 2. 各电极电流关系及电流放大作用 mA A V V mA IC EC IB IE RB + UBE + UCE EB C E B 3DG100 下一页返回上一页退出章目录晶体管电流测量数据 IB(mA) IC(mA) IE(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95 0, UBC UBE。 Q2 Q1 大放区下一页返回上一页退出章目录 IC/mA UCE/V 100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 12 4 2.3 1.5 3 2 1 IB =0 (2) 截止区对 NPN型硅管，当 UBE0.5V时 , 即已开始截止 , 为使晶体管可靠截止 , 常使 UBE 0。截止时 , 集电结也处于反向偏置 (UBC 0),此时 , IC 0, UCE UCC 。 IB = 0 的曲线以下的区域称为截止区。 IB = 0 时 , IC = ICEO(很小 )。 (ICEO0.001mA) 截止区下一页返回上一页退出章目录 IC/mA UCE/V 100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 12 4 2.3 1.5 3 2 1 IB =0 (3) 饱和区在饱和区， IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。深度饱和时，硅管 UCES 0.3V，锗管 UCES 0.1V。 IC UCC/RC 。当 UCE 0)，晶体管工作于饱和状态。饱和区下一页返回上一页退出章目录晶体管三种工作状态的电压和电流 (a)放大 + UBE 0 IC IB + UCE UBC 0 + (b)截止 IC 0 IB = 0 + UCE UCC UBC 0 IB + UCE 0 UBC 0 + C CCC RUI 当晶体管饱和时， UCE 0，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时， IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。下一页返回上一页退出章目录 0 0.1 0.5 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.3 0.1 0.7 0.3 硅管 (NPN) 锗管 (PNP) 可靠截止开始截止 UBE/V U BE/V UCE/V UBE/V 截止放大饱和工作状态管型晶体管结电压的典型值 14.5.4 主要参数表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。下一页返回上一页退出章目录例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当 USB = -2V， 2V， 5V时，晶体管的静态工作点 Q位于哪个区？当 USB =-2V时： IC UCE IB USC RB USB C B E RC UBE mA2612m a x C SC C R UI IB=0 ， IC=0 IC最大饱和电流： Q位于截止区下一页返回上一页退出章目录例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当 USB = -2V， 2V， 5V时，晶体管的静态工作点 Q位于哪个区？ IC E1 下一页返回上一页退出章目录 14.6.2 光电晶体管光电晶体管用入射光照度 E的强弱来控制集电极电流。当无光照时 , 集电极电流 ICEO很小 , 称为暗电流。当有光照时 , 集电极电流称为光电流。一般约为零点几毫安到几毫安。常用的光电晶体管有 3AU, 3DU等系列。 (b) 输出特性曲线 (a) 符号 E=0 E1 E3 E4 iC uCE O E2 ICEO PCM C E 下一页返回上一页退出章目录第 15章基本放大电路 15.1 共发射极放大电路的组成 15.2 放大电路的静态分析 15.4 静态工作点的稳定 15.6 射极输出器 15.9 互补对称功率放大电路 15.10 场效应管及其放大电路 15.3 放大电路的动态分析 15.5 放大电路中的频率特性 15.8 差动放大电路 15.7 多级放大电路及其级间耦合方式下一页返回上一页退出章目录本章要求： 1. 理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点； 2. 掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法； 3. 理解放大电路输入、输出电阻，理解多级放大的概念，了解放大电路的频率特性、理解互补功率放大电路的工作原理； 4. 理解差动放大电路的工作原理和性能特点； 5. 了解场效应管的电流放大作用、主要参数的意义。第 15章基本放大电路下一页返回上一页退出章目录放大的概念 : 放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。放大的实质 : 用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。对放大电路的基本要求： 1. 要有足够的放大倍数 (电压、电流、功率 )。 2. 尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。下一页返回上一页退出章目录 15.1 基本放大电路的组成 15.1.1 共发射极基本放大电路组成共发射极基本电路 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 下一页返回上一页退出章目录 15.1 基本放大电路的组成 15.1.2 基本放大电路各元件作用晶体管 T-放大元件 , iC= iB。要保证集电结反偏 ,发射结正偏 ,使晶体管工作在放大区。基极电源 EB与基极电阻 RB-使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。共发射极基本电路 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 下一页返回上一页退出章目录 15.1 基本放大电路的组成 15.1.2 基本放大电路各元件作用集电极电源 EC -为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻 RC-将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容 C1 、 C2 -隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。信号源共发射极基本电路 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 负载下一页返回上一页退出章目录信号源的两种形式 VS RS IS RS 电压源：电流源：理想电压源与内阻相串联。理想电流源与内阻相并联。戴维宁诺顿 S S S R VI 转换下一页返回上一页退出章目录 IB 大写字母、大写下标，表示直流分量。 iB 小写字母、大写下标，表示总量（瞬时值）。 ib 小写字母、小写下标，表示交流分量。符号规定下一页返回上一页退出章目录 iB t 直流分量 IB 交流分量 ib 下一页返回上一页退出章目录 iB t 瞬时值 iB 0 下一页返回上一页退出章目录 15.1 基本放大电路的组成单电源供电时常用的画法共发射极基本电路 +UCC RS es RB RC C1 C2 T + + + RL ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 下一页返回上一页退出章目录 15.1.3 共射放大电路的电压放大作用 UBE IB IC UCE 无输入信号 (ui = 0)时 uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE uBE t O iB t O iC t O uCE t O +UCC RB RC C1 C2 T + + ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 下一页返回上一页退出章目录 IC UCE O IB UBE O 结论： (1) 无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流 :IB、 UBE和 IC、 UCE 。 (IB、 UBE) 和 (IC、 UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。 Q IB UBE Q UCE IC 下一页返回上一页退出章目录 UBE IB 无输入信号 (ui = 0)时 : uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE ？有输入信号时 uCE = UCC iC RC uo 0 uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo IC 15.1.3. 共射放大电路的电压放大作用 ui + +UCC RB RC C1 C2 T + + uo + + + uBE uCE iC i B iE uBE t O iB t O iC t O uCE t O ui t O U CE uo t O 下一页返回上一页退出章目录 Rb Rc C1 C2 ui iB uCE uo iC +VCC 放大电路各点的波形 + + 下一页返回上一页退出章目录结论： (2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。 + 集电极电流直流分量交流分量动态分析 iC t O iC t IC O iC t ic O 静态分析下一页返回上一页退出章目录结论： (3) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。 (4) 输出电压与输入电压在相位上相差 180 ，即共发射极电路具有反相作用。 ui t O uo t O 下一页返回上一页退出章目录 1. 实现放大的条件 (1) 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结反偏。 (2) 正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。 (3) 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。 (4) 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。下一页返回上一页退出章目录 2. 直、流通路和交流通路因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。下一页返回上一页退出章目录 +UCC RS es RB RC C1 C2 T + + + RL ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点 Q ( IB 、 IC 、 UCE ) 对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）断开断开 +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB IE 下一页返回上一页退出章目录 RB RC ui uO RL RS es + + + 对交流信号 (有输入信号 ui时的交流分量 ) XC 0， C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。交流通路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。？ +UCC RS es RB RC C1 C2 T + + + RL ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 短路短路对地短路下一页返回上一页退出章目录微弱信号放大电路的表示方法放大电路 RL Ii Vi VS RS IO VO 信号源负载数伏量级数百毫伏量级放大：放大的两个要求：信号增强、波形不失真放大电路模型下一页返回上一页退出章目录 1. 输入电阻： Ri=Vi/Ii Ri的大小决定放大电路从信号源吸取信号幅值的大小 R s + V s V i + R i I i 放大电路 + V T R i I T 放大电路 T T i I V R 放大电路的主要性能指标下一页返回上一页退出章目录 2. 输出电阻： Ro=Vo/Io Ro的大小决定放大电路带负载的能力带负载能力：放大电路输出量随负载变化的程度。 LRVI VR ，0 T T o s R s 放大电路 I T + V T R o + V s =0 下一页返回上一页退出章目录四种增益： AV、 AI 功率： P=UI =U2/ R = I2/ R 功率增益 =10 lg|AP| dB 3. 增益：反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力。用分贝表示的电压增益和电流增益：电压增益 =20 lg|AV| dB 电流增益 =20 lg|AI| dB 下一页返回上一页退出章目录 15.2 放大电路的静态分析静态：放大电路无信号输入（ ui = 0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。设置 Q点的目的： (1) 使放大电路的放大信号不失真； (2) 使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。静态工作点 Q： IB、 IC、 UCE 。静态分析：确定放大电路的静态值。下一页返回上一页退出章目录 15.2.1 用估算法确定静态值 1. 直流通路估算 IB B BECC B R UUI 所以 B CC B R UI 根据电流放大作用 C E OBC III BB II 2. 由直流通路估算 UCE、 IC 当 UBE UCC时，由 KVL: UCC = IB RB+ UBE 由 KVL: UCC = IC RC+ UCE 所以 UCE = UCC IC RC +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 下一页返回上一页退出章目录例 1：用估算法计算静态工作点。已知： UCC=12V， RC=4k， RB=300k， =37.5。解：注意：电路中 IB 和 IC 的数量级不同 mAmA B CC B 0403 00 12 . R UI mAmABC 51040537 . II VV CCCCCE 645112 . RIUU +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 下一页返回上一页退出章目录例 2：用估算法计算图示电路的静态工作点。 )( ECCCC EECCCCCE RRIU RIRIUU EB BECC B ) 1( RR UUI BC II EEBEBBCC RIURIU EBBEBB ) 1( RIURI 由例 1、例 2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由 KVL可得出由 KVL可得： IE +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 下一页返回上一页退出章目录 15.2.2 用图解法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤： 1. 用估算法确定 IB 优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。 2. 由输出特性确定 IC 和 UCC 常数 B)( CEC IUfI UCE = UCC ICRC 直流负载线方程 +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 下一页返回上一页退出章目录 UCE /V IC/mA O 15.2.2 用图解法确定静态值 B BECC B R UUI C t an R1 直流负载线斜率 ICQ UCEQ C CC R U UCC 常数 B)( CEC IUfI UCE =UCCICRC 直流负载线 Q 由 IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是 Q点下一页返回上一页退出章目录 15.3 放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入（ ui 0）时的工作状态。分析方法：微变等效电路法，图解法。所用电路：放大电路的交流通路。动态分析 : 计算电压放大倍数 Au、输入电阻 ri、输出电阻 ro 等。分析对象：各极电压和电流的交流分量。目的：找出 Au、 ri、 ro与电路参数的关系，为设计打基础。下一页返回上一页退出章目录 15.3.1 微变等效电路法微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数 Au、输入电阻 ri、输出电阻 ro等。 (小信号模型法）下一页返回上一页退出章目录晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。 1. 晶体管的微变等效电路 UBE IB 对于小功率三极管： )mA( )mV(26)1()(200 E be Ir rbe一般为几百欧到几千欧。 CE B BE be UI Ur 15.3.1 微变等效电路法 (1) 输入回路 Q CE b be Ui u 输入特性晶体管的输入电阻晶体管的输入回路 (B、 E之间 ) 可用 rbe等效代替，即由 rbe来确定 ube和 ib之间的关系， rbe是一个对交流信号而言的动态电阻。 IB UBE O 下一页返回上一页退出章目录 (2) 输出回路 CE B C U I I rce愈大，恒流特性愈好因 rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。 CE b c U i i 晶体管的电流放大系数晶体管的输出回路 (C、 E之间 )可用一受控电流源 ic= ib 等效代替，即由来确定 ic和 ib之间的关系。一般在 20 200之间，在手册中常用 hfe表示。 B C CE ce II Ur B c ce I i u IC UCE Q O 下一页返回上一页退出章目录 ib ic ic B C E ib ib 晶体三极管微变等效电路 ube + - uce + - ube + - uce + - 1. 晶体管的微变等效电路 rbe B E C 晶体管的 B、 E之间可用 rbe等效代替。晶体管的 C、 E之间可用一受控电流源 ic=ib等效代替。下一页返回上一页退出章目录复习：受控源独立电源：指电压源的电压或电流源的电流不受外电路的控制而独立存在的电源。受控源的特点：当控制电压或电流消失或等于零时，受控源的电压或电流也将为零。受控电源：指电压源的电压或电流源的电流受电路中其它部分的电流或电压控制的电源。下一页返回上一页退出章目录 U1 + _ U1 U2 I2 I1=0 (a)VCVS + - + - I1 (b)CCVS + _ U1=0 U2 I2 I1 + - + - 四种理想受控电源的模型 (c) VCCS gU1 U1 U2 I2 I1=0 + - + - (d) CCCS I1 U1=0 U2 I2 I1 + - + - 电压控制电压源电流控制电压源电压控制电流源电流控制电流源下一页返回上一页退出章目录 2. 放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。 ib ic eS rbe ib RB RC RL E B C ui + - uo + - + - RS ii 交流通路微变等效电路 RB RC ui uO RL + + - - RS eS + - ib ic B C E ii 下一页返回上一页退出章目录分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路 2. 放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。 ib ic eS rbe ib RB RC RL E B C ui + - uo + - + - RS ii iU iI bI cI oU bI SE rbe RB RC RL E B C + - + - + - RS 下一页返回上一页退出章目录 )(s i nm tUu 设正弦量 : 相量 : 表示正弦量的复数称相量电压的有效值相量 rrrjrbaA jes i nc o sj 相量表示 : 相量的模 =正弦量的有效值相量辐角 =正弦量的初相角 UUeU j +j +1 A b a r 0 复习：正弦量的相量表示实质：用复数表示正弦量下一页返回上一页退出章目录电压的幅值相量 (1)相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。注意 : )(s i nm tIi ？ = (2)只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示。 (3)只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。相量的模 =正弦量的最大值相量辐角 =正弦量的初相角 UeUU mjmm 或： IeI mjm 下一页返回上一页退出章目录 3.电压放大倍数的计算 bebi rIU Lco RIU be L r RA u LCL / RRR i o : U UA u 定义当放大电路输出端开路 (未接 RL)时 Lb RI 因 rbe与 IE有关，故放大倍数与静态 IE有关。（ P45例题 15.3.1略）负载电阻愈小，放大倍数愈小。 be C r RA u 式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。例 1： iU iI bI cI oU bI SE rbe RB RC RL E B C + - + - + - RS 下一页返回上一页退出章目录 3.电压放大倍数的计算 Lco RIU LCL / RRR i o : U UA u 定义 Lb RI rbe RB RC RL E B C + - + - + - RS iU iI bI cI oU bI SE eI RE Eebebi RIrIU Ebbeb ) 1( RIrI Ebe L ) 1( Rr RA u 例 2：由例 1、例 2可知，当电路不同时，计算电压放大倍数 Au 的公式也不同。要根据微变等效电路找出 ui 与 ib的关系、 uo与 ic 的关系。下一页返回上一页退出章目录 4.放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源 (或对前级放大电路 )来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻 ,也就是放大电路的输入电阻。定义：输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。 i i i I Ur 输入电阻 + - 信号源 Au 放大电路 SE SR iI iU + - 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。放大电路 ir 信号源 SE SR iI iU + - + - 下一页返回上一页退出章目录 i i I Ur i beB / rR 时，当 beB rR bR i B II U Eebebi RIrIU Ebbeb )1( RIrI Ebe i b )1( Rr UI EbeBi )1(/ RrRr bei rr rbe RB RC RL E B C + - + - + - RS iU iI bI cI oU bI SE eI RE 例 2： iU iI bI cI oU bI SE rbe RB RC RL E B C + - + - + - RS 例 1： ri ri BRI BRI 下一页返回上一页退出章目录 5. 放大电路输出电阻的计算放大电路对负载 (或对后级放大电路 )来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。 + _ RL oUoE ro + _ 定义： o o o I Ur 输出电阻：输出电阻是动态电阻，与负载无关。输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。 RS RL oU + _ Au 放大电路 + _ SE 下一页返回上一页退出章目录复习戴维宁定理任何一个有源二端线性网络都可以用一个电动势为 E的理想电压源和内阻 R0 串联的电源来等效代替。有源二端网络 RL a b + U I E R0 + _ RL a b + U I 等效电源的内阻 R0等于有源二端网络中所有电源均除去（理想电压源短路，理想电流源开路）后所得到的无源二端网络 a 、 b两端之间的等效电阻。等效电源的电动势 E 就是有源二端网络的开路电压 U0，即将负载断开后 a 、 b两端之间的电压。等效电源下一页返回上一页退出章目录（ P47例题 15.3.2） + _ RL oUoE ro + _ 下一页返回上一页退出章目录 rbe Rb Rc ii bi ci bi t oc t vRR i 计算输出电阻的一般方法：加压求流法 1、所有独立电源置零，保留受控源 ; 2、断开负载，加压求流。 ti tv Rs 下一页返回上一页退出章目录 iU iI bI cI oU bI SE rbe RB RC RL E B C + - + - + - RS 共射极放大电路特点： 1. 放大倍数高； 2. 输入电阻低； 3. 输出电阻高。 C o o o RI Ur 例 3：求 ro的步骤： (1) 断开负载 RL oU (3) 外加电压 oI (4) 求 or 外加 oI CRco III bc II C o R C R UI 0 0 cb II 所以 (2) 令或 0 i U 0S E 下一页返回上一页退出章目录 rbe RB RL E B C + - + - + - RS iU bI c I oU bI SE eI RE iI ERbbo IIII E o SBbe o SBbe o R U R/Rr U R/Rr U ESbe o 1 / 1 1 RRRr r 外加例 4： oI or 求 ro的步骤： 1) 断开负载 RL oU 3) 外加电压 oI 4) 求 2) 令或 0 i U 0S E ERI 下一页返回上一页退出章目录 Rb +VCC Rc C1 C2 (课堂练习 )综合例题：已知 VCC=12V， Rc=3K， Rb=470K ， =100 , 试求：（ 1）静态工作点（ 2） Av （ 3） Ri、

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电工学(下册第七版)电子技术模拟部分.ppt

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