第-4章--分立元件放大电路课件

对于元器件，重点放在特性、参数、技术对于元器件，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。理。讨论器件的目的在于应用。学会用工程观点分析问题，就是根据实际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。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。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、器件是非线性的、特性有分散性、RC的的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。估算的方法。前一页前一页 后一页后一页返回返回 对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正7.1 7.1 半导体器件半导体器件前一页前一页 后一页后一页返回返回物 质（导电能力）导体：绝缘体：半导体：导电能力很强不导电导电能力介于导体和绝缘体之间7.1 半导体器件前一页后一页返回物 质（导1.本征半导体本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。本征半导体。硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构前一页前一页 后一页后一页返回返回7.1.1 PN结结1.本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对 共价键中的共价键中的两个电子被紧紧两个电子被紧紧束缚在共价键中，束缚在共价键中，称为称为束缚电子。束缚电子。+4+4+4+4前一页前一页 后一页后一页返回返回硅和锗的共价键结构共价键共用电子对 共价键中的+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴 在常温下，共价键在常温下，共价键结构较稳定。但如果受结构较稳定。但如果受到热激发，一些价电子到热激发，一些价电子可获得足够的能量而脱可获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为离共价键的束缚，成为自由电子自由电子（带负电），（带负电），同时共价键上留下一个同时共价键上留下一个空位，称为空位，称为空穴空穴（带正（带正电）电）。自由电子和空穴。自由电子和空穴都称为载流子。都称为载流子。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。前一页前一页 后一页后一页返回返回+4+4+4+4自由电子空穴 在常温下，共价键本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 在其它力的作用在其它力的作用下，空穴吸引临近的下，空穴吸引临近的电子来填补，其结果电子来填补，其结果相当于空穴的迁移。相当于空穴的迁移。空穴的迁移相当于空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为是空穴电流。可以认为是空穴电流。因常温下束缚因常温下束缚电子很难脱离共价电子很难脱离共价键成为自由电子，键成为自由电子，因此本征半导体中因此本征半导体中的自由电子和空穴的自由电子和空穴很少，所以很少，所以本征半本征半导体的导电能力很导体的导电能力很弱。弱。当半导体外加电压当半导体外加电压时，在电场的作用下时，在电场的作用下将出现两部分电流：将出现两部分电流：1）自由电子作定）自由电子作定向移动向移动 电子电流电子电流 2）价电子递补空）价电子递补空穴穴 空穴电流空穴电流+4+4+4+4前一页前一页 后一页后一页返回返回本征半导体的导电机理 在其它力的作用下，空穴吸引2.N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体N N 型半导体型半导体 自由电子浓度远自由电子浓度远大于空穴浓度，电子大于空穴浓度，电子导电是这种半导体的导电是这种半导体的主要导电方式。主要导电方式。自由电子称为多数自由电子称为多数载流子（多子），载流子（多子），空穴称为少数载流空穴称为少数载流子（少子）。子（少子）。+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5多余电子多余电子磷原子磷原子掺入五价元素掺入五价元素在常温下即可在常温下即可在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个失去一个失去一个电子变为电子变为电子变为电子变为正离子正离子正离子正离子返回返回前一页前一页 后一页后一页2.N型半导体和P型半导体N 型半导体 自由前一页前一页 后一页后一页P P 型半导体型半导体 空穴浓度远大于空穴浓度远大于自由电子浓度，自由电子浓度，空穴空穴导电是这种半导体的导电是这种半导体的主要导电方式。主要导电方式。空穴称为多数载空穴称为多数载流子（多子），流子（多子），自由电子称为少数自由电子称为少数载流子（少子）。载流子（少子）。+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3硼原子硼原子空穴空穴掺入三价元素掺入三价元素接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子返回返回前一页后一页P 型半导体 空穴浓度远大于自由电杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体前一页前一页 后一页后一页无论无论N N型或型或P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。返回返回杂质半导体的示意表示法 1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.减少、减少、b.不变、不变、c.增多）。增多）。abc 4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是 ，N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 （a.电子电流、电子电流、b.空穴电流）空穴电流）ba前一页前一页 后一页后一页返回返回 1.在杂质半导体中多子的数量与 3.PN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场E少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体空间电荷区空间电荷区 内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷越强，而漂移使空间电荷区变窄。区变窄。区变窄。区变窄。扩散的结果使空扩散的结果使空扩散的结果使空扩散的结果使空间电荷区变宽。间电荷区变宽。间电荷区变宽。间电荷区变宽。扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终达到运动最终达到运动最终达到动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。度固定不变。度固定不变。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 前一页前一页 后一页后一页返回返回3.PN结的形成多子的扩散运动内电场E少子的漂移运动浓度前一页前一页 后一页后一页4 4、PN结的导电特性结的导电特性PN 结加正向电压（正向偏置）结加正向电压（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负+U内电场内电场外电场外电场PNIF 内电场被削弱，多内电场被削弱，多子的扩散加强，形成子的扩散加强，形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。PN结正向电阻较小，结正向电阻较小，正向电流较大，正向电流较大，PN结结处于导通状态。处于导通状态。返回返回前一页后一页4、PN结的导电特性PN 结加正向电压（正向偏PN 结加反向电压（反向偏置）结加反向电压（反向偏置）+U内电场内电场外电场外电场PN 内电场被加强，少子内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的数量很少，形成很小的反向电流。反向电流。IRPN 结变宽结变宽 P接负、接负、N接正接正 PN结反向电阻较大，结反向电阻较大，反向电流很小，反向电流很小，PN结结处于截止状态。处于截止状态。温度越高少子的数量越多，反向电流将随温度增加温度越高少子的数量越多，反向电流将随温度增加前一页前一页 后一页后一页返回返回PN 结加反向电压（反向偏置）PN 结的单向导电性结的单向导电性1、PN 结加正向电压（正向偏置，结加正向电压（正向偏置，P 接正、接正、N 接负接负）时，）时，PN 结处于正向导通状态，结处于正向导通状态，PN 结正向电阻较小，正向电流较大。结正向电阻较小，正向电流较大。2、PN 结加反向电压（反向偏置，结加反向电压（反向偏置，P接负、接负、N 接正接正）时，）时，PN 结处于反向截止状态，结处于反向截止状态，PN 结反向电阻较大，反向电流很小。结反向电阻较大，反向电流很小。前一页前一页 后一页后一页返回返回PN 结的单向导电性1、PN 结加正向电压（正向偏置，P 接7.1.2 7.1.2 半导体二极管半导体二极管1、基本结构和类型、基本结构和类型（a）点接触型）点接触型结构结构：按结构可分三类按结构可分三类(b)面接触型面接触型 结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。前一页前一页 后一页后一页(c)平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。返回返回7.1.2 半导体二极管1、基本结构和类型（a）点接触型结构二极管的结构示意图二极管的结构示意图符号：符号：PN阳极阳极阴极阴极VD前一页前一页 后一页后一页返回返回二极管的结构示意图符号：PN阳极阴极VD前一页后一页返回二极管二极管的单向导电性的单向导电性前一页前一页 后一页后一页 1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负正、阴极接负）时，）时，二极管处于正向导通状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。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，阳极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正负、阴极接正）时，）时，二极管处于反向截止状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。态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击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。穿，失去单向导电性。4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大愈高反向电流愈大。返回返回二极管的单向导电性前一页后一页 1.二极管加正向电 二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.20.3V 分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压UD的正负。的正负。若若 V阳阳 V阴阴或或 UD为正，二极管导通（正向偏置）为正，二极管导通（正向偏置）若若 V阳阳 V阴阴 二极管导通二极管导通若若忽略管压降，二极管可看作短路，忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=6V否则，否则，UAB低于低于6V一个管压降，为一个管压降，为6.3或或6.7V例例1 1：后一页后一页取取 B 点作参考点，断点作参考点，断开二极管，分析二极开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。管阳极和阴极的电位。跳转跳转D6V12V3k BAUAB+返回返回电路如图，求：UABV阳=6 V V阴=两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起求：求：UAB取取 B 点作参考点，断开点作参考点，断开二极管，分析二极管阳二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。极和阴极的电位。V1阳阳=6 V，V2阳阳=0 V，V1阴阴=V2阴阴=12 VUD1=6V，UD2=12V UD2 UD1 VD2 优先导通，优先导通，VD1截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=0 VVD6V12V3k BAVD2VD1承受反向电压为承受反向电压为6 V流过流过VD2的电流为的电流为例例2:2:前一页前一页 后一页后一页U UABAB+返回返回两个二极管的阴极接在一起V1阳=6 V，V2阳=0 Vui 8V 二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 uo=8V ui 8V 二极管导通，可看作短路 uo7.1.3 7.1.3 晶体三极管晶体三极管1.基本结构与类型基本结构与类型BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCENPN型型PNP型型后一页后一页前一页前一页返回返回7.1.3 晶体三极管1.基本结构与类型BECNNP基BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极后一页后一页前一页前一页集电区：集电区：面积最大面积最大基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结集电结集电结返回返回BECNNP基极发射极集电极后一页前一页集电区：面积最大基区符号：符号：BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管型号：型号：3A、3C是是PNP3B、3D是是NPN3A、3B是锗管是锗管3C、3D是硅管是硅管后一页后一页前一页前一页返回返回符号：BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPN2.2.电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBECRC三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏PNP VBVE VCVE 集电结反偏集电结反偏 VCVB后一页后一页前一页前一页返回返回2.电流放大原理BECNNPEBRBECRC三极管放大的外部三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBEC 基区空基区空穴向发射穴向发射区的扩散区的扩散可忽略。可忽略。发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不发射区电子不断向基区扩散，断向基区扩散，形成发射极电形成发射极电流流I IE E。IE进入进入P P 区的区的电子少部分与电子少部分与基区的空穴复基区的空穴复合，形成电流合，形成电流I IBE BE，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。IBE从基区扩散来从基区扩散来的电子作为集的电子作为集电结的少子，电结的少子，漂移进入集电漂移进入集电结而被收集，结而被收集，形成形成I ICECE。ICE 集电结反集电结反偏，有少子偏，有少子形成的反向形成的反向电流电流I ICBOCBO。ICBO后一页后一页前一页前一页三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBEC 基区空三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBIC=ICE+ICBO ICE后一页后一页前一页前一页IB=IBE-ICBO IBE返回返回三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEI ICE CE 与与I IBE BE 之比称为共发射极电流放大倍数之比称为共发射极电流放大倍数集射极穿透电流集射极穿透电流常用公式常用公式后一页后一页前一页前一页返回返回ICE 与IBE 之比称为共发射极电流放大倍数集射极穿透电各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.010.020.030.040.050.0010.501.001.702.50 3.300.0010.511.021.732.54 3.35结论结论1）三电极电流关系）三电极电流关系 IE=IB+IC2）IC IE，IC IB3）IC IB 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。实质实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。电流的变化。后一页后一页前一页前一页返回返回各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(m3.3.特性曲线特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线后一页后一页前一页前一页返回返回 1 1）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态 2 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好 的电路的电路3.特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管 实验线路实验线路输入回路输入回路输出回路输出回路发射极是输入、输出回路的公共端发射极是输入、输出回路的公共端 EBICmA AVUCEUBERBIBECV共发射极电路共发射极电路 后一页后一页前一页前一页返回返回 实验线路输入回路输出回路发射极是输入、输出回路的公共端 1 1）输入特性输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V特点特点:非线性非线性死区电压：死区电压：硅管硅管0.50.5V，锗管，锗管0.20.2V。工作压降：工作压降：硅硅U UBE BE 0.6 0.60.70.7V,锗锗U UBE BE 0.2 0.20.30.3V。后一页后一页前一页前一页返回返回1）输入特性IB(A)UBE(V)204060800.42 2）输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A当当U UCECE大于一定大于一定的数值时，的数值时，I IC C只与只与I IB B有关，有关，即即I IC C=I IB B。后一页后一页前一页前一页此区域满足此区域满足IC=IB 称称为线性区为线性区（放大区），（放大区），具有恒流特具有恒流特性。性。返回返回2）输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A UCE UBE,集电结正集电结正偏，偏，IB IC，称为饱和称为饱和区。区。此区域中此区域中IC受受UCE的影的影响较大响较大后一页后一页前一页前一页返回返回IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电压，死区电压，称为截止区。称为截止区。后一页后一页前一页前一页为可靠截止，常为可靠截止，常取发射结零偏压取发射结零偏压或反偏压。或反偏压。返回返回IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 输出特性可划分为三个区，分别代表晶体输出特性可划分为三个区，分别代表晶体管的三种工作状态。管的三种工作状态。1 1）放大区放大区(线性区，具有恒流特性线性区，具有恒流特性)放大状态放大状态 I IC C=I IB B，发射结正偏、集电结反偏。，发射结正偏、集电结反偏。2 2）截止区（晶体管处于截止状态）开关断开）截止区（晶体管处于截止状态）开关断开 I IB B=0=0，I IC C=I=ICEOCEO 0 0，U UBEBE 死区电压死区电压 发射结反偏或零偏、集电结反偏。发射结反偏或零偏、集电结反偏。3 3）饱和区饱和区(管子处于饱和导通状态管子处于饱和导通状态)开关闭合开关闭合 IB IC，UCE UBE,发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏。集电结正偏。后一页后一页前一页前一页返回返回 输出特性可划分为三个区，分别代表晶体1）放大区(线性区，4.4.主要参数主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法。相应地还有输出的公共点，称为共射接法。相应地还有共基、共集接法。共基、共集接法。直流电流放大系数：直流电流放大系数：1 1）电流放大系数）电流放大系数和和 工作于动态的三极管，真正的信号是叠工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为为 I IB B，相应的集电极电流变化为，相应的集电极电流变化为 I IC C。交流电流放大系数：交流电流放大系数：一般小功率三极管一般小功率三极管大功率三极管大功率三极管后一页后一页前一页前一页返回返回4.主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共 例：例：UCE=4.7 V时，时，IB=30 A,IC=1.48mA；IB=45 A,IC=2.2mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=后一页后一页前一页前一页返回返回 例：在以后的计算中，一般作近似处理：=后一页前1、了解放大电路的基本性能指标；、了解放大电路的基本性能指标；2、掌握共发射极放大电路的分析方法；、掌握共发射极放大电路的分析方法；7.2 基本放大电路基本放大电路1、了解放大电路的基本性能指标；2、掌握共发射极放大电路的分放大的概念放大的概念:放大的目的是将微弱的放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大成较大放大成较大的信号。的信号。放大电路的性能指标（用来衡量放大电路的放大电路的性能指标（用来衡量放大电路的品质优劣）品质优劣）:电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、非线性失真等非线性失真等放大的概念:放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的7.2.1 7.2.1 基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理RBEBRCC1C2T+ECuo+ui+RSes+RL+1.电路组成电路组成 参考点参考点ui+uo+7.2.1 基本放大电路的组成及工作原理RBEBRCC1C27.2.1 7.2.1 基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理RBEBRCC1C2T+ECuo+ui+RSes+RL+2.元件作用元件作用 放大元件放大元件放大元件放大元件,i iC C=i iB B。要保证集电结反偏要保证集电结反偏要保证集电结反偏要保证集电结反偏,发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏,使使使使T T工工工工作在放大区作在放大区作在放大区作在放大区 。使发射结正偏，使发射结正偏，使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的基并提供适当的基并提供适当的基并提供适当的基极电流。极电流。极电流。极电流。基极电源与基极电源与基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻基极电阻基极电阻参考点参考点7.2.1 基本放大电路的组成及工作原理RBEBRCC1C27.2.1 7.2.1 基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理RBEBRCC1C2T+ECuo+ui+RSes+RL+2.元件作用元件作用 集电极电源，集电极电源，集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。电结反偏。电结反偏。集电极电阻，集电极电阻，集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的转变为变化的转变为变化的电压。电压。电压。电压。耦合电容耦合电容耦合电容耦合电容隔离输入、输隔离输入、输隔离输入、输隔离输入、输出与放大电路出与放大电路出与放大电路出与放大电路直流的联系，直流的联系，直流的联系，直流的联系，同时使信号顺同时使信号顺同时使信号顺同时使信号顺利输入、输出。利输入、输出。利输入、输出。利输入、输出。信信信信号号号号源源源源负载负载负载负载7.2.1 基本放大电路的组成及工作原理RBEBRCC1C2单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法后一页后一页前一页前一页RBEBRCC1C2T+ECuo+ui+RSes+RL+可以省去可以省去可以省去可以省去RB参考点参考点+VCC输入输入输出输出返回返回单电源供电时常用的画法后一页前一页RBEBRCC1C2T+7.2.2 7.2.2 放大电路的分析放大电路的分析放大电路的分析放大电路的分析静态分析：静态分析：无输入信号，用大写无输入信号，用大写字母加大写下标表示，如字母加大写下标表示，如IB、IC、UCE代表代表直流分量直流分量动态分析：动态分析：加入输入信号，用小加入输入信号，用小写字母加小写下标表示，如写字母加小写下标表示，如ib、ic、uce代表代表交流分量瞬时值交流分量瞬时值直流分量和交流分直流分量和交流分量的和量的和用小写字母用小写字母加大写下标表示，加大写下标表示，如如iB、iC、uCE7.2.2 放大电路的分析放大电路的分析静态分析：无输入信号共射放大电路的电压放大作用共射放大电路的电压放大作用u uBEBEt ti iB Bt ti iC Ct tU UBEBEI IB BI IC CU UCECE无输入信号无输入信号(ui=0)时时RCC C1 1C C2 2+VCCRBiBiC CuCEui+uo+uBE+uo=0 0uC1=UBEuC2=UCEu uCECEt t共射放大电路的电压放大作用uBEtiBtiCtUBEIBIC共射放大电路的电压放大作用共射放大电路的电压放大作用uBEtuitiBtiCtuCEtuotUBEIBICUCE？无输入信号时无输入信号时有输入信号时有输入信号时 uCE=VCC iC RC uo=0 0uC1=UBEuC2=UCE uo 0 0uC1 UBEuC2 UCERCC C1 1C C2 2+VCCRBiBiC CuCEui+uo+uBE+共射放大电路的电压放大作用uBEtuitiBtiCtuCEt表达式分析：则，负载开路时：可见，ic流经RC引起电压icRC的变化，即通过集电极电阻RC晶体管的电流放大作用转化为电压的放大作用。表达式分析：则，负载开路时：可见，ic流经RC引一、放大电路的静态分析一、放大电路的静态分析静态：放大电路无交流信号输入（静态：放大电路无交流信号输入（u ui i=0=0）时的）时的 工作状态。工作状态。分析方法：估算法、图解法分析方法：估算法、图解法所用电路：放大电路的直流通路所用电路：放大电路的直流通路设置设置 Q点的目的：点的目的：1 1）使放大电路不失真的放大信号；）使放大电路不失真的放大信号；2 2）使放大电路工作在较佳的工作状态，静）使放大电路工作在较佳的工作状态，静 态是动态的基础。态是动态的基础。静态工作点静态工作点Q：IB、IC、UCE、UBE 。静态分析静态分析:确定放大电路的静态值。确定放大电路的静态值。一、放大电路的静态分析静态：放大电路无交流信号输入（ui=1.1.估算法：估算法：1 1）根据直流通路估算）根据直流通路估算 IBRBRCIB RB称为称为 偏置电阻偏置电阻，IB 称为称为 偏置电流偏置电流。+VCCUBE+1.估算法：1）根据直流通路估算 IBRBRCIB RBRC+VCC2 2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、ICIC根据电流放大作用根据电流放大作用UCE+RBRC+VCC2）根据直流通道估算UCE、ICIC根据电流RBRCIB+UCCIC例例1：用估算法计算静态工作点。：用估算法计算静态工作点。已知：已知：UCC=12V，RC=4K，RB=300K，=37.5。(UBE=0.7V)解：解：请注意电路中请注意电路中IB和和 IC的数量级的数量级UCE+UBE+RBRCIB+UCCIC例1：用估算法计算静态工作点。已知：2 2、图解法：、图解法：输入特性曲线上输入特性曲线上交点交点Q的坐标的坐标(IB、UBE)即为所求即为所求静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEUBE=VCCIBRB由输入特性由输入特性确定确定IB 和和UBERBRCIBICUCE+UBE+VCC用作图的方法用作图的方法确定静态值确定静态值直流偏置线直流偏置线2、图解法：输入特性曲线上交点Q的坐标(IB、UBEICUCE由输出特性确定由输出特性确定IC 和和UCE。UCE=VCCICRC 直流负载线直流负载线直流负载线斜率直流负载线斜率RBRCIBICUCE+UBE+VCCVCCQ由由IB确定的那条输出特确定的那条输出特性与直流负载线的交点性与直流负载线的交点就是就是Q点，得到静态值点，得到静态值I Ic c c c和和U UCECECECEICUCE由输出特性确定IC 和UCE。UCE=VCCI二、放大电路的动态分析二、放大电路的动态分析动态：放大电路有交流信号输入（动态：放大电路有交流信号输入（ui 0 0）时的）时的 工作状态工作状态。动态分析动态分析:计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。对象：各极电压和电流的交流分量。对象：各极电压和电流的交流分量。目的：找出它们与电路参数的关系，为设计打目的：找出它们与电路参数的关系，为设计打 基础。基础。分析方法：微变等效电路法，图解法（略）分析方法：微变等效电路法，图解法（略）所用电路：放大电路的交流通路所用电路：放大电路的交流通路二、放大电路的动态分析动态：放大电路有交流信号输入（ui 3、微变等效电路法微变等效电路法1 1）输入回路）输入回路iBuBE 当输入信号很小时，当输入信号很小时，电路工作在静态工作点电路工作在静态工作点附近，输入特性在小范附近，输入特性在小范围内近似线性。围内近似线性。对输入的小交流信对输入的小交流信号而言，三极管相当号而言，三极管相当于电阻。于电阻。rbe称为晶体称为晶体管输入电阻。管输入电阻。对于小功率三极管：对于小功率三极管：rbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路 UBE IB3、微变等效电路法1）输入回路iBuBE 当输入信号2 2）输出回路）输出回路iCuCE所以：所以：输出端相当于一个受输出端相当于一个受 ib控制的电流源。控制的电流源。IC UCE特性曲线特性曲线近似平行近似平行输出端还要并联一个输出端还要并联一个大电阻大电阻r rcece。r rcece愈大，恒流特性愈好愈大，恒流特性愈好r rcece称为晶体管输出电阻称为晶体管输出电阻2）输出回路iCuCE所以：输出端相当于一个受 ib控制的电ibicicBCEib ib rceCrbeBE晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-r rcece很大，一般忽略。很大，一般忽略。ibicicBCEibib rceCrbeBE晶体三极管微2.2.放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路将交流通路中的三极管用微变等效电路代替将交流通路中的三极管用微变等效电路代替 分析时假设输入为正弦交流电，所以等效分析时假设输入为正弦交流电，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。电路中的电压与电流可用相量表示。RBRCuiuoRL+-rbe ibibicRBRCRLE EB B C Cui+-uo+-rbeRBRCRL+-+2.放大电路的微变等效电路将交流通路中的三极管用微变等效电3.3.电压放大倍数的计算：电压放大倍数的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。放大倍数与静态放大倍数与静态 IE有关。有关。rbeRBRCRL+-+3.电压放大倍数的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。放大倍输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。流大小的参数。电路的输入电阻越大，从信电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。到较大的的输入电阻。rbeRBRCRL+-+4.4.输入电阻的计算输入电阻的计算定义：定义：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 5.5.输出电阻的计算输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，等效电源的内阻可以将它进行戴维南等效，等效电源的内阻就是输出电阻。就是输出电阻。+_RLr0+_Au+_RL放大放大电路电路RS+_ 5.输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，可输出电阻的定义：输出电阻的定义：+_无无 源源网网 络络将信号源将信号源 短路短路负载负载RL开路开路Au+_RL放大放大电路电路RS+_+_ro输出电阻的定义：+_无 源将信号源 短路负载RL开路AuRL000rbeRBRC外加外加求求ro的步骤：的步骤：1 1）断开负载）断开负载RL2 2）令）令Ui=0=0或或ES=0=03 3）外加电压）外加电压4 4）求）求共发射极放大电路共发射极放大电路输出电阻输出电阻共射极放大电路共射极放大电路特点：特点：1.1.放大倍数高放大倍数高;2.2.输入电阻低输入电阻低;3.3.输出电阻高输出电阻高.+-加压求流法 输出电阻是动态电阻，与负载无关。输出电阻是动态电阻，与负载无关。RL000rbeRBRC外加求ro的步骤：2）令Ui=0或ErbeR RC CR RL LR RE E+-+-ibicBCE+-R RE E常用电路rbeRCRLRE+-+-ibicBCE+-RE 常用电路rbeR RC CR RL LR RE E+-rbeRCRLRE+-7.2.3 7.2.3 非线性失真：非线性失真：如果如果Q设置不合适或信号过大，晶体管的设置不合适或信号过大，晶体管的动态工作点进入非线性区而引起信号失真，动态工作点进入非线性区而引起信号失真，称为称为非线性失真非线性失真。如果如果Q设置过高设置过高，管子工作进入饱和区，造成，管子工作进入饱和区，造成饱和饱和失真（失真（P P160160图图7-347-34）。减小基极电流减小基极电流可消除失真。可消除失真。如果如果Q设置过低设置过低，管子工作进入截止区，造成，管子工作进入截止区，造成截截止失真（止失真（P P160160图图7-357-35），增加基极电流增加基极电流可消除失真。可消除失真。如果如果Q设置合适，设置合适，信号幅值过大信号幅值过大也可产生失真，也可产生失真，减小信号幅值减小信号幅值可消除失真。可消除失真。7.2.3 非线性失真：如果Q设置不合适或信号过大，1、静态分析、静态分析：静态工作点（IB，IC，UCE）图解法：图解法：估算法：估算法：2 2、动态分析：、动态分析：微变等效电路法微变等效电路法微变等效电路法微变等效电路法本节小结1、静态分析：静态工作点（IB，IC，UCE）图解法ibicicBCEib ib rceCrbeBE晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-r rcece很大，一般忽略。很大，一般忽略。ibicicBCEibib rceCrbeBE晶体三极管微rbeRBRCRL+-+rbeR RC CR RL LR RE E+-rbeRBRCRL+-+rbeRCRLRE+-7.3 7.3 放大电路中静态工作点的稳定放大电路中静态工作点的稳定 合理设置静态工作点是保证放大电路正常合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。点常因外界条件的变化而发生变动。前述的固定偏置放大电路，简单、容易调前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。作，其中影响最大的是温度的变化。后一页后一页前一页前一页返回返回7.3 放大电路中静态工作点的稳定 合理设置静态工作点7.3.1 温度变化对静态工作点的影响温度变化对静态工作点的影响在固定偏置放大电路中在固定偏置放大电路中 上式表明，当上式表明，当VCC和和 RB一定时，一定时，IC与与 UBE、以及以及 ICEO 有关有关，而这三个参数随温度而变化。，而这三个参数随温度而变化。当温度升高时，当温度升高时，UBE、ICBO 。温度升高时，温度升高时，IC将增加，使将增加，使Q点沿负载线上移。点沿负载线上移。后一页后一页前一页前一页返回返回7.3.1 温度变化对静态工作点的影响在固定偏置放大电路iCuCEQ温度升高时，输温度升高时，输出特性曲线上移出特性曲线上移结论：结论：当温度升高时，当温度升高时，IC将增加，使将增加，使Q点点沿负载线上移，容沿负载线上移，容易使易使T T进入饱和区进入饱和区造成饱和失真，甚造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三至引起过热烧坏三极管。极管。Q 固定偏置电路的固定偏置电路的Q点是点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使高使 IC 增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变化，保持点的变化，保持Q点基本稳定。点基本稳定。后一页后一页前一页前一页返回返回iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移结论：Q 固定偏7.3.2 分压式偏置电路分压式偏置电路1、稳定、稳定Q点的原理点的原理 基极电位基本恒定，基极电位基本恒定，不随温度变化。不随温度变化。后一页后一页前一页前一页RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IBVB+U UCCCCuiuo+返回返回7.3.2 分压式偏置电路1、稳定Q点的原理 基极 集电极电流基本恒集电极电流基本恒定，不随温度变化。定，不随温度变化。后一页后一页前一页前一页RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IBVB+U UCCCCuiuo+返回返回 集电极电流基本恒后一页前一页RB1RCC1C2RB2参数的选择参数的选择在估算时一般选取：在估算时一般选取：I2=（5 10）IB，VB=（5 10）UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。的阻值一般为几十千欧。后一页后一页前一页前一页RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IBVB+U UCCCCuiuo+返回返回参数的选择在估算时一般选取：后一页前一页RB1RCC1C2RQ点稳定的过程点稳定的过程TUBEIBICVEICVB固定固定 R RE E:温度补偿电阻温度补偿电阻 对直流：对直流：R RE E越大稳越大稳Q Q效果越好；效果越好；对交流：对交流：R RE E越大交越大交流损失越大流损失越大,为避免交为避免交流损失加旁路电容流损失加旁路电容C CE E。后一页后一页前一页前一页I1I2IBVB+RB1RCC1C2RB2CERERL+U UCCCCuo+ui+返回返回Q点稳定的过程TUBEIBICVEICVB固定 RE:温度2.静态工作点的计算静态工作点的计算估算法估算法:后一页后一页前一页前一页RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IBVB+V VCCCCuiuo+返回返回课本P162例7-62.静态工作点的计算估算法:后一页前一页RB1RCC1C3.动态分析动态分析对交流对交流:CE将将RE短路短路，RE不起作用不起作用，AuAu，ri，ro与固定偏置电路相同与固定偏置电路相同。后一页后一页前一页前一页I1I2IBVB+RB1RCC1C2RB2CERERL+U UCCCCuo+ui+旁路电容旁路电容返回返回3.动态分析对交流:CE将RE短路，RE不起作用，AurbeRCRL+_+_rbeRCRL+_+_I1I2IBVB+RB1RCC1C2RB2CERERL+U UCCCCuo+ui+旁路电容旁路电容讨论：讨论：如果去掉如果去掉CE，AuAu，ri，ro怎样？怎样？I1I2IBVB+RB1RCC1C2RB2CERERL+去掉去掉CE后的后的微变等效电路微变等效电路+UCC短路短路对地对地短路短路后一页后一页前一页前一页C1RB1RCC2RB2RERLuo+ui+rbeRCRLRE+-返回返回 去掉CE后的+UCC短路对地后一页前一页C1RB1RCC(1)(1)电压放大倍数电压放大倍数后一页后一页前一页前一页rbeRCRLRE+_+_返回返回(2)输入电阻输入电阻ri 和输出电阻和输出电阻r0(1)电压放大倍数后一页前一页rbeRCRLRE+_+_返无旁路电容无旁路电容C CE E有旁路电容有旁路电容C CE EAu减小减小ri 提高提高ro不变不变分压式偏置电路分压式偏置电路后一页后一页前一页前一页返回返回无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小ri 提高ro不变分压式 例例2:2:.在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6k,RE1=300，RE2=2.7K，RB1=60k，RB2=20k RL=6k，晶体管，晶体管=50，UBE=0.6V,试求试求:(1)(1)静态工作点静态工作点IB、IC及及UCE；(2)(2)画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3)(3)输入电阻输入电阻r ri i、r r0 0及及u u。RB1+UCCRCC1C2RB2CERE2RLuiuoRE1+返回返回例2:.在图示放大电路中，已知UCC=12V,【解解】RB1+UCCRCRB2RE2RE1直流通路如图所示。直流通路如图所示。返回返回后一页后一页前一页前一页【解】RB1+UCCRCRB2RE2RE1直流通路如图所示。（2）微变等效电路如图）微变等效电路如图rbeRCRLRE1+返回返回后一页后一页前一页前一页（2）微变等效电路如图rbeRCRLRE1+返回后一页7.4 7.4 共集电极放大电路共集电极放大电路后一页后一页前一页前一页RB+UCCC1C2RERLuiuo+返回返回又称：射极输出器又称：射极输出器7.4 共集电极放大电路后一页前一页RB+UCCC1C2R求求Q点：点：RB+UCCRE直流通路直流通路7.4.1 静态分析：静态分析：后一页后一页前一页前一页返回返回RB+UCCC1C2RERLuiuo+求Q点：RB+UCCRE直流通路7.4.1 静态分析：后7.4.2 动态分析动态分析1.1.电压放大倍数电压放大倍数 电压放大倍数电压放大倍数 且输入且输入 输出同相，输出输出同相，输出 电压跟随输入电电压跟随输入电 压，压，故称电压跟故称电压跟 随器。随器。rbeRERL+后一页后一页前一页前一页返回返回7.4.2 动态分析1.电压放大倍数 电压放大倍数rb2.2.输入电阻输入电阻后一页后一页前一页前一页rbeRERL+ri与负载有关与负载有关返回返回2.输入电阻后一页前一页rbeRERL+ri与负载有3.3.输出电阻输出电阻 断开负载电阻，用加压求流法求输断开负载电阻，用加压求流法求输出电阻。出电阻。置置0后一页后一页前一页前一页+RsrbeRERL+ro返回返回3.输出电阻 断开负载电阻，用加压求流法求输出电阻一般一般所以所以后一页后一页前一页前一页RsrbeRE+_射极输出器射极输出器的输出电阻很的输出电阻很小，带负载能小，带负载能力强。力强。返回返回一般所以后一页前一页RsrbeRE+_射极输出器的输出电阻很共集放大电路（射极输出器）的特点共集放大电路（射极输出器）的特点1.1.电压放大倍数小于电压放大倍数小于1 1，约等于，约等于1 12.2.输入电阻高输入电阻高3.3.输出电阻低输出电阻低4.4.输出与输入同相输出与输入同相后一页后一页前一页前一页返回返回共集放大电路（射极输出器）的特点1.电压放大倍数小于1，约讨论讨论1.1.将射极输出器放在放大电路的第一级，将射极输出器放在放大电路的第一级，可以提高输入电阻，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。减轻信号源负担。2.2.将射极输出器放在放大电路的末级，可将射极输出器放在放大电路的末级，可以降低输出电阻，以降低输出电阻，提高带负载能力。提高带负载能力。3.3.将射极输出器放在放大电路的两级之将射极输出器放在放大电路的两级之间，可以起到间，可以起到阻抗匹配阻抗匹配作用作用。后一页后一页前一页前一页返回返回讨论1.将射极输出器放在放大电路的第一级，可以提高输入电阻7.5 多级放大电路多级放大电路 第二级第二级 推动级推动级 输入级输入级 输出级输出级输入输入输出输出 耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。常用的耦合方式：直接耦合；阻容耦合；常用的耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。变压器耦合。对耦合电路的基本要求：对耦合电路的基本要求：动态动态:传送信号传送信号减少压降损失减少压降损失 静态：静态：保证各级有合适的保证各级有合适的Q点点波形不失真波形不失真后一页后一页前一页前一页返回返回为将信号电压放大到足够的幅值和功率，常把若为将信号电压放大到足够的幅值和功率，常把若干个单级放大电路串连起来，组成多级放大电路。干个单级放大电路串连起来，组成多级放大电路。7.5 多级放大电路 第二级 推动级 输入级 输出级输入7.5.1 7.5.1 阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路第一级第一级第二级第二级负载负载信号源信号源两级之间通过耦合电容两级之间通过耦合电容C2与下级输入电阻连接与下级输入电阻连接+UCCRSRB1C2C3RLRE2C1RC2VT1RE1CE2VT2RB2RC1CE1+后一页后一页前一页前一页返回返回7.5.1 阻容耦合放大电路第一级第二级负载信号源两级之间1.1.静态分析：静态分析：由于电容有隔直作用，所以每级放大电路由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，的直流通路互不相通，每级的静态工作点互每级的静态工作点互相独立，互不影响，可以各级单独计算。相独立，互不影响，可以各级单独计算。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。后一页后一页前一页前一页返回返回+UCCRSRB1C2C3RLRE2C1RC2RE1CE2VT2RB2RC1CE1+VT1+1.静态分析：由于电容有隔直作用，所以每级放大电路两级2.2.动态分析：动态分析：微变等效电路微变等效电路第一级第一级第二级第二级后一页后一页前一页前一页rbe2RC2RLrbe1RB2RC1RB1RS +返回返回2.动态分析：微变等效电路第一级第二级后一页前一页rbe2结论：结论：1.多级放大电路的放大倍数等于各级放大倍数乘积；多级放大电路的放大倍数等于各级放大倍数乘积；2.后级的输入电阻是前级的负载电阻；前级的输出电阻后级的输入电阻是前级的负载电阻；前级的输出电阻是后级的电源内阻。是后级的电源内阻。3.多级放大电路的输入电阻通常就是第一级的输入电阻；多级放大电路的输入电阻通常就是第一级的输入电阻；多级放大电路的输出电阻通常就是最后一级的输出电阻。多级放大电路的输出电阻通常就是最后一级的输出电阻。4.多级放大电路的微变等效电路就是每级微变等效电路多级放大电路的微变等效电路就是每级微变等效电路的串接。的串接。结论：1.多级放大电路的放大倍数等于各级放大倍数乘积；2.后7.5.2 7.5.2 直接耦合放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路：级间直接耦合，无耦合电容。直接耦合放大电路：级间直接耦合，无耦合电容。直接耦合放大电路：级间直接耦合，无耦合电容。直接耦合放大电路：级间直接耦合，无耦合电容。+12VuoRC2T2uiRC1R1T1R2RuZ+后一页后一页前一页前一页返回返回 解决了阻容耦合放大电路不能放大直流信号和低频信解决了阻容耦合放大电路不能放大直流信号和低频信号的问题