电子技术——放大电路课件

第第第第2 2章章章章 半导体三极管与基本放大电路半导体三极管与基本放大电路半导体三极管与基本放大电路半导体三极管与基本放大电路2.5 2.5 射极输出器射极输出器射极输出器射极输出器2.4 2.4 电压放大电路电压放大电路电压放大电路电压放大电路2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管2.7 2.7 多级放大电路多级放大电路多级放大电路多级放大电路2.8 2.8 差动放大电路差动放大电路差动放大电路差动放大电路2.9 2.9 功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路2.1 半导体三极管半导体三极管 2.1.1 基本结构基本结构基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极NNPNPNNPN型型型型BECB BE EC CPNPPNP型型型型P PP PN N基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极符号：符号：符号：符号：BECIBIEICBECIBIEICNPNNPN型三极管型三极管型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管型三极管型三极管基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结B BE EC CN NN NP P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大2.1.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理1.1.三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNPPNP发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VB B 2.2.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I IB B(mA)(mA)I IC C(mA)(mA)I IE E(mA)(mA)0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.0010.0010.700.702.102.102.302.303.103.103.953.950.0010.0010.720.722.142.142.362.363.183.184.054.05结论结论结论结论:1 1）三电极电流关系）三电极电流关系）三电极电流关系）三电极电流关系 I IE E=I IB B+I IC C2 2）I IC C I IB B ，I IC C I IE E 3 3）I IC C I IB B 晶体管的电流放大作用：晶体管的电流放大作用：晶体管的电流放大作用：晶体管的电流放大作用：I IB B微小变化微小变化微小变化微小变化 I IC C大变化大变化大变化大变化 实质实质实质实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流用一个微小电流的变化去控制一个较大电流用一个微小电流的变化去控制一个较大电流用一个微小电流的变化去控制一个较大电流 的变化，是的变化，是的变化，是的变化，是CCCSCCCS器件器件器件器件1.1.输入特性输入特性输入特性输入特性特点特点特点特点:非线性非线性非线性非线性死区电压：死区电压：死区电压：死区电压：硅管硅管硅管硅管0.5V0.5V；锗管；锗管；锗管；锗管0.1V0.1V正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：NPNNPN型硅管型硅管型硅管型硅管 U UBE BE 0.60.7V 0.60.7VPNPPNP型锗管型锗管型锗管型锗管 U UBE BE 0.2 0.2 0.3V 0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO2.2.输出特性输出特性输出特性输出特性IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：(1)(1)放大区放大区放大区放大区 I IC C=I IB B，也，也，也，也称为线称为线称为线称为线性区，具有恒流特性性区，具有恒流特性性区，具有恒流特性性区，具有恒流特性 发射结正偏、集电结发射结正偏、集电结发射结正偏、集电结发射结正偏、集电结反偏反偏反偏反偏I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C(mmA )A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 91212O（2 2）截止区）截止区）截止区）截止区I IB B 0 0 以下区域为以下区域为以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有截止区，有截止区，有 I IC C 0 0 。饱饱饱饱和和和和区区区区截止区截止区截止区截止区（3 3）饱和区）饱和区）饱和区）饱和区 当当当当U UCECE U UBEBE时，时，时，时，饱和饱和饱和饱和 在饱和区，在饱和区，在饱和区，在饱和区，I IB B I IC C，发发发发射结正偏，射结正偏，射结正偏，射结正偏，集电结正集电结正集电结正集电结正偏。偏。偏。偏。深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，硅管硅管硅管硅管U UCES CES 0.3V 0.3V，锗管锗管锗管锗管U UCES CES 0.1V 0.1V4.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5.5.集集集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 当当当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流值下降到正常值的三分之二时的集电极电流值下降到正常值的三分之二时的集电极电流值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为即为即为即为 I ICMCM 当集当集当集当集射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压U UCE CE 超过一定的数值时，超过一定的数值时，超过一定的数值时，超过一定的数值时，三极管就会被击穿。三极管就会被击穿。三极管就会被击穿。三极管就会被击穿。6.6.集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCMCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管温升过高会烧坏三极管温升过高会烧坏三极管温升过高会烧坏三极管 P PC C P PCM CM=I IC C U UCECE 硅管允许结温约为硅管允许结温约为硅管允许结温约为硅管允许结温约为150150 C C，锗管约为，锗管约为，锗管约为，锗管约为7070 9090 C CI IC CU UCECE=P=PCMCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区安全工作区安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系1 1、温度每增加、温度每增加、温度每增加、温度每增加1010 C C，I ICBOCBO增大一倍。硅管优增大一倍。硅管优增大一倍。硅管优增大一倍。硅管优 于锗管于锗管于锗管于锗管2 2、温度每升高、温度每升高、温度每升高、温度每升高 1 1 C C，U UBEBE将减小将减小将减小将减小 (2(2 2.5)mV2.5)mV，即晶体管具有负温度系数即晶体管具有负温度系数即晶体管具有负温度系数即晶体管具有负温度系数3 3、温度每升高、温度每升高、温度每升高、温度每升高 1 1 C C，增加增加增加增加 0.5%1.0%0.5%1.0%2.3.1 共发射极基本放大电路组成共发射极基本放大电路组成 共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE2.3 基本放大电路基本放大电路2.3 基本放大电路的组成基本放大电路的组成2.3.2 2.3.2 基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用 T T ：i iC C=i iB B。基极电源基极电源基极电源基极电源E EB B与基极与基极与基极与基极电阻电阻电阻电阻R RB B共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE2.3.2 基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用 E EC CR RC CC C1 1、C C2 2 信信信信号号号号源源源源负载负载共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE1.1.放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数 2.3.3 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标+-信号源信号源信号源信号源A Au u放大电路放大电路放大电路放大电路+-+_ _R Ro oR RL L+_ _R Ri i2.2.非线性失真系数：所有谐波总量与基波成分之非线性失真系数：所有谐波总量与基波成分之非线性失真系数：所有谐波总量与基波成分之非线性失真系数：所有谐波总量与基波成分之 比，定义为非线性失真系数。比，定义为非线性失真系数。比，定义为非线性失真系数。比，定义为非线性失真系数。3.3.输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻 4.4.输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻 5.5.通频带：放大倍数在高频和低频段分别下降为通频带：放大倍数在高频和低频段分别下降为通频带：放大倍数在高频和低频段分别下降为通频带：放大倍数在高频和低频段分别下降为 中频段放大倍数的中频段放大倍数的中频段放大倍数的中频段放大倍数的1/1/时，所包括的频率范围时，所包括的频率范围时，所包括的频率范围时，所包括的频率范围通频带通频带通频带通频带f|Au|0.707|Auo|Auo|O O6.6.最大输出功率最大输出功率最大输出功率最大输出功率 2.3.4 2.3.4 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UBEIBICUCE 无输入信号无输入信号(ui=0)时时:uo=0uBE=UBEuCE=UCEuBEtOiBtOiCtOuCEtO+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iCiBiEICUCEOIBUBEO结论：结论：(1 1)无输入信号电压时，有恒定的电压和电流无输入信号电压时，有恒定的电压和电流无输入信号电压时，有恒定的电压和电流无输入信号电压时，有恒定的电压和电流:I IB B、U UBEBE和和和和 I IC C、U UCECE (I IB B、U UBEBE)和和和和(I IC C、U UCECE)分别分别分别分别对应于输入、输出特对应于输入、输出特对应于输入、输出特对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点性曲线上的一个点，称为静态工作点性曲线上的一个点，称为静态工作点性曲线上的一个点，称为静态工作点QIBUBEQUCEICUBEIB无输入信号无输入信号(ui=0)时时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号(u ui i 0)0)时时时时 uCE=UCC iC RC uo 0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC2.3.4 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uBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iCiBiE结论：结论：结论：结论：(2 2)加输入信号电压后，各电流和电压的大小均发加输入信号电压后，各电流和电压的大小均发加输入信号电压后，各电流和电压的大小均发加输入信号电压后，各电流和电压的大小均发 生了变化，直流量上叠加交流量，但方向始终生了变化，直流量上叠加交流量，但方向始终生了变化，直流量上叠加交流量，但方向始终生了变化，直流量上叠加交流量，但方向始终 不变不变不变不变+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析静态分析2.4 放大电路的静态分析放大电路的静态分析静态：静态：静态：静态：放大电路无信号输入（放大电路无信号输入（ui=0）时的工作状态）时的工作状态分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：估算法、图解法估算法、图解法分析对象：分析对象：分析对象：分析对象：各极电压电流的直流分量各极电压电流的直流分量所用电路：所用电路：所用电路：所用电路：放大电路的直流通路放大电路的直流通路设置设置设置设置Q Q点的目的：点的目的：点的目的：点的目的：（1）使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；（2 2）使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是）使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是）使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是）使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是 动态的基础动态的基础动态的基础动态的基础静态工作点静态工作点Q：IB、IC、UCE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2.4.1 2.4.1 用估算法确定静态值用估算法确定静态值用估算法确定静态值用估算法确定静态值1.1.直流通路估算直流通路估算直流通路估算直流通路估算 I IB B根据电流放大作用根据电流放大作用根据电流放大作用根据电流放大作用2.2.由直流通路估算由直流通路估算由直流通路估算由直流通路估算U UCECE、I IC C当当UBE UCC时，时，由由由由KVL:KVL:U UCC CC=I IB B R RB B+U UBEBE由由由由KVL:KVL:U UCC CC=I IC C R RC C+U UCECE所以所以所以所以 U UCE CE=U UCC CC I IC C R RC C+UCCRBRCT+UBEUCEICIB2.4.2 用图解法确定静态值用图解法确定静态值用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤：步骤：步骤：步骤：1.1.用估算法确定用估算法确定用估算法确定用估算法确定I IB B 优点：优点：优点：优点：能直观地分析和了解静能直观地分析和了解静能直观地分析和了解静能直观地分析和了解静 态值的变化对放大电路态值的变化对放大电路态值的变化对放大电路态值的变化对放大电路 的影响的影响的影响的影响2.2.由输出特性确定由输出特性确定由输出特性确定由输出特性确定I IC C 和和和和U UCCCCUCE=UCC ICRC 直流负载线方程直流负载线方程直流负载线方程直流负载线方程+UCCRBRCT+UBEUCEICIB2.4.2 2.4.2 用图解法确定静态值用图解法确定静态值用图解法确定静态值用图解法确定静态值 直流负载线斜率直流负载线斜率直流负载线斜率直流负载线斜率ICQUCEQUCCU UCECE =U=UCCCCIIC CR RC CUCE/VIC/mA直流负载线直流负载线Q由由IB确定的那条确定的那条输出特性与直流输出特性与直流负载线的交点就负载线的交点就是是Q点点O2.4.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析动态：动态：动态：动态：放大电路有信号输入（放大电路有信号输入（放大电路有信号输入（放大电路有信号输入（u ui i 0 0）时的工作状态）时的工作状态）时的工作状态）时的工作状态分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：微变等效电路法，图解法微变等效电路法，图解法微变等效电路法，图解法微变等效电路法，图解法所用电路：所用电路：所用电路：所用电路：放大电路的交流通路放大电路的交流通路放大电路的交流通路放大电路的交流通路动态分析动态分析动态分析动态分析:计算电压放大倍数计算电压放大倍数计算电压放大倍数计算电压放大倍数A Au u、输入电阻、输入电阻、输入电阻、输入电阻r ri i、输出、输出、输出、输出 电阻电阻电阻电阻r ro o等。等。等。等。分析对象：分析对象：分析对象：分析对象：各极电压和电流的交流分量各极电压和电流的交流分量各极电压和电流的交流分量各极电压和电流的交流分量目的：目的：目的：目的：求求求求A Au u、r ri i、r ro o等电路参数，为设计打基础等电路参数，为设计打基础等电路参数，为设计打基础等电路参数，为设计打基础 信号很小时，静态工作点附近信号很小时，静态工作点附近信号很小时，静态工作点附近信号很小时，静态工作点附近的输入特性小范围内可似线性化的输入特性小范围内可似线性化的输入特性小范围内可似线性化的输入特性小范围内可似线性化（1 1）晶体管的微变等效电路）晶体管的微变等效电路）晶体管的微变等效电路）晶体管的微变等效电路 U UBEBE I IB B对于小功率三极管：对于小功率三极管：对于小功率三极管：对于小功率三极管：r rbebe一般为几百欧到几千欧一般为几百欧到几千欧一般为几百欧到几千欧一般为几百欧到几千欧1.1.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 1 1）输入回路）输入回路）输入回路）输入回路Q Q输入特性输入特性输入特性输入特性输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻I IB BU UBEBEO2 2）输出回路输出回路输出回路输出回路输出特性输出特性输出特性输出特性I IC CU UCECEQ Q 输出特性在线性工作区是输出特性在线性工作区是输出特性在线性工作区是输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线一组近似等距的平行直线一组近似等距的平行直线一组近似等距的平行直线电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数 一般在一般在一般在一般在2020200200之间，在手册中常用之间，在手册中常用之间，在手册中常用之间，在手册中常用h hfefe表示表示表示表示晶体管的晶体管的晶体管的晶体管的输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻O 由例由例由例由例1 1、例、例、例、例2 2可知，当电路不同时，放大倍数可知，当电路不同时，放大倍数可知，当电路不同时，放大倍数可知，当电路不同时，放大倍数 A Au u 不不不不同。同。同。同。要根据微变等效电路找出要根据微变等效电路找出要根据微变等效电路找出要根据微变等效电路找出 u ui i与与与与i ib b的关系、的关系、的关系、的关系、u uo o与与与与i ic c 的关系的关系的关系的关系rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE 例例例例2 2：3.3.电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算4.4.输入电阻计算输入电阻计算输入电阻计算输入电阻计算定义：定义：定义：定义：输入电阻是对交输入电阻是对交输入电阻是对交输入电阻是对交流信号而言为动态流信号而言为动态流信号而言为动态流信号而言为动态电阻电阻电阻电阻+-信号源信号源信号源信号源A Au u放大电路放大电路放大电路放大电路+-输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。小的参数。小的参数。小的参数。输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此希望得到较大的输入电阻小，因此希望得到较大的输入电阻小，因此希望得到较大的输入电阻小，因此希望得到较大的输入电阻放大放大放大放大电路电路电路电路信号源信号源信号源信号源+-+-iii IUr&=输入电阻输入电阻rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE 例例例例2 2：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例例例例1 1：riri 5.5.输出电阻计算输出电阻计算输出电阻计算输出电阻计算 放大电路对负载放大电路对负载放大电路对负载放大电路对负载(后级电路后级电路后级电路后级电路)，相当一个信号源，可进，相当一个信号源，可进，相当一个信号源，可进，相当一个信号源，可进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻+_ _R RL Lr ro o+_ _定义：定义：定义：定义：输出电阻是动输出电阻是动输出电阻是动输出电阻是动态电阻，与负载态电阻，与负载态电阻，与负载态电阻，与负载无关无关无关无关 输出电阻表明放大电路带负载能力。输出电阻表明放大电路带负载能力。输出电阻表明放大电路带负载能力。输出电阻表明放大电路带负载能力。输出电阻愈小，负输出电阻愈小，负输出电阻愈小，负输出电阻愈小，负载变化时输出电压变化愈小，一般希望输出电阻较小载变化时输出电压变化愈小，一般希望输出电阻较小载变化时输出电压变化愈小，一般希望输出电阻较小载变化时输出电压变化愈小，一般希望输出电阻较小R RS SR RL L+_ _A Au u放大放大放大放大电路电路电路电路+_ _rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：共射极放大电路特点：共射极放大电路特点：共射极放大电路特点：1.1.放大倍数高放大倍数高放大倍数高放大倍数高2.2.输入电阻低输入电阻低输入电阻低输入电阻低3.3.输出电阻高输出电阻高输出电阻高输出电阻高例例3：求求ro的步骤：的步骤：1）断开负载断开负载RL 3）外加电压）外加电压4）求）求外加外加 2）令）令 或或rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加外加例例例例4 4 4 4：求求求求r ro o的步骤：的步骤：的步骤：的步骤：1)断开负载断开负载RL3)外加电压外加电压4)求求 2)令令 或或交流通路交流通路交流通路交流通路RBRCuiuORL+-RSeS+-ibicBCEii 斜率为斜率为斜率为斜率为且通过且通过且通过且通过 QQ点的直线点的直线点的直线点的直线称为交流负载线称为交流负载线称为交流负载线称为交流负载线所以交流负载线比直流负载更陡所以交流负载线比直流负载更陡所以交流负载线比直流负载更陡所以交流负载线比直流负载更陡当当当当 时，交直流负载重合时，交直流负载重合时，交直流负载重合时，交直流负载重合2.4.4 动态分析图解法动态分析图解法动态分析图解法动态分析图解法QuCE/VttiB B/AIBtiC C/mAICiB B/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoR RL L=由由由由u uo o和和和和u ui i的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。电压放大倍数。电压放大倍数。电压放大倍数。