模擬電子線路課件PPT課件

1、 1947年12月23號，貝爾實(shí)驗(yàn)室的William B. Shockley、John Bardeen 、 Walter H. Brattain制造出了世界上第一只半導(dǎo)體放大器件，他們將這種器件命名為“晶體管”第1頁/共107頁第 3 章半導(dǎo)體三極管及其基本放大電路 3.0 引言引言 20世紀(jì)世紀(jì)40年代年代,由由Bardeen,Brattain和和Schockley在貝爾實(shí)驗(yàn)在貝爾實(shí)驗(yàn) 室開發(fā)的硅晶體管室開發(fā)的硅晶體管,在在20世紀(jì)世紀(jì)50年代和年代和60年代掀起了第一次電子年代掀起了第一次電子 革命革命.這項成果導(dǎo)致了這項成果導(dǎo)致了1958年集成電路的開發(fā)及在電子電路中應(yīng)年集成電路的開發(fā)及

2、在電子電路中應(yīng) 用廣泛的晶體管運(yùn)算放大器的產(chǎn)生用廣泛的晶體管運(yùn)算放大器的產(chǎn)生. 本章介紹的三極管屬于雙極型器件本章介紹的三極管屬于雙極型器件,是兩類晶體管中的第一是兩類晶體管中的第一 種類型種類型.下面將詳細(xì)討論其物理結(jié)構(gòu)、工作原理及其在放大電路下面將詳細(xì)討論其物理結(jié)構(gòu)、工作原理及其在放大電路 中的應(yīng)用中的應(yīng)用.第2頁/共107頁3.1 雙 極 型 晶 體 管(Bipolar Junction Transistor)一、一、結(jié)構(gòu)、分類、符號結(jié)構(gòu)、分類、符號PNPebc發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)基區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) (發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)) JeJc (集電結(jié)集電結(jié)) bec圖 3.1becJc (集電結(jié)集電結(jié))

3、NPNebc(發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)) Je發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)基區(qū) 集電區(qū)集電區(qū)第3頁/共107頁3.1 雙 極 型 晶 體 管(Bipolar Junction Transistor)圖 3.1 常用集成電路中NPN型三極管的結(jié)構(gòu)剖面圖 第4頁/共107頁3.1 BJT圖圖 3.2 幾種幾種BJT的外形的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 1、基區(qū)很薄、基區(qū)很薄(106m),且輕摻雜且輕摻雜(1015 cm3);2、發(fā)射區(qū)重?fù)诫s、發(fā)射區(qū)重?fù)诫s(1019 cm3);3、集電區(qū)面積大、集電區(qū)面積大,且摻雜較輕且摻雜較輕(1017 cm3). BJT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是決定其能進(jìn)行信號放大的內(nèi)部物質(zhì)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是決定其能進(jìn)行信

4、號放大的內(nèi)部物質(zhì)基礎(chǔ).第5頁/共107頁3.1 BJT二、BJT的電流分配與電流放大作用 1、BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程見圖3.3所示. BJT放大所必須具備的外部條件是: Je正偏, Jc反偏. 發(fā)射區(qū)發(fā)射電子,形成射極電流IE; 電子在基區(qū)復(fù)合,形成基極電流IB; 集電區(qū)收集電子,形成集電極電流IC.IE=IC+IB(1+) IB (31)IC =IB+ICEO IB (32)IC =IE+ICBO IE (33)第6頁/共107頁3.1 BJTIB=IEp+(IEnICn1 )ICBOIC=ICn1+ICn2+ICp=ICn1+ICBOICBO+ VBBRBRC +VCC NPNECBJ

5、eIEnIcn1Icn2IcpICBOJcIEpIBIEIC圖 3.3IE=IC+IB IE=IEp+ IEnIC = IEn+ICBO IE +ICBO IC=ICn1+ICBO ICn1 IC = (34) IEn IEIC =(IB+IC)+ICBO 1IC = IB + ICBO 1 1 第7頁/共107頁3.1 BJT 1IC = IB + ICBO 1 1 = (35) 1 1ICEO = ICBO 1 =(1+) ICBO (36)IC =IB+ICEO IB IE=IC+IB(1+) IB 2. 、ICBO 、ICEO的物理含義的物理含義共基極直流電流放大倍數(shù)共基極直流電流放大

6、倍數(shù). 1, 1. ICn1 IC = IEn IE第8頁/共107頁3.1 BJT = 1 ICn1 = IEn IB=IEp+(IEnICn1)ICBO=IEICn1ICBO ICICBO IC = IB+ICBO IB 共射極直流電流放大倍數(shù)共射極直流電流放大倍數(shù). 1. = 1 = (38) 1+圖 3.4ICBO 受溫度影響較大ceb+ VCCICBO(37)第9頁/共107頁3.1 BJT +VBE + VCB+ VCCICEO圖 3.5ICEO = ICBO +ICBO = (1 +)ICBO3. 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系IE=IEBS(e 1) IEBS e (39) VBEV

7、TVBEVTIC IB 三、BJT的特性曲線IC IE ISeVBEVT第10頁/共107頁3.1 BJT1、輸入特性 共射接法iB=f(vBE )vCE =CE +vCE iC +vBE iBBC(a)vCE1V(b)vCE=0VvBE / V0iB /A圖 3.6第11頁/共107頁2、輸出特性 共射接法iC=f(vCE )iB =C圖 3.7OiB1iB2iB3iB4vCEVAiCA圖 3.8 VCEIC ISe 1 (310) VAVBEVT20A60AiB =100A80A40A放 大 區(qū)iC / mA0vCE / V飽和區(qū)ICEOV(BR)CEO截止區(qū)擊 穿 區(qū)054321EBCW

8、BNPN基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)第12頁/共107頁3.1 BJT(1) 放大區(qū) Je正偏, Jc反偏.IC =IB+ICEO IB VCEIC(b)IC(a)IC IC 圖 3.9第13頁/共107頁3.1 BJT(2) 截止區(qū) Je、Jc均反偏. 工程上規(guī)定IB= 0 (IC=ICEO0)以下的區(qū)域稱為截止區(qū) ; 嚴(yán)格說來, 截止區(qū)應(yīng)是IE = 0以下的區(qū)域. (IC=ICBO,IB=ICBO)(3) 飽和區(qū) Je、Jc均正偏. VBE(sat) 0.7V; VCE(sat) 0.3V(4) 擊穿區(qū) VCEVCB Jc 雪崩擊穿 V(BR)CEO IB V(BR) ICIB ICIB 第14頁/共

9、107頁判斷三極管的工作狀態(tài) 測量得到三極管三個電極對地電位如圖所示，試判斷三極管的工作狀態(tài)。 放大截止飽和第15頁/共107頁3.1 BJT四、BJT的主要參數(shù) 1、表征放大能力的參數(shù) IC= IB共射極直流電流放大系數(shù)(hFE). iC= (311) iB共射極交流電流放大系數(shù)(hfe).在小信號條件下在小信號條件下, . IC = IE共基極直流電流放大系數(shù).第16頁/共107頁3.1 BJT共基極交流電流放大系數(shù). iC= (312) iE = 1 = (314) 1+ = (313) 1 = 1+2、表征穩(wěn)定性的參數(shù) 極間反向電流(越小越好) ICBO: 集電極 基極反向飽和電流.

10、ICEO: 集電極 發(fā)射極反向穿透電流。3、表征安全工作區(qū)域的參數(shù)第17頁/共107頁3.1 BJT(1) 集電極最大允許電流ICM（）(2) 集電極最大允許耗散功率PCM PCM= ICVCBICVCE(3) 反向擊穿電壓 V(BR)EBO:集電極開路時,發(fā)射極 基極間的反向擊穿電壓. V(BR)CBO:發(fā)射極開路時,集電極 基極間的反向擊穿電壓. V(BR)CEO:基極開路時,集電極發(fā)射極間的反向擊穿電壓. V(BR)CBO V(BR)CEO V(BR)EBOV(BR)CEOPCMVCE / V安 全 工 作 區(qū)圖 3.10OIC / mAICM第18頁/共107頁3.1 BJTV(BR)

11、CER表示BE間接有電阻，V(BR)CES表示BE間短路V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR) EBO第19頁/共107頁3.1 BJT4、溫度特性 VBE/ T=(22.5)mV/ oC ; /( T )=(0.51)%/oC;ICBO (T2)= ICBO (T1)2T2T1 105、結(jié)電容 發(fā)射結(jié)電容Cbe , 集電結(jié)電容Cbc .五、BJT的電路模型 1、直流等效電路模型(放大區(qū))第20頁/共107頁3.1 BJT(a)b+ VCC +VBB eIERcICRBIBcIB+ VCC +VBB c(b)RCICRBbeIB +VBE 圖 3.12 VB

12、BVBE IB= RB IC=IBVCE=VCCICRC2、交流小信號等效電路模型(放大區(qū))第21頁/共107頁3.1 BJT名名 稱稱總電壓或總電壓或 總電流總電流直流量直流量交流量交流量 基本基本關(guān)系式關(guān)系式瞬時值瞬時值有效值有效值基極電流基極電流iBIBQibIbiB= IBQ+ ib集電極電流集電極電流iCICQicIciC= ICQ+ ic基基射電壓射電壓vBEVBEQvbeVbevBE= VBEQ+ vbe集集射電壓射電壓vCEVCEQvceVcevCE= VCEQ+ vce表表3-1bce?mV甚至V第22頁/共107頁3.1 BJT+vCEiC+vBEiBbce(a) +hre

13、vce hie1/hoehfeib+vceic+vbeibbce(b)rbeib+vceic+vbeibbce(c)圖 3.13iB=IBQ+ ib vBE=VBEQ+ vbe iC=ICQ+ ic vCE=VCEQ+ vce vBE=f1( iB , vCE ) iC=f2( iB , vCE ) vBE vBEvBE=f1(iB,vCE)=f1(IBQ, VCEQ) + ib + vce iB Q vCE QVBEQvbe第23頁/共107頁3.1 BJTCCbceBC EQQiiiviv iC=f2(iB,vCE)= f2 (IBQ,VCEQ) + ICQic(315)(316) vBE

14、 vBEvbe= ib + vce= hieib+hrevcehieib iB Q vCE Q iC iCic= ib + vce= hfeib+hoevce hfeib iB Q vCE Qvbe ichie hrehfe hoe ib vce=hie () hre hfe hoe (S) (317)第24頁/共107頁h ehie hrehfe hoe=rbe T 1/rce=103 103 104 102 105 SCEBBEie Vih v輸出端交流短路時的輸入電阻rbe ；輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù) ；輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比T ；輸入端交流開路時的輸出電

15、導(dǎo)1/rce 。CEBCfe Viih BCEBEre Ihvv BCECoe Iihv 3.1 BJT第25頁/共107頁 H參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。 H參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。 H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。 受控電流源hfeib ，反映了BJT的基極電流對集電極電流的控制作用。電流源的流向由ib的流向決定。 hrevce是一個受控電壓源。反映了BJT輸出回路電壓對輸入回路的影響。3.1 BJT第26頁/共107頁 hre

16、和和hoe都很小，常忽都很小，常忽略它們的影響。略它們的影響。 BJT在共射連接時，其在共射連接時，其H參數(shù)的數(shù)量級一般為參數(shù)的數(shù)量級一般為 S101010101052433oefereieehhhhh第27頁/共107頁3.1 BJTbierbebrbbeereib VT (mV) rbe= rbb+ (1+) (318) IEQ (mA) rbe= Vbe Ib re 0 Vbe Ib rbb+ Ie rb e 圖 3.14 1 iE IEBS e IEQ = IEBSe = = rbe vBE Q vBE VT VTvBEVT vBE=VBEQ VBEQ VT第28頁/共107頁3.1

17、BJT六、BJT的基本應(yīng)用 1、電流源OiI0v(b) OiviBQvCE(sat)(d)i=I0+v(a)RC +VCC +v=vCE iCiB(c)圖 3.152、開關(guān) 圖3.16所示為BJT反相器電路,BJT在截止區(qū)和飽和區(qū)之第29頁/共107頁3.1 BJT間切換.負(fù)載可以是電動機(jī),發(fā)光二極管或其他電子設(shè)備.+ vBE VCC +vCE圖 3.16iCiB負(fù)載vIvO第30頁/共107頁vi=5V時，iB=(5-0.7)/10K=0.43mAICS=10V/5K=2mA iB=22mA三極管飽和，vO=0V; vi=0V時，三極管截止, vO=10V。5V10VttvivOce10K5

18、K10Vb+ +_ _+ +_ _vivO例如：三極管用作可控開關(guān) (=50)3、放大器第31頁/共107頁3.2 放 大 器 概 述 放大器(Amplifier)是應(yīng)用最廣泛的一種功能電路.大多數(shù)模擬電子系統(tǒng)都應(yīng)用了不同類型的放大電路.一、放大的概念 放大器的作用是將輸入信號進(jìn)行不失真的放大,使輸出信號強(qiáng)度(功率、電壓或電流)大于輸入信號強(qiáng)度,且不失真地重現(xiàn)輸入信號波形. 放大器實(shí)際上是一種能量控制裝置.它利用三極管(或場效應(yīng)管)的放大和控制作用,將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為放大了的交流輸出能量.第32頁/共107頁3.2 放 大 器 概 述來自特定信源的時變信號在能被來自特定信源的時變信號在能被

19、利用利用之前常常需要放大之前常常需要放大. (舉例說明舉例說明)信號源信號源放大器放大器負(fù)載負(fù)載 高信號高信號 功率功率 CD 播放器播放器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器 DC功率功率 低信號低信號 功率功率圖 3.17 DC電壓源電壓源第33頁/共107頁3.2 放 大 器 概 述二、放大器的主要性能指標(biāo) +Vo +ViIiIo信號源信號源放大器放大器負(fù)載負(fù)載RiRo +Vs RsRL圖 3.181 、輸入電阻、輸入電阻 Vi Ri = (319) Ii 第34頁/共107頁3.2 放 大 器 概 述2 、輸出電阻、輸出電阻 VT Ro= ( Vs = 0 或 Is = 0 ) (320) IT 3 、增益、

20、增益(放大倍數(shù)放大倍數(shù)) Vo Io Io VoAv = Ai = Ag = Ar = (321) Vi Ii Vi Ii 電壓增益電壓增益=20lgAvdB 電流增益電流增益=20lgAidB放大器的四種模型放大器的四種模型第35頁/共107頁3.2 放 大 器 概 述 (a) 電壓放大器+ AvtVi +Vs RiRL+VoRoRs+Vi RL Av=Avt Ro RL AvAvt (322) Ro +RLRi Rs (Ri) Ro RL (Ro0) Vo Vo Vi RiAvs= = = Av Ri Rs AvsAv (323) Vs Vi Vs Rs +Ri第36頁/共107頁3.2

21、放 大 器 概 述 (b) 電流放大器IsRiRLIoRsAinIiIiRo Ri Rs (Ri0) Ro RL (Ro ) Ro Ai=Ain Ro RL AiAin (324) Ro +RL Io Io Ii RsAis= = = Ai Ri Rs AisAi (325) Is Ii Is Rs +Ri第37頁/共107頁3.2 放 大 器 概 述RiRs (Ri0) RoRL(Ro0) (c) 互阻放大器+VoRo+ Art IiRiRLRsIsIi Ri Rs (Ri) RoRL (Ro ) (d) 互導(dǎo)放大器 +Vs 圖 3.19RiRLRs+ViAgsViRoIo第38頁/共107

22、頁3.2 放 大 器 概 述 BW = fH fL (326) 3dB圖 3.20O20lgAvdB3dBfHfLf/Hz帶寬帶寬4 、 帶寬帶寬5、非線性失真系數(shù)、非線性失真系數(shù) V 2ok k=2 = (327) Vo1 第39頁/共107頁3.2 放 大 器 概 述三、基本放大器的組成 1、三極管的三種基本接法圖 3.21 beicibc(a)(b)cieibbebiciece(c)2、基本共發(fā)射極放大器第40頁/共107頁+C1RL +voVT + vs RCRBVCC+vi (a)C2Rs3.2 放 大 器 概 述 + vs CE+C1REVTRLRB2Rs +voRCRB1VCC+

23、vi (b)C2+圖 3.22 3、各元件的作用第41頁/共107頁3.2 放 大 器 概 述 VT:放大電路的核心元件放大電路的核心元件.具有電流放大作用具有電流放大作用. 直流電源直流電源VCC:為三極管提供放大的外部條件為三極管提供放大的外部條件;并為放大器并為放大器提供能量來源提供能量來源. 基極偏置電阻基極偏置電阻RB:為三極管提供合適的基極偏置電流為三極管提供合適的基極偏置電流IBQ. 集電極負(fù)載電阻集電極負(fù)載電阻RC:將將icvce,以實(shí)現(xiàn)電壓放大以實(shí)現(xiàn)電壓放大.同時同時, RC也也起直流負(fù)載的作用起直流負(fù)載的作用. 耦合電容耦合電容C1、C2 :“通交隔直通交隔直”,一般用電解

24、電容一般用電解電容,連接時連接時注意電容的極性注意電容的極性. 負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL:放大電路的外接負(fù)載放大電路的外接負(fù)載,它可以是耳機(jī)、揚(yáng)聲它可以是耳機(jī)、揚(yáng)聲器或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)器或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu),也可以是后級放大電路的輸入電阻也可以是后級放大電路的輸入電阻.第42頁/共107頁3.2 放 大 器 概 述四、放大器的直流通路和交流通路 1、直流通路的畫法:將電容作開路處理,電感作短路處理. 2、交流通路的畫法:將電容及直流電源作短路處理. 3 、放大器中電壓、電流的符號規(guī)定 如表3-1第43頁/共107頁RLVT+vi +vs Rs +voRCRBibicVTRL+viic +vs Rs +voR

25、CRBib3.2 放 大 器 概 述VTRCRBVCCIBQICQ +VCEQ (a)ICQRB2IBQVTRCRB1VCCRE +VCEQ (b)RB=RB1RB2圖 3.23 第44頁/共107頁+C1RL +voVT + vs RCRBVCC+vi (a)C2Rs3.2 放 大 器 概 述五、放大器的基本工作情況0vitvBEtVBEQiBtIBQiCtICQvCEtVCEQvot0 (b)圖 3.24 第45頁/共107頁3.2 放 大 器 概 述直流電源直流電源VCC提供的功率為提供的功率為: 1 1PV= VCCiC = VCC(ICQ +Icmsint)dt = VCCICQ 2

26、 22020加到加到RC上的功率為上的功率為: 1 1 1PL= iC2RC= (ICQ+Icmsint)2RC dt=ICQ2RC + Icm2RC 2 2 22020加到三極管上的功率為加到三極管上的功率為: 1 1PC= vCEiC= (VCEQIcmRCsint)(ICQ+Icmsint)dt 2 2 1 = VCEQICQ Icm2RC 22020PV=VCCICQ = (VCEQ+ICQRC ) ICQ = VCEQICQ + ICQ2RC = PL+ PCvi =0, PV=PL+PC ; vi, PC ， PL . PV PL VT第46頁/共107頁VTRCRBVCCIBQI

27、CQ +VCEQ +C1RL +voVT + vs RCRBVCC+viC2Rs3.3 放大器的圖解分析方法 圖解分析可以提供對放大器工作情況的直觀認(rèn)識圖解分析可以提供對放大器工作情況的直觀認(rèn)識.一、靜態(tài)分析一、靜態(tài)分析 1、分析目的、分析目的: 確定確定Q點(diǎn)點(diǎn)(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ ) 2、分析對象、分析對象: 直流通路直流通路第47頁/共107頁3.3 放大器的圖解分析方法3、分析步驟、分析步驟: VCC= IB RB + VBEIB=f (VBE )VCE = CVCC= IC RC + VCEIC=f (VCE ) IB = CIBQVCC RBVCCQOIBVBEVBE

28、Q直流負(fù)載線直流負(fù)載線直流負(fù)載線直流負(fù)載線OVCCVCEQVCEIC IBQVCC RCICQ圖 3.25 第48頁/共107頁RLVT+vi +vs Rs +voRCRBibic+C1RL +voVT + vs RCRBVCC+viC2Rs3.3 放大器的圖解分析方法二、動態(tài)分析二、動態(tài)分析 1、分析目的、分析目的: 確定確定 Av、Vom,了解非線性失真了解非線性失真. 2、分析對象、分析對象: 交流通路交流通路3、分析步驟、分析步驟: (1) (2) (3)第49頁/共107頁3.3 放大器的圖解分析方法Avt AvRL, RL= RC , Avt=Av iBOQvBEIBQOvCEiC

29、 VCCIBQVCC RC交流負(fù)載線交流負(fù)載線ICQVCEQICQ RL 1 RC 1 RLRL= RCRL圖 3.26 第50頁/共107頁3.3 放大器的圖解分析方法三、建立三、建立Q點(diǎn)的必要性點(diǎn)的必要性QQQIBQQQQ圖 3.27OiBvBEOvCEVCCIBQVCC RCICQVCEQ截止截止失真失真飽和飽和失真失真iC 第51頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法一、靜態(tài)分析一、靜態(tài)分析 1、分析目的、分析目的: 確定確定Q點(diǎn)點(diǎn)(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ ) 2、分析對象、分析對象: 直流通路直流通路 (a) 固定偏置固定偏置VTRCRBVCCIBQICQ +VCE

30、Q 圖 3.28 VCCVBE IBQ= RB ICQ=IBQVCEQ=VCCICQRC第52頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法ICQIBQRB2VTRCRB1VCCRE +VCEQ 圖 3.29 (b) 分壓偏置ICQ=IBQVCEQ=VCCICQRCIEQRE VCCICQ ( RC +RE )RB=RB1RB2 VBBVBE IBQ= RB+(1+ )RE RB2VBB= VCC RB1+RB2 + VBB + VCCVTRCRBREIBQICQ +VCEQ 第53頁/共107頁ICQIBQRB2VTRCRB1VCCRE +VCEQ 3.4 放大器的等效電路分析法 RB2VBQ

31、 VCC RB1+RB2 IBQ=ICQ / VCEQ VCCICQ ( RC +RE ) VEQ VBQ VBEICQ IEQ= = RE RE若若(1+)RE 10RB,可按如下方法確定可按如下方法確定Q點(diǎn)點(diǎn). IBQVBQVEQ IEQ(ICQ) VCEQ第54頁/共107頁VTRCRBVCCIBQICQ +VCEQ 3.4 放大器的等效電路分析法 T VBE(on) ICQ ICBOVCC=6V, RB=270k, RC=2k T30oC, =130,VBE=0.625V, ICBO=81012A IBQ=19.91A, ICQ=2.59mA, VCEQ=0.82V(c) 兩種偏置電路

32、的比較 T=300K, =100, VBE=0.7V, ICBO=1012A IBQ=19.63A, ICQ=1.96mA, VCEQ=2.08V第55頁/共107頁IEQICQIBQRB2VTRCRB1VCCREVEQVBQI13.4 放大器的等效電路分析法分壓偏置電路最大的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定了分壓偏置電路最大的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定了Q點(diǎn)點(diǎn). T ICQ (IEQ)VEQVBEQ (VBQVEQ ) ICQ IBQ 【例例 3.1】電路如上圖電路如上圖 所示所示. 設(shè)設(shè)RB1= 56k,RB2=12.2k, RC=2k,RE=0.4k,VCC=10V,VBE=0.7V, =100. (1) 試試 確定確定Q點(diǎn)

33、點(diǎn).(2) 當(dāng)當(dāng)在一定范圍內(nèi)變化時在一定范圍內(nèi)變化時,確定確定Q點(diǎn)變化范圍點(diǎn)變化范圍.第56頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法【解解】(1) RB2 12.2VBB= VCC = 101.79V RB1+RB2 56+12.2ICQ=IBQ = 10021.6 = 2.16mAVCEQ=VCCICQRCIEQRE 4.81VRB=RB1RB2=5612.2 10 k VBBVBE(on) 1.79 0.7 IBQ= = 21.6A RB+(1+ )RE 10+1010.4IEQ= (1+ ) IBQ = 10121.6 = 2.18mA上述結(jié)果表明上述結(jié)果表明:晶體三極管被偏置在放大

34、區(qū)晶體三極管被偏置在放大區(qū).第57頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法(2) 當(dāng)當(dāng) 變化變化50時時,可得到以下的結(jié)果可得到以下的結(jié)果: IBQ (A)ICQ (mA)IEQ (mA)VCEQ (V)5035.91.801.835.6710021.62.162.184.8115015.52.322.344.40表表 3-2 當(dāng)當(dāng) 變化率為變化率為3:1時時,集電極電流和集集電極電流和集-射電壓的變化率射電壓的變化率 只有只有1.29:1.射極電阻射極電阻RE能在能在變化時變化時,穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn).【例例 3.2】試設(shè)計一分壓偏置電路試設(shè)計一分壓偏置電路,要求要求ICQ=1m

35、A,VCEQ=4.5V, 已知已知VCC=9V, =100.第58頁/共107頁IEQICQIBQRB2VTRCRB1VCCREVEQVBQI13.4 放大器的等效電路分析法 實(shí)際情況下實(shí)際情況下,為要使為要使Q點(diǎn)穩(wěn)定點(diǎn)穩(wěn)定,I1愈大愈大于于IB以及以及VB愈大于愈大于VBE愈好愈好,但為兼顧其但為兼顧其他指標(biāo)他指標(biāo),對于硅管對于硅管,一般可選取一般可選取 I1=(510) IB VEQ=0.2VCC 或或 VEQ=(13)V【解解】(1) 取取 VEQ=0.2VCC=0.29=1.8V 則則 RE=VEQ /IEQVEQ / ICQ=1.8/1=1.8k (2) 取取 I1=10IBQ=10

36、ICQ /=0.1mA 則則 RB1+RB2=VCC/I1= 90k 第59頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法 RB2VBQ= VCC RB1+RB2 VBQ=VBE+VEQ=0.7+1.8=2.5V RB1+RB2= 90kRB2= 25kRB1= 90RB2 = 65 k(3) VCEQVCCICQ ( RC +RE ) VCCVCEQ 9 4.5 RC= RE = 1.8 = 2.7 k ICQ 1說明說明: 除三極管放大電路外除三極管放大電路外,分壓偏置電路還適用于各種場分壓偏置電路還適用于各種場效應(yīng)管放大電路效應(yīng)管放大電路.第60頁/共107頁RLVT+vi +vs Rs

37、+voRCRBibic3.4 放大器的等效電路分析法二、動態(tài)分析二、動態(tài)分析 1、分析目的、分析目的: 確定確定 Av、Ai、 Ri、Ro. 2、分析對象、分析對象: 交流通路交流通路 3、分析步驟、分析步驟: (1) 交流通路；交流通路；(2)小信號模型；小信號模型； (3)分析各指標(biāo)分析各指標(biāo)+ViRobc +Vs RLIbIc +VoRCRBIbIirbeIoeRiRs圖 3.30 第61頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法 Vo Av = Vi Vo=Ic(RCRL)=IbRLVi= Ibrbe RLAv= (328) rbe Vi Ri = Ri=RBrberbe (329)

38、 Ii VT Ro= Ro=RC IT Vs = 0 (320)Ro + VTcIbbrbeRsIcRCRBIbITe圖 3.31 第62頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法 Io Ai = Ii Ro Ro Io = Ic =Ib Ro + RL Ro + RL Ro Ai (331) Ro + RL RL= 0, Ain 三、帶射極電阻的共發(fā)射極放大器三、帶射極電阻的共發(fā)射極放大器 1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu): 如圖如圖3.32所示所示. 2、靜態(tài)分析、靜態(tài)分析: 與圖與圖3.29相似相似. 3、動態(tài)分析、動態(tài)分析: RBIb =Ii Ii RB+rbe第63頁/共107頁RLC2CE

39、RE1VTRE2RB2C1 + vs Rs+vi + voRCRB1VCC(a)3.4 放大器的等效電路分析法圖 3.32 VTRE +vs icRs +voRCRB+viRLib(b)IbcRL+VirbeIc +Vs Rs+VoRCRBIbIiIobeRiRoRE1(c)Ri第64頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法 RLAv= (332) rbe +(1+)RE1 Vo Av = Vi Vo=Ic(RCRL)=IbRLVi= Ibrbe+IeRE1=Ib rbe+(1+)RE1Ri=RBRi= RBrbe+(1+)RE1 (333) ViRi = = rbe+(1+)RE1 Ib

40、Ro RC (334)其中其中:若考慮rce， Ro的求法如下：第65頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法RCRoRorbeIb+ VTRsRBrceITbceIbRE1RsIc圖 3.33 RE1Ro=RCRo= RC rce( 1+ ) (335) rbe+RE1 +RsVT=(IcIb)rce+(Ib+Ic )RE1 RE1Ib= Ic rbe+RE1 +Rs VT RE1Ro= =rce(1+ ) Ic rbe+RE1 +Rs第66頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法其中，rce的意義如下：OIBQvCEVAiCAQVCEQICQ Vce VCEQ+ VA VArce=

41、 = iC ICQ ICQQ第67頁/共107頁RE22kCERE120VT RL8.2kRC8.2k+viC1 + voRB156kVCC15VC2RB215k3.4 放大器的等效電路分析法【例 3.3】試確定圖3.34所示電路的Av、Ri、Ro.已知晶體管的 參數(shù)如下: VBE=0.7V,=150 ,VA=100V. 【解】(1) 靜態(tài)分析圖 3.34 RB=RB1RB2=561511.83k RB2 15 VBB= VCC = 153.17V RB1+RB2 56+15 VBBVBE(on) IBQ= RB+(1+)(RE1+RE2) 3.170.7 = 7.8A 11.83+(1+15

42、0)(0.02+2)第68頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法ICQ=IBQ=1507.8 103 1.17mAIEQ= (1+) IBQ=1517.8 103 1.18mA或 VEQ VBQVBE(on) 3.170.7 ICQIEQ = = = 1.22mA RE1+RE2 RE1+RE2 0.02+2rceVA / ICQ = 100/1.17 85.47k (81.97k)(2) 動態(tài)分析 VT 26rbe= rbb+ (1+) =0 + (1+150) 3.33k (3.22k) IEQ 1.18 RL 150(8.2 8.2)Av= = 96.9 (98. 6) rbe +

43、(1+)RE1 3.33+(1+150)0.02 第69頁/共107頁3.4 放大器的等效電路分析法Ri =RB rbe+(1+)RE1 =11.83 3.33+(1+150)0.02 4.13k(4. 1k)RoRCRo= 8.2 102.4 7.59k(7.57k) RE1 1500.02 Rorce 1+ =85.47(1+ )102.4k rbe+RE1+RB 3.33 +0.02+11.83(98.29k)如果假設(shè)VA=,則RoRC= 8.2 k 討論:放大器的增益幾乎與的變化無關(guān).表3-3的計算證明了這一事實(shí). Av 5095.8 (97.2)10096.5 (98.3)15096

44、.9 (98.6)表表3-3第70頁/共107頁RL+voVTRERB2 + vs RsRB1VCC+viC1C2VEQRB2IEQVTRB1VCCREIBQICQ圖圖 3.353.5 共集電極放大器(射極跟隨器)一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)二、靜態(tài)分析二、靜態(tài)分析 VBBVBE IBQ= RB+(1+ )RE RB2 VBB= VCC RB1+RB2 RB=RB1RB2IEQ=(1+) IBQVCEQ=VCCIEQ RE 第71頁/共107頁3.5 共集電極放大器(射極跟隨器)三、動態(tài)分析三、動態(tài)分析VT+viRLie +vs Rs +voRERBib +VoebIb+ViRLIi +Vs Rs

45、RERBIbrbecRiRoRi Vo Av= Vi Vo=(Ib+Ib)(RERL)=(1+)IbRLVi= Ibrbe +Vo (1+)RLAv= (336) rbe+(1+)RLAv1， (1+)RL rbe ， Av1 射極跟隨器射極跟隨器 圖 3.36第72頁/共107頁3.5 共集電極放大器(射極跟隨器)Ri=RBRi= RBrbe+ (1+)RL (337) Vi Ri = = rbe+ (1+)RL Ib VT VT Ro = = Ie (1+) IbVT=Ib(rbe+Rs ) rbe+Rs Ro = 1+Ro=RERo rbe+Rs =RE (338) 1+Ro + VTr

46、beeIbbRsRBIbITcRERo IeRs 圖 3.37第73頁/共107頁3.5 共集電極放大器(射極跟隨器)射極跟隨器的特點(diǎn)射極跟隨器的特點(diǎn): (1)增益增益1 （同相）（同相） (2)輸入電阻高輸入電阻高 (3)輸出電阻小輸出電阻小四、采用復(fù)合管四、采用復(fù)合管(Darlington)的射極跟隨器的射極跟隨器 1 、復(fù)合管的構(gòu)成原則及其特點(diǎn)、復(fù)合管的構(gòu)成原則及其特點(diǎn) (1) 復(fù)合管可由兩個或多個復(fù)合管可由兩個或多個BJT組成組成,也可由也可由BJT和和FET組成組成; (2) 復(fù)合管的類型取決于第一只管的類型復(fù)合管的類型取決于第一只管的類型; (3) 前、后級晶體管之間的電流應(yīng)有正常

47、的流通通路前、后級晶體管之間的電流應(yīng)有正常的流通通路. (4) 兩管復(fù)合后兩管復(fù)合后,其主要優(yōu)點(diǎn)是其主要優(yōu)點(diǎn)是: 12 rbe rbe1 +1rbe2(3-39) 第74頁/共107頁ce(b)bVT(a)ic12 ibVT1VT2bib(1+1) ib2(1+1) ibce1ibie3.5 共集電極放大器(射極跟隨器)主要缺點(diǎn)是主要缺點(diǎn)是: ICEO ICEO2 +2ICEO1 (3-40) 圖 3.38第75頁/共107頁VT1VT2bib(1+1) ib12 ibce1ibieic 12 ibbVTcebVTcecVT1VT2bib(1+1) ib12 ib1ibieic 12 ib3.

48、5 共集電極放大器(射極跟隨器)圖 3.39e第76頁/共107頁3.5 共集電極放大器(射極跟隨器)圖 3.402、采用復(fù)合管的射極跟隨器eREVT1VT2bcvivo數(shù)百千歐數(shù)百千歐五、射極跟隨器的用途五、射極跟隨器的用途 1、輸入級、輸入級; 2、輸出級、輸出級; 3、中間緩沖級、中間緩沖級.第77頁/共107頁ICQIBQRB2VTRCRB1VCCRE +VCEQ 3.6 共 基 極 放 大 器圖 3.41一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu) + vs RC+viCBRLRs+voRB1VCCC1C2VTRB2RE (a) (b)二、靜態(tài)分析: 與共射放大器相同.三、動態(tài)分析第78頁/共107頁3

49、.6 共 基 極 放 大 器圖 3.42RsVTRL+vi + vs +voRERCeRLrbe+Vi +Vs Rs +VoRCREbcIbRiRoRiIiIbIe Vo Av = Vi Vo=Ic(RCRL)= IbRLVi=Ibrbe RLAv= (341) rbe第79頁/共107頁3.6 共 基 極 放 大 器圖 3.43 rbe rbeRi=RERi= RE (342) 1+ 1+ Vi Ibrbe rbe Ri = = = Ie (1+)Ib 1+其中其中:ecIbb+ VTRsRCRErbeITIbRoRo=rcbRCRC (343) 第80頁/共107頁3.7 三種基本放大器的

50、比較三種基本放大器的小信號特性如表三種基本放大器的小信號特性如表3-4所示所示.組態(tài)組態(tài)共射極共射極共集電極共集電極共基極共基極Av RL (高高) rbe (1+ ) RL (低低) rbe+(1+ ) RL RL (高高) rbeAin (1+ ) Rirbe (中等中等)rbe +(1+ ) RL(高高) rbe /(1+ ) (低低)RoRCrceRC(高高) rbe+Rs RE (低低)1+ RCrcbRC (高高)用途用途多級放大電路多級放大電路的中間級的中間級輸入級、輸出級輸入級、輸出級或緩沖級或緩沖級高頻或?qū)拵щ娐犯哳l或?qū)拵щ娐坊蚝懔髟措娐坊蚝懔髟措娐繁肀?3-4基本放大器的小

51、信號特性將用于指導(dǎo)設(shè)計多級放大器基本放大器的小信號特性將用于指導(dǎo)設(shè)計多級放大器.第81頁/共107頁3.8 多 級 放 大 器 在大多數(shù)應(yīng)用中在大多數(shù)應(yīng)用中,單管放大器不能滿足特定的放大倍數(shù)、單管放大器不能滿足特定的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等各項性能指標(biāo)的要求輸入電阻、輸出電阻等各項性能指標(biāo)的要求.因此因此,可將多個可將多個基本放大器級聯(lián)起來基本放大器級聯(lián)起來,構(gòu)成多級放大器構(gòu)成多級放大器,如圖如圖3.44所示所示.圖 3.44 +vsRo2RonRLRo1Ri1 +vo1=vi2 +vi=vi1 +vo2 +vinRs第一級 Av1Ri2Rin+vo第二級 Av2第N級 Avn一、級間耦

52、合方式一、級間耦合方式第82頁/共107頁RB22RL + voRE2RE2VT1VT2CE1RE1 + vs RsRC1RB11+viC1C2RB12RC2RB21VCCC3CE23.8 多 級 放 大 器圖 3.451、阻容耦合、阻容耦合 阻容耦合不適合傳遞緩慢變化的信號阻容耦合不適合傳遞緩慢變化的信號,更不能傳遞直流信更不能傳遞直流信號號,不易集成不易集成.第83頁/共107頁3.8 多 級 放 大 器2、變壓器耦合、變壓器耦合 在某些電子設(shè)備中在某些電子設(shè)備中,常用變壓器耦合方式傳送交變信號常用變壓器耦合方式傳送交變信號.例例如如,半導(dǎo)體收音機(jī)中的中頻變壓器及其選用的音頻輸入、輸半導(dǎo)體

53、收音機(jī)中的中頻變壓器及其選用的音頻輸入、輸出變壓器等出變壓器等.采用變壓器耦合的一個重要目的是采用變壓器耦合的一個重要目的是:耦合變壓器耦合變壓器在傳送信號的同時能起阻抗變換作用在傳送信號的同時能起阻抗變換作用.利用變壓器可將負(fù)載利用變壓器可將負(fù)載阻抗變換成與信號源內(nèi)阻相匹配的情況阻抗變換成與信號源內(nèi)阻相匹配的情況,從而可大大提高信從而可大大提高信號傳輸?shù)男侍杺鬏數(shù)男?3、直接耦合、直接耦合 直接耦合方式既可以放大和傳遞交流信號直接耦合方式既可以放大和傳遞交流信號,也可以放大和也可以放大和傳遞緩慢變化或直流信號傳遞緩慢變化或直流信號.便于集成便于集成.第84頁/共107頁RE2VT1VCQ

54、1RBVCQ2VT2RC1RC2VCCVBQ13.8 多 級 放 大 器VCQnVCQ3VCQ2VCQ1REnVCQ3VTnRE3VCQ2VT2VT1VCQ1RC1VCCRC2RE2RC3VT3RCnVCQn圖 3.46圖 3.47(1) 電平移動電平移動(2) 零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移 a. 負(fù)反饋；負(fù)反饋； b. 熱敏元件；熱敏元件； c. 差分放大電路差分放大電路第85頁/共107頁3.8 多 級 放 大 器二、交流指標(biāo)分析二、交流指標(biāo)分析 1、小信號電壓增益為、小信號電壓增益為: Vo Vo1 Vo2 VonAv= = = Av1 Av2 Avn (344) Vi Vi1 Vi2 Vin2、輸

55、入電阻為:Ri= Ri1 RL1= Ri2 (345) 3、輸出電阻為: Ro= Ron Rsn= Ro(n1) (346) 第86頁/共107頁 + vs VT1RLRsVT23.8 多 級 放 大 器三、組合放大器三、組合放大器 + vs VT1VT2RLRs(a) 共射共射-共基共基(b) 共集共集-共射共射+vi+voVT2VT1RL(c) 共集共集-共基共基圖 3.48第87頁/共107頁VT1+viRL +vs Rs +vorce2RRL+viVT2VT1 +vs Rs +voRVT2 + vs RsC4RLVT1R4R3C3+viC1 + voR2VCCC2R13.8 多 級 放

56、 大 器圖 3.49四、帶有源負(fù)載的共射放大器四、帶有源負(fù)載的共射放大器 RLAv= rbe第88頁/共107頁章末總結(jié)與習(xí)題討論一、本章小結(jié)一、本章小結(jié) 1、熟悉三極管的結(jié)構(gòu)、分類、符號、特性曲線、熟悉三極管的結(jié)構(gòu)、分類、符號、特性曲線 (幾個工作區(qū)幾個工作區(qū)域及其特點(diǎn)域及其特點(diǎn))、主要參數(shù)、主要參數(shù).掌握三極管的電流放大作用及電流分掌握三極管的電流放大作用及電流分配關(guān)系配關(guān)系.了解三極管的幾類應(yīng)用了解三極管的幾類應(yīng)用. 2、深刻理解放大的概念及放大器設(shè)置、深刻理解放大的概念及放大器設(shè)置Q點(diǎn)的必要性點(diǎn)的必要性;熟悉放熟悉放大器的構(gòu)成原則及其各項性能指標(biāo)的含義大器的構(gòu)成原則及其各項性能指標(biāo)的含

57、義. 3、熟悉放大器的常用分析方法、熟悉放大器的常用分析方法圖解法及等效電路分析法圖解法及等效電路分析法. 4、掌握基本放大器常用偏置方式、掌握基本放大器常用偏置方式,明確分壓偏置方式的優(yōu)點(diǎn)明確分壓偏置方式的優(yōu)點(diǎn). 5、掌握三種基本放大器、掌握三種基本放大器(共射、共集、共基共射、共集、共基)的電路組成及其的電路組成及其第89頁/共107頁章末總結(jié)與習(xí)題討論性能特點(diǎn)性能特點(diǎn).了解其各自的應(yīng)用場合了解其各自的應(yīng)用場合. 6、熟悉多級放大器的級間耦合方式、熟悉多級放大器的級間耦合方式,掌握多級放大器的分掌握多級放大器的分析計算方法析計算方法.二、習(xí)題討論二、習(xí)題討論 1、關(guān)于、關(guān)于BJT 【例例

58、3.4】測得放大電路中四個三極管各極電位分別如圖測得放大電路中四個三極管各極電位分別如圖3.50 所示，試判斷它們各是所示，試判斷它們各是NPN管還是管還是PNP管？是硅管還是鍺管？是硅管還是鍺 管？并確定每管的管？并確定每管的B、E、C極。極。 【解解】根據(jù)三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，工作在放大狀態(tài)根據(jù)三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，工作在放大狀態(tài)第90頁/共107頁章末總結(jié)與習(xí)題討論下的三極管，通常具有下列關(guān)系：下的三極管，通常具有下列關(guān)系：（1） 對硅管：對硅管：VBE0.7V；對鍺管：；對鍺管：VBE0.3V。（2） 對對NPN管：管：VCVBVE ；對對PNP管：管：VCVBVE 。0V

59、0.3V5V（a）8V2V2.7V（b）2V5V2.3V（c）10V2.3V3V（d）圖 3.50第91頁/共107頁章末總結(jié)與習(xí)題討論 依據(jù)上述關(guān)系，判斷時首先根據(jù)極間電位差由關(guān)系（依據(jù)上述關(guān)系，判斷時首先根據(jù)極間電位差由關(guān)系（1）區(qū)分是硅管還是鍺管，并區(qū)分出區(qū)分是硅管還是鍺管，并區(qū)分出C極；然后根據(jù)三個電極電極；然后根據(jù)三個電極電位的高低由關(guān)系（位的高低由關(guān)系（2）區(qū)分是）區(qū)分是 NPN管還是管還是PNP管，管， （3）區(qū)分）區(qū)分出出B、E極。極。根據(jù)上述分析思路可得出如下結(jié)論根據(jù)上述分析思路可得出如下結(jié)論:圖（圖（a）是）是PNP型鍺管，、分別是型鍺管，、分別是B、E、C極。極。圖（圖（

60、b）是）是NPN型硅管，、分別是型硅管，、分別是C、E、B極。極。圖（圖（c）是）是NPN型鍺管，、分別是型鍺管，、分別是B、C、E極。極。圖（圖（d）是）是PNP型硅管，、分別是型硅管，、分別是C、E、B極。極。第92頁/共107頁VBQVT RE200 RB210k RC30k RB130k VCC9VIBQICQIEQ圖 3.51章末總結(jié)與習(xí)題討論【例例 3.5】在圖在圖3.51所示電路中所示電路中,已知晶體三極管的已知晶體三極管的=200 VBE=0.7V ，ICBO0 . (1) 試求試求 IB、IC、VCE . (2) 若電路中元件分別作如下變化若電路中元件分別作如下變化, 試指出