半導體三極管及基本放大電路

1、1電子技術電子技術 第第2 2章章 半導體三極管與基半導體三極管與基本放大電路本放大電路模擬電路部分模擬電路部分2主要內(nèi)容主要內(nèi)容 元件：元件：半導體三極管半導體三極管雙極型晶體管雙極型晶體管 （兩種極性載流子均參加導電兩種極性載流子均參加導電）場效應晶體管場效應晶體管（又稱單極型晶體管，只有一種極性載流子參加導電又稱單極型晶體管，只有一種極性載流子參加導電）基本放大電路（分立元件組成）基本放大電路（分立元件組成）共射極放大電路共射極放大電路共集電極電路共集電極電路 差動放大電路差動放大電路互補對稱功率放大電路互補對稱功率放大電路結(jié)構、原理、分析方法、特點、應用結(jié)構、原理、分析方法、特點、應用

2、靜態(tài)分析靜態(tài)分析動態(tài)分析，微變等效電路分析法動態(tài)分析，微變等效電路分析法3半導體三極管半導體三極管 三端元件，非線性元件。三端元件，非線性元件。 2個作用：具有電流放大作用和開關作用。個作用：具有電流放大作用和開關作用。 外部特性外部特性 3個工作區(qū)：個工作區(qū)： 放大區(qū)（電流放大作用）放大區(qū)（電流放大作用） 飽和區(qū)，截止區(qū)（開關作用）飽和區(qū)，截止區(qū)（開關作用） 工作在不同工作區(qū)的條件是什么？如何實現(xiàn)工作在不同工作區(qū)的條件是什么？如何實現(xiàn)2種作用？種作用？4BECNNP基極基極base發(fā)射極發(fā)射極emitter集電極集電極collectorNPN型型PNP型型2.1 2.1 雙極性晶體管雙極性晶

3、體管 transistortransistor 2.1.1 2.1.1 基本結(jié)構：基本結(jié)構：1 1塊基片，塊基片，2 2個個PNPN結(jié)，結(jié)，3 3個區(qū)個區(qū)BECPPN基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高每個每個PN結(jié)就相當于一個二極管。結(jié)就相當于一個二極管。對于每個對于每個PN結(jié)，思考：結(jié)，思考： 2種偏置，種偏置，2個電場，個電場，2種載流子種載流子3種運動。種運動。發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)5BECNNPEBRBECIEIBE基區(qū)：基區(qū)：發(fā)射區(qū)擴散來的電子發(fā)射區(qū)擴散來的電子:少少部

4、分與空穴部分與空穴復合復合，并由電源等效，并由電源等效補充空穴，形成電流補充空穴，形成電流IBE (基區(qū)薄、基區(qū)薄、摻雜濃度小）；摻雜濃度?。?；絕大多數(shù)擴散絕大多數(shù)擴散到到集電結(jié)附近。集電結(jié)附近。發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏，擴散運，擴散運動為主。發(fā)射區(qū)自由動為主。發(fā)射區(qū)自由電子電子擴散擴散向基區(qū)，并向基區(qū)，并由電源補充電子，形由電源補充電子，形成發(fā)射極電流成發(fā)射極電流IE ?；；鶇^(qū)空穴擴散運動忽略。區(qū)空穴擴散運動忽略。2.1.2 2.1.2 放大作用放大作用 電流分配和放大原理電流分配和放大原理載流子運動載流子運動ICE集電結(jié)反偏：集電結(jié)反偏：從基區(qū)從基區(qū)內(nèi)擴散到集電結(jié)附近內(nèi)擴散到集電結(jié)附近的自由

5、電子作為少子，的自由電子作為少子，漂移進入集電結(jié)而被漂移進入集電結(jié)而被收集，形成收集，形成ICE。ICBO集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏：集電區(qū)和基區(qū)：集電區(qū)和基區(qū)的少子形成的反向電流的少子形成的反向電流ICBO。IC=ICE+ICBO ICEIB=IBE-ICBO IBEIE =IBE + ICEIBIC6IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBEC IE =IBE + ICEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE電流分配：電流分配： IE、IC遠遠大于遠遠大于IB ; IE=IC+IB7ICE與與IBE之比稱為之比稱為電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)（一般在（一般在幾十倍到上百倍之

6、間幾十倍到上百倍之間）三極管放大的條件：三極管放大的條件：要使三極管能放大電流，必須使要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。集電結(jié)反偏。(外因）；內(nèi)因外因）；內(nèi)因 內(nèi)部結(jié)構。內(nèi)部結(jié)構。從物質(zhì)不變和能量守恒角度如何看三極管電流放大作用？從物質(zhì)不變和能量守恒角度如何看三極管電流放大作用？BCCBOBCBOCBECEIIIIIIIIBECIBIEICNPN型三極管型三極管NPN transistor BECIBIEICPNP型三極管型三極管PNP transistor電流電流放大作用放大作用8 實驗線路實驗線路2.1.3 2.1.3 特性曲線特性曲線各極電壓電流關系各極電壓

7、電流關系ICmA AVVUCEUBERBIBECEBRC一、一、輸入特性輸入特性: :IB=f (UBE) |UCE=常數(shù)常數(shù)二、二、輸出特性輸出特性: :IC=f (UCE) | IB= =常數(shù)常數(shù)UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺管鍺管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電壓，硅管死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管，鍺管0.2V。一、輸入特性一、輸入特性: IB=f (UBE) |UCE=常數(shù)常數(shù)最常用：共發(fā)射極接法時的特性曲線最常用：共發(fā)射極接法時的特性曲線UCE1, UCE 增加增加

8、，IB基本不變；基本不變；9IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A放大區(qū)放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏電結(jié)反偏。 0IC 。截止區(qū)截止區(qū) : :發(fā)射結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。集電結(jié)反偏。UBE 死區(qū)電壓。死區(qū)電壓。 UCE UCC IB=0,IC=ICEO。10三個工作區(qū)域三個工作區(qū)域截止區(qū)截止區(qū)放大區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)PN結(jié)結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)反反偏偏集電結(jié)集電結(jié)反反偏偏發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)正正偏偏集電結(jié)集電結(jié)反反偏偏發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)正正偏偏集電結(jié)集電結(jié)正正偏偏IB IC IB=0 IC=ICEO 0IC= IBIB變化變化,IC基

9、本不變基本不變IC UCC / RCUBEUBE 死區(qū)電壓死區(qū)電壓UBE =導通壓降導通壓降UBE =導通壓降導通壓降UCEUCE UCCUCE=UCC- RC IC0 UCE UCCUCE 0.3VCE 放大or開關開路開路, 開開通路，放大作用通路，放大作用短路，關短路，關11前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應地還有共基、共集接法。地還有共基、共集接法。共射共射直流電流放大倍數(shù)直流電流放大倍數(shù)：BCII_工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號?；鶚O電流的工作于動態(tài)的三極管，真正

10、的信號是疊加在直流上的交流信號。基極電流的變化量為變化量為 IB，相應的集電極電流變化為相應的集電極電流變化為 IC，則則交流電流放大倍數(shù)交流電流放大倍數(shù)為：為：BCII1. 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)和和 _2.1.4 2.1.4 主要參數(shù)主要參數(shù)例：例：UCE=6V時時：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII在以后的計算中，一般作近似處理：在以后的計算中，一般作近似處理： =12BECNNPICEO= ICBO +ICBO 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏ICB

11、O進入進入N區(qū)，區(qū)，形成形成IBE。根據(jù)放大關系，由于根據(jù)放大關系，由于IBE的存在，必有電流的存在，必有電流 IBE。集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏有有ICBO3 3. . 集集- -射極反向截止電流射極反向截止電流I ICEOCEO（穿透電流）（穿透電流）ICEO受溫度影響很大，當受溫度影響很大，當溫度上升時，溫度上升時，ICEO增加很增加很快，所以快，所以IC也相應增加。也相應增加。三極管的溫度特性較差三極管的溫度特性較差。2.集集- -基極反基極反向截止電流向截止電流ICBOICBO是集電結(jié)反偏由少是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。流，受溫度的變化影響

12、。 ICBO越小越好越小越好 AICBOICBO ICBO134.集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM集電極電流集電極電流IC上升會導致三極管的上升會導致三極管的 值的下降，當值的下降，當 值下降到正常值的三分之二值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為時的集電極電流即為ICM。5.集集-射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓U(BR)CEO當集當集-射極之間的電壓射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是給出的數(shù)值是25 C、基極開路時的擊穿電壓基極開路時的擊穿電壓U(BR)CEO。6. 集電極最大允許功耗集電極最大

13、允許功耗PCM集電極電流集電極電流IC 流過三極管，流過三極管， 會發(fā)熱，會發(fā)熱，此時功率：此時功率： PC =ICUCE導致結(jié)溫導致結(jié)溫 上升，所以上升，所以PC 有限制有限制PC PCMICUCEPC= ICUCEICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)PCM14放大電路的目的是將微弱的變化信號放大電路的目的是將微弱的變化信號不失真的放大不失真的放大amplification成較大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡表示，如圖：電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡表示，如圖：Au2.4 2.

14、4 放大電路放大電路t uiuit uouo三極管基本放大電路三極管基本放大電路共射極放大電路共射極放大電路共基極放大電路共基極放大電路共集電極放大電路共集電極放大電路以共射放大電路為例講以共射放大電路為例講解工作原理解工作原理15 UA大寫字母、大寫下標，表示直流量或直流分量。大寫字母、大寫下標，表示直流量或直流分量。uA小寫字母、大寫下標，表示全量。小寫字母、大寫下標，表示全量。ua小寫字母、小寫下標，表示交流分量。小寫字母、小寫下標，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 符號規(guī)定符號規(guī)定16RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCu

15、oiB2.4.1 2.4.1 共射極放大電路的組成共射極放大電路的組成common-emitter amplification circuitcommon-emitter amplification circuit單電源單電源+信號源信號源+放大電路的本質(zhì)：實現(xiàn)能量的控制，即能量轉(zhuǎn)換。用能量比較小的輸入信號來控制另一個能源，使放大電路的本質(zhì)：實現(xiàn)能量的控制，即能量轉(zhuǎn)換。用能量比較小的輸入信號來控制另一個能源，使輸出端的負載上得到能量比較大的信號。放大的對象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。輸出端的負載上得到能量比較大的信號。放大的對象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。 17放大元件放大元件：i

16、C= iB，工作在，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸入輸出輸出參考點參考點一一 共射極放大電路（雙電源共射極放大電路（雙電源+信號源）信號源）+基極電源與基極電阻：基極電源與基極電阻：使發(fā)射結(jié)使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當?shù)撵o態(tài)工作點。正偏，并提供適當?shù)撵o態(tài)工作點。集電極電源集電極電源：為電路提供能量。：為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻集電極電阻：將變化的電流轉(zhuǎn)：將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。變?yōu)樽兓碾妷骸B+ECEBRCC1C2T耦合電解電容，耦合電解電容，有極性：隔離有極性：隔離直流直流：使放大：使

17、放大電路與信號源電路與信號源以及負載之間以及負載之間的直流通路隔的直流通路隔離。離。交流耦合交流耦合：溝通放大電路溝通放大電路與信號源以及與信號源以及負載之間的交負載之間的交流通路。流通路。18可以省去可以省去共射極放大電路共射極放大電路改進：改進： 采用單電源供電采用單電源供電RB雙電源雙電源+信號源信號源單電源單電源+信號源信號源RB+ECEBRCC1C2T+ui+ECRCC1C2T+ui思考：電源為直流，信號源呢？思考：電源為直流，信號源呢？電源和信號源共同激勵下，各元件上的電壓、電流是直流還是交流？電源和信號源共同激勵下，各元件上的電壓、電流是直流還是交流？19 放大放大電路電路分析分

18、析靜態(tài)分析靜態(tài)分析動態(tài)分析動態(tài)分析估算法估算法圖解法圖解法微變等效電路法微變等效電路法圖解法圖解法2.4.2 2.4.2 放大電路的分析方法放大電路的分析方法靜態(tài)靜態(tài)：輸入端未加輸入信號時，放大電路的工作狀態(tài)。輸入端未加輸入信號時，放大電路的工作狀態(tài)。此時放大電路為此時放大電路為直流電路直流電路。動態(tài)動態(tài)：輸入端加上輸入信號時，放大電路的工作狀態(tài)。輸入端加上輸入信號時，放大電路的工作狀態(tài)。此時放大電路為此時放大電路為交、直流混合電路交、直流混合電路。實際工作實際工作在在動態(tài)動態(tài)情況下情況下：注意注意分析電路中的各電量（電流、電壓）分析電路中的各電量（電流、電壓）為直流電量、交流電量為直流電量、

19、交流電量或或交直流混合電量交直流混合電量。靜態(tài)與動態(tài)靜態(tài)與動態(tài)20直流通路直流通路direct current path：只考慮直流信號的分電路。只考慮直流信號的分電路。除去交流除去交流源、電容相當于開路。源、電容相當于開路。交流通路交流通路alternating current path：只考慮交流信號的分電路。只考慮交流信號的分電路。除除去直流源、電容相當于短路。去直流源、電容相當于短路。信號的不同分量可以分別在不同的通路分析。信號的不同分量可以分別在不同的通路分析。直流通路和交流通路（電容的作用）直流通路和交流通路（電容的作用）放大電路中各點電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加小的交流信號。放

20、大電路中各點電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加小的交流信號。電容對交、直流的作用不同。電容對交、直流的作用不同。當電容量足夠大時，可認為它對對交當電容量足夠大時，可認為它對對交流短路，對直流開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。流短路，對直流開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。21例：共射極放大電路例：共射極放大電路+ +E EC C 單獨作用單獨作用開路開路直流通路，用于靜態(tài)分析直流通路，用于靜態(tài)分析RB+ECRCRB+ECRCC1C2T+開路開路RB+ECRCC1C2T+短路短路uoRBRCRLui交流通路，用于動態(tài)分析交流通路，用于動態(tài)分析除去交流信號源除去交流信號源電容開路電容開路除去直

21、流源除去直流源電容短路電容短路短路短路uiui置零置零置零置零u u i i 單獨作用單獨作用22一、放大電路的靜態(tài)分析一、放大電路的靜態(tài)分析=確定靜態(tài)工作點確定靜態(tài)工作點分析放大電路的直流通路分析放大電路的直流通路RB+ECRCC1C2T+ICQIBQIEQ=IBQ+ICQui=0由于由于+EC的存在的存在IB 0IC 0UCEQUBEQ靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點:由由 (IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )確定。分別對確定。分別對應于輸入、輸出特性曲線應于輸入、輸出特性曲線上的一個點。上的一個點。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ輸入特性輸入特性輸出特性輸出特性23

22、IBUBEBBECBRUEIBCRE7 . 0+EC直流通路直流通路RBRC1 1、估算法、估算法CEOBCIIIUCE=EC ICRCU UBE BE 視三極管類型而定，本例視三極管類型而定，本例中，假設為硅管，則可取中，假設為硅管，則可取0.7V0.7V。解：做出直流通路如圖，解：做出直流通路如圖， 據(jù)此圖進行靜態(tài)估算法分析。據(jù)此圖進行靜態(tài)估算法分析。根據(jù)求的根據(jù)求的 (IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )，可分別在輸入、輸出特性曲線上做出可分別在輸入、輸出特性曲線上做出靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點。24ICUCE輸出特性輸出特性ICUCEECCCREQIB直流通直流通路路RB+ECR

23、C2 2、圖解法、圖解法 在輸入輸出特性上作圖求靜態(tài)工作點在輸入輸出特性上作圖求靜態(tài)工作點Q QIBUBEQIBQUBEQ輸入特性輸入特性BBECBRUEIQ由由UCE 、 IC 、 IB唯一確定唯一確定BBECBRUEI直流負載線與直流負載線與輸出特性的交輸出特性的交點就是點就是Q點，點，但是交點有很但是交點有很多個，到底是多個，到底是哪個？哪個？UCE=EC ICRC ,作直流負載線作直流負載線25例：例：用估算法計算靜態(tài)工作點。用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：已知：EC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。求：靜態(tài)工作點求：靜態(tài)工作點解：解：A40mA04. 030012

24、BCBREImA51040537.IIIBBCV645 . 112CCCCCERIUU請注意電路中請注意電路中IB 和和IC 的數(shù)量級。的數(shù)量級。取取UBE0V，則，則26二、 放大電路的動態(tài)分析放大電路的動態(tài)分析主要目的主要目的：研究放大電路的放大效果：研究放大電路的放大效果三個主要指標：三個主要指標：電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)Au 、輸入電阻輸入電阻 ri 、輸出電阻輸出電阻rooooIUriiiIUriouUUA輸入為正弦交流信號時，輸入為正弦交流信號時，三個主要指標可定義如下：三個主要指標可定義如下：iouUUAiocoUUAsousUUAiiiIUroooIUr+sUioUAoIsRi

25、rorLR信號源信號源放大電路放大電路負載負載iIoUiU放大電路等效圖放大電路等效圖對前級相當于負載對前級相當于負載對后級相當于信號源對后級相當于信號源271 1、微變等效電路分析法、微變等效電路分析法 incremental equivalent circuit analysis思路：思路：把把交流通路交流通路中的三極管線性化，等效為一個線性元件。此中的三極管線性化，等效為一個線性元件。此時，整個放大電路等效為一個線性電路。對其進行分析計算。時，整個放大電路等效為一個線性電路。對其進行分析計算。微變等效電路法的條件：微變等效電路法的條件：在小信號條件下，且三極管工作在放大區(qū)。在小信號條件下

26、，且三極管工作在放大區(qū)。交流通路交流通路RBRCRLuiuobiciiiuirbe ibibiiicuoRBRCRL微變等效電路微變等效電路28iBuBE當信號很小時，將輸入特性在當信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。小范圍內(nèi)近似線性。 uBE iBbbeBBEbeiuiur對輸入的小交流信號而言，三極管相當于電阻對輸入的小交流信號而言，三極管相當于電阻rbe。對于小功率三極管：對于小功率三極管：)mA()mV(26)1 ()(200EbeIrrbe的量級從幾的量級從幾百歐到幾千歐。百歐到幾千歐。（1 1）三極管的微變等效電路）三極管的微變等效電路iCuCE近似平行近似平行 iC uCE

27、從輸出回路看從輸出回路看bBbBcCCiIiIiIi)(所以：所以：bcii(1) 輸出端相當于一個輸出端相當于一個受受ib 控制的電流源控制的電流源。(2) 考慮考慮 uCE對對 iC的影響，輸出端還要的影響，輸出端還要并聯(lián)一個并聯(lián)一個大電阻大電阻rce。rce的含義的含義cceCCEceiuiur從輸入回路看從輸入回路看29ubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效cbe三極管的微變等效電路三極管的微變等效電路微變等效電路微變等效電路30將交流通道中的三極管用微變等效電路代替將交流通道中的三極管用微變等效

28、電路代替:（2）、放大電路的微變等效電路（共射極放大電路）、放大電路的微變等效電路（共射極放大電路）交流通路交流通路RBRCRLuiuobiciiiuirbe ibibiiicuoRBRCRL微變等效電路微變等效電路311 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)voltage amplification factorbebirIULboRIUbeLiourRUUALCLRRR/負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRLiIbIcIoUbIiU2 輸入電阻的計算：輸入電阻的計算：對于為放大電路提供信號的信號源來說，放對于為放大電路提供信號的信號源來說，放大電路是負載，這個負載的

29、大小可以用輸入電阻來表示。大電路是負載，這個負載的大小可以用輸入電阻來表示。beBrR /beriiiIUr一般總是一般總是希望輸入電阻大一些。希望輸入電阻大一些。32計算輸出電阻的方法：計算輸出電阻的方法：(1) 所有電源置零，然后計算電阻（對有受控源的電路不適用）。所有電源置零，然后計算電阻（對有受控源的電路不適用）。(2) 所有獨立電源置零，保留受控源，所有獨立電源置零，保留受控源，加壓求流法。加壓求流法。3 輸出電阻的計算：輸出電阻的計算：對于負載而言，放大電路相當于信號源，可對于負載而言，放大電路相當于信號源，可以將它進行戴維南等效，戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。以將它進行戴維南

30、等效，戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。oUrbeRBRC00iIcIbIbIoICoooRIUr所以：所以：一般總是一般總是希望輸出電阻希望輸出電阻小一些。小一些。33輸入電阻和輸出電阻（一級放大電路）輸入電阻和輸出電阻（一級放大電路）+sUioUAoIsRirorLR信號源信號源放大電路放大電路負載負載iIoUiUsisisisiiUrRIUrRrU1,在在Us和和Rs一定時：一定時：ri大大 則則Ui大大 則則 Uo大：大： ri大則大則Ii小小，可減輕信號源的負擔。，可減輕信號源的負擔。一般希望一般希望ri大一些大一些。輸入電阻輸入電阻input resistance輸出電阻輸出電阻o

31、utput resistance：ooLLiOCoLLiouOCoLLesoLLoArRRUUrRRUUAUrRRUrRRU,ioocesUAUUAo空載電壓放大倍數(shù)空載電壓放大倍數(shù)UoUoc , Au UGS則：則：UG US而：而：IG=0mARURUISGSSD5 . 0VRRIUUDSDDDDS10)(所以：所以：VURRRUDDG5212直流通道直流通道+UDD+20VR1RDRGR2150K50K1M10KRS10KGDSIDUDSIG一、靜態(tài)分析一、靜態(tài)分析66+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KSGR2R1RG

32、DRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDgsugsmugdsuid二、二、 動態(tài)分析動態(tài)分析 微變等效電路微變等效電路67UgsUigsiUU UoUgsgmId=SGR2R1RGRL DRLRD)/(LDgsmoRRUgU= gm UiRL LmuRgA 負號表示輸出輸入反相負號表示輸出輸入反相LmVRgA=-3 （10/10）=-15二、二、 動態(tài)分析動態(tài)分析 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)68ro=RD =10K SGR2R1RGRL DRLRD=1+0.15/0.05=1.0375M R1=150k R2=50k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =3mA/VU

33、DD=20Vrirori=RG+R1/R2gmUgs二、二、 動態(tài)分析動態(tài)分析 輸入電阻、輸出電阻輸入電阻、輸出電阻69uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL150K50K1M10KDSC2G10KR1=150k R2=50k RG=1M RS=10k RL=10k gm =3mA/VUDD=20V三、源極輸出器（共漏極放大電路）三、源極輸出器（共漏極放大電路）靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點: :V5URRRUDD212G =US UGmA5 . 0RURUISGSSD UDS=UDD- US =20-5=15V70uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL150K50K1M10KD

34、SC2G10KiU gsU oU dIgsmUg GR2R1RGSDRLRS微變等效電路微變等效電路71微變等效電路：微變等效電路：iU gsU oUdIgsmUg LgsmgsLgsmioVRUgURUgUUA1Rg1RgLmLm Ui=Ugs+UoUo =Id(RS/RL)=gm Ugs RLGR2R1RGSDRLRS求求AVgR2R1RGsdRLRSriri=RG+R1/R2求求ri除源除源ui =072求求ro加壓求流法加壓求流法mgsmgsdoog1UgUIUr SooR/rr gsU oU dI gsmUg ro ro =RS1+gm RSIogR2R1RGsRS代入數(shù)代入數(shù)值計算

35、值計算ri=RG+R1/R2=3 (10/10) /1+3 (10/10) =0.94 =RS1+gm RSro=10/(1+3 10)=0.323 k =1+0.15/0.05=1.0375 M AV=gm RL1+gm RL73耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合。直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合。耦合：耦合：即信號的傳送。即信號的傳送。多級放大電路對耦合電路要求：多級放大電路對耦合電路要求：1. 靜態(tài)：保證各級靜態(tài)：保證各級Q點設置點設置2. 動態(tài)動態(tài): 傳送信號。傳送信號。第一級第一級放大電路放大電路輸輸 入入 輸輸 出出第二級第二級放大電路放大電路第第 n 級級放大電路放

36、大電路 第第 n-1 級級放大電路放大電路功放級功放級要求：要求：波形不失真波形不失真，減少壓降損失。，減少壓降損失。 2.7 2.7 多級放大電路及耦合方式多級放大電路及耦合方式74設設: 1= 2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k 典型電路典型電路 oirrA、求：前級前級后級后級+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU75關鍵關鍵: :考慮級間影響。考慮級間影響。1. 靜態(tài)靜態(tài): Q點同單級。點同單級。2. 動態(tài)性能動態(tài)性能:方法方法:ri2 = RL1ri221

37、ioUU+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iU性能分析性能分析76考慮級間影響考慮級間影響2ri , ro : 概念同單級概念同單級1riro2112uussoiosousAAUUUUUUAri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iU77微變等效電路微變等效電路: :ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1

38、RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iURE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror781. ri = R1 / rbe1 +（ +1)RL1其中其中: : RL1 = RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe2=RE1/RL1 = RE1/ri2= 27 / 1.7 1.7k ri =1000/(2.9+511.7) 82k 2. ro = RC2= 10k RE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror793. 中頻電壓放大倍數(shù)中頻電壓放大倍數(shù):其中：其中：

39、11usiiusARrrA968. 07 . 1519 . 27 . 151) 1() 1(111111LbeLuRrRA778. 0968. 02082821111uSiiusARrrARE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror80147711010502222.)/(rRAbeLuRE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror4114778014721.AAAuusus81多級阻容耦合放大器的特點：多級阻容耦合放大器的特點：(1) 由于電容的隔直作用，各級放大器的靜態(tài)工作由于電容的隔

40、直作用，各級放大器的靜態(tài)工作點相互獨立，分別估算。點相互獨立，分別估算。(2) 前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。(3) 后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。(4) 總電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)=各級放大倍數(shù)的乘積。各級放大倍數(shù)的乘積。(5) 總輸入電阻總輸入電阻 ri 即為第一級的輸入電阻即為第一級的輸入電阻ri1 。(6) 總輸出電阻即為最后一級的輸出電阻?？傒敵鲭娮杓礊樽詈笠患壍妮敵鲭娮琛?2例如：運算放大器輸入端輸入端輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級輸出端輸出端偏置電路偏置電路輸入級：輸入級：盡量減小

41、零點漂移抑制干擾信號盡量減小零點漂移抑制干擾信號, ,盡量提高盡量提高 KCMRR , ,輸入阻抗輸入阻抗 ri 盡可能大。都采用差分放大電路。盡可能大。都采用差分放大電路。中間級：進行電壓放大，要求電壓放大倍數(shù)高。一般采用共射中間級：進行電壓放大，要求電壓放大倍數(shù)高。一般采用共射極放大電路。極放大電路。輸出級：輸出級：主要提高帶負載能力，給出足夠的輸出電流主要提高帶負載能力，給出足夠的輸出電流和電壓和電壓 。即輸出阻抗即輸出阻抗 ro小。一般由互補對稱電路或射極輸出器構成小。一般由互補對稱電路或射極輸出器構成偏置電路：為各級電路建立合適的靜態(tài)工作點，一般由各種偏置電路：為各級電路建立合適的靜

42、態(tài)工作點，一般由各種恒流源電路構成恒流源電路構成83uiRC1R1T12.8 2.8 差動放大電路差動放大電路differential amplification circuitdifferential amplification circuit增加增加R2 、RE2 : 用于設置合適的用于設置合適的Q點。點。問題問題 1 :前后級前后級Q點相互影響。點相互影響。+UCCuoRC2T2R2RE2直接耦合多級放大電路的特殊問題直接耦合多級放大電路的特殊問題問題問題 2 :零點漂移零點漂移zero drift前一級的溫漂將作為后前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得一級的輸入信號，使得當當 ui

43、 等于零時，等于零時， uo不等不等于零。于零。uot0有時會將信有時會將信號淹沒號淹沒84一、結(jié)構一、結(jié)構特點：特點：結(jié)構對稱。結(jié)構對稱。優(yōu)點優(yōu)點：可以抑制零點漂移。：可以抑制零點漂移。2.8.12.8.1差動（差分）放大電路原理差動（差分）放大電路原理uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2uo= UC1 - UC2 = 0uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0當當 ui1 = ui2 =0 時：時：當溫度變化時：當溫度變化時：二、二、 抑制零點漂移的原理抑制零點漂移的原理共模輸入信號：共模輸入信號： ui1 = ui2 = uC （大小相等，極性相

44、同）（大小相等，極性相同）理想情況：理想情況：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0 共模電壓放大倍數(shù)：共模電壓放大倍數(shù)：（很小，（很小，1)設設uC1 =UC1 + uC1 ， uC2 =UC2 + uC2 。因因ui1 = -ui2， uC1 =- uC2 uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2 uC1 差模電壓放大倍數(shù)：差模電壓放大倍數(shù)：1212ioiioduuuuuA+UCC五、共模抑制比五、共模抑制比(CMRR) Common Mode Rejection Ratio KCMRR =KCMRR (dB) =(分貝分貝)cdAAcdAAlog20例例: Ad

45、=-200， Ac=0.1； KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB86一、結(jié)構一、結(jié)構為了使左右平衡，可設置調(diào)零電位器為了使左右平衡，可設置調(diào)零電位器: 2.8.2 2.8.2 典型差動放大電路分析典型差動放大電路分析特點：特點：加入射極電阻加入射極電阻RE ；加入負電源；加入負電源 -EE ，采用，采用正負雙電源供電正負雙電源供電。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REEERPRP雙電源的作用：雙電源的作用：（1）使信號變化幅度加大。）使信號變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負電源由負電源-EE提供。提供。87溫度溫度TICIEUEUBEIBICRE的作

46、用的作用 設設ui1 = ui2 = 0自動穩(wěn)定自動穩(wěn)定RE 具有強負反饋作用具有強負反饋作用 抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REEE二、二、 靜態(tài)分析靜態(tài)分析EEECR2EIIRP很小，略去。很小，略去。 RBIB + UBE+2 REIE =EEEECBR2EIIEECCECCCEIRIREUU2加入加入RE可獲得穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。可獲得穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。881. 輸入信號分類輸入信號分類(1)差模差模(differential mode)輸入輸入ui1 = -ui2= ud(2)共模共模( common mod

47、e) 輸入輸入ui1 = ui2 = uC差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù)doddUUA共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)coccUUA三、三、 動態(tài)分析動態(tài)分析結(jié)論：結(jié)論：任意輸入信號任意輸入信號: ui1 , ui2 ，都可分解成差模分量和共模分量。，都可分解成差模分量和共模分量。差模分量差模分量:221iiduuu共模分量共模分量:221iicuuu注意：注意：ui1 = uC + ud ；ui2 = uC - ud例例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV 則：則：ud = 5mV , uc = 15mV 89RE 對差模信號對差模信號有無有無作用作用？ ui1 ui2i

48、b1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1+ ie2 = 0uRE = 0 RE對差模信號對差模信號不起不起作用作用差模信號差模信號？diiuuu211diiuuu212uo+UCCRCT1RBRCT2RBREEERRuiib2ib1ic2ic1iRE90差模信號通路差模信號通路T1單單邊微邊微變等變等效電效電路路uod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E單邊差模放大倍數(shù)單邊差模放大倍數(shù):111iodduuA11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiRiA21

49、ddAA9121221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA若差動電路帶負載若差動電路帶負載RL (接在接在 C1 與與 C2 之間之間), 對于差動信號而言，對于差動信號而言，RL中點電位為中點電位為 0, 所以放大倍數(shù)：所以放大倍數(shù)：121)21(beBLCdddrRR/RAAA即：總的差動電壓即：總的差動電壓放大倍數(shù)為：放大倍數(shù)為：差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù):iodduuA RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E922.8.4 2.8.4 差放電路的輸入、輸出的幾種接法差放電路的輸入、輸出的幾種接法輸入端輸入端 接法

50、接法雙端雙端單端單端輸出端輸出端 接法接法雙端雙端單端單端雙端輸入雙端輸出：雙端輸入雙端輸出：Ad = Ad1雙端輸入單端輸出：雙端輸入單端輸出：121ddAA ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE93雙端輸出：雙端輸出：Ad = Ad1單端輸出：單端輸出：121ddAA 對對Ad而言，雙端而言，雙端輸入與單端輸入輸入與單端輸入效果是一樣的。效果是一樣的。ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE ib2 ib1ud = 0.5ui , uc = 0雙端輸入：雙端輸入：ui1 = -ui2 =0.5ui22212

51、1iiciiduuuuuuud = 0.5ui , uc = 0.5ui 單端輸入：單端輸入：ui1 =-ui ，ui2 = 094差動放大電路的應用差動放大電路的應用常用做多級放大電路的輸入級。常用做多級放大電路的輸入級。原因：可抑制零點漂移。原因：可抑制零點漂移。2.9 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 P8595(1) 在不失真的情況下輸出盡可能大的功率。功率放大電路中電流、在不失真的情況下輸出盡可能大的功率。功率放大電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCM

52、UCEMIcuce1 1 對功率放大電路的基本要求對功率放大電路的基本要求2.10 2.10 互補對稱功率放大電路互補對稱功率放大電路complementary symmetry amplification circuitcomplementary symmetry amplification circuit(2) 電流、電壓信號比較大，電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。必須注意防止波形失真。(3) 電源提供的能量盡可能地轉(zhuǎn)電源提供的能量盡可能地轉(zhuǎn)換給負載，以減少晶體管及換給負載，以減少晶體管及線路上的損失。即注意提高線路上的損失。即注意提高電路的效率（電路的效率（ ）。）。%100

53、PPEOOOOIUP )AV(CCCEIUP PO : 負載上得到的交流信號功率。負載上得到的交流信號功率。PE ：直流電源提供的平均功率。：直流電源提供的平均功率。96放大電路的三種工作狀態(tài)放大電路的三種工作狀態(tài)甲類放大：甲類放大：1. 晶體管在輸入電壓的整個周期內(nèi)都處于放大狀態(tài)，前晶體管在輸入電壓的整個周期內(nèi)都處于放大狀態(tài)，前述各種放大電路中的晶體管都為甲類放大。述各種放大電路中的晶體管都為甲類放大。2. 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點Q大致在大致在負載線的中點。負載線的中點。3.波形基本無失真。波形基本無失真。乙類放大：乙類放大： 1. 晶體管在輸入電壓的半個周期內(nèi)都處于放大狀態(tài)。晶體管在輸入電壓的半個周期內(nèi)都處于放大狀態(tài)。 2. 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點Q下移到下移到IC約等于約等于0處處 。 3.波形失真最嚴重。波形失真最嚴重。甲乙類放大：甲乙類放大： 1. 晶體管在輸入電壓的半個多周期內(nèi)都處于放大狀態(tài)晶體管在輸入電壓的半個多周期內(nèi)都處于放大狀態(tài)。 2. 靜態(tài)工作點沿負載線下移。靜態(tài)工作點沿負載線下移。 3. 波形失真嚴重。波形失真嚴重。uo的取值范圍的取值范圍QIcuCEUSC直流負載線直流負載線靜態(tài)工作點：靜態(tài)工作點：QSCmaxoU5 . 0U較小放大電路的輸出沒有失真放大電路的輸出沒有失真的工作方式稱為的工作方式稱為甲類放大甲類放大。97辦法二：