電工學(xué)簡明教程第10章基本放大電路

1、第第10章基本放大電路章基本放大電路第第 10 章章 基本放大電路基本放大電路第第10章基本放大電路章基本放大電路第第 10 章基本放大電路章基本放大電路10.1共發(fā)射極放大電路的組成共發(fā)射極放大電路的組成10.2共發(fā)射極放大電路的分析共發(fā)射極放大電路的分析10.3靜態(tài)工作點的穩(wěn)定靜態(tài)工作點的穩(wěn)定10.4射極輸出器射極輸出器*10.5差分放大電路差分放大電路10.6互補對稱放大電路互補對稱放大電路*10.7場效晶體管及其放大電路場效晶體管及其放大電路第第10章基本放大電路章基本放大電路10.1共發(fā)射極放大電路的組成共發(fā)射極放大電路的組成電路中各元件的作用：電路中各元件的作用：C1RS+ui R

2、CRB+UCCC2RL+es +uo +iB+ uBE iC+uCE T晶體管晶體管 T晶體管是晶體管是電流電流放大元件，在集電極電路獲得放放大元件，在集電極電路獲得放大了的電流大了的電流 iC ，該電流受輸入信號的控制。該電流受輸入信號的控制。集電極電源電壓集電極電源電壓 UCC電源電壓電源電壓 UCC 除為輸除為輸出信號提供能量外，它還出信號提供能量外，它還保證集電結(jié)處于反向偏置，保證集電結(jié)處于反向偏置，以使晶體管具有放大作用。以使晶體管具有放大作用。第第10章基本放大電路章基本放大電路C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iB+ uBE iC+uCE T 集電極負載電

3、阻集電極負載電阻 RC將將 iC 的變化變換為的變化變換為 uC 的變化，實現(xiàn)的變化，實現(xiàn)電壓放大電壓放大。偏置電阻偏置電阻 RB它的作用是提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流，以它的作用是提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流，以使放大電路獲得合適的工作點，并使發(fā)射結(jié)處于正向偏置。使放大電路獲得合適的工作點，并使發(fā)射結(jié)處于正向偏置。耦合電容耦合電容 C1 和和 C2 1起隔直作用起隔直作用；2起交流耦合的作起交流耦合的作用，即對交流信號可視用，即對交流信號可視為短路。為短路。第第10章基本放大電路章基本放大電路10.2共發(fā)射極放大電路的分析共發(fā)射極放大電路的分析10.2.1靜態(tài)分析靜態(tài)分析放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)

4、稱為放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為。靜態(tài)分析。靜態(tài)分析是要確定放大電路的靜態(tài)值是要確定放大電路的靜態(tài)值( (直流值直流值) ) IB ， IC ， UBE 和和 UCE。1. 用放大電路的直流通路確定靜態(tài)值用放大電路的直流通路確定靜態(tài)值RCRB+UCCIB+ UBE IC+UCE T 可用右圖所示的直流通路來計可用右圖所示的直流通路來計算靜態(tài)值算靜態(tài)值第第10章基本放大電路章基本放大電路RCRB+UCCIB+ UBE IC+UCE TBCCBBECCBRURUUIBCII CCCCCEIRUU硅管的硅管的 UBE 約為約為 0.6 V，比比UCC 小得多小得多，可以忽略不計?？梢院雎圆挥?/p>

5、。 例例 1 在在共發(fā)射極基本交流放大電路中共發(fā)射極基本交流放大電路中，已知已知 UCC = 12 V，RC = 4 k ， RB = 300 k ， 。試求。試求放大電路的靜態(tài)值。放大電路的靜態(tài)值。5 .37 解解 CB37.50.04 mA1.5 mAII 33CECCC C(12 4 101.5 10 )V6VUUR I CCB3B12A40A300 10UIR 第第10章基本放大電路章基本放大電路2用圖解法確定靜態(tài)值用圖解法確定靜態(tài)值根據(jù)根據(jù)直線方程直線方程UCE = UCC RCIC可得出：可得出：IC = 0 時時， UCE = UCC CCCCCE0RUIU 時時，圖解過程圖解過

6、程說明說明:在晶體管的輸出特性曲線組上作出一直線，它稱為直流在晶體管的輸出特性曲線組上作出一直線，它稱為直流負載線，與晶體管的某條負載線，與晶體管的某條( (由由 IB 確定確定) )輸出特性曲線的交點輸出特性曲線的交點 Q 稱為放大電路的靜態(tài)工作點，由它確定放大電路的電壓和電稱為放大電路的靜態(tài)工作點，由它確定放大電路的電壓和電流的靜態(tài)值。流的靜態(tài)值。基極電流基極電流 IB 的大小不同，靜態(tài)工作點在負載線上的位置的大小不同，靜態(tài)工作點在負載線上的位置也就不同，改變也就不同，改變 IB 的大小，可以得到合適的靜態(tài)工作點，的大小，可以得到合適的靜態(tài)工作點， IB稱為偏置電流，簡稱偏流。通常是改變稱

7、為偏置電流，簡稱偏流。通常是改變 RB 的阻值來調(diào)整的阻值來調(diào)整 IB的大小。的大小。 第第10章基本放大電路章基本放大電路0IB = 0 A20A40 A60 A80 A123UCCRCN24681012UCCMQ直流負載線直流負載線圖解過程圖解過程: :IC / mAUCE /VQ1Q2第第10章基本放大電路章基本放大電路 例例 2 在在共發(fā)射極基本交流放大電路中共發(fā)射極基本交流放大電路中，已知已知 UCC = 12 V，RC = 4 k ， RB = 300 k ，晶體管的輸出特性曲線如上圖。晶體管的輸出特性曲線如上圖。( (1) )作出直流負載線，作出直流負載線，( (2) )求靜態(tài)值

8、。求靜態(tài)值。 解解 ( (1) ) 由由 IC = 0 時，時， UCE = UCC = 12 V，和，和 UCE = 0 時，時， mA3A104123CCCC RUI可作出直流負載線可作出直流負載線( (2) )由由CCB3B12A40A300 10UIR 得出靜態(tài)工作點得出靜態(tài)工作點 Q，靜態(tài)值為，靜態(tài)值為IB = 40 AIC = 1.5 mAUCE = 6 V第第10章基本放大電路章基本放大電路0IB = 0 A20A40 A60 A80 A1231.524681012MQ靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點求得靜態(tài)值為：求得靜態(tài)值為：IB = 40 A ，IC = 1.5 mA，UCE = 6 V

9、IC / mAUCE /VN第第10章基本放大電路章基本放大電路10.2.2動態(tài)分析動態(tài)分析放大電路有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。放大電路有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。動態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后，分析信號的傳輸情況動態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后，分析信號的傳輸情況。確定放大電路的確定放大電路的電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) Au ；輸入電阻輸入電阻 ri ； 輸入電阻輸入電阻 ro 。動態(tài)分析的兩種基本分析方法：動態(tài)分析的兩種基本分析方法：微變等效電路法微變等效電路法和和圖解法圖解法。第第10章基本放大電路章基本放大電路1微變等效電路法微變等效電路法晶體管在小信號晶體管在小信號( (微變量微變量) )情

10、況下工作時情況下工作時，可以在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地可以在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替晶體管的特性曲線代替晶體管的特性曲線， 晶體管就可以等效為一個線性元件。晶體管就可以等效為一個線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所組成的放大電路這樣就可以將非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個線性電路。等效為一個線性電路。第第10章基本放大電路章基本放大電路( (1) )晶體管的微變等效電路晶體管的微變等效電路 IB UBE在晶體管的輸入特性曲線上，將在晶體管的輸入特性曲線上，將工作點工作點 Q 附近的工作段近似地看成附近的工作段近似地看成直線，當(dāng)直線，當(dāng) UCE 為常

11、數(shù)時，為常數(shù)時， UBE 與與 IB 之比之比CECEbbeBBEbeUUiuIUr 稱為晶體管的輸入電阻，在小信號的稱為晶體管的輸入電阻，在小信號的條件下，條件下，rbe 是一常數(shù)，由它確定是一常數(shù)，由它確定 ube 和和 ib 之間的關(guān)系。因此，晶體管的之間的關(guān)系。因此，晶體管的輸入電路可用輸入電路可用 rbe 等效代替。等效代替。OIB UBE UCEIB Q第第10章基本放大電路章基本放大電路低頻小功率晶體管輸入電阻的常用下式估算低頻小功率晶體管輸入電阻的常用下式估算beE26(mV)200()(1)(mA)rI Rbe 是對交流而言的一個是對交流而言的一個 動態(tài)動態(tài) 電阻。電阻。動態(tài)

12、動態(tài)第第10章基本放大電路章基本放大電路 IB ICQIC UCE ICUCE晶體管輸出特性曲線是一組近似等距離的平行直線，當(dāng)晶體管輸出特性曲線是一組近似等距離的平行直線，當(dāng) UCE 為常數(shù)時，為常數(shù)時， IC 與與 IB 之比為之比為 。 CECEbcBCUUiiII 即為晶體管的電流即為晶體管的電流放大系數(shù)，在小信號的放大系數(shù)，在小信號的條件下，條件下， 是一常數(shù)，是一常數(shù)，由它確定由它確定 ic 受受 ib 的控制的控制關(guān)系。關(guān)系。因此，晶體管的輸出電路可用一受控電流源因此，晶體管的輸出電路可用一受控電流源 ic = ib 等效代替。等效代替。第第10章基本放大電路章基本放大電路UCE

13、IC UCEQIC IBICUCE晶體管的輸出特性曲線不完全與橫軸平行。晶體管的輸出特性曲線不完全與橫軸平行。BBcceCCEceIIiuIUr 在小信號的條件下，在小信號的條件下，rce 也是一常數(shù)，在等效電也是一常數(shù)，在等效電路中與路中與 ib 并聯(lián)，由于并聯(lián)，由于 rce的阻值很高，可以將其看的阻值很高，可以將其看成成開路開路。當(dāng)當(dāng) IB 為常數(shù)時，為常數(shù)時， UCE 與與 IC 之比之比稱為晶體管的稱為晶體管的輸出輸出電阻。電阻。第第10章基本放大電路章基本放大電路由以上分析可得出晶體管的由以上分析可得出晶體管的簡化簡化微變微變等效電路等效電路。CBE+ube +uce icibTib

14、 ibBECicrbe +uce +ube 第第10章基本放大電路章基本放大電路( (2) )放大電路的微變等效電路放大電路的微變等效電路對交流對交流( (動態(tài)動態(tài)) )分量分量而言，電容而言，電容、直流電源直流電源也可以認為是短路。也可以認為是短路。 C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iBiCT基本放大電路基本放大電路可可畫出放大電路的畫出放大電路的交流交流通路。通路。第第10章基本放大電路章基本放大電路+ube TRCiiibicRLRSRBEBC+ui +es +uo +uce 將交流通路中的晶體管用其微變等效電路來代替，即得將交流通路中的晶體管用其微變等效電路來

15、代替，即得到放大電路的微變等效電路。到放大電路的微變等效電路。交流通路交流通路第第10章基本放大電路章基本放大電路rbe EBCRCRLRBRSiiib+ui +es +uo ui = ubeuo = uceic ib基本放大器的微變等效電路基本放大器的微變等效電路第第10章基本放大電路章基本放大電路當(dāng)輸入的是正弦信號時，各電壓和電流都可用相量表示。當(dāng)輸入的是正弦信號時，各電壓和電流都可用相量表示。( (3) )電壓放大倍數(shù)的計算電壓放大倍數(shù)的計算rbe EBCRCRLRBRSoUbIcIbIiI+ + sE+ LR由上圖可列出由上圖可列出bbeiIrUbLcLoIRIRU 式中式中LCL/

16、RRR iU第第10章基本放大電路章基本放大電路故放大電路的電壓放大倍數(shù)故放大電路的電壓放大倍數(shù)oLibeuURAUr 當(dāng)放大電路輸出端開路當(dāng)放大電路輸出端開路( (未接未接 RL ) )時時CbeuRAr 可見可見， 接入接入 RL，電壓放大倍數(shù)，電壓放大倍數(shù)降降低。低。 例例 3 在在共發(fā)射極基本交流放大電路中共發(fā)射極基本交流放大電路中，已知已知 UCC = 12V，RC = 4 k ， RB = 300 k ，。試求電壓放大倍數(shù)，。試求電壓放大倍數(shù) Au。5 .37 解解 在例在例 10.2.1 中已求出中已求出ECmA1.5II be26(mV)200()(37.51)0.867 k1

17、.5(mA)r 第第10章基本放大電路章基本放大電路LCL/2kRRR 所以所以Lbe237.586.50.867uRAr ( (4) )放大電路輸入電阻的計算放大電路輸入電阻的計算放大電路對信號源放大電路對信號源( (或?qū)η凹壏糯箅娐坊驅(qū)η凹壏糯箅娐? )來說，是一個負載，來說，是一個負載，可用一個電阻來等效代替。這個電阻是信號源的負載電阻，也可用一個電阻來等效代替。這個電阻是信號源的負載電阻，也就是放大電路的輸入電阻就是放大電路的輸入電阻 ri ，即，即iUrI 它是對交流信號而言的一個它是對交流信號而言的一個動態(tài)動態(tài)電阻。電阻。第第10章基本放大電路章基本放大電路iUrI 如果放大電路的

18、輸入電阻較小如果放大電路的輸入電阻較?。旱谝坏谝?，將從信號源取用較將從信號源取用較大的電流，從而增加信號源的負擔(dān)；大的電流，從而增加信號源的負擔(dān)；第二第二，經(jīng)過內(nèi)阻，經(jīng)過內(nèi)阻 Rs 和和 ri 的分壓，使實際加到放大電路的輸入電壓的分壓，使實際加到放大電路的輸入電壓 ui 減小，從而減小輸減小，從而減小輸出電壓；出電壓；第三第三，后級放大電路的輸入電阻，就是前級放大電路，后級放大電路的輸入電阻，就是前級放大電路的負載電阻，從而將會降低前級放大電路電壓放大倍數(shù)。因此，的負載電阻，從而將會降低前級放大電路電壓放大倍數(shù)。因此，通常希望放大電路的輸入電阻能高一些通常希望放大電路的輸入電阻能高一些。以共

19、發(fā)射極基本放大電路為例，其輸入電阻為以共發(fā)射極基本放大電路為例，其輸入電阻為bebeBi/rrRr 共發(fā)射極基本放大電路的輸入電阻基本上等于晶體管的輸共發(fā)射極基本放大電路的輸入電阻基本上等于晶體管的輸入電阻，是不高的。入電阻，是不高的。注意：注意： ri 與與 rbe 意義不同不能混淆。意義不同不能混淆。第第10章基本放大電路章基本放大電路( (5) )放大電路輸出電阻的計算放大電路輸出電阻的計算放大電路對放大電路對負載負載( (或?qū)蠹壏糯箅娐坊驅(qū)蠹壏糯箅娐? )來說來說，是一個信號源，是一個信號源。其內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻其內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻 ro ，它也是一個動態(tài)電阻。，它

20、也是一個動態(tài)電阻。 如果放大電路的輸出電阻較大如果放大電路的輸出電阻較大( (相當(dāng)于信號源的內(nèi)阻較大相當(dāng)于信號源的內(nèi)阻較大) )。當(dāng)負載變化時，輸出電壓的變化較大，也就是放大電路帶當(dāng)負載變化時，輸出電壓的變化較大，也就是放大電路帶負載的能力較差。負載的能力較差。因此，因此，通常希望放大電路輸出級的輸出電阻通常希望放大電路輸出級的輸出電阻小小一些一些。放大電路的輸出電阻可在信號源短路和輸出端開放大電路的輸出電阻可在信號源短路和輸出端開路的條件下求得。從基本放大電路的微變等效電路看，當(dāng)路的條件下求得。從基本放大電路的微變等效電路看，當(dāng)，電流源相當(dāng)于開路，故，電流源相當(dāng)于開路，故) )( (0i U

21、ibcb000UIII ，時時，CoRr RC 一般為幾千歐，因此，共發(fā)射極放大電路的輸出電阻較高。一般為幾千歐，因此，共發(fā)射極放大電路的輸出電阻較高。第第10章基本放大電路章基本放大電路*2圖解法圖解法首先在輸入特性上作圖，由輸入信號首先在輸入特性上作圖，由輸入信號 ui 確定基極電確定基極電流的變化量流的變化量 ib ，再在輸出特性上作圖，得到交流分量，再在輸出特性上作圖，得到交流分量 ic 和和uce 即即( (uo) )。由圖解分析可得出由圖解分析可得出：( (1) ) 交流信號的傳輸情況交流信號的傳輸情況：ibebcoceuuiiuu即即即即( () )( () )第第10章基本放大

22、電路章基本放大電路0uBE/VQ1QQ2604020006040200.580.60.62UBEttiB / A在輸入特性上作圖在輸入特性上作圖(ui )uBE/ViB / AIB(ib)第第10章基本放大電路章基本放大電路0IB = 40 A2060803Q1. 5612N0Mt00Q22.250.752.251.50.75IC39369交流負載線交流負載線接負載后，接負載后，Uom減小減小，Au下降。下降。 tQ1空載輸出電壓空載輸出電壓iC / mAuCE/VuCE/ViC / mA(ic)UCEuo = uce直直流負載線流負載線1Q 2Q 第第10章基本放大電路章基本放大電路( (2

23、) )電壓和電流都含有直流分量和交流分量電壓和電流都含有直流分量和交流分量，即即bBBiIi beBEBEuUu ceCECEuUu cCCiIi ( (3) ) 輸入信號電壓輸入信號電壓 ui 和輸出電壓和輸出電壓 uo 相位相反。相位相反。( (4) )失真現(xiàn)象失真現(xiàn)象失真是指輸出信號的波形不像輸入信號的波形。失真是指輸出信號的波形不像輸入信號的波形。原因：原因：1靜態(tài)工作點不合適：靜態(tài)工作點不合適：Q 點過低點過低，截止失真；截止失真；Q 點過高點過高，飽和失真。飽和失真。2信號太大，信號太大，超出了特性曲線上的線性范圍。稱為非線性失真。超出了特性曲線上的線性范圍。稱為非線性失真。第第1

24、0章基本放大電路章基本放大電路第第10章基本放大電路章基本放大電路10.3靜態(tài)工作點的穩(wěn)定靜態(tài)工作點的穩(wěn)定由于某種原因，例如溫度的變化，將使集電極電流的靜態(tài)由于某種原因，例如溫度的變化，將使集電極電流的靜態(tài)值值 IC 發(fā)生變化，從而影響靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。上一節(jié)所討論的發(fā)生變化，從而影響靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。上一節(jié)所討論的基本放大電路偏置電流基本放大電路偏置電流BCCBBECCBRURUUI 當(dāng)當(dāng) RB 一經(jīng)選定一經(jīng)選定后，后，IB 也就固定不變，也就固定不變，稱為固定偏置放大電稱為固定偏置放大電路，它不能穩(wěn)定路，它不能穩(wěn)定 Q 點。點。 +UCCRCC1C2TRLRE+CE+RB1RB2RS+ui

25、 +es +uo iBiC+uCE + uBE 分壓式偏置放大電路分壓式偏置放大電路 放大電路不僅要有合適的靜態(tài)工作點放大電路不僅要有合適的靜態(tài)工作點 Q，而且要保持，而且要保持 Q 點點的穩(wěn)定的穩(wěn)定。為此，常采用為此，常采用分分壓壓式偏置放大電路。式偏置放大電路。第第10章基本放大電路章基本放大電路+UCCRCTRERB1RB2IBIC+UCE + UBE I1I2IE直流通路直流通路由直流通路可列出由直流通路可列出B21III若使若使B2II 則則B2B1CC21RRUII 基極電位基極電位CCB2B1B22B2BURRRIRV 可認為可認為 VB 與晶體管的參數(shù)與晶體管的參數(shù)無關(guān)，不受溫

26、度影響，而僅為無關(guān)，不受溫度影響，而僅為 RB1 和和 RB2 的分壓電路所固定的分壓電路所固定。 EEBEBBEIRVVVU 若使若使VB UBE則則EBEBEBECRVRUVII 第第10章基本放大電路章基本放大電路因此，只要滿足因此，只要滿足 I2 IB 和和 VB UBE 兩個條件，兩個條件， VB 和和 IE或或 IC 就與晶體管的參數(shù)幾乎無關(guān)，不受溫度變化的影響，使靜就與晶體管的參數(shù)幾乎無關(guān)，不受溫度變化的影響，使靜態(tài)工作點能得以基本穩(wěn)定。對硅管而言，在估算時一般可取態(tài)工作點能得以基本穩(wěn)定。對硅管而言，在估算時一般可取 I2 = (5 10) IB 和和 VB = (5 10)UB

27、E 。這種電路穩(wěn)定工作點的實質(zhì)是這種電路穩(wěn)定工作點的實質(zhì)是：當(dāng)溫度升高引起當(dāng)溫度升高引起 IC 增大增大時，發(fā)射極電阻時，發(fā)射極電阻 RE 上的電壓降增大，使上的電壓降增大，使 UBE 減小，從而使減小，從而使 IB 減小，以限制減小，以限制 IC 的增大的增大，工作點得以穩(wěn)定。工作點得以穩(wěn)定。電容電容 CE 的作用是使交流旁路，防止的作用是使交流旁路，防止 RE 上產(chǎn)生交流電壓降上產(chǎn)生交流電壓降降低電壓放大倍數(shù)，降低電壓放大倍數(shù)，CE 稱為交流旁路電容。稱為交流旁路電容。 例例 1 在在分壓式偏置放大電路中分壓式偏置放大電路中，已知已知 UCC = 12V，RC = 2 k ，RE = 2

28、k ，RB1 = 20 k ，RB2 = 10 k ，RL= 6 k ，晶體管的。晶體管的。( (1) )試求靜態(tài)值；試求靜態(tài)值；( (2) )畫出微變等效電路；畫出微變等效電路；( (3) )計算該電路的計算該電路的 Au， ri 和和 ro 。37.5 解解 ( (1) )B2BCCB1B21012 V4 V2010RVURR 第第10章基本放大電路章基本放大電路mA7 . 1A1026 . 043EBEBEC RUVIIV2 . 5V107 . 110)22(12)(33CECCCCE IRRUU( (2) )rbe EBCRCRLRB2RSoUbIcIbI iI+ + sE+ RB1i

29、UB2BCCB1B21012 V4 V2010RVURR 第第10章基本放大電路章基本放大電路( (3) )mA()mV(26)1()(200EbeIr Lbe2 62637 571 20 79uRA.r. k0.79bebeB2B1ir/r/RRr k2CoRr26(mV)200() (137.5)0.79k1.7(mA) 第第10章基本放大電路章基本放大電路10.4射極輸出器射極輸出器10.4.1靜態(tài)分析靜態(tài)分析射極輸出器射極輸出器是從發(fā)射極輸出。在接法上是一個共集電極電是從發(fā)射極輸出。在接法上是一個共集電極電路。路。10.4.1靜態(tài)分析靜態(tài)分析RERB+UCCIB+ UBE +UCE T

30、ICIE直流通路直流通路C1RS+ui RERB+UCCC2RL+es +uo +iB+ uBE iE+uCE T射極輸出器射極輸出器用直流通路確定靜態(tài)值用直流通路確定靜態(tài)值EBCBBB(1)IIIIII 第第10章基本放大電路章基本放大電路EBBECCB)(1RRUUI EECCCEIRUU 10.4.2動態(tài)分析動態(tài)分析rbe EBRERLRBRSoUbIcIbIiI+ + sE+ CeIiU由射極輸出器的微變等效電路可得出由射極輸出器的微變等效電路可得出1電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)oLeLb(1)UR IR I LEL/ RRR 式式中中bLbbeeLbbei)1(IRIrIRIrU 第第1

31、0章基本放大電路章基本放大電路LbeLbLbbebLio)1()1()1()1(RrRIRIrIRUUAu 相相等等，兩兩者者同同相相，大大小小基基本本，故故因因iOLe)1(UURr 。，但恒小于，但恒小于接近接近，即，即略小于略小于但但11iOuAUU2輸入電阻輸入電阻 LbeBi)1(/RrRr 射極輸出器的輸入電阻很高。射極輸出器的輸入電阻很高。3輸出電阻輸出電阻rbe EBRERBRSoUbIoIbI + eI計算計算 ro 的等效電路的等效電路C右圖中將信號源短路，右圖中將信號源短路，保留其內(nèi)阻保留其內(nèi)阻 RS ， RS 與與 RB 并聯(lián)后的等效電阻為并聯(lián)后的等效電阻為 R S 。

32、在輸出端將在輸出端將 RL 取去，外加取去，外加一交流電壓一交流電壓，產(chǎn)生電流，產(chǎn)生電流。oUoI第第10章基本放大電路章基本放大電路EoSbeoSbeoebboRURrURrUIIII )()1()(111SbeESbeEESbeoooRrRRrRRRrIUr 1)()1(SbeE ，通常通常RrR SbeoRrr 故故例如，例如， = 40，rbe= 0.8 k ，RS = 50 ， RB = 120 k ，由此得由此得3SSB350 120 10/5050120 10RRR 21.254050800Sbeo Rrr第第10章基本放大電路章基本放大電路可見射極輸出器的輸出電阻是很低的?？梢?/p>

33、射極輸出器的輸出電阻是很低的。射極輸出器的主要特點是：射極輸出器的主要特點是：電壓放大倍數(shù)接近電壓放大倍數(shù)接近 1；輸入電；輸入電阻高；輸出電阻低。阻高；輸出電阻低。因此，它常被用作多級放大電路的輸入級因此，它常被用作多級放大電路的輸入級或輸出級?；蜉敵黾?。 例例 1 用射極輸出器和分壓式偏置放大電路組成兩級放用射極輸出器和分壓式偏置放大電路組成兩級放大電路，如下圖所示。已知：大電路，如下圖所示。已知：UCC = 12V， 1 = 60，RB1 = 200 k ，RE1= 2 k ，RS = 100 。后級的數(shù)據(jù)同例。后級的數(shù)據(jù)同例10.3.1，即，即 RC2 = 2 k ， RE2 = 2

34、k ，R B1 = 20 k ，R B2 = 10 k ， RL = 6 k ， 2 = 37.5，試求，試求：( (1) )前后級前后級放大電路放大電路的的靜態(tài)值；靜態(tài)值；( (2) )放大電路放大電路的的輸入電阻輸入電阻 ri 和輸出電阻和輸出電阻 ro ；( (3) )各級各級電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) Au1，Au2 及兩級電壓放大倍數(shù)及兩級電壓放大倍數(shù) Au。 解解 由于電容有隔直作用，由于電容有隔直作用，各級各級放大電路放大電路的的靜態(tài)值可靜態(tài)值可以單獨考慮。同時耦合電容上的交流電壓降可以忽略不計，以單獨考慮。同時耦合電容上的交流電壓降可以忽略不計，使前級輸出信號電壓差不多無損失地傳

35、送到后級輸入端。使前級輸出信號電壓差不多無損失地傳送到后級輸入端。第第10章基本放大電路章基本放大電路C1RSRE1RB1C2+es +T1+UCCRC2C3T2RLRE2+CE2+R B1R B2( (1) ) 前級前級靜態(tài)值靜態(tài)值為為mA0.035A102)601(102000.612)(133E11B1BE1CCB1 RRUUI 第第10章基本放大電路章基本放大電路mA2.14mA0.03560)(1)(1B11E1C1 III V7.72V)102.14102(1233E1E1CCCE1 IRUU后級后級靜態(tài)值靜態(tài)值同例同例 10.3.1，即，即mA1.7E2C2 IImA0.045B

36、2 IV5.2CE2 U( (2) ) 放大電路放大電路的的輸入輸入、輸出、輸出電阻電阻 L11be1B1i1i)1(/RrRrr i2E1L1/rRR 式中式中為前級的負載電阻，其中為前級的負載電阻，其中 ri2 為后級的輸入電阻，已在例為后級的輸入電阻，已在例10.3.1 中求得，中求得，ri2 = 0.79 k ，于是，于是L12 0.79k0.57 k20.79R 第第10章基本放大電路章基本放大電路 k0.942.142660)(120026)1(200E11be1Ir k30.3)1(/L11be1B1i1iRrRrr 輸出電阻輸出電阻 k2C2o2oRrr( (3) )計算電壓放

37、大倍數(shù)計算電壓放大倍數(shù)前級前級1L11be1L1(1)(160) 0.570.98(1)0.94(160) 0.57uRArR 后級后級( (見例見例10.3.1) )Au2 = 71.2兩級電壓放大倍數(shù)兩級電壓放大倍數(shù)Au = Au1 Au2 = 0.98 ( 71.2) = 69.8第第10章基本放大電路章基本放大電路*10.5差分放大電路差分放大電路T1T2RCRB+UCC+ui1 iBiCRCRB+ui2 iBiCRPREEEiEiE+ uO 差分放大電路用兩個晶體管組成，電路結(jié)構(gòu)對稱，在理差分放大電路用兩個晶體管組成，電路結(jié)構(gòu)對稱，在理想情況下，兩管的特性及對應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相同

38、，因想情況下，兩管的特性及對應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相同，因此，兩管的靜態(tài)工作點也必然相同。此，兩管的靜態(tài)工作點也必然相同。10.5.1靜態(tài)分析靜態(tài)分析在靜態(tài)時，在靜態(tài)時，ui1= ui2 =0，則則IC1 = IC2 ， VC1 = VC2 ，故輸出電壓故輸出電壓 uO = VC1 VC2 = 0 差分放大電路的差分放大電路的優(yōu)點是具有抑制零點優(yōu)點是具有抑制零點漂移的能力。漂移的能力。第第10章基本放大電路章基本放大電路什么是零點漂移？什么是零點漂移？一個理想的放大電路，當(dāng)輸入信號為零時，其輸出電壓應(yīng)一個理想的放大電路，當(dāng)輸入信號為零時，其輸出電壓應(yīng)保持不變保持不變( (不一定是零不一定是零)

39、)。但實際上，主要由于環(huán)境溫度的變化，。但實際上，主要由于環(huán)境溫度的變化，輸出電壓并不保持恒定，而在緩慢地、無規(guī)則地變化著，這種輸出電壓并不保持恒定，而在緩慢地、無規(guī)則地變化著，這種現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為零點漂移零點漂移( (或稱溫漂或稱溫漂) )，它影響放大電路的工作。，它影響放大電路的工作。對差分放大電路，由于電路的對稱性，當(dāng)溫度變化時，兩對差分放大電路，由于電路的對稱性，當(dāng)溫度變化時，兩邊的變化量相等，即邊的變化量相等，即 IC1= IC2 ， VC1 = VC2 雖然每個管子都產(chǎn)生了零點漂移，但是，由于兩集電極電雖然每個管子都產(chǎn)生了零點漂移，但是，由于兩集電極電位的變化是互相抵消的，所以輸出

40、電壓依然為零，即位的變化是互相抵消的，所以輸出電壓依然為零，即 uO = VC1 + VC1 (VC2 + VC2 ) = VC1 VC2 = 0 零點漂移完全被抑制了。零點漂移完全被抑制了。電位器電位器 RP 起調(diào)零作用，因為電路不可能完全對稱，靜態(tài)起調(diào)零作用，因為電路不可能完全對稱，靜態(tài)時輸出電壓不一定等于零，可通過調(diào)節(jié)時輸出電壓不一定等于零，可通過調(diào)節(jié)RP使靜態(tài)輸出電壓為零。使靜態(tài)輸出電壓為零。第第10章基本放大電路章基本放大電路在靜態(tài)時，設(shè)在靜態(tài)時，設(shè) IB1= IB2 = IB， IC1= IC2 = IC，忽略阻值很小忽略阻值很小的的 RP 可列出可列出 EEEBEBB2EIRUI

41、R 上式中前兩項較第三項小得多，可略去，則每管的集電極電流上式中前兩項較第三項小得多，可略去，則每管的集電極電流EEEC2REII 發(fā)射極電位發(fā)射極電位 VE 0。每管的基極電流每管的基極電流EECB2 REII 每管的集每管的集 - 射極電壓射極電壓ECECCCCCCCE2RREUIRUU 接入接入 RE 是為了穩(wěn)定和獲得合適的靜態(tài)工作點，負電源是為了穩(wěn)定和獲得合適的靜態(tài)工作點，負電源 EE 用來抵償用來抵償 RE 上的直流壓降。上的直流壓降。第第10章基本放大電路章基本放大電路10.5.2動態(tài)分析動態(tài)分析1共模輸入共模輸入 兩個輸入信號電壓的大小相等，極性相同，兩個輸入信號電壓的大小相等，

42、極性相同，即即ui1= ui2 ，這樣的輸入稱為這樣的輸入稱為共模輸入共模輸入。在共模輸入信號的作用下，若電路完全對稱時，兩管集電極在共模輸入信號的作用下，若電路完全對稱時，兩管集電極電位的變化相同，因而，輸出電壓等于零，所以對共模信號沒有電位的變化相同，因而，輸出電壓等于零，所以對共模信號沒有放大能力，亦即放大倍數(shù)為零。放大能力，亦即放大倍數(shù)為零。2差模輸入差模輸入兩個輸入信號電壓的大小相等，而極性相反，兩個輸入信號電壓的大小相等，而極性相反，即即ui1 = ui2 ，這樣的輸入稱為，這樣的輸入稱為差模輸入差模輸入。設(shè)設(shè)ui1 0，ui2 0， IC2 0， VC1 0 。故。故uO = V

43、C1 VC2可見，在差模輸入時，輸出電壓為兩管各自輸出電壓變化可見，在差模輸入時，輸出電壓為兩管各自輸出電壓變化量的量的兩倍兩倍。第第10章基本放大電路章基本放大電路T1RCibic+ui1 +uo1 RB單管差模信號通路單管差模信號通路由于差模信號使兩管的集電極電流一增一減，其變化量相由于差模信號使兩管的集電極電流一增一減，其變化量相等，通過等，通過 RE 的電流近于不變，的電流近于不變， RE 上沒有差模信號壓降，故上沒有差模信號壓降，故 RE 對差模信號不起作用，可得出下圖所示的單管差模信號通路。對差模信號不起作用，可得出下圖所示的單管差模信號通路。單管差模電壓放大倍數(shù)單管差模電壓放大倍

44、數(shù)beBCbeBbCbi1o1d1)(rRRrRiRiuuA 同理可得同理可得d1beBCi2o2d2ArRRuuA 雙端輸出電壓為雙端輸出電壓為)(i2i1d1i2d2i1d1o2o1ouuAuAuAuuu 第第10章基本放大電路章基本放大電路雙端輸入雙端輸入 - 雙端輸出差分電路的差模電壓放大倍數(shù)為雙端輸出差分電路的差模電壓放大倍數(shù)為beBCd1i2i1odrRRAuuuA 當(dāng)在兩管的集電極之間接入負載電阻時，當(dāng)在兩管的集電極之間接入負載電阻時，beBLdrRRA 式中式中LCL21/RRR 兩輸入端之間的差模輸入電阻為兩輸入端之間的差模輸入電阻為)(2beBirRr 兩集電極之間的差模輸

45、出電阻為兩集電極之間的差模輸出電阻為Co2Rr 第第10章基本放大電路章基本放大電路 例例 1 在在前圖所示的差分放大電路中前圖所示的差分放大電路中，已知已知 UCC = 12 V， EE = 12 V， = 50，RC = 10 k ，RE = 10 k ，RB = 20 k ， RP = 100 ，并在輸出端接負載電阻，并在輸出端接負載電阻 RL = 20 k ，試求電路的靜態(tài)，試求電路的靜態(tài)值和差模電壓放大倍數(shù)值和差模電壓放大倍數(shù)。 解解 mA0.6A101021223EEC REImA0.012mA500.6CB IIV6V)100.6101012(33CCCCCE IRUU112.4

46、120550beBLd rRRA 式中式中 k521/LCLRRR k41. 2)6 . 02651200(26)1(200EbeIr ) )( (第第10章基本放大電路章基本放大電路3比較輸入比較輸入兩個輸入信號電壓既非共模，又非兩個輸入信號電壓既非共模，又非差模，它們的大小和相差模，它們的大小和相對極性是任意的，對極性是任意的，這種輸入常作為比較放大來運用。差值電壓這種輸入常作為比較放大來運用。差值電壓(ui1 ui2 ) 經(jīng)放大后經(jīng)放大后，輸出電壓為輸出電壓為uO = Au(ui1 ui2)為了便于分析為了便于分析，可將這種信號分解為共模分量和差模分量可將這種信號分解為共模分量和差模分量

47、，例如例如uI1 = 10 mV = 2 mV + 8 mVuI2 = 6 mV = 2 mV 8 mV其中，其中， 2 mV 是共模分量，是共模分量，8 mV 和和( ( 8 mV) )是差模分量。是差模分量。為了全面衡量差分放大電路放大差模信號和抑制共模信號為了全面衡量差分放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力，通常引用的能力，通常引用共模抑制比共模抑制比 KCMRR 來表征來表征cdCMRRAAK 其值越大越好。其值越大越好。第第10章基本放大電路章基本放大電路10.6互補對稱放大電路互補對稱放大電路10.6.1對功率放大電路的基本要求對功率放大電路的基本要求在多級放大電路的末級或末前

48、級是功率放大級在多級放大電路的末級或末前級是功率放大級對功率放大對功率放大電路的基本要求是：電路的基本要求是： ( (1) )在不失真的情況下能在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。輸出盡可能大的功率。( (2) )效率要高。效率要高。放大電路放大電路有三種工作狀態(tài)。有三種工作狀態(tài)。( (1) ) 甲類工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)tiCQOOiCuCE甲類工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 Q 大致在負載大致在負載線的中點。這種工作狀態(tài)下，線的中點。這種工作狀態(tài)下，放大電路的最高效率為放大電路的最高效率為 50%。第第10章基本放大電路章基本放大電路( (2) ) 甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)t

49、iCQOOiCuCE甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 Q 沿負載線沿負載線下移，靜態(tài)管耗減小，但產(chǎn)下移，靜態(tài)管耗減小，但產(chǎn)生了失真。生了失真。( (3) )乙類工作狀態(tài)乙類工作狀態(tài)tiCQOOiCuCE乙類工作狀態(tài)乙類工作狀態(tài)靜態(tài)工作點下移到靜態(tài)工作點下移到 IC 0 處，管耗更小，但輸出波處，管耗更小，但輸出波形只剩半波了。形只剩半波了。第第10章基本放大電路章基本放大電路10.6.2互補對稱放大電路互補對稱放大電路1無輸出變壓器無輸出變壓器( (OTL) )的互補對稱放大電路的互補對稱放大電路OtuiR1iC2RLR3R2D1D2B1B2T1T2+UCCCLAC+ui +u

50、o OtuoiC1OTL電路電路圖中兩個晶體管圖中兩個晶體管 T1( (NPN 型型) )和和 T2( (PNP 型型) )的特性基的特性基本相同。本相同。靜態(tài)時，調(diào)節(jié)靜態(tài)時，調(diào)節(jié) R3，使，使 A 點的電位點的電位為。為。 CC21U輸出耦合電容輸出耦合電容 CL 上上的電壓也的電壓也為。為。CC21UR1 和和 D1 、D2 上的壓上的壓降使兩管獲得合適的偏壓，降使兩管獲得合適的偏壓，工作在甲乙類狀態(tài)。工作在甲乙類狀態(tài)。第第10章基本放大電路章基本放大電路iC2RL+UCCCL+OtuiiC1R1R3R2D1D2B1B2T1T2AC+ui OTL電路電路+uo 在在 ui 的正半周，的正半

51、周，T1 導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2 截止，電流截止，電流 iC1 自上而下流過自上而下流過負載負載 RL ；在在 ui 的負半周，的負半周，T1 截止，截止， T2 導(dǎo)通，電流導(dǎo)通，電流 iC2 自下而上流自下而上流過負載過負載 RL ； 在在 ui 的一個周期的一個周期內(nèi)，電流內(nèi)，電流 iC1 和和 iC2 以以正反方向交替流過負正反方向交替流過負載載 RL，在，在 RL 上合成上合成而得出一個交流輸出而得出一個交流輸出信號電壓信號電壓 uo。 Otuo電流是靠電容電流是靠電容 CL 放電形放電形成的，為了使輸出波形對稱，成的，為了使輸出波形對稱，CL 的容量必須足夠大。的容量必須足夠大。這種功率放

52、大電路在理這種功率放大電路在理想情況下的效率為想情況下的效率為 78.5%。第第10章基本放大電路章基本放大電路2無輸出電容無輸出電容( (OCL) )的互補對稱放大電路的互補對稱放大電路R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC+ui +uo UCCOCL電路電路OCL 電路需用正負兩電路需用正負兩路電源。其工作原理與路電源。其工作原理與 OTL 電路基本相同。電路基本相同。第第10章基本放大電路章基本放大電路*10.7場效晶體管及其放大電路場效晶體管及其放大電路10.7.1絕緣柵場效晶體管絕緣柵場效晶體管SiO2絕緣層絕緣層源極源極 S柵極柵極 G漏極漏極 D P 型硅襯底型硅襯底N+N

53、+N 溝道增強型絕緣柵場效晶體管溝道增強型絕緣柵場效晶體管結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖DSG符號符號再在兩個再在兩個 N+ 型區(qū)之間的型區(qū)之間的二氧化硅絕緣層的表面及兩二氧化硅絕緣層的表面及兩個個 N+ 型區(qū)的表面分別安置三型區(qū)的表面分別安置三個電極：柵極個電極：柵極G、源極、源極 D 和和漏極漏極 D。由于柵極電流幾乎為零，柵源由于柵極電流幾乎為零，柵源電阻電阻 RGS 很高，最高可達很高，最高可達 1014 。構(gòu)成：構(gòu)成：用一塊雜質(zhì)濃度較用一塊雜質(zhì)濃度較低的低的 P 型薄硅片作為襯底，其型薄硅片作為襯底，其上擴散兩個相距很近的高摻雜上擴散兩個相距很近的高摻雜 N+ 型區(qū)。型區(qū)。并在表面生成一層薄并

54、在表面生成一層薄薄的二氧化硅絕緣層。薄的二氧化硅絕緣層。第第10章基本放大電路章基本放大電路P型硅襯底型硅襯底N+BSGD。耗盡層耗盡層ID = 0UGSN+N+UDS當(dāng)柵當(dāng)柵 - 源電壓源電壓 UGS = 0 時，時，D 與與 S之間是兩個之間是兩個 PN 結(jié)反向串結(jié)反向串聯(lián)，無論聯(lián)，無論 D 與與 S 之間加什么極性的電壓，總有一個之間加什么極性的電壓，總有一個 PN 結(jié)是反結(jié)是反向偏置的，漏極電流向偏置的，漏極電流 ID 均接近于零。均接近于零。當(dāng)在柵極和源極當(dāng)在柵極和源極之間加正向電壓但數(shù)之間加正向電壓但數(shù)值較小時值較小時( (0 UGS UGS(th) )，在在柵極下柵極下 P 型半

55、導(dǎo)體表面型半導(dǎo)體表面形成形成 N 型層型層，通常稱它通常稱它為反型層。這就是溝通為反型層。這就是溝通源區(qū)和漏區(qū)的源區(qū)和漏區(qū)的 N 型導(dǎo)電型導(dǎo)電溝道溝道( (與與 P 型襯底間被型襯底間被耗盡層絕緣耗盡層絕緣) )。UGS 正值正值越高，導(dǎo)電溝道越寬。越高，導(dǎo)電溝道越寬。P型硅襯底型硅襯底N+BSGD。耗盡層耗盡層N 型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道N+N+ UGS +EG第第10章基本放大電路章基本放大電路形成導(dǎo)電溝道后，在形成導(dǎo)電溝道后，在漏漏-源電壓源電壓 UDS 的作用下，的作用下，將產(chǎn)生漏極電流將產(chǎn)生漏極電流 ID ，管子，管子導(dǎo)通。導(dǎo)通。在一定的在一定的漏漏 - - 源源電壓電壓 UDS 下，使管子由不導(dǎo)通變下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界為導(dǎo)通的臨界柵柵 - - 源電源電壓壓稱為稱為開啟電壓開啟電壓，用用 UGS(th)表表示。示。只有當(dāng)只有當(dāng) UGS UGS(th) 后，后， ID 才隨柵才隨柵