第三章雙極結型三極管及放大電路基礎

1、模擬電子技術模擬電子技術主講教師：張立權主講教師：張立權第三章第三章 雙極結型三極管及放大雙極結型三極管及放大電路基礎電路基礎123半導體三極管半導體三極管基本共射極放大電路基本共射極放大電路圖解分析法圖解分析法4小信號模型分析法小信號模型分析法2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院5放大電路的靜態(tài)工作點穩(wěn)定問題放大電路的靜態(tài)工作點穩(wěn)定問題67共集電極放大電路共集電極放大電路放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應第一節(jié)第一節(jié) 半導體三極管半導體三極管1.1 BJT的基本結構的基本結構bNPNce集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電結集電結發(fā)射結發(fā)射結PNPceb集電結集電結發(fā)射結發(fā)射

2、結bcebcev BJT的結構特點的結構特點bNPNce集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電結集電結發(fā)射結發(fā)射結 集電區(qū)集電區(qū)面積大于發(fā) 射區(qū)，而摻雜濃度 小于發(fā)射區(qū)； 基區(qū)基區(qū)很薄，摻雜濃 度很低； 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)摻雜濃度很 高；bce 發(fā)射極上的箭頭發(fā)射極上的箭頭表 示發(fā)射結正偏時， 發(fā)射極的實際電流 方向。發(fā)射結和集電結的發(fā)射結和集電結的耗盡層相對而言耗盡層相對而言那個較寬那個較寬? ?或者說那個阻抗或者說那個阻抗較大？較大？思考題：思考題：2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院發(fā)射區(qū)摻雜濃度較高，基區(qū)和集電區(qū)摻雜濃度較低，因此，發(fā)射結的電荷密度較大，容易形成較強的電場，使載流

3、子的擴散和漂移運動快速達到平衡。所以發(fā)射結較窄，集電結較寬。即發(fā)射結阻發(fā)射結較窄，集電結較寬。即發(fā)射結阻抗較小，集電結阻抗較大?？馆^小，集電結阻抗較大。答案答案1.2 放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJT的工作原理的工作原理 BJT放大作用的外部條件： 發(fā)射結正偏，集電結反偏。發(fā)射結正偏，集電結反偏。信號放大作用載流子運動ec條件條件1到達集電極的電流必須是由發(fā)射極越過基區(qū)的電子流條件條件2發(fā)射結正發(fā)射結正向偏置向偏置集電結反集電結反向偏置向偏置BBVbRPNNbceCCVEIPNNbcebRBBVCCV BJT內(nèi)部載流子的運動：ENIEPI 電流方向 空穴方向 電子方向發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散載流子形成發(fā)射極

4、電流IE(多子電子多子電子)OneEIPNNbcebRBBVCCVENIEPICNI載流子在基區(qū)擴散和復合，形成復合電流IBN(多子電子多子電子)Twou基區(qū)電子濃度差 形成擴散運動；u基區(qū)薄、摻雜濃 度低，因此復合 機會少。BNI集電區(qū)收集載流子，形成集電極電流IC(多子電子多子電子)ThreeCIEIPNNbcebRBBVCCVENIEPIBNICNICBOI2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院v BJT實現(xiàn)放大的條件實現(xiàn)放大的條件 外部條件：外部條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏。發(fā)射結正偏，集電結反偏。 內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠大于基區(qū)發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠大于基區(qū) 雜質(zhì)

5、濃度，且基區(qū)很薄。雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。 BJT電流分配關系：BICIEIPNNbcebRBBVCCVENIEPIBNICNICBOI(1)BETEENEPvVESIIIIeBEPBNCBOBCBOIIIIIICCNCBOIIIEBCIIIv 內(nèi)部關系：v 外部關系： BJT放大電路三種組態(tài)bceBICICEecbEICICBbecBIEI共射極共基極CC共集極u三種組態(tài)的內(nèi)部載流子傳輸過程相同；u三種組態(tài)有放大作用，必須發(fā)射結正偏，集電結反 偏。v 注意：注意： BJT共射電流放大系數(shù)v 共射直流電流放大系數(shù)：電流 與 之比。CNIBICNCCBOBBCBOIIIIIIPNNbceENIEP

6、IBNICNICBOI(1)CBCBOBCEOIIIIICEOI是穿透電流穿透電流，很小CBII (1)EBII 2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院v 共射交流電流放大系數(shù)IuBBVcRbRCCVouBBBiIi CCCiIiCBiiu一般認為：一般認為：1u取值范圍：201001.3 BJT的伏安特性的伏安特性(共射極組態(tài)共射極組態(tài))v 輸入特性曲線：const()|CEBBEvif vv 輸出特性曲線：const()|BCCEiif v共發(fā)射極接法實驗線路共發(fā)射極接法實驗線路mACiSCVCRVCEvECBiBBEvASBVVBR 輸入特性曲線：const()|CEBBEv

7、if v/ABiVBEvvCE=0V1V10Vo0.40.8u 時，輸入特性相當于二極管的正向特性曲 線；0VCEvu 時， ，集電結進入反偏，開 始收集電子，內(nèi)電場增強，集電結變寬，則基區(qū)變 窄，載流子復合機會減少，即iB減小，曲線右移。1VCEv0CBCEBEvvvu存在基區(qū)寬度調(diào)制效應基區(qū)寬度調(diào)制效應 輸出特性曲線：const()|BCCEiif v/mACi/VCEv0o20A40A60A80ABi CEvCEE收集電子收集電子Ci收集電子不明顯提高收集電子不明顯提高曲線平行橫軸曲線平行橫軸CEvu放大區(qū)放大區(qū)u飽和區(qū)飽和區(qū)u截止區(qū)截止區(qū)2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學

8、院v 截止區(qū)特征：/mACi/VCEv0o20A40A60A80ABi u發(fā)射結電壓小于死發(fā)射結電壓小于死 區(qū)電壓且集電結反區(qū)電壓且集電結反 偏。偏。0,BCCEOIIIon,BECEBEvUvv2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院/mACi/VCEv0o20A40A60A80ABi v 放大區(qū)特征：u發(fā)射結正偏，集電發(fā)射結正偏，集電 結反偏。結反偏。iC只于iB 有關，也稱為線性線性 放大區(qū)，放大區(qū)，即,CBCBIIiiu基區(qū)寬度調(diào)制效應 使曲線略微上翹。on,BECEBEvUvv2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院/mACi/VCEv0o20A40A60A80A

9、Bi v 飽和區(qū)特征：on,BECEBEvUvvu發(fā)射結和集電結均發(fā)射結和集電結均 正偏。正偏。IC不再服從 。BI/mACi/VCEv0o20A40A60A80ABi CEBEvvCEBEvvCEBEvv臨界飽和線臨界飽和線v 小結一：小結一：v 小結二：小結二：截止區(qū)截止區(qū)放大區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)0,BCCEOIII CBII CBII on,BECEBEvUvv on,BECEBEvUvv on,BECEBEvUvv 發(fā)、集均反偏發(fā)、集均反偏發(fā)正偏，集反偏發(fā)正偏，集反偏發(fā)、集均正偏發(fā)、集均正偏例：例： =50, VSC =12V, RB =70k, RC =6k, 當VSB = -2V，

10、 2V，5V時，晶體管的靜態(tài)工作點Q位于哪個區(qū)？SBVCRBRSCVBICICBEBEVCEVVSB =-2V， IB=0，IC=0，Q位于截止區(qū)。 解：解：120.95 66.3CESCCCVVI RVSBVCRBRSCVBICICBEBEVCEV當VSB=2V時：20.70.019mA70SBBEBBVVIR則50 0.0190.95mAICM 時，BJT不一定燒壞，但放大能力太差。 集集- -射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓： 當基極開路，集電極-發(fā)射極之間的電壓VCE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25C、基極開路時的擊穿電壓V(BR)CEO。集集電極最大允許耗散

11、功率電極最大允許耗散功率PCM ： 集電結消耗的功率PCicvCE必然要大于發(fā)射結消耗的功率，導致集電結溫上升。因此，必須限制其值不能超過最大允許耗散功率。安全工作區(qū)CMcCEPi v/mACi/VCEv0o20A40A60A80ABi CMI()BR CEOV2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院作業(yè)作業(yè)n4.1.1n4.1.2n4.1.3n4.2.1n4.2.2n4.2.3第二節(jié)第二節(jié) 基本共射極放大電路基本共射極放大電路v 放大的基本概念放大的基本概念放大電路放大電路V 放大的對象是微弱的變化量微弱的變化量，其基本特征是功率放功率放 大大； 放大電路放大的本質(zhì)是能量的控制和轉

12、換能量的控制和轉換； 放大的前提是保證信號不失真。保證信號不失真。2.1 共射放大電路的組成共射放大電路的組成BBVCRBRCCVT2C1CivLRov三極管三極管T：放大器件， iC=iB參考點參考點BBVCRBRCCVT2C1CivLRov基極電源基極電源使發(fā)射結正偏，并提供適當?shù)撵o態(tài)工作點IB和VBE集電極電源集電極電源使集電結反偏，并為輸出提供能量BBVCRBRCCVT2C1CivLRov集電極電阻集電極電阻將變化的電流轉變?yōu)樽兓碾妷?。BBVCRBRCCVT2C1CivLRov耦合電容耦合電容隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使交變信號順利通過。電解電容，電解電容，有極性，有極性，

13、大小一般大小一般為為10 F50 FBBVCRBRCCVT2C1CivLRov可由單電源單電源VCC供電，供電，因此VBB可省去2.2 共射放大電路的工作原理共射放大電路的工作原理 靜態(tài)和動態(tài)：靜態(tài)和動態(tài)：CRBRCCVT2C1CLRoviv 靜態(tài)靜態(tài)(直流工作狀態(tài))： 時，放大電路的工作狀 態(tài)；0iv 動態(tài)動態(tài)(交流工作狀態(tài))： 時，放大電路的工作狀 態(tài)；0iv CIEBCIII靜態(tài)靜態(tài)：CRBRCCVT2C1CLRoviv無輸入信號時BI由于單電源的存在 IB0IC0CEVBEV2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院v 靜態(tài)工作點：靜態(tài)工作點： (IB,VBE)和(IC,VCE

14、)分別對應于輸入、輸 出特性曲線上一個確定的點。/ABIVBEVo0.40.8/mACI/VCEV0o20A40A60A80ABI40QQ為什么一定要設置為什么一定要設置合適的靜態(tài)工作點？合適的靜態(tài)工作點？思考題：思考題：2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院答案答案保證發(fā)射結正偏，集電結反偏。保證放大信號不失真，有較大的線性工作范圍放大電路的直流通道放大電路的直流通道：CRBRCCVT2C1CLRoviv開路開路直流通道直流通道CRCCVTBR估算法分析放大器的靜態(tài)工作點估算法分析放大器的靜態(tài)工作點： 估算IB (VBE=0.7V)：0.7CCBECCBBBCCBVVVIRRVR

15、提供偏置電流偏置電流IB的電路稱為偏置電路偏置電路，RB為偏置電阻偏置電阻。BRCRCCVTBEVBIu輸入回路方程：2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院u輸出回路方程： 估算IC 和VCE：CRCCVTBRCEVCICBIICECCCCVVI R例：例：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知解：解：37.5 0.041.5mACBII12 1.5 46 VCECCCCVVI R 請注意電路中請注意電路中I IB B和和I IC C的數(shù)量級。的數(shù)量級。12V,4kCCCVR300k ,37.5BR12=0.04mA300CCBBVIR0.7VBEV則根據(jù)直流通路有放大電路放大電路分析方法分

16、析方法靜態(tài)工作靜態(tài)工作情況分析情況分析動態(tài)工作動態(tài)工作情況分析情況分析估算法估算法圖解法圖解法圖解法圖解法小信號模小信號模型法型法第三節(jié)第三節(jié) 圖解分析法圖解分析法cRbRCCVT2C1CLRoviv3.1 靜態(tài)工作情況分析靜態(tài)工作情況分析BECCBbvVi R 輸入輸出回路方程：CECCCcvVi Rv 目的：目的：確定靜態(tài)工作點確定靜態(tài)工作點u注意：注意：,12CBEQCCEQVVVVBiBEvoBQIBEQVCQICEQV輸入直流負載線輸出直流負載線CCVCCbVRQCiCEvoBBQIICCVCCcVRQ 確定靜態(tài)工作點：3.2 動態(tài)工作情況分析動態(tài)工作情況分析v 目的：目的：解釋放大

17、原理解釋放大原理BEBEQivVv 輸入輸出回路方程：CECEQovVvivcRbRCCVT2C1CLRovBiBEvoQQQBEQVBEvtoivBQIBiot2Bi1BibiCiotciCQICiCEvoBQI2Bi1BiQvCE如何如何變化變化？ 確定vCE思路： 畫交流通路原則：ivcRbRCCVT2C1CLRov內(nèi)阻很小的直流電壓源短路；內(nèi)阻很大的電流源或 恒流源開路。容量較大的電容短路。ivcRbRTLRovcicevbiivcRbRTLRovcicevbi 由交流通路確定vCE ：/oceccLcLvviRRi R CECEQoCEQcLCEQCCQLCEQCQLCLvVvVi

18、RViIRVIRi R 畫交流負載線交流負載線 確定vCE ：CECEQCQLCLvVIRi RCiotciCQICiCEvoBQI2Bi1BiQCEQVQQtCEvocev交流負載線直流負載線 各點波形分析：cRbRCCVT2C1CLRovivtoBEvtoivBiotbiciCiotcevCEvotovot2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院v 結論：結論： vo比vi幅度放大且相位相反，因而又叫反相電壓放 大器。 電路中的電壓和電流包含直流和交流分量：BEBEQbevVvp發(fā)射結電壓：BBQbiIip基極電流：CCQciIip集電極電流：CECEQcevVvp集電結電壓：晶

19、體管必須工作在線性放大區(qū)，即發(fā)射結正偏，晶體管必須工作在線性放大區(qū)，即發(fā)射結正偏， 集電結反偏。集電結反偏。正確設置靜態(tài)工作點，保證在交流信號的整個周正確設置靜態(tài)工作點，保證在交流信號的整個周 期內(nèi)，期內(nèi)，BJTBJT都處于放大區(qū)。都處于放大區(qū)。輸入回路將變化的電壓轉化成變化的基極電流。輸入回路將變化的電壓轉化成變化的基極電流。輸出回路將變化的集電極電流轉化成變化的集電輸出回路將變化的集電極電流轉化成變化的集電 極電壓，經(jīng)電容濾波輸出交流信號。極電壓，經(jīng)電容濾波輸出交流信號。v 實現(xiàn)放大條件小結：實現(xiàn)放大條件小結：2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院3.3 靜態(tài)工作點對波形失真的

20、影響靜態(tài)工作點對波形失真的影響v 失真失真：輸出波形與輸入波形比較，發(fā)生畸變。 截止失真：截止失真：由于放大電路的工作點達到了三極管的 截止區(qū)而引起的非線性失真。對NPN管 ，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。 飽和失真：飽和失真：由于放大電路的工作點達到了三極管的 飽和區(qū)而引起的非線性失真。對NPN管 ，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。 2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院v 放大電路要獲得最大不失真輸出幅度，要求：放大電路要獲得最大不失真輸出幅度，要求： 靜態(tài)工作點要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部 位； 要有合適的交流負載線。 2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院作業(yè)作業(yè)n4.

21、3.2n4.3.3n4.3.4n4.3.5第四節(jié)第四節(jié) 小信號模型分析法小信號模型分析法v 建立小信號模型的意義：建立小信號模型的意義： 由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。bceBiCi如何線性如何線性化化？2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院4.1 三極管的小信號模型導出三極管的小信號模型導出BiBEvvCE=0V1V10VoCiCEvo 函數(shù)關系：(,)(,)BEBCECBCEvf ivif iv vCE1V時，輸入特性基本重合，故在iB恒定情況 下，vCE對vBE影響很小。

22、在放大區(qū)， 各輸出特性幾乎與橫軸平行，故在iB 恒定情況下， vCE對iC影響很小。BiBEvvCE=0V1V10VoCiCEvov 注意問題：注意問題：(,)(,)BEBCECBCEvf ivif iv CEQBQCEQBQBEBEBEBCEBCEVICCCBCEBCEVIvvdvdidviviidididviv 考慮動態(tài)工作情況CEQBQCEQBQBEBEbebceBCEVICCcbceBCEVIvvviviviiiiviv dvBE代表vBE中的變化部分CEQBQBEBEbebceBCEVIvvviviv 電阻比例系數(shù) 輸入回路等效電路：bcebicibevcevbevbebicekvb

23、er可忽略bevbebiberv 動態(tài)電阻rbe的意義：CEQBEbeBVvriBiBEvoCECEQvVBiBEv 26 mV2001mAbeEQrI p對于小功率三極管：rbe的量級從幾百歐到幾千歐。 輸出回路等效電路：CEQBQCCcbceBCEVIiiiiviv 比例系數(shù)電導bcebicibevcevbevbebibercibicercevc2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院v 動態(tài)電阻rce的意義：1BQCceCEIirvCiCEvoBQICEvCip動態(tài)電阻rce非常大，其量級在幾百千歐以上，故 該支路可視為開路。 三極管的小信號模型等效電路：三極管的小信號模型等效

24、電路：bcebicibevcevbevbebibercibicevcv 注意：注意： 小信號模型用于分析三極管的動態(tài)工作情況； 沒考慮結電容作用，故只適用低頻小信號情況； 受控源電流方向與ib是關聯(lián)的。4.2 用小信號模型分析共射極放大電路用小信號模型分析共射極放大電路 畫小信號等效電路 將交流通道交流通道中的三極管用小信號模型來代替； 只有在放大電路輸入信號為交流小信號時，上述等效才成立。ivcRbRCCVT2C1CLRovivcRbRTLRovcicevbiivcRbRTLRovcibi交流通道交流通道ivcRbRLRovcibiberiibi交流等效電路交流等效電路2008-2-26北京

25、建筑工程學院北京建筑工程學院 放大電路的性能指標 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)ivovvAoviVAAV 其中，A=Vo /Vi ，Vo和Vi分別是輸出和輸入電壓的有效值。iVcRbRLRoVcIbIberiIbI例：例：用小信號等效電路求基本共射放大電路的電壓放大倍 數(shù)。解：解：根據(jù)ib beVI r/obcLbLVIRRI R 則電壓放大倍數(shù)為：obLLvib bebeVI RRAVI rr 可見，負載電阻小，則放大倍數(shù)小。 輸入電阻輸入電阻是從放大電路的輸入端看進去的等效電阻。放放大大電電路路sViRiVsRiIv 表達式：iiiVRIp一般來說，一般來說， Ri越大越好。越大越好。 Ri越

26、大，ii就越小，vi就 越接近vs，因此總是希望得到較大的輸入電阻。因此總是希望得到較大的輸入電阻。2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院v 輸入電阻的計算(加壓求流法)iVcRbRLRoVcIbIberiIbI/iibbebeiVRRrrI 輸出電阻輸出電阻 任何放大電路對其負載而言，都可以等效成一個有內(nèi)阻的電壓源，從放大電路輸出端看進去的等效內(nèi)阻稱為輸出電阻。sVsR放大電路放大電路soVoRv 輸出電阻的計算方法一u加壓求流法：加壓求流法：所有電源(包括信號源)置零，保留受 控源，負載開路，然后采用加壓求流 法。0sV sR放大電路放大電路tVtIoRu表達式：0stotVV

27、RI2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院tViVcRbRLRcIbIberiIbItoctVRRI00v 輸出電阻的計算方法二u開路電壓除短路電流法：開路電壓除短路電流法：soVoRoV測量開路電壓osoVVsoVoRoI測量短路電流oIsoooooVVRII 通頻帶通頻帶放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線fvA0.707vmAvmA帶寬HfLf通頻帶BW=fHfL 符號規(guī)定：符號規(guī)定：VA大寫字母和大寫下標表示直流分量vA小寫字母和大寫下標表示全量va小寫字母和小寫下標表示交流分量tAv交流分量av直流分量AV全量Av2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院作業(yè)作業(yè)v

28、 4.3.9v 4.3.11v 4.3.12第五節(jié)第五節(jié) 放大電路的靜態(tài)工作點穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點穩(wěn)定 為了保證放大電路正常的工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。然而，溫度的變化會對靜態(tài)工作點產(chǎn)生嚴重的影響。 對于基本共射電路(固定偏置電路)而言，靜態(tài)工作點由 決定，這三個參數(shù)隨溫度的變化而變化，主要表現(xiàn)在：,BECBOVIT變化變化IC變化變化VBE ICBO變化變化Q變化變化5.1 溫度對靜態(tài)工作點的影響溫度對靜態(tài)工作點的影響 溫度對VBE的影響50BiBEvo25溫度溫度T升高升高載流子運動加速，載流子運動加速，發(fā)射相同數(shù)量載流發(fā)射相同數(shù)量載流子所需電壓子所需電壓VBE減小，減小，

29、輸入特性曲線左移。輸入特性曲線左移。CCBEBBVVIR IB增加增加IC增加增加 溫度對的影響溫度溫度T升高升高載流子運動加速，載流子運動加速，多子穿過基區(qū)速度多子穿過基區(qū)速度加快，復合減少。加快，復合減少。 增加，輸出特性曲增加，輸出特性曲線簇間隔加寬。線簇間隔加寬。IC增加增加CBII CiCEvo 溫度對ICBO的影響溫度溫度T升高升高集電區(qū)內(nèi)本征激發(fā)集電區(qū)內(nèi)本征激發(fā)的少子空穴濃度增的少子空穴濃度增加，加，ICBO增加，輸出增加，輸出特性曲線上移。特性曲線上移。IC增加增加CCNCBOIII CiCEvo 溫度影響的總體效果溫度溫度T升高升高IC增加增加Q點點上移上移CiCEvo輸出特

30、性曲線簇間隔加寬，并上移直流負載線不變Q Q2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院如何保證放大如何保證放大電路具有穩(wěn)定電路具有穩(wěn)定的靜態(tài)工作點的靜態(tài)工作點？2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院5.2 穩(wěn)定靜態(tài)工作點的思路穩(wěn)定靜態(tài)工作點的思路 當溫度升高時，如果放大電路能夠自動地減小IB，則 IC也會相應地減小，從而抑制了靜態(tài)工作點Q的變化，使其基本穩(wěn)定。v 目的：當溫度變化時，使當溫度變化時，使IC保持基本恒定。保持基本恒定。v 措施：常采用分壓式偏置電路分壓式偏置電路實現(xiàn)靜態(tài)工作點穩(wěn)定。5.3 穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理cR1BRCCVb2C1CLRo

31、v2BRERECeciv 基極分壓式射極偏置電路：射極直流負反饋電阻，目的是影響be間的電壓旁路電容，避免電壓增益減小。cR1BRCCVb2BRERec1I2IBIEICI 靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程：1BII 為了穩(wěn)定Q點，通常使參數(shù)的選取滿足：則：211BIIII因此：22212BBBCCBBRVI RVRR可認為可認為b點電位基本不變點電位基本不變TCIEIEEEVI RBEVCIBI2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院 靜態(tài)工作點穩(wěn)定原因：pRE的直流負反饋作用：BEBEBEEVVVVI Rp在 的情況下，b點電位與溫度的變化基本無關。1BII212BBCCBBRVVRR5.4

32、靜態(tài)工作點估算靜態(tài)工作點估算cR1BRCCVb2BRERec1I2IBIEICI因為b點電位基本不變212BBQCCBBRVVRR則靜態(tài)工作點為：CQEQBQEQEQBQBEQEEIIIIVVVRRCEQCCCQCEQEVVIRIRCQBQII0.7VBEQV5.5 放大電路性能指標計算放大電路性能指標計算cR1BRCCVb2C1CLRov2BRERECecivbLRov2BReciv1BRcR交流通道交流通道bLRoV2BReciV1BRcR交流通道交流通道iIbIcI2I1IbLRoV2BReciV1BRcR小信號等效電小信號等效電路路berbIiIbIcI2I1IbLRoV2BReciV

33、1BRcRberbIiIbIcI2I1I 電壓增益：/bcLcLoVib bebeIRRRRVAVI rr 輸入輸出電阻：12/iiBBbeiVRRRrItoctVRRI例：例：基極分壓式射極偏置電路如圖，各參數(shù)如下： RB1=100k， RB2=33k， RE=2.5k， RC=RL=5k， =60， VCC=15V。求 (1) 估算靜態(tài)工作點；(2) 空 載和帶載電壓放大倍數(shù)，輸入輸出電阻；(3) 若信號 源有內(nèi)阻RS= 1k，帶載電壓放大倍數(shù)將變?yōu)槎嗌?？cR1BRCCVb2C1CLRov2BRERECeciv解：解：(1) 估算靜態(tài)工作點cR1BRCCVb2BRERec1I2IBIEIC

34、I基本不變的b點電位為21233 153.7V10033BBQCCBBRVVRR則集電極電流為3.70.71.2mA2.5CQEQBQEQEQBQBEQEEIIIIVVVRR2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院cR1BRCCVb2BRERec1I2IBIEICI集-射極間電壓為15 1.252.56VCEQCCCQcEQEVVIRIR基極電流為1.20.02mA60CQBQII(2) 空載和帶載電壓放大倍數(shù)、輸入輸出電阻bLRoV2BReciV1BRcRberbIiIbIcI2I1Ibe間的動態(tài)電阻為26262001200611.52k1.2beEQrI輸入輸出電阻為12/100

35、/33/1.521.52kiBBbeRRRr5kocRRbLRoV2BReciV1BRcRberbIiIbIcI2I1I空載電壓放大倍數(shù)為60 51971.52 obcVib beVI RAVI r空/605/5991.52 bcLoVib beIRRVAVI r載帶載電壓放大倍數(shù)為(3)信號源有內(nèi)阻RS= 1k，帶載電壓放大倍數(shù)bLRoV2BReciV1BRcRberbIiIbIcI2I1IsRsVbLRoVeciViRbIiIcIsRsVooiVsVissisiiVVRAAVVRRRRR載載bLRoVeciViRbIiIcIsRsV信號源內(nèi)阻為0時，帶載電壓放大倍數(shù)為：oiVAVV載信號源

36、內(nèi)阻為Rs時，帶載電壓放大倍數(shù)為：osVsAVV載issiiVVRRRbLRoVeciViRbIiIcIsRsV1.529960991.521 oiVsVVssiVRAAAVRR載載載v 結論：結論：p信號源有內(nèi)阻時，電壓放大倍數(shù)減小。信號源有內(nèi)阻時，電壓放大倍數(shù)減小。輸入電阻 越大，輸入電壓越接近信號源電壓，源電壓增益 也越接近電壓放大倍數(shù)AV 。v 基極分壓式射極偏置電路小結： 優(yōu)點：在 的情況下，通過在射極引入直流負反饋電阻，能夠使靜態(tài)工作點穩(wěn)定。而且在射極偏置電阻兩端加一旁路電容，避免了電壓放大倍數(shù)的減小。1BII 缺點：輸入電阻比較小，近似等于動態(tài)電阻rbe。特點：具有射極直流負反饋

37、電阻射極直流負反饋電阻的放大器目的：穩(wěn)定靜態(tài)工作點穩(wěn)定靜態(tài)工作點2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院問題提出：問題提出：是否有其他放大是否有其他放大電路，既能穩(wěn)定電路，既能穩(wěn)定靜態(tài)工作點，又靜態(tài)工作點，又能提高輸入能提高輸入電阻？電阻？5.6 其他靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路其他靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路v 具有射極交流負反饋電阻射極交流負反饋電阻的放大器目的：穩(wěn)定靜態(tài)工作點，提高輸入電阻。穩(wěn)定靜態(tài)工作點，提高輸入電阻。cR1BRCCVb2C1CLRov2BRecivECERFRECER替代的兩電阻的阻值和與原來單電阻值相等，其它參數(shù)均不變。 靜態(tài)工作點估算 在 的情況下，b點電位基本保持不變。1

38、BIIcR1BRCCVb2BRFRec1I2IBIEICIER RE和RF共同起直流負反饋作 用，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。v 特點： RE+RF =RE原，所以與射極直 流負反饋電阻的放大器相比 ，靜態(tài)工作點保持不變。 放大電路性能指標計算cR1BRCCVb2C1CLRov2BRERECecivFRbLRov2BReciv1BRcR交流通道交流通道FR交流通道交流通道bLRoV2BReciV1BRcRiIbIcI2I1IFRbLRoV2BReciV1BRcR小信號等效電小信號等效電路路berbIiIbIcI2I1IFR 電壓放大倍數(shù)bLRoV2BReciV1BRcRberbIiIbIcI2I1IFRe

39、I輸入輸出電壓分別為：11ib beeFb bebFbbeFVI rI RI rI RIrR則電壓放大倍數(shù)為：/ /occLbLVIRRI R 11 obLLVibeFbbeFVI RRAVrRIrR2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院11 obLLVibeFbbeFVI RRAVrRIrRv 結論1： 由于射極交流負反饋電阻RF的存在，使放大電路的 電壓放大倍數(shù)小于射極直流負反饋電阻RE的電壓放大倍數(shù)。 輸入電阻bLRoV2BReciV1BRcRberbIiIbIcI2I1IFReI輸入電壓為：11ib beeFb bebFbbeFVI rI RI rI RIrR輸入電流為：1

40、2121iiiibBBbeFVVVIIIIRRrR輸入電阻為：121211111/1iiiBBbeFBBbeFVRIRRrRRRrRv 結論2： 由于射極交流負反饋電阻RF的存在，使放大電路的 輸入電阻得到提高，大于射極直流負反饋電阻RE的輸入電阻。輸出電阻為：ocRRv 有射極交流負反饋電阻射極交流負反饋電阻放大電路小結： 優(yōu)點：在 的情況下，通過在射極支路引入一個交流負反饋電阻，其阻值為直流負反饋電阻阻值的一半，一半，因此不僅使靜態(tài)工作點穩(wěn)定，而且保持不變。同時，在直流負反饋電阻兩端加一旁路電容，避免了電壓放大倍數(shù)的過度減小。1BII 缺點：電壓增益小于直流負反饋電阻的放大電路。目的：穩(wěn)定

41、靜態(tài)工作點，提高輸入電阻。穩(wěn)定靜態(tài)工作點，提高輸入電阻。輸入電阻大于直流負反饋電阻的放大電路。2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院作業(yè)作業(yè)v 4.4.2v 4.4.3v 4.4.4第六節(jié)第六節(jié) 共集電極放大電路共集電極放大電路( (射極輸出器射極輸出器) )BRCCVb1CLRovecivER2C注意：注意：由交流通路判別組態(tài)。BRCCVbERecBIEICI11CCBQBBEQEQEBQBBEQBQEBQBEBEQVIRVIRIRVIRIRRV6.1 靜態(tài)工作點分析靜態(tài)工作點分析CQBQEQIIICEQCCEQEVVIR1CCBEQBQBEVVIRR2008-2-26北京建筑工

42、程學院北京建筑工程學院BRCCVbERecBIEICI例：例：靜態(tài)工作點估算。已知：RB=570k， RE=5.6k， RL=5.6k，=100，VCC=12V。解：解：1mACQEQBQIII12 1 5.66.4V CEQCCEQEVVIR1120.70.01mA5701 100 5.6CCBEQBQBEVVIRR6.2 動態(tài)分析動態(tài)分析BRCCVb2C1CLRovERecivbovBRecivLR交流通道交流通道ER注意根據(jù)輸入輸出信號判別組態(tài)。交流通道交流通道bLRoVBReciVERiIbIcIbBReciV小信號等效電小信號等效電路路berbIiIbIERLRoVcI 電壓放大倍數(shù)

43、：bBReciVberbIiIbIERLRoVcIeI輸入輸出電壓分別為：1oeLbLVI RI R電壓放大倍數(shù)為：1ib beeLbbeLVI rI RIrR1111bLLoVibeLbbeLIRRVAVrRIrRoVLReI討論討論 11LVbeLRArR p輸入輸出電壓同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱 為射極電壓跟隨器射極電壓跟隨器。p由于 ，所以 ，可見輸出電壓與輸 入入電壓近似相等，電壓未被放大；然而由于輸出電 流 ，即電流得到了放大，也就是說輸出功率 被放大了。1beLrR1VAebII 輸入電阻：bBReciVberbIiIbILRcIeIoV1I1ib beeLbbeLVI r

44、I RIrR11iiibBbeLVVIIIRrR1/1111iiBbeLiBbeLVRRrRIRrR輸出電阻等效電輸出電阻等效電路路 輸出電阻：bBReciVberbIiIbIERLRoVcIeIsRsVbBRecberbIbIERtVcIeIsRtI1IbecberbIbIERtVcIeI/ssBRRR tI1I1ttttbbEbesbesVVVIIIIRrRrR1/111tbesoEtEbesbesVrRRRIRrRrR討論討論輸入輸出電阻p由于射極輸出器的輸入電阻 很大，故從信號源取得的信號大。/1iBbeLRRrRp由于射極輸出器的輸出電阻 很小 ，故負載變化時輸出電壓Vo的變化很小，

45、即放大 電路的帶負載能力越強。/1besoErRRRLosooLRVVRRsoVoRoVLR2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院射極電壓輸出器應用討論討論p將射極電壓輸出器放在多級放大電路的首級，可以 提高輸入電阻，以便從信號源獲得較大的信號。p將射極電壓輸出器放在多級放大電路的末級，可以 降低輸出電阻，以便提高帶負載能力。2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院v 共集電極放大電路特點：電壓同相放大，放大倍數(shù)約為1；輸入電阻很大；輸出電阻很小。例：例：射極電壓輸出器動態(tài)參數(shù)計算。已知：RB=570k， RE=5.6k， RL=5.6k，=100，VCC=12V。bBR

46、eciVberbIiIbIERLRoVcI解：解：1.01mAEQI26262001200 1012.8k1.01beEQrIbBReciVberbIiIbIERLRoVcI電壓放大倍數(shù)為： 11111 1005.6/5.60.992.81 1005.6/5.6bLLoVibeLbbeLIRRVAVrRIrRbBReciVberbIiIbIERLRoVcI /1570/ 2.81 1005.6/5.6190kiiBbeLiVRRrRI輸入輸出電阻分別為(Rs=0情況下)：/12.85.6/281 100tbesoEtVrRRRI2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院例：例：射極電壓

47、輸出器動態(tài)參數(shù)計算。已知：RB=570k， RE=5.6k， RL=5.6k，=100，VCC=12V，信號源內(nèi) 阻Rs=1k 。求源電壓增益、輸入輸出電阻。bBReciVberbIiIbIERLRoVcIsVsRbBReciVberbIiIbIERLRoVcIsVsR解：解：190kiR 輸入電阻與信號源內(nèi)阻無關，故1900.990.9851 190oiVsVssiVRAAVRR源電壓增益為：輸出電阻為：2.8 1/570/5.6/3811 100tbesoEtVrRRRI2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院作業(yè)作業(yè)v 4.5.2v 4.5.3第七節(jié)第七節(jié) 放大電路的頻率響應放

48、大電路的頻率響應 實際的放大電路中總是存在一些電抗性元件，如：電容、電感以及電子器件的極間電容等，使得放大電路的輸出與輸入之間的關系必然和信號的頻率有關。 頻率響應：7.1 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念是指在輸入正弦信號情況下，輸出隨輸入信號頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應。 定義： 一般用頻率特性函數(shù)A(jw)來描述。2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院()()()oViVjAjVj 頻率響應描述方式：( )( )VVAA 幅頻響應 ：表示電壓增益的模與角頻 率之間的關系。( )VoiAVV 相頻響應 ：表示輸出與輸入信號之 間的相位差和頻率之間的關系。( )oiVV 2008-

49、2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院問題提出：問題提出：為什么要研究放大為什么要研究放大電路的頻率響應？電路的頻率響應？7.2 研究頻率響應的原因研究頻率響應的原因ivt任意信號可分解為一系列不同頻率的諧波信號之和線性失真幅度失真相位失真 幅度失真： 由于放大電路對不同頻率成分的信號，其增益不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為幅度頻率失真，簡稱幅頻失真。 相位失真： 由于放大電路對不同頻率成分的信號，其相移不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為相度頻率失真，簡稱相頻失真。v 產(chǎn)生頻率失真的原因：產(chǎn)生頻率失真的原因：放大電路中存在電抗性元件；三極管的()是頻率的函數(shù)。為什么要研究放大電路的頻率特性

50、？為什么要研究放大電路的頻率特性？7.3 單時間常數(shù)單時間常數(shù)RC電路的頻率響應電路的頻率響應 是指由一個電阻和一個電容組成的或者最終可以簡化成一個電阻和一個電容組成的電路，它有兩種類型，即：RC低通電路和RC高通電路。v 單時間常數(shù)RC電路： RC低通電路RCiVoV1111oviVj CAVj RCRj C11oviVAVj RC12HfRC令 為上限截止頻率11vHAj ff211arctanvHHAffff 0.1Hf10Hf1Hf100Hf20lg/dBVA/Hzf0204020dB/dec0459045 /dec2008-2-26北京建筑工程學院北京建筑工程學院 RC高通電路CRiVoV11oviVRj RCAVj RCRj C12LfRC