第5,6章 分立元件基本電路

Corresponding:Telmail:zhudm@下次課前選出課代表并發(fā)短信到我手機(jī),短信內(nèi)容:班級,姓名1緒論課程簡況:

課程地位,研究內(nèi)容,教學(xué)要求課程特點(diǎn):

理論嚴(yán)謹(jǐn),內(nèi)容豐富,系統(tǒng)性強(qiáng)課程安排:

考試課,

總學(xué)時(shí)56學(xué)時(shí)(包括6個(gè)實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí))

2?？?.1半導(dǎo)體二極管的認(rèn)識與檢測任務(wù)內(nèi)容了解半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理和PN結(jié)的形成過程;

掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?

理解二極管的伏安特性;

掌握二極管主要參數(shù),測試方法和選用能力目標(biāo)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識;半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu),伏安特性,主要參數(shù),使用常識及檢測任務(wù)半導(dǎo)體二極管的認(rèn)識與檢測項(xiàng)目6半導(dǎo)體器件的認(rèn)識與檢測3在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時(shí),本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電.把純凈的沒有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶稱為本征半導(dǎo)體(intrinsicsemiconductor).

它是共價(jià)鍵結(jié)構(gòu).(1)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.半導(dǎo)體的基本知識晶體(本征半導(dǎo)體)的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)SiSiSiSiSiSiSiSiSi共價(jià)鍵價(jià)電子4自由電子在常溫下自由電子和空穴的形成SiSiSiSiSiSiSiSiSi本征半導(dǎo)體中的自由電子(freeelectron)和空穴(hole)空穴空穴導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是共價(jià)鍵中的束縛電子依次填補(bǔ)空穴形成電流.故半導(dǎo)體中有電子(electron)和空穴(hole)兩種載流子(carriers).在外電場作用下,電子和空穴均能參與導(dǎo)電.兩種載流子5P型半導(dǎo)體(P-typesemiconductor)和N型半導(dǎo)體(N-typesemiconductor)(dopedsemiconductor)在硅或鍺的晶體中摻入少量的五價(jià)元素,如磷(P),則形成N型半導(dǎo)體.SiSiSiSiPSiSiSiSi自由電子SiSiSiSiBSiSiSiSi空穴在硅或鍺的晶體中摻入少量的三價(jià)元素,如硼(B),則形成P型半導(dǎo)體.6在N型半導(dǎo)中,電子是多數(shù)載流子,

空穴是少數(shù)載流子.N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖正離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖負(fù)離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子在P型半導(dǎo)中,空穴是多數(shù)載流子,

電子是少數(shù)載流子.半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)7用專門制造工藝在同一塊半導(dǎo)體單晶上,形成P型半導(dǎo)體區(qū)域和N型半導(dǎo)體區(qū)域,在這兩個(gè)區(qū)域的交界處就形成了一個(gè)PN結(jié).(2)PN結(jié)(PNjunction)及其單向?qū)щ娦远鄶?shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)電子空穴N區(qū)P區(qū)8在一定的條件下,多子擴(kuò)散(diffusion)與少子漂移(drift)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來.擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)平衡后形成的空間電荷區(qū)(PN結(jié))N區(qū)P區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場方向空穴擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向9PN結(jié)的單向?qū)щ娦酝饧诱螂妷鹤冋昭娮覲N內(nèi)電場外電場IFRUmA+-PN結(jié)加正向電壓10外加反向電壓外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行電子變寬PN內(nèi)電場外電場IRRUmA+-PN結(jié)加反向電壓空穴11PN結(jié)加正向電壓:PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為正向?qū)?PN結(jié)正向電流大,PN結(jié)電阻小.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)加反向電壓:PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為反向截止,PN結(jié)反向電流小,PN結(jié)電阻大.相當(dāng)于開關(guān)斷開相當(dāng)于開關(guān)閉合12

正極引線觸絲N型鍺支架外殼負(fù)極引線點(diǎn)接觸型二極管(1)二極管的結(jié)構(gòu)和符號2.半導(dǎo)體二極管(diode)

正極引線二氧化硅保護(hù)層P型區(qū)負(fù)極引線

面接觸型二極管N型硅PN結(jié)PN結(jié)二極管的符號正極(anode)負(fù)極(cathode)PN結(jié)面積大,用于工頻大電流整流電路.PN結(jié)面積小,結(jié)電容小,用于檢波和變頻等高頻電路.1314Light-emittingdiode,LEDPhotodiode15引線LEADWIRE晶片DICE玻殼GLASSSLEEVE二極管實(shí)物模型16600400200–0.1––50–100I/mAU/V反向擊穿特性硅管(silicondiode)的伏安特性(2)二極管的伏安特性(volt-amperecharacteristic)U=f(I)I/mAU/V0.40.8–40–80246–0.1–0.2鍺管(germaniumdiode)的伏安特性正向特性反向特性0死區(qū)電壓反向特性正向特性死區(qū)電壓17U/V600400200–0.1––50–100I/mA反向擊穿特性硅管的伏安特性正向特性:二極管加正向電壓反向特性:二極管加反向電壓理想二極管鍺管正向壓降0.2~0.3V硅管正向壓降0.5~0.7V–++–18(3)二極管的主要參數(shù)最大整流電流IOM反向工作峰值電壓URM反向峰值電流IRM例1下圖中,已知VA=3V,VB=0V.DA,DB為鍺管,求輸出端Y的電位并說明二極管的作用.解:DA優(yōu)先導(dǎo)通,則VY=3–0.3=2.7VDA導(dǎo)通后,DB因反偏而截止,起隔離作用,DA起鉗位作用,將Y端的電位鉗制在+2.7V.DA

–12VYABDBR二極管的應(yīng)用范圍很廣,它可用于整流、檢波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件.+0.3V–19DE3VRuiuouRuD例2下圖是二極管限幅電路,D為理想二極管,ui

=6sintV,E=3V,試畫出

uo波形.ttui/Vuo/V6330022–620t6302例3雙向限幅電路

t03–3DE3VRDE3VuiuouRuDui/Vuo/V–3213.特殊二極管IFUF0正向特性反向擊穿區(qū)UZIZminIZmax伏安特性穩(wěn)壓管(Zenerdiode)是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體二極管.工作在反向擊穿區(qū)DZ正極負(fù)極符號22IZmin工作在反向擊穿區(qū):負(fù)載電流變化時(shí),負(fù)載電壓幾乎不變.0穩(wěn)壓管的主要參數(shù)穩(wěn)定電壓UZ

最小穩(wěn)定電流IZmin

最大穩(wěn)定電流IZmaxIZUZ動(dòng)態(tài)電阻(dynamicresistance)rZrZ=IZ

UZ電壓溫度系數(shù)VZT最大允許耗散功率PMIFUFIZmaxUZ230Imin例題:已知ui

=10sintV,UZ=5.5V(穩(wěn)壓值),正向壓降為0.7V,試畫出

uo波形.DZUZRuiuouRt

t

ui/Vuo/V105.55.50022–0.7解:IUUZIZmax-0.724二極管在整流電路中的應(yīng)用整流電路將交流電變換成單向脈動(dòng)的直流電的過程叫做整流.單相半波整流(half-waverectifier)電路T+-u2+-u1VDiVDRL+-uLiL單相半波整流電路圖25VD:整流二極管,把交流電變成脈動(dòng)直流電.Tr:電源變壓器,把u1變成整流電路所需的電壓值u2.tu2tuLtiLULmaxILmax000U2U223(b)波形Tr+-u2+-u1VDiVDRL+-uLiL(a)單相半波整流電路圖26b．工作原理由波形可見,u2一周期內(nèi),負(fù)載只用單方向的半個(gè)波形,這種大小波動(dòng)、方向不變的電壓或電流稱為脈動(dòng)直流電.上述過程說明,利用二極管單向?qū)щ娦钥砂呀涣麟妘2變成脈動(dòng)直流電uL.由于電路僅利用u2的半個(gè)波形,故稱為半波整流電路.

u2負(fù)半周時(shí),A點(diǎn)電位低于B點(diǎn)電位,二極管VD反偏截止,則uL≈0.

u2正半周時(shí),A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位,二極管VD正偏導(dǎo)通,則uL≈u2;設(shè)u2為正弦波,波形如圖(b)所示.27c.負(fù)載和整流二極管上的電壓和電流二極管反向峰值電壓URM

負(fù)載電壓ULUL=0.45U2負(fù)載電流IL二極管正向電流IV

28單相全波整流(full-waverectifier)電路a.電路圖Tr單相橋式整流電路圖+-u2+-u1VD1+-uLiLVD2VD3VD4RL29u2正半周時(shí),如圖(a)所示,A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位,則VD1&VD3導(dǎo)通(VD2&VD4截止),i1自上而下流過負(fù)載RL;u2負(fù)半周時(shí),如圖(b)所示,A點(diǎn)電位低于B點(diǎn)電位,則VD2&VD4導(dǎo)通(VD1&VD3截止),i2自上而下流過負(fù)載RL.b.工作原理Tr+-u2+-u1VD1i1u2為正半周時(shí)的電流方向VD2VD3VD4RLTr+-u2+-u1VD1u2為負(fù)半周時(shí)的電流方向VD2VD3VD4RL30由波形圖可見,u2一周期內(nèi),兩組整流二極管輪流導(dǎo)通產(chǎn)生的單方向電流i1和i2疊加形成了iL.于是負(fù)載得到全波脈動(dòng)直流電壓uL.tu2tuLtiLULmaxILmax000U2U223橋式整流電路工作波形圖31優(yōu)點(diǎn):輸出電壓高,紋波小,較低,應(yīng)用廣泛.c.負(fù)載和整流二極管上的電壓和電流負(fù)載電壓UL

負(fù)載電流IL

二極管的平均電流IV

二極管承受反向峰值電壓32例

有一直流負(fù)載,需要直流電壓UL=60V,直流電流IL=4A.若采用橋式整流電路,求電源變壓器次級電壓U2,并選擇整流二極管.查晶體管手冊,可選用整流電流為3安培,額定反向工作電壓為100伏的整流二極管2CZ12A(3A/100V)四只.二極管承受的反向峰值電壓流過二極管的平均電流因?yàn)樗越?3模快6.1半導(dǎo)體三極管的認(rèn)識與檢測任務(wù)內(nèi)容了解半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu),電流放大作用;

掌握三極管的伏安特性,主要參數(shù),測試方法和選用能力目標(biāo)半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu),伏安特性,主要參數(shù),溫度對三極管特性參數(shù)的影響,三極管的使用常識及檢測任務(wù)半導(dǎo)體三極管的認(rèn)識與檢測34環(huán)氧樹脂注脂注塑外殼EPOXYMOLDINGCAP晶片DICE引線LEADFRAME焊線(金)GOLDWIRE三極管實(shí)物圖35二氧化硅保護(hù)膜N型硅BECN+P型硅1.半導(dǎo)體三極管(transistor)的結(jié)構(gòu)與分類N型鍺ECB銦球銦球PP+發(fā)射極Emitter,集電極Collector,基極Base36三極管的結(jié)構(gòu),分類和符號ECB發(fā)射結(jié)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電結(jié)NPNBCENPN型三極管(NPNtransistor)的結(jié)構(gòu)符號發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)PNP集電區(qū)基區(qū)集電結(jié)BCEECBPNP型三極管(PNPtransistor)的結(jié)構(gòu)符號發(fā)射極Emitter,集電極Collector,基極Base37

UCEUCCRCICCEBUBE共發(fā)射極(commonemitteramplifier)放大電路2.三極管的電流控制作用三極管具有電流控制作用的外部條件:發(fā)射結(jié)正向偏置(forwardbias);集電結(jié)反向偏置(backwardbias)

UBRBIB38UCE由于基區(qū)很薄,摻雜濃度又很小,電子在基區(qū)擴(kuò)散的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合的數(shù)量.所以:IC>>IB同樣有:IC>>

IB所以三極管具有電流控制作用,也稱之為電流放大作用.電流關(guān)系:IE=IB+ICUCCRCICCEBUBEUBRBIBIEIC=IB直流電流放大系數(shù)(DCcurrentamplification)

=IC

IB39UCE對于PNP型三極管應(yīng)滿足:UCCRCICCEBUBE共發(fā)射極接法放大電路三極管的電流控制作用三極管具有電流控制作用的外部條件:發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置.UBRBIBIE即

VC

<VB<

VEUBC

>0UBE<

0輸出回路輸入回路公共端40UCE三極管的輸入特性IB=f(UBE)UCE=C三極管的特性曲線UCCRCICCEBUBE輸出回路輸入回路公共端UBRBIBIEIBUBE0UCE

≥

1V死區(qū)電壓數(shù)設(shè)10241IC/mAUCE/V0IB=0μA20μA40μA截止區(qū)(cut-offregion)60μA80μAUCE小IC小IC=f(UCE)IB=C三極管的輸出特性及三個(gè)工作區(qū)

飽和區(qū)(saturationregion)放大區(qū)(amplifierregion)42發(fā)射結(jié)正向偏置集電結(jié)反向偏置對于NPN型三極管應(yīng)滿足:VC>

VB>

VE且IC=IB對于PNP型三極管應(yīng)滿足:VC

<VB<

VE且IC=IB放大狀態(tài)三極管在三個(gè)區(qū)的工作狀態(tài)共發(fā)射極接法放大電路UCEUCCRCICCEBUBEUBRBIBIE43飽和狀態(tài)集電結(jié),發(fā)射結(jié)均反向偏置.即UBE<=0(2)IB增加時(shí),IC基本不變,且IC

UCC/RC

UCE0晶體管C,E之間相當(dāng)于短路截止?fàn)顟B(tài)即UCE<UBE

(1)IB=0,IC

0(2)UCE

UCC晶體管C,E極之間相當(dāng)于開路(1)發(fā)射結(jié)正向偏置;集電結(jié)正向偏置共發(fā)射極接法放大電路UCEUCCRCICCEBUBEUBRBIBIE44三極管的主要參數(shù)電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)

=

IC

IB

穿透電流ICEO

集電極最大允許電流ICM集--射反相擊穿電壓U(BR)CEO集電極最大允許耗散功率PCM極限參數(shù)IB直流電流放大系數(shù)

=IC

45在輸出特性上求

,1.5mA40μAIC

IB

===37.5

=IC

IB

=2.3–1.5(mA)60–40(μA)=40設(shè)UCE=6V,IB由40μA加為60μA.60μA020μA1.52.3IC/mAUCE/VIB

=40μA646一、選擇題1.在放大電路中,若測得某管的三個(gè)極電位分別為–2.5V,–3.2V,–9V.這三極管的類型是（1）PNP型鍺管 （2）PNP型硅管 （3）NPN型鍺管 （4）NPN型硅管 2.在放大電路中,若測得某管三個(gè)極電位分別為–2.5V,–3.2V,–9V.則分別代表管子的三個(gè)極是（1）e,c,b（3）b,c,e（4）c,b,e（2）e,b,c3.在放大電路中,若測得某管的三個(gè)極電位分別為1V,1.3V,6V.這三極管的類型是（1）PNP型鍺管 （2）PNP型硅管 （3）NPN型鍺管 （4）NPN型硅管 474.在放大電路中,若測得某管的三個(gè)極電位分別為1V,1.3V,6V.則分別代表管子的三個(gè)極是(1)e,c,b(3)b,c,e(4)c,b,e(2)e,b,c5.一個(gè)NPN管在電路中正常工作,現(xiàn)測得UBE>0,UBC>0,UCE>0.則此管工作區(qū)為(1)飽和區(qū)(2)截止區(qū)(3)放大區(qū)6.一個(gè)NPN管在電路中正常工作,現(xiàn)測得UBE>0,UBC<0,UCE>0.則此管工作區(qū)為(1)飽和區(qū)(2)截止區(qū)(3)放大區(qū)487.一個(gè)NPN管在電路中正常工作,現(xiàn)測得UBE<0,UBC<0,UCE>0.則此管工作區(qū)為(1)飽和區(qū)(2)截止區(qū)(3)放大區(qū)8.穩(wěn)壓管工作在------狀態(tài).(1)正向?qū)?2)反向截止(3)反向擊穿9.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖所示,其中UZ1=7V,UZ2=3V,它們的正向?qū)▔航禐?.7V.其輸出電壓為DZ1UZ1RuiuoUZ2DZ2(1)0.7V(2)1.7V(3)3V(4)7.7V491.在圖所示電路中,E=5V,ui=10sintV,D為理想二極管,試畫出輸出uO的波形.DERuiuott

ui

/Vuo/V10550022–10二、計(jì)算下列各題502.兩個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值分別為5.5V和8.5V,正向壓降均為0.5V.若得到6V電壓,試畫出穩(wěn)壓電路.DZ15.5VRuiuoDZ2解:0.5V3.兩個(gè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值分別為5.5V和8.5V,正向壓降均為0.5V.若得到14V電壓,試畫出穩(wěn)壓電路.DZ18.5VRuiuoDZ2解:5.5V51模快7.1單管放大電路的分析與實(shí)踐任務(wù)內(nèi)容掌握單管放大電路的組成;

理解其工作原理;

掌握單管共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置與穩(wěn)定,放大電路的微變等效電路分析方法;

掌握單管共射放大電路的安裝與測試能力目標(biāo)單管放大電路的組成,靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析;

單管放大電路的制作任務(wù)7.1.1單管放大電路的分析與實(shí)踐項(xiàng)目7電子助聽器電路的分析與制作52放大電路的目的是將微弱的變化信號不失真的放大成較大的信號.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(luò)表示,如圖:uiuoAu1.單管共射極基本放大電路(common-emitteramplifier)的組成53基本放大電路的組成三種三極管放大電路共基極放大電路,共集電極放大電路共射極放大電路,省去一個(gè)直流電源共發(fā)射極放大電路RB

RC

T+UCC簡單畫法CEBEBUCCRCRBT54+UCCRBRCC1C2Truo耦合電容C(coupledcapacitor)偏置電阻RB集電極負(fù)載電阻RC基本交流放大電路的組成直流電源UCCui55uiuoRB+UCCUBRCC1C2Tr放大元件Tr,iC=iB,工作在放大區(qū),要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏.RB,UB基極電阻與基極電源,使發(fā)射結(jié)正偏,并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn).UCC集電極電源,為電路提供能量.并保證集電結(jié)反偏.RC集電極負(fù)載電阻,將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?耦合電容C1,C2為電解電容,有極性.大小10F~50F.隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系,同時(shí)能使信號順利輸入輸出.RB56符號規(guī)定UA大寫字母,大寫下標(biāo),表示直流量.uA小寫字母,大寫下標(biāo),表示交直流量.ua小寫字母,小寫下標(biāo),表示交流分量.uauAt放大電路的分析方法靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法572.共射放大電路(commonemitteramplifier)的工作原理放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號.電容對交直流的作用不同.如果電容容量足夠大,可以認(rèn)為它對交流不起作用,即對交流短路.而對直流可以看成開路,這樣,交直流所走的通道是不同的.直流通路(directcurrentpath):

只考慮直流信號的分電路.交流通路(alternatingcurrentpath):

只考慮交流信號的分電路.信號的不同分量可以分別在不同的通路分析.58對直流信號(只有+UCC)RB+UCCRCC1C2T直流通道(directcurrentpath)RB+UCCRC59對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路(alternatingcurrentpath)RL60放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)分析的任務(wù)是根據(jù)電路參數(shù)和三極管的特性確定靜態(tài)值(直流值)UBE,IB,IC

和UCE.可用放大電路的直流通路來分析.放大電路沒有輸入信號時(shí)的工作狀態(tài)稱為靜態(tài).ui

=0C1TRLuoRCRB+UCCC261ui=0時(shí)IBQICQIEQ=IBQ+ICQ靜態(tài)工作點(diǎn)(quiescentpoint,Q-point)RB+UCCRCC1C2T62(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ)分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn).IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQIBQ63放大電路分析方法----估算法(1)根據(jù)直流通道估算IBIBUBERB稱為偏置電阻,IB稱為偏置電流.+UCC直流通路RBRC(2)根據(jù)直流通道估算IC,UCE.64IC直流負(fù)載線UCEICUCEUCCDCpathRB+UCCRC放大電路分析方法----圖解法1.畫出三極管的輸出特性2.根據(jù)UCE=UCC–ICRC作直流負(fù)載線3.先估算IB

,然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線,與IB

對應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn).IBQQICQUCEQ65例:用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn).已知:UCC=12V,RC=4K,RB=300K,=37.5.解:注意電路中IB

和IC

的數(shù)量級66放大電路的動(dòng)態(tài)分析----微變等效電路法iBuBE輸入回路:當(dāng)信號很小時(shí),將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性.uBEiB

對輸入的小交流信號而言,三極管相當(dāng)于電阻rbe.rbe從幾百歐到幾千歐.對于小功率三極管:三極管的微變等效電路(equivalentcircuit)Q67輸出回路iCuCE(1)輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib

控制的電流源.(2)考慮uCE對iC的影響,輸出端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻rce.iCuCE68ic

rcerbeubeuceibibicbibubeucece三極管的微變等效電路erbeibibbcrce很大,可忽略.69放大電路的微變等效電路將交流通道中的三極管用微變等效電路代替:交流通路RBRCRLuiuouoRBibiiicuirbeibRCRL微變等效電路70電壓放大倍數(shù)(voltagegain)的計(jì)算特點(diǎn):負(fù)載電阻越小,放大倍數(shù)越小.RBrbeRCRL71輸入電阻(inputresistance)的計(jì)算對于為放大電路提供信號的信號源來說,放大電路是負(fù)載,這個(gè)負(fù)載的大小可以用輸入電阻來表示.輸入電阻的定義:(動(dòng)態(tài)電阻).電路的輸入電阻越大,從信號源取得的電流越小,因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻.RBrbeRCRL72輸出電阻(outputresistance)的計(jì)算對于負(fù)載而言,放大電路相當(dāng)于信號源,可以將它進(jìn)行戴維南等效,戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻.計(jì)算輸出電阻的方法:所有獨(dú)立電源置零,保留受控源,加壓求流法.rbeRBRC73C2C1+iB放大電路的動(dòng)態(tài)分析----圖解法放大電路有輸入信號時(shí)的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài).加入輸入信號后,三極管的各個(gè)電壓和電流都含有直流分量和交流分量.輸出端開路,參數(shù)如下:設(shè)

ui=Uim

sint=0.02sint(v)iCUCCRBRCTuBEuCE

uiuo+IC=1.5mA,UCE=6V,IB=40μA740.02–0.020.68tUBE/V00.7=tuBE/V00.70.72ube

UBE

uBE=UBEUim

sint+=0.7+0.02sint(V)ube

注意各種符號的不同含義+tui(ube)/V0Ubem直流分量(directcurrentcomponent)交流分量(alternatingcurrentcomponent)交直流總量根據(jù)輸入回路的KVL方程:IC=1.5mA,UCE=6V,IB=40μA75ib0iB/μAuBE/VQ1QQ260402000604020IB0.680.70.72UBEttib==IBiBiB-在輸入特性上ubeuBE/V(IC=1.5mA,UCE=6V,IB=40μA)iB/μAiB760IB=40μA2060803Q612N0Mt0Q1ICicUCEUcemuce

(uo)39uCE/VtQ2iC/mAiC/mA5在輸出特性上77iCiEC1+UCCRBRCC2T

信號的放大過程+tui0uBEt0UBEt0iBIBiBuBEuCEt0UCEuCEtuo0+uBE=UBE+uiiB=IB+ibiC=IC

+icuCE=UCC-

RCiCuo=-RCict0iCIC78失真(distortion)分析在放大電路中,輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號(即線性放大);如果兩者不成比例,則輸出信號不能反映輸入信號的情況,放大電路產(chǎn)生非線性失真.為了得到盡量大的輸出信號,要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分.如果Q點(diǎn)設(shè)置不合適,信號進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū),則造成非線性失真.下面將分析失真的原因.為簡化分析,假設(shè)負(fù)載為空載(RL=).79uo選擇靜態(tài)工作點(diǎn)iciCuCEQib80iCuCEiCuCE1.Q點(diǎn)過低,信號進(jìn)入截止區(qū),放大電路產(chǎn)生截止失真(cut-offdistortion).2.Q點(diǎn)過高,信號進(jìn)入飽和區(qū),放大電路產(chǎn)生飽和失真(saturationdistortion).uoicicuoibib81實(shí)現(xiàn)放大的條件1.晶體管必須偏置在放大區(qū).發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏.2.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn),使整個(gè)波形處于放大區(qū).3.輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流.4.輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓,經(jīng)電容濾波只輸出交流信號.82如何判斷一個(gè)電路是否能實(shí)現(xiàn)放大？3.晶體管必須偏置在放大區(qū).發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏.4.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn),使整個(gè)波形處于放大區(qū).

如果已給定電路的參數(shù),則計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)來判斷;如果未給定電路的參數(shù),則假定參數(shù)設(shè)置正確.1.信號能否輸入到放大電路中.2.信號能否輸出.與實(shí)現(xiàn)放大的條件相對應(yīng),判斷的過程如下:83當(dāng)T發(fā)生變化,和ICE發(fā)生變化,使IC和

UCE發(fā)生變化,引起靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定.+UCCRBRCC1C2TRLuoRsusIB=UCC-UBERBIB固定,稱固定偏置放大電路3.靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定電路溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響84為了保證放大電路的穩(wěn)定工作,必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn).但是,溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn).對于前面的電路（固定偏置電路）而言,靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、和ICEO決定,這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化,溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響主要體現(xiàn)在這一方面.Q變UBEICEO變T變IC變85溫度對UBE的影響IBUBET2>T1TUBE

IBIC溫度對值及ICEO的影響總的效果是:T,ICEOICICUCEQTQ′86總之

T

IC常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn).為此,需要改進(jìn)偏置電路,當(dāng)溫度升高時(shí),能夠自動(dòng)減少IB,IB

IC

,從而抑制Q點(diǎn)的變化.保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定.87電路組成及其靜態(tài)分析UBE=VB-VE=VB-IE

REI2=(5~10)IBI1=I2+IBI2IE=

IC+IBICECI1I2IBRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoBICIE88穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理RB1VB=UCCRB2RB2+DCpathUBE=VB–

VEIB溫度升高ICIEVEUBEICUCCRCC1C2TRLRB2RE+CE++RB1uoRSus

UCEBRCICRB1IBUCCIEI1I2RB2RE89(1)計(jì)算靜態(tài)值IB

,IC

和UCE

;例在分壓式偏置電路中,已知:UCC=12V,RB1=30K,RB2=10K,RC=4K,RE=2.2K,RL=4K,CE=100μF,C1=C2=20μF,三極管的=50.(2)計(jì)算和ro,riAu?RCC1C2TRLRB2RE+CE++RB1uoRsus90

UCEUCC(1)估算法求靜態(tài)值VB=UCCRB1RB2RB2+=121030+10=3VIC≈IE=VB–UBERE=3–0.62.2=1.09mAIB==IC

1.0950=21.8μAUCE=UCC–ICRC–ICRE=12–1.09(4+2.2)=5.24V(2)動(dòng)態(tài)分析畫出微變等效電路對于設(shè)計(jì)好的電路均能滿足I1>>IB

,I2>>IB,認(rèn)為I1≈

I2

直流通路BRCICRB1IBIEI1I2RB2RE91微變等效電路

分壓式偏置電路的微變等效電路RCC1C2TRLRB2RE+CE++RB1uoRsusUo?RCRLUi?RB2RB1rbe

Ib?Ib?92

分壓式偏置電路的微變等效電路4//41.59kRC//RLrbeAu=–

=–50=–62.9?ri

=RB1//RB2

//rbe

=30//10//1.59=1.31k

ro=RC=

4

k

Uo?RCRLUi?RB2RB1rbe

Ib?Ib?__rbe=300+(1+)26IE=300+51261.09=1.59k93IbRE1RsRCRLRE2UCCRCC1C2TRLRB2+CE++RB1uousUi?rbe

Uo?ri?

Ib?RB2RB1RE1例

分析RE1對Au?和ri的影響94?RL+(1+)RE1rbe

Uo?Ui?

Ib

Ib?RCRB2RB1RE1畫出微變等效電路riAu=–RC//RLrbe?=

RB1//RB2

//[rbe

+(1+)RE1]ri=RB1//RB2//ri

RE1使Au減小,ri增加.ri'=[rbe+(1+)RE1]Ui=Ib[rbe+(1+)RE1]··95?？?.1單管放大電路的分析與實(shí)踐任務(wù)內(nèi)容了解單管共集放大電路的組成,動(dòng)態(tài)性能及應(yīng)用場合;

理解其工作原理;

掌握單管共射放大電路的安裝與測試能力目標(biāo)單管共集放大電路的組成,靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析;

單管共集放大電路的制作任務(wù)7.1.2單管共集放大電路的分析與實(shí)踐961.共集電極放大電路---射極輸出器(emitterfollower)從發(fā)射極和地之間取輸出電壓.UCE=UCC-IEREIE=(1+

)IB靜態(tài)分析RBUCEIE+UCCREIBUCCT++usuoRsC1RBC2RERL97由交流通路可以看出,對交流信號而言,集電極C接地,集電極是輸入和輸出電路的公共端,所以射極輸出器是共集電極放大電路.動(dòng)態(tài)分析射極輸出器的交流通路TusuoRERBRLRsBECrbe

EBCRERLRBRsUo?Us?Ui?射極輸出器的微變等效電路98電壓放大倍數(shù)rbe+(1+)(RE//RL)Au=(1+)(RE//RL)?輸入電阻ri=RB//[rbe+(1+)(RE//RL)]ri'=[rbe+(1+)RE//RL]Ui=Ib[rbe+(1+)RE//RL]··Ibrbe

EBCRERLRBRs?Uo?Ie?ri'riUs?Ui?

Ib?輸出電阻ro=ro'//RE=1+Rs'+rbe//RE992.射極輸出器的特點(diǎn):(1)電壓放大倍數(shù)小于1,近似等于1;(2)輸出電壓與輸入電壓同相,具有跟隨作用;(3)輸入電阻高;(4)輸出電阻低.100射極輸出器的應(yīng)用可以用射極輸出器作多級放大電路的輸入級、輸出級或中間級.3.將射極輸出器接在兩級共發(fā)射級放大電路之間,可以起阻抗變換作用,改善整個(gè)放大電路的性能.1.用射極輸出器作輸入級時(shí),因其輸入電阻高,可以減小放大電路對信號源的影響;2.作輸出級時(shí),利用它輸出電阻低的,可以穩(wěn)定輸出電壓,提高帶負(fù)載能力;101例:在圖所示電路中,已知1=50,rbe1=0.96k,(1)負(fù)載RL=3k,試計(jì)算電壓放大倍數(shù);(2)如果在這個(gè)放大電路和負(fù)載之間加一級射極輸出器作輸出級,并已知:三極管T2的2=50,rbe2=1k,再計(jì)算RL=3k總電壓放大倍數(shù).UCCRB1RCC1C2TRLuo

RB2RE+CE++12k2k27k3kui(a)102UCCRB1RCC1C2T1RLuo

RB2RE1+CE++RB3RE2C3+T227k12k3k2k300k3kui+15V(b)解:當(dāng)RL=3k時(shí)(1)只有第一級:Au=–1RC1//RLrbe=–503//30.96=–78?103+RLRB3

rbe2

2Ib2?Ib2?RE2Uo?RLuo

RB3RE2C3+T2300k3kUCCRB1RCC1C2T1RB2RE1+CE+27k12k3k2kui+15VRC1rbe1

RB1Ib1?RB2

1Ib1?Ui?104(RL=3k時(shí))ri2=RB3//[rbe2+(1+2)(RE2//RL)]=61.6kRC1//ri2Au1=–1rbe1?=–50×3//61.60.96=–149Au2=(1+2)(RE2//RL)?rbe2+(1+2)(RE2//RL)=(1+50)(3//3)1+(1+50)(3//3)=0.987Au=Au1Au2????=(–149)0.987=–147RLrbe1

RC1RB1RB3

rbe2

2Ib2?Ib1?Ib2?RB2RE2Uo?ri2

1Ib1?Ui?105接入射極輸出器作輸出級后,盡管射極輸出器本身的電壓放大倍數(shù)近似等于1,但由于它的輸入電阻高,提高了第一級的電壓放大倍數(shù),因而總電壓放大倍數(shù)比單獨(dú)用第一級時(shí)也提高了很多.106任務(wù)內(nèi)容了解多極大放大電路的組成,動(dòng)態(tài)性能及工作原理應(yīng)用場合;

熟悉多級放大電路的耦合方式及性能指標(biāo);

掌握多極放大電路的安裝與測試能力目標(biāo)多極放大電路的組成,靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析;

多極放大電路的制作任務(wù)7.1.3多極放大電路的分析與實(shí)踐107多級放大器正常工作的基本要求:1.多極放大(multistageamplifier)電路的組成第1級放大器第2級放大器第n級放大器負(fù)載+Uo-多級放大器的方框圖+Ui-保證信號能順利地由前級傳送到后級;連接后仍能使各級放大器有正常的靜態(tài)工作點(diǎn);信號在傳送過程中失真要小,級間傳輸效率要高.108多級放大電路的連接,產(chǎn)生了單元電路間的級聯(lián)問題,即耦合問題.放大電路的級間耦合必須要保證信號的傳輸,且保證各級的靜態(tài)工作點(diǎn)正確.直接耦合(direct-coupledamplifier)電抗性元件耦合根據(jù)輸入信號性質(zhì)決定級間耦合電路的形式.2.多極放大電路的耦合方式耦合電路采用直接連接或電阻連接,不采用電抗性元件.直接耦合電路可傳輸?shù)皖l甚至直流信號.因而緩慢變化的漂移信號也可以通過直接耦合放大電路.級間采用電容或變壓器耦合.電抗性元件耦合,只能傳輸交流信號.漂移信號和低頻信號不能通過.109直接耦合放大器直接耦合方式及其存在的兩個(gè)特殊問題放大變化緩慢的甚低頻“直流信號”,應(yīng)采用直接耦合方式,即用導(dǎo)線將前、后兩級聯(lián)接起來,稱為“直流放大器”.RB1RC1uiuoT1T2+UCC

RC2R簡單的直接耦合電路110以兩級阻容耦合放大電路為例兩級靜態(tài)工作點(diǎn)之間有影響嗎？阻容耦合(resistance-capacitancecoupledamplifier)多級放大電路RB1RC1C1C2RsT1RB2RE1+CEusUCCRB3RC2C3T2RLuo+++第一級第二級111兩級阻容耦合放大電路的微變等效電路1.電壓放大倍數(shù)Au=Au1Au2×???Au1=–1RC1//ri2rbe1?Au2=–2?RC2//RLrbe22.輸入電阻ri

=ri1=RB1//RB2

//rbe1

3.輸出電阻ro

=ro2=RC2

rbe1RC1RLRB1RsRB3rbe2

RB2RC2Uo1?Ui2?ri2US?Ui?Uo??Ib2?Ib1?Ib1?Ib21123.阻容耦合放大電路的頻率特征單級放大電路的頻率特性放大電路放大倍數(shù)的幅值隨頻率變化的關(guān)系稱為幅頻特性;輸出信號與輸入信號的相位差隨頻率變化的關(guān)系稱為相頻特性.UCCTCo++C1RCRBC2uoRLui113所以C1、C2可視為短路,Co可視為開路.

(1)中頻段