二極管和三極管的入門基礎(chǔ)知識(shí) 圖解ppt課件.ppt

1、三極管放大電路,1,5.1 二極管 5.2 三極管 5.3 共射極放大電路 5.4 分壓式偏置電路 5.5 多級(jí)放大電路 5.6 放大電路中的負(fù)反饋 5.7 差分放大電路 5.8 功率放大電路 5.9 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路,背景知識(shí),2,5.1二極管,知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò),3,5.1.1PN結(jié),半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。 常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺。 純凈的具有完整單晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料稱為本征半導(dǎo)體。 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，其原子之間的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，如圖5-1，價(jià)電子不易脫離束縛而成為自由電子。但是當(dāng)獲得足夠的能量后，一些價(jià)電子可能掙脫共價(jià)鍵的束縛游離出來，成為

2、自由電子，當(dāng)有外電場(chǎng)作用時(shí)這些自由電子就可以參與導(dǎo)電。另外，當(dāng)價(jià)電子游離出來以后，會(huì)在原來位置上留下一個(gè)“空位” ，使得這個(gè)共價(jià)鍵不穩(wěn)定，能吸引其他電子來填充，這部分電子移動(dòng)相當(dāng)于“空位”向相反方向移動(dòng)，這些空位我們稱為空穴，空穴帶正電。,1本征半導(dǎo)體和摻雜半導(dǎo)體,4,圖5-1 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)和空穴電流的產(chǎn)生,5,圖5-2 N型半導(dǎo)體,若摻入五價(jià)元素，如磷(P),就形成了N型半導(dǎo)體。由于磷原子有5個(gè)價(jià)電子，其最外層的四個(gè)電子與相鄰的4個(gè)硅（或鍺）原子組成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，有1個(gè)價(jià)電子游離于共價(jià)鍵之外，成為自由電子，如圖5-2所示。每摻入一個(gè)磷原子就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自由電子，因此N型半導(dǎo)體中自由電子

3、的濃度大大增加。與此同時(shí)，還存在因熱激發(fā)產(chǎn)生的少量自由電子和空穴。由于自由電子的數(shù)目遠(yuǎn)大于空穴的數(shù)目，所以自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。,6,圖5-3 P型半導(dǎo)體,同理，若在硅（或鍺）晶體中摻入微量的三價(jià)元素，如硼（B）,就形成了P型半導(dǎo)體，如圖5-3。不難看出P型半導(dǎo)體多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電子。,7,（1）PN結(jié)的形成： 把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體用特殊的工藝結(jié)合在一起時(shí)，N區(qū)中濃度較高的自由電子會(huì)擴(kuò)散到P區(qū)，并與P型半導(dǎo)體中空穴復(fù)合，在N區(qū)一側(cè)留下帶正電的凈電荷區(qū)。同時(shí)，P區(qū)濃度較高的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)中并與自由電子復(fù)合，在P區(qū)形成帶負(fù)電的凈電荷區(qū)。從而在交界面處形成一

4、個(gè)由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)。該內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子繼續(xù)擴(kuò)散起阻礙作用，對(duì)雙方少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)起推動(dòng)作用。當(dāng)多數(shù)載流子擴(kuò)散數(shù)量與少數(shù)載流子漂移數(shù)量相同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)寬度和強(qiáng)度保持穩(wěn)定。這種在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交界面處形成的穩(wěn)定的內(nèi)電場(chǎng)稱為PN結(jié)。如圖5-4所示。,2 .PN結(jié)：,5.1.1PN結(jié),圖5-4 PN結(jié)的形成,8,（二） PN結(jié)的特性： PN結(jié)有一個(gè)非常重要的導(dǎo)電特性：單向?qū)щ娦浴?1)PN結(jié)加正向電壓正向?qū)?如圖5-5a所示，電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，稱為正向電壓，指示燈亮，說明PN結(jié)導(dǎo)通。 2) PN結(jié)加反向電壓反向截止 如圖5-5b所示，電源負(fù)極接P區(qū)，正極接N區(qū)，稱為反向電

5、壓，指示燈不亮，說明PN結(jié)截止。,圖5-5a PN 結(jié)外加正向電壓 圖5-5b PN 結(jié)外加反向電壓,5.1.1PN結(jié),9,5.1.2 二極管,1 結(jié)構(gòu),在一個(gè)PN結(jié)的P區(qū)和N區(qū)各接出一條引線，再封裝在管殼內(nèi)，就制成一只二極管，如圖5-6a所示，N區(qū)引出端為陰極（負(fù)極），P區(qū)引出端為陽極（正極），其文字符號(hào)為VD，圖形符號(hào)如圖5-6b所示。圖5-7是幾種常見的二極管的外形。,圖5-7幾種常見的二極管的外型,圖5-6 二極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào),10,5.1.2 二極管,2類型 二極管的分類方法很多，根據(jù)不同的制造工藝及結(jié)構(gòu)，二極管可分點(diǎn)接觸型、面接觸型及平面型二極管；根據(jù)材料不同，可分為硅二極管和鍺二

6、極管兩類；根據(jù)用途不同，又可分為普通二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管等。 3型號(hào) 按國家標(biāo)準(zhǔn)GB294-74規(guī)定，二極管的型號(hào)由五部分組成，如表5-1所示。 常見的二極管有2AP7、2DZ54C等，根據(jù)表5-1可自行判斷它們的意義。,11,5.1.2 二極管,4伏安特性 如圖5-8所示。 （1）正向特性 位于圖中第一象限。當(dāng)二極管承受很小的正向電壓時(shí)，二極管并不能導(dǎo)通，這是因?yàn)橥怆妶?chǎng)太弱，不足以克服內(nèi)電場(chǎng)的阻擋作用，這段區(qū)域稱為死區(qū)，與此相對(duì)應(yīng)的電壓叫死區(qū)電壓，一般硅二極管的死區(qū)電壓約0.5伏，鍺二極管約0.2伏。 當(dāng)正向電壓上升到大于死區(qū)電壓時(shí)，二極管開始導(dǎo)通，正向電流隨正向電壓上升很快。二極

7、管導(dǎo)通后的正向電阻很小，其正向壓降很小，一般硅管約0.7V，鍺管約為0.2-0.3伏。 (2)反向特性 位于圖中第三象限。當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，二極管中只有很小的反向電流，是由少數(shù)載流子漂移形成。受溫度影響敏感，反向電流越小，二極管溫度穩(wěn)定性越好。硅管反向電流比鍺管小。所以硅管溫度穩(wěn)定性好。 當(dāng)反向電壓增大到超過某個(gè)值時(shí)，反向電流急劇加大，二極管被擊穿，可能被損壞。所以一般二極管不允許工作在這個(gè)區(qū)域。,12,圖5-8二極管的電壓、電流特性曲線,5.1.2 二極管,13,5.1.2 二極管,5二極管的主要參數(shù) 二極管的參數(shù)是選擇和使用二極管的重要依據(jù)。 （1）最大正向電流IFM ：指在規(guī)定的散

8、熱條件下,二極管長期安全運(yùn)行時(shí)允許通過的最大正向電流的平均值。如果實(shí)際工作時(shí)正向電流的平均值超過此值,二極管可能會(huì)因過熱而損壞。 （2）最高反向工作電壓URM ： 指二極管允許承受的最高反向電壓。一般規(guī)定最高反向工作電壓為反向擊穿電壓的二分之一。,14,5.2三極管,知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò),三極管,三極管的電流放大作用,三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和型號(hào),三極管的特性曲線,三極管的主要參數(shù),三極管的輸入特性,三極管的輸出特性,15,5.2.1三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和型號(hào),1三極管的結(jié)構(gòu) 圖5-11是幾種常見的國產(chǎn)三極管的封裝和外形。 在一塊極薄的硅或鍺基片上通過一定的工藝制做出兩個(gè)PN結(jié)就構(gòu)成了三層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，從三層

9、半導(dǎo)體各引出一根引線就是三極管的三個(gè)極，再封裝在管殼里，就構(gòu)成晶體三極管。三個(gè)電極分別叫做發(fā)射極E、基極B、集電極C，與之對(duì)應(yīng)的每層半導(dǎo)體分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)為集電結(jié)?；鶇^(qū)是P型半導(dǎo)體的稱為NPN型三極管，基區(qū)是N型半導(dǎo)體的稱為PNP型三極管。,圖5-11幾種三極管的外形和封裝,16,5.2.1三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和型號(hào),三極管的結(jié)構(gòu)和表示符號(hào)如圖5-12所示。 晶體三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是： 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大于集電區(qū)； 基區(qū)非常薄且摻雜很輕； 集電結(jié)面積較發(fā)射結(jié)大，它們并不對(duì)稱，所以集電極和發(fā)射極不能互換。,圖5-12 三極管

10、的結(jié)構(gòu)和符號(hào),17,5.2.1三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和型號(hào),2三極管的型號(hào) 按國家標(biāo)準(zhǔn)GB294-74規(guī)定，三極管的型號(hào)同二極管一樣也由五部分組成，如表5-3所示。,表5-3 三極管的型號(hào)組成及其意義,常見的二極管有3DG130C、3AX52B等，根據(jù)表5-2可自行判斷它們的意義。,18,5.2.2三極管的電流放大作用,當(dāng)給三極管的發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓時(shí)，三極管具有電流放大作用，電路形式如圖5-13所示。 1、靜態(tài)電流放大作用 集電極電流一般是基極電流30-100倍，稱為靜態(tài)電流放大系數(shù)。 2 、動(dòng)態(tài)電流放大作用 稱為動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)，與靜態(tài)電流放大系數(shù)近似相等，一般取為一致。,圖5

11、-13 三極管電流放大作用電路,19,5.2.3三極管的特性曲線,表示三極管各極電流和極間電壓關(guān)系的曲線稱為晶體管的特性曲線，它是了解三極管外部性能和分析三極管工作狀態(tài)的重要依據(jù)。 、輸入特性 輸入特性是指當(dāng)三極管集電極發(fā)射極之間的電壓UCE 為定值，基極電流IB 和基極-發(fā)射極之間電壓UBE之間的關(guān)系。其特性曲線如圖5-15所示。,20,5.2.3三極管的特性曲線,、輸出特性 輸出特性是指當(dāng)三極管的基極電流IB為定值，集電極電流IC與集電極發(fā)射極之間的電壓UCE 之間的關(guān)系，其特性曲線如圖5-16所示。由圖可見，當(dāng)基極電流不變時(shí)集電極電流基本不隨集射極之間的電壓UCE變化而變化，所以說從三極

12、管的集電極看進(jìn)去具有恒流源特性。不同的基極電流IB對(duì)應(yīng)不同的輸出特性曲線，從而形成一個(gè)曲線簇，可把輸出特性曲線簇分成三個(gè)區(qū)域，不同的區(qū)域?qū)?yīng)著不同的工作狀態(tài)。,21,5.2.4三極管的主要參數(shù),晶體管的參數(shù)表示其性能優(yōu)劣和適用范圍，是合理選擇和正確使用的依據(jù)。 、共發(fā)射極電流放大系數(shù) 表示三極管的電流放大能力。不同型號(hào)的管子其不同，范圍在20-200之間，可根據(jù)需要選用。 、集電極-發(fā)射極反向飽和電流 ICE0：也叫穿透電流。是指基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間加規(guī)定反向電壓時(shí)的反向電流。該電流越小，三極管溫度穩(wěn)定性越好。 、極限參數(shù) 1） 集電極最大允許電流IC ： 集電極電流過大時(shí)三極管的會(huì)下降

13、，一般規(guī)定當(dāng)下降到額定值2/3時(shí)的集電極電流稱為集電極最大允許電流IC。 2） 集電極發(fā)射極反向擊穿電壓U（BR）CE0： 指在基極開路的情況下加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許工作電壓。 3）集電極最大允許耗散功率PCM：,22,5.3共射極放大電路,知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò),共射極放大電路,共射極放大電路的組成,電路的靜態(tài)分析,電路的動(dòng)態(tài)分析,電阻分類及標(biāo)識(shí),電阻分類及標(biāo)識(shí),電阻分類及標(biāo)識(shí),電阻分類及標(biāo)識(shí),電阻分類及標(biāo)識(shí),23,5.3.1 電路組成,共射極單管放大電路如圖5-18所示。為使電路簡化，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)共用一個(gè)電源，電阻RB將電源引至發(fā)射結(jié)。為發(fā)射結(jié)提供正偏電壓。由于三極管的發(fā)射極為輸入和輸出

14、端共用，所以稱為共射極放大電路。電路中各元件的作用見表5-6。,圖5-18 共射極基本放大電路,24,5.3.1 電路組成,表5-6,25,5.3.2 電路分析,1、放大器中電壓、電流符號(hào)的規(guī)定 由于放大電路既有直流電源作用又有交流信號(hào)源作用，所以在放大電路中既有直流分量，又有交流分量。為了清楚地表示不同的物理量，表5-7將電路中出現(xiàn)的有關(guān)電量的符號(hào)列了出來。,表5-7 電壓、電流符號(hào)的規(guī)定,26,5.3.2 電路分析,2、靜態(tài)工作點(diǎn)的作用與估算 1）靜態(tài)工作點(diǎn)的作用 所謂靜態(tài)指的是放大器在沒有交流信號(hào)輸入時(shí)的工作狀態(tài)。這時(shí)三極管的基極電流IB、集電極電流IC、基極與發(fā)射極間的電壓UBE和集電

15、極與發(fā)射極間的電壓UCE的值叫靜態(tài)值。又稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。 2）靜態(tài)工作點(diǎn)的估算 在放大電路中僅有直流分量作用的等效電路稱為直流通路。如圖5-20。在直流通路中可近似估算靜態(tài)工作點(diǎn)。,27,5.3.2 電路分析,3放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻 放大電路的作用是放大交流小信號(hào)。電壓放大倍數(shù)是表示其放大能力的參數(shù)，輸入電阻和輸出電阻是表示放大電路性能的參數(shù)。 1）放大電路的電壓放大倍數(shù)Au的近似估算 輸入電阻、輸出電阻和電壓放大倍數(shù)都反映的是交流分量的關(guān)系，所以需要通過交流通路來進(jìn)行分析。 所謂交流通路是指在有交流信號(hào)輸入（動(dòng)態(tài)）時(shí)，放大電路的交流信號(hào)流通的路徑。因電容器通交流信號(hào)而直

16、流電源的內(nèi)阻又很小，因此在畫交流通路時(shí)，把電容器和直流電源都視為短路，如圖5-21(a)所示。,28,當(dāng)三極管工作在小信號(hào)狀態(tài)時(shí)，三極管可用微變等效模型替代，這時(shí)的交流通路稱為微變等效電路，如圖5-21（b）所示，其輸入端可等效成一個(gè)電阻，由輸入特性曲線可看出，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的微小變化范圍內(nèi)，輸入特性曲線可近似看作直線，其電壓變化量與電流變化量之比近似為常數(shù)，所以可等效為一個(gè)電阻rbe。rbe為三極管發(fā)射結(jié)動(dòng)態(tài)等效電阻，其值可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 （5-4） 放大器的電壓放大倍數(shù)等于輸出電壓與輸入電壓的比值。 2）放大電路輸出電阻的近似估算 對(duì)負(fù)載來說，放大器相當(dāng)于一個(gè)具有內(nèi)阻的信號(hào)源，這個(gè)內(nèi)阻就

17、是放大電路的輸出電阻RO，從圖5-21可看出， R0RC （ 5-9） 放大器的輸出電阻越小放大器內(nèi)部消耗越??；當(dāng)負(fù)載變化時(shí)負(fù)載電壓變化越小，稱為放大器帶負(fù)載能力越強(qiáng)，所以輸出電阻越小越好。,5.3.2 電路分析,29,5.4 分壓式偏置放大電路,知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò),分壓式 偏置放大電路,用近似估算法分析電路,分壓式偏置放大電路的組成,穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理,30,電路如圖5-22a所示。其特點(diǎn)是： 第一、電阻RB1、RB2組成分壓電路，電源電壓UCC經(jīng)分壓后，加至晶體管的基極，所以這種放大電路稱為分壓式偏置放大電路。 只要電源電壓UCC和RB1、RB2保持不變，基極電位UBQ 就是固定值，不隨溫度變

18、化。 第二、晶體管的發(fā)射極經(jīng)過電阻RE接地，且與其并聯(lián)一個(gè)旁路電容CE。利用電容“隔直通交”的特性，RE在靜態(tài)時(shí)起作用，而在動(dòng)態(tài)時(shí)被CE短路，對(duì)交流信號(hào)來說，晶體管發(fā)射極相當(dāng)于接地。,1、分壓式偏置放大電路的組成,31,2、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理,圖5-22b是分壓式偏置放大電路的直流通路，由于UBQ與溫度參數(shù)無關(guān)，不受溫度影響；另有UBEQ=UBQ-UEQ，發(fā)射極電位UEQ=IEQRE。其穩(wěn)定工作點(diǎn)的過程如下： 上述過程表明，分壓式偏置放大電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)鍵是利用IE的微小變化，在電阻RE上產(chǎn)生電壓降，并反送回輸入回路，使UBE下降，使IB、IC向相反方向變化。這個(gè)過程實(shí)質(zhì)上是利用了負(fù)反

19、饋?zhàn)饔茫_(dá)到穩(wěn)定工作點(diǎn)的目的。有關(guān)負(fù)反饋的概念將在下一節(jié)介紹。 這種負(fù)反饋在直流靜態(tài)條件下，起穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用，但在交流動(dòng)態(tài)條件下，削弱了電壓放大倍數(shù)。為此，與電阻RE并聯(lián)了一個(gè)容量較大的電容器CE，使RE在交流通路中被短路，不起作用，避免了電壓放大倍數(shù)的損失。,32,5.5多級(jí)放大電路,知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò),多級(jí)放大電路,多級(jí)放大電路的耦合方式,多級(jí)放大電路的放大倍數(shù),估算多級(jí)放大電路的輸入輸出電阻,33,5.5.1多級(jí)放大電路的耦合方式,多級(jí)放大器級(jí)與級(jí)之間的連接方式稱為耦合方式。常見的耦合方式有：阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合和光電耦合四種。 1 阻容耦合 阻容耦合放大電路如圖5-23所示，

20、這種方式的特點(diǎn)是通過電容將前后級(jí)的直流隔開，避免靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影響；但對(duì)于頻率較低的信號(hào)電容阻抗較大，所以阻容耦合多級(jí)放大器不能用于放大緩慢變化信號(hào)，更不能放大直流信號(hào)；另外由于在集成電路中無法制作大容量電容器而使得這種電路無法集成化。 2 變壓器耦合 變壓器耦合也有避免靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影響的作用，而且利用變壓器的阻抗變換作用可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。但變壓器體積大，不方便集成；同樣它也不能放大直流信號(hào)。,34,5.5.1多級(jí)放大電路的耦合方式,35,5.5.1多級(jí)放大電路的耦合方式,3 直接耦合 直接耦合可放大直流信號(hào)，方便集成，目前在集成電路中應(yīng)用非常廣泛。但直接耦合的各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，不便

21、于調(diào)試，且存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，所謂零點(diǎn)漂移是當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，在輸出端出現(xiàn)的不規(guī)則信號(hào)。這種現(xiàn)象會(huì)使輸出信號(hào)產(chǎn)生失真。由于零點(diǎn)漂移信號(hào)通常是變化緩慢的信號(hào)，所以阻容耦合和變壓器耦合電路具有抑制零點(diǎn)漂移的作用。 4 光電耦合 光電耦合以光電耦合器為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合和傳輸，光電耦合既可傳輸交流信號(hào)又可傳輸直流信號(hào)，而且抗干擾能力強(qiáng)，易于集成化，廣泛應(yīng)用在集成電路中。,圖5-25 直接耦合放大電路,36,5.5.2多級(jí)放大電路的放大倍數(shù)、輸入、輸出電阻,對(duì)于多級(jí)放大器，前一級(jí)的輸出信號(hào)是后一級(jí)的輸入信號(hào)。多級(jí)放大器的放大倍數(shù)應(yīng)為： 總放大倍數(shù)等于各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。但在計(jì)算各級(jí)放大倍數(shù)時(shí)要考慮前

22、后級(jí)的相互影響。后級(jí)放大器的輸入電阻是前一級(jí)放大器負(fù)載的一部分。 多級(jí)放大器的輸入電阻Ri等于第一級(jí)放大器的輸入電阻。 多級(jí)放大器的輸出電阻R0等于最后一級(jí)放大器的輸出電阻。,37,5.6放大電路中的負(fù)反饋,知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò),放大電路中的負(fù)反饋,反饋的基本概念,反饋的類型和判斷,負(fù)反饋對(duì)放大電路的影響,射極輸出器,射極輸出器的特點(diǎn),射極輸出器的應(yīng)用,38,5.6.1反饋的類型和判斷,1、反饋的基本概念,39,2、反饋的類型及判斷,（1）直流反饋和交流反饋 對(duì)直流量起反饋?zhàn)饔玫臑橹绷鞣答?，?duì)交流量起反饋?zhàn)饔玫臑榻涣鞣答仭?直、交流反饋的判斷一般看反饋環(huán)節(jié)中有、無電容，根據(jù)電容的“隔直通交”作用來進(jìn)行

23、判斷。 （2）正反饋和負(fù)反饋 如果反饋信號(hào)與輸入信號(hào)極性相同，反饋信號(hào)與外加輸入信號(hào)疊加求和后，使凈輸入信號(hào)增強(qiáng)，叫做正反饋。正反饋使輸出信號(hào)和輸入信號(hào)相互促進(jìn)不斷增強(qiáng)，一般用于振蕩電路中；若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)極性相反，使凈輸入信號(hào)減小，叫做負(fù)反饋。負(fù)反饋使放大器電壓放大倍數(shù)降低但有改善放大電路性能的作用。正反饋和負(fù)反饋的判別一般采用瞬時(shí)極性法，具體步驟如下：先假設(shè)輸入信號(hào)在某一瞬間對(duì)地為“+”；從輸入端到輸出端依次標(biāo)出放大器各點(diǎn)的瞬時(shí)極性；三極管各電極的相位關(guān)系是：發(fā)射極信號(hào)與基極輸入信號(hào)瞬時(shí)極性相同，集電極瞬時(shí)極性與基極瞬時(shí)極性相反。將反饋信號(hào)的極性與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，若反饋信號(hào)引在輸入端

24、的基極，反饋信號(hào)的極性與輸入信號(hào)極性相同為正反饋，反之，為負(fù)反饋；若反饋信號(hào)引在輸入端的發(fā)射極，反饋信號(hào)的極性與輸入信號(hào)極性相同為負(fù)反饋，反之，為正反饋。,5.6.1反饋的類型和判斷,40,2、反饋的類型及判斷,（3） 電壓反饋和電流反饋 按照反饋電路在輸出端對(duì)輸出信號(hào)采樣的不同，可確定是電壓反饋還是電流反饋。反饋信號(hào)與輸出電壓成正比的稱為電壓反饋；反饋信號(hào)與輸出電流成正比的稱為電流反饋。一般反饋電路接在電壓輸出端為電壓反饋，不接在電壓輸出端為電流反饋。 （4）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 根據(jù)反饋信號(hào)在放大器輸入端與輸入信號(hào)連接方式的不同，可確定是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。對(duì)常用的共發(fā)射極放大器，通?？梢?/p>

25、從反饋信號(hào)在輸入端是否直接接到三極管基極來區(qū)分串、并聯(lián)反饋。反饋信號(hào)直接接到三極管基極的是并聯(lián)反饋，反饋信號(hào)直接接到三極管發(fā)射極的是串聯(lián)反饋。,5.6.1反饋的類型和判斷,41,圖5-27 例5-6 圖,例5-6 如圖5-27所示電路，試判斷電路的反饋類型。 解：這是一個(gè)兩級(jí)放大電路，通過RF、RE1把第二級(jí)和第一級(jí)放大電路聯(lián)系起來，這兩級(jí)放大電路之間存在反饋。判斷電壓反饋或電流反饋看輸出。反饋電路從電壓輸出端引回，所以是電壓反饋。判斷串聯(lián)反饋或并聯(lián)反饋看輸入。反饋電路接在輸入回路的發(fā)射極，所以是串聯(lián)反饋。判斷交流反饋和直流反饋看電容。在反饋電路中無電容，所以交、直流均存在反饋。判斷正反饋或負(fù)

26、反饋看極性。若假設(shè)第一級(jí)基極輸入瞬間極性為“+”，則經(jīng)過第一級(jí)放大，集電極輸出信號(hào)為“-”，再經(jīng)過第二級(jí)放大，集電極輸出信號(hào)為“+”，經(jīng)RF、RE1送回第一級(jí)放大器發(fā)射極，反饋電壓f為“+”，使凈輸入信號(hào)（be=i-f）減小，說明電路引入了負(fù)反饋。綜上所述，放大電路通過RF、RE1為電路引入了電壓串聯(lián)交、直流負(fù)反饋。,42,負(fù)反饋使電壓放大倍數(shù)降低，但卻可以改善放大器的性能。 引入負(fù)反饋后，它對(duì)放大器的工作性能主要產(chǎn)生以下幾個(gè)方面的影響。 1）降低放大倍數(shù) 由于負(fù)反饋使凈輸入信號(hào)減小，輸出信號(hào)減小，相對(duì)于原輸入信號(hào)的放大倍數(shù)（又稱閉環(huán)放大倍數(shù)）降低。 2）提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 實(shí)際電路中由于

27、環(huán)境溫度的變化、電源電壓和負(fù)載的波動(dòng)使電壓放大倍數(shù)不穩(wěn)定，而負(fù)反饋有穩(wěn)定輸出電壓的作用，可以使放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高。 3）減小非線性失真 三極管的非線性特性使輸出信號(hào)的波形產(chǎn)生失真，負(fù)反饋的補(bǔ)償作用可以有效改善波形失真。 4）影響輸入電阻和輸出電阻 串聯(lián)負(fù)反饋在輸入端使凈輸入電壓減小，輸入電流減小，相對(duì)于原輸入電壓，輸入電阻增大；并聯(lián)負(fù)反饋在輸入端起分流作用，在原輸入電壓不變的情況下，由于輸入電流增大，使輸入電阻減小。,5.6.2負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響,43,5.6.3射極輸出器,射極輸出器是典型的負(fù)反饋放大器。其電路結(jié)構(gòu)如圖5-28所示。,圖5-28 射極輸出器 a）電路形式 b)直流通

28、路 c）交流通路,可以判斷出該電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。由于輸出信號(hào)是從發(fā)射極輸出的，故稱為射極輸出器。從交流通路可以看出，輸入回路和輸出回路的公共端為集電極c，因此，射極輸出器也稱為共集電極放大電路。,44,1）射極輸出器的特點(diǎn) 1)電壓放大倍數(shù)近似等于1 如圖5-28c所示，ui=ube+uf=ube+u0，忽略u(píng)be時(shí)，uiu0，故射極輸出器的電壓放大倍數(shù)近似為1（略小于1），uiu0表明它沒有電壓放大作用，但是射極電流是基極電流的（1+）倍，故它有電流放大作用。 2）輸出電壓和輸入電壓同相 從圖5-28中可以看出，輸出電壓u0的瞬時(shí)極性和輸入電壓ui的瞬時(shí)極性相同，為此，射極輸出器

29、也叫射極跟隨器。 3）輸入電阻大、輸出電阻小 由前面的討論可知，電壓串聯(lián)負(fù)反饋使放大器的輸入電阻增大，輸出電阻減小，所以射極輸出器的輸入電阻比共發(fā)射極放大器的輸入電阻高幾十倍到幾百倍， 2）射極輸出器的應(yīng)用 射極輸出器具有輸入電阻很大、輸出電阻很小及電壓跟隨作用，有一定的電流和功率放大作用，因而它的應(yīng)用十分廣泛。 1）用作多級(jí)放大電路的輸入級(jí)，因輸入電阻很大對(duì)信號(hào)源的影響很小。 2）用作多級(jí)放大電路的輸出級(jí)，因輸出電阻很小，可以提高帶負(fù)載能力。 3）用作多級(jí)放大電路的中間級(jí)，因其具有電壓跟隨作用，且輸入電阻很大，對(duì)前級(jí)的影響??；輸出電阻小，對(duì)后級(jí)的影響也小，所以，用作中間級(jí)起緩沖、隔離作用。,

30、5.6.3射極輸出器,45,5.6放大電路中的負(fù)反饋,例5-6：在如圖5-28（a）所示的電路中，若RB=120K， RE=2K，負(fù)載電阻RL=2K，Ucc=12V，=60，試用近似估算法求： 1） 靜態(tài)工作點(diǎn)； 2）輸入電阻、輸出電阻。 解:1）根據(jù)圖5-28(b）所示，靜態(tài)時(shí)的基極電流為： 2）求輸入電阻和輸出電阻：,46,5.7差分放大器,知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò),差分放大器,典型差分電路抑制零點(diǎn)漂移原理,共模抑制比,共模信號(hào),差模輸入和共模輸入,差模信號(hào),47,5.7.1典型差分放大器電路及其抑制零點(diǎn)漂移原理,圖中左右兩邊電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，且兩邊三極管特性、參數(shù)相同，兩邊電阻阻值相等。該電路采用兩個(gè)措

31、施抑制零點(diǎn)漂移。 1、依靠電路對(duì)稱性 零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的主要原因是放大器靜態(tài)工作點(diǎn)隨溫度變化，在輸出端輸出不規(guī)則的動(dòng)態(tài)信號(hào)。差分放大器由于電路結(jié)構(gòu)及元件參數(shù)對(duì)稱，兩邊產(chǎn)生零點(diǎn)漂移大小和方向相同。從兩三極管集電極輸出信號(hào)時(shí)，兩零點(diǎn)漂移信號(hào)相互抵消，沒有零點(diǎn)漂移輸出。 2、發(fā)射極公共電阻RE的負(fù)反饋?zhàn)饔?由于兩邊電路不可能完全對(duì)稱，兩邊零點(diǎn)漂移輸出不可能完全相等。電阻RE的負(fù)反饋?zhàn)饔每梢詼p小兩邊的零點(diǎn)漂移。起到抑制零點(diǎn)漂移的作用。,48,5.7.2差模輸入和共模輸入,1共模輸入信號(hào) 兩個(gè)三級(jí)管輸入的動(dòng)態(tài)信號(hào)，大小和極性完全相同稱為共模輸入信號(hào)。兩個(gè)三極管集電極對(duì)地輸出信號(hào)大小、極性也相同，從兩個(gè)三極管

32、集電極向外輸出信號(hào)時(shí)，即雙端輸出，輸出為0。兩管的零點(diǎn)漂移信號(hào)就是共模輸入信號(hào)，差分放大器雙端輸出時(shí)對(duì)共模信號(hào)有抑制作用。共模放大倍數(shù)AC為0. 2差模輸入信號(hào) 兩個(gè)三級(jí)管輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)大小相同、極性相反稱為差模輸入信號(hào)。圖5-29電路輸入動(dòng)態(tài)信號(hào)即為差模輸入信號(hào)。對(duì)于差模輸入信號(hào)兩管集電極對(duì)地輸出信號(hào)大小相等，極性相反，輸出uo=2uo1,輸入ui=2ui1,則差模電壓放大倍數(shù)Ad=2uo1/2ui1=uo1/ui1=Ad1=Ad2. 即差分放大器對(duì)差模信號(hào)的放大作用與單管放大倍數(shù)相同。 3共模抑制比 差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比稱為共模抑制比KCMR, 共模抑制比越大差分放大器抑制零點(diǎn)漂移

33、作用越強(qiáng)。,49,5.8功率放大電路,知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò),功率放大電路,OTL電路,電路工作原理,集成功率放大器,甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱OTL電路,50,5.8.1單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器(OTL),51,5.8.1單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器(OTL),1、 電路工作原理 圖5-30（a）是一個(gè)NPN型三極管組成的射極輸出器，由于三極管發(fā)射結(jié)靜態(tài)電壓為0，其靜態(tài)基極電流、集電極靜態(tài)電流均為0。當(dāng)輸入交流信號(hào)處于正半波時(shí)，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，負(fù)載得到與輸入信號(hào)近似相同的正半波信號(hào)。而當(dāng)輸入交流信號(hào)處于負(fù)半波時(shí)，三極管截止，負(fù)載電壓為0。對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)的一個(gè)完整波形，負(fù)載只得到正半波。圖5-30（b）是一個(gè)PNP型三極管組

34、成的射極輸出器, 對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)一個(gè)完整波形，負(fù)載只得到負(fù)半波。,52,5.8.1單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器(OTL),圖5-31 乙類互補(bǔ)對(duì)稱OTL電路,為使負(fù)載得到完整波形將圖（a）和圖（b）組合成圖5-31 輸出端接了耦合電容C，其作用是當(dāng)V1截止、V2導(dǎo)通時(shí)給V2充當(dāng)電源。這個(gè)電容器C的容量較大。在靜態(tài)時(shí)，三極管V1、V2中有很小穿透電流通過，由于兩管特性一致，電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以UK=UCC/2，電容C端電壓為UCC/2。 當(dāng)輸入信號(hào)ui為正半周時(shí)，V1處于正偏而導(dǎo)通，V2處于反偏而截止。輸出電流iC1如圖中實(shí)線所示。此時(shí)電源通過V1導(dǎo)通，對(duì)C充電。 當(dāng)輸入信號(hào)ui為負(fù)半周時(shí)，V2處于正偏

35、而導(dǎo)通，V1處于反偏而截止，輸出電流iC2如圖中虛線所示，這時(shí)電容器C通過導(dǎo)通的V2放電。因?yàn)殡娙萘孔銐虼螅ù笥?00uF），在正半周充電或負(fù)半周放電時(shí)，電容兩端的電壓可基本保持不變，始終維持在1/2UCC，充當(dāng)V2的供電電源。 在輸入信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)三極管輪流工作，負(fù)載得到完整波形。,53,5.8.1單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器(OTL),2、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱OTL電路 上述電路中設(shè)置靜態(tài)值為0，由于三極管發(fā)射結(jié)存在死區(qū)狀態(tài)，當(dāng)輸入交流信號(hào)很小時(shí)，三極管仍處于截止?fàn)顟B(tài)，使輸出信號(hào)在正負(fù)半波交界處產(chǎn)生失真，稱為交越失真。如圖5-32所示。解決這種失真的辦法是給三極管設(shè)置很小靜態(tài)值。如圖5-33

36、 所示，二極管VD1、VD2給兩三極管提供微導(dǎo)通偏壓。,圖5-32交越失真,圖5-33單電源甲乙類互補(bǔ)功放電路,54,5.8.2集成功率放大器,隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展，集成功率放大器產(chǎn)品越來越多。集成功率放大器具有內(nèi)部元件參數(shù)一致性好，失真小，安裝方便，適應(yīng)大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。在電視機(jī)的伴音、錄音機(jī)的功放等電路中一般采用集成功率放大器。下面簡單介紹目前應(yīng)用較多的小功率音頻集成功放LM386。 集成功放LM386為8腳雙列直插塑料封裝結(jié)構(gòu)，圖5-34為其外形圖，其引腳如圖5-35所示。,圖5-34 LM386外形圖,圖5-35 LM386引腳圖,55,5.8.2集成功率放大器,集

37、成功放LM386是一種通用型寬帶集成功率放大器，屬于OTL功放，使用的電源電壓為4至10V，常溫下功耗在660mW左右。圖5-36 是LM386的應(yīng)用接線圖，其中：R1和C1接在引腳1和8之間可將電壓增益調(diào)為任意值R2和C3串聯(lián)構(gòu)成校正網(wǎng)絡(luò)用來補(bǔ)償揚(yáng)聲器音量電感產(chǎn)生的附加相移，防止電路自激C2為旁路電容C4為去耦電容，濾掉電源的高次諧波分量。C5為輸出耦合電容。,圖5-36 LM386的應(yīng)用接線圖,56,5.9絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路,知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò),絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管,結(jié)構(gòu)和工作原理,放大電路,57,5.9絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路,1、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的分類和符號(hào),絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的

38、柵極與源極和漏極之間是完全絕緣的，因此稱為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，目前應(yīng)用最廣泛的是由金屬（電極）、氧化物（絕緣層）和半導(dǎo)體組成的金屬（M）-氧化物(O)-半導(dǎo)體(S)場(chǎng)效應(yīng)管，簡稱MOS管，它有N溝道和P溝道兩類，每一類又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。其中，N溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱NMOS管，P溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱PMOS管。四種場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)如圖5-37所示。,圖5-37 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的種類和符號(hào),58,5.9絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路,2、結(jié)構(gòu)和工作原理,下面以N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管為例，簡單介紹它的結(jié)構(gòu)和工作原理。 （1)結(jié)構(gòu)：如圖5-38所示，它是在一塊P型硅片上擴(kuò)散兩個(gè)N型區(qū)，并分別從兩

39、個(gè)N型區(qū)引出兩個(gè)電極：漏極和源極。在源區(qū)和漏區(qū)之間的襯底表面覆蓋一層很薄的絕緣層，再在絕緣層上覆蓋一層金屬薄層，形成柵極。因此柵極和其他電極之間是絕緣的，故輸入電阻很高。另外，從襯底基片上引出一個(gè)電極，稱為襯底電極（B）（在分立元件中，常將B與源極S相連，而在集成電路中，B與S一般不相連）。,圖5-38 N溝道MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) a) N溝道MOS管的結(jié)構(gòu) b) N溝道耗盡型MOS管的符號(hào)c) N溝道增強(qiáng)型MOS管的符號(hào),59,5.9絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路,2、結(jié)構(gòu)和工作原理,（2）工作原理： MOSFET的基本工作原理是柵源極之間電壓對(duì)漏極電流的控制作用。 如圖5-38所示，對(duì)于

40、NMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，當(dāng)UGS=0時(shí)，在源極-P襯底-漏極之間存在兩個(gè)反向連接的PN結(jié)，不論在漏極和源極之間加入何種極性的電壓UDS，都會(huì)使其中一個(gè)PN結(jié)反偏，所以漏極電流ID=0；當(dāng)在柵-源極之間加上正向直流電壓UGS（UGS0），由于源極與襯底是短路連接的，從而使柵極經(jīng)絕緣層至襯底之間形成電場(chǎng)，電場(chǎng)方向垂直指向襯底。由于絕緣層厚度極薄，僅是0.1m左右，UGS只需達(dá)到幾伏即可建立極強(qiáng)的電場(chǎng)，吸引襯底、源極和漏極中的大量電子至絕緣層表面，由于氧化膜的阻擋，使得電子聚集在兩個(gè)N溝道之間的P型半導(dǎo)體中,從而將源極和漏極連接起來，形成一個(gè)N型導(dǎo)電溝道。此時(shí)，若在漏-源極之間加入正向電壓UDS，就會(huì)

41、產(chǎn)生漏極電流ID。定義在UDS作用下，開始出現(xiàn)漏極電流ID的柵源極電壓UGS稱為開啟電壓，用UT表示。當(dāng)UGSUT之后，數(shù)值越大，導(dǎo)電溝道越厚，在相同的UDS作用下，漏極電流ID就越大，實(shí)現(xiàn)了柵-源極電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制作用。體現(xiàn)了絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特點(diǎn)：電壓控制型器件。 這種MOSFET在UGS=0時(shí)，不存在導(dǎo)電溝道，只有UGS達(dá)到某一確定值之后，才出現(xiàn)導(dǎo)電溝道，稱為增強(qiáng)型MOSFET。,60,5.9絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路,3、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,圖5-39 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,圖5-39為共源極場(chǎng)效應(yīng)管的基本放大電路。圖中各元件的作用與晶體管分壓式偏置放大電路相類似

42、。 靜態(tài)時(shí)，電源UDD經(jīng)RG1和RG2分壓后，為柵極提供電壓，這和晶體管放大電路在靜態(tài)時(shí)需要有一個(gè)合適的偏流相類似。在此柵壓的作用下，場(chǎng)效應(yīng)管有一定的ID和UDS使放大電路有一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。 當(dāng)放大電路有輸入信號(hào)時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電壓隨輸入信號(hào)而變化，其溝道隨之變化。漏源電流ID即隨之相應(yīng)的變化。通過源極電阻將電流變化轉(zhuǎn) 變?yōu)殡妷鹤兓?，?jīng)過耦合電容輸出給負(fù)載。 RG用來提高圖5-39電路的輸入電阻。使放大電路的輸入電阻為 rig為場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻，RG一般為兆歐數(shù)量級(jí)。,61,1.二極管、三極管檢測(cè)方法 2認(rèn)識(shí)電路 3電路的安裝 4電路的調(diào)試,任務(wù)操作指導(dǎo),62,1.二極管、三極管檢測(cè)

43、方法,圖5-40 二極管的測(cè)試,1）、晶體二極管的簡易測(cè)試 由于二極管具有單向?qū)щ娞匦裕ㄕ螂娮栊?，反向電阻大），可用萬用表的電阻擋大致判斷出二極管的極性和好壞。見圖5-40所示。 （1）二極管好壞的判斷 將模擬萬用表置于電阻R1K或R100擋，分別測(cè)量二極管的正反向電阻，質(zhì)量完好的二極管兩次測(cè)得的阻值應(yīng)相差很大，且所測(cè)阻值小的為正向電阻，應(yīng)為幾十到幾百歐，所測(cè)阻值大的為反向電阻，應(yīng)在200K以上。 （2）二極管極性的判斷 用模擬萬用表測(cè)出二極管的阻值較小時(shí)，與黑表棒相接的為二極管的正極，與紅表棒相接的為二極管的負(fù)極。如圖a所示,63,2）、晶體管三極管的簡易測(cè)試 （）三極管管腳極性的判別 三極管的管腳除了可根據(jù)不同封裝的形式的三極管的管腳排列特點(diǎn)來識(shí)別以外，還可用萬用表的電阻擋來測(cè)量，測(cè)小功率管用R1K擋或R100擋，測(cè)大功率管用R10擋，測(cè)試方法如下： 基極和管型的判斷 假設(shè)三個(gè)管腳中的任意一個(gè)管腳為基極，然后判斷基極。 把一表筆接在假設(shè)的基極上，另一表筆分別接另外兩根管腳，若測(cè)得的阻