模擬電子技術(shù)基本教程 第4章(14)三極管及放大電路

1、第四章第四章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)CNIBNIENICNIBNIENIEIBICICBOECIII CBOBNCBOCNCIIIIICBOBCBOCBOBI )1 (I I)II ( 稱為穿透電流稱為穿透電流令：令： II )1 ( CEOCBOCEOBCIIIECBOECIIII BCEOBCIIII )1( )1( ) 1(TBEvvESEeIi4.1.3 特性曲線特性曲線1. 共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+1. 輸入特性輸入特性常常數(shù)數(shù) CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)2

2、04060800.40.8UCE 1VO線性區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū) 常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI BCII_ BCII 53704051BC.II 400400605132BC .II ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEOBCVV EBVV CBVV EBVV EBVV CEQBEQEQCQBQi)(0UUIIIu、稱為靜態(tài)工作點。記作發(fā)射結(jié)電壓、管壓降，時晶體管的各極電流、同時為輸出提供能源。，使 :BECECCUUVuiRC 轉(zhuǎn)換為將 :)( oCEcbicuuuiiuR。且有一個合適的，大于使、BonBEbBB :IUURVBQICQICEQU直接耦合電路直接耦合電

3、路阻容耦合電路阻容耦合電路UBEIBICUCE uo = 0uBE = UBEuCE = UCEuBEtOiBtOiCtOuCEtO(ui = 0)？uitOUBEIBICUCEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuotO uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uobCCRVRVVIbBECCBBCIIcCCCCERIVV2B1B1BCCBBRRRVV2B1BbR/RR bBBBBERIVUQBIBEUBEQBQUI和和得：得：CCCCCERIVUCCCRVCCVCQICEQUQCR1斜率為斜率為CECBEBUIUI 、靜態(tài)值：靜態(tài)值：oicecbeb、u、u、u、i、ui

4、交流值：交流值：CECBEBuiui、 全包含：全包含：bBIBBBERi)u(VuIBEQBEuUuiIBEbeuuuu等等等等；變化量表示為交流：變化量表示為交流： uu beBEiIuuIubBIBBBERi)u(VuQBiIuBEuCQICEQUQBBQBiIiCiCEuIOOCECBI)(uuAuuiiuu給定LCLL/ 1RRRR ，其中，其中iC 、 uCE ( (uo ) )波形失真波形失真NPN 管截止失真時管截止失真時的輸出的輸出 uo 波形。波形。uo 波形頂部失真波形頂部失真uo = uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQOIB = 0

5、QtOO NPN 管管 uo波形波形tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib( (不失真不失真) )ICQUCEQb) Q 點過高，引起點過高，引起 iC、uCE的波形失真的波形失真飽和失真飽和失真uo 波形底部失真波形底部失真cCCCCERiVuLCLL/ 1RRRR ，其中，其中CCQRI1CR1/ /CLRRCCEQCQU+IR ,0LCEQCQU+ IR ,0CCCCCERIVUCCVCCCRVCR 1 斜率斜率BCIIcCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC)()(CEBCCEBBEuifiuifu，CECECBBCCCECEBEBBBEBE

6、ddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIUCE22b21CCE12b11be UhIhIUhIhU)()(CEBCCEBBEuifiuifu，beBBE11CEriuhUTICEBE12BuuhCEBC21UiihceiCEC22r1uihBbercerTu)mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26bib)i(1bi)rR(IVbebbibcII ccORIVbebCbebbCbbebbcciOVrRR)rR(IRI)rR(IRIVVAbebiiirRIUR0Ui0b I0b I LS0oooRUIURiOuUUAb

7、CCbBECCBRVRUVIBCIIcCCCCERIVUEmVbeI26)1 (200rbebLCbrI)R/R(IbeLCr)R/R(siiOiiSOUUUUUUUUSOuUUAbebir/RRCORRsiUUAusiisiiRRRRRRsssiUUUUsiiuusRRRAAsUoUOUiUCCbbbBVRRRV212,eBeBEBECRVRVVIICBII BEBBECBVIVVII不變因CI不變因BVBEVBIEVBI)(eCCCCCERRIVV LboRIVLcLR/R= R 其中其中ebebLbiouR)1 (rIRIVVAeebeRIrIV biebeRrI)1 (bebeLRrR

8、)1 (EmVbeI26)1 (200r 其其中中ebebTiR)1 (rIVRi2b1biR/R/RR ebbbebTR)II (rIVebe2b1biR1r/R/RRCORRbeLVrRAbebirRR/CoRR ebeLCuR)1 (r)R/R(Aebe2b1biR1r/R/RRCORReBeEERIRIV)1 (EBEBbCCVVIRVebBECCBRRVVI)1 (BCIIeCCCCERIVVebCCRRV)1 (1)1 ()1 (LbeLioRrRVVAV)II ()R/R(rIVbbLebebi)II)(R/R(VbbLeoTVTITTiIVRLbRR/besebebSTTrRR

9、rRRIVRo/1/iR)1 (LbeiRrRb/iRRTTIVR oeTTRVI )1 (/bSbeTRRrV)/(oLCBRRIVbeBrIViio/VVAvbeLCvr)R/R(A 1rI)(1rIIVRbebbebeii1r1r/R/RRI /VRbebeeieiii本章結(jié)束本章結(jié)束下一章下一章總目錄總目錄結(jié)束放映結(jié)束放映耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合；光電耦合。直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合；光電耦合。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(shè)置點設(shè)置2. 動態(tài)動態(tài): 傳

10、送信號。傳送信號。要求：要求：波形不波形不失真，減少壓失真，減少壓降損失。降損失。 多級阻容耦合放大電路多級阻容耦合放大電路第一級第一級輸入級輸入級輸輸 入入 輸輸 出出第二級第二級放大級放大級第第 n 級級功放級功放級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(fù)載電阻。后一級的輸入電阻是前一級的交流負(fù)載電阻。(4) 總電壓放大倍數(shù)總電壓

11、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?。由上述特點可知，射極輸出器接在多級放大電由上述特點可知，射極輸出器接在多級放大電路的首級可提高輸入電阻；接在末級可減小輸出路的首級可提高輸入電阻；接在末級可減小輸出電阻；接在中間級可起匹配作用，從而改善放大電阻；接在中間級可起匹配作用，從而改善放大電路的性能。電路的性能。 放大電路由下面兩個放大電路組成。已知放大電路由下面兩個放大電路組成。已知EC=15V ，R1=100k ， R2=

12、33k ，RE1=2.5k ，RC=5k ， 1=60，；，； RB=570k ，RE2=5.6k ， 2 =100，RS=20k ，RL=5k +ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1放大電路一放大電路一RB+ECC21C22RE2uiuoT2放大電路二放大電路二舉例：舉例：1. 求直接采用放大電路一的放大倍數(shù)求直接采用放大電路一的放大倍數(shù)Au和和Aus。2. 若信號經(jīng)放大電路一放大后，再經(jīng)射極輸出若信號經(jīng)放大電路一放大后，再經(jīng)射極輸出器輸出，求放大倍數(shù)器輸出，求放大倍數(shù)Au、ri和和ro 。3. 若信號經(jīng)射極輸出器后，再經(jīng)放大后放大電若信號經(jīng)射極輸出器后，再經(jīng)放大后放大電路

13、一輸出，求放大倍數(shù)路一輸出，求放大倍數(shù)Aus 。+ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1RB+ECC21C22RE2uiuoT2ri = R1/ R2/ rbe =1.52 k (1) 由于由于RS大，而大，而ri小，致使放大倍數(shù)降低；小，致使放大倍數(shù)降低；(2) 放大倍數(shù)與負(fù)載的大小有關(guān)。例：放大倍數(shù)與負(fù)載的大小有關(guān)。例： RL=5k 時時, Au= - 93；RL=1k 時時, Au= - 31 。662052152193.RrrAASiiuus1. 求直接采用放大電路一的放大倍數(shù)求直接采用放大電路一的放大倍數(shù)Au和和Aus。+ECR1RCC1C2R2CERERLuiuou

14、sRSriT19311beLur RArbe1=1.62 k ， rbe2=2.36 k 2. 若信號經(jīng)放大電路一放大后，再經(jīng)射極輸出器若信號經(jīng)放大電路一放大后，再經(jīng)射極輸出器輸出，求放大倍數(shù)輸出，求放大倍數(shù)Au 、ri和和ro 。 usRSRB+ECC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiriT1rbe2=2.36 k rbe1=1.62 k ro1=RC=5 k k173122221EbeBiL R)(r/RrR731001557036265111/./.r/Rr/RR/Rr/RroBbeESBbeEo1856211735601111./r RAbeLu990112222.

15、 R)(r R)(ALbeLAAAuuuk5211211.r/R/Rrrbeii討論：討論：帶負(fù)載能力。帶負(fù)載能力。2. 輸出不接射極輸出器時的帶負(fù)載能力：輸出不接射極輸出器時的帶負(fù)載能力：RL=5k 時：時： Au=-93RL=1k 時：時： Au=-31即：當(dāng)即：當(dāng)RL由由5k 變?yōu)樽優(yōu)?k 時，放大倍數(shù)降低到原來的時，放大倍數(shù)降低到原來的92.3%。放大倍數(shù)降低到原來的放大倍數(shù)降低到原來的30%RL=5 k 時：時： Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173 k Au= Au1 Au2 =-183RL=1 k 時：時： Au1=-174 ，Au2=0.

16、97，ri2=76 k Au= Au1 Au2 =-1691. 輸出接射極輸出器時的帶負(fù)載能力：輸出接射極輸出器時的帶負(fù)載能力：可見輸出級接射極輸出器后，可穩(wěn)定放大倍數(shù)可見輸出級接射極輸出器后，可穩(wěn)定放大倍數(shù)Au。3. 若信號經(jīng)射極輸出器后，再經(jīng)放大后放大電路一若信號經(jīng)射極輸出器后，再經(jīng)放大后放大電路一輸出，求放大倍數(shù)輸出，求放大倍數(shù)Aus 。Au2=-93 ri2=1.52 k Au1=0.98 ri=101 k +ECR1RCC12R2CERE1riuoT1uiRBC21RE2T2usRS76201011019809321.RrrAAASiiuuus662052152193.RrrAASi

17、iuus輸入不接射極輸出器時：輸入不接射極輸出器時：可見輸入級接射極輸出器后，由于從信號源取可見輸入級接射極輸出器后，由于從信號源取的信號增加，從而可提高整個放大電路的放大的信號增加，從而可提高整個放大電路的放大倍數(shù)倍數(shù)Aus。 若首級接射極輸出器、中間級接共射放大電路若首級接射極輸出器、中間級接共射放大電路、末級接射極輸出器，射極輸出器和共射放大、末級接射極輸出器，射極輸出器和共射放大電路的參數(shù)同前。求該三級放大電路的放大倍電路的參數(shù)同前。求該三級放大電路的放大倍數(shù)數(shù)Au 、 Aus 、 ri和和ro 。RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1us

18、RSC3 1=100， 2=60， 3=100例題例題2：RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3 1=100， 2=60， 3=100rbe1=2.36 k ， rbe2=1.62 k ， rbe3=2.36 k k52122121.r/R/RrRbeiLk523CoSRrR)1 (33332LbeBiL Rr/RrRLEL/RR R23RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3)(112111LEbeBii/RRr/Rrr333231)(beSBEoorR/R/Rrr7310015

19、57036265/./.101k)521.65)(100(12.36570./RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC39805216510136252165101)1 ()1 (12111211././.R/RrR/RALEbeLEuk52122121.r/R/RrRbeiLRB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC36215603232.r/rr/RAibeiCuRL=5 k 時：時： ri2=173 k ， Au2=-185，Au3=0.99RL=1 k 時：時： ri2=76 k

20、， Au2=-174 ，Au3=0.97LbeLu R)(r R)(A333311RL=5 k 時：時： ri2=173 k ， Au2=-185，Au3=0.99RL=1 k 時：時： ri2=76 k ， Au2=-174 ，Au3=0.97101kir，RS=20k ，321uuuuAAAA9801.AuRL=5 k 時：時：RL=1 k 時：時：5179990)185(980.Au4165970)174(980.Au814920101101.AAuus113820101101.AAuusSiiuusRrrAA注意：解題時要嚴(yán)格遵守符號約定小寫符號、小寫下標(biāo)小寫符號、小寫下標(biāo) vi ：表

21、示交流電壓（電流）瞬時值。表示交流電壓（電流）瞬時值。大寫符號、大寫下標(biāo)大寫符號、大寫下標(biāo)VI ：表示直流電壓（電流）表示直流電壓（電流）小寫符號、大寫下標(biāo)小寫符號、大寫下標(biāo)vI ：表示包含有直流的電壓（電流）的瞬時值表示包含有直流的電壓（電流）的瞬時值大寫符號、小寫下標(biāo)大寫符號、小寫下標(biāo)Vi ：表示交流電壓（電流）有效值表示交流電壓（電流）有效值3.7 放大電路的頻率特性放大電路的頻率特性 阻容耦合放大電路由于存在級間耦合電容、發(fā)射阻容耦合放大電路由于存在級間耦合電容、發(fā)射極旁路電容及三極管的結(jié)電容等，它們的容抗隨頻極旁路電容及三極管的結(jié)電容等，它們的容抗隨頻率變化，故當(dāng)信號頻率不同時，放大

22、電路的輸出電率變化，故當(dāng)信號頻率不同時，放大電路的輸出電壓相對于輸入電壓的幅值和相位都將發(fā)生變化。壓相對于輸入電壓的幅值和相位都將發(fā)生變化。f|Au |0.707| Auo |fLfH| Auo |幅頻特性幅頻特性f 270 180 90相頻特性相頻特性 放大電路的幅頻特性和相頻特性，稱為頻率響放大電路的幅頻特性和相頻特性，稱為頻率響應(yīng)。因放大電路對不同頻率成分信號的增益不同，應(yīng)。因放大電路對不同頻率成分信號的增益不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為幅度頻率失真幅度頻率失真，簡，簡稱幅頻失真。放大電路對不同頻率成分信號的相移稱幅頻失真。放大電路對不同頻率成分信號的相移

23、不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為相位頻率失相位頻率失真真，簡稱相頻失真。幅頻失真和相頻失真是，簡稱相頻失真。幅頻失真和相頻失真是線性失線性失真真。頻率失真產(chǎn)生頻率失真的原因 1. 1.放大電路中存在電抗性元件，放大電路中存在電抗性元件，例如例如 耦合電容、旁路電容、分布電容、變壓耦合電容、旁路電容、分布電容、變壓 器、分布電感等器、分布電感等; ; 2.2.三極管的三極管的 ( ( ) )是頻率的函數(shù)。是頻率的函數(shù)。 在研究頻率特性時，三極管的低頻小信號在研究頻率特性時，三極管的低頻小信號 模型不再適用，而要采用高頻小信號模型。模型不再適用，而要采用高頻小信

24、號模型。RC低通電路的頻率響應(yīng) 2H)(11ffAv arctg(Hff) 式中011RC。vA的模、上限截止頻率和相角分別為0ioj11j11RCVVvA=RC+-io.VV 電壓放大倍數(shù)(傳遞函數(shù))為RCffH210 RC低通電路的頻率特性曲線 fH fH f =fH 當(dāng) 時，相頻特性將滯后45，并具有 -45/十倍頻的斜率。在0.1 和10 處與實際的頻特性有最大的誤差，其值分別為+5.7和5.7。 這種折線化畫出的頻率特性曲線稱為波特圖,是分析放大電路頻率響應(yīng)的重要手段。幅頻特性幅頻特性 ffH f =fH fH 幅頻特性的X軸和Y軸都是采用對數(shù)坐標(biāo), 稱為上限截止頻率上限截止頻率。當(dāng)

25、 時，幅頻特性將以十倍頻20dB的斜率下降（頻率增加十倍，增益下降20dB），或?qū)懗?20dB/十倍頻。在 處的誤差最大，有3dB。)arctg(90LoffRC高通電路RCff21L02LL)(1/ffffAvLLLLio/j1/j/j1/jffffVVvA=L11RC。式中 下限截止頻率、模和相角分別為RC高通電路的近似頻率特性曲線單極放大電路的高頻響應(yīng)單極放大電路的高頻響應(yīng)（1）高頻小信號模型 基區(qū)體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點。bbr 、 發(fā)射結(jié)電阻和電容。ebrebC 、 集電結(jié)電阻和電容。cbrcbC 受控電流源ebmVgCEVEBCmvig 根據(jù)這一物理模型可以畫出混合型高頻小

26、信號模型。高頻混合型小信號模型電路 這一模型中用 代替 ，這是因為本身就與頻率有關(guān)，而gm與頻率無關(guān)。推導(dǎo)如下: eb.mVg.b0I（2）用 代替eb.mVg.bIebme beb0bo0VgrVIe b0boe bboce bcm/rIVIIVIg 由此可見gm是與頻率無關(guān)的0和rbe的比，因此gm與頻率無關(guān)。若IE=1mA，gm=1mA/26mV38mS。gm稱為跨導(dǎo)，還可寫成TEee00eb0m1)1 (VIrrrg 0反映了三極管內(nèi)部，對流經(jīng)rbe的電流 的放大作用。 是真正具有電流放大作用的部分，0 即低頻時的。而boIboI 在型小信號模型中，因存在Cbc 和rbc,對求解不便，

27、可通過單向化處理加以變換。首先因rbc很大，可以忽略，只剩下Cbc ?？梢杂幂斎雮?cè)的C和輸出側(cè)的C兩個電容去分別代替Cbc ，但要求變換前后應(yīng)保證相關(guān)電流不變。（3）單向化高頻混合型小信號電路輸入側(cè) III高頻混合型小信號電路CjVVVCjVVI)1 ()(becebecebe cbemceRVgVCjRgVI) 1 (cmbe則定義放大倍數(shù)令, cmRgK CK C()1輸出側(cè)CjKVCjVVI)11 ()(cebece CKKC1所以 由于C C , 所以可簡化為圖中C =Cbe+ C 。 簡化高頻小信號電路幾點結(jié)論：幾點結(jié)論：1.放大電路的下限截止頻率主要由耦合電容是引起。2.上限截止頻

28、率由三極管的結(jié)電容和分布電容是引起。3.由于 )/(,)1 (Lcme be be bRRgKCKCCvv 若電壓放大倍數(shù)K增加，Cbe也增加，上限截止頻率就下降，通頻帶變窄。增益和帶寬是一對矛盾，所以常把增益帶寬積作為衡量放大電路性能的一項重要指標(biāo)。4.共基組態(tài)放大電路由于輸入電容小，所以共基組態(tài)放大電路的上限截止頻率比共發(fā)射極組態(tài)要高許多。舉例圖中已標(biāo)出各圖中已標(biāo)出各硅硅晶體管電極的電位，判斷晶體管的狀態(tài)。晶體管電極的電位，判斷晶體管的狀態(tài)。1V3V3V0 V0.5V0.7V10V4V9.7V5.3V6V2.3V 放大放大 放大放大 飽和飽和 截至截至IBUBEQICUCEubeibibi

29、cuCE怎么變化怎么變化假設(shè)假設(shè)uBE靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上有一微小的變化有一微小的變化 ube （1 1）、加入正弦信號時的工作情況）、加入正弦信號時的工作情況2 2、動態(tài)工作情況分析、動態(tài)工作情況分析uBE=VBB+uI-iBRb步驟步驟輸入特性輸入特性IOOCECBI)(uuAuuiiuu給定輸出特性輸出特性輸入特性輸入特性討論：1.共射電路輸出電壓與輸入電壓反相。 2.工作點Q的位置對Au的影響。（4）求解電壓放大倍數(shù)（5）失真分析）失真分析 靜態(tài)工作點合適且輸入信號較小的情況下，基本共射放大電路的波形分析(4)輸出電阻RooR0eCbSbebRIIRrI由KVL：bSSRRR/CeSbeebIRRrRI0cebCeCbTrIIRIIVeSbeeceCToRRrRrIVR1CooRRR/輸出電阻輸出電阻 提高了，即提高了電路的恒流特性。CToIVR先算先算例1：解：解：求電路的靜態(tài)參數(shù)（IB、IC、VCE)，及動態(tài)參數(shù)（AV、Ri、Ro)。根據(jù)直流通路求靜態(tài)參數(shù)VVRRRVC