湖南大學(xué)微電子電路晶體管放大電路

1、122.4.1 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理1. 內(nèi)部載流子的傳輸過程內(nèi)部載流子的傳輸過程 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。 發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子基區(qū)：傳送和控制載流子 （以（以NPN為例）為例） 載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程3 三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。2

2、.4.1 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是：實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是：（1）內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄，集電極面積大，易于雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄，集電極面積大，易于收集電子。收集電子。（2）外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。向偏置。42.4.2 共射極放大電路共射極放大電路 電路組成電路組成 簡化電路及習(xí)慣畫法簡化電路及習(xí)慣畫法 簡單工作原理簡單工作原理 放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 直流通路和交流通路直流通路和交流通路51. 電路組成

3、電路組成61. 電路組成電路組成輸入回路（基極回路）輸入回路（基極回路）輸出回路（集電極回路）輸出回路（集電極回路）72. 簡化電路及習(xí)慣畫法簡化電路及習(xí)慣畫法習(xí)慣畫法習(xí)慣畫法 共射極基本放大電路共射極基本放大電路83. 簡單工作原理簡單工作原理Vi=0Vi=Vsin t94. 放大電路的放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 靜態(tài)：靜態(tài)：輸入信號(hào)為零（輸入信號(hào)為零（vi= 0 或或 ii= 0）時(shí)，放）時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)直流工作狀態(tài)。 動(dòng)態(tài)：動(dòng)態(tài)：輸入信號(hào)不為零時(shí)，放大電路的工作輸入信號(hào)不為零時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)交流工作狀態(tài)。

4、 電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管各電極的電壓、電流在特性曲線上電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管各電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱為確定為一點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)，常稱為，常稱為Q點(diǎn)。一般用點(diǎn)。一般用IB、 IC、和、和VCE （或（或IBQ、ICQ、和、和VCEQ ）表示。）表示。105. 直流通路和交流通路直流通路和交流通路交流通路交流通路 直流通路直流通路 耦合電容：通交流、隔直耦合電容：通交流、隔直流流 直流電源：內(nèi)阻為零直流電源：內(nèi)阻為零 直流電源和耦合電容對(duì)直流電源和耦合電容對(duì)交流相當(dāng)于短路交流相當(dāng)于短路 共射極放大電路共射極放大電路交直共存，通路有別交直共存，通路有別11TVBBCb

5、RcRb(a)TVCCCb1RcCb2(b)(c)T-VCCCb1RcCb2RcT+VCCCb1RcCb2Rc(d)(f)TVCCCb1RcCb2VBBRbT-VCCCb1RcCb2(e)1. 下列下列af電路哪些具有放大作用？電路哪些具有放大作用？PNP: vc=0, 無；無；NPN：設(shè)：設(shè)vb=Vcc=-10,vc=-5-10, 故故vcb0,集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏判據(jù)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏判據(jù)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏(c)PNP: RbRc,設(shè)設(shè)Vcc=-10,vb=-5, vc=-2,vcb0,集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏(d)NPN:RbRc,設(shè)設(shè)vb=Vcc=10,vb=5,vc=2,vb

6、c0, 集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏(e)PNP: vi0時(shí)發(fā)射結(jié)才正偏時(shí)發(fā)射結(jié)才正偏(f)NPN:vb0, 發(fā)射結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)反偏，vc0, 集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏思考題思考題122 圖解分析法圖解分析法 用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn) 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn) 交流通路及交流負(fù)載線交流通路及交流負(fù)載線 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析 BJT的三個(gè)工作區(qū)的三個(gè)工作區(qū) 輸出功率和功率三角形輸出功率和功率三角形 1 靜態(tài)工作情況分析靜態(tài)工作情況分析 2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析 13 共射極放大電路共射極放大電路 1 靜態(tài)工作情況分析

7、靜態(tài)工作情況分析1. 用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVVI根據(jù)直流通路可知：根據(jù)直流通路可知： 采用該方法，必須已知三極管的采用該方法，必須已知三極管的 值值。一般硅管一般硅管VBE=0.7V，鍺管，鍺管VBE=0.2V。直流通路直流通路+-14 采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。管的輸入輸出特性曲線。 共射極放大電路共射極放大電路2. 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn) 首先，畫出直流通路首先，畫出直流通路直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-

8、1 靜態(tài)工作情況分析靜態(tài)工作情況分析15直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 列輸入回路方程：列輸入回路方程：VBE =VCCIBRb 列輸出回路方程（直流負(fù)載線）：列輸出回路方程（直流負(fù)載線）：VCE=VCCICRc 在輸入特性曲線上，作出直線在輸入特性曲線上，作出直線 VBE =VCCIBRb，兩，兩線的交點(diǎn)即是線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn)，得到點(diǎn)，得到IBQ。 在輸出特性曲線上，作出直流負(fù)載線在輸出特性曲線上，作出直流負(fù)載線 VCE=VCCICRc，與與IBQ曲線的交點(diǎn)即為曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，從而得到點(diǎn)，從而得到VCEQ 和和ICQ。vCEiC斜斜率率 -1RcRcVCCVCCvCEiC斜斜

9、率率 -1RcIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQICQIBQRcVCCVCCvCEiC16 2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析由交流通路得純交流負(fù)載線：由交流通路得純交流負(fù)載線： 共射極放大電路共射極放大電路交流通路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL) 因?yàn)榻涣髫?fù)載線必過因?yàn)榻涣髫?fù)載線必過Q點(diǎn)，即點(diǎn)，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同時(shí)，令同時(shí)，令R L = Rc/RL1. 交流通路及交流負(fù)載線交流通路及交流

10、負(fù)載線則交流負(fù)載線為則交流負(fù)載線為vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) R L 即即 iC = (-1/R L) vCE + (1/R L) VCEQ+ ICQ斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1Rc斜斜率率1Rc/ RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 過輸出特性曲線上過輸出特性曲線上的的Q點(diǎn)做一條斜率為點(diǎn)做一條斜率為-1/R L 直線，該直線即直線，該直線即為交流負(fù)載線。為交流負(fù)載線。 RL= RLRc， 是是交流負(fù)載電阻。交流負(fù)載電阻。 交流負(fù)載線是有

11、交交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)流輸入信號(hào)時(shí)Q點(diǎn)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。的運(yùn)動(dòng)軌跡。 172. 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析 2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析182. 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析 2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析 共射極放大電路共射極放大電路QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線QQQICQVCEQvC

12、E/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線20uA40uA60uA通過圖解分析，可得如下結(jié)論：通過圖解分析，可得如下結(jié)論： 1. 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. 2. vo與與vi相位相反；相位相反； 3. 3. 可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)； 4. 4. 可以確定最大不失真輸出幅度可以確定最大不失真

13、輸出幅度。19 2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析3. BJT的三個(gè)工作區(qū)的三個(gè)工作區(qū)QQ1Q2vCE/ViC/mA放大區(qū)放大區(qū)0iB=40uA80uA120uA160uA200uA飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū)當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生非線性失真當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生非線性失真。飽和區(qū)特點(diǎn)：飽和區(qū)特點(diǎn)： iC不再隨不再隨iB的增加而線性增加，即的增加而線性增加，即BCii 此時(shí)此時(shí)CBii 截止區(qū)特點(diǎn)：截止區(qū)特點(diǎn)：iB=0， iC= ICEOvCE= VCES ，典型值為，典型值為0.3V20波形波形的失真的失真飽和失真截止失真 由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管由于放大電

14、路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對(duì)于的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對(duì)于NPN管，管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。 由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對(duì)于的截止區(qū)而引起的非線性失真。對(duì)于NPN管，管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。 注意：對(duì)于PNP管，由于是負(fù)電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管正好相反。 2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析3. BJT的三個(gè)工作區(qū)的三個(gè)工作區(qū)21 放大電路放大電路的動(dòng)態(tài)范圍的動(dòng)態(tài)范圍 放大電路要想放大電路要想獲得大的不失真輸獲得大的不失真輸出幅度，要

15、求：出幅度，要求： 工作點(diǎn)工作點(diǎn)Q要設(shè)置在要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；的中間部位； 要有合適的交流負(fù)載線要有合適的交流負(fù)載線。 3. BJT的三個(gè)工作區(qū)的三個(gè)工作區(qū) 2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析22 4. 輸出功率和功率三角形輸出功率和功率三角形omomomomo2122IVIVP 要想要想PO大，就要使功率三角形的大，就要使功率三角形的面積大，即必須使面積大，即必須使Vom 和和Iom 都要大。都要大。功率三角形放大電路向電阻性負(fù)載提供的放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率輸出功率 在輸出特性曲線上，正在輸出特性曲線上，正好是三角形好是三角形 ABQ的面積，

16、這的面積，這一三角形稱為一三角形稱為功率三角形功率三角形。2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析231. 試分析下列問題：試分析下列問題：斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 共射極放大電路共射極放大電路（1）增大）增大Rc時(shí)，負(fù)載線將如時(shí)，負(fù)載線將如何變化？何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？點(diǎn)怎樣變化？（2）增大）增大Rb時(shí)，負(fù)載線將如時(shí)，負(fù)載線將如何變化？何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？點(diǎn)怎樣變化？（3）減?。p小VCC時(shí)，負(fù)載線將時(shí)，負(fù)載線將如何變化？如何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？點(diǎn)怎樣變化？斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQVCEQI

17、CQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQICQIBQRcVCCVCCvCEiC（4）減?。p小RL時(shí)，負(fù)載線將如時(shí)，負(fù)載線將如何變化？何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？點(diǎn)怎樣變化？24 (1)Rc增大，斜率增大，斜率Vcc/Rc減??；減??； Rc增大，增大， vc減減小，小，vCE減小，減小，Q點(diǎn)左移。點(diǎn)左移。 (2)RB增大增大, vB減小，減小，IB減小，減小， Q點(diǎn)左移。點(diǎn)左移。 (3) Vcc減小，減小，斜率斜率Vcc/Rc減小，減小，vCE減小，減小，Q點(diǎn)點(diǎn)左移。左移。 (4) RL減小，減小， 負(fù)載總電阻負(fù)載總電

18、阻RL（ RL 和和Rc并聯(lián)并聯(lián)）減小，）減小，vCE減小，減小，Q點(diǎn)左移。點(diǎn)左移。252. 放大電路如圖所示。當(dāng)測得放大電路如圖所示。當(dāng)測得BJT的的VCE 接近接近VCC的值時(shí)，問的值時(shí)，問管子處于什么工作狀態(tài)？可能管子處于什么工作狀態(tài)？可能的故障原因有哪些？的故障原因有哪些？截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)答：答：故障原因可能有：故障原因可能有： Rb支路可能開路，支路可能開路，IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。 C1可能短路，可能短路， VBE=0， IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。 共射極放大電路共射極放大電路26 共射極放大

19、電路共射極放大電路 放大電路如圖所示。已知放大電路如圖所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：求： （1）放大電路的放大電路的Q點(diǎn)。此點(diǎn)。此時(shí)時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？工作在哪個(gè)區(qū)域？（2）當(dāng)當(dāng)Rb=100k時(shí)，求放大電路的時(shí)，求放大電路的Q點(diǎn)。點(diǎn)。此時(shí)此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？（忽略工作在哪個(gè)區(qū)域？（忽略BJT的的飽和壓降）飽和壓降）解：解：（1）uA40300k2V1bBECCB RVVI（2）當(dāng)當(dāng)Rb=100k時(shí)，時(shí)，3.2mAuA4080BC II 5.6V3.2mA2k-V12CcCCCE IRVV靜態(tài)工作點(diǎn)為靜態(tài)工作點(diǎn)為Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)