三極管及交流放大電路

三極管及交流放大電路第1頁/共155頁2§6射極輸出器...............................59§7多級放大電路...........................64

§8差動放大電路...........................72

§9功率放大電路............................86

*§10場效應管放大電路.............97

§11放大電路的頻率特性.............111

第2頁/共155頁9.1

晶體管9.1.1基本結(jié)構(gòu)NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管第3頁/共155頁基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)：面積大BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：面積最大第4頁/共155頁9.1.2電流分配和放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP發(fā)射結(jié)正偏VB<VE集電結(jié)反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結(jié)正偏VB>VE集電結(jié)反偏VC>VB

第5頁/共155頁2.各電極電流關系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結(jié)論:1）三電極電流關系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實質(zhì):用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化，是CCCS器件。第6頁/共155頁3.三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。

發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。

進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IBE，多數(shù)擴散到集電結(jié)。從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進入集電結(jié)而被收集，形成ICE。

集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。第7頁/共155頁3.三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流,溫度ICEO(常用公式)若IB=0,則

ICICE0第8頁/共155頁9.1.3

特性曲線

即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：

1）直觀地分析管子的工作狀態(tài)

2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設計性能良好的電路

重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線第9頁/共155頁發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路

測量晶體管特性的實驗線路輸入回路輸出回路ECICEBmAAVUCEUBERBIBV++––––++第10頁/共155頁1.

輸入特性特點:非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時發(fā)射結(jié)電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO第11頁/共155頁2.輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)：(1)放大區(qū)

在放大區(qū)有IC=IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。條件：發(fā)射結(jié)正向偏置

集電結(jié)反向偏置第12頁/共155頁IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

，UCE

UCC

。

條件：發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)反向偏置飽和區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū)UCEUBE時，飽和狀態(tài)。UCE

0,ICUCC/RC。條件：發(fā)射結(jié)正向偏置

集電結(jié)正向偏置

第13頁/共155頁9.1.4

主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)，直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當晶體管接成發(fā)射極電路時，

表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設計電路、選用晶體管的依據(jù)。注意：

和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。第14頁/共155頁2.集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。溫度ICBOICBOA+–EC3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受溫度的影響大。溫度ICEO，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。第15頁/共155頁4.

集電極最大允許電流ICM5.

集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO

集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。

當集—射極之間的電壓UCE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U(BR)

CEO。6.

集電極最大允許耗散功耗PCMPCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過大，溫升過高會燒壞三極管。

PC

PCM=ICUCE

硅管允許結(jié)溫約為150C，鍺管約為7090C。第16頁/共155頁ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)由三個極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū)ICUCEO第17頁/共155頁晶體管參數(shù)與溫度的關系1、溫度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管優(yōu)于鍺管。2、溫度每升高1C，UBE將減小–(2～2.5)mV，即晶體管具有負溫度系數(shù)。3、溫度每升高1C，增加0.5%~1.0%。第18頁/共155頁例1：UCE=6V時，在Q1點IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2點IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1點，有由Q1和Q2點，得第19頁/共155頁（1）V1=3.5V，V2=2.9V，V3=12V。例2：測得工作在放大電路中幾個晶體管三個極電位值V1、V2、V3，判斷管子的類型、材料及三個極。NPN型硅管，1、2、3依次為B、E、C（2）V1=3V，V2=2.8V，V3=12V。（3）V1=6V，V2=11.4V，V3=12V。（4）V1=6V，V2=11.8V，V3=12V。NPN型鍺管，1、2、3依次為B、E、CPNP型硅管，1、2、3依次為C、B、EPNP型鍺管，1、2、3依次為C、B、E第20頁/共155頁9.2

共發(fā)射極放大電路的組成9.2.1共發(fā)射極基本放大電路組成共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–第21頁/共155頁9.2.2基本放大電路各元件作用晶體管T--放大元件,iC=iB。要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放大區(qū)?；鶚O電源EB與基極電阻RB--使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–第22頁/共155頁9.2.2基本放大電路各元件作用集電極電源EC--為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC--將電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓ｑ詈想娙軨1、C2--隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，使交流信號順利輸入、輸出。信號源負載共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–第23頁/共155頁單電源供電時常用的畫法共發(fā)射極基本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE直流量：大字母，大下標，如IB交流量：小字母，小下標，如ib混合量：小字母，大下標，如iB第24頁/共155頁9.2.3共射放大電路的電壓放大作用UBEIBICUCE無輸入信號(ui

=0)時:uBE=UBEuCE=UCEuo=0+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO第25頁/共155頁ICUCEOIBUBEO結(jié)論：(1)無輸入信號電壓時，三極管各電極都是恒定的電壓和電流:IB、UBE和

IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分別對應于輸入、輸出特性曲線上的一個點，稱為靜態(tài)工作點。QIBUBEQUCEIC第26頁/共155頁結(jié)論：(2)加上輸入信號電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎上疊加了一個交流量。+集電極電流直流分量交流分量動態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析第27頁/共155頁UBEIB無輸入信號(ui

=0)時:？有輸入信號(ui

≠0)時uCE=UCC－iC

RCuBE=UBE+uiuCE=UCE+uo

uo0IC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO=ube第28頁/共155頁結(jié)論：(3)若參數(shù)選取得當，輸出電壓可比輸入電壓大，即電路具有電壓放大作用。(4)輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180°，

即共發(fā)射極電路具有反相作用。uitOuotO第29頁/共155頁1.實現(xiàn)放大的條件(1)晶體管必須工作在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。(2)正確設置靜態(tài)工作點，使晶體管工作于放大區(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)電容耦合只輸出交流信號。第30頁/共155頁2.直流通路和交流通路

因電容對交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大，可以認為它對交流分量不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路。這樣，交、直流分量所走的通路是不同的。直流通路：無信號時電流（直流電流）的通路，用來計算靜態(tài)工作點。交流通路：有信號時交流分量（變化量）的通路，用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等性能指標。第31頁/共155頁例：畫出下圖放大電路的直流通路直流通路直流通路用來計算靜態(tài)工作點Q(IB

、IC

、UCE)對直流信號電容C可看作開路（即將電容斷開）斷開斷開+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE第32頁/共155頁RBRCuiuORLRSes++–+––對交流信號(有輸入信號ui時的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略電源的內(nèi)阻，電源的端電壓恒定，直流電源對交流可看作短路。短路短路對地短路交流通路

用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等性能指標。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE第33頁/共155頁9.3

放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)：放大電路無信號輸入（ui

=0）時的工作狀態(tài)。分析方法：估算法、圖解法。分析對象：各極電壓、電流的直流分量。所用電路：放大電路的直流通路。設置Q點的目的：

(1)

使放大電路的放大信號不失真；

(2)

使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，靜態(tài)是動態(tài)的基礎。——靜態(tài)工作點Q：IB、IC、UCE

。靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值。第34頁/共155頁9.3.1

用估算法確定靜態(tài)值1.

直流通路估算IB根據(jù)電流放大作用2.由直流通路估算UCE當UBE<<UCC時，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以UCE=UCC–

ICRC第35頁/共155頁例1：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意：電路中IB

和IC

的數(shù)量級不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB第36頁/共155頁例2：用估算法計算圖示電路的靜態(tài)工作點。

由例1、例2可知，當電路不同時，計算靜態(tài)值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB第37頁/共155頁9.3.2

用圖解法確定靜態(tài)值用作圖的方法確定靜態(tài)值步驟：

1.用估算法確定IB優(yōu)點：

能直觀地分析和了解靜態(tài)值的變化對放大電路的影響。2.由輸出特性確定IC

和UCEUCE

=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流負載線方程第38頁/共155頁直流負載線斜率ICQUCEQUCCUCE

=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流負載線Q由IB確定的那條輸出特性與直流負載線的交點就是Q點O第39頁/共155頁9.4

放大電路的動態(tài)分析動態(tài)：放大電路有信號輸入（ui

0）時的工作狀態(tài)。分析方法：微變等效電路法，圖解法。動態(tài)分析:計算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。分析對象：各極電壓和電流的交流分量。目的：找出Au、ri、ro與電路參數(shù)的關系，為設計打基礎。所用電路：放大電路的交流通路。第40頁/共155頁9.4.1微變等效電路法

微變等效電路：把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個線性電路。即把非線性的晶體管線性化，等效為一個線性元件。線性化的條件：晶體管在小信號（微變量）情況下工作。因此，在靜態(tài)工作點附近小范圍內(nèi)的特性曲線可用直線近似代替。微變等效電路法：利用放大電路的微變等效電路分析計算放大電路電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。第41頁/共155頁

晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。當信號很小時，在靜態(tài)工作點附近的輸入特性在小范圍內(nèi)可近似線性化。1.晶體管的微變等效電路UBEIB對于小功率三極管：rbe一般為幾百歐到幾千歐。(1)輸入回路Q輸入特性晶體管的輸入電阻

晶體管的輸入回路(B、E之間)可用rbe等效代替，即由rbe來確定ube和ib之間的關系。IBUBEO第42頁/共155頁(2)輸出回路rce愈大，恒流特性愈好。因rce阻值很高，一般忽略不計。晶體管的輸出電阻輸出特性ICUCEQ

輸出特性在線性工作區(qū)是一組近似等距的平行直線。晶體管的電流放大系數(shù)

晶體管的輸出回路(C、E之間)可用一受控電流源

ic=ib等效代替，即由來確定ic和ib之間的關系。一般在20～200之間。O第43頁/共155頁ibicicBCEibib晶體三極管微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-rbeBEC

晶體管的B、E之間可用rbe等效代替。

晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=ib等效代替。第44頁/共155頁2.

放大電路的微變等效電路

將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微變等效電路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii第45頁/共155頁

分析時假設輸入為正弦交流，所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。微變等效電路2.

放大電路的微變等效電路

將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS第46頁/共155頁3.電壓放大倍數(shù)的計算當放大電路輸出端開路(未接RL)時，因rbe與IE有關，故放大倍數(shù)與靜態(tài)IE有關。負載電阻愈小，放大倍數(shù)愈小。

式中的負號表示輸出電壓的相位與輸入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS第47頁/共155頁3.電壓放大倍數(shù)的計算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：

由例1、例2可知，當電路不同時，計算電壓放大倍數(shù)Au

的公式也不同。要根據(jù)微變等效電路找出ui與ib的關系、uo與ic

的關系。第48頁/共155頁4.放大電路輸入電阻的計算放大電路對信號源(或?qū)η凹壏糯箅娐?來說，是一個負載，可用一個電阻來等效代替。這個電阻是信號源的負載電阻，也就是放大電路的輸入電阻。定義：

輸入電阻是對交流信號而言的，是動態(tài)電阻。+-信號源Au放大電路+-輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)。電路的輸入電阻越大越好。放大電路信號源+-+-第49頁/共155頁rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE

例2：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：riri第50頁/共155頁5.

放大電路輸出電阻的計算放大電路對負載(或?qū)蠹壏糯箅娐?來說，是一個信號源，可以將它進行戴維寧等效，等效電源的內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。+_RLro+_定義：

輸出電阻是動態(tài)電阻，與負載無關。

輸出電阻是表明放大電路帶負載能力的參數(shù)。電路的輸出電阻越小越好。RSRL+_Au放大電路+_第51頁/共155頁rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射極放大電路特點：

1.放大倍數(shù)高;2.輸入電阻低;3.輸出電阻高.例3：求ro的步驟：1)

斷開負載RL3)外加電壓4)求外加2)令或第52頁/共155頁rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例4：求ro的步驟：1)

斷開負載RL3)外加電壓4)求2)令或第53頁/共155頁動態(tài)分析圖解法QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù)。第54頁/共155頁

9.4.2

非線性失真

如果Q設置不合適，晶體管進入截止區(qū)或飽和區(qū)工作，將造成非線性失真。若Q設置過高，

晶體管進入飽和區(qū)工作，造成飽和失真。Q2uo

適當減小基極電流（增大RB）可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1第55頁/共155頁若Q設置過低，

晶體管進入截止區(qū)工作，造成截止失真。

適當增加基極電流（減小RB）可消除失真。uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE

如果Q設置合適，信號幅值過大也可產(chǎn)生失真，減小信號幅值可消除失真。第56頁/共155頁9.5

靜態(tài)工作點的穩(wěn)定

合理設置靜態(tài)工作點是保證放大電路正常工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作點常因外界條件的變化而發(fā)生變動。

前述的固定偏置放大電路，簡單、容易調(diào)整，但在溫度變化、三極管老化、電源電壓波動等外部因素的影響下，將引起靜態(tài)工作點的變動，嚴重時將使放大電路不能正常工作，其中溫度變化的影響最大。第57頁/共155頁9.5.1溫度變化對靜態(tài)工作點的影響

在固定偏置放大電路中，當溫度升高時，

UBE、、ICBO

。

上式表明，當UCC和

RB一定時，IC與UBE、以及ICEO有關，而這三個參數(shù)隨溫度而變化。溫度升高時，

IC將增加，使Q點沿負載線上移。第58頁/共155頁iCuCEQ溫度升高時，輸出特性曲線上移Q′

固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的，為此需要改進偏置電路。當溫度升高使IC

增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化，保持Q點基本穩(wěn)定。結(jié)論：

當溫度升高時，

IC將增加，使Q點沿負載線上移，容易使晶體管T進入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。O第59頁/共155頁9.5.2分壓式偏置電路1.穩(wěn)定Q點的原理

基極電位基本恒定，不隨溫度變化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–RB2

：使VB基本不變RE：使IC基本不變CE：使Au不下降第60頁/共155頁9.5.2分壓式偏置電路1.穩(wěn)定Q點的原理VB

集電極電流基本恒定，不隨溫度變化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–若滿足：I2

IB﹥﹥第61頁/共155頁從Q點穩(wěn)定的角度來看似乎I2、VB越大越好。但I2越大，RB1、RB2必須取得較小，將增加損耗，降低輸入電阻。VB過高必使VE也增高，在UCC一定時，勢必使UCE減小，從而減小放大電路輸出電壓的動態(tài)范圍。在估算時一般選取：I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般為幾十千歐。參數(shù)的選擇VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–第62頁/共155頁Q點穩(wěn)定的過程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定

RE：溫度補償電阻

對直流：RE越大,穩(wěn)定Q點效果越好；

對交流：RE越大,交流損失越大,為避免交流損失加旁路電容CE。第63頁/共155頁2.靜態(tài)工作點的計算估算法:VBRB1RCRB2REI1I2IB+UCCIC第64頁/共155頁旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–3.動態(tài)分析第65頁/共155頁3.動態(tài)分析對交流：旁路電容CE

將RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro與固定偏置電路相同。RB=RB1//RB2rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS微變等效電路第66頁/共155頁RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–

去掉CE后的微變等效電路短路對地短路如果去掉CE，Au，ri，ro

?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSREAuri第67頁/共155頁無旁路電容CE有旁路電容CEAu減小分壓式偏置電路ri提高ro不變第68頁/共155頁對信號源電壓的放大倍數(shù)？信號源考慮信號源內(nèi)阻RS時RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–第69頁/共155頁例1:

在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ

RL=6kΩ，晶體管β=50，UBE=0.6V,試求:(1)靜態(tài)工作點IB、IC及UCE；(2)畫出微變等效電路；(3)ri、ro及Au；(4)若輸入信號為

能輸出正常波形，則UO多大？

(5)若測得輸出波形為判斷放大器出現(xiàn)的是何種失真，如何消除失真？RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2tuoO第70頁/共155頁解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB第71頁/共155頁(3)由微變等效電路求Au、ri

、

ro。微變等效電路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE1第72頁/共155頁

若要消除失真必須改變RB1與RB2的比例，適當抬高放大器的靜態(tài)工作點，如：適當調(diào)節(jié)RB1使其變小，則抬高了IB。（5）因為共射極單級放大器的uo與ui反相，據(jù)uo的波形可以判斷出ui的波形為因此可以判斷出由于放大器的靜態(tài)工作點太低，在

ui

的前半個周期當ui>UBE時，三極管發(fā)生了截止，使uo失真，因此該失真為截止失真。uito（4）第73頁/共155頁9.6

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。頻率特性幅頻特性：電壓放大倍數(shù)的模|Au|與頻率f

的關系相頻特性：輸出電壓相對于輸入電壓的相位移與頻率f的關系第74頁/共155頁通頻帶f|Au

|0.707|Auo|fLfH|Auo|幅頻特性下限截止頻率上限截止頻率耦合、旁路電容造成三極管結(jié)電容、

造成f–270°–180°–90°相頻特性O第75頁/共155頁

在中頻段：

所以，在中頻段可認為電容不影響交流信號的傳送，放大電路的放大倍數(shù)與信號頻率無關。

(前面所討論的均是指中頻段情況)

三極管的極間電容和導線的分布電容很小，可認為它們的等效電容CO與負載并聯(lián)，且對中頻段信號的容抗很大，可視作開路。

耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容量較大，對中頻段信號的容抗很小，可視作短路。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-第76頁/共155頁

在低頻段：

CO的容抗比中頻段還大，仍可視作開路。

耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗較大，其分壓作用不能忽略。以至實際送到三極管輸入端的電壓

比輸入信號

要小，故放大倍數(shù)降低，并使產(chǎn)生越前的相位移。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-C1C2第77頁/共155頁

耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗很小，視作短路。

在高頻段：

CO的容抗將減小，它與負載并聯(lián)，使總負載阻抗減小，在高頻時三極管的電流放大系數(shù)也下降，因而使輸出電壓減小，電壓放大倍數(shù)降低，并使產(chǎn)生滯后的相位移。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSCo第78頁/共155頁9.7

射極輸出器

因?qū)涣餍盘柖?，集電極是輸入與輸出回路的公共端，所以是共集電極放大電路。因從發(fā)射極輸出，所以稱射極輸出器。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS第79頁/共155頁求Q點：9.7.1靜態(tài)分析直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS第80頁/共155頁9.7.2動態(tài)分析1.

電壓放大倍數(shù)

電壓放大倍數(shù)Au1且輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。微變等效電路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE第81頁/共155頁rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.

輸入電阻

射極輸出器的輸入電阻高，對前級有利。

ri與負載有關第82頁/共155頁3.

輸出電阻射極輸出器的輸出電阻很小，帶負載能力強。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE第83頁/共155頁例1:.

在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RE=2kΩ,

RB=200kΩ，RL=2kΩ，晶體管β=60，UBE=0.6V,信號源內(nèi)阻RS=100Ω，試求:(1)

靜態(tài)工作點IB、IE及UCE；(2)

畫出微變等效電路；(3)

Au、ri和ro。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS第84頁/共155頁解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點。直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC第85頁/共155頁(2)由微變等效電路求Au、ri

、

ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微變等效電路第86頁/共155頁共集電極放大電路(射極輸出器)的特點：1.

電壓放大倍數(shù)小于1，約等于1;2.

輸入電阻高；3.

輸出電阻低；4.輸出與輸入同相。第87頁/共155頁射極輸出器的應用主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點。1.

因輸入電阻高，它常被用在多級放大電路的第一級，可以提高輸入電阻，減輕信號源負擔。2.

因輸出電阻低，它常被用在多級放大電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負載能力。3.

利用ri大、ro小以及Au1的特點，也可將射極輸出器放在放大電路的兩級之間，起到阻抗匹配作用，這一級射極輸出器稱為緩沖級或中間隔離級。第88頁/共155頁

9.7.3

多級放大電路

耦合方式：信號源與放大電路之間、兩級放大電路之間、放大器與負載之間的連接方式。

常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。動態(tài):傳送信號減少壓降損失靜態(tài)：保證各級有合適的Q點波形不失真第二級

推動級

輸入級

輸出級輸入輸出多級放大電路的框圖對耦合電路的要求第89頁/共155頁阻容耦合：第一級第二級負載信號源兩級之間通過耦合電容

C2與下級輸入電阻連接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2第90頁/共155頁（1）靜態(tài)分析

由于電容有隔直作用，所以每級放大電路的直流通路互不相通，每級的靜態(tài)工作點互相獨立，互不影響，可以各級單獨計算。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2第91頁/共155頁（2）動態(tài)分析第一級第二級rbeRB2RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB1第92頁/共155頁例1:

如圖所示的兩級電壓放大電路，已知β1=β2=50,T1和T2均為3DG8D。(1)計算前、后級放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V);(2)求放大電路的輸入電阻和輸出電阻；

(3)

求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k第93頁/共155頁解:(1)兩級放大電路的靜態(tài)值可分別計算。第一級是射極輸出器:

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k第94頁/共155頁第二級是分壓式偏置電路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k解:第95頁/共155頁第二級是分壓式偏置電路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k解:第96頁/共155頁rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)

計算

r

i和r

0

由微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻

ri等于第一級的輸入電阻ri1。第一級是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負載有關，而射極輸出器的負載即是第二級輸入電阻

ri2。微變等效電路第97頁/共155頁rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)

計算

r

i和r

0第98頁/共155頁(2)計算

r

i和r

0rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第99頁/共155頁(3)求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級放大電路為射極輸出器rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第100頁/共155頁(3)求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第二級放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)第101頁/共155頁直接耦合：將前級的輸出端直接接后級的輸入端?？捎脕矸糯缶徛兓男盘柣蛑绷髁孔兓男盘枴?UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE2由于不采用電容，具有良好的低頻特性。適合于集成化的要求，在集成運放的內(nèi)部，級間都是直接耦合。第102頁/共155頁2.零點漂移零點漂移：指輸入信號電壓為零時，輸出電壓發(fā)生緩慢地、無規(guī)則地變化的現(xiàn)象。uotO產(chǎn)生的原因：晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓波動、電路元件參數(shù)的變化。直接耦合存在的兩個問題：1.前后級靜態(tài)工作點相互影響第103頁/共155頁零點漂移的危害：直接影響對輸入信號測量的準確程度和分辨能力。嚴重時，可能淹沒有效信號電壓，無法分辨是有效信號電壓還是漂移電壓。

抑制零點漂移是制作高質(zhì)量直接耦合放大電路的一個重要的問題。

差分放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。第104頁/共155頁9.8.1差分放大電路的工作情況

電路結(jié)構(gòu)對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對應電阻元件的參數(shù)值都相等。差動放大原理電路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2兩個輸入、兩個輸出兩管靜態(tài)工作點相同9.8差分放大電路第105頁/共155頁1.零點漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0靜態(tài)時，ui1

=

ui2

=0當溫度升高時ICVC（兩管變化量相等）

對稱差分放大電路對兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2第106頁/共155頁2.信號輸入

兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對共模信號沒有放大能力。(1)共模信號

ui1=ui2

大小相等、極性相同

差分電路抑制共模信號能力的大小，反映了它對零點漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–共模信號需要抑制第107頁/共155頁+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(2)

差模信號

ui1=–ui2

大小相等、極性相反uo=(VC1－VC1

)－(VC2+

VC１)=－2VC1即對差模信號有放大能力。+–+–+–+–+–+–差模信號是有用信號第108頁/共155頁(3)比較輸入

ui1、ui2大小和極性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號差模信號

放大器只放大兩個輸入信號的差值信號—差分放大電路。

這種輸入常作為比較放大來應用，在自動控制系統(tǒng)中是常見的。第109頁/共155頁（CommonModeRejectionRatio)

全面衡量差分放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMR越大，說明差放分辨差模信號的能力越強，而抑制共模信號的能力越強。3.共模抑制比共模抑制比第110頁/共155頁

若電路完全對稱，理想情況下共模放大倍數(shù)Ac=0

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若電路不完全對稱，則Ac0，實際輸出電壓

uo

=Acuic+

Ad

uid即共模信號對輸出有影響。第111頁/共155頁9.8.2典型差分放大電路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2EE+–RE的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點，限制每個管子的漂移。EE的作用：用于補償RE上的壓降，以獲得合適的Q。第112頁/共155頁+UCC/6Vuoui1RC/5.1kΩRPT1RB/10kΩRC/5.1kΩui2RE/5.1kΩRB/10kΩ+–T2-EE/-6Vuo1uo2

例：已知：β=50，UBE=0.7V，輸入電壓ui1=7mV，ui2=3mV。(1)計算放大電路的靜態(tài)值IB、IC和各電極的電位VE、VC、VB；(2)把輸入電壓分解為共模分量uic1

、uic1和差模分量uid1、uid1

；(3)求單端共模輸出uoc1和uoc2

；(4)求單端差模輸出uod1

和uod2

；(5)求單端總輸出uo1

和uo2

；(6)求雙端共模輸出uoc、雙端差模輸出uod和雙端總輸出uo。第113頁/共155頁解：（1）單管直流通路為+UCC/6VRC/5.1kΩRB/10kΩRE/5.1kΩ-EE/-6V第114頁/共155頁uic1RC/5.1kΩRB/10kΩ+–uoc1RE/5.1kΩ+–解：（2）輸入信號分解為（3）單管共模信號通道為rbeRBRCEBC+-+-RE第115頁/共155頁解：rbeRBRCEBC+-+-RE第116頁/共155頁解：（4）單管差模信號通道為uid1RC/5.1kΩRB/10kΩ+–uod1+–rbeRBRCEBC+-+-第117頁/共155頁解：第118頁/共155頁+UCC/6Vuoui1RC/5.1kΩRPT1RB/10kΩRC/5.1kΩui2RE/5.1kΩRB/10kΩ+–T2-EE/-6Vuo1uo2如果改為單端輸入呢？第119頁/共155頁+UCC/6Vuoui1RC/5.1kΩRPT1RB/10kΩRC/5.1kΩui2RE/5.1kΩRB/10kΩ+–T2-EE/-6Vuo1uo2ui+–可把單端輸入看作雙端輸入,

此時的uo1與ui

反相，為反相輸出端，uo2與ui

同相，為同相輸出端。第120頁/共155頁9.9

互補對稱功率放大電路9.9.1

對功率放大電路的基本要求

功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級，去推動負載工作。例如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動機旋轉(zhuǎn)等。(1)在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。(2)由于功率較大，就要求提高效率。第121頁/共155頁ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個周期都導通，波形好，靜態(tài)IC較大，管耗大、效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導通，波形嚴重失真，靜態(tài)IC=0，管耗小、效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC0，一般功放常采用。第122頁/共155頁9.9.2

互補對稱功率放大電路

互補對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。當它通過容量較大的電容與負載耦合時，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡稱OTL電路。若互補對稱電路直接與負載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡稱OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。第123頁/共155頁1.

OTL電路(1)

特點T1、T2的特性一致；一個NPN型、一個PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。(2)靜態(tài)時(ui=0),

IC10，IC20OTL原理電路電容兩端的電壓RLuiT1T2+UCCCAuo++-+-第124頁/共155頁RLuiT1T2Auo+-+-(3)動態(tài)時

設輸入端在UCC/2

直流基礎上加入正弦信號。T1導通、T2截止；同時給電容充電T2導通、T1截止；電容放電，相當于電源

若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負載上得到的交流信號正負半周對稱。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號ui的正半周輸入交流信號ui的負半周第125頁/共155頁(4)交越失真

當輸入信號ui為正弦波時，輸出信號在過零前后出現(xiàn)的失真稱為交越失真。

交越失真產(chǎn)生的原因由于晶體管特性存在非線性，

ui

<死區(qū)電壓晶體管導通不好。交越失真采用各種電路以產(chǎn)生有不大的偏流，使靜態(tài)工作點稍高于截止點，即工作于甲乙類狀態(tài)?？朔辉绞д娴拇胧﹗itOuotO第126頁/共155頁R1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2

動態(tài)時，設ui

加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進一步提高，進入良好的導通狀態(tài)。負半周T1截止，T2基極電位進一步降低，進入良好的導通狀態(tài)。

靜態(tài)時T1、T2

兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)。(5)克服交越失真的電路第127頁/共155頁uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–2.OCL電路ic1ic2靜態(tài)時：ui=0V,iC10，iC20uo=0V。動態(tài)時：ui

<0VT2導通，T1截止ui

>0VT1導通，T2截止特點：

雙電源供電、輸出無電容器。uoOCL原理電路第128頁/共155頁9.10

場效應管及其放大電路

場效應晶體管是利用電場效應來控制電流的一種半導體器件，即是電壓控制元件（VCCS）。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號源提供電流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應管按結(jié)構(gòu)不同場效應管有兩種:絕緣柵型場效應管本節(jié)僅介紹絕緣柵型場效應管按工作狀態(tài)可分為：增強型和耗盡型兩類每類又有N溝道和P溝道之分第129頁/共155頁9.10.1

絕緣柵場效應管漏極D

柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應管。金屬電極(1)

N溝道增強型管的結(jié)構(gòu)柵極G源極S1.

增強型絕緣柵場效應管SiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)第130頁/共155頁GSD符號：

由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達1014。漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)

由于金屬柵極和半導體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導體場效應管，簡稱MOS場效應管。第131頁/共155頁(2)N溝道增強型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

由結(jié)構(gòu)圖可見，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的PN結(jié)。

當柵源電壓UGS=0時，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個PN結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SD第132頁/共155頁EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

當UGS>0時，P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達表層，填補空穴形成負離子的耗盡層；N型導電溝道在漏極電源的作用下將產(chǎn)生漏極電流ID，管子導通。當UGS>UGS（th）時，將出現(xiàn)N型層，形成N型導電溝道，將D-S連接起來。UGS愈高，導電溝道愈寬。(2)N溝道增強型管的工作原理第133頁/共155頁EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–N型導電溝道當UGS

UGS(th）后，場效應管才形成導電溝道開始導通。若漏–源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產(chǎn)生。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關（UGS越大，溝道越寬）。所以，場效應管是一種電壓控制電流的器件。

在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導通變?yōu)閷ǖ呐R界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th）。(2)N溝道增強型管的工作原理第134頁/共155頁(3)

特性曲線有導電溝道轉(zhuǎn)移特性曲線無導電溝道開啟電壓UGS(th）UDSUGS/ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V

漏極特性曲線恒流區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)第135頁/共155頁N型襯底P+P+GSD符號：結(jié)構(gòu)(4)P溝道增強型SiO2絕緣層加電壓才形成

P型導電溝道

增強型場效應管只有當UGS

UGS(th）時才形成導電溝道。第136頁/共155頁2.

耗盡型絕緣柵場效應管GSD符號：

如果MOS管在制造時導電溝道就已形成，稱為耗盡型場效應管。(1)N溝道耗盡型管SiO2絕緣層中摻有正離子予埋了N型導電溝道第137頁/共155頁2.

耗盡型絕緣柵場效應管

由于耗盡型場效應管預埋了導電溝道，所以在UGS=0時，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，也會有漏極電流ID產(chǎn)生。

當UGS>0時，使導電溝道變寬，ID增大；當UGS<0時，使導電溝道變窄，ID減?。籙GS負值愈高，溝道愈窄，ID就愈小。

當UGS達到一定負值時，N型導電溝道消失，ID=0，稱為場效應管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時的UGS稱為夾斷電壓，用