放大器的基本原理經(jīng)典

放大器的基本原理經(jīng)典第一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日第一節(jié)半導(dǎo)體器件

半導(dǎo)體的基本知識(shí)

PN

結(jié)及半導(dǎo)體二極管

半導(dǎo)體三極管第二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日第二節(jié)基本放大電路§2.2.1放大電路的組成§2.2.2放大電路的分析方法§2.2.3靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定§2.2.4放大器的主要性能指標(biāo)§2.2.5多級(jí)阻容耦合放大電路第三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈠導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。第四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。第五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體?，F(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。㈡本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。第六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：第七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子第八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4第九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴第十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日+4+4+4+4空穴束縛電子自由電子二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理1.載流子、自由電子和空穴第十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。第十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：

1.自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。

2.空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。第十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈢雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。N型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。第十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日一、N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為施主原子。第十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日一、N型半導(dǎo)體+4+4+5+4多余電子磷原子第十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日N型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2.本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。第十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。第十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。第十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈠PN

結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)?！?.1.2PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管第二十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。第二十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。第二十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV0第二十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日空間電荷區(qū)中沒有載流子。注意:空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙P區(qū)中的空穴、N區(qū)中的電子都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）。P

區(qū)中的電子和N區(qū)中的空穴（都是少子），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。第二十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日第二十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈡PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)加上正向電壓、正向偏置的意思都是：P區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓。

PN結(jié)加上反向電壓、反向偏置的意思都是：

P區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓。第二十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日－－－－++++RE一、PN結(jié)正向偏置內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄PN+_內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。第二十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、PN結(jié)反向偏置－－－－++++內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變厚NP+_內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。RE第二十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈢半導(dǎo)體二極管一、基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線外殼線觸絲線基片點(diǎn)接觸型PN結(jié)面接觸型PN二極管的電路符號(hào)：第二十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、伏安特性UI死區(qū)電壓硅管0.6V,鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UBR第三十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日三、主要參數(shù)1.最大整流電流

IOM二極管長期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.反向擊穿電壓UBR二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是UBR的一半。第三十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日3.反向電流

IR指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。第三十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日4.微變電阻rDiDuDIDUDQiDuDrD是二極管特性曲線上工作點(diǎn)Q附近電壓的變化與電流的變化之比：顯然，rD是對(duì)Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。第三十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二極管：死區(qū)電壓=0.5V，正向壓降0.7V(硅二極管)理想二極管：死區(qū)電壓=0，正向壓降=0RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例：二極管半波整流第三十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈣穩(wěn)壓二極管UIIZIZmaxUZIZ穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。第三十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗穩(wěn)壓二極管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓

UZ（2）電壓溫度系數(shù)U（%/℃）穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動(dòng)態(tài)電阻第三十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈠基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型§2.1.3半導(dǎo)體三極管第三十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高第三十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)第三十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈡晶體管放大原理BECNNPEBRBIE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。IBE進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE

，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。ECRc發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。第四十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日BECNNPEBRBIE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICEECRc從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。第四十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日IB=IBE-ICBOIBEIBEBRBIEICBOICEIBEBECNNPIC=ICE+ICBO

ICEECRc第四十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日基極電流IB小，集電極電流IC大，根據(jù)基爾霍夫第一定律：——直流電流放大系數(shù)若取電流的變化量，則有β——交流放大系數(shù)要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。第四十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管第四十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈢特性曲線三極管特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)線路ICmAAVUCEUBERBIBECEBVRcbce第四十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日一、輸入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。第四十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時(shí)，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。0.7第四十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。第四十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。第四十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

第五十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日三、主要參數(shù)前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。共射直流電流放大倍數(shù)：工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為IB，相應(yīng)的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：1.電流放大倍數(shù)和

第五十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日放大元件，起電流放大作用，是整個(gè)放大電路的核心。uiuo輸入輸出參考點(diǎn)RB+ECEBRCC1C2T耦合電容C1：①隔直作用：隔斷放大電路與信號(hào)源之間的直流通路②交流耦合：保證交流信號(hào)順利通過第五十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日2.集-基極反向截止電流ICBOAICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。第五十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBEIBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流IBE。集電結(jié)反偏有ICBO3.集-射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。第五十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日4.集電極最大電流ICM集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。5.集-射極反向擊穿電壓當(dāng)集---射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C、基極開路時(shí)的擊穿電壓U(BR)CEO。第五十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日6.集電極最大允許功耗PCM集電極電流IC

流過三極管，所發(fā)出的焦耳熱為：PC=ICUCE必定導(dǎo)致結(jié)溫上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)第五十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日§2.2.1放大電路的組成㈠放大的概念電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號(hào)放大成較大的信號(hào)。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：uiuoKu第五十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈡基本放大電路的組成三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理第五十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日放大元件，起電流放大作用，是整個(gè)放大電路的核心。uiuo輸入輸出？參考點(diǎn)RB+ECEBRCC1C2T第五十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)?；鶚O電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2T第六十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2T第六十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。RB+ECEBRCC1C2T第六十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日耦合電容：電解電容，有極性。大小為10F~50F作用：隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時(shí)能使信號(hào)順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T第六十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日可以省去電路改進(jìn)：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2T第六十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日單電源供電電路+ECRCC1C2TRB第六十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、基本放大電路的工作原理ui=0時(shí)由于電源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、靜態(tài)工作點(diǎn)RB+ECRCC1C2T第六十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T第六十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ

)分別對(duì)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)。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ第六十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日IBUBEQICUCEuCE怎么變化？假設(shè)uBE有一微小的變化ibtibtictuit第六十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日uCE的變化沿一條直線uce相位如何？uce與ui反相！ICUCEictucet第七十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日各點(diǎn)波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB第七十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日實(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(hào)。第七十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日如何判斷一個(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(hào)能否輸入到放大電路中。2.信號(hào)能否輸出。與實(shí)現(xiàn)放大的條件相對(duì)應(yīng)，判斷的過程如下：第七十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日§2.2.2放大電路的分析方法放大電路分析靜態(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計(jì)算機(jī)仿真第七十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈠直流通道和交流通道放大電路中各點(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(hào)。但是，電容對(duì)交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對(duì)交流不起作用，即對(duì)交流短路。而對(duì)直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。交流通道：只考慮交流信號(hào)的分電路。直流通道：只考慮直流信號(hào)的分電路。信號(hào)的不同分量可以分別在不同的通道分析。第七十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日例：對(duì)直流信號(hào)（只有+EC）開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC第七十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日對(duì)交流信號(hào)(輸入信號(hào)ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路第七十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日一、直流負(fù)載線ICUCEUCE~IC滿足什么關(guān)系？1.三極管的輸出特性。2.UCE=EC–ICRC。ICUCEECQ直流負(fù)載線與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)IB直流通道RB+ECRC㈡直流負(fù)載線和交流負(fù)載線第七十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、交流負(fù)載線ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路第七十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日iC和uCE是全量，與交流量ic和uce有如下關(guān)系所以：即：交流信號(hào)的變化沿著斜率為：的直線。這條直線通過Q點(diǎn)，稱為交流負(fù)載線。第八十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日交流負(fù)載線的作法ICUCEECQIB過Q點(diǎn)作一條直線，斜率為：交流負(fù)載線第八十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈢靜態(tài)分析一、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。+EC直流通道RBRC第八十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日（2）根據(jù)直流通道估算UCE、ICICUCE直流通道RBRC+EC第八十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、圖解法先估算IB，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與IB對(duì)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)。ICUCEQEC第八十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：請(qǐng)注意電路中IB和IC的數(shù)量級(jí)。第八十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈣動(dòng)態(tài)分析一、三極管的微變等效電路1.輸入回路iBuBE當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。uBEiB對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。rbe的量級(jí)從幾百歐到幾千歐。對(duì)于小功率三極管：第八十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日2.輸出回路iCuCE所以：(1)輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib控制的電流源。近似平行(2)考慮uCE對(duì)iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻rce。rce的含義iCuCE第八十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。3.三極管的微變等效電路rbeibib

rcerbeibibbce等效cbe第八十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、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RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL第八十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日三、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算特點(diǎn)：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRL第九十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日四、輸入電阻的計(jì)算對(duì)于為放大電路提供信號(hào)的信號(hào)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：是動(dòng)態(tài)電阻。rbeRBRCRL電路的輸入電阻越大，從信號(hào)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。第九十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日五、輸出電阻的計(jì)算對(duì)于負(fù)載而言，放大電路相當(dāng)于信號(hào)源，其內(nèi)阻即為放大器的輸出電阻ro，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。由于電流源的內(nèi)阻為無窮大，所以RCrbeRBriro第九十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈤失真分析在放大電路中，輸出信號(hào)應(yīng)該成比例地放大輸入信號(hào)（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號(hào)不能反映輸入信號(hào)的情況，放大電路產(chǎn)生為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號(hào)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=)。非線性失真第九十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日iB(A)uBE(V)40600.20.40.60.8200iBωt0ωtuBE0VBE輸入情況第九十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日iB(A)uBE(V)40600.20.40.60.8200iBωt0ωtuBE0VBE第九十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日iCuCEuoib輸出情況MNQ’Q’’第九十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日iCuCEuo可輸出的最大不失真信號(hào)選擇靜態(tài)工作點(diǎn)ibQ’Q’’Q第九十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日iCuCEuo1.Q點(diǎn)過低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)放大電路產(chǎn)生截止失真輸出波形輸入波形ibQ’Q’’Q第九十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日iCuCE2.Q點(diǎn)過高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)生飽和失真ib輸入波形uo輸出波形Q’Q’’Q第九十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日§2.2.3靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定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)。工作點(diǎn)不穩(wěn)定的原因很多，但主要影響因素是晶體管的特性參數(shù)UBE、ICBO和β。這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化，溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響主要體現(xiàn)在這一方面。TUBEICBOQ第一百頁，共一百六十頁，2022年，8月28日一、溫度對(duì)UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC

UBE的變化將通過IB的變化影響Q點(diǎn)

第一百零一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、溫度對(duì)值及ICBO的影響T、ICBOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移。第一百零二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日小結(jié)：TIC固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。Q點(diǎn)不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、IC增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化。保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。電路見下頁。第一百零三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日分壓式偏置電路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、靜態(tài)分析I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路RE射極直流負(fù)反饋電阻CE交流旁路電容第一百零四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日TUBEIBICUEIC本電路穩(wěn)壓的過程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過程I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1.靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的原理第一百零五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路2.求靜態(tài)工作點(diǎn)算法一：上述四個(gè)方程聯(lián)立，可求出IE

，進(jìn)而，可求出UCE

。本算法比較麻煩，通常采用下面介紹的算法二、三。第一百零六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路+EC方框中部分用戴維南定理等效為：RdESB進(jìn)而，可求出IE

、UCE

。算法二：第一百零七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路算法三：第一百零八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日可以認(rèn)為與溫度無關(guān)。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十k。I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路第一百零九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日例：已知=50，EC=12V，RB1=7.5k，RB2=2.5k，RC=2k，RE=1k，求該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo算法一、二的結(jié)果：算法三的結(jié)果：結(jié)論：三種算法的結(jié)果近似相等，但算法三的計(jì)算過程要簡單得多。第一百一十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、動(dòng)態(tài)分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR'B微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路第一百一十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日CE的作用：交流通路中，CE將RE短路，RE對(duì)交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。問題：如果去掉CE，放大倍數(shù)怎樣？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo第一百一十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日去掉CE后的交流通路和微變等效電路：rbeRCRLRER'BRB1RCRLuiuoRB2RE第一百一十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日用加壓求流法求輸出電阻。rbeRCRER'BRS可見，去掉CE后，放大倍數(shù)減小、輸出電阻不變，但輸入電阻增大了。第一百一十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2問題2：如果電路如下圖所示，如何分析？第一百一十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1RE2靜態(tài)分析：直流通路第一百一十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2動(dòng)態(tài)分析：交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1第一百一十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微變等效電路：rbeRCRLRE1R'B第一百一十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日問題：Au和Aus的關(guān)系如何？定義：放大電路RLRS第一百一十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日第一百二十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日㈡放大器的主要性能指標(biāo)一、放大倍數(shù)與增益電壓放大倍數(shù)Ku電流放大倍數(shù)Ki功率放大倍數(shù)Kp單位：dB功率增益Gp電流增益Gi電壓增益Gu第一百二十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日二、輸入阻抗放大電路一定要有前級(jí)（信號(hào)源）為其提供信號(hào)，那么就要從信號(hào)源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級(jí)取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級(jí)取得的電流越小，對(duì)前級(jí)的影響越小。Au~US定義：即：ri越大，Ii就越小，ui就越接近uS輸入電阻ri第一百二十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日三、輸出阻抗ro當(dāng)輸入信號(hào)不變，負(fù)載改變時(shí)，輸出電壓改變量Δuo與輸出電流改變量Δio之比對(duì)于低頻交流信號(hào)，輸出阻抗是純電阻性輸出阻抗輸出電阻第一百二十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日Au~US

放大電路對(duì)其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號(hào)源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個(gè)戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。~roUS'ro越小，放大電路的負(fù)載能力越強(qiáng)。第一百二十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日如何確定電路的輸出電阻ro

？步驟：1.所有的電源置零(將獨(dú)立源置零，保留受控源)。2.加壓求流法。方法一：計(jì)算。第一百二十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日方法二：測(cè)量。Uo1.測(cè)量開路電壓。~roUs'2.測(cè)量接入負(fù)載后的輸出電壓。~roUs'RLUo'步驟：3.計(jì)算。第一百二十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日四、通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線通頻帶越寬，放大器對(duì)信號(hào)的頻率變化適應(yīng)能力越強(qiáng)。第一百二十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日四、信噪比與噪聲系數(shù)信噪比：有用信號(hào)功率噪聲信號(hào)功率噪聲系數(shù)：信噪比越大越好NF越小，說明放大器對(duì)微弱信號(hào)的實(shí)際放大能力越強(qiáng)。第一百二十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合；光電耦合。

§2.2.5多級(jí)阻容耦合放大電路耦合：即信號(hào)的傳送。多級(jí)放大電路對(duì)耦合電路要求：1.靜態(tài)：保證各級(jí)Q點(diǎn)設(shè)置2.動(dòng)態(tài):傳送信號(hào)。第n-1

級(jí)放大電路輸出第二級(jí)放大電路第一級(jí)放大電路輸入第n級(jí)放大電路……功放級(jí)要求：波形不失真，減少壓降損失。

第一百二十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日設(shè):

1=2=50,rbe1=2.9k,rbe2=1.7k

典型電路前級(jí)后級(jí)+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2第一百三十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日關(guān)鍵:考慮級(jí)間影響。1.靜態(tài):

Q點(diǎn)同單級(jí)。2.動(dòng)態(tài)性能:方法:ri2=RL1ri2+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2性能分析第一百三十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日2ri

,

ro

:概念同單級(jí)1rirori2+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2第一百三十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日微變等效電路:ri2+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2RE1R2R3RC2RLR1第一百三十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日1.ri

=R1//[rbe1

+（

+1)RL1']其中:RL1=RE1//ri2=RE1//R2//R3

//rbe2=RE1//RL1

=RE1//ri2=27//1.71.7k

ri

=1000//(2.9+51×1.7)82k2.ro

=RC2=10kRE1R2R3RC2RLR1第一百三十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日3.中頻電壓放大倍數(shù):RE1R2R3RC2RLR1第一百三十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日RE1R2R3RC2RLRSR1第一百三十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日多級(jí)阻容耦合放大器的特點(diǎn)：(1)由于電容的隔直作用，各級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，分別估算。(2)前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓。(3)后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻。(4)總電壓放大倍數(shù)=各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。(5)總輸入電阻ri即為第一級(jí)的輸入電阻ri1。(6)總輸出電阻即為最后一級(jí)的輸出電阻。由上述特點(diǎn)可知，射極輸出器接在多級(jí)放大電路的首級(jí)可提高輸入電阻；接在末級(jí)可減小輸出電阻；接在中間級(jí)可起匹配作用，從而改善放大電路的性能。第一百三十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日例1：放大電路由下面兩個(gè)放大電路組成。已知EC=15V

，R1=100k，R2=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RB+ECC21C22RE2uiuoT2放大電路二第一百三十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日求直接采用放大電路一的放大倍數(shù)Au和Aus。若信號(hào)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)Au、ri和ro

。若信號(hào)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)Aus。+ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1RB+ECC21C22RE2uiuoT2第一百三十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日ri=

R1//R2//rbe

=1.52k(1)由于RS大，而ri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：

RL=5k時(shí),Au=-93；RL=1k時(shí),Au=-31

。求直接采用放大電路一的放大倍數(shù)Au和Aus。+ECR1RCC1C2R2CERERLuiuousRSriT1rbe1=1.62k，rbe2=2.36k第一百四十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日2.若信號(hào)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)Au、ri和ro

。

usRSRB+ECC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiriT1rbe2=2.36krbe1=1.62kro1=RC=5k第一百四十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日第一百四十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日討論：帶負(fù)載能力。2.輸出不接射極輸出器時(shí)的帶負(fù)載能力：RL=5k時(shí)：Au=-93RL=1k時(shí)：Au=-31即：當(dāng)RL由5k變?yōu)?k時(shí)，放大倍數(shù)降低到原來的92.3%。放大倍數(shù)降低到原來的30%RL=5k時(shí)：

Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173kAu=Au1Au2=-183RL=1k時(shí)：

Au1=-174，Au2=0.97，ri2=76kAu=Au1Au2=-1691.輸出接射極輸出器時(shí)的帶負(fù)載能力：可見輸出級(jí)接射極輸出器后，可穩(wěn)定放大倍數(shù)Au。第一百四十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日3.若信號(hào)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)Aus。Au2=-93ri2=1.52kAu1=0.98ri=101k+ECR1RCC12R2CERE1riuoT1uiRBC21RE2T2usRS第一百四十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日輸入不接射極輸出器時(shí)：可見輸入級(jí)接射極輸出器后，由于從信號(hào)源取的信號(hào)增加，從而可提高整個(gè)放大電路的放大倍數(shù)Aus。第一百四十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日思考題：若首級(jí)接射極輸出器、中間級(jí)接共射放大電路、末級(jí)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(jí)放大電路的放大倍數(shù)Au、Aus、ri