電子線路第七章

第7章晶體管及交流放大電路7.2

放大電路概述7.3

放大電路的靜態(tài)分析7.5

靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定7.6

射極輸出器7.8

互補(bǔ)對稱功率放大電路7.9場效應(yīng)管及其放大電路7.4

放大電路的動(dòng)態(tài)分析7.7頻率特性及多級放大電路7.1

晶體管7.1.1基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管(晶體管)是最重要的一種半導(dǎo)體器件。廣泛應(yīng)用于各種電子電路中。晶體管最常見的結(jié)構(gòu)有平面型和合金型兩種。平面型都是硅管、合金型主要是鍺管。它們都具有NPN或PNP的三層兩結(jié)的結(jié)構(gòu)，因而又有NPN和PNP兩類晶體管。發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，

發(fā)射極(E)、基極(B)和集電極(C)

發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。7.1

晶體管N型硅P型N型二氧化硅保護(hù)膜CBE平面型結(jié)構(gòu)N型鍺銦球銦球P型P型CEB合金型結(jié)構(gòu)NNP集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)CBENPP集電區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)CBEBECBEC可以互換嗎？雜質(zhì)多尺寸大不行+++----+7.1.1基本結(jié)構(gòu)－－（注意工藝條件）為了了解晶體管的放大原理和其中電流的分配，我們先做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。RBuAmAmAIBIEEBECIC把晶體管接成兩個(gè)電路：1、基極電路2、集電極電路發(fā)射極是公共端，因此這種接法稱為晶體管的共發(fā)射極接法。（注意偏置條件）通過實(shí)驗(yàn)及測量結(jié)果，得：(1).

IC(或IE)比IB大得多，(如表中第三、四列數(shù)據(jù))<0.0010.721.542.363.184.05IE(mA)<0.0010.701.502.303.103.95IC(mA)

00.020.040.060.080.10IB(mA)工藝條件＋偏置條件晶體管加上一定的電壓為什么就會(huì)有放大作用呢？要了解這個(gè)問題，就要從晶體管的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律來解釋。1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律

形成發(fā)射極電流

IE放大作用的內(nèi)部條件：基區(qū)很薄且摻雜濃度很低。2、電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合基極電流IBE

IBBECNNPEBRBECIEIBEICEICIBICBO要使晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置、集電結(jié)必須反向偏置——具有放大作用的外部條件。7.1.2電流放大作用3、集電區(qū)收集擴(kuò)散電子形成集電極電流ICE

IC由電流分配關(guān)系示意圖可知發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入的電子電流IE將分成兩部分ICE和IBE，它們的比值為它表示晶體管的電流放大能力，稱為電流放大系數(shù)少子運(yùn)動(dòng)形成反向截止電流BECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIB7.1.2電流放大作用NNPRBEBEC集電結(jié)反偏發(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。IE電子與基區(qū)空穴復(fù)合形成IBIB穿過集電結(jié)形成ICIC三個(gè)極電流的關(guān)系為IC與IB之比稱為電流放大倍數(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。7.1.2電流放大作用在晶體管中，不僅IC比IB大很多；當(dāng)IB有微小變化時(shí)還會(huì)引起IC的較大變化。根據(jù)晶體管放大的外部條件，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。則對于NPN型晶體管且對于PNP型晶體管且BEC+++-BEC---+7.1.2電流放大作用共發(fā)射極接法

AVmAVECRBIBUCEUBEICEB晶體管的特性曲線是表示一只晶體管各電極電壓與電流之間關(guān)系的曲線。是應(yīng)用晶體管和分析放大電路的重要依據(jù)。7.1.3特性曲線1.輸入特性曲線當(dāng)UCE為常數(shù)時(shí)的IB與UBE之間的關(guān)系曲線。00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1V3DG6的輸入特性曲線死區(qū)電壓？導(dǎo)通電壓？

AVmAVECRBIBUCEUBEICEB7.1.3特性曲線2.輸出特性曲線晶體管的恒流特性

是在IB為常數(shù)時(shí)，IC與UCE之間的關(guān)系曲線。IB=020

A40

A60

A80

A100

A36IC(mA)1234UCE(V)9120

AVmAVECRBIBUCEUBEICEB7.1.3特性曲線(1)放大區(qū)也稱線性區(qū)。此時(shí)發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。(2)截止區(qū)截止時(shí)兩個(gè)PN結(jié)都反向偏置。通常將晶體管的輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)：IB=020

A40

A60

A80

A100

A36IC(mA)1234UCE(V)9120放大區(qū)截止區(qū)7.1.3特性曲線2.輸出特性曲線2.輸出特性曲線發(fā)射結(jié)處于正偏、集電結(jié)也處于正偏－－失去放大功能截止放大飽和發(fā)射結(jié)反偏正偏正偏集電結(jié)反偏反偏正偏各態(tài)偏置情況：

(3)飽和區(qū)IB=020

A40

A60

A80

A100

A36IC(mA)1234UCE(V)9120放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)7.1.3特性曲線晶體管的特性不僅可用特性曲線表示，還可用一些數(shù)據(jù)進(jìn)行說明，即晶體管參數(shù)。它是設(shè)計(jì)電路和選用器件的依據(jù)。靜態(tài)(直流)放大系數(shù)：動(dòng)態(tài)(交流)放大系數(shù)：1.電流放大系數(shù)、7.1.4主要參數(shù)說明：（1）、靜態(tài)電流放大系數(shù)和動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)的意義不同，但大多數(shù)情況下近似相等。（2）、晶體管的輸出特性曲線是非線性的，只有在曲線的等距平直部分才有較好的線性關(guān)系，IC與IB成正比，β也可認(rèn)為是基本恒定的。IC=βIB（3）、由于制造工藝的原因，晶體管的參數(shù)具有一定的離散性，即使是同一型號的晶體管，也不可能具有完全相同的參數(shù)。常用晶體管的β值在20～100之間。近年來由于生產(chǎn)工藝的提高，β值在100～300之間的晶體管也具有很好的特性。估算時(shí)1.電流放大系數(shù)7.1.4主要參數(shù)ICBO是當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)反偏，集電區(qū)和基區(qū)少子漂移形成。它受溫度影響很大，在室溫下鍺管的ICBO約為10A數(shù)量級、硅管的ICBO在1A以下數(shù)量級。3.集-射極反向截止電流ICEOICEO是當(dāng)基極開路時(shí)，集電結(jié)反偏和發(fā)射結(jié)正偏時(shí)C-E間通過的集電極電流，常稱為穿透電流。盡管基極開路，由于集電結(jié)反偏仍有ICBO形成，它將通過發(fā)射結(jié)到發(fā)射極，這時(shí)將有IC=(1+

)ICBO=ICEO處于放大狀態(tài)的晶體管有IC=

IB+ICEO2.集-基極反向截止電流ICBO7.1.4主要參數(shù)當(dāng)IC超過一定值時(shí)，晶體管的

值將下降，當(dāng)

值下降到正常值的2/3時(shí)，IC稱為集電極最大允許電流。5.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO它是基極開路時(shí)，C-E間的最大允許電壓。當(dāng)UCE>U(BR)CEO時(shí)，ICEO突變，晶體管會(huì)被擊穿損壞。6.集電極最大允許耗散功率PCMIC流經(jīng)集電結(jié)時(shí)將產(chǎn)生熱量使結(jié)溫上升，從而引起晶體管參數(shù)的變化。在參數(shù)變化不超過允許值時(shí)集電極所消耗的功率稱為PCM。因此PCM主要受結(jié)溫T

j制約。4.集電極最大允許電流ICM參數(shù)β和ICBO（ICEO）表明管子優(yōu)劣ICM、U（BR）CEO和PCM是極限參數(shù)7.1.4主要參數(shù)見書思考練習(xí)－－同學(xué)們回答例：測得工作在放大電路中幾個(gè)晶體管三個(gè)電極的電位V1、V2、V3分別為：（1）V1=3.5V、V2=2.8V、V3=12V（2）V1=－6V、V2=－3.4V、V3=－3.2V試判斷它們是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？并確定e、b、c。要求：1.理解單管交流放大電路的放大作用和共發(fā)射極、共集電極放大電路的性能特點(diǎn)。掌握靜態(tài)工作點(diǎn)的估算方法和放大電路的微變等效電路分析法。3.了解放大電路輸入、輸出電阻和多級放大的概念，了解放大電路的頻率特性、互補(bǔ)功率放大電路的工作原理。基本放大電路放大的概念:放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。放大的實(shí)質(zhì):

用小能量的信號通過三極管的電流控制作用，將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。對放大電路的基本要求：

1.要有足夠的放大倍數(shù)(電壓、電流、功率)。

2.盡可能小的波形失真。另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術(shù)指標(biāo)。7.2放大電路概述共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE1組成原則:.晶體管工作在放大區(qū).信號不失真?zhèn)鬟f、放大7.2.1基本放大電路的組成2電路中各元件的作用晶體管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)。基極電源EB與基極電阻RB--使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE7.2.1基本放大電路的組成負(fù)載2放大電路中各元件的作用

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--將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。耦合電容C1、C2--隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，同時(shí)使信號順利輸入、輸出。信號源共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE7.2.1基本放大電路的組成單電源供電時(shí)常用的畫法共發(fā)射極基本放大電路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEUBEIBICUCE無輸入信號(ui

=0)時(shí):

uo

=0uBE

=UBEuCE

=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO7.2.2放大電路的工作原理ICUCEOIBUBEO結(jié)論：

(1)無輸入信號電壓時(shí)，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(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)。QIBUBEQUCEIC7.2.2放大電路的工作原理UBEIB無輸入信號(ui

=0)時(shí):

uo

=0uBE

=UBEuCE

=UCE？有輸入信號(ui

≠0)時(shí)

uCE

=UCC－iC

RC

uo

0uBE

=UBE+uiuCE

=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO7.2.2放大電路的工作原理靜態(tài)分析結(jié)論：(1)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(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量，但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動(dòng)態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO7.2.2放大電路的工作原理結(jié)論：(2)若參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓可比輸入電壓大，即電路具有電壓放大作用。(3)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。uitOuotO7.2.2放大電路的工作原理1.實(shí)現(xiàn)放大的條件

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(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，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。7.2.2放大電路的工作原理各點(diǎn)波形RB+

UCCRCC1C2uitiBtiCtuCEtuotuiiCuCEuoiB放大電路的基本工作過程輸入微弱正弦信號，經(jīng)三極管放大后，輸出同頻、反相、放大的正弦信號。結(jié)論純交流直流載交流純交流2.直流通路和交流通路

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(rèn)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，交直流所走的通路是不同的。直流通路：無信號時(shí)電流（直流電流）的通路，用來計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。交流通路：有信號時(shí)交流分量（變化量）的通路，用來計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)參數(shù)。7.2.2放大電路的工作原理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(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)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–iCiBiERBRCuiuORLRSes++–+––對交流信號(有輸入信號ui時(shí)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(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)參數(shù)。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE靜態(tài)：放大電路無信號輸入（ui

=0）時(shí)的工作狀態(tài)。分析方法：估算法、圖解法。分析對象：晶體管各極電壓、電流的直流分量。所用電路：放大電路的直流通路。設(shè)置Q點(diǎn)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(dòng)態(tài)的基礎(chǔ))——靜態(tài)工作點(diǎn)Q：IB、IC、UCE

。靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值。7.3放大電路的靜態(tài)分析1.由直流通路估算

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

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以

UCE=UCC–

ICRC7.3.1估算法例1用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：UCC=12V，RC=3k

，RB=300k，

=50。解

注意：電路中IB

和IC

的數(shù)量級不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例2用估算法計(jì)算圖示電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時(shí)，計(jì)算靜態(tài)值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBRE例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：UCC=12V，RC=4k

，

RB=300k，

=37.5。解：請注意電路中IB和IC的數(shù)量級。RB+UCCRCC1C2++#一般地，工作點(diǎn)值在各區(qū)時(shí)有如下具體標(biāo)志：IB（20~50μA）IC（1~2mA)UCE≈UCC/2放大區(qū)飽和區(qū)IB（60μA以上）IC（2.5mA以上)UCE≈0.3V截止區(qū)IB10μA以下IC很小UCE≈UCC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(diǎn)：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UCCUCE

=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流負(fù)載線方程7.3.1圖解法

直流負(fù)載線斜率ICQUCEQUCCUCE

=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流負(fù)載線Q由IB確定的那條輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)O7.3.1圖解法動(dòng)態(tài)：放大電路有信號輸入（ui

0）時(shí)的工作狀態(tài)。分析方法：圖解法，微變等效電路法。所用電路：

放大電路的交流通路。動(dòng)態(tài)分析:

計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。分析對象：

晶體管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(guān)系，為設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。7.4

放大電路的動(dòng)態(tài)分析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)。

1.圖解分析7.4.1圖解法2.非線性失真如果Q設(shè)置不合適，晶體管進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)工作，將造成非線性失真。若Q設(shè)置過高晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作，造成飽和失真。Q2uo適當(dāng)減小基極電流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ17.4.1圖解法

2.非線性失真若Q設(shè)置過低晶體管進(jìn)入截止區(qū)工作，造成截止失真。適當(dāng)增加基極電流可消除失真。uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE如果Q設(shè)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。7.4.1圖解法

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(gè)線性電路。即把非線性的晶體管線性化，等效為一個(gè)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(diǎn)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(jì)算放大電路電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。7.4.2微變等效電路法晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。當(dāng)信號很小時(shí)，在靜態(tài)工作點(diǎn)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

UBE

IB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(guān)系。IBUBEO7.4.2微變等效電路法入回路iBuBE當(dāng)信號很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。

uBE

iB對輸入的小交流信號而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。rbe的量級從幾百歐到幾千歐。對于小功率三極管：BEBCEBErbe即：等效為1.晶體管的微變等效電路7.4.2微變等效電路法(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(jì)。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(guān)系。

一般在20～200之間，在手冊中常用hfe表示。O7.4.2微變等效電路法ibicicBCEib

ib晶體三極管微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-1.晶體管的微變等效電路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。7.4.2微變等效電路法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。ibiceSrbe

ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微變等效電路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii7.4.2微變等效電路法分析時(shí)假設(shè)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。ibiceSrbe

ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS7.4.2微變等效電路法3.電壓放大倍數(shù)的計(jì)算當(dāng)放大電路輸出端開路(未接RL)時(shí)，因rbe與IE有關(guān)，故放大倍數(shù)與靜態(tài)IE有關(guān)。負(fù)載電阻愈小，放大倍數(shù)愈小。式中的負(fù)號表示輸出電壓的相位與輸入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS3.電壓放大倍數(shù)的計(jì)算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時(shí)，計(jì)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(guān)系、uo與ic

的關(guān)系。4.放大電路輸入電阻的計(jì)算放大電路對信號源(或?qū)η凹壏糯箅娐?來說，是一個(gè)負(fù)載，可用一個(gè)電阻來等效代替。這個(gè)電阻是信號源的負(fù)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(dòng)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)。電路的輸入電阻愈大，從信號源取得的電流愈小，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻。放大電路信號源+-+-rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1riri

5.

放大電路輸出電阻的計(jì)算放大電路對負(fù)載(或?qū)蠹壏糯箅娐?來說，是一個(gè)信號源，可以將它進(jìn)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(dòng)態(tài)電阻，與負(fù)載無關(guān)。輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的參數(shù)。電路的輸出電阻愈小，負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的變化愈小，因此一般總是希望得到較小的輸出電阻。RSRL+_Au放大電路+_外加輸入輸出電阻的計(jì)算對于為放大電路提供信號的信號源來說，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。rbeRBRCRL電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。輸入與輸出電阻的定義：輸入電阻ri輸出電阻r0rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射極放大電路特點(diǎn)：

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(fù)載RL3)外加電壓4)求外加2)令或

合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)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(diǎn)常因外界條件的變化而發(fā)生變動(dòng)。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(dòng)等外部因素的影響下，將引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)將使放大電路不能正常工作，其中影響最大的是溫度的變化。7.5靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定晶體管參數(shù)與溫度的關(guān)系1、溫度每增加10

C，ICBO增大一倍。硅管優(yōu)于鍺管。2、溫度每升高1

C，UBE將減小–(2~2.5)mV，

即晶體管具有負(fù)溫度系數(shù)。3、溫度每升高1

C，

增加0.5%~1.0%。7.5靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定在固定偏置放大電路中，當(dāng)溫度升高時(shí)，UBE

、

、ICBO

。

上式表明，當(dāng)UCC和

RB一定時(shí)，IC與UBE、

以及

ICEO有關(guān)，而這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。溫度升高時(shí)，

IC將增加，使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移。7.5.1溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響溫度升高時(shí)，輸出特性曲線上移iCuCEQQ′固定偏置電路的工作點(diǎn)Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的，為此需要改進(jìn)偏置電路。當(dāng)溫度升高使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。結(jié)論：

當(dāng)溫度升高時(shí)，

IC將增加，使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移，容易使晶體管T進(jìn)入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。O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。1.穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理基極電位基本恒定，不隨溫度變化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–7.5.2分壓式偏置電路1.穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理集電極電流基本恒定，不隨溫度變化。+UCCuo+–eSVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+++ui+–ICRS+–IE7.5.2分壓式偏置電路從Q點(diǎn)穩(wěn)定的角度來看似乎I2、VB越大越好。但I(xiàn)2越大，RB1、RB2必須取得較小，將增加損耗，降低輸入電阻。而VB過高必使VE也增高，在UCC一定時(shí)，勢必使UCE減小，從而減小放大電路輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍。在估算時(shí)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+–Q點(diǎn)穩(wěn)定的過程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定

RE：溫度補(bǔ)償電阻

對直流：RE越大,穩(wěn)定Q點(diǎn)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。2.靜態(tài)分析估算法:UCERB1RCRB2RE+UCC+–IEIBICVB3.動(dòng)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。如果去掉CE，Au，ri，ro

？旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–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+-+-+-RSRE由微變等效電路求Au、ri

、

ro。微變等效電路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS

RE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(shí)RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–例1在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RC=2kΩ,RE1=200Ω，RE2=1.8kΩ，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ

RL=3kΩ，晶體管β=50，UBE=0.6V,試求:(1)靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IC及

UCE；(2)畫出微變等效電路；(3)輸入電阻ri、ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB(2)由微變等效電路求Au、ri

、

ro。微變等效電路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE1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+–RS7.6射極輸出器求Q點(diǎn)：7.6.1靜態(tài)分析直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS7.6.2動(dòng)態(tài)分析1.

電壓放大倍數(shù)

電壓放大倍數(shù)Au

1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+-+-+-RSRErbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.

輸入電阻射極輸出器的輸入電阻高，對前級有利。

ri

與負(fù)載有關(guān)rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加求ro的步驟：1)

斷開負(fù)載RL3)外加電壓4)求2)令或3.

輸出電阻3.

輸出電阻射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE射極輸出器的特點(diǎn)：1.輸入電阻高；2.輸出電阻低；3.

電壓放大倍數(shù)小于1，約等于1;4.輸出與輸入同相。射極輸出器的應(yīng)用:主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點(diǎn)。

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(fù)擔(dān)。

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(fù)載能力。

3.

利用ri

大、ro小以及Au

1的特點(diǎn)，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。

例1

在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RE=2kΩ,

RB=200kΩ，RL=3kΩ

，晶體管β=50，UBE=0.6V,信號源內(nèi)阻RS=100Ω，試求:(1)

靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IE及UCE；(2)

畫出微變等效電路；(3)

Au、ri

和ro

。.RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS解(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC(2)由微變等效電路求Au、

ri

、

ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微變等效電路放大電路由于存在耦合電容、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(dāng)信號頻率不同時(shí)，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(guān)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(guān)系7.7.1單級放大電路的頻率特性7.7頻率特性及多級放大電路耦合、旁路電容造成。f|Au

|通頻帶0.707|Auo

|fLfH|Auo

|幅頻特性下限截止頻率上限截止頻率三極管結(jié)電容、

造成f

–270°

–180°

–90°相頻特性

O在中頻段

所以，在中頻段可認(rèn)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(guān)。(前面所討論的放大倍數(shù)及輸出電壓相對于輸入電壓的相位移均是指中頻段的)

三極管的極間電容和導(dǎo)線的分布電容很小，可認(rèn)為它們的等效電容CO與負(fù)載并聯(lián)。由于CO的電容量很小，它對中頻段信號的容抗很大，可視作開路。由于耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容量較大，故對中頻段信號的容抗很小，可視作短路。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-

由于信號的頻率較低，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(shí)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（相對于中頻段）。在低頻段：所以，在低頻段放大倍數(shù)降低和相位移越前的主要原因是耦合電容和發(fā)射極旁路電容的影響。

CO的容抗比中頻段還大，仍可視作開路。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-C1C2由于信號的頻率較高，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗比中頻段還小，仍可視作短路。在高頻段：所以，在高頻段放大倍數(shù)降低和相位移滯后的主要原因是三極管電流放大系數(shù)

、極間電容和導(dǎo)線的分布電容的影響。

CO的容抗將減小，它與負(fù)載并聯(lián)，使總負(fù)載阻抗減小，在高頻時(shí)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（相對于中頻段）。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSCo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(fù)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(dòng)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(diǎn)波形不失真第二級

推動(dòng)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7.7.2阻容耦合多級放大電路第一級第二級負(fù)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+––T1T21.

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(diǎn)互相獨(dú)立，互不影響，可以各級單獨(dú)計(jì)算。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T22.

動(dòng)態(tài)分析微變等效電路第一級第二級rbeRB2RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB1設(shè):

1=

2=50,rbe1=2.9k

,rbe2=1.7k

典型電路前級后級+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2求1)各級靜態(tài)值2)靜態(tài)分析:

Q點(diǎn)計(jì)算同單級動(dòng)態(tài)分析:

關(guān)鍵:考慮級間影響方法:ri2=RL1ri2？RE1R2R3RC2RLRSR1

典型電路動(dòng)態(tài)分析微變等效電路其中:RL1

=RE1//ri2=RE1//R2//R3

//rbe1=R