《基本放大電路》PPT課件.ppt

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1、第二章 半導(dǎo)體晶體管及其基本放大電路,將PN結(jié)用外殼封裝起來，并加上電極引線就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。由P區(qū)引出的電極為陽極，由N區(qū)引出的電極為陰極。,2.1半導(dǎo)體二極管,1.2.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型,常見二極管外形,二極管 = PN結(jié) + 管殼 + 引線,結(jié)構(gòu),符號,1、點接觸型二極管,PN結(jié)面積小，結(jié)電容小， 通過信號頻率高適用于高 頻電路和小功率電路,2、 面接觸型二極管,PN結(jié)結(jié)面積大，流 過的電流較大 ，通過 信號頻率低，適用于工 頻大電流整流電路。,3、 平面型二極管,用于集成電路制造工藝中。 PN結(jié)結(jié)面積可大可小， 用于高頻整流和開關(guān)電路,硅：0.5 V 鍺：

2、0.1 V,1、 正向特性,,,,,導(dǎo)通壓降,2、 反向特性,死區(qū) 電壓,實驗曲線,硅 :..V鍺:0. 0.3V,2.1.2半導(dǎo)體二極管的伏安特性,2.1.3 溫度對二極管伏安特性的影響,二極管的特性對溫度很敏感, 溫度升高, 正向特性曲線向左移, 反向特性曲線向下移。 其規(guī)律是：在室溫附近, 在同一電流下, 溫度每升高, 正向壓降減小.V；溫度每升高, 反向電流約增大 1 倍。二極管的特性對溫度很敏感。,2.1.4半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)與型號,為了描述二極管的性能，常引用以下幾個主要參數(shù)： （1）最大整流電流IF ： IF是二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流，其值與PN結(jié)面積及外部

3、散熱條件等有關(guān)，若超過此值，則將因溫升過高而燒壞。 （2）反向擊穿電壓UBR和最大反向工作電壓URM :二極管反向電流急劇增加時對應(yīng)的反向電壓值 。用UBR表示。二極管工作時允許外加的最大反向電壓稱為URM。為安全考慮，在實際工作時，最大反向工作電壓URM一般只按反向擊穿電壓UBR的一半計算。 （3）反向電流IR：反向電流是在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(A)級。,（4）在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降稱為正向壓降，用UF表示。小電流硅二極管的正向壓降在中等電流水平下，約0.60.8 V；鍺二極管

4、約0.20.3 V。 （5）動態(tài)電阻rd ：二極管在其工作點處的電壓微變量與電流微變量之比，即,求動態(tài)電阻,,(6)半導(dǎo)體二極管的型號,國家標準對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：,2AP9,分類,1) 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管和普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成的，它具有單向?qū)щ姷奶匦?。常見發(fā)光二極管有砷化鎵（GaAs）、磷化鎵 （GaP）和磷砷化鎵（GaAsP）發(fā)光二極管， 特點及用途：耗電低，可直接用集成電路或雙極型電路推動發(fā)光，可選用作為家用電器和其他電子設(shè)備的通斷指示或數(shù)指顯示。紅外發(fā)光二極管可選用作光電控制電路的光源。,2）穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管一般用在穩(wěn)壓電源中作為基準電壓源或用在過電壓

5、保護電路中作為保護二極管。選用的穩(wěn)壓二極管，應(yīng)滿足電路中主要參數(shù)的要求。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值應(yīng)與電路的基準電壓值相同，穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)定電流要高于應(yīng)用電路的最大負載電流50%左右。 用途：在電氣設(shè)備和其他無線電電子設(shè)備的穩(wěn)壓電路中可選用硅穩(wěn)壓二極管，如 收錄機、彩色電視機的穩(wěn)壓電路。,3)整流二極管 在整流電路中，要選用整流二極管，一般為平面型硅二極管。在選用整流二極管時，主要應(yīng)考慮最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率以及反向恢復(fù)時間等參數(shù)。,4）開關(guān)二極管 開關(guān)二極管是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，使其成為一個較理想的電子開關(guān)，在電路中對電流進行控制，來實現(xiàn)對電路開和關(guān)的控制。開關(guān)二極管常

6、用于開關(guān)電路、限幅電路、檢波電路、高頻脈沖整流電路等。開關(guān)二極管多以玻璃和陶瓷封裝，硅開關(guān)二極管的開關(guān)時間比鍺開關(guān)管短，只有幾個nS。,6) 變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管是專門作為“壓控可變電容器”的特殊二極管，它有很寬的容量變化范圍，很高的Q值。變?nèi)荻O管多用面接觸型和平面型結(jié)構(gòu)，它適用于電視機的電子調(diào)諧電路以及調(diào)頻收音機的AFC電路。,5）檢波二極管 檢波二極管在電子電路中用來把調(diào)制在高頻電磁波上的低頻信號（如音頻信號）檢出來。一般高頻檢波電路選用鍺點接觸型檢波二極管，它的結(jié)電容小，反向電流小，工作頻率高。,1.2.5半導(dǎo)體二極管的模型與應(yīng)用,二極管的伏安特性具有非線性，這給二極管應(yīng)用電路的分析

7、帶來一定的困難。為了便于分析，常在一定的條件下，用線性元件所構(gòu)成的電路來近似模擬二極管的特性，并取代電路中的二極管。 能夠模擬二極管特性的電路稱為二極管的等效電路。也稱為等效模型。,(a)理想模型 (b)恒壓降模型 (c)折線模型,一、半導(dǎo)體二極管的模型,,(a) (b) (c),例：,,,二極管的模型,串聯(lián)電壓源模型,U D 二極管的導(dǎo)通壓降。硅管 0.7V；鍺管 0.3V。,理想二極管模型,正偏,反偏,二、半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用,1、二極管的靜態(tài)工作情況分析,例2.1: 二極管的電路如圖2-7所示，分別求下面兩種情況下電路 的ID和U

8、D。（1）當(dāng)UDD=10V，R=10k；（2）當(dāng)UDD=1V 時， R=10 k。其中，恒壓模型中的Uon=0.7V，折線模型中的 rd=0.2 k。,,,,,解：(1) UDD=10V 使用理想模型得, 使用恒壓降模型得, 使用折線模型得,(2) UDD=1V 使用理想模型得 UD=0V, 使用恒壓降模型得 UD=0.7V, 使用折線模型得,UD=Uon+rdID=(0.7+0.20.029)V=0.71V,2、限幅電路,例2.2:二極管組成的限幅電路如圖所示，R=1k，E=2V，二極管 的導(dǎo)通電壓Uon=0.7V。(1)利用二極管的恒壓模型分別求ui = 0V、 6V時，輸出電壓uo的值；

9、(2)當(dāng)ui = 5sint V時，畫出對應(yīng)的輸出 電壓uo的波形。,,,,解： (1) 當(dāng)ui=0V時，二極管截止，所以uo=ui=0V。 當(dāng)ui=6V時，二極管導(dǎo)通，所以uo= (2+0.7)V=2.7V。 (2) 當(dāng)ui(E+Uon)=2.7時，二極管導(dǎo)通，所以uo=2.7V。 當(dāng)ui(E+Uon)=2.7時，二極管截止，二極管支路開路，所以uo= ui=5sint V,3、開關(guān)電路,例2.3:二極管組成的開關(guān)電路如圖所示。如果二極管是理想的二 極管，R=4k，E=3V，求當(dāng)u1和u2為0V或3V時，輸出電壓uo的 值。,,,,解：(1) 當(dāng)u1=0V、u2=3V時，D1為正向偏置，uo

10、=0V，此時D2的陰極電位為3V，陽極電位為0V，處于反向偏置，因此D2截止。 (2) 以此類推，可以得出其它三種不同組合以及輸出電壓的值，將其列于表中。如果把高于2.3V的電平當(dāng)作高電平，并作為邏輯1，把低于0.7V的電平當(dāng)作低電平，并作為邏輯0，則輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系如圖所示。,1.2.6 特殊二極管,穩(wěn)壓二極管有著與普通二極管相似的伏安特性，如圖 所示，其正向特性為指數(shù)曲線。反向特性與普通二極管的反向特性基本相同，區(qū)別在于擊穿后，特性曲線要更加陡。,一、穩(wěn)壓二極管,1、伏安特性曲線,,2.穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù),(1)穩(wěn)定電壓Uz:是指擊穿后在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓值。 (2)

11、穩(wěn)定電流Iz：是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時的參考電流。若工作電流低于此值時穩(wěn)壓效果差，甚至根本不穩(wěn)壓，故也常將Iz記做Izmin。 (3)額定功耗Pzm：等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uz與最大穩(wěn)定電流Izmax的乘積。它決定穩(wěn)壓管允許的升溫。 (4)動態(tài)電阻rz：是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時,端電壓變化量與其電流變化量之比。 (5)溫度系數(shù)： 表示溫度每變化1 穩(wěn)壓值的變化量，即 =UZ/T。,具有單向?qū)щ娦裕?dāng)有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，它的電特性與一般二極管類似。但是開啟電壓比普通二極管的大。,二、發(fā)光二極管,三.光電二極管,在無光照時，與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?。有光照時，特性曲線下移，

12、它們分布在第三，四象限內(nèi)。隨著光照強度增大，反向飽和電流也增加。,四.變?nèi)荻O管,PN結(jié)加反向電壓時，PN結(jié)上呈現(xiàn)勢壘電容，它將隨著反向電壓的增加而減小，利用這一特性作成的二極管，稱為變?nèi)荻O管。,2.2 晶體三極管及其基本放大電路,晶體三極管，也叫半導(dǎo)體三極管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，還被稱為雙極型晶體管。,2.2.2 晶體管的結(jié)構(gòu)、類型與三種連接方式,根據(jù)不同的參雜方式在同一硅片上制造出三個參雜區(qū)域，并形成兩個PN結(jié),就構(gòu)成了晶體管,采用平面工藝制成的NPN型硅材料晶體管的結(jié)構(gòu)如圖 所示。,,NPN型,PNP型,符號:,三極管的結(jié)構(gòu)特點: （1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度

13、集電區(qū)摻雜濃度。 （2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。,晶體管在電路中的三種基本聯(lián)接方式,,2.2.2晶體管的工作狀態(tài)及電流放大作用、伏安特性曲線,放大是對模擬信號最基本的處理。 uI為輸入電壓信號,它接入基極-發(fā)射極回路,稱為輸入回路;放大后的信號在集電極-發(fā)射極回路,稱為輸出回路。由于發(fā)射極是兩個回路的公共端,故稱電路為共射放大電路。因為晶體管工作在放大的狀態(tài)的外部條件是發(fā)射結(jié)正向偏置且集電結(jié)反向偏置。,一、晶體管的工作狀態(tài)及電流放大作用,1、晶體管的工作狀態(tài),1）、發(fā)射結(jié)加正向電壓,擴散運動形成發(fā)射極電流IE 由于發(fā)射結(jié)加正向電壓，有因為發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度高，所以大量自由電子因擴散運動越

14、過發(fā)射結(jié)到達基區(qū)，形成的電流為IEN 。同時，空穴從基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴散，形成電流IEP。擴散運動形成了發(fā)射極電流I E = I EN + I EP 。,2）、擴散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運動形成基極電流IB 由于基區(qū)很薄，雜質(zhì)濃度很低，集電結(jié)又加了反向電壓，所以擴散到基區(qū)的電子中只有極少部分與空穴復(fù)合，其余部分均作為基區(qū)的非平衡少子達到集電結(jié)。,2、晶體管的電流放大作用,由于集電極加反向電壓且結(jié)面積較大，基區(qū)的非平衡少子在外電場作用下越過集電結(jié)到達集電區(qū)，形成漂移電流ICN 。同時，集電區(qū)與基區(qū)的平衡少子也參與漂移運動，形成電流為ICBO。在集電極電源VCC 的作用下，漂移運動形成集電

15、極電流IC。,3）、集電結(jié)加反向電壓,漂移運動形成集電極電流IC,4）、晶體管的電流分配關(guān)系,從外部看,5）、晶體管的共射電流放大系數(shù),共射直流電流放大系數(shù) 整理可得 而電流的外部分配關(guān)系 所以 對于共射極電路，研究其放大過程主要是分析集電極電流（輸出電流）與基極電流（輸入電流）之間的關(guān)系。,二、 晶體管的伏安特性曲線,晶體管的伏安特性曲線是描述晶體管各極電流與電壓之間關(guān)系的曲線，包括輸入特性和輸出特性曲線。 輸入特性曲線：,,輸出特性曲線：,1、 輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const,（1）uCE=0V時，相當(dāng)于兩個PN結(jié)并聯(lián)。,（3）uCE 1V再增加時，曲線

16、右移很不明顯。,（2）當(dāng)uCE=1V時， 集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少， 在同一uBE 電壓下，iB 減小。特性曲線將向右稍微移動一些。,2、輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const,現(xiàn)以iB=60uA一條加以說明。,（1）當(dāng)uCE=0 V時，因集電極無收集作用，iC=0。,（2） uCE Ic 。,（3） 當(dāng)uCE 大于一定值后，收集電子的能力足夠強。這時，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不變。,同理，可作出iB=其他值的曲線。,輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域:,飽和區(qū)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏， uBEUon且uCE<

17、 uBE， iC受uCE顯著控制的區(qū)域。,截止區(qū)其特性是發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓Uon且集電結(jié)反向偏置。此時，IB=0 ，在近似分析中可以認為晶體管截止時的iC0。,放大區(qū) 曲線基本平行等 距。 此時，發(fā) 射結(jié)正偏，集電 結(jié)反偏。 該區(qū)中有：,飽和區(qū),放大區(qū),截止區(qū),2.2.3 晶體管的主要參數(shù)以及溫度對晶體管參數(shù)的影響,一、電流放大系數(shù) 1、共射直流電流系數(shù) 和共射交流電流放大系數(shù) 2、共基直流電流放大系數(shù) 和共基交流電流放大系數(shù),,,二.反向飽和電流,2、集電極-發(fā)射極間的穿透電流ICEO 基極開路時，集電極到發(fā)射極間的 電流穿透電流 。 其大小與溫度有關(guān)，值越

18、小越好。,1、集電極-基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實際上就是一個PN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。 鍺管：I CBO為微安數(shù)量級， 硅管：I CBO為納安數(shù)量級。,三.極限參數(shù),是指當(dāng)晶體管電流放大系數(shù)值下降到額定值的三分之二時的集電極電流。當(dāng)ICICM時，晶體管不一定損壞，但是放大系數(shù)明顯下降,1、最大集電極電流ICM,,晶體管的某一電極開路時,另外的兩個電極所允許加的最高反 向電壓即為極間反向擊穿電壓., U（BR）CBO發(fā)射極開路時，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般為幾十伏幾百伏。, U（BR）CEO基極開路時，集

19、電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。,2、極間反向擊穿電壓, U（BR）EBO集電極開路時，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏十幾伏。,3、集電極最大允許功率損耗PCM集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗， PC= ICUCE,PCM,< PCM,決定于晶體管的溫升，對于確定型號的晶體管是一個確定值,四.溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響,uBE隨溫度變化的規(guī)律與PN結(jié)相同，即溫度每升高1，uBE大約減小22.5mV。輸入特性曲線隨溫度升高向左移，這樣在IB不變時，uBE將減小。,1、溫度對uBE的影響,,,ICBO是晶體管集電結(jié)的反向飽和電流，它主要取決于少子的濃度。當(dāng)溫度升高，熱運動

20、加劇，會有更多的價電子掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子參與導(dǎo)電，這會使少子濃度明顯增大。ICBO隨溫度變化的規(guī)律是溫度每升高10，ICBO約增大一倍。,2、溫度對ICBO的影響,,,晶體管的電流放大系數(shù)隨溫度的升高而增大，這是因為當(dāng)溫度升高時，加快了基區(qū)注入載流子的擴散速度，這樣在基區(qū)中電子與空穴的復(fù)合減少，電流放大系數(shù)增加。溫度對電流放大系數(shù)的變化規(guī)律是: 溫度每升高1， 值增大0.51%。,3、溫度對的影響,,2.2.4晶體管的型號與選用原則,1 、高頻晶體管 當(dāng)處理一般小信號時，如：圖像中放、伴音中放、緩沖放大等 ，電路中使用高頻晶體管，它的特性頻率范圍在30300MHz。例 如：3DG

21、6、3CG21、2SA1015、S9012、2N5551、BC337等型號 的小功率晶體管，可根據(jù)電路的要求選擇晶體管的材料與極性， 還要考慮被選晶體管的耗散功率。集電極最大電流。最大反向電 壓。電流放大系數(shù)等參數(shù)及外形尺寸等是否符合應(yīng)用電路的要求 。,2、開關(guān)晶體管,在小電流開關(guān)電路和驅(qū)動電路中使用的開關(guān)晶體管，其最高反 向電壓低于100V，耗散功率低于1W，最大集電極電流小于1A， 可選用3CK3、3DK4、3DK9等型號的小功率開關(guān)晶體管。在大 電流開關(guān)電路和驅(qū)動電路中使用的開關(guān)晶體管，其最高反向電壓 大等于100V，耗散功率高于30W，最大集電極電流大于或等于 5A，可選用3DK200

22、、DK55、DK56等型號的大功率開關(guān)晶體管 。開關(guān)電源等電路中使用的開關(guān)晶體管，其耗散功率大于或等于 50W，最大集電極電流大于或等于3A，最高反向電壓高于800V 。一般可選用2SD820、2SD850、2SD1403、2SD1431、2SD1553 、2SD1541等型號的高反壓大功率開關(guān)晶體管。,3、音頻功率放大互補對管,在音頻功率放大器的低放電路和功率輸出電路，一般均采用互 補推挽對管(通常由1只NPN型晶體管和1只PNP型晶體管組成)。 選用時要求兩管配對，即性能參數(shù)要一致。低放電路中采用的中 、小功率互補推挽對管，其耗散功率小于或等于1W，最大集電 極電流小于或等于1.5A，最高

23、反向電壓為50300V。,4、帶阻晶體管,帶阻晶體管是錄像機、影碟機、彩色電視機中常用的晶體管，其種類較多，但一般不能作為普通晶體管使用，只能“專管專用”。選用帶阻晶體管時，應(yīng)根據(jù)電路的要求(例如輸入電壓的高低、開關(guān)速度、飽和深度、功耗等)及其內(nèi)部電阻器的阻值搭配，來選擇合適的管型。,5、光敏晶體管,光敏晶體管和其它晶體管一樣，不允許其參數(shù)超過最大值(例 如最高工作電壓、最大集電極電流和最大允許功耗等)，否則會 縮短光敏晶體管的使用壽命甚至燒毀晶體管。另外，所選光敏晶 體管的光譜響應(yīng)范圍必須與入射光的光譜相互匹配，以獲得最佳 的響應(yīng)特性。,半導(dǎo)體三極管的型號,第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管

24、、 C硅PNP管、D硅NPN管,第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、 G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管,國家標準對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：,3DG110B,2.3.1 放大的基本概念與放大電路的主要性能指標,放大”的實質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換，即在輸入小信號作用下，通過放大電路將電源的能量轉(zhuǎn)換成負載的能量，使輸出端負載獲得能量較大的信號。電子電路的基本特征是功率放大。能夠控制能量的元件稱為有源元件；放大的前提是不使放大的信號失真，,2.3 放大的概念及放大電路的性能指標,放大是將電信號放大，即電壓放大或電流放大。,一、放大的基本概念,二、放大電路的主要性能指標,任

25、何一個放大電路 都可以看成一個兩 端口網(wǎng)絡(luò)。左邊為 輸入端口，當(dāng)內(nèi)阻 為Rs的正弦波信號 源Us作用時，放大 電路得到輸入電壓 Ui，同時產(chǎn)生輸入 電流Ii，右邊為輸 出端口，輸出電壓 為Uo，輸出電流為 Io，RL為負載電阻。,1.放大倍數(shù),（1）電壓放大倍數(shù):輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之比，A u=Uo/Ui,（2）電流放大倍數(shù):輸出電流Io與輸入電流Ii之比， Ai=Io/Ii,（3）互阻放大倍數(shù): 輸出電壓Uo與輸入電流Ii之比， Aui=Uo/Ii,（4）互導(dǎo)放大倍數(shù):輸出電流Io與輸入電壓Ui之比， Aiu=Io/Ui,放大倍數(shù)是直接衡量放大電路放大能力的重要指標，其值為輸出量Xo

26、（Uo或Io）與輸入量Xi（Ui或Ii）之比。,2. 輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進去的等效電阻,Ri=ui / ii,一般來說， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，從信號源索取的電流越小。 （2）當(dāng)信號源有內(nèi)阻時， Ri越大， ui就越接近uS。,3. 輸出電阻Ro任何放大電路的輸出都可以等效成一 個有內(nèi)阻的電壓源，從放大電路輸出端看進去的等效電阻,輸出電阻的定義：,輸出電阻是表明放大電路帶負載能力的，Ro越小，負載電阻RL變化時Uo的變化越小，放大電路帶負載的能力越強，反之則差。,4. 最大輸出幅度,在輸出波形不失真的情況下，放大電路的最大輸出電壓或電流的大小，用U

27、omax和Iomax表示。一般電壓指有效值時，用Uom表示，正弦信號的峰-峰值等于其有效值的 倍。,5. 非線性失真系數(shù),晶體管的輸入、輸出特性曲線是非線性的，即使在放大區(qū)也不是完全的線性。因此，輸出波形不可避免地要發(fā)生失真。這種由于晶體管的非線性造成的輸出信號失真稱為非線性失真。,,6. 通頻帶,通頻帶：,fbw=fHfL,放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線,7、最大輸出功率與效率,最大輸出功率Pom:在輸出信號不失真的情況下，負載上能夠獲得的最大功率稱為最大輸出功率Pom 。此時，輸出電壓達到最大不失真輸出電壓。 效率：直流電源能量的利用功率稱為效率，設(shè)電源消耗的功率為Pv，則效率等

28、于最大輸出功率Pom與PV之比，即 =Pom/Pv,2.3.2 共發(fā)射極放大電路的組成及工作原理,三極管的放大原理 三極管工作在放大區(qū)： 發(fā)射結(jié)正偏， 集電結(jié)反偏。,UCE（-ICRc）,放大原理：,UBE,IB,IC（bIB）,電壓放大倍數(shù)：, uo,ui,,一、基本共射放大電路的組成,基本共射放大電路,放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。,,當(dāng)ui=0時，稱放大電路處于靜態(tài)；當(dāng)ui不為0時，在輸入回路中在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個動態(tài)基極電流ib，在輸出回路中得到動態(tài)電流ic。,,集電極電阻RC，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?集電極電源，為電路提

29、供能量。并保證集電結(jié)反偏。,,,使發(fā)射結(jié)正偏， 并提供適當(dāng)?shù)?靜態(tài)工作點IB 和UBE 。,基極電源與基極電阻,基本共射放大電路,,二、工作原理,1、常見共射放大電路的畫法,,由于(IB,UBE) 和( IC,UCE )分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點，所以稱為靜態(tài)工作點。,為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點？,放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。,2、靜態(tài)工作點,3、波形分析,（1）假設(shè)ui=0，可求出IB、IC、UCE=Vcc-IcRc,（2）在ui端加一個交流小信號，這時如果工作在輸入曲線的線性區(qū)iB跟隨uBE的變化，可以 畫出iB、iC的波形；而UCE

30、=Vcc-icRc可畫出UCE的波形，去掉管壓降的直流分量UCEQ，就可得到uo的波形。,各點波形,uo比ui幅度放大且相位相反,2.3.3放大電路的直交流通路與圖解分析法,一般情況下，在放大電路中，直流量和交流信號總是共存的。直流通路是在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路，也就是靜態(tài)電流流經(jīng)的通路，用于研究靜態(tài)工作點。交流通路是輸入信號作用下交流信號流經(jīng)的通路。,直流通路的畫法：,將交流電壓源短路，將電容開路。,,直流通路分析靜態(tài)工作情況,交流通路的畫法：,將直流電壓源短路， 將電容短路。,交流通路分析動態(tài)工作情況,注意：在分析放大電路時應(yīng)先遵循“先靜態(tài)，后動態(tài)”的原則。求靜態(tài)工作點應(yīng)利用直流

31、通路。求解動態(tài)參數(shù)時應(yīng)利用交流通路。靜態(tài)工作點合適動態(tài)分析才有意義。,一、靜態(tài)分析,基本共射放大電路,輸入回路的圖解分析,uBE = UCCiBRB,,,Q,,,UBEQ,IBQ,,UCC,VCC/Rb,放大電路的圖解分析法,,UCE=VCCICRC,,,直流負載線,IB,,,UCEQ,ICQ,基本共射放大電路,由圖解法求出IB，IB對應(yīng)的輸出特性與直流負載線的交點就是工作點Q,輸出端接入負載RL：不影響Q ，影響動態(tài)！,其中：,交流通路,二. 動態(tài)分析,交流量ic和uce有如下關(guān)系：,即：交流負載線的斜率為：,交流負載線的作法： 斜 率為-1/RL 。（ RL= RLRc ）,經(jīng)過Q點。,交

32、流負載線的作法：,,,IB,,交流負載線,直流負載線,斜 率為-1/RL 。 （ RL= RLRc ）,經(jīng)過Q點。,注意： （1）交流負載線是有交流 輸入信號時工作點的運動軌跡。,（2）空載時，交流負載線與直流負載線重合。,假設(shè)在靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號 ui,靜態(tài)工作點,注意：uce與ui反相！,,結(jié)論：（1）放大電路中的信號是交直流共存，可表示成：,（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。,,,,,對于基本共射放大電路，只有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，使交流信號馱載在直流分量之上， 以保證晶體管在輸入信號的整個周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出電壓波形才不會

33、產(chǎn)生非線性失真。,為了得到盡量大的輸出信號，要把Q點設(shè)置在交流負載線的中間部分。如果Q點設(shè)置不合適，信號進入截至區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。,3、波形的非線性失真,（1）合適的靜態(tài)工作點,（2）Q點過低信號進入截止區(qū),,,,稱為截止失真,信號波形,,（3）Q點過高信號進入飽和區(qū),稱為飽和失真,信號波形,截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真”,2.4 放大電路的微變等效電路分析法,思路：將非線性的BJT等效成一個線性電路,條件：交流小信號,,2.4 .1晶體管的低頻小信號微變等效模型,下標e表示共射接法，式中,一 . 晶體管的H參數(shù)的引出,對上邊兩式求全微分：,用 取代duBE， 取代diB，

34、取代diC， 取代duCE，可得出h參數(shù)方程,二.晶體管的H參數(shù)小信號等效模型模型,三極管簡化的h參數(shù)等效電路：,,三. H參數(shù)的物理意義,表示小信號作用下b-e間的動態(tài)電 阻，常記作rbe。,描述了晶體管輸出回路電壓uCE對 輸入回路電壓uBE的影響，故稱之 為內(nèi)反饋系數(shù)。,表示晶體管在Q點附近的電流放大 系數(shù) 。,表示c-e間的動態(tài)輸出電導(dǎo)，用 1/rce表示。,b-e間等效成一個電阻與一個電壓控制的電壓源串聯(lián)；c-e間等效成一個電流控制的電流源與一個電阻并聯(lián)。這樣，得到晶體管的等效模型如圖所示：,,四、H參數(shù)的模型化簡,,五、H參數(shù)的確定,其中：rbb=200,一、靜態(tài)

35、分析,2.4.2共射放大電路的分析,,,ICQ IBQ,UCEQ = UCCICQRC,（1）畫出放大器的交流通路,（2）將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路代替,二、動態(tài)分析,,1、電壓放大倍數(shù),基本共射放大電路的動態(tài)分析,2、輸入電阻Ri,放大電路的輸入電阻Ri 是從輸入端看進去的等 效電阻,基本共射放大電路的動態(tài)分析,,3、輸出電阻Ro,,基本共射放大電路的動態(tài)分析,根據(jù)定義：,所以：,2.5 分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路,2.5.1 溫度對靜態(tài)工作點的影響,一、溫度對UBE的影響,溫度引起的UBE的變化不太明顯，大多數(shù)晶體管的UBE的溫度系數(shù)為2mV/，也即是說，當(dāng)溫度每升高1時，UBE大

36、約下降2mV。,,二、 溫度的影響,當(dāng)溫度升高時，加快了基區(qū)注入載流子的擴散速度，這使基區(qū)中的自由電子與空穴的復(fù)合數(shù)目減小，從而導(dǎo)致增大。由實驗可得，溫度每升高1時，的值要增加0.51。當(dāng)增大時，輸出特性曲線的間距也會變寬，使靜態(tài)工作點Q上移，從而IC也增加。,三、 溫度ICBO的影響,2.5.2 分壓式射極偏置穩(wěn)定電路,選I1IBQ I1 I2,一、電路組成及Q點工作原理,,,靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程：,UBEQ=UBQ-UEQ =UBQ - IEQ Re,UBQ穩(wěn)定,二、靜態(tài)工作點的估算,IBQ=ICQ/,UCEQ = VCC - ICQRC -IEQRe,ICQ IEQ =UEQ/R

37、e = （UBQ- UBEQ）/ Re,電容開路,畫出直流通道,,將電容短路,直流電源短路，畫出電路的交流小信號等效電路,三、動態(tài)分析,,,電壓放大倍數(shù)：,e,輸入電阻：,輸出電阻：,e,2.5.3 帶旁路電容的射極偏置穩(wěn)定電路,,一、靜態(tài)工作點的估算,IBQ=ICQ/,UCEQ = VCC - ICQRC -IEQRe,ICQ IEQ =UEQ/Re = （UBQ- UBEQ）/ Re,電容開路,畫出直流通道,,將電容短路,直流電源短路，畫出電路的交流小信號等效電路,二、動態(tài)分析,,,電壓放大倍數(shù)：,,,,輸入電阻：,輸出電阻：,,2.6 共集電極放大電路,根據(jù)放大電路的組成原則，晶體管

38、應(yīng)工作在放大區(qū)，即uBEUon，uCE uBE，所以如圖所示。,共集放大電路,一、電路的組成,二、靜態(tài)分析,列出輸入回路的方程,UCCIBQRBUBEQIEQRE=0,,ICQ=IBQIEQ,三、動態(tài)分析,共集放大電路的交流等效電路,,所以,1、電流放大倍數(shù),共集放大電路的交流等效電路,2、電壓放大倍數(shù),AuRb+rbe時，uoui uo與ui同相位,,,,3、輸入電阻,特點：輸入電阻比共射放大電路的輸入電阻大得多，可達幾千歐到幾百千歐,,,Ri=RB//rbe+(1+) RE,因為共集放大電路輸入電阻大、輸出電阻小，因而從信號源索取的電流小而且?guī)ж撦d能力強，所以常用于多級放大電路的輸入級和輸

39、出級；也可用它連接兩電路，減少電路間直接相連所帶來的影響，起緩沖作用。,共集放大電路的輸出電阻的求解,4、輸出電阻,輸出電阻表達式為,,,令Rs= Rs //RB,,,,2.6.2自舉式射極輸出器,一、電路的組成,動態(tài)分析,,1、電壓放大倍數(shù),,,,RL= R1// R2// RE是射極輸出器的等效負載電阻,2、輸入電阻,,,流過自舉電阻RZ的電流為,,放大電路中的輸入電流為,,電路的輸入電阻為,,3、輸出電阻,輸出電阻表達式為,,,,,,電路的輸出電流為,,,,2.7 共基極放大電路,一、電路的組成,根據(jù)放大電路的組成原則，晶體管應(yīng)工作在放大區(qū)，即uBEUon，，所以如圖所示。,二、靜態(tài)分析

40、,IBQ=ICQ/,UCEQ = VCC - ICQRC -IEQRe,ICQ IEQ =UEQ/Re = （UBQ- UBEQ）/ Re,1、電流放大倍數(shù),,三、動態(tài)分析,輸出電流,,,,輸入電流,,所以,,當(dāng)RCRL時,,,三、動態(tài)分析,,,,2、電壓放大倍數(shù),,,,,三、動態(tài)分析,3、輸入電阻,4、輸出電阻,,,,,Ri=RE//Ri = RE //,Ro=RC,三種接法的比較,本章首先介紹了半導(dǎo)體二極管和晶體三極管的工作原理、特性曲線和主要參數(shù)，然后詳細地闡述了基本共射放大電路的分析方法。 (1) 半導(dǎo)體二極管。主要是采用模型分析，將二極管等效成線性電路進行分析。 (2) 晶體三極管。有兩種類型，即NPN型和PNP型。 (3) 放大的概念及放大電路的主要性能指標。放大電路的主要性能指標包括：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大輸出幅度以及最大輸出功率和效率等。 (4) 放大電路的組成原則。要保證晶體三極管工作在放大區(qū)，即發(fā)射結(jié)要正向偏置，集電結(jié)要反向偏置。 (5) 放大電路的圖解分析。 (6) 放大電路的解析分析。解析法首先通過直流通路估算出靜態(tài)工作點，然后將交流通路中的晶體三極管用它的微變等效模型來代替，再利用線性電路的定理列出方程，求出放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。,小結(jié),