半导体三极管与基本放大电路

1、1电子技术电子技术 第第2 2章章 半导体三极管与基半导体三极管与基本放大电路本放大电路模拟电路部分模拟电路部分2主要内容主要内容 元件：元件：半导体三极管半导体三极管双极型晶体管双极型晶体管 （两种极性载流子均参加导电两种极性载流子均参加导电）场效应晶体管场效应晶体管（又称单极型晶体管，只有一种极性载流子参加导电又称单极型晶体管，只有一种极性载流子参加导电）基本放大电路（分立元件组成）基本放大电路（分立元件组成）共射极放大电路共射极放大电路共集电极电路共集电极电路 差动放大电路差动放大电路互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路结构、原理、分析方法、特点、应用结构、原理、分析方法、特点、应用

2、静态分析静态分析动态分析，微变等效电路分析法动态分析，微变等效电路分析法3半导体三极管半导体三极管 三端元件，非线性元件。三端元件，非线性元件。 2个作用：具有电流放大作用和开关作用。个作用：具有电流放大作用和开关作用。 外部特性外部特性 3个工作区：个工作区： 放大区（电流放大作用）放大区（电流放大作用） 饱和区，截止区（开关作用）饱和区，截止区（开关作用） 工作在不同工作区的条件是什么？如何实现工作在不同工作区的条件是什么？如何实现2种作用？种作用？4BECNNP基极基极base发射极发射极emitter集电极集电极collectorNPN型型PNP型型2.1 2.1 双极性晶体管双极性晶

3、体管 transistortransistor 2.1.1 2.1.1 基本结构：基本结构：1 1块基片，块基片，2 2个个PNPN结，结，3 3个区个区BECPPN基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，掺杂浓度低基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高发射区：掺杂浓度较高每个每个PN结就相当于一个二极管。结就相当于一个二极管。对于每个对于每个PN结，思考：结，思考： 2种偏置，种偏置，2个电场，个电场，2种载流子种载流子3种运动。种运动。发射结发射结集电结集电结5BECNNPEBRBECIEIBE基区：基区：发射区扩散来的电子发射区扩散来的电子:少少部

4、分与空穴部分与空穴复合复合，并由电源等效，并由电源等效补充空穴，形成电流补充空穴，形成电流IBE (基区薄、基区薄、掺杂浓度小）；掺杂浓度小）；绝大多数扩散绝大多数扩散到到集电结附近。集电结附近。发射结正偏发射结正偏，扩散运，扩散运动为主。发射区自由动为主。发射区自由电子电子扩散扩散向基区，并向基区，并由电源补充电子，形由电源补充电子，形成发射极电流成发射极电流IE 。基。基区空穴扩散运动忽略。区空穴扩散运动忽略。2.1.2 2.1.2 放大作用放大作用 电流分配和放大原理电流分配和放大原理载流子运动载流子运动ICE集电结反偏：集电结反偏：从基区从基区内扩散到集电结附近内扩散到集电结附近的自由

5、电子作为少子，的自由电子作为少子，漂移进入集电结而被漂移进入集电结而被收集，形成收集，形成ICE。ICBO集电结反偏集电结反偏：集电区和基区：集电区和基区的少子形成的反向电流的少子形成的反向电流ICBO。IC=ICE+ICBO ICEIB=IBE-ICBO IBEIE =IBE + ICEIBIC6IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBEC IE =IBE + ICEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE电流分配：电流分配： IE、IC远远大于远远大于IB ; IE=IC+IB7ICE与与IBE之比称为之比称为电流放大倍数电流放大倍数（一般在（一般在几十倍到上百倍之

6、间几十倍到上百倍之间）三极管放大的条件：三极管放大的条件：要使三极管能放大电流，必须使要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。(外因）；内因外因）；内因 内部结构。内部结构。从物质不变和能量守恒角度如何看三极管电流放大作用？从物质不变和能量守恒角度如何看三极管电流放大作用？BCCBOBCBOCBECEIIIIIIIIBECIBIEICNPN型三极管型三极管NPN transistor BECIBIEICPNP型三极管型三极管PNP transistor电流电流放大作用放大作用8 实验线路实验线路2.1.3 2.1.3 特性曲线特性曲线各极电压电流关系各极电压

7、电流关系ICmA AVVUCEUBERBIBECEBRC一、一、输入特性输入特性: :IB=f (UBE) |UCE=常数常数二、二、输出特性输出特性: :IC=f (UCE) | IB= =常数常数UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电压，硅管死区电压，硅管0.5V，锗管，锗管0.2V。一、输入特性一、输入特性: IB=f (UBE) |UCE=常数常数最常用：共发射极接法时的特性曲线最常用：共发射极接法时的特性曲线UCE1, UCE 增加增加

8、，IB基本不变；基本不变；9IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A放大区放大区：发射结正偏，集：发射结正偏，集电结反偏电结反偏。 0IC 。截止区截止区 : :发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏。UBE 死区电压。死区电压。 UCE UCC IB=0,IC=ICEO。10三个工作区域三个工作区域截止区截止区放大区放大区饱和区饱和区PN结结发射结发射结反反偏偏集电结集电结反反偏偏发射结发射结正正偏偏集电结集电结反反偏偏发射结发射结正正偏偏集电结集电结正正偏偏IB IC IB=0 IC=ICEO 0IC= IBIB变化变化,IC基

9、本不变基本不变IC UCC / RCUBEUBE 死区电压死区电压UBE =导通压降导通压降UBE =导通压降导通压降UCEUCE UCCUCE=UCC- RC IC0 UCE UCCUCE 0.3VCE 放大or开关开路开路, 开开通路，放大作用通路，放大作用短路，关短路，关11前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。地还有共基、共集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：BCII_工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的工作于动态的三极管，真正

10、的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流放大倍数交流电流放大倍数为：为：BCII1. 电流放大倍数电流放大倍数和和 _2.1.4 2.1.4 主要参数主要参数例：例：UCE=6V时时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理： =12BECNNPICEO= ICBO +ICBO 发射结正偏发射结正偏ICB

11、O进入进入N区，区，形成形成IBE。根据放大关系，由于根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流的存在，必有电流 IBE。集电结反偏集电结反偏有有ICBO3 3. . 集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流I ICEOCEO（穿透电流）（穿透电流）ICEO受温度影响很大，当受温度影响很大，当温度上升时，温度上升时，ICEO增加很增加很快，所以快，所以IC也相应增加。也相应增加。三极管的温度特性较差三极管的温度特性较差。2.集集- -基极反基极反向截止电流向截止电流ICBOICBO是集电结反偏由少是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。流，受温度的变化影响

12、。 ICBO越小越好越小越好 AICBOICBO ICBO134.集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，当值的下降，当 值下降到正常值的三分之二值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为时的集电极电流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CEO当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6. 集电极最大允许功耗集电极最大

13、允许功耗PCM集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 会发热，会发热，此时功率：此时功率： PC =ICUCE导致结温导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制有限制PC PCMICUCEPC= ICUCEICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区PCM14放大电路的目的是将微弱的变化信号放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的放大不失真的放大amplification成较大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：Au2.4 2.

14、4 放大电路放大电路t uiuit uouo三极管基本放大电路三极管基本放大电路共射极放大电路共射极放大电路共基极放大电路共基极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路以共射放大电路为例讲以共射放大电路为例讲解工作原理解工作原理15 UA大写字母、大写下标，表示直流量或直流分量。大写字母、大写下标，表示直流量或直流分量。uA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 符号规定符号规定16RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCu

15、oiB2.4.1 2.4.1 共射极放大电路的组成共射极放大电路的组成common-emitter amplification circuitcommon-emitter amplification circuit单电源单电源+信号源信号源+放大电路的本质：实现能量的控制，即能量转换。用能量比较小的输入信号来控制另一个能源，使放大电路的本质：实现能量的控制，即能量转换。用能量比较小的输入信号来控制另一个能源，使输出端的负载上得到能量比较大的信号。放大的对象是变化量，放大的前提是传输不失真。输出端的负载上得到能量比较大的信号。放大的对象是变化量，放大的前提是传输不失真。 17放大元件放大元件：i

16、C= iB，工作在，工作在放大区，要保证集电结反放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点一一 共射极放大电路（双电源共射极放大电路（双电源+信号源）信号源）+基极电源与基极电阻：基极电源与基极电阻：使发射结使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。正偏，并提供适当的静态工作点。集电极电源集电极电源：为电路提供能量。：为电路提供能量。并保证集电结反偏。并保证集电结反偏。集电极电阻集电极电阻：将变化的电流转：将变化的电流转变为变化的电压。变为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2T耦合电解电容，耦合电解电容，有极性：隔离有极性：隔离直流直流：使放大：使

17、放大电路与信号源电路与信号源以及负载之间以及负载之间的直流通路隔的直流通路隔离。离。交流耦合交流耦合：沟通放大电路沟通放大电路与信号源以及与信号源以及负载之间的交负载之间的交流通路。流通路。18可以省去可以省去共射极放大电路共射极放大电路改进：改进： 采用单电源供电采用单电源供电RB双电源双电源+信号源信号源单电源单电源+信号源信号源RB+ECEBRCC1C2T+ui+ECRCC1C2T+ui思考：电源为直流，信号源呢？思考：电源为直流，信号源呢？电源和信号源共同激励下，各元件上的电压、电流是直流还是交流？电源和信号源共同激励下，各元件上的电压、电流是直流还是交流？19 放大放大电路电路分析分

18、析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法2.4.2 2.4.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法静态静态：输入端未加输入信号时，放大电路的工作状态。输入端未加输入信号时，放大电路的工作状态。此时放大电路为此时放大电路为直流电路直流电路。动态动态：输入端加上输入信号时，放大电路的工作状态。输入端加上输入信号时，放大电路的工作状态。此时放大电路为此时放大电路为交、直流混合电路交、直流混合电路。实际工作实际工作在在动态动态情况下情况下：注意注意分析电路中的各电量（电流、电压）分析电路中的各电量（电流、电压）为直流电量、交流电量为直流电量、

19、交流电量或或交直流混合电量交直流混合电量。静态与动态静态与动态20直流通路直流通路direct current path：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。除去交流除去交流源、电容相当于开路。源、电容相当于开路。交流通路交流通路alternating current path：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。除除去直流源、电容相当于短路。去直流源、电容相当于短路。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。直流通路和交流通路（电容的作用）直流通路和交流通路（电容的作用）放大电路中各点电压或电流都是在静态直流上附加小的交流信号。放

20、大电路中各点电压或电流都是在静态直流上附加小的交流信号。电容对交、直流的作用不同。电容对交、直流的作用不同。当电容量足够大时，可认为它对对交当电容量足够大时，可认为它对对交流短路，对直流开路，这样，交直流所走的通道是不同的。流短路，对直流开路，这样，交直流所走的通道是不同的。21例：共射极放大电路例：共射极放大电路+ +E EC C 单独作用单独作用开路开路直流通路，用于静态分析直流通路，用于静态分析RB+ECRCRB+ECRCC1C2T+开路开路RB+ECRCC1C2T+短路短路uoRBRCRLui交流通路，用于动态分析交流通路，用于动态分析除去交流信号源除去交流信号源电容开路电容开路除去直

21、流源除去直流源电容短路电容短路短路短路uiui置零置零置零置零u u i i 单独作用单独作用22一、放大电路的静态分析一、放大电路的静态分析=确定静态工作点确定静态工作点分析放大电路的直流通路分析放大电路的直流通路RB+ECRCC1C2T+ICQIBQIEQ=IBQ+ICQui=0由于由于+EC的存在的存在IB 0IC 0UCEQUBEQ静态工作点静态工作点:由由 (IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )确定。分别对确定。分别对应于输入、输出特性曲线应于输入、输出特性曲线上的一个点。上的一个点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ输入特性输入特性输出特性输出特性23

22、IBUBEBBECBRUEIBCRE7 . 0+EC直流通路直流通路RBRC1 1、估算法、估算法CEOBCIIIUCE=EC ICRCU UBE BE 视三极管类型而定，本例视三极管类型而定，本例中，假设为硅管，则可取中，假设为硅管，则可取0.7V0.7V。解：做出直流通路如图，解：做出直流通路如图， 据此图进行静态估算法分析。据此图进行静态估算法分析。根据求的根据求的 (IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )，可分别在输入、输出特性曲线上做出可分别在输入、输出特性曲线上做出静态工作点静态工作点。24ICUCE输出特性输出特性ICUCEECCCREQIB直流通直流通路路RB+ECR

23、C2 2、图解法、图解法 在输入输出特性上作图求静态工作点在输入输出特性上作图求静态工作点Q QIBUBEQIBQUBEQ输入特性输入特性BBECBRUEIQ由由UCE 、 IC 、 IB唯一确定唯一确定BBECBRUEI直流负载线与直流负载线与输出特性的交输出特性的交点就是点就是Q点，点，但是交点有很但是交点有很多个，到底是多个，到底是哪个？哪个？UCE=EC ICRC ,作直流负载线作直流负载线25例：例：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：EC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。求：静态工作点求：静态工作点解：解：A40mA04. 030012

24、BCBREImA51040537.IIIBBCV645 . 112CCCCCERIUU请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的数量级。的数量级。取取UBE0V，则，则26二、 放大电路的动态分析放大电路的动态分析主要目的主要目的：研究放大电路的放大效果：研究放大电路的放大效果三个主要指标：三个主要指标：电压放大倍数电压放大倍数Au 、输入电阻输入电阻 ri 、输出电阻输出电阻rooooIUriiiIUriouUUA输入为正弦交流信号时，输入为正弦交流信号时，三个主要指标可定义如下：三个主要指标可定义如下：iouUUAiocoUUAsousUUAiiiIUroooIUr+sUioUAoIsRi

25、rorLR信号源信号源放大电路放大电路负载负载iIoUiU放大电路等效图放大电路等效图对前级相当于负载对前级相当于负载对后级相当于信号源对后级相当于信号源271 1、微变等效电路分析法、微变等效电路分析法 incremental equivalent circuit analysis思路：思路：把把交流通路交流通路中的三极管线性化，等效为一个线性元件。此中的三极管线性化，等效为一个线性元件。此时，整个放大电路等效为一个线性电路。对其进行分析计算。时，整个放大电路等效为一个线性电路。对其进行分析计算。微变等效电路法的条件：微变等效电路法的条件：在小信号条件下，且三极管工作在放大区。在小信号条件下

26、，且三极管工作在放大区。交流通路交流通路RBRCRLuiuobiciiiuirbe ibibiiicuoRBRCRL微变等效电路微变等效电路28iBuBE当信号很小时，将输入特性在当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。小范围内近似线性。 uBE iBbbeBBEbeiuiur对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。对于小功率三极管：对于小功率三极管：)mA()mV(26)1 ()(200EbeIrrbe的量级从几的量级从几百欧到几千欧。百欧到几千欧。（1 1）三极管的微变等效电路）三极管的微变等效电路iCuCE近似平行近似平行 iC uCE

27、从输出回路看从输出回路看bBbBcCCiIiIiIi)(所以：所以：bcii(1) 输出端相当于一个输出端相当于一个受受ib 控制的电流源控制的电流源。(2) 考虑考虑 uCE对对 iC的影响，输出端还要的影响，输出端还要并联一个并联一个大电阻大电阻rce。rce的含义的含义cceCCEceiuiur从输入回路看从输入回路看29ubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效cbe三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路微变等效电路微变等效电路30将交流通道中的三极管用微变等效电路代替将交流通道中的三极管用微变等效

28、电路代替:（2）、放大电路的微变等效电路（共射极放大电路）、放大电路的微变等效电路（共射极放大电路）交流通路交流通路RBRCRLuiuobiciiiuirbe ibibiiicuoRBRCRL微变等效电路微变等效电路311 电压放大倍数电压放大倍数voltage amplification factorbebirIULboRIUbeLiourRUUALCLRRR/负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiIbIcIoUbIiU2 输入电阻的计算：输入电阻的计算：对于为放大电路提供信号的信号源来说，放对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的

29、大小可以用输入电阻来表示。大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。beBrR /beriiiIUr一般总是一般总是希望输入电阻大一些。希望输入电阻大一些。32计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法：(1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。(2) 所有独立电源置零，保留受控源，所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。加压求流法。3 输出电阻的计算：输出电阻的计算：对于负载而言，放大电路相当于信号源，可对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。以将它进行戴维南

30、等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。oUrbeRBRC00iIcIbIbIoICoooRIUr所以：所以：一般总是一般总是希望输出电阻希望输出电阻小一些。小一些。33输入电阻和输出电阻（一级放大电路）输入电阻和输出电阻（一级放大电路）+sUioUAoIsRirorLR信号源信号源放大电路放大电路负载负载iIoUiUsisisisiiUrRIUrRrU1,在在Us和和Rs一定时：一定时：ri大大 则则Ui大大 则则 Uo大：大： ri大则大则Ii小小，可减轻信号源的负担。，可减轻信号源的负担。一般希望一般希望ri大一些大一些。输入电阻输入电阻input resistance输出电阻输出电阻o

31、utput resistance：ooLLiOCoLLiouOCoLLesoLLoArRRUUrRRUUAUrRRUrRRU,ioocesUAUUAo空载电压放大倍数空载电压放大倍数UoUoc , Au UGS则：则：UG US而：而：IG=0mARURUISGSSD5 . 0VRRIUUDSDDDDS10)(所以：所以：VURRRUDDG5212直流通道直流通道+UDD+20VR1RDRGR2150K50K1M10KRS10KGDSIDUDSIG一、静态分析一、静态分析66+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KSGR2R1RG

32、DRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDgsugsmugdsuid二、二、 动态分析动态分析 微变等效电路微变等效电路67UgsUigsiUU UoUgsgmId=SGR2R1RGRL DRLRD)/(LDgsmoRRUgU= gm UiRL LmuRgA 负号表示输出输入反相负号表示输出输入反相LmVRgA=-3 （10/10）=-15二、二、 动态分析动态分析 电压放大倍数电压放大倍数68ro=RD =10K SGR2R1RGRL DRLRD=1+0.15/0.05=1.0375M R1=150k R2=50k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =3mA/VU

33、DD=20Vrirori=RG+R1/R2gmUgs二、二、 动态分析动态分析 输入电阻、输出电阻输入电阻、输出电阻69uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL150K50K1M10KDSC2G10KR1=150k R2=50k RG=1M RS=10k RL=10k gm =3mA/VUDD=20V三、源极输出器（共漏极放大电路）三、源极输出器（共漏极放大电路）静态工作点静态工作点: :V5URRRUDD212G =US UGmA5 . 0RURUISGSSD UDS=UDD- US =20-5=15V70uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL150K50K1M10KD

34、SC2G10KiU gsU oU dIgsmUg GR2R1RGSDRLRS微变等效电路微变等效电路71微变等效电路：微变等效电路：iU gsU oUdIgsmUg LgsmgsLgsmioVRUgURUgUUA1Rg1RgLmLm Ui=Ugs+UoUo =Id(RS/RL)=gm Ugs RLGR2R1RGSDRLRS求求AVgR2R1RGsdRLRSriri=RG+R1/R2求求ri除源除源ui =072求求ro加压求流法加压求流法mgsmgsdoog1UgUIUr SooR/rr gsU oU dI gsmUg ro ro =RS1+gm RSIogR2R1RGsRS代入数代入数值计算

35、值计算ri=RG+R1/R2=3 (10/10) /1+3 (10/10) =0.94 =RS1+gm RSro=10/(1+3 10)=0.323 k =1+0.15/0.05=1.0375 M AV=gm RL1+gm RL73耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1. 静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置2. 动态动态: 传送信号。传送信号。第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第第 n 级级放大电路放

36、大电路 第第 n-1 级级放大电路放大电路功放级功放级要求：要求：波形不失真波形不失真，减少压降损失。，减少压降损失。 2.7 2.7 多级放大电路及耦合方式多级放大电路及耦合方式74设设: 1= 2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k 典型电路典型电路 oirrA、求：前级前级后级后级+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU75关键关键: :考虑级间影响。考虑级间影响。1. 静态静态: Q点同单级。点同单级。2. 动态性能动态性能:方法方法:ri2 = RL1ri221

37、ioUU+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iU性能分析性能分析76考虑级间影响考虑级间影响2ri , ro : 概念同单级概念同单级1riro2112uussoiosousAAUUUUUUAri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iU77微变等效电路微变等效电路: :ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1

38、RC2T1RE1CET2SUoUiU1oU2iURE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror781. ri = R1 / rbe1 +（ +1)RL1其中其中: : RL1 = RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe2=RE1/RL1 = RE1/ri2= 27 / 1.7 1.7k ri =1000/(2.9+511.7) 82k 2. ro = RC2= 10k RE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror793. 中频电压放大倍数中频电压放大倍数:其中：其中：

39、11usiiusARrrA968. 07 . 1519 . 27 . 151) 1() 1(111111LbeLuRrRA778. 0968. 02082821111uSiiusARrrARE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror80147711010502222.)/(rRAbeLuRE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror4114778014721.AAAuusus81多级阻容耦合放大器的特点：多级阻容耦合放大器的特点：(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔

40、直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。点相互独立，分别估算。(2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4) 总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5) 总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1 。(6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。82例如：运算放大器输入端输入端输入级输入级中间级中间级输出级输出级输出端输出端偏置电路偏置电路输入级：输入级：尽量减小

41、零点漂移抑制干扰信号尽量减小零点漂移抑制干扰信号, ,尽量提高尽量提高 KCMRR , ,输入阻抗输入阻抗 ri 尽可能大。都采用差分放大电路。尽可能大。都采用差分放大电路。中间级：进行电压放大，要求电压放大倍数高。一般采用共射中间级：进行电压放大，要求电压放大倍数高。一般采用共射极放大电路。极放大电路。输出级：输出级：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流主要提高带负载能力，给出足够的输出电流和电压和电压 。即输出阻抗即输出阻抗 ro小。一般由互补对称电路或射极输出器构成小。一般由互补对称电路或射极输出器构成偏置电路：为各级电路建立合适的静态工作点，一般由各种偏置电路：为各级电路建立合适的静

42、态工作点，一般由各种恒流源电路构成恒流源电路构成83uiRC1R1T12.8 2.8 差动放大电路差动放大电路differential amplification circuitdifferential amplification circuit增加增加R2 、RE2 : 用于设置合适的用于设置合适的Q点。点。问题问题 1 :前后级前后级Q点相互影响。点相互影响。+UCCuoRC2T2R2RE2直接耦合多级放大电路的特殊问题直接耦合多级放大电路的特殊问题问题问题 2 :零点漂移零点漂移zero drift前一级的温漂将作为后前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得一级的输入信号，使得当当 ui

43、 等于零时，等于零时， uo不等不等于零。于零。uot0有时会将信有时会将信号淹没号淹没84一、结构一、结构特点：特点：结构对称。结构对称。优点优点：可以抑制零点漂移。：可以抑制零点漂移。2.8.12.8.1差动（差分）放大电路原理差动（差分）放大电路原理uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2uo= UC1 - UC2 = 0uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0当当 ui1 = ui2 =0 时：时：当温度变化时：当温度变化时：二、二、 抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理共模输入信号：共模输入信号： ui1 = ui2 = uC （大小相等，极性相

44、同）（大小相等，极性相同）理想情况：理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0 共模电压放大倍数：共模电压放大倍数：（很小，（很小，1)设设uC1 =UC1 + uC1 ， uC2 =UC2 + uC2 。因因ui1 = -ui2， uC1 =- uC2 uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2 uC1 差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：1212ioiioduuuuuA+UCC五、共模抑制比五、共模抑制比(CMRR) Common Mode Rejection Ratio KCMRR =KCMRR (dB) =(分贝分贝)cdAAcdAAlog20例例: Ad

45、=-200， Ac=0.1； KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB86一、结构一、结构为了使左右平衡，可设置调零电位器为了使左右平衡，可设置调零电位器: 2.8.2 2.8.2 典型差动放大电路分析典型差动放大电路分析特点：特点：加入射极电阻加入射极电阻RE ；加入负电源；加入负电源 -EE ，采用，采用正负双电源供电正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REEERPRP双电源的作用：双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源由负电源-EE提供。提供。87温度温度TICIEUEUBEIBICRE的作

46、用的作用 设设ui1 = ui2 = 0自动稳定自动稳定RE 具有强负反馈作用具有强负反馈作用 抑制温度漂移，稳定静态工作点。抑制温度漂移，稳定静态工作点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REEE二、二、 静态分析静态分析EEECR2EIIRP很小，略去。很小，略去。 RBIB + UBE+2 REIE =EEEECBR2EIIEECCECCCEIRIREUU2加入加入RE可获得稳定的静态工作点。可获得稳定的静态工作点。881. 输入信号分类输入信号分类(1)差模差模(differential mode)输入输入ui1 = -ui2= ud(2)共模共模( common mod

47、e) 输入输入ui1 = ui2 = uC差模电压放大倍数差模电压放大倍数doddUUA共模电压放大倍数共模电压放大倍数coccUUA三、三、 动态分析动态分析结论：结论：任意输入信号任意输入信号: ui1 , ui2 ，都可分解成差模分量和共模分量。，都可分解成差模分量和共模分量。差模分量差模分量:221iiduuu共模分量共模分量:221iicuuu注意：注意：ui1 = uC + ud ；ui2 = uC - ud例例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV 则：则：ud = 5mV , uc = 15mV 89RE 对差模信号对差模信号有无有无作用作用？ ui1 ui2i

48、b1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1+ ie2 = 0uRE = 0 RE对差模信号对差模信号不起不起作用作用差模信号差模信号？diiuuu211diiuuu212uo+UCCRCT1RBRCT2RBREEERRuiib2ib1ic2ic1iRE90差模信号通路差模信号通路T1单单边微边微变等变等效电效电路路uod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E单边差模放大倍数单边差模放大倍数:111iodduuA11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiRiA21

49、ddAA9121221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA若差动电路带负载若差动电路带负载RL (接在接在 C1 与与 C2 之间之间), 对于差动信号而言，对于差动信号而言，RL中点电位为中点电位为 0, 所以放大倍数：所以放大倍数：121)21(beBLCdddrRR/RAAA即：总的差动电压即：总的差动电压放大倍数为：放大倍数为：差模电压放大倍数差模电压放大倍数:iodduuA RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E922.8.4 2.8.4 差放电路的输入、输出的几种接法差放电路的输入、输出的几种接法输入端输入端 接法

50、接法双端双端单端单端输出端输出端 接法接法双端双端单端单端双端输入双端输出：双端输入双端输出：Ad = Ad1双端输入单端输出：双端输入单端输出：121ddAA ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE93双端输出：双端输出：Ad = Ad1单端输出：单端输出：121ddAA 对对Ad而言，双端而言，双端输入与单端输入输入与单端输入效果是一样的。效果是一样的。ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE ib2 ib1ud = 0.5ui , uc = 0双端输入：双端输入：ui1 = -ui2 =0.5ui22212

51、1iiciiduuuuuuud = 0.5ui , uc = 0.5ui 单端输入：单端输入：ui1 =-ui ，ui2 = 094差动放大电路的应用差动放大电路的应用常用做多级放大电路的输入级。常用做多级放大电路的输入级。原因：可抑制零点漂移。原因：可抑制零点漂移。2.9 串联型稳压电路串联型稳压电路 P8595(1) 在不失真的情况下输出尽可能大的功率。功率放大电路中电流、在不失真的情况下输出尽可能大的功率。功率放大电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCM

52、UCEMIcuce1 1 对功率放大电路的基本要求对功率放大电路的基本要求2.10 2.10 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路complementary symmetry amplification circuitcomplementary symmetry amplification circuit(2) 电流、电压信号比较大，电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。必须注意防止波形失真。(3) 电源提供的能量尽可能地转电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高线路上的损失。即注意提高电路的效率（电路的效率（ ）。）。%100

53、PPEOOOOIUP )AV(CCCEIUP PO : 负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE ：直流电源提供的平均功率。：直流电源提供的平均功率。96放大电路的三种工作状态放大电路的三种工作状态甲类放大：甲类放大：1. 晶体管在输入电压的整个周期内都处于放大状态，前晶体管在输入电压的整个周期内都处于放大状态，前述各种放大电路中的晶体管都为甲类放大。述各种放大电路中的晶体管都为甲类放大。2. 静态工作点静态工作点Q大致在大致在负载线的中点。负载线的中点。3.波形基本无失真。波形基本无失真。乙类放大：乙类放大： 1. 晶体管在输入电压的半个周期内都处于放大状态。晶体管在输入电压的半个周期内都处于放大状态。 2. 静态工作点静态工作点Q下移到下移到IC约等于约等于0处处 。 3.波形失真最严重。波形失真最严重。甲乙类放大：甲乙类放大： 1. 晶体管在输入电压的半个多周期内都处于放大状态晶体管在输入电压的半个多周期内都处于放大状态。 2. 静态工作点沿负载线下移。静态工作点沿负载线下移。 3. 波形失真严重。波形失真严重。uo的取值范围的取值范围QIcuCEUSC直流负载线直流负载线静态工作点：静态工作点：QSCmaxoU5 . 0U较小放大电路的输出没有失真放大电路的输出没有失真的工作方式称为的工作方式称为甲类放大甲类放大。97办法二：