电工学第六章

1、2013年 9月第七章第七章 半导体三极管及交流放大电路半导体三极管及交流放大电路半导体三极管半导体三极管7-1基本交流放大电路基本交流放大电路 7-2微变等效电路分析法微变等效电路分析法7-3本章内容本章内容射级输出器射级输出器7-51. 1. 共射级放大电路的静态分析共射级放大电路的静态分析3. 3. 微变等效电路分析法微变等效电路分析法l 重点重点：2. 2. 共射级放大电路的动态分析共射级放大电路的动态分析7-1 7-1 半导体三极管半导体三极管N NN NP PB BE EC CB BE EC CB BE EC C7-1 7-1 半导体三极管半导体三极管7-1-1 7-1-1 基本结

2、构基本结构基区基区发射区发射区集电区集电区基区基区发射区发射区集电区集电区共发射极电路共发射极电路7-1-2 7-1-2 电流放大作用电流放大作用输入回路输入回路输出回路输出回路ECICEBmA AVUCEUBERBIBV+RcmAIEBECNNPEBRBECIEIBEICEICBORCICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略5 .37_BCII40BCIIEEBRBRC 三极管是一种电流控制元件，所谓电流放大作用，三极管是一种电流控制元件，所谓电流放大作用，

3、就是用基极电流微小的变化去控制集电极电流较大的就是用基极电流微小的变化去控制集电极电流较大的变化。变化。 1、三极管三个电极的电流是什么关系？ 2、三极管的发射极与集电极是否可以调换使用？为什么？ 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了三极管的性能，内部载流子运动的外部表现，反映了三极管的性能，是分析放大电路的依据。是分析放大电路的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线7-1-3 7-1-3 三极管的伏安特性曲线三极管的伏安特性曲线共发射极电路共发射极电路输入回路输入

4、回路输出回路输出回路ECICEBmA AVUCEUBERBIBV+常常数数 CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOUCE=0VIB=020 A40 A60 A80 A100 A常常数数 B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区O 。 。 ：饱和压降，硅管0.3V，锗管0.1VOIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO三极管输入输出特性曲线三极管输入输出特性曲线7-1-4 7-1-4 三极管的主要参数三极管的主要参数,BCIIBCII80307-1-4 7-1-4 三极管的主要参数三

5、极管的主要参数CBOICEOIUCC AICBO+ AICEO+UCC7-1-4 7-1-4 三极管的主要参数三极管的主要参数CMIO7-2 7-2 基本交流放大电路基本交流放大电路 E EC CR RS Se es sR RB BE EB BR RC CC C1 1C C2 2T T+ + + +R RL L+ + +u ui i+ +u uo o+ + + +u uBEBEu uCECEi iC Ci iB Bi iE E7-2-1 7-2-1 放大电路的组成放大电路的组成 E EC CR RS Se es sR RB BE EB BR RC CC C1 1C C2 2T T+ + + +

6、R RL L+ + +u ui i+ +u uo o+ + + +u uBEBEu uCECEi iC Ci iB Bi iE E+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE7-2-1 7-2-1 放大电路的组成放大电路的组成 信号不失真（合适静态工作点）UBEIB无输入信号无输入信号(ui = 0)时（静态）时（静态）:？IC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO三极管放大电路工作原理三极管放大电路工

7、作原理cccccERiUubeBEBEuUubBBiIicCCiIiceCECEuUuCECBBEuiiu、电压和电流瞬时值：CECBBEUII、直流量：Ucecbuii、交流量：beu7-2-2 7-2-2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分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用直流通路用直流通路用交流通路用交流通路直流通路：直流通路：开路开路开开路路直流通路直流通路RB+UCCRC+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE仅仅UCC作用作用电容开路电容开路信号源短路，内阻

8、信号源短路，内阻RS保留保留ui=0时时由于电源的由于电源的存在存在IB 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ静态工作点静态工作点QRB+UCCRC7-2-2 7-2-2 基本放大电路的静态分析基本放大电路的静态分析 放大电路静态值：放大电路静态值：I IBQBQ、I ICQCQ、U UCEQ CEQ 。UCEQ+7-2-3 7-2-3 静态工作点确定静态工作点确定一、估算法一、估算法（1）根据直流通路估算）根据直流通路估算IBIBUBEBBECCBRUUIBCCRU7 . 0BCCRURB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏置电偏置电流流，UBE看成看成0.7V的常数的常数+UCC直流通

9、路直流通路RBRC（2）根据直流通路估算）根据直流通路估算UCE、ICICUCECEOBCIIICCCCCERIUUBI直流通路直流通路RBRC+UCC已知：已知：UCC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。解：解：mAmABCCB04030012. RUImAmABC51040537. II VV CCCCCE645112 .RIUU+UCCRBRCT+UBEUCEICIBEECCCCCERIRIUU EBBECCB) 1(RRUUI BC II EEBEBBCCRIURIU EBBEBB) 1 (RIURI 由由KVL可得：可得：由由KVL可得：可得：IE+UCCRBRC

10、T+UBEUCEICIBEC II )(ECCCCCERRIUU(I(IB B,U,UBEBE) ) 和和( I( IC C,U,UCE CE ) )分别对应在输入输出特性曲分别对应在输入输出特性曲线上确定静态工作点。线上确定静态工作点。I IB BU UBEBE一般为常数一般为常数Q QI IB BU UBEBEQ QU UCECEI IC CI IC CU UCECEI IB B二、图解法二、图解法BBECCBRUUIICUCEUCEIC满足什么关系？满足什么关系？1. 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线。2. UCE=UCCICRC 。直流通道直流通道RB+UCCRCBBECCBR

11、UUI CtanR1 ICQUCEQCCCRUUCCUCE /VIC/mA直流负直流负载线载线Q由由IB确定确定的那条输的那条输出特性与出特性与直流负载直流负载线的交点线的交点就是就是Q点点O常常数数 B)(CECIUfIUCE = UCC ICRC +UCCRBRCT+UBEUCEICIBQ2uoUCEQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOOQ1uiuotiB B/ AiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC C/mAuCE/VOOUCE上节复习上节复习如图所示的共射极放大电路中，设如图所示的共射极放大电路中，设 Ucc 6V，Rb270k

12、 ，RC 3 k ，三极管为硅管，其输出特性曲线，三极管为硅管，其输出特性曲线如下图所示。用图解法求该电路的静态工作点。如下图所示。用图解法求该电路的静态工作点。 放大电路的动态分析放大电路的动态分析对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+UCCRCC1C2T+-RLRBRCRLuiuo交流通路交流通路+-+-+-uouiUCC不作用不作用电容短路电容短路信号源单独作用信号源单独作用一、图解法一、图解法虚线右边虚线右边 线性方程线性方程U UCECE= = I IC CR RL L RL =RcRL交流负载线特点：交流负载线特点：斜率为斜率为- ，比直流负载线

13、陡峭，比直流负载线陡峭空载时（空载时（RL开路），交流负载线与直流开路），交流负载线与直流负载线重合。负载线重合。1RL三极管的工作状态沿交流负载线移动三极管的工作状态沿交流负载线移动负载线经过负载线经过Q点点UCE /VIC/mA虚线左边虚线左边 三极管输出特性曲线三极管输出特性曲线 在在 三极管输出特性曲线画出交三极管输出特性曲线画出交流负载线流负载线 交流负载线的作法交流负载线的作法ICUCEECCCREQIB交流负载线交流负载线1、先做直流负载线确定、先做直流负载线确定Q点点3、将直线平移到、将直线平移到Q点点2、做斜率为、做斜率为 辅助线，辅助线，LRiuLR 1QuCE/VttiB

14、/ AIBtiC C/mAICiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo40uA60uA20uAiouuuA QuCE/VttiB B/ AIBtiC C/mAICiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicibuiuouo 把非线性元件三极管所组成的放大电路等效为一把非线性元件三极管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的三极管线性化，等效为个线性电路。即把非线性的三极管线性化，等效为一个线性元件。一个线性元件。 三极管在小信号（微变量）情况下工作。因此，三极管在小信号（

15、微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。似代替。 利用放大电路的微变等效电路分析利用放大电路的微变等效电路分析计算计算放大电路放大电路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ro等。等。)mA()mV(26)1 ()(300EbeIrCEBBEbeUIUr CEbbeUiu OCEBCUII CEbcUii BCCEceIIUr BcceIiu OuCEiCibicicBCEib ib三极管三极管微变等效电路微变等效电路ube+ +- -uce+ +- -ube+ +- -uce+

16、 +- -rbeBEC 三极管的三极管的B、E之间之间可用可用rbe等效代替。等效代替。 三极管的三极管的C、E之间可用一之间可用一受控电流源受控电流源ic= ib等效代替。等效代替。ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiiRBRCuiuORL+ + +- - -RSeS+ +- -ibicBCEiiibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiiiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSbebirIU LcoRIU beLrRAu LCL/ R

17、RR io :UUAu 定义定义Lb RI rbebeCrRAu iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS LcoRIU LCL/RRR io :UUAu 定义定义Lb RI rbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiIbIcIoUbISEeIREEebebiRIrIU Ebbeb) 1 (RIrI EbeL) 1(RrRAu iii IUr 输入电阻输入电阻SESRiIiUirSESRiIiUiiIUri beB/rR 时时，当当beBrR bRiBIIU EebebiRIrIU Ebbeb)1 (RIrI Eb

18、eib)1 (RrUI EbeBi)1 (/RrRr beirr rbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiIbIcIoUbISEeIREiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSririBRIBRIoUoEoooIUr 输出电阻：输出电阻：oUSEiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSCoooRIUr 例例3：求求ro的步骤：的步骤：1) 断开负载断开负载RLoU3) 外加电压外加电压oI4) 求求or外加外加oICRcoIII bcII CoRCRUIIo0

19、0 cb II所所以以2) 令令 或或0i U0S ERCIRB+UCCC1C2RERLuiuoRB+UCCREIBIEUBEUCEUCC=IBRB+ UBE +IERE =IBRB+ UBE +(1+ ）IBRE =IB RB+ (1+ ）RE + UBE 直流通路直流通路EBCCEBBECCBRRURRUUI)1 ()1 (UCECCEEUI RIC= IB 或或 IC IEBEI )1 (I RB+UCCC1C2RERLuiuo交流通路交流通路RBRERLuiuoBCErbeiU iI bI cI oU bI BRRERLEB C微变等效电路微变等效电路动态分析：动态分析：LeoRIU

20、LELR/RR LbRI1 ）（oUrIUbebiLbbebRI )1 (rI LbbebLbRI)1(rIRI)1( LbeLRrR)1 (1）（1、电压放大倍数、电压放大倍数rbeiU iI bI cI oU bI BRRERLRLIevA=UoUi一般情况下berRL )1 (1Au又称为射级跟随器12、输入电阻、输入电阻rbeiU iI bI cI oU bI BRRERLIRBLebebiRIrIU LbbebRI )1 (rI Ib=Uirbe+(1+ )RLIi=IRB+Ib=UiRB+Uirbe+(1+ )RLri=UiIi=UiUiRB+Uirbe+(1+ )RL=RB/rbe+(1+ )RL3、输出电阻、输出电阻用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。rbeiU iI bI cI sU bI BRRERsro置置0保留保留RsrbeBRRE输出电阻输出电阻 U IbI bI eI ebbIIII EsbesbeRURrURrU BssR/RR IUroEsbeR1Rr11 1Rr/RsbeEro=RE/rbe1+ 当当RS=0时时（加压求流法）（加压求流法）当当RS不等于不等于0时时,R)1(rLbe 所以所以，1uA2. 输入输出同相，