电工学-第9章放大电路ppt课件

1、电子技术电子技术 下一章下一章 上一章上一章 前往主页前往主页 BECPNP型：型：NPN型：型：N P N基极基极 基区基区 集电极集电极 集电区集电区 集电结集电结 发射极发射极 发射区发射区 发射结发射结 N P N P N P基极基极 基区基区 集电极集电极 集电区集电区 集电结集电结 发射极发射极 发射区发射区 发射结发射结 P N P CBE构造表示图和图形符号构造表示图和图形符号条件条件: 发射结正偏发射结正偏, 集电结反偏。集电结反偏。 发射区发射载流子发射区发射载流子 构成电流构成电流IE 少部分在基区被复合少部分在基区被复合 构成构成IB 大部分被集电区搜集大部分被集电区搜

2、集 构成构成IC 1放大形状放大形状电流的构成电流的构成NPNB E CRCUCC UBB RB晶体管中载流子的运动过程晶体管中载流子的运动过程IEICIB 电流的关系电流的关系 IE= IB +IC 当当 IB = 0 时，时， 直流直流 (静态静态) 电流放大系数电流放大系数 交流交流 (动态动态) 电流放大系数电流放大系数 IC IBICICEO IB = IC IB= UCE =常数常数 IC IB IC = ICEONPNB E CRCUCC UBB RBIEICIB电路图电路图IB 微小的变化，会产生微小的变化，会产生 IC 很大的变化。很大的变化。IC =IB 。0UCEUCC

3、， UCE = UCCRC IC 。晶体管相当于通路。晶体管相当于通路。 特点特点特点：特点： IB,IC 根本不变。根本不变。 ICUCC / RC 。 UCE0 。 晶体管相当于短路。晶体管相当于短路。条件条件: 发射结正偏发射结正偏, 集电结正偏。集电结正偏。 IB,IC UCE = (UCCRC IC) ICM = UCC / RC 2. 饱和形状饱和形状电路图电路图NPNB E CRCUCC UBB RBIEICIBCERCUCC 饱和形状时的晶体管饱和形状时的晶体管特点：特点： IB= 0 IC= 0 UCE= UCC 晶体管相当于开路。晶体管相当于开路。3. 截止形状截止形状条件

4、条件: 发射结反偏发射结反偏, 集电结反偏。集电结反偏。电路图电路图CERCUCC 截止形状时的晶体管截止形状时的晶体管NPNB E CRCUCC UBB RBIEICIB晶体管处于放大形状。晶体管处于放大形状。 (2) 开关开关 S 合向合向 b 时时 例例9.1.1 图示电路，晶体管的图示电路，晶体管的 = 100，求开关，求开关 S 合向合向 a、b、c 时的时的 IB、IC 和和 UCE，并指出晶体管的任务，并指出晶体管的任务 形状忽略形状忽略 UBE 。解解 (1) 开关开关 S 合向合向 a 时时 UBB1 RB1 5 500103 IB = = A = 0.01 mAIC = I

5、B = 1000.01 mA = 1 mA UCE = UCCRCIC = (1551031103) V = 10 VUCC = 15 V UBB1 = 5 V UBB2 = 1.5 VRB1 = 500 k RB2 = 50 k RC = 5 kUBB1 S BCERCUCC RB1 UBB2 RB2 a b c UCE = 0 V 晶体管处于饱和形状。由于假设晶体管处于饱和形状。由于假设 IC = IB = 1000.1mA = 10 mA UCE = UCCRCIC = V =35 V UCE0，这是不能够的，即不能够处于放大形状。，这是不能够的，即不能够处于

6、放大形状。 (3) 开关开关 S 合向合向 c 时时 IB = 0，IC = 0，UCE = UCC = 15 V 晶体管处于截止形状。晶体管处于截止形状。 UCC RC = 3 mA UCC RC15 5103 IC = = A = 3 mA UBB1 S BCERCUCC RB1 UBB2 RB2 a b c UBB1 RB2 5 50103 IB = = A = 0.1 mA UCE1V25 UCE1V7580604020UBE / VIB/AO0.4 0.8 硅管：硅管：UBE 0.7 V 锗管：锗管：UBE 0.3 ViC uCE uBE iBBEC输入特性输入特性任务方式任务方式放

7、放 大大 区区IC/ mA43213 6 9UCE/VO IB = 0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 饱和区饱和区截止区截止区输出特性输出特性iC uCE uBE iBBEC任务方式任务方式 动态电流放大系数动态电流放大系数 2.穿透电流穿透电流 ICEO3.集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM4.集电极最大耗散功率集电极最大耗散功率 PCM PC = UCE IC5.反向击穿电压反向击穿电压 U(BR) CEO静态电流放大系数静态电流放大系数 四、主要参数四、主要参数1.电流放大系数电流放大系数43213 6 9 ICUCE O 放放 大大 区区截止区截止区饱饱

8、和和区区过过 损损 耗耗 区区 安安 全全 工工 作作 区区 U(BR)CEO ICM PCM功耗曲线功耗曲线9.2 放大电路的任务原理放大电路的任务原理BCERBRCUCCUBBUCCBCERBRC两个电源的放大电路两个电源的放大电路一个电源的放大电路一个电源的放大电路RBRC+ UCC uo ui C1C2RBRC- UCC uo ui C1C2NPN 管放大电路管放大电路PNP 管放大电路管放大电路放大电路的简化画法：放大电路的简化画法：iB uBE Oui t iC uCE 输出信号输出信号 uo= uce = RC ic RBRC+ UCC uo ui C1C2O t ui t uo

9、 O t UBEOIB tO t UCEO t ICO t uoO信号的放大过程信号的放大过程IC IBUBE QUCEUCCUCC RC 知知 IB , 可确定可确定 Q 点点, 可知可知 UBE 。 在输出特性曲线上在输出特性曲线上 知知 IB , 可确定可确定 Q 点，点， 可知可知 IC , UCE 。 UBE UBE IBOUCEICO输输入入特特性性输输出出特特性性QRBRC+ UCC uo ui C1C2直流通路的做法：直流通路的做法：(1) 信号源中的电动势短路；信号源中的电动势短路； (2) 电容开路。电容开路。IBRB + UBE = UCC IC =IBUCE = UCC

10、RCIC UCCUBE RBIB = IB RBRC+ UCCUBE直流通路直流通路放大电路放大电路RBRC+ UCC uo ui C1C2 解解 IC = IBUCE = UCCRC IC UCCUBE RBIB = 60.7 180= mA = 0.029 4 mA = 500.029 4 mA = 1.47 mA= (621.47 ) V =3.06 V 1. 当当 IB 太小，太小，Q 点很低，引起后半周截止失真。点很低，引起后半周截止失真。2. 当当 IB 太大，太大，Q 点很高，引起前半周饱和失真。点很高，引起前半周饱和失真。 截止失真和饱和失真统称为非线形失真。截止失真和饱和失真

11、统称为非线形失真。 UCEuCEO t IBiBO t ICiCO t UCEuCEO t ICiCO t IBiBO t uOO t uOO t 截截止止失失真真饱饱和和失失真真其分贝值其分贝值: | Au | (dB) = 20lg | Au | 定义：定义： Uo UiAu = Uo UiAu =Uo Ui 绝对值绝对值: | Au | = Uom Uim=当输入信号为正弦交流信号时当输入信号为正弦交流信号时, 在放大电路中在放大电路中: : 定义：定义： Ui Ii ri = Ui Ii ri =当输入信号为正弦交流信号时当输入信号为正弦交流信号时 ri RSri Ui = Us Us

12、 RSri Ii = Ui +_UsIiRS放放大大电电路路ri放大电路放大电路信号源信号源输入电阻输入电阻 ri 大大 Ui 大大 Uo 大；大； ri 大大 Ii 小小 可减轻信号源的负担；可减轻信号源的负担； ri RSri Ui = Us Us RSri Ii = ri 越大越好，越大越好， ri RS 。可见：可见： Ui +_UsIiRS放放大大电电路路ri输入电阻输入电阻UOC ISC ro = UOC ISC ro =当输入信号为正弦交流信号时：当输入信号为正弦交流信号时： 定义：定义： 其中其中: Ues= UOC = A0Ui : Ues= UOC = A0Ui RL RL

13、roUoL = UOC RL RLro| Au | = | A0 | Uo +_UesIoro RL放大电路放大电路负载负载 输出电阻输出电阻 假设假设 ro 小，带载才干强；反之带载才干差。小，带载才干强；反之带载才干差。 RL RLroUoL = UOC RL RLro| Au | = | A0| 可见：可见： ro 越小越好，越小越好，ro RL。 Uo +_UesIoro RL 幅频特性幅频特性: |Au| f 270o180o 90oO f 相频特性相频特性: f |Am| f O|Au|f1f2 通频带通频带0.707|Am|解解 (1) ri RSri Ui = Us 9103

14、(19)103 = 10 mV = 9 mV UOC = | A0 | Ui = 1009 10 -3 V = 0.9 V = 900 mV 例例 9.4.1 某放大电路的空载电压放大倍数某放大电路的空载电压放大倍数 | A0 | = 100，输入电阻，输入电阻 ri = 9 k ，输出电阻，输出电阻 ro = 1 k，试，试问问: (1) 输入端接到输入端接到 Us = 10 mV，RS = 1 k 的信号源的信号源上，开路电压上，开路电压 UOC 应等于多少？应等于多少？(2) 输出端再接上输出端再接上 RL= 9 k 的负载电阻时，负载上的电压的负载电阻时，负载上的电压 UoL 应等于多

15、应等于多少？这时电压放大倍数少？这时电压放大倍数 | Au | 是多少？是多少？ RL RLro | Au | = | A0 | (2) = 810 mV = 0.81 V RL RLroUoL = UOC 9103 (19)103 = 900 10 -3 V 9103 (19)103 = 100= 90 Uo Ui或或 | Au | = 810 9= 90 输入端电压和电流的关系输入端电压和电流的关系 UBE IB 为一个常数。为一个常数。 IB IB UBE 称为晶体管的输入电阻。称为晶体管的输入电阻。rbe =iBuBEOQiC uCE uBE iBBEC电路图电路图输入特性输入特性 晶

16、体管从输入端看，可以用一个等效的动态电晶体管从输入端看，可以用一个等效的动态电 阻阻 rbe替代。替代。 rbe 可以估算：可以估算：rbe = 200 + 26 ICiC uCE uBE iBBEC be BErbe Ib 电路图电路图输入端口等效电路输入端口等效电路 ce CIcE Ib 在放大区在放大区: IC=IB 从输出端看，可以用一个从输出端看，可以用一个 受控电流源替代。受控电流源替代。iC uCE uBE iBBEC be BErbe Ib ce CIc Ib晶体管的小信号模型晶体管的小信号模型共射接法共射接法共集接法共集接法共基接法共基接法CE IbIcBIbrbeCE Ib

17、IcBIbrbe电路图电路图IiIbIcIoRBRC Uo Ui RBRC+ UCC uo ui C1C2+_UsRsRL 作法作法: C 短路，短路，UCC 短路。短路。 IbIc IiUo Ui BrbeCRBRCEIo Ib放大电路放大电路交流通路交流通路微变等效电路微变等效电路B ECAu = Uo Ui其中：其中：RL= RCRL Ic (RC RL)Ib rbe = RL rbe = = ri Ui Ii = = Ii (RBrbe ) Ii = = RB rbe = RB rbe rbe UOC ISC ro =Ic RC Ic = = RC = RC +_UsRsRL IbIc

18、 IiUo Ui BrbeCRBRCEIo Ib微变等效电路微变等效电路 例例9.4.2 求求例例9.3.1放大电路的空载电压放大倍放大电路的空载电压放大倍数、输入电阻数、输入电阻 和输出电阻和输出电阻 。(1) 空载电压放大倍数空载电压放大倍数解解26 ICrbe = 200 + = (200 + 50 ) 261.47= 1 084 Ao =RC rbe= 502 1.084=92.25 ri = RB rbe(2) 输入电阻输入电阻 = k 1801.0841801.084= 1.078 k (3) 输出电阻输出电阻 ro = RC = 2 k RBRC+ UCC uo ui C1C29

19、.5 双极型晶体管根本放大电路双极型晶体管根本放大电路RB2 RB1RB2 UB = UCC 选择参数时，普通取选择参数时，普通取 I2(5 I2(510) IB10) IB。 RB1RC+ UCC uo ui C1C2RB2RECE共射放大电路共射放大电路(2) 添加发射极电阻添加发射极电阻 RE， 可以稳定可以稳定 IC。 只需满足只需满足 UB UBE UBREUEREIE = IC = 1 IE 选择参数时选择参数时, ,普通取普通取 UB(510)UBE UB(510)UBE。 T ICEO IE URE IC IC UBE (3) 添加添加 CE , 防止防止 Au下降。下降。 R

20、B1RC+ UCC uo ui C1C2RB2RECE共射放大电路共射放大电路RB1RC+ UCC uo ui C1C2RB2RECE画直流通路画直流通路 RB1RC+ UCCRB2RE UBUBE REIE = IB = 1 1 IE IC = IB UCE = UCCRC ICRE IE UCC(RCRE) IC RB2 RB1RB2 UB = UCC 共射放大电路的直流通路共射放大电路的直流通路共射放大电路共射放大电路RB1RC+ UCC uo ui C1C2RB2RECE+_USRSRL IiIbIcIoRB2RC Uo Ui IeRB1BEC Ib IiIcIoBrbeC IbRB1

21、RCEUo Ui RB2共射放大电路的交流通路共射放大电路的交流通路 共射放大电路共射放大电路共射放大电路的微变等效电路共射放大电路的微变等效电路 Au = Uo Ui其中：其中：RL= RCRL Ic (RCRL)Ib rbe = RL rbe= = ri Ui Ii = =Ii (RB1RB2rbe ) Ii = = RB1RB2rbe = RB1RB2rbe rbe UOC ISC ro = =IcRC Ic = = RC = RC +_USRSRL Ib IiIcIoBrbeC IbRB1RCEUo Ui RB2共射放大电路的微变等效电路共射放大电路的微变等效电路 RB+ UCC uO

22、 ui C1C2RERB+ UCCRERBIBUBERE (1) IB = UCCIC = IB UCE = UCCREIE =UCCRE (1 ) IB UCCUBERB + (1 ) RE IB = 共集放大电路共集放大电路共集放大电路的直流通路共集放大电路的直流通路 uo RB+ UCC ui C1C2RERE Uo Ui RB BEC+_USRS Ib Io Ii Ib Ui BrbeE RE Uo RB C RL 共集放大电路的交流通路共集放大电路的交流通路 共集放大电路共集放大电路共集放大电路的微变等效电路共集放大电路的微变等效电路 Au = Uo Ui其中：其中：RL= RERL

23、 ri Ui Ii = UOC ISC ro = (1 ) RL rbe( 1 ) RL = 1 RBrbe(1 ) RL = (RS RB)rbe 1 = RE +_USRS Ib Io Ii Ib Ui BrbeE RE Uo RB C RL 共集放大电路的微变等效电路共集放大电路的微变等效电路 RB1RC+ UCC uo ui CBC2RB2REC1 IC =IB UCE = UCCRC ICRE IE UCC(RCRE) IC RB2 RB1RB2 UB = UCC RB1RC+ UCCRB2REIB = 1 1 IE 共基放大电路共基放大电路共基放大电路的直流通路共基放大电路的直流通

24、路 IiRERC Uo Ui IoBEC+_USRSRB1RC+ UCC uo ui CBC2RB2REC1RL IbIiRERC Uo Ui IoBECrbe Ib共基放大电路的交流通路共基放大电路的交流通路 共基放大电路共基放大电路共基放大电路的微变等效电路共基放大电路的微变等效电路 Au = Uo Ui RL rbe = ro UOC ISC = RC ri Ui Ii =rbe 1 = RE 其中：其中：RL= RCRL +_USRSRL IbIiRERC Uo Ui IoBECrbe Ib共基放大电路的微变等效电路共基放大电路的微变等效电路 9.6 场效应型晶体管场效应型晶体管SiO

25、2NMOS 管管PMOS 管管源极源极 漏极漏极S D 铝片铝片栅极栅极 GBP 型硅衬底 N+N+BN 型硅衬底 P+P+源极源极 栅极栅极 漏极漏极S G D P 型硅衬底 N+N+BSGD按导电沟道的不同分为：按导电沟道的不同分为： N型沟道型沟道MOS管管NMOS管管 P型沟道型沟道MOS管管PMOS管管N 型硅衬底 P+P+BSGDNMOS 管管PMOS 管管导电沟道导电沟道 + + + +按导电沟道构成的不同分为：按导电沟道构成的不同分为： 加强型加强型简称简称E型型 耗尽型耗尽型简称简称D型型场效应管的图形符号场效应管的图形符号:G E型型 NMOS SDBG E型型 PMOS

26、SDB D型型 NMOS SDGB D型型 PMOS SDGB构成反型层导电沟道的条件是：构成反型层导电沟道的条件是： E型型NMOS管管 UGS UGS(th) 0 E型型PMOS管管 UGS UGS(th) UGS(0ff) 0 D型型PMOS管管 UGS 0 总之总之, 改动改动UGS , 可以改动导通沟道的厚度可以改动导通沟道的厚度和外形和外形, 从而实现控制从而实现控制 ID 。耗尽型耗尽型NMOS 管管 UGSIDUGS(off)O加强型加强型NMOS 管管 UGSIDUGS(th)O转移特性转移特性漏极特性漏极特性UDSIDUGS = + UGS = + UGS = + OUDS

27、IDUGS = 0 UGS = + UGS = - O耗尽型耗尽型PMOS 管管 加强型加强型PMOS 管管 转移特性转移特性漏极特性漏极特性UGS(th)OIDUGSUGS(off)OIDUGSIDOUDSUGS = - UGS = -UGS = - OUDSUGS = + UGS = 0UGS = - ID9.7 场效应型晶体管根本放大电路场效应型晶体管根本放大电路DRG1RD+ UDD uo ui C1C2RG2RSRGGSRG2 RG1RG2 UG= UDD 当当UGS UGS(th)时时, 才干建立起反型层导电沟道。才干建立起反型层导电沟道。 ID = IS UGS = UGRSIS

28、 UD= UDDRDID分压偏置共源放大电路分压偏置共源放大电路uo=idRD uG= UG ui uD= UDDiDRD uGS= UGS ugs iD= IDid uGS uG Oui t iD uD t uo O t UGOUGS tO t UDO t IDO电压电流波形电压电流波形 只需只需 UGS UGS(off), 导电沟道就不会消逝。导电沟道就不会消逝。 IG = 01. 静态时静态时 uGS =RS IS2. 动态时动态时 与加强型一样。与加强型一样。 RD+ UDD uO ui C1C2RGRSGDS自给偏置共源放大电路自给偏置共源放大电路 级间耦合方式级间耦合方式 阻容耦合

29、、直接耦合、变压器耦合。阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。 前、后两级静态任务点彼此独立，互不影响。前、后两级静态任务点彼此独立，互不影响。 RB1RC ui C1C2RB2RE1CERB3+ UCC uO C3RE2阻容耦合阻容耦合US+_RSRL UO Io IbIoIc IbUi rbe IbRE2RB Ii Ib IirbeRB1RCRB2RB1RC ui C1C2RB2RE1CERB3+ UCC uO C3RE2微变等效电路微变等效电路阻容耦合阻容耦合 Au = Au1Au2 其中：其中：RL1 = ri2, ri = ri1 ro = ro2 RL1= RC1ri2 。US+_RSR

30、L UO Io IbIoIc IbUi rbe IbRE2RB Ii Ib IirbeRB1RCRB2 阻容耦合放大电路，只能放大交流信号，阻容耦合放大电路，只能放大交流信号， 无法传送直流信号。无法传送直流信号。微变等效电路微变等效电路RB1RC ui C1RB2RE1RB3+ UCC uo RE2直接耦合直接耦合 例例 9.6.1 如下图放大电路如下图放大电路, 知知 RB1 = 33 k， RB2 = RB3 = 10 k, RC = 2 k, RE1 = RE2 = 1.5 k, 两晶两晶体体管的管的 1 = 2 = 60, rbe1 = rbe2 = 0.6 k。求总电压放。求总电压

31、放大倍数。大倍数。RL1 = ri2 解解第一级为共射放大电路第一级为共射放大电路, 它的负载电阻即第它的负载电阻即第二级的输入电阻。二级的输入电阻。= RB3rbe2(12)RE2 RB1RC ui C1C2RB2RE1CERB3+ UCC uO C3RE2= k100.6(160)1.5100.6(160)1.5= 8.46 k = k21038.4610321038.46103= 1.62 k Au1 = 1RL1 rbe1.620.6= =6060 = =162 162 第二级为共集放大电路第二级为共集放大电路, 可取可取 Au = 1， Au = Au1Au2 =1621 = =16

32、2 162 RL1 = RCRL1 RL1 = RB3rbe2(12)RE2 解解 IC1IC2 UC1 = UC2 Uo = UC1UC2 = 0 1. 静态时静态时 ui1 = ui2 = 0 RC+UCC uo ui1 RERC ui2 UEE UEE T1T2根本差分放大电路根本差分放大电路 RE抑制零点漂移的过程抑制零点漂移的过程T i RE uRE iB1 iB2 iC1 iC2uBE uBERC+UCC uo ui1 RERC ui2 UEE UEE T1T2根本差分放大电路根本差分放大电路 uc1= uc2 uo= uc1 uc2 = 2uc1对差模信号有放大作用对差模信号有放大作用, 即即Ad0。 Ad Ac KCMR = 共模抑制比：共模抑制比： RC+UCC uo ui1 R