第5,6章 分立元件基本电路

1、1Corresponding : Tel:mail: 下次课前选出课代表并发短信到我手机下次课前选出课代表并发短信到我手机, 短信内短信内容容: 班级班级, 姓名姓名2u课程简况课程简况: 课程地位课程地位, 研究内容研究内容, 教学要求教学要求u课程特点课程特点: 理论严谨理论严谨, 内容丰富内容丰富, 系统性强系统性强u课程安排课程安排: 考试课考试课, 总学时总学时 56学时学时(包括包括6个实验个实验12学时学时) 3任务内容任务内容 了解半导体的导电机理和了解半导体的导电机理和 PN 结的形成过程结的形成过程; 掌握掌握 PN 结的单向导电特性结的单向导电特

2、性; 理解二极管的伏安特性理解二极管的伏安特性; 掌握二极管主要参数掌握二极管主要参数, 测试方法和选用测试方法和选用能力目标能力目标 半导体的基础知识半导体的基础知识; 半导体二极管的结构半导体二极管的结构, 伏安特性伏安特性, 主要参数主要参数, 使用常识及检测使用常识及检测任务任务 半导体二极管的认识与检测半导体二极管的认识与检测4 在热力学温度零度和在热力学温度零度和没有外界激发时没有外界激发时, 本征半本征半导体不导电导体不导电. 把纯净的没有结构缺把纯净的没有结构缺陷的半导体单晶称为陷的半导体单晶称为本征本征半 导 体半 导 体 ( i n t r i n s i c semico

3、nductor). 它是共价它是共价键结构键结构. 晶体晶体(本征半导体本征半导体)的共价键结构的共价键结构SiSiSiSiSiSiSiSiSi共价键共价键价电子价电子5自由电子在常温下自由电子和空穴的形成在常温下自由电子和空穴的形成SiSiSiSiSiSiSiSiSi本征半导体中的自由电子本征半导体中的自由电子(free electron)和空穴和空穴(hole)空穴 空穴导电的实质是空穴导电的实质是共价键中的束缚电子依共价键中的束缚电子依次填补空穴形成电流次填补空穴形成电流. 故 半 导 体 中 有故 半 导 体 中 有 电 子电 子(electron)和和空穴空穴(hole)两种两种载流

4、子载流子(carriers). 在外电场作用下在外电场作用下, 电子和空穴均能参与导电子和空穴均能参与导电电. 两种载流子两种载流子6 P型半导体型半导体(P-type semiconductor)和和N型半导体型半导体(N-type semiconductor)(doped semiconductor)在在硅或锗的晶体中掺入少量硅或锗的晶体中掺入少量的五价元素的五价元素, 如磷如磷(P), 则则形成形成N型半导体型半导体.SiSiSiSiPSiSiSiSi自由电子SiSiSiSiBSiSiSiSi空穴在硅或锗的晶体中掺入少在硅或锗的晶体中掺入少量的三价元素量的三价元素, 如硼如硼(B), 则

5、形成则形成P型半导体型半导体.7在在N型半导中型半导中, 电子是多数载流子电子是多数载流子, 空穴是少数载流子空穴是少数载流子. N 型半导体结构示意图型半导体结构示意图 正离子正离子 多数载流子多数载流子 少数载流子少数载流子 P 型半导体结构示意图型半导体结构示意图 负离子负离子 多数载流子多数载流子 少数载流子少数载流子在在P型半导中型半导中, 空穴是多数载流子空穴是多数载流子, 电子是少数载流子电子是少数载流子.半导体结构半导体结构8 用专门制造工艺在同一块半导体单晶上用专门制造工艺在同一块半导体单晶上, 形成形成 P型型半导体区域半导体区域 和和 N型型 半导体区域半导体区域, 在这

6、两个区域的交界在这两个区域的交界处就形成了一个处就形成了一个 PN 结结.多数载流子的扩散运动多数载流子的扩散运动 电子电子 空穴空穴 N区区P区区9 在一定的条件下在一定的条件下, 多子扩散多子扩散(diffusion)与少子漂移与少子漂移(drift)达到动态平衡达到动态平衡, 空间电荷区的宽度基本上稳定下来空间电荷区的宽度基本上稳定下来. 扩散和漂移运动平衡后形成的空间电荷区扩散和漂移运动平衡后形成的空间电荷区(PN结结)N区区P区区空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向空穴扩散运动方向空穴扩散运动方向10PN 结的单向导电性结的单向导电性外加正向电压外加正向电压变窄变窄空穴空穴电子电

7、子PN内电场内电场外电场外电场IFRUmA+-PN结加正向电压结加正向电压11外加反向电压外加反向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走多数载流子的扩散运动难于进行多数载流子的扩散运动难于进行电子电子变宽变宽PN内电场内电场外电场外电场IRRUmA+-PN结加反向电压结加反向电压空穴空穴12PN结加正向电压结加正向电压: PN结所处的状态称为正向导通结所处的状态称为正向导通, PN结正向电流大结正向电流大, PN结电阻小结电阻小.PN结的单向导电性结的单向导电性: PN结加反向电压结加反向电压: PN结所处的状态称为反向截止结所处的状态称为

8、反向截止, PN结反向电流小结反向电流小, PN结电阻大结电阻大.相当于开关断开相当于开关断开相当于开关闭合相当于开关闭合13 正极引线正极引线触丝触丝N型锗型锗支架支架外壳外壳负极引线负极引线点接触型二极管点接触型二极管 正极引线正极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型区型区负极引线负极引线 面接触型二极管面接触型二极管N型硅型硅PN结结PN结结二极管的符号二极管的符号正极正极(anode)负极负极(cathode) PN结面积大结面积大, 用于工频大电用于工频大电流整流电路流整流电路. PN结面积小结面积小, 结电容小结电容小, 用用于检波和变频等高频电路于检波和变频等高频电路.1415L

9、ight-emitting diode, LEDPhotodiode16引线引线LEAD WIRE晶片晶片DICE玻壳玻壳GLASS SLEEVE二极管实物模型二极管实物模0.1 0.20 0.40.850100I/mAU/V反向击反向击穿特性穿特性硅管硅管(silicon diode)的伏的伏安特性安特性volt-ampere characteristic)U = f (I)I/mAU/V0.40.8 40 802460.10.2锗管锗管 (germanium diode)的的伏安特性伏安特性正向特性正向特性反向特性反向特性0死区电压死区电压反向特性反向特性正向特性

10、正向特性死区电压死区电压18U/V600400200 0.1 0.200.4 0.850100I/mA反向击反向击穿特性穿特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性正向特性正向特性: 二极管加正二极管加正 向电压向电压反向特性反向特性: 二极管加反二极管加反 向电压向电压理想二极管理想二极管锗管正向压降锗管正向压降 0.20.3 V硅管正向压降硅管正向压降 0.50.7 V+19最大整流电流最大整流电流 IOM反向工作峰值电压反向工作峰值电压 URM反向峰值电流反向峰值电流 IRM例例1 下图中下图中, 已知已知VA=3V, VB=0V. DA , DB为锗管为锗管, 求输出求输出端端 Y 的电位并说明

11、二极管的作用的电位并说明二极管的作用. 解解: DA优先导通优先导通, 则则VY=30.3=2.7VDA导通后导通后, DB因反偏而截止因反偏而截止, 起隔离作用起隔离作用, DA起钳位作用起钳位作用, 将将 Y 端的电位钳制在端的电位钳制在+2.7V. DA 12VYABDBR 二极管的应用范围很广二极管的应用范围很广, 它可用于整流、检波、限它可用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件. + 0.3V20DE3VRuiuouRuD例例2 下图是二极管限幅电路下图是二极管限幅电路, D为理想二极管为理想二极管, ui = 6sin t

12、 V, E= 3V, 试画出试画出 uo波形波形 . t t ui/V uo/V63300 2 2 621 t 630 2 例例3 双向限幅电路双向限幅电路 t 033DE3VRDE3VuiuouRuDui/Vuo/V322IFUF0正向特性正向特性反向击穿区反向击穿区UZIZminIZmax伏安特性伏安特性 稳压管稳压管(Zener diode)是是一种特殊的面接触型半导体一种特殊的面接触型半导体二极管二极管. 工作在反向击穿区工作在反向击穿区DZ负极负极23IZmin工作在反向击穿区工作在反向击穿区: 负载电流变化时负载电流变化时, 负载电压几乎不变负载电压几乎不变.0稳压管的主要参数稳压

13、管的主要参数 稳定电压稳定电压UZ 最小稳定电流最小稳定电流 IZmin 最大稳定电流最大稳定电流 IZmax IZ UZ 动态电阻动态电阻(dynamic resistance) rZrZ = IZ UZ 电压温度系数电压温度系数 VZT 最大允许耗散功率最大允许耗散功率PMIFUFIZmaxUZ240Imin例题例题: 已知已知ui = 10 sin t V, UZ= 5.5V(稳压值稳压值), 正向压正向压降为降为0 .7V, 试画出试画出 uo波形波形.DZUZRuiuouR t t ui/Vuo /V105.55.500 2 2 0.7解解: IUUZIZmax-0.725将交流电变

14、换成单向脉动的直流电的过程叫做整流将交流电变换成单向脉动的直流电的过程叫做整流. .单相半波整流单相半波整流(half-wave rectifier)电路电路T+- -u2+- -u1VDiVDRL+- -uLiL单相半波整流电路图单相半波整流电路图26 VD: 整流二极管整流二极管, 把把交流电变成脉动直流电交流电变成脉动直流电. Tr: 电源变压器电源变压器, 把把u1变成整流电路所需的电压变成整流电路所需的电压值值u2. t u2 t uL t iLULmaxILmax000U222U2 2 3 (b)波形波形Tr+- -u2+- -u1VDiVDRL+- -uLiL(a)单相半波整流电

15、路图单相半波整流电路图27b工作原理工作原理 由波形可见由波形可见, u2一周期内一周期内, 负载只用单方向的半个负载只用单方向的半个波形波形, 这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电直流电. 上述过程说明上述过程说明, 利用二极管单向导电性可把交流利用二极管单向导电性可把交流电电u2变成脉动直流电变成脉动直流电uL. 由于电路仅利用由于电路仅利用u2的半个波形的半个波形, 故称为半波整流电路故称为半波整流电路. u2负半周时负半周时, A点电位低于点电位低于B点电位点电位, 二极管二极管VD反偏反偏截止截止, 则则uL0. u2正半周时正半

16、周时, A点电位高于点电位高于B点电位点电位, 二极管二极管VD正正偏导通偏导通, 则则uLu2; 设设u2为正弦波为正弦波, 波形如图波形如图(b)所示所示.28c.负载和整流二极管上的电压和电流负载和整流二极管上的电压和电流二极管反向峰值电压二极管反向峰值电压URM RM2221.41UUU负载电压负载电压UL UL = 0.45 U2L2LLL0.45UUIRR负载电流负载电流IL二极管正向电流二极管正向电流IV 2VLL0.45UIIR29单相全波整流单相全波整流(full-wave rectifier)电路电路a. 电路图电路图Tr单相桥式整流电路图单相桥式整流电路图+- -u2+-

17、 -u1VD1+- -uLiLVD2VD3VD4RL30 u2正半周时正半周时, 如图如图(a)所示所示, A点电位高于点电位高于B点电位点电位, 则则VD1&VD3导通导通(VD2&VD4截止截止), i1自上而下流过负载自上而下流过负载RL; u2负半周时负半周时, 如图如图(b)所示所示, A点电位低于点电位低于B点电位点电位, 则则VD2&VD4导通导通(VD1&VD3截止截止), i2自上而下流过负载自上而下流过负载RL.b. 工作原理工作原理Tr+- -u2+- -u1VD1i1u2为正半周时的电流方向为正半周时的电流方向VD2VD3VD4RLTr+- -u2+- -u1VD1u2

18、为负半周时的电流方向为负半周时的电流方向VD2VD3VD4RL31 由波形图可见由波形图可见, u2一周期内一周期内, 两组整流二两组整流二极管轮流导通产生的单极管轮流导通产生的单方向电流方向电流i1和和i2叠加形成叠加形成了了iL. 于是负载得到全波于是负载得到全波脉动直流电压脉动直流电压uL. t u2 t uL t iLULmaxILmax000U222U2 2 3 桥式整流电路工作波形图桥式整流电路工作波形图32优点优点: 输出电压高输出电压高, 纹波小纹波小, 较低较低, 应用广泛应用广泛.RMUc.负载和整流二极管上的电压和电流负载和整流二极管上的电压和电流L20.9UU负载电压负

19、载电压UL L2LLL0.9UUIRR负载电流负载电流IL LV21II二极管的平均电流二极管的平均电流 IV 二极管承受反向峰值电压二极管承受反向峰值电压RM22UURMU33 例例 有一直流负载有一直流负载, 需要直流电压需要直流电压UL=60V, 直流电流直流电流IL=4A. 若采用桥式整流电路若采用桥式整流电路, 求电源变压器次级电压求电源变压器次级电压U2 , 并选择整流二极管并选择整流二极管. L20.9UUL260V66.7V0.90.9UU RM221.41 66.794VUU 查晶体管手册查晶体管手册, 可选用整流电流为可选用整流电流为3安培安培, 额定反向额定反向工作电压为

20、工作电压为100伏的整流二极管伏的整流二极管 2CZ12A (3A/100V) 四只四只. A2A42121LVII二极管承受的反向峰值电压二极管承受的反向峰值电压流过二极管的平均电流流过二极管的平均电流因为因为 所以所以解解34任务内容任务内容 了解半导体三极管的结构了解半导体三极管的结构, 电流放大作用电流放大作用; 掌握三极管的伏安特性掌握三极管的伏安特性, 主要参数主要参数, 测试方法和选测试方法和选用用能力目标能力目标 半导体三极管的结构半导体三极管的结构, 伏安特性伏安特性, 主要参数主要参数, 温度温度对三极管特性参数的影响对三极管特性参数的影响, 三极管的使用常识及检三极管的使

21、用常识及检测测任务任务 半导体三极管的认识与检测半导体三极管的认识与检测35环氧树脂注脂注塑外壳环氧树脂注脂注塑外壳EPOXY MOLDING CAP晶片晶片DICE引线引线LEAD FRAME焊线焊线(金金)GOLD WIRE三极管实物图三极管实物图36二氧化硅保护膜二氧化硅保护膜N型硅型硅BECN+P型硅型硅N型锗型锗ECB铟球铟球铟球铟球PP+发射极发射极 Emitter, 集电极集电极 Collector, 基极基极 Base37ECB发射结发射结集电区集电区基区基区发射区发射区集电结集电结NPNBCE发射区发射区发射结发射结PNP集电区集电区基区基区集电结集电结BCEECB发射极发射

22、极 Emitter, 集电极集电极 Collector, 基极基极 Base38 UCEUCCRCICCEBUBE共发射极共发射极(common emitter amplifier)放大电路放大电路 三极管具有电流控制三极管具有电流控制作用的外部条件作用的外部条件: 发射结正向偏置发射结正向偏置(forward bias); 集电结反向偏置集电结反向偏置(backward bias) UBRBIB39UCE 由于基区很薄由于基区很薄, 掺杂浓度又很小掺杂浓度又很小, 电子在基区扩散电子在基区扩散的数量远远大于复合的数量的数量远远大于复合的数量. 所以所以: IC IB同样有同样有: IC IB

23、所以三极管具有电流控制作用所以三极管具有电流控制作用, 也称之为电流放大作用也称之为电流放大作用.电流关系电流关系: IE=IB+ICUCCRCICCEBUBEUBRBIBIEIC= IB直流电流放大系数直流电流放大系数(DC current amplification) = IC IB40UCE 对于对于PNP型三极管型三极管应满足应满足: UCCRCICCEBUBE共发射极接法放大电路共发射极接法放大电路三极管的电流控制作用三极管的电流控制作用 三极管具有电流控三极管具有电流控制作用的外部条件制作用的外部条件 : 发射结正向偏置发射结正向偏置, 集电结反向偏置集电结反向偏置.UBRBIBI

24、E即即 VC VB 0UBE VB VE且且 IC= IB对于对于PNP型三极管应满足型三极管应满足: VC VB VE且且 IC= IB放大状态放大状态三极管在三个区的工作状态三极管在三个区的工作状态共发射极接法放大电路共发射极接法放大电路UCEUCCRCICCEBUBEUBRBIBIE44饱和状态饱和状态集电结集电结, 发射结均反向偏置发射结均反向偏置. 即即UBE = 0 (2)IB增加时增加时, IC基本不变基本不变, 且且 IC UCC / RC UCE 0晶体管晶体管C, E之间相当于短路之间相当于短路截止状态截止状态即即UCE 0, UBC0, UCE0. 则此管工作区为则此管工

25、作区为(1) 饱和区饱和区(2) 截止区截止区(3) 放大区放大区6. 一个一个NPN管在电路中正常工作管在电路中正常工作, 现测得现测得UBE0, UBC0. 则此管工作区为则此管工作区为(1) 饱和区饱和区(2) 截止区截止区(3) 放大区放大区497. 一个一个NPN管在电路中正常工作管在电路中正常工作, 现测得现测得UBE0, UBC0. 则此管工作区为则此管工作区为(1) 饱和区饱和区(2) 截止区截止区(3) 放大区放大区8. 稳压管工作在稳压管工作在-状态状态.(1) 正向导通正向导通(2) 反向截止反向截止(3) 反向击穿反向击穿9. 稳压管稳压电路如图所示稳压管稳压电路如图所

26、示, 其中其中UZ1=7V, UZ2=3V , 它它们的正向导通压降为们的正向导通压降为0.7V. 其输出电压为其输出电压为DZ1UZ1RuiuoUZ2DZ2(1) 0.7V(2) 1.7V(3) 3V(4) 7.7V501. 在图所示电路中在图所示电路中, E=5V, ui=10sin t V, D为理想二极为理想二极管管, 试画出输出试画出输出uO的波形的波形.DERuiuo t t ui / Vuo/V105500 2 2 10二、计算下列各题二、计算下列各题512. 两个稳压管的稳压值分别为两个稳压管的稳压值分别为5.5V和和8.5V, 正向压降均正向压降均为为0.5V. 若得到若得到

27、6V电压电压, 试画出稳压电路试画出稳压电路.DZ15.5VRuiuoDZ2解解: 0.5V3. 两个稳压管的稳压值分别为两个稳压管的稳压值分别为5.5V和和8.5V, 正向压降均正向压降均为为0.5V. 若得到若得到14V电压电压, 试画出稳压电路试画出稳压电路.DZ18.5VRuiuoDZ2解解: 5.5V52任务内容任务内容 掌握单管放大电路的组成掌握单管放大电路的组成; 理解其工作原理理解其工作原理; 掌握单管共射放大电路的静态工作点的设置与稳定掌握单管共射放大电路的静态工作点的设置与稳定, 放大电路的微变等效电路分析方法放大电路的微变等效电路分析方法; 掌握单管共射放大电路的安装与测

28、试掌握单管共射放大电路的安装与测试能力目标能力目标 单管放大电路的组成单管放大电路的组成, 静态和动态分析静态和动态分析; 单管放大电路的制作单管放大电路的制作任务任务7.1.1 单管放大电路的分析与实践单管放大电路的分析与实践53放大电路的目的是将微弱的放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的变化信号不失真的放大放大成较大的信号成较大的信号. 这里所讲的主要是电压放大电路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电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示表示, 如图如图: uiuoAu54基本放大电路的组成基本放大电路的组成三种三极管放大电路三种三极管

29、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共射极放大电路共射极放大电路, 省去一个直流电源省去一个直流电源共发射极放大电路共发射极放大电路RB RC T+UCC简单画法简单画法CEBEBUCCRCRBT55+UCCRBRCC1C2Truo耦合电容耦合电容C (coupled capacitor)偏置电阻偏置电阻RB集电极负载电阻集电极负载电阻RC 基本交流放大电路的组成基本交流放大电路的组成直流电源直流电源UCCui56uiuoRB+UCCUBRCC1C2Tr 放大元件放大元件Tr, iC= iB, 工作在放大区工作在放大区, 要保证集电结要保证集电结反偏反偏,

30、发射结正偏发射结正偏. RB, UB基极电阻与基极基极电阻与基极电源电源, 使发射结正偏使发射结正偏, 并提并提供适当的静态工作点供适当的静态工作点. UCC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. RC集电极集电极负载负载电阻电阻, 将将变化的电流转变为变化的电变化的电流转变为变化的电压压. 耦合电容耦合电容C1, C2为电解为电解电 容电 容 , 有 极 性有 极 性 . 大 小大 小10 F50 F. 隔离输入输出隔离输入输出与电路直流的联系与电路直流的联系, 同时能使信号顺利输入输出同时能使信号顺利输入输出.RB57符号规定符号规定UA

31、大写字母大写字母, 大写下标大写下标, 表示直流量表示直流量.uA小写字母小写字母, 大写下标大写下标, 表示交直流量表示交直流量.ua小写字母小写字母, 小写下标小写下标, 表示交流分量表示交流分量.uauAt放大电路的分析方法放大电路的分析方法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58放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号加了小的交流信号.电容对交直流的作用不同电容对交直流的作用不同. 如果电容容量足够大如果电容容量足够大, 可以认为它对交流不起作用可以认为它对交流不

32、起作用, 即对交流短路即对交流短路. 而对直流而对直流可以看成开路可以看成开路, 这样这样, 交直流所走的通道是不同的交直流所走的通道是不同的. 直流通路直流通路(direct current path): 只考虑直流信号的只考虑直流信号的分电路分电路. 交流通路交流通路(alternating current path): 只考虑交流信只考虑交流信号的分电路号的分电路. 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.59对直流信号对直流信号(只有只有+UCC)RB+UCCRCC1C2T直流通道直流通道(direct current path)RB+UCCRC6

33、0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+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路(alternating current path)RL61放大电路的静态分析放大电路的静态分析 静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静态值定静态值(直流值直流值)UBE, IB, IC 和和UCE. 可用放大电路的直可用放大电路的直流通路来分析流通路来分析. 放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态.ui =0C1TRLuoRCRB+UCCC262ui=0时时IBQIC

34、QIEQ=IBQ+ICQ静态工作点静态工作点(quiescent point , Q-point)RB+UCCRCC1C2T63(IBQ, UBEQ) 和和( ICQ, UCEQ )分别对应于输入输出特性曲线分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点上的一个点称为静态工作点.IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQIBQ64放大电路分析方法放大电路分析方法-估算法估算法(1)根据直流通道估算根据直流通道估算 IBIBUBECCBEBBUUIRCCB0.7URCCBURRB称为称为偏置电阻偏置电阻, IB称为称为偏偏置电流置电流.+UCC直流通路直流通路RBRC(2)根据直流

35、通道估算根据直流通道估算 IC , UCE.CBCEOIIIBICECCCCUUI R65IC直流负载线直流负载线UCEICUCEUCCCCCURDC pathRB+UCCRC放大电路分析方法放大电路分析方法-图解法图解法1. 画出画出三极管的三极管的输出特性输出特性2. 根据根据UCE=UCCICRC作直流负载线作直流负载线3. 先估算先估算IB , 然后在输出特性曲线上作出直流负载线然后在输出特性曲线上作出直流负载线, 与与 IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点点.CCBEBBUUIRIBQQICQUCEQ66例例: 用估算法计算静态工

36、作点用估算法计算静态工作点.已知已知: UCC=12V, RC=4K , RB=300K , =37.5.解解: CCBB120.04 mA40 A300UIRCBB37.5 0.041.5mAIIICECCCC12 1.5 46VUUI R 注意注意电路中电路中IB 和和IC 的数量级的数量级67放大电路的动态分析放大电路的动态分析-微变等效电路法微变等效电路法iBuBE输入回路输入回路: 当信号很小时当信号很小时, 将输入将输入特性在小范围内近似线性特性在小范围内近似线性. uBE iBbeBEbeBbuurii 对输入的小交流信号而对输入的小交流信号而言言, 三极管相当于电阻三极管相当于

37、电阻rbe.beE26(mV)300( )(1)(mA)rI rbe从几百欧到几千欧从几百欧到几千欧.对于小功率三极管对于小功率三极管: 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路(equivalent circuit)Q68输出回路输出回路iCuCECCcBb()iIiIiBbIicbii(1) 输出端相当于一个受输出端相当于一个受ib 控控制的电流源制的电流源.(2) 考虑考虑uCE对对iC的影响的影响, 输出输出端还要并联一个大电阻端还要并联一个大电阻rce. iC uCECEceceCcuurii69ic rcerbeubeuce ibibicbibubeucece三极管的微变等效电路三

38、极管的微变等效电路erbe ibibbcrce很大很大, 可忽可忽略略.70放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路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电路代替: 交流通路交流通路RBRCRLuiuouoRBibiiicuirbe ibRCRL微变等效电路微变等效电路71电压放大倍数电压放大倍数(voltage gain)的计算的计算ib beUI robLUI RLCL/RRR特点特点: 负载电阻越小负载电阻越小, 放大倍数越小放大倍数越小.RBrbeRCRLiUiIbIcIoUbILubeRAr72输入电阻输入电阻(input resistance)的计

39、算的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说对于为放大电路提供信号的信号源来说, 放大电路放大电路是负载是负载, 这个负载的大小可以用输入电阻来表示这个负载的大小可以用输入电阻来表示.输入电阻的定义输入电阻的定义: iiiUrI(动态电阻动态电阻).Bbe/RrberiiiUrI 电路的输入电阻越大电路的输入电阻越大, 从信号源取得的电流越小从信号源取得的电流越小, 因此一般总是希望得到较大的的输入电阻因此一般总是希望得到较大的的输入电阻.RBrbeRCRLiUiIbIcIoUbI73iIbIcIoI输出电阻输出电阻(output resistance)的计算的计算 对于负载而言对于负载而言,

40、放大电路相当于信号源放大电路相当于信号源, 可以将它进可以将它进行戴维南等效行戴维南等效, 戴维南等效电路的内阻就是输出电阻戴维南等效电路的内阻就是输出电阻.计算输出电阻的方法计算输出电阻的方法: 所有独立电源置零所有独立电源置零, 保留受控源保留受控源, 加压求流法加压求流法.ooCoUrRIoUrbeRBRCbI74C2C1+iB 放大电路有输入信号时的工作状态称为动态放大电路有输入信号时的工作状态称为动态. 加入加入输入信号后输入信号后, 三极管的各个电压和电流都含有直流分量三极管的各个电压和电流都含有直流分量和交流分量和交流分量. 输出端开路输出端开路, 参数如下参数如下: 设设 ui

41、 = Uim sin t = 0.02sin t (v) iCUCCRBRCTuBEuCE uiuo+IC = 1.5m A, UCE = 6 V, IB = 40 A750.020.020.68tUBE /V00.7=tuBE/V 00.70.72ube UBE uBE=UBEUim sin t+= 0.7+0.02 sin t (V)ube 注意各种符号的不同含义注意各种符号的不同含义+tui(ube) /V0Ubem直流分量直流分量(direct current component)交流分量交流分量(alternating current component)交直流总量交直流总量根据输入

42、回路的根据输入回路的KVL方程方程: IC = 1.5mA , UCE = 6V , IB = 40A76ib0iB /AuBE/VQ1QQ260402000604020IB0.680.70.72UBEttib=IB iBiB -在输入特性上在输入特性上ubeuBE/V(IC = 1.5mA , UCE = 6V , IB = 40A)iB/AiB770IB=40 A2060803Q612N0Mt0Q1ICicUCEUcemuce (uo)39uCE/VtQ2iC/mAiC/mA1.52.250.752.251.50.75在输出特性上在输出特性上78iCiEC1+UCCRBRCC2T +tui

43、0uBEt0UBEt0iBIBiBuBEuCEt0UCEuCEtuo0+uBE= UBE+ uiiB= IB+ ibiC= IC + icuCE= UCC - RCiCuo= - RCict0iCIC79失真失真(distortion)分析分析 在放大电路中在放大电路中, 输出信号应该成比例地放大输入信输出信号应该成比例地放大输入信号号(即线性放大即线性放大); 如果两者不成比例如果两者不成比例, 则输出信号不能反则输出信号不能反映输入信号的情况映输入信号的情况, 放大电路产生放大电路产生非线性失真非线性失真.为了得到尽量大的输出信号为了得到尽量大的输出信号, 要把要把Q设置在交流负载设置在交

44、流负载线的中间部分线的中间部分.如果如果Q点设置不合适点设置不合适, 信号进入截止区或饱信号进入截止区或饱和区和区, 则造成非线性失真则造成非线性失真. 下面将分析失真的原因下面将分析失真的原因.为简化分析为简化分析, 假设负载为空假设负载为空载载(RL= ).80uo选择静态工作点选择静态工作点iciCuCEQib81iCuCEiCuCE1. Q点过低点过低, 信号进入截止信号进入截止区区, 放大电路产生截止失放大电路产生截止失真真(cut-off distortion).2. Q点过高点过高, 信号进入饱和信号进入饱和区区, 放大电路产生饱和失真放大电路产生饱和失真(saturation

45、distortion).uoicicuoibib82实现放大的条件实现放大的条件1. 晶体管必须偏置在放大区晶体管必须偏置在放大区.发射结正偏发射结正偏, 集电结反集电结反偏偏.2. 正确设置静态工作点正确设置静态工作点, 使整个波形处于放大区使整个波形处于放大区.3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流.4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压极电压, 经电容滤波只输出交流信号经电容滤波只输出交流信号.83如何判断一个电路是否能实现放大？如何判断一个电路是否能实现放大？3. 晶体管必须偏置在

46、放大区晶体管必须偏置在放大区.发射结正偏发射结正偏, 集电结反集电结反偏偏.4. 正确设置静态工作点正确设置静态工作点, 使整个波形处于放大区使整个波形处于放大区.如果已给定电路的参数如果已给定电路的参数, 则计算静态工作点来则计算静态工作点来判断判断; 如果未给定电路的参数如果未给定电路的参数, 则假定参数设置则假定参数设置正确正确.1. 信号能否输入到放大电路中信号能否输入到放大电路中.2. 信号能否输出信号能否输出. 与实现放大的条件相对应与实现放大的条件相对应, 判断的过程如下判断的过程如下: 84 当当T 发生变化发生变化, 和和ICE 发生变化发生变化, 使使 IC 和和 UCE

47、发生变发生变化化, 引起引起静态工作点不稳定静态工作点不稳定.+UCCRBRCC1C2TRLuoRsusIB =UCC - UBERBIB固定固定, 称固定偏置放大电路称固定偏置放大电路温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响85 为了保证放大电路的稳定工作为了保证放大电路的稳定工作, 必须有合适的、稳必须有合适的、稳定的静态工作点定的静态工作点.但是但是, 温度的变化严重影响静态工作点温度的变化严重影响静态工作点. 对于前面的电路（固定偏置电路）而言对于前面的电路（固定偏置电路）而言, 静态工作静态工作点由点由UBE、 和和 ICEO 决定决定, 这三个参数随温度而变化这三个参数随温度而

48、变化, 温度温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面对静态工作点的影响主要体现在这一方面.Q变变UBE ICEO变变T变变IC变变86温度对温度对UBE的影响的影响IBUBET2T1T UBE IB IC CCBEBBUUIR温度对温度对 值及值及 ICEO的影响的影响总的效果是总的效果是: T , ICEOIC ICUCEQT Q 87总之总之 T IC 常采用常采用分压式偏置电路分压式偏置电路来稳定静态工作点来稳定静态工作点. 为此为此, 需要改进偏置电路需要改进偏置电路, 当温度升高时当温度升高时, 能够自动减能够自动减少少IB , IB IC , 从而抑制从而抑制Q点的变化点的变化.保

49、持保持Q点基本稳点基本稳定定.88CC12B1B2UIIRRB2B2VI RB2CCB1B2RURR电路组成及其静态分析电路组成及其静态分析UBE=VB-VE =VB - IE REI2=(510)IBI1= I2 + IB I2IE = IC +IB ICECI1I2IBRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoBICIE89稳定静态工作点的原理稳定静态工作点的原理RB1VB = UCCRB2RB2+DC pathUBE =VB VEIB 温度升高温度升高 ICIE VE UBE IC UCCRCC1C2TRLRB2RE+CE+RB1uoRSus UCEBRCICRB1IBUCCI

50、EI1I2RB2RE90(1)计算静态值计算静态值 IB , IC 和和 UCE ; 例例 在分压式偏置电路中在分压式偏置电路中, 已知已知: UCC=12V, RB1= 30K , RB 2=10K , RC=4K , RE=2.2K , RL=4K , CE=100F , C1=C2=20 F , 三极管的三极管的 =50.(2)计算计算和和 ro, riAuRCC1C2TRLRB2RE+CE+RB1uoRsus91 UCEUCC(1)估算法求静态值估算法求静态值VB = UCCRB1RB2RB2+= 121030+10= 3VIC IE=VBUBERE=3 0.62.2= 1.09 mA

51、IB= =IC 1.0950= 21.8 AUCE = UCCICRCICRE= 121.09(4+2.2)=5.24V(2)动态分析动态分析画出微变等效电路画出微变等效电路对于设计好的电路均能满足对于设计好的电路均能满足 I1 IB , I2 IB , 认为认为 I1 I2 直流通路直流通路BRCICRB1IBIEI1I2RB2RE92微变等效电路微变等效电路 分压式偏置电路的微变等效电路分压式偏置电路的微变等效电路RCC1C2TRLRB2RE+CE+RB1uoRsusUoRCRLUiRB2RB1rbe IbIb 93 分压式偏置电路的微变等效电路分压式偏置电路的微变等效电路4/41.59k

52、 RC/RLrbeAu= = 50 = 62.9ri = RB1 / RB2 / rbe =30/10/1.59=1.31 k ro = RC= 4 k UoRCRLUiRB2RB1rbe IbIb _rbe = 300 +(1+ )26IE= 300+51 261.09=1.59k 94 IbRE1RsRCRLRE2UCCRCC1C2TRLRB2+CE+RB1uousUirbe Uori IbRB2RB1RE1例例 分析分析RE1对对Au和和 ri 的影响的影响95RL+(1+ )RE1rbe UoUi Ib b Ib bRCRB2RB1RE1画出微变等效电路画出微变等效电路riAu= RC

53、/RLrbe= RB1 / RB2 / rbe +(1+ )RE1ri= RB1/RB2/ri RE1使使Au减小减小, ri增加增加.ri=rbe+(1+ )RE1Ui=Ibrbe+(1+ )RE196任务内容任务内容 了解单管共集放大电路的组成了解单管共集放大电路的组成, 动态性能及应用场合动态性能及应用场合; 理解其工作原理理解其工作原理; 掌握单管共射放大电路的安装与测试掌握单管共射放大电路的安装与测试能力目标能力目标 单管共集放大电路的组成单管共集放大电路的组成, 静态和动态分析静态和动态分析; 单管共集放大电路的制作单管共集放大电路的制作任务任务7.1.2 单管共集放大电路的分析与

54、实践单管共集放大电路的分析与实践97从发射极和地之间取输出电压从发射极和地之间取输出电压.UCE=UCC- IEREIE=(1+ )IB 静态分析静态分析RBUCEIE+UCCREIBCCBEBBE(1)UUIRRUCCT+usuoRsC1RBC2RERL98 由交流通路可以看出由交流通路可以看出, 对交流信号而言对交流信号而言, 集电极集电极C接接地地, 集电极是输入和输出电路的公共端集电极是输入和输出电路的公共端, 所以射极输出器所以射极输出器是共集电极放大电路是共集电极放大电路.动态分析动态分析射极输出器的交流通路射极输出器的交流通路TusuoRERBRLRsBECrbe EBCRERL

55、RBRsUoUsUi射极输出器的微变等效电路射极输出器的微变等效电路99电压放大倍数电压放大倍数rbe+(1+ )(RE/RL) Au= (1+ )(RE/RL)输入电阻输入电阻ri=RB/rbe+ (1+ )(RE/RL)ri=rbe+(1+ )RE/RLUi=Ibrbe+(1+ )RE/RL Ibrbe EBCRERLRBRsUoIeririUsUi Ibro=ro / RE=1+ Rs+rbe/ REber1002. 射极输出器的特点射极输出器的特点: (1) 电压放大倍数小于电压放大倍数小于1, 近似等于近似等于1; (2) 输出电压与输入电压同相输出电压与输入电压同相, 具有跟随作用

56、具有跟随作用; (3) 输入电阻高输入电阻高; (4) 输出电阻低输出电阻低.101 可以用射极输出器作多级放大电路的输入级、输出可以用射极输出器作多级放大电路的输入级、输出级或中间级级或中间级. 3. 将射极输出器接在两级共发射级放大电路之间将射极输出器接在两级共发射级放大电路之间, 可以起阻抗变换作用可以起阻抗变换作用, 改善整个放大电路的性能改善整个放大电路的性能. 1. 用射极输出器作输入级时用射极输出器作输入级时, 因其输入电阻高因其输入电阻高, 可可以减小放大电路对信号源的影响以减小放大电路对信号源的影响; 2. 作输出级时作输出级时, 利用它输出电阻低的利用它输出电阻低的, 可以

57、稳定输可以稳定输出电压出电压, 提高带负载能力提高带负载能力; 102例例: 在图所示电路中在图所示电路中, 已知已知 1=50, rbe1= 0.96k , (1)负载负载RL=3k , 试计算电压放大倍数试计算电压放大倍数; (2)如果在这个放大电如果在这个放大电路和负载之间加一级路和负载之间加一级射极输出器作输出级射极输出器作输出级, 并已知并已知: 三三极管极管T2的的 2 =50, rbe2=1k , 再计算再计算RL=3k 总总电压放大电压放大倍数倍数.UCCRB1RCC1C2TRLuo RB2RE+CE+12k2k27k3kui(a)103UCCRB1RCC1C2T1RLuo R

58、B2RE1+CE+RB3RE2C3+T227k12k3k2k300k3kui+15V(b)解解: 当当RL =3k 时时(1)只有第一级只有第一级: Au= 1RC1/RLrbe= 503/30.96= 78104+RLRB3 rbe2 2Ib2Ib2RE2UoRLuo RB3RE2C3+T2300k3kUCCRB1RCC1C2T1RB2RE1+CE+27k12k3k2kui+15VRC1rbe1 RB1Ib1RB2 1Ib1Ui105(RL =3k 时)ri2=RB3/rbe2+(1+2)(RE2/RL) =61.6 k RC1/ ri2Au1= 1rbe1= 503/61.60.96= 1

59、49Au2= (1+2)(RE2/RL)rbe2+(1+2)(RE2/RL)=(1+50)(3/3)1+(1+50)(3/3)=0.987Au =Au1Au2=( 149)0.987= 147RLrbe1 RC1RB1RB3 rbe2 2Ib2Ib1Ib2RB2RE2Uori2 1Ib1Ui106 接入射极输出器作输出级后接入射极输出器作输出级后, , 尽管尽管射极输出器本射极输出器本身的身的电压放大倍数电压放大倍数近似等于近似等于1, 1, 但由于它的输入电阻高但由于它的输入电阻高, , 提高了第一级的电压放大倍数提高了第一级的电压放大倍数, , 因而总电压放大倍数因而总电压放大倍数比单独用

60、第一级时也提高了很多比单独用第一级时也提高了很多. .107任务内容任务内容 了解多极大放大电路的组成了解多极大放大电路的组成, 动态性能及工作原理应动态性能及工作原理应用场合用场合; 熟悉多级放大电路的耦合方式及性能指标熟悉多级放大电路的耦合方式及性能指标; 掌握多极放大电路的安装与测试掌握多极放大电路的安装与测试能力目标能力目标 多极放大电路的组成多极放大电路的组成, 静态和动态分析静态和动态分析; 多极放大电路的制作多极放大电路的制作任务任务7.1.3 多极放大电路的分析与实践多极放大电路的分析与实践108多级放大器正常工作的基本要求多级放大器正常工作的基本要求: 第第1级级放大器放大器