电子技术及应用第一章晶体管放大电路与应用课件

1、1.1 应用示例 第1章 晶体管放大电路与应用 常见扩音器有线扩音器：功率8W左右，覆盖范围在100米以内，音色要求高无线扩音器：功率在35W100W之间，传输距离较远扩音器原理图 话筒为声电换能设备，将声音信号转换为微弱的电信号；晶体管小信号放大器将此电信号放大，再通过晶体管功率放大器向扬声器提供较大的输出功率；扬声器为电声换能设备，将放大后的电信号转换为较强的声音信号。1.2 二极管及其应用电路第1章 晶体管放大电路与应用（1）半导体材料定义：半导体是指导电性能介于导体（conductor）和 绝缘体（insulator）之间的一种物质。 材料： 元素半导体：硅（Si）、锗（Ge） 化合物

2、半导体：砷化镓（GaAs）目前最常用的半导体材料是硅和锗。 重要特性：热敏特性 光敏特性 掺杂特性1、半导体的基本知识（2）半导体的共价键结构半导体结构硅的原子核的最外层有4个电子，又叫价电子；受原子核的束缚力最小。共价键中的价电子不同于自由电子，不能导电。共价键：相邻原子之间通过共有价电子的形式而结合起来价电子公有化运动，价电子不同于自由电子，不能导电。硅和锗原子按一定的规则整齐的排列（3）本征半导体、空穴及其导电作用本征激发价电子得到足够的能量成为自由电子同时原来共价键中流下一个空位空穴。1.本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体当温度升高或受到光照时（3）本征半导体、空穴及其导电作

3、用本征激发产生自由电子与空穴成对出现；自由电子与空穴都是可以移动的载流子；自由电子带负电空穴带正电2.载流子：可移动的带电粒子复合Four outer electrons around the nucleusPure Semicoductorholebondselectron本征半导体动画（4）杂质半导体N型半导体(Negative)掺入五价元素（杂质）杂质电离 形成一个自由电子和不能移动的正离子N型半导体：施主杂质自由电子多数载流子空穴少数载流子P型半导体(Positive)掺入三价元素B（杂质）杂质电离 形成一个空穴和不能移动的负离子P型半导体：空穴多数载流子自由电子少数载流子（5）PN结

4、的形成浓度差空间电荷区内电场少子漂移运动动态平衡多子扩散运动PN结的形成的动态演示+-+-空间电荷区内电场（2）PN结的单向导电性原理1、正向偏置P加电源、 N加电源外电场削弱内电场，从而促进多子的扩散，抑制少子的漂移。PN结中以多子的扩散电流为主，方向PN，称为正向电流。正向电流较大，PN结呈现较小电阻，称PN结正向导通。PN结正向偏置的动态演示2、反向偏置P、 N外电场加强内电场，从而抑制多子的扩散，促进少子的漂移。PN结中以少子的漂移电流为主，方向NP，称为反向电流 Isat。反向电流较小，PN结呈现较大电阻，称PN结反向截止。PN结反向偏置的动态演示PN结正偏时，耗尽层变窄具有较大的正

5、向扩散电流，呈现低电阻； PN结导通（仍有由本征激发引起的很小的反向漂移电流）。PN结反偏时，耗尽层加宽仅有很小的反向漂移电流，呈现高电阻。 PN结截止 结论 PN结具有单向导电性。PN2、半导体二极管按制作工艺:普通二极管发光二极管光电二极管变容二极管稳压二极管按实际用途:二极管的种类 点触型面结型平面型普通二极管图片贴片整流二极管1N41481N4007螺栓式大功率二极管发光二极管图片七彩发光二极管 光电二极管图片二极管是单个PN结构成的器件,也具有单向导电性。（1）结构与符号（2）伏安特性门限电压 (开启电压) ： Uon0.5V(硅) 0.1V(锗)导通压降： UVD VD 0.60.

6、8V(硅) 取0.7v VD0.1 0.3V(锗) 取0.2v反向饱和电流 Isat 0 nA量级 (硅) A量级(锗) 反向击穿特性:反向电压高到一定程度,反向电流急剧增大,而结电压(-UBR)几乎保持不变。击穿包括雪崩击穿和齐纳击穿。1、最大整流电流 IF：最大正向平均电流2、最高反向工作电压 UR：3、反向电流 IR：越小越好4、最高工作频率 fM ：取决于结电容（3）主要参数（1）等效电路模型+ uD iD （b）等效电路I（mA）U（V）O（a） U-I 特性 正向反向3.二极管基本应用电路理想模型恒压降模型（b）等效电路+ uD iD UD（a） U-I特性 U（V）OI（mA）U

7、D=0.7硅正向反向（2）二极管的应用电路整流电路uittouOoabUab = uiui为交流信号，D为理想二极管ui 0时， D导通，uo=uiui 0时， D截止，uo=0b限幅电路D为硅管ui5sintV，E2Vttui/V5uO /V2.7-5-5aUab = uiE(1) Uab = uiE0.7时，即ui2.7V，D导通，uo2.7V(2) Uab = uiE0.7时，即ui I2I1 3E，2C，1B IC/IE=I2/I1=0.98 =IC/IB=I2/I1=50 如何用数字万用表测量三极管的值？hFE e b cS9013NPNe b c注意:晶体管的共发射极电流 放大系数

8、在几十至几百之间三极管输入电路: 对于每一个给定的uCE，都有一个相应的iB与uBE之间的关系曲线与之对应。因此，可将uCE作为参变量，从而可得到有若干条（理论上为无穷条）曲线的iB与uBE之间的共射输入特性曲线簇。（4）三极管的共射输入特性曲线iB（A）uBE（V）00.40.820604080uCE 1v uCE=0V 特点：1. uCE =0V时特性曲线类似于一个二极管2. uCE 1V和uCE =0V的两条输入特性曲线可见，uCE 1V的特性曲线向右移动了一段距离，且曲线基本重合。3. 发射结电压uBE也存在一个导通电压（或死区电压、门坎电压）Uon，4. 对于小功率管， 硅管Uon0

9、.5V，锗管Uon0.1V。此外，三极管正常工作时，小功率管的iB一般为几十微安到几百微安，对于每一个给定的iB，都有一个相应的iC与uCE之间的关系曲线与之对应。因此，可将iB作为参变量，从而可得到有若干条（理论上为无穷条）曲线的iC与uCE之间的共射输出特性曲线簇。（5）三极管的共射输出特性曲线共射输出特性分析 :不同的iB可以得到不同的曲线曲线起始部分较陡，逐渐趋于平坦 分为四个工作区：放大区、截止区、饱和区、击穿区。放大区 iB恒定时，uCE变化，iC亦近似不变恒流特性特点：发射结正偏, 集电结反偏（uBE 0， uBC0， uBC0 (NPN) ）饱和区 特点：2、iC 受uCE控制

10、，iC iB 3、三极管饱和时， uCEVCES 0.3V （深度饱和压降） 压降很低视为短路,4、 uCE=uBE（即uBC=0，集电结零偏）时的状态称临界饱和临界饱和线是饱和区和放大区的分界线 UCE, sat 深度饱和压降：小功率硅管0.3V左右，锗管约0.1V1、发射结反偏, 集电结反偏 （uBE 0， uBC0 （NPN） iB =0 , iC = ICEO 0 三极管截止时，C、E间电流等于0，电阻很大，视为断路 截止区 ICEO =(1 +)ICBO穿透电流2.击穿区：集电极反偏，电压大于反向击穿电压特点：三个工作区的特点(NPN)工作区电 压电 流放大UBE = 0.7 V ；

11、UBC UB UE ) ; UCES UCE0 ; UC UB ; UCE=UCES = 0.3 V发射结正偏, 集电结正偏IB IC截止UBE, 0 ；UCE =VCC发射结反偏, 集电结反偏 IB = IC = 0小结：例1、判断图示各电路中晶体管是否有可能工作在放大状态。（a）可能 ；因为是PNP管，电路满足：UCUBUBUE（c）不能；因为UC=UB，不满足UCUBUE的条件(d) 不能; 基极没有保护电阻BE结会因电流过大而损坏。 例2、分别判断图示各电路中晶体管工作哪个工作区。 PNP 管，发射结正偏， 集电结反偏， 工作在放大区（a）NPN管,工作在放大区 解：（b） NPN管，

12、不在放大区。工作在截止区（c）NPN管，不在放大区。工作在饱和区(d)2.共射放大电路（1）共射放大电路的组成uiib ic=ibuoC1 、C2称为隔直电容或 耦合电容，该电路又称为阻容耦合共射放大电路。耦合电容的容量应足够大（一般为几十微法，即对于交流信号近似为短路 ，其作用为“隔直流、通交流”。 共射固定偏流式放大电路(1)、三极管：放大器件 (3)、RB：基极偏置电阻 (4)、RC：集电极偏置电阻 (5)、RL：负载 (6)、C1和C2 ：耦合电容 (2)、直流电源Vcc：提供能源 通常、放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化，为简化分析，将他们分开作用，

13、引入直流通路和交流通路的概念 。输入信号为零（ui= 0 或 ii= 0）时，放大电路的工作状态 静态（直流工作状态）输入信号不为零时，放大电路的工作状态 动态（交流工作状态） 电路处于静态时，三极管各电极有确定不变的电压、电流，在特性曲线上表现为一个确定点，称为静态工作点，即Q点。 一般用IB、 IC和UCE （或IBQ、ICQ和UCEQ ）表示。uit0iBt0iCt0uCEt0uOt0uit0iBt0uBEt0iCt0uCEt0uot0uCE = VCC - iC RCuBE = UBE + ui uo = uCE - UCE直流通路作图原则电容开路；电感短路； 保留直流电源VCC（2）

14、直流通路与交流通路交流通路作图原则电容短路；电感开路；直流电源VCC置0（接地） 组成放大器时应遵循的原则1.要有直流通路：E结正偏、C结反偏（放大状态）并保证有合适的直流工作点2.要有交流通路：信号能输入，信号能输出交直流相互兼容，互不影响； 合适的元器件参数选择。符号表示规范：基本符号+下标符号（1）、大大：直流分量 IB（2）、小小：交流分量 ib（3）、大小：交流有效值 Ib（4）、小大：瞬时值(总值)=直流分量+交流分量 iB=IB+ib（3）符号使用规定（4）放大电路的静态分析静态工作点计算静态工作点对输出波形的影响饱和失真截止失真 注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现

15、形式，与NPN管正好相反。由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。静态工作点对波形的影响：静态工作点的设置对放大电路很重要，工作点选择不当可能引起波形失真。wtwtuce工作点太低顶部失真截止失真uceiCiCwtwt工作点太高底部失真饱和失真 对静态工作点的要求：一是合适，二是稳定。 静态工作点的设置对放大电路很重要，工作点选择不当可能引起波形失真。图P2.37 共射基本放大电路问题： 电路中各元器件对输出信号的影响RB IB IC UC

16、E 输出信号有可能产生饱和失真反之可能产生截止失真 电路中各元器件对输出信号的影响RC IC 不变UCE 输出信号有可能产生饱和失真 电路中各元器件对输出信号的影响基极偏置电阻RB一旦确定IB确定IC、 UCE确定称此电路为固定偏置放大器（或者恒流式偏置放大器）一般通过调节RB来调节静态工作点（5）放大电路的动态分析放大电路考虑的因素：1. 输出信号的幅度和功率要较输入信号大(放大多少?)2. 放大器对信号源的影响(对前级的影响)3. 放大器对负载的影响(对后级的影响)+共射放大电路的性能指标放大倍数（增益）衡量放大电路放大能力的指标电流放大倍数：电压放大倍数：功率放大倍数: 电压放大倍数（v

17、oltage gain）Au（dB）= 20lgAu工程上一般有源电压放大倍数： 电流放大倍数（current gain）Ai（dB）= 20lgAi工程上一般有功率放大倍数（或功率增益，power gain）Ap（dB）= 10lgAp工程上一般有例：测得某共射放大电路输入电压Ui=3mV，输出电压 Uo=3V，则电压放大倍数Au？分贝值？ 分贝值表示法：Au =1000000，用分贝表示则为Au =120 dB。 Au（dB）=60dB Au= 1000， Au（dB）=60dBAu（dB）= 20lgAuAi（dB）= 20lgAiAp（dB）= 10lgAp 在输出信号不失真的前提下，

18、放大器对输入信号放大的能力 放大倍数Au0时，说明输出、输入信号的相位相反 Au的绝对值越大，说明放大器的放大能力越强Ainout输入电阻Ri：从输入端向放大器看进去的等效电阻双极型晶体管的输入电阻较低，约几千欧。 JFET输入电阻可达108以上，MOSFET输入电阻可达1010以上；放大电路的性能指标之二输入电阻 Ri 1、放大器的输入电阻相当于信号源的负载电阻，输入电阻表明了放大器对信号源的影响程度，显然，Ri越大，ui 越接近uS ,信号源衰减越小，对信号源（电压源）的影响就越小2、输入电阻中不包括RSuo为开路电压Ro为戴维南等效输出电阻放大电路的性能指标之三输出电阻对于负载RL来说，

19、放大器的输出端口相当于一个信号源，这个等效信号源的内阻就是放大器的输出电阻Ro。或者说，输出电阻Ro就是从输出端口向放大器看进去的等效电阻。-UORO+（US） 1、在放大器和负载之间，放大器的输出电阻相当于信号源的内阻，放大器的开路输出电压相当于信号源的电压2、输出电阻的大小反映了放大器带负载能力的强弱，Ro越小，uo越接近uo ，输出电压越大，电路带动负载能力越强3、 Ro中不包含RL例：某放大电路，空载时测得输出端电压为6V，接上RL=4k 的负载，输出端电压为3V，则输出电阻Ro=？ Ro=4k注意: 三项技术指标都为交流量 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性

20、曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。iB/AuBE/V0Q小信号等效电路分析法其中rbe 为几百欧几千欧 ;小信号模型仅适用于低频小信号交流量；只能用于动态分析，不能用于静态分析。三极管的小信号等效电路 步骤求放大电路的Q点求rbe根据交流通路，画出放大电路的小信号等效电路求出放大电路的性能指标放大电路的小信号等效电路分析法例 如图所示为共射基本放大电路，设三极管的 = 40，电路中各元件参数值分别为VCC =12V，RB =300k，RC =4k，RL =4k。试求放大电路的Au，Ri和RO。 解：BJT放大器微变等效电路图io对静态工作点设

21、置要求：一是合理，二是稳定。电源电压变化电路参数变化管子、元件老化或更换温度变化3、工作点稳定的放大电路VCC和RB确定，IB即为固定“固定偏流电路”或“恒流式偏置电路 当更换管子、环境温度变化时，变化工作点不稳定 温度对静态工作点的影响固定偏流电路不能满足要求温度变化：TICBO；T；TuBEIcQ点上移分压式偏置电路 一种能自动稳定工作点的偏置电路如图所示，该电路称为分压式偏置电路或射极偏置电路。分压式偏置电路是目前应用最广泛的一种偏置电路 图 分压式偏置电路 稳定工作点原理目标：温度变化时，使IC维持恒定。 如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。T 稳定原理： I

22、C IEIC UE、UB不变 UBE IB（反馈控制）b点电位基本不变的条件：I1 IB ，此时，不随温度变化而变化。UB UBE 且Re可取大些，反馈控制作用更强。 一般取 I1 =(510)IB ， UB =3V5V 实际常用电路问题: 在实际应用中，由于RE的接入，虽然带来了稳定工作点的好处，但却使Au大大下降（RE对交流信号也产生负反馈）。实际常用电路问题解决：通常在RE两端并联一个大电容CE（几十至几百F），由于CE对于交流信号而言相当于短路（称为旁路电容），因此该电路的交流通路与共射基本放大电路完全相同。静态工作点的计算+VCC只取决于外电路，和晶体管参数无关1、以分压方式求基极电

23、压UB2、由基极电压求发射极电压UE3、由发射极电压求发射极电流IE4、由发射极电流求集电极电流IC5、最后求CE结压降UCE6、由发射极电流求基极电流IB静态参数求解方法-例1：放大电路如图，已知=50，UBE=0.7V，（1）求静态工作点IC 、UCE； 解:(1)静态参数: Re=Re1+Re2动态分析一、BJT放大器三种组态 1. 共发射极接法：发射极作为输入、输出回路的公共电极，用CE表示；+-+-输入回路输出回路ibic4、共集电极放大电路一、BJT放大器三种组态 2. 共基极接法：基极作为输入、输出回路的公共电极，用CB表示；+-+-输入回路输出回路ieic 3. 共集电极接法：

24、集电极作为输入、输出回路的公共电极，用CC表示。一、BJT放大器三种组态+-+-输入回路输出回路ieib共集电极放大器分析求静态工作点由得共集电极放大器分析小信号等效电路图求电压增益小信号等效电路图输出回路：输入回路：电压增益：其中一般，则电压增益接近于1，即共集电极放大器分析求输入电阻小信号等效电路图根据定义由电路列出方程则输入电阻当 ，时，输入电阻大共集电极放大器分析求输出电阻求RO的等效电路由电路列出方程其中则输出电阻当，时，输出电阻小共集电极电路特点： 电压增益小于1但接近于1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强共集电极放大器分析1.4 绝缘栅型场效应管 第1章 晶体管放大电路与应用 场效应管是继三极管之后发展起来的另一类具有放大作用的半导体器件,其特点是输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单、低电源下工作，在集成电路中占有重要地位。本章讲述场效应管的类型、工作原理、特性及其三组态电路等基本知识。场效应管概述结型场效应管3DJ6系列MOS3DJ6MOSMOS按沟道分为：N沟道P沟道结 型（JFET）SDG按工艺结构分为