电子技术(模拟部分)-3-晶体三极管及放大电路汇编

绪论二极管及其典型应用晶体三极管及其放大电路场效应管及其放大电路级联放大电路集成运放及其典型应用负反馈放大电路典型功能电路设计及仿真调试课程主要内容问题：1.为什么三极管可以用于放大信号？2.三极管基本放大电路有哪三种？各有什么特点？3.级联放大电路的特性如何分析？第三章晶体三极管及其放大电路3.1晶体三极管结构及其特性3.2三极管放大电路工作原理3.3共射组态放大电路静态（直流）分析方法3.4共射组态放大电路动态（交流）分析方法3.5共集组态放大电路分析3.6共基组态放大电路分析3.7三种组态放大电路比较3.8差分放大电路3.9功率放大电路3.10常用三极管元件介绍3.1晶体三极管结构及其特性一、三极管结构及符号二、三极管的电流放大原理三、三极管的输入输出特性四、三极管的主要特性参数五、温度对三极管特性及参数的影响3.1晶体三极管结构及其特性双极结型晶体管（BipolorJunctionTransistorBJT)BJT特点：有三个引出电极，所以双极结型晶体管BJT也称为晶体三极管或简称晶体管或三极管。三极管符号三极管结构示意一、三极管结构及符号三极管的结构E-B间的PN结称为发射结(Je)C-B间的PN结成为集电结(Jc)从结构上看主要有两种类型：NPN型PNP型发射区集电区基区发射极E基极B集电极C发射极E基极B集电极C发射区基区集电区发射结集电结发射结箭头代表发射结正偏电流的方向。三极管结构小结：1.由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个PN结。2.发射区掺杂浓度比集电区高得多。3.基区掺杂低,且很薄。BECBEC发射极E基极B集电极C发射区基区集电区发射结集电结二、三极管的电流放大原理三极管各区的作用发射区向基区提供载流子基区传送和控制载流子集电区收集载流子三极管工作在放大区是外部电压偏置条件发射结加正向电压，即发射结正偏集电结加反向电压，即集电结反偏注意：三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压才能起放大作用。NPNEBCIEIBICNPN管的工作原理发射结：发射结正偏，发射区向基区扩散自由电子形成发射极电子电流IEn

；其中少数电子在基区复合，形成了基区复合电流IBn，其余电子扩散到集电区；基区中的多子-空穴也向发射区注入，形成了空穴电流IEp。IB=IBn＋IEp－ICBOIC=ICn＋ICBOIE=IEn＋IEp集电结：集电结反偏，发射区的大部分自由电子扩散到集电区，在集电结电场的作用下，被集电极收集形成集电极电子电流ICn。同时集电结反偏，集电区少子-空穴、基区少子-自由电子在电场的作用下形成了集电结的反向饱和电流ICBO。ICBOIEpIE=IB＋ICIEn=IBn＋ICnIBnICnIEnPNPebcIEIBICPNP管的工作原理发射结：发射结正偏，发射区向基区扩散空穴形成发射极空穴电流IEp

；其中少数空穴在基区复合，形成了基区复合电流IBp，其余空穴扩散到集电区；基区中的多子-电子也向发射区注入，形成了电子电流IEn。IB=IBp＋IEn－ICBOIC=ICp＋ICBOIE=IEp＋IEn集电结：发射区的大部分空穴扩散到集电区，在集电结电场的作用下，被集电极收集形成集电极空穴电流ICp。同时集电结反偏，集电区少子-电子、基区少子-空穴在电场的作用下形成集电结的反向饱和电流ICBO。ICBOIEnIE=IB＋ICIEp=IBp＋ICpIBpICpIEp1）共基CB组态直流放大系数定义：以发射极电流作为输入电流，以集电极电流作为输出电流时，共基组态的直流放大系数定义为的数值一般在0.9~0.99之间。说明：从发射区注入的载流子绝大部分到达集电区，只有一小部分在基区复合。NPNebcIEIBICICBOIEpIBnICnIEn2）共射CE组态直流放大系数定义EBECRbRcIBICIEEC>EB输出电流输入电流RbRcNPNbcIEIBICICBOIEpIBnICnIEnECEBeNPNebcIEIBICICBOIEpIBnICnIEnECEBEC>EBRbRc当IB=0时，ICEO穿透电流若IB>>ICBO，RbRcNPNbcIEIBICICBOIEpIBnICnIEnECEBe3）共集CC组态直流放大系数ICEO穿透电流小结：重要！EBECRbRcibicie+-UiUo共基交流电流放大系数共射交流电流放大系数共射电路的交流电压放大倍数三、三极管的输入输出特性三极管的特性指管子各电极的电压与电流的关系曲线。Ib是输入电流，Ube是输入电压，加在B、E两电极之间。IC是输出电流，Uce是输出电压，从C、E两电极取出。输入特性曲线:Ib=f(Ube)

Uce=C输出特性曲线:IC=f(Uce)

Ib=C

共发射极接法三极管的特性曲线EBECRbRcIbIcIe+-UiUo特性曲线三极管输入特性曲线1.Uce=0V时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实际上是两个二极管并联的正向特性曲线。2.当Uce≥1V时,Ucb=Uce-Ube>0，集电结已进入反偏状态，开始收集载流子，且基区复合减少，特性曲线将向右稍微移动一些,IC/IB

增大。但Uce再增加时，曲线右移很不明显。通常只画一条。输入特性曲线分三个区②非线性区①死区③线性区①②③正常工作区，发射极正偏NPNSi:Ube=0.6~0.7VPNPGe:Ube=0.2~0.3VIb=f(Ube)

Uce=CEBECRbRcIbIcIe+-UiUo三极管输出特性曲线饱和区:(1)

IC受UCE显著控制的区域，该区域内UCE的数值较小，一般Uce＜0.7V(硅管)。特点：发射结正偏，集电结正偏(2)临界饱和时Uces=0.3V左右截止区：——IB=0的曲线的下方的区域IB=0IC=ICEONPN：UBE0.5V,管子就处于截止态特点：发射结反偏，集电结反偏。输出特性曲线可以分为三个区域:NPNEBCIEIBICICBOIEpIBnICnIEnECEBRbRcIB=IB=放大区—IC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。(1)

发射结正偏，集电结反偏，电压UBE大于0.7V左右(硅管)。(2)IC=.IB，即IC主要受IB的控制。(3)≈判断三极管工作状态的依据：饱和区:发射结正偏，集电结正偏截止区：发射结反偏，集电结反偏反偏：UBE0.5V（Si)UBE0.2V（Ge)放大区:发射结正偏，集电结反偏。三极管的四种工作状态：饱和工作状态:

发射结正偏，集电结正偏截止工作状态：发射结反偏，集电结反偏放大工作状态:

发射结正偏，集电结反偏反向工作状态：发射结反偏，集电结正偏重要！四、三极管的主要特性参数1.

直流参数共基直流电流放大系数共射直流电流放大系数极间反向饱和电流ICBO、ICEO和IEBO集电极-基极间反向饱和电流ICBO

ICBO的下标CB代表集电极和基极，

O是Open的字头，代表第三个电极E开路。

Ge管：A量级Si管：nA量级NPNebcIEIBICICBOIEpIBnICnIEn集电极-发射极间的穿透电流ICEO

ICEO和ICBO有如下关系

ICEO=（1+）ICBO相当基极开路时，集电极和发射极间的穿透电流。NPNebcIEIBICICBOIEpIBnICnIEn2.

交流参数共基交流电流放大系数共射交流电流放大系数特征频率fT随着频率增加而下降为1时对应的频率。发射极-基射间的穿透电流IEBO集电极最大允许电流ICM

当集电极电流增加时，就要下降，当值下降到线性放大区值的2/3时所对应的最大集电极电流。3.极限参数

当Ic＞ICM时，并不表示三极管会损坏。只是管子的放大倍数降低。集电极最大允许耗散功率（损耗功率）PCM

集电极电流通过集电结时所产生的功耗，

PCM=ICUCB

因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用UCE取代UCB，PCM≈ICUCE。反向击穿电压UCEO,B、UEBO,B、UCBO,BUCEO,B

表示基极B开路时，CE之间允许施加的最大反向电压。UCEO,BUEBO,B

表示集电极C开路时，EB之间允许施加的最大反向电压。UEBO,BUCBO,B

表示发射极E开路时，CB之间允许施加的最大反向电压。UCBO,B击穿电压之间的关系：UCBO,B＞UCEO,B＞UEBO,BUCES,BUCER,B击穿电压之间的关系:UCBO,B≈UCES,B>UCER,B>UCEO,B>UEBO,B反向击穿电压UCES,B、UCER,BUCES,B

表示基极B短路(short)时，CE之间允许施加的最大反向电压。UCER,B

表示基极B加电阻时(Resistance)时，CE之间允许施加的最大反向电压。

晶体管的安全工作区UCEO,BUCE/VPCM≈ICUCE温度↑发射结导通压降UBE↓集电极反向饱和电流ICBO↑电流放大倍数β↑集电极-发射极穿透电流ICEO↑重要！五、温度对三极管特性及参数的影响计算公式（了解）3.2三极管放大电路工作原理一、基本放大电路的组成二、放大电路工作原理一、三极管放大电路的组成1.三极管的三种组态

双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态.

共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；3.2三极管放大电路工作原理uouiVCC

2.基本放大电路组成三极管T：核心元件，起放大作用。负载电阻RC、RL：将变化的集电极电流转换为电压输出偏置电路VCC

、Rb、RC：使三极管有一个合适的静态工作点（发射结正偏、集电结反偏），让三极管工作在线性放大区。耦合电容C1、C2：起隔直作用;对交流起耦合的作用。ECRcUi+-Uo+-RbEb简化：1.两个电源用一个,去掉Eb,Rb改接由VCC供电。2.公共端接地，设其电位为0，其他各点电位以它做参考点。因此可不画VCC,只标出极性和大小。UoUiVCC共射放大电路3．放大电路的组成原则（1）必须满足三极管放大的条件，即发射结正偏、集电结反偏。（2）输入信号在放大传递过程中，损耗要小，即放大传输效率高。（3）三极管放大电路具有合适的静态工作点。uouiVCC二、放大电路工作原理放大电路1放大电路21.典型共射组态放大电路2.直流通路和交流通路1）.直流通路：能通过直流信号的通道。问题：如何画直流通路？将电路中的耦合电容和旁路电容开路、电感短路，即可得到。uouiVCCVCCIBQICQUBEQUCEQQ是英文quiescent的字头

2）.交流通路：能通过交流信号的通道。（1）将放大电路中电容视作短路；交流通路的画法：（2）直流电源电阻很小，对交流可视作短路。uouiVCCuouiiiicib3.放大原理符号表示习惯直流分量：大写字母、大写下标，如IB。交流分量：小写字母、小写下标，如ib。交直流叠加量：小写字母、大写下标，如iB。复数量：大写字母、小写下标，如Ui。请记住！uiuBEUBEQtuCEUCEQuouBE=UBEQ+uiiB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=ICQ+ibuCE=UCEQ-ic(RC//RL)uO=-ic(RC//RL)符号表示习惯直流分量：IB。交流分量：ib。交直流叠加量：iB。复数量：Ui。BQCQ电流放大电压放大与ui的相差1800三极管各电极电流、电压均由交直流分量叠加而成。

若放大的是交流信号，交流分量幅值应小于直流分量。

CE组态放大电路输入输出反相。小结：请记住！3.3共射放大电路静态（直流）分析一、三极管直流模型二、等效电路法三、图解法说明：当为硅管时，发射结的导通电压Uon取0.7伏;当为锗管时，Uon取0.3伏。前面静态（直流）分析时，直接计算法已经使用了三极管的直流等效电路模型。一、三极管直流模型静态ui=0时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。静态分析确定放大电路的静态值IBQ、ICQ、UCEQ，即静态工作点Q。静态工作点的位置直接影响放大电路的质量,Q是英文quiescent的字头。静态分析方法（1）等效电路法（2）图解法二、

等效电路法VCCIBQICQUBEQUCEQ其中：Si管：UBEQ=0.6V~0.7VGe管:UBEQ=0.2V~0.3V（2）求静态值；（1）首先画出直流通路；求解顺序是先求IBQ→ICQ→UCEQUCEQ=EC-ICQRC解析法条件：已知发射结压降UBEQ和CE电流增益确定静态工作点IBUBE三、

图解法放大电路的输入和输出直流负载线三极管的输入和输出特性曲线（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQVCCIBICUBEUCE→输入特性曲线→输入直流负载线Ec/RbEcIBQUBEQQ-1/Rb作出直流负载线，直流负载线和输入特性曲线的交点即是静态工作点Q，由Q可确定IBQ、UBEQ。输出特性曲线输出直流负载线（2）由输出特性曲线和输出直流负载线求ICQ、UCEQVCCIBICUBEUCE求直流负载线两点坐标(VCC,0),(0,VCC/Rc)作出直流负载线，直流负载线和输出特性曲线有多个交点。只有与IB=IBQ对应的那条曲线的交点才是静态工作点。小结：改变IB，便可改变静态工作点的位置，从而影响放大电路的放大质量。2.在输出回路，列出回路方程UCE=VCC－ICRC;在输出特性曲线上画出直流负载线,交点Q点坐标是ICQ和UCEQ。静态工作点的图解法总结如下：1.在输入回路，列输入回路方程UBE=VCC－IBRb;在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q,得到IBQ。uousVCC一、三极管交流模型二、图解法三、等效电路法3.4共射放大电路动态（交流）分析一、三极管交流模型CE组态低频小信号模型（h参数模型）CE组态低频小信号简化模型（h参数简化模型）hie一般比较小，通常情况下为几百欧姆～几千欧姆动态有输入信号ui≠0时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。分析方法：动态分析内容确定放大电路的放大倍数AU

或AI，输入电阻ri和输出电阻ro。（1）图解法；（2）等效电路法（解析计算法）。uouiUCCuouiiiicib二、图解法图解法：通过作图的方法求AU、AI及放大电路的最大不失真电压。CE组态放大电路及其交流通路１.交流负载线作图方法交流负载线特点：（1）iC=

ICQ时，uCE=UCEQ)=（VCC－ICQRC

）（2）斜率为.uouiiiicibuCE=UCEQ-ic(RC//RL)=（VCC－ICQRC

）-(iC-ICQ)RL’uCE与iC关系曲线就是放大电路的交流负载线。１.交流负载线作图方法交流负载线作图方法：

通过输出特性曲线上过Q点做一条斜率为1/RL´直线。RL´=RL∥RC是交流负载电阻。交流负载线的含义：交流负载线是有交流输入信号时，工作点的运动轨迹。uouiiiicib交流负载线特点：比直流负载线要陡，斜率为1/RL´。uCE=UCEQ-ic(RC//RL)=（VCC－ICQRC

）-(iC-ICQ)RL’VCCIBICUBEUCEuouiVCC2.图解分析法

步骤一：求出静态工作点Q。uouiVCCuouiIiIcIb步骤二：画出交流通路，求出交流负载电阻RL‘

，作出交流负载线。步骤三：以Q为基准，在输入特性曲线上，根据ui的变化波形求出ib的变化波形及幅值ibm。步骤四：根据ib的变化波形求出ic的波形和uce的波形及幅值icm和最大不失真电压峰值uom。步骤五:

(1）计算增益AU=uom/uim，AI=icm/iim(2)输出最大不失真电压uom=min(uom1，uom2)1.CE组态放大电路uo与ui相位相反；2.可获得放大电路的电压放大倍数；3.可确定最大不失真输出幅度。CE组态放大电路图解法小结：饱和失真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。3.放大电路的非线性失真截止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。饱和失真截止失真波形的失真双向失真工作点位置合适但信号过大而引起的非线性失真。

放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要满足：

(1)工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；(2)要有合适的交流负载线；

(3)输入信号的幅度不能太大。经验：1.交流信号模型-低频小信号模型（h参数模型）低频小信号模型建立条件：（1）小信号；小信号意味着三极管在线性放大区工作。（2）低频；低频表示可以不考虑三极管结电容的影响。用途：三极管h参数模型是分析低频小信号放大器的重要工具。h参数模型的别名：低频小信号模型、微变信号模型、混合（hybrid）参数模型三、等效电路法三极管可看成是双端口网络如图所示:输入特性曲线：输出特性曲线：取全微分：说明：duBE表示uBE的表化部分，这样可以用ΔuBE表示duBE,其他变量同理。三极管低频小信号等效模型导出过程。称为输入电阻，即rbe。称为反向电压传输系数。也称电压反馈系数。称为电流放大系数，即。称为输出电导，即1/rce。其中：iBuBE+-uCE+-icuBE+-uCE+-iBbecichie+-hreuCEhfeiB1/hoe晶体管h参数模型（或低频小信号模型，或微变等效电路模型）ibube+-uce+-icube+-uce+-ibbecichie+-hreucehfeib1/hoe晶体管h参数模型（或低频小信号模型，或微变等效电路模型）为了描述方便，常用交流信号（如ube）符号表示信号的微变符号（ΔuBE

）。h参数模型的简化简化条件：1)1/hoe(=rce)>>RL,

hoe可以忽略；2)反向传输系数很小,hre可以忽略。uce+-ibbecichie+-hreucehfeIb1/hoeubeucehfeIbhieCE组态h参数简化模型CE组态h参数模型ube+-

输入电阻hie的估算bceb'rercrbb'晶体管内部的简化模型表示rbb—基区体电阻re—发射结正向电阻rc—集电结反向电阻（IEQ静态工作点电流）rbb':低频—数百欧，典型值300高频—几欧~几十欧Uec+-IbUbc+-IeUec+-IbbceIehic+-hrcUechfcIb1/hocIeUeb+-IcUcb+-Ucb+-IeebcIchib+-hrbUcbhfbIe1/hobUeb+-Ubc+-共集h参数模型(了解）共基h参数模型(了解）参数互换（了解）：三种组态的h参数是可以互换。共射和共基h参数的换算关系共射和共集h参数的换算关系2.共射等效电路分析方法1)首先画出放大电路的交流通路；2)将交流通路中的晶体管用h参数等效电路代替；3)标出等效电路中的电压电流参考方向，进行动态分析。uousVCCuousiiicib下面分析放大器的几个性能指标：AU,AI,

ri,rouousiiicibuousiiicibhiehfeibui1）输入阻抗riri=hieri'ri'=Rb//hieubeucehfeIbhie2）输出阻抗步骤：（1）将输入信号源电压us短路，即us=0（2）将负载开路即RL’=∞,并令输出端电压为uo;（3）在uo激励下，产生电流io,输出阻抗ro=uo/io,ro'=Rc右上方电路输出阻抗为：3）电流增益AI=hfe4）电压增益AU考虑信号源内阻RS的影响增加放大增益有效的方法：适量增加IEQ,增大RL’,增大hfe。=-icR’Libhie复习：例题类型：套公式题目,电路中电源电压常用符号:Ec,Vcc,Ucc。uiu0ReIBQIEQVCCUEUB例题：分析下图放大电路特性（增益、输入电阻、输出电阻）。Rb1、Rb2和Re构成偏置电路。Rb1、Rb2组成分压器，提供一个固定的基极电位UB。Re发射极电阻，提供电流负反馈。(反馈第7章详细介绍）uiu0ReIBQIEQVCCUE利用戴维南定理BB当满足Rb1//Rb2<<(1+β)Re时，uiu0ReIBQIEQVCCUEUBuiu0ReIBQIEQVCCUE分析：工作点稳定射极偏置电路的分析1）静态分析—近似估算法uiu0ReIEQVCCUEIBQUBVCCIEQUE当满足Rb1//Rb2<<(1+β)Re)时,uiuoRehieuiu0ReIEQVCCUEuiuoRero'roriri'hfeib2）动态分析电压增益-hfeibRL'=ibhie+(1+hfe)ibReRL'=Rc//RL-hfeRL'=hie+(1+hfe)ReAU问题：

Re的引入使电压增益大幅度降低。改进的方法：Re上并联旁路电容。uiuoRehiero'roriri'hfeib输入电阻ib=ibhie+(1+hfe)ibRe=hie+(1+hfe)Reri'=Rb1//Rb2//[hie+(1+hfe)Re]

输出电阻ro=∞ro'=Rc电压增益-hfeRL'=hie+(1+hfe)ReAUuiuoRehiero'roriri'hfeibuiu0ReIBQIEQVCCUEUBIRb2Re作用：稳定工作点.过程：T↑→

↑ICBO

↑→ICQ

↑→IEQ

↑→UE=IEQRe↑UBE=UB-UE↓IBQ

↓←ICQ

↓←复习：讨论：Re电阻的作用是什么？1.作静态分析画出电路的直流通路→计算法(等效电路法）图解法静态值IBQICQUBEQUCEQ2.作动态分析画出电路的交流通路→三极管用交流等效电路代替放大电路的交流等效电路hie←AUri

ro

ri'ro'←图解法：适合于大信号的分析等效电路法：适合于小信号的分析

等效电路法：Si:UBEQ=0.6~0.7VGe:UBEQ=0.2~0.3V小结：等效电路法分析步骤。1.静态分析静态工作点的计算:共集(CC)放大电路usuiuoVCCVCC3.5共集（CC）放大电路hie共集(CC)放大电路交流通路hie低频小信号等效电路2.动态分析hie共集(CC)放大电路交流通路低频小信号等效电路电压增益AU(1+hfe)ibRL'=ibhie+(1+hfe)ibRL'(1+hfe)RL'=hie+(1+hfe)RL'RL'=Re//RL(1+hfe)RL'>>hie<1AU≈1uo≈ui，跟随变化，共集放大电路又称射极跟随器。bcehie输入电阻riri'ri'=Rb//ri(1+hfe)(Re//RL)>>hie共集电路的输入电阻比共射的高。输出电阻×uoIoro=-ib[Rs//Rb

+hie]-(ib+hfeib)=Rs//Rb

+hie1+hfe共集电路具有很低的输出电阻共集(CC)放大电路输出电阻ro=R's+hie1+hfehier'o=Re//ror'o电流增益AIAI=ie/ib=1+hfe共集(CC)放大电路特点：（1）输入阻抗高（2）输出阻抗低（3）电压增益近似为1（4）电流增益大共集(CC)放大电路共集(CC)放大电路应用：（1）带负载能力强，适合做放大电路的输入级和输出级。（2）做两个电路的中间级做缓冲电路。说明：静态工作点的计算与射极偏置电路相同，略。共基(CB)放大电路直流通路uiuoVCCVCC3.6共基（CB）放大电路1.静态分析第一种解法（用CE参数）共基(CB)放大电路低频等效电路ro′=∞

ro=ro′//RC=RC

uoui2.动态分析（1）共基电路输入电阻较小，输出电阻较大，电流增益近似等于1，电压增益与共射电路相同。（2）直流工作点的温度稳定性好。（3）共基电路可工作在较高的频率。共基（CB）放大电路特点：思考题目：如果使用CE组态的等效电路模型是否可以分析计算CB组态电路特性？这样只需要记CE模型。rir'iror'o电压增益AU-hfbIeRL'=Iehib其中：RL'=Rc//RL-hfbRL'=hib共基(CB)放大电路交流通路第二种解法：利用CB组态的h参数模型（了解）共基电路具有很低的输入电阻电流增益恒小于1，且近似等于1电压增益AU-hfbRL'=hibAUrir'iror'ohfeRL'=hie电流增益AIhfbIe=Ie=hfb输入电阻ri=hibr'i=ri//Re输出电阻ro=∞r'o=ro//Rc=Rc共基(CB)放大电路类别共射放大电路共集放大电路共基放大电路电压增益AU较大小（1）较大Uo与Ui的相位关系反相（相差180o）同相同相最大电流增益AI较大较大小（1）输入电阻Ri（Ri’）中等高阻低阻输出电阻Ro（Ro’）中等低阻高阻频响特性较差较好好用途多级放大电路的中间级输入级、中间缓冲级、输出级高频或宽带放大电路及恒流源电路3.7.

CE、CC、CB放大电路性能比较3.8差分放大电路二、差分放大电路的工作原理二、恒流源差分放大电路一、零点漂移一、零点漂移零点漂移现象:

在直接耦合的放大电路中，输入为零，而输出电压却缓慢变化的现象，称为零点漂移现象。零点漂移产生的原因：对于电源电压稳定、器件经过老化处理的电路，温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因此零点漂移也称为温度漂移，简称温漂。放大电路ui1ui2uo+--+抑制零点漂移的方法：（1）温度补偿（2）采用差分放大电路（3）引入直流负反馈二、差分放大电路的组成1.差分电路的组成

由对称的两个放大电路组成。如CE差分放大电路由完全对称的两个共射放大电路组成，通过射极公共电阻Ree耦合构成的。hfe1=hfe2=hfe

UBE1=UBE2=UBE

hie1=hie2=hie

ICBO1=ICBO2=ICBO

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb对称两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。有ui1ui2工作原理2.差分电路的输入输出方式输入方式ui单端输入双端输入ui1ui2uououo输出方式单端输出双端输出3.差模信号和共模信号+-差模信号概念：一对大小相等、极性相反的信号，用uid1、uid2表示，uid1=-uid2。共模信号+--+概念：一对大小相等，极性相同的信号，用uic1、uic2表示，uic1=uic2。1.差分电路的静态分析2IeQ

由于电路结构对称，管子特性一致。IBQ1=IBQ2=

IBQICQ1=ICQ2=ICQUC1=UC2≈0三、差分放大电路的性能分析+--+1）差模信号放大作用分析uid1=-uid2双端输入是一对差模信号时：ie1ie2ib1=-ib2

ie1=-ie2

ucd1=-ucd2流过Ree上的总的交流电流：ie=ie1+ie2=0Ree上交流压降为0。结论:1画交流通路时，Ree可视为短路，即两管的发射极直接接地。2.由uc1=-uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2。uid=uid1-uid2电路差模输入电压为2.差分电路的动态分析ib2ib1uc1uc2RbRcuid1uod工作原理T1RbRcuid2T2uid差模信号的交流通路如下。差模输入信号的放大输出值uod为uod=ucd1－ucd2=2ucd11）差模信号放大作用分析（续）ucd1ucd2RbRcuid1uodT1RbRcuid2T2uid与单管增益相同R'L=Rc//(RL/2)ie1ie11）差模信号放大作用分析（续）差模信号放大电路输入电阻rid=2(Rb+hie)差模信号放大电路输出电阻rod=2Rc//(1/hoe)≈2Rc1）差模信号放大作用分析（续）RbRcuid1uodT1RbRcuid2T2uidie1ie1双端输入—双端输出小结：rid=2(Rb+hie)rod≈2Rc1）差模信号放大作用分析（续）RbRcuid1uodT1RbRcuid2T2uidie1ie1工作原理双端输入—单端输出是单管增益的一半rid=2(Rb+hie)rod≈RcRbRcuid1uodT1RbRcuid2T2uidie1ie11）差模信号放大作用分析（续）工作原理2）共模信号放大作用分析iec1iec2双端输入是一对共模信号时：

uic1=uic2=uic此时ibc1=ibc2,

iec1=iec2流过Ree上的电流：iec=iec1+iec2=2iec1Ree上的交流电压：uRee=iec12Ree小结：画交流通路时，单管射极电阻应为2Ree。RcT12Reeiec1uoc1uic1Rb单端共模输出电压增益：(1+hfe)·2Ree>>Rb+hieuic电路共模输入电压为ib2ib1工作原理uocRcuic1T1Rb2Reeiec1uoc1Rcuic2T2Rb2Reeiec2uoc2共模双端输入电阻（对于uic来说，两个输入端并联）：小结：差放电路对共模信号具有很强的抑制能力，理论上双端输出增益为0。单端输出时Ree越大，抑制能力越强，Auc远小于1。因此由外界因素产生的同向漂移将有效的被抑制，如温度等。共模单端输入电阻：单端共模输出电压增益：双端共模输出电压增益：3）共模抑制比CMRR共模抑制比CMRR—衡量差放的一个重要指标。或双端输出：单端输出：工作原理4）对任意输入信号的分析方法ui1=uic1+uid1ui2=uic2+uid2uic1=uic2=(ui1+ui2)/2uid1=-uid2=(ui1-ui2)/2对于两个任意信号ui1、ui2，分析时可将它们分解成一对共模信号和一对差模信号，然后分别由差模和共模增益来求。分解任意输入信号的一般公式为：结论:对于两个任意输入信号，相当于差模信号和共模信号共同作用的结果。5）单端输入差放电路的分析ui1=ui

，ui2=0处理方法：按任意信号处理uid1=-uid2=(ui-0)/2=ui/2uic1=uic2=(ui+0)/2=ui/2说明:对于单端输入，等效于双端输入，相当于差模信号ui/2，-ui/2

和共模信号

uic1=uic2=ui/2共同作用的结果。例题：

Ec=12VEe=6V=hfe=60rbb'=100Rc=Rb=Ree=10KRW=100ui1=5mVui2=-3mV求（１）输入差模电压uid1、uid2和共模电压uic，

（２）双端输出差模电压Uod和共模电压Uoc解：（1）求uid1、uid2、uic

uid1=-uid2=(ui1-ui2)/2uic1=uic2=(ui1+ui2)/2=（5-3）/2=1mV=（5+3）/2=4mVEc=12VEe=6V=hfe=60rbb'=100Rc=Rb=Ree=10KRW=100ui1=5mVui2=-3mV（2）求静态值→hie（3）求AUd

→

Uod

=-31=-318=-248mV（4）AUc

→Uoc

共模增益：AUc=0共模输出：Uoc=06）单输入差放电路的分析ui1-ui2=ui

6）单输入差放电路的分析处理方法：对于交流而言，考虑到差分电路的对称性，M、N之间的中间点应该是零电位，此时电路的交流通路可以整理如下。之后按任意输入信号的分析方法进行分析。3.9功率放大电路一、

功率放大电路概述二、

乙类双电源互补对称功放三、

甲乙类互补对称功放四、复合管一、

功率放大电路概述1.功率放大电路概念：能够向负载提供足够大信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。2.功率放大电路的特点1）

输出功率尽可能大转换效率=负载得到的有用信号功率Po电源供给的直流功率PDC2）转换效率要高3）器件工作在极限状态通常输入（电压）信号大，称为大信号。管子常工作在极限状态。由于效率问题，必须考虑半导体三极管散热的问题。提高输出电压和输出电流可提高输出功率。任务不同电压放大：不失真地提高输入信号的幅度，以驱动后面的功率放大级，通常工作在小信号状态。功率放大：信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率，通常工作在大信号状态。2.分析方法电压放大:(1)微变等效电路法(2)图解法功率放大：图解法(微变等效电路法不再适用)3.电压放大器与功率放大器的区别

4.功率放大电路的工作状态分类甲类工作状态乙类工作状态甲乙类工作状态丙类工作状态导通角=2甲类工作状态导通角=乙类工作状态导通角<<2甲乙类工作状态导通角<丙类工作状态5.功率放大电路的一般问题1）调整静态工作点，单管放大将产生失真，如何解决失真问题.2）

三极管的安全性3）

功放的分析方法图解法估算法T1----射极跟随输出级IE----恒流源，可提供静态电流ICQ

，并作为T1发射极有源负载电阻例题：计算右图甲类放大电路的转换效率。CC组态电路特点：电流增益AI高；输入阻抗高；输出阻抗低（带载能力强）T1ICQEc-EcUiRLUoIoIE甲类输出级电路电路分析：计算步骤：（1）计算电源输出平均功率；（2）计算负载消耗的功率。说明：忽略信号源的输出功率。T1IcEc-EcUiRLUo解：（1）直流电源输出功率直流电源提供的功率（2）负载消耗的功率（输出功率）交流负载线：Uces12EcUmUmT1IcEc-EcUiRLUoEcCC组态放大电路最大输出功率Po:转换效率：最大值效率低原因：静态电流造成的管耗较大。如果将Q下移，使信号等于零时，电源的输出等于零或很小，信号增大时，电源供给的功率增大，这样便可解决效率低的问题。集电极最大功耗（输入为0时）UmUm（2）无输出变压器的功率放大电路，简称OTL：OutputTransformerless一）乙类放大电路种类（1）无输出电容的功率放大电路，简称OCL：OutputCapacitorless（3）桥式推挽功率放大电路，简称BTL：BalancedTransformerlessOTLBTLOCL二、

乙类双电源互补对称功放组成由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成。2.电路工作原理当ui处于正半周时，T1导通，T2截止,流过RL的电流为iE1。当ui处于负半周时，T1截止，T2导通,流过RL的电流为iE2。由于管子的对称性，

在负载上获得完整的正弦波形。二）OCL互补功率放大电路组成输入ui=0时（静态时）输出uo=0。OCL电路及输出输出波形OCL电路的作图分析法输入信号处于正半周时，输出电压的峰值

Uom=VCC-Uces1≈VCC输入信号处于负半周时，输出电压的峰值

Uom=-VCC-Uces2≈-VCC三）功放电路的分析计算1.交流输出功率Po2.电源提供的直流功率PDC每个单管工作半周时的平均电流为：2.电源提供的直流功率PDC（续）3.效率4.集电极的最大功耗PT例：Po=1W甲类：Pcmax=4W→大功率管→必须加散热片→体积增大乙类：Pcmax=0.2W—中功率管说明：一般0.1W以下的管子称为小功率管。甲类功放乙类功放四）功率管的选择每只管子的最大允许功耗每只管子的反向击穿电压每只管子允许的最大集电极电流例题OCL功放电路图所示。其中VCC=15V，RL=8Ω，选取的功放管的极限参数为ICM=5A，反向击穿电压，|U(BR)CEO|=50V,PCM=5W。试求该功放最大输出功率是多少？此时功放管是否安全？解:根据题意，计算功放电路的参数如下。晶体管的最大集电极电流=晶体管承受的最大反偏电压单功放管的最大功耗输出最大功率与已经选取的功放管的极限参数进行比较，

管子的最大功耗PCM=10W>2.8W管子的反向击穿电压管子的最大集电极电流ICM=5A>1.9A比较结果说明满足设计指标要求。该功放电路的功放管是安全的。1.乙类互补对称功率放大器存在问题

当输入信号Ui在0~Ube之间变化时，不足以克服死区电压，三极管不导通。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。三、甲乙类互补对称功率放大电路交越失真-0.7V解决交越失真办法：可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。2.甲乙类双电源互补对称放大电路0.7V特点：（1）静态时，三极管微导通，可给三极管稍稍加一点偏置，iC1=iC2,io=0，电路工作在甲乙类。（2）不易调整偏置。由于流入T4管的基极电流很小，流经R1电阻和R2电阻的电流近似相等，有对于T4管，其发射结的导通电压基本稳定（如硅管0.6～0.8V，锗管0.1～0.3V）,所以有微调R1和R2的比值，就可以得到满意的T1、T2管的偏压值。调整R1、R2、T3参数，使R1和R2之间M点的电位近似

为0。复合管概念：多只管子合理连接等效成一只管子。经验：不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。目的：增大β，减小前级驱动电流，改变管子的类