电路与模拟电子技术

第4章常用电子元器件及其应用第4章常用电子元器件及其应用4.1二极管及其应用4.2三极管及其放大电路分析4.3场效应管及其放大电路简介4.4晶闸管及其应用1.理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用。2.了解二极管、稳压二极管和三极管的基本造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义，会分析含有二极管的电路。了解场效应管的电流放大作用、主要参数的意义。3.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点。掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法。4.了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念，了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的工作原理。5.了解差分放大电路的工作原理和性能特点。6.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。理解可控整流电路的工作原理、掌握电压平均值与控制角的关系。了解单结晶体管及其触发电路的工作原理。本章要求：第4章常用电子元器件及其应用4.1二极管及其应用4.1.1半导体知识基础1.概念⑴半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。⑵影响半导体导电能力的因素光照↑→导电能力↑如：光敏元件温度↑→导电能力↑如：热敏元件掺杂——纯净的半导体中掺入微量的某些杂质，会使半导体的导电能力明显改变。掺杂↑→导电能力如：P型、N型半导体。⑶常用的半导体材料锗

Ge硅

Si硅和锗为四价元素，最外层有4个价电子32142-8-18-42-8-42.本征半导体纯净的、具有晶体结构的半导体sisisisi最外层8个电子的稳定结构共价键内的价电子对⑴共价键共价键结构稳定导电能力很弱SiGe价电子⑵本征激发（热激发）sisisisi空穴自由电子自由电子本征激发成对产生空穴⑶两种载流子半导体中有自由电子和空穴两种载流子本征半导体两端外加电压时，将出现两部分电流，电子流和空穴流。⑷复合复合使自由电子和空穴成对减少

在一定温度下，热激发和复合处于动平衡状态。半导体中的载流子数目一定。温度升高、光照增强使价电子摆脱原子核的束缚自由电子与空穴相遇多余电子3.杂质半导体(1)N型半导体（电子半导体）本征半导体中掺入微量的五价元素磷特点：多数载流子——自由电子少数载流子——空穴N型半导体++++++++示意图P+sisisi硅晶体中掺磷出现自由电子磷

P152-8-5pP型半导体－－－－－－－－示意图空穴(2)P型半导体（空穴半导体）特点：多数载流子——空穴少数载流子——自由电子本征半导体中掺入微量的三价元素硼B-sisisi硅晶体中掺硼出现空穴多数载流子数目由掺杂浓度确定少数载流子数目与温度有关。温度↑→少子↑结论：52-3硼

BB4.

PN结及其单向导电性

同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，在它们的交界面处形成的特殊区域。(1)PN结(2)PN结的形成PNPN结P区和N区的载流子浓度不同由载流子的浓度差→多子扩散－－－－－－－－P++++++++NN区P区P区N区电子空穴正负离子显电性→建立空间电荷区→形成内电场→内电场反对多子扩散有利少子漂移扩散=漂移动平衡→空间电荷区宽度确定→PN结形成PN结——空间电荷区PN结也称为高阻区、耗尽层－－P++NPN结+-自建电场①空间电荷区中没有载流子。②空间电荷区的内电场阻碍P区的空穴和N区的自由电子形成扩散电流。（内电场阻碍多子的扩散）注意：④多子由掺杂浓度确定，少子与温度有关。③空间电荷区中内电场的作用使P区的电子和N区的空穴形成漂移电流。（内电场有助少子漂移）(3)PN结的单向导电性①PN结正向导通现象：灯亮、电流大（mA级）原因：，使PN结变窄，由多数载流子形成较大的正向电流。结论：PN结正向导通，正向电流大、正向电阻小。PN结变窄PNEmA+-+-+-I②PN结反向截止现象：灯不亮、

电流很小（μA级）原因：、方向一致，使PN结变宽，由少数载流子形成很小的反向电流。结论：PN结反向截止，反向电流小、反向电阻大。PN结变宽-+PNEμ-++-A4.1.2二极管及其简单应用1.二极管的结构和符号点接触型：结面小、结电容小，适用高频小电流场合，如：检波电路、数字开关电路。面接触型：结面大、结电容大，用在低频电路如整流电路D阴极阴极阴极阴极阳极阳极阳极阳极点接触型面接触型外形符号二极管图片二极管图片2.伏安特性UBR——反向击穿电压⑴正向特性死区电压=0.2V（锗管）0.5V（硅管）UD=0.2~0.3V（锗管）0.6~0.7V（硅管）导通后管压降：⑵反向特性UIO死区+--+UBRUD⑶温度对二极管的影响①温度升高二极管正向压降减小温度↑→载流子↑→→导电能力↑→等效电阻↓→→正向压降UD↓②温度升高二极管反向电流增大温度↑→少数载流子↑→反向电流↑温度每升高10°C，反向电流增大一倍。UIOUBRUDID⑷理想二极管的开关特性正向导通反向截止开关闭合+-开关断开例由理想二极管组成的电路如图所示，求电压UAB。(a)3kΩ6VD12VAB解：图(a)+-D正向导通，UD=0电压UAB=-6V+-+-+-12V3kΩD1(b)BD26VA(c)B12VD2D13kΩ6VA3V解：图(b)D1

导通，UD1=0，D2

截止电压UAB=0V解：图(c)D1优先导通，UD1=0，电压UAB=-3V-6V＜-3V，D2

截止3.主要参数（1）最大整流电流IDM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。（点接触型<几十毫安，面接触型较大。）（2）反向工作峰值电压URM二极管不被反向击穿时允许承受的最大反向电压。一般URM是UBR的一半（或三分之二）。（3）反向峰值电流IRM在URM下对应的反向电流。IRM愈小愈好。4.二极管的应用举例(1)限幅电路限幅器的功能就是限制输出电压的幅度

例电路如图。已知ui=10sinωtV，且E=5V，试分析工作原理，并作出输出电压uo的波形。5V10VOωtui（b）O5VωtuO解：图(a)⑴ui＜E，D

截止，uR=0，输出uo=ui

Eui

RD（a）uO电路为正限幅电路⑵ui＞E，D

导通，uD=0，输出uO=E例(2)二极管整流作用图示两个电路。已知ui=10sinωtV，试画出输出电压uo的波形。解：⑴图(a)ui＞0，D

导通，uO=0，ui＜0，D

截止，uO=ui

⑵图(b)ui＞0，D导通，uO=ui

，ui＜0，D截止，uO=010V0ωtui-10V0ωtuOuO10V0ωtui

RD（a）uO-+-+ui

RD（b）uO-+-+电路中RC构成微分电路，已知ui的波形，试画出输出电压uO的波形。(3)二极管的检波作用例解：⑴t=0时，uR为正脉冲t=t1时，uR为负脉冲t=t2时，uR为正脉冲⑵uR＞0时，D截止输出uO=0uR＜0时，D导通输出uO=uR负脉冲uRuiuORRLCD+-+-+-tttuiuRuOOOOt1t2VA>VB，DA先导通，DA起钳位作用，使VF=3V。FAB-12V0V+3VDARDBVB＜VF，DB截止，将VB与VF隔离DA、DB为理想二极管

(4)二极管的钳位和隔离应用例电路中，输入端VA=+3V，VB=0V，试求输出端F的电位VF。解：4.1.3特殊二极管(1)结构和符号UIUZmaxIZminIZmaxUZIZOaUZminb-+DZ符号面接触型硅二极管(2)伏安特性正向特性与普通硅二极管相同①未击穿区（Oa段）I≈0，反向截止②击穿区（稳压区

ab段）特性陡直，电压基本不变，具有稳定电压作用动态电阻：动态电阻愈小稳压效果愈好③热击穿区（b

点以下线段）过热，烧坏PN结1.稳压二极管(3)稳压二极管的参数③电压温度系数U①稳定电压UZ稳压二极管的稳压值②动态电阻

越小，稳压越好温度变化1°C，稳压值变化的百分数。④稳定电流IZ、最大稳定电流IZmax使用时稳压二极管的电流要大于IZ，小于最大稳定电流Izmax⑤最大允许功耗PZM稳压二极管不发生热击穿的最大功率损耗图示电路中，DZ1的UZ1=8.5V，DZ2的UZ2=5.5V，正向压降均为UD=0.5V，试求图中输出电压UO。（b）例解：UO（a）DZ1DZ2R20V+-+-+-+-RUODZ1DZ220V+-+-+-+-（d）20VUODZ1DZ2R+-+-+-+-（c）20VUODZ1DZ2R+-+-+-+-图示电路中，DZ的UZ=10V，IZmax=8mA，试求电流IZ，是否超过IZmax?如果超过，怎么办?（已知：例DZE+-R1IZR2I1I2UZ解：如果超过，应该增大R1或减小R2(1)符号和特性符号特性uiO暗电流E=200lxE=400lx工作条件：反向偏置(2)主要参数电学参数：暗电流，光电流，最高工作范围光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长实物照片2.光电二极管3.发光二极管

当管子接正向电压,有电流通过时,会发出光线。不同半导体材料的二极管发出的光线不同。发光二极管用于信号指示、数码管显示器。

发光二极管是一种将电能转换成光能的显示器件。发光二极管的伏安特性和普通二极管相似，死区电压为0.9~1.1V，其正向工作电压为1.5~2.5V,工作电流为5~15mA。反向击穿电压较低，一般小于10V。符号+-磷砷化镓（GaAsP）材料发红光或黄光，磷化镓（GaP）材料发红光或绿光，氮化镓（GaN）材料发蓝光，碳化硅（SiC）材料发黄光，砷化镓（GaAs）材料发不可见的红外线。发光二极管图片4.1.4半导体直流电源电源变压器:

将交流电源电压u1变为所需要的交流电压u2。整流电路:

将交流电压u2变为脉动的直流电压uR。滤波电路:

将脉动直流电压uR转变为平滑的直流电压uF。稳压电路:

当电网波动及负载变化时,维持输出电压Uo的稳定。直流稳压电源的组成和功能(1)单相半波整流电路0ωtuO

0

uDωt0ωt

iDio2πu2

ωt3ππ0u2>0时，D导通uD=0。u2<0时，D截止iD=0。uO=0uO=u2②输出平均电压UO①分析设：1.整流电路u1TriDbaiouoDu2RLu1TriDbaiouoDu2RL+-+-+-输出平均电压输出平均电流③二极管的选择二极管上的平均电流：二极管上的最高反向电压：例解：UO=0.45U2=9Vu1TriDbaiouoDu2RLu1TriDbaiouoDu2RL+-+-+-选用2AP4(16mA,50V)单相半波整流电路，已知：RL=750,

U2=20V。求：UO、IO、UDRM，并选出二极管。(2)单相全波整流电路设：2πua

ωt3ππ0

ub

0

ωtuO

ua>0ub＜0时，D1导通，D2截止Ua＜0ub＞0时，D2导通，D1截止uO=uauO=ub输出平均电压

UO=0.9U2二极管上的平均电流：二极管上承受的最高电压：输出平均电流u1uaaTrbD1RLuOD2ubiOtO+-+-+-+-(3)单相桥式整流电路u2正半周时电流通路①分析设：+-D1、D2共阴极，对应uO的“+”极；D3、D4共阳极，对应uO的“-”极。D1、

D3在u2的正半周导通；D2、

D4在u2的负半周导通。+-+-u1u2TrD4D2D1D3RLabtO+-iOuO-+u2负半周时电流通路+-+-u1u2TrD4D2D1D3RLabtO+-iOuOu2＞0

时a(+)

b(-)D1,D3导通D2,D4截止电流通路:由a(+)经D1RLD3b(-)u2＜0

时b(+)a(-)D2,D4导通D1,D3截止电流通路:由b(+)经D2RLD4a(-)输出是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形uOu2D4D2D1D3RLuO(+)(-)ab(+)(-)+-+-②输出平均电压UO输出平均电流③二极管的选择二极管上的平均电流：二极管上的最高反向电压：问题与讨论单相桥式整流电路中，若D2发生开路、短路或反接三种情况，电路中将会发生什么问题？⑴D2开路：相当于半波整流，UO=0.45U2⑵D2短路：UO=0，将变压器二次恻短路，烧坏绕组和管子⑶D2反接：UO=0，将变压器二次恻短路，烧坏绕组和管子+-+-u1u2TrD4D2D1D3RLabtO+-iOuO问题与讨论电路如图所示。试标出输出电压uO1、uO2的极性，画出输出电压的波形。并求出uO1、uO2的平均值。设：u1>0时u12>0,D1导通,uO1=u12u22＜0,D3导通,uO2=u22u1＜0时u22＞0,D2导通,uO1=u22u12＜0,D4导通,uO2=u12UO1=0.9U2UO2=-0.9U22πu12

ωt3ππ0u22

0ωtuO1

0ωtuO2

整流桥实物照片2.滤波电路(1)电容滤波电路uOD截止D导通ωtbaO①分析

设：并入电容C后，在u2>uC时，D导通，C充电,充电很快，输出电压uO随u2上升。当uC=后，u2开始下降u2<uC，D反偏截止，由C向RL放电，放电较慢，输出电压uO随uC按指数规律缓慢下降。当u2>uC时C又被充电uO=u2又上升。直到u2<uC，D又截止，C又放电，如此不断地充电、放电，使输出电压uO脉动程度大为减小。u1Tr+uODu2CRL+-+-+-②输出平均电压UO当RL=∞，（即空载时）UO==1.4U2通常，输出平均电压可按下述工程估算取值：③滤波电容C的确定一般要求

取RL≥

；则RLC≥

滤波电容一般为几十微法到几千微法的极性电容器。uOD截止D导通ωtbaOu1Tr+uODu2CRL+-+-+-有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压UO=30V，选择整流二极管及滤波电容器。流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压变压器二次侧电压的有效值解：1.选择整流二极管可选用二极管2CP11IOM=100mAUDRM=50V

例RLu2+-u1+-uO+-+C有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压UO=30V，选择整流二极管及滤波电容器。例RLu2+-u1+-uO+-+C取RLC=5T/2已知RL=200解：2.选择滤波电容器可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器.二极管导通角小，冲击电流大，容易使管子损坏④电容滤波电路的特点.输出电压UO高.带负载能力差，只适用于小电流场合。uO电容滤波1.4U20.45U2OIO无电容滤波无电容滤波有电容滤波电路半波桥式二极管上的最高反向电压iDtuotOO问题与讨论图示电路中，已知U2=20V，试求下列情况下，直流电压表的读数。①S1闭合、S2断开②S1断开、S2闭合③S1闭合、S2闭合④某二极管开路，重述上述情况解：①UO=0.9U2=18V②UO≈1.4U2≈28V③UO=1.2U2=24V④UO=0.45U2=9V

UO≈1.4U2≈28V

UO=U2=20VS1S2CRLu2VO+-u1+-(2)电感滤波电路整流管导通角大,无冲击电流，输出特性比较平坦，带负载能力强，适用于大电流的场合。缺点是电感铁心笨重,体积大,易引起电磁干扰。UO=0.9U2输出平均电压：RLu2+-Lu1+-uO+-(3)复式滤波器

LC形滤波器

LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。对直流分量:XL=0，L相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量:f越高,XL越大,电压大部分降在L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。π形RC滤波器π形LC滤波器LC形滤波器

比形LC滤波器的体积小、成本低。形RC滤波器

R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R大将使直流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。形LC滤波器

滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。π形RC滤波器π形LC滤波器LC形滤波器（1）电路+–UIRL+CIOUO+–+–u2IRRDZIZ3.稳压管稳压电路由限流电阻R，稳压二极管Dz组成。调节电阻R的作用是降压和限流，即消除由于输入电压的波动对输出的影响及限制稳压二极管的电流。（2）工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZRL(IO)IR设UI一定，负载RL变化UO

基本不变IR

(IRR)基本不变UO

(UZ

)IZUIUZO+–UIRL+CIOUO+–+–u2IRRDZIZUO

=UZ

IR

=IO+IZUIUZUIUZ设负载RL一定，UI

变化UO

基本不变IRRIZIR

（2）工作原理（3）参数的选择①UZ

=UO②IZmax=(1.5~3)IOmax③UI

=(2~3)UO适用于输出电压固定、输出电流不大、且负载变动不大的场合。O电压发生±20%波动，RL=2k，求R和UI的正常值。解：由KVL得I1=24mA，I2=11mAUI=26V，R=800已知：UZ=12V，IZmax=18mA，IZmin=5mA例UIRIZRLUZI+-+-4.2三极管及其放大电路分析4.2.1三极管及其放大作用B基极E发射极C集电极NPN型PNP型NNP发射结集电结BECIBIEICTBECIBIEICTB基极E发射极C集电极PPN1.三极管的基本结构三极管图片BECNNP基极发射极集电极基区：掺杂浓度最低并且很薄集电区：掺杂浓度较低。发射区：掺杂浓度较高2.三极管的电流分配和放大作用(1)晶体管的电流放大的条件

①内部条件

3个区掺杂浓度不同，厚薄不同②外部条件

发射结加上正向电压，集电结加上反向电压NNPBEC++--BECT++--UBE

UBC即：NPN型或PPNBEC--++BECT--++UBE

UBCPNP型为：或(2)晶体管的电流分配关系

mAAmAIETRBIBECEBICRC+--+共发射极放大实验电路IB/μA020406080100IC/mA0.0050.992.083.174.265.40IE/mA0.00510.012.123.234.345.50晶体管电流测试数据

②IC、IE>>IB，IC与IB之比称为直流(静态)电流放大系数①由KCL得：IE=IC+IB结论③ΔIC、ΔIE>>ΔIB，ΔIC与ΔIB之比称为交流(动态)电流放大倍数集电结反偏，扩散到基区的电子被收集(漂移)到集电区形成IC，收集能力强，IC大IC电子在基区与空穴复合，形成电流IB，复合机会小，IB小IBIE发射结正偏，发射区向基区发射(扩散)电子，形成发射极电流IE放大原理BECNNPEBRBEC+-+-+-+发射到基区电子被收集和复合的比例系数就是电流放大系数β3.三极管的特性曲线输入回路→输入特性输出回路→输出特性ICmAAV1V2UCEUBERBIBECEB

实验线路+-+-死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。令UCE=常数IB=f（UBE）(1)输入特性工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。IB/AUBE/V204060800.40.8UCE≥1V0此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。(2)输出特性1234当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。IC/mAUCE/V36912IB=020A40A60A80A100A0①放大区此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死区电压，称为截止区。IC/mA1234UCE/V36912IB=020A40A60A80A100A0②截止区ICEOIC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCE＜UBE,集电结正偏，IC不受IB影响，UCE0,称为饱和区。0③饱和区UCES4.三极管的主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入、输出的公共点，称为共射接法，相应还有共基、共集接法。共射直流电流放大系数：(1)电流放大系数和共射交流电流放大系数：常用的小功率晶体管，β值一般为20～200。①集-基极反向电流ICBOICBO是集电结反偏，由少子的漂移形成的反向电流，受温度变化影响。(2)两个极间电流AICBO温度↑→少子↑→ICBO↑ICBO越小越好②集-射极穿透电流ICEOAICEOICEO=(1+)ICBO，温度↑→ICBO↑→ICEO↑↑→IC↑ICEO不受IB控制,IB=0时,IC=ICEO；IB≠0时，IC=IB+ICEO，ICEO受温度变化的影响较大。所以集电极电流应为：IC=

IB+ICEO当温度上升时，ICEO增加，IC也相应增加。所以三极管的温度特性较差。ICEO越小越好，不宜超过100BECNNPICEO=

ICBO+ICBO+-+-+-ICBO根据分配关系，收集的电子形成电流ICBO。进入N区，参与复合的电子形成电流ICBO

ICBO集电结反偏有ICBOIB=0(1+)ICBO①集电极最大允许电流ICMIC↓→↓→当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。(3)极限参数②集-射极反向击穿电压U(BR)CEO基极开路时集-射极之间的击穿电压U(BR)CEO③集电极最大允许耗散功率PCM三极管的最大热损耗使用三极管时：IC≤ICM、UCE≤

U(BR)CEO、UCEIC≤

PCMUCEIC=PCMICMU(BR)CEO安全工作区iCuCEO⑷频率参数①共射截止频率f三极管的值随频率而发生变化。频率较低时，值基本不变，频率较高时，开始下降，降到0.707倍时的频率,称为截止频率f

。01100100.707β0fTβ0104105fβ106107108

f(Hz)β②特征频率fT值降到1时所对应的频率。放大电路中T1管各极电位为VX=+10V，VY=0V，VZ=+0.7V，T2管各极电位VX=+0V，VY=-0.3V，VZ=-5V，试判断T1和T2的管子类型和材料，X、Y、Z各是何电极？例解：NPN型管：VC>VB>VE，PNP型管：VC<VB<VE，3个电极的最高或最低电位，为集电极,，而电位差为导通电压的就是发射极和基极。根据发射极和基极的电位差值判断管子的材质。图（a）：Z与Y的电压为0.7V，为硅管，因为VX>VZ>VY,，所以X为集电极，Y为发射极，Z为基极，管子为NPN型。图（b）：X与Y的电压为0.3V，为锗管，因VZ<VY<VX,，所以Z为集电极，X为发射极，Y为基极，管子为PNP型。YZYXT2ZXT1(a)(b)图示电路中，三极管均为硅管,β=30，试分析各三极管的工作状态。解：（1）因为基极偏置电源+6V大于管子的导通电压，故管子的发射结正偏，管子导通，电流：因为IC>ICS，所以管子工作在饱和区。例+10V1kΩ+6V5kΩIB(a)IC（2）因为基极偏置电源-2V小于管子的导通电压，管子的发射结反偏，管子截止，所以管子工作在截止区。（3）因为基极偏置电源+2V大于管子的导通电压，故管子的发射结正偏，管子导通，电流:因为IC＜ICS，所以管子工作在放大区。+10V1kΩ-2V5kΩIB(b)IC+10V1kΩ+2V5kΩIB(c)IC5.复合管iC1=1

iB,iB2=iE1=(1+1)iB,iC2=2

iB2=2(1+1)iB,iC=iC1+iC2=[1+2(1+1)]iB.1

2

复合管的类型由第一只管子决定。用泄放电阻R1分流，以减小复合管的穿透电流ICEO

穿透电流ICEO(a)4种类型的复合管及等效类型(d)(c)(b)4.2.2三极管放大电路及其性能指标1.放大电路的作用和组成放大电路用以放大微弱信号，广泛用于音响设备、电子仪器、测量、控制系统及图像处理等领域，是应用最广泛的电子电路之一。(1)放大电路的作用放大电路分为电压（电流）放大电路和功率放大电路。放大器件有三极管、场效应管等。放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图所示。Auui+-uo+-三极管放大电路有三种形式共射放大电路共基放大电路共集放大电路以共射放大器为例讲解工作原理(2)放大电路的组成共射放大电路EC输入端接低频交流电压信号ui输出端接负载电阻ＲL，输出电压为uoRSus+-+UCCRCC1C2TRB++RLuiuo+-+-元器件作用①

集电极电源UCC

电路的能源、给三极管加偏置电路的核心器件。工作在放大区，利用其电流放大作用，将微弱的电信号进行放大。②三极管T③基极电阻RB

确定的静态工作点Q

④集电极电阻RC

实现电路的电压放大ui↑→iB

↑→iC↑→uCE↓→uo↓ui↓→iB

↓→iC↓→uCE↑→uo↑⑤耦合电容C1、C2

隔直流通交流对直流视为开路对交流视为短路+UCCRCC1C2TRB++RLuiuo+-+-iCiBuCE+-2.直流通路和交流通路

直流通路交流通路直流分量（静态值）：大写大注IBICUBEUCE总电量（瞬时值）：小写大注iBiCuBEuCE

交流分量（瞬时值）：小写小注ibicubeuce

交流分量（有效值）：大写小注IbIcUbeUce

+UCCRCTRBICIBUCEUBE+-+-原电路+UCCRCC1C2TRB++RLuiuo+-+-iCiBuCE+-+-uBERCTRBRLuiuoicibuceube+-+-+-+-++-+-RCTRBRLuiuoicibuceube-+-总电量

=直流分量

+

交流分量IBt0t0ibt0iB以基极电流iB为例波形如图所示3.放大电路的主要性能指标(1)电压放大倍数AuUi和Uo分别是输入和输出电压的有效值。其中A=Uo/Ui

，是Ui和Uo的相位差Au(2)输入电阻ri输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻输入电阻：ri=ui/ii（加压求流法）ri一般来说，ri越大越好。ri越大，ii就越小，ui就越接近uSAu输入端输出端iiui+-uSRS信号源+-(3)输出电阻ro放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维宁等效电路，这个戴维宁等效电路的内阻就是输出电阻。输出端AuuS+-rouso输出端+-rouso+-?如何确定电路的输出电阻？在电路的计算中求ro有两个方法：①所有的电源（包括信号源）置零，保留受控源。然后采用加压求流法。ui一般来说，ro越小越好。ro越小，带负载能力就越强。测量开路电压uo=uso②开路短路法（开路电压除以短路电流）io测量短路电流输出电阻：rouso+-rouso+-uo+-(4)通频带Am0.7AmfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：BW=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线3dB带宽fAO1.静态分析4.2.3共发射极放大电路的分析静态：放大电路无信号输入（ui

=0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。设置Q点的目的：

①使放大电路的放大信号不失真；②使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。——静态工作点Q：IB、IC、UCE。静态分析：确定放大电路的静态值。1.静态分析(1)由直流通路确定静态工作点直流通路4.2.3共发射极放大电路的分析+UCCRCTRBICIBUCEUBE+-+-用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，解：注意：电路中IB和IC的数量级例RC=4k，RB=300k，=37.5+UCCRCTRBICIBUCEUBE+-+-(2)由图解法求静态工作点QUCC先找出IB

对应的输出特性曲线然后在输出特性上作出直流负载线iCuCEOQ交点为Q点——直流负载线方程横轴的截距为UCC纵轴的截距为直流负载线斜率Q点太低容易截止UCCiCuCEoQIB(3)电路参数对Q的影响①UCC、RC一定时，改变RBRB↑→IB↓→Q↓RB↓→IB↑→Q↑Q点太高容易饱和Q1IB1Q2IB2②UCC、RB一定时，改变RCUCCiCuCEOQIBRC↑→α

↑→负载线平缓Q1Q2Q1点靠近饱和区RC↓→α

↓→负载线陡直RC

↓=0时，无电压放大作用③RC、RB一定时，改变UCCUCC1iCuCEOQ2IB2UCC2UCC3IB3Q3IB1Q1直流负载线斜率不变直流负载线平行移动UCC↑→↑→Q↑2.动态分析动态：放大电路有信号输入（ui

0）时的工作状态。分析方法：

微变等效电路法，图解法。所用电路：放大电路的交流通路。动态分析:计算Au、ri、ro等。分析对象：各极电压和电流的交流分量。目的：确定Au、ri、ro与电路参数的关系。(1)微变等效电路法①三极管的微变等效电路等效的条件工作范围在特性曲线的线性段小信号（微变信号）mV、μV级β=常数三极管的微变等效电路引出ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-rbeBEC晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。UBEIB三极管的输入电阻：iBuBEQOQ1Q2UBEIBiCuCEOQ1Q2QUCEICIBIC三极管的电流放大系数：输出端相当于一个受ib控制的电流源。输入端相当于电阻rbe晶体管的输出电阻rce：rce可视为开路iCuCEUCEICOicibibube+-uce+-rbeBECrce对交流信号ui而言短路+UCC短路置零②放大电路的微变等效电路RBRCC1C2RLuiuo+-+-将交流通道中的三极管用微变等效电路代替RBRCuiuORL++--RSus+-ibicBCEii交流通路ibicusrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii微变等效电路(3)动态性能指标的计算①电压放大倍数Au其中，RL′=RC//RL;负号表示uo与ui

反相;可见：RL愈大，Au愈高。一般总希望负载电阻RL大一些。输出端开路时:ibicusrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii源电压放大倍数

式中ri

=

RB//rbe≈rbe

（通常RB>>rbe）可见：RS愈小，愈高。一般希望RS小一些ibicusrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii②输入电阻ri放大电路是信号源（或前一级）的负载，输入电阻ri就是信号源（或前一级）的负载电阻。ri

↑→ii

↓→减轻信号源负担所以ri↑→ui↑→uo↑→本级Au↑ri↑→前一级RL↑→前一级Au

↑一般要求：输入电阻ri越高越好rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSrirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS③输出电阻ro一般要求：输出电阻ro越小越好放大电路是负载（或后一级）的信号源，其等效信号源的内阻就是输出电阻roro

↓→带负载能力强ro↓→后一级RS↓→后一级Aus↑另一种计算输出电阻的方法——开路（空载）时的输出电压——通路（负载）时的输出电压rbeRBRCRLRSEBC+-+-+-ErbeRBRCRS+-BC+-+-+-RLro+-(3)放大电路其他性能指标的介绍①波形的非线性失真Q点太低，信号进入截止区uoiCuCEOQiC.截止失真：截止区截止失真消除截止失真的方法：减小RB阻值，增大IB，提高Q点的位置。iCuCEOQiCuoQ点太高，信号进入饱和区.饱和失真：消除饱和失真的方法：增大RB阻值，减小IB，降低Q点的位置。饱和区饱和失真iCuCEOQuoiC总之，设置合适的静态工作点，并且输入的信号幅度适中，可避免放大电路产生非线性失真。②通频带Aum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：BW

=fH–fLAu=f（f）fAuOf↓→XC↑→耦合电容C1、C2分压→uo

↓→Au

↓f↑→↓→寄生电容Co分流→io↓→uo

↓→Au

↓+UCCRCC1C2TRB++RLuiuo+-+-iCiBuCE+-+-uBE4.2.4典型放大电路的分析（1）温度对静态工作点的影响固定偏置放大电路中Q´温度升高时，输出特性曲线上移，造成Q点上移温度T

ICEOICQiCuCEQOQ点不稳定IB=020A40A60A80A100AIB=020A40A60A80A100A1.分压式偏置放大电路可见IC与温度无关（2）工作点稳定原理VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSus+–温度TUBEIBICVEICVB不变通过自动调节使电流IC基本不变。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSus+–要求：≥≥CE对交流而言将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。旁路电容的作用去掉旁路电容后，电压放大倍数降低，但输入电阻提高。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSus+–含CE的微变等效电路及计算图中：ibicusrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii去掉CE后的微变等效电路及计算ibicusrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiiRE图中：2.射极输出器（1）电路接法无RC电阻→无电压放大作用基极输入、射极输出共集电极电路（2）射极输出器特点①Au≈1，且Au＜1（uo=ui-ube≈ui）但是，输出电流ie=(1+β)ib。所以射极输出器具有电流放大和功率放大的作用。对交流而言集电极接地RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++us+–RS②输出uo与输入ui同相，具有电压跟随作用。③输入电阻ri大。（几十千欧到几百千欧）④输出电阻ro小。（几欧到几十欧）rbeRBRLEBC+-+-+-RSRErbeRBEBCRSRE①射极输出器用于电路的输入级，利用其输入电阻大的特点，可以减轻信号源的负担，并能增大输入电压。②射极输出器用于电路的输出级，利用其输出电阻小的特点，可以降低输出电阻，提高带负载能力。③射极输出器用于电路的中间级，利用其输入电阻大的特点，可以提高前一级的电压放大倍数，利用其输出电阻小的特点，可以提高后一级的电压放大倍数，射极输出器起到电路的匹配作用，使电路总的电压放大倍数提高。（3）射极输出器应用4.2.5多级放大电路的级间耦合与差分放大电路输入A1A2An-1An输出12n-1n前置级：电压放大末前级末级功率放大级间耦合方式：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。阻容耦合：用于分立元器件多级交流放大电路直接耦合：用于放大缓变信号和直流信号的电路对耦合电路要求：各级静态工作点尽可能独立尽可能减小传输信号的损失和失真1.阻容耦合放大电路①静态分析由于电容有隔直作用各级的静态工作点独立（各级静态值单独计算）②动态分析画出微变等效电路，计算电压放大倍数及输入电阻和输出电阻。RB1RC1C1C2++++–RS+–RC2C3RL++UCC+––T1T2RB2RC1RB2RC2RLRSRB1+-+-+-+-第一级：第二级：总的电压放大倍数：输入电阻：输出电阻：RC1RB2RC2RLRSRB1+-+-+-+-2.直接耦合放大电路直接耦合存在的两个问题前后级静态工作点相互影响零点漂移直接耦合方式不但能放大交流信号，而且能放大变化极其缓慢的超低频信号以及直流信号。因此直接耦合放大电路比交流放大电路，用途广，通频带宽。fAuOAum0.7AumfLfH交流直流(1)前后级静态工作点相互影响静态（ui=0）时UC1=UBE2=0.6V，T1处于临界饱和状态RC1偏小，T2易饱和RE2↑→UE2↑→UC1↑UZ↑→UE2↑→UC1↑+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––+++UCCuoT2uiR1T1RC1RC2R2VC1UBE2RE2VE2–+–+–++UCCuoT2uiR1T1RC1RC2R2VC1UBE2DZUZR–+–+–+–+(2)零点漂移（零漂）ui=0时，uo

≠0uO随时间无规则缓慢的变化①影响：淹没真正的输出信号，以假乱真使电路无法正常工作。②主要原因：三极管参数受温度影响温度变化→ΔIC→ΔUCE→ΔUO≠0第一级电路的零漂逐级放大，对电路影响最大抑制零漂最有效的方法是采用差分放大电路ui=0–+uo

≠0–++UCCT2R1T1RC1RC2R2VC1UBE2DZUZR–+–+3.差分放大电路(1)零点漂移的抑制电路结构：电路左右对称信号从两管的基极输入，从两管的集电极输出。零漂的抑制uo=uC1-

uC2

=0当ui1

=

ui2

=0时：温度↑IC1↑→UC1↓IC2↑→UC2↓ΔUC1=ΔUC2uo=UC1-UC2=0ui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEuo+-+-+-①信号的输入a.共模输入共模信号：ui1=ui2ui1

↑iC1↑→uC1↓iC2↑→uC2↓ΔuC1=ΔuC2uo=uC1-

uC2=0ui2

↑差放电路抑制共模信号零漂信号是特殊的共模信号(2)差分放大电路的工作原理ui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEuo+-+-+-b.差模输入差模信号：ui1=-ui2ui1

↑iC1↑→uC1↓iC2↓→uC1↑|ΔuC1|

=|

ΔuC2|uo=2|uC1|

≠0ui2

↓差放电路放大差模信号uo=Ad（ui1

–ui2）放大输入信号的差值ui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEuo+-+-+-c.差分输入（比较输入、任意输入）差分信号可以分解为一对共模信号和一对差摸信号的组合：其中：uI1=8mV=6mV+2mVuI2=4mV=6mV-2mVuI1+UCCRCT1RBRCT2RBuI2REUEEuO+-+-+-②发射极电阻RE的作用a.RE对差模信号无作用RE对差模信号可视为短路ui1

↑ie1↑

ie2↓

ie=ie1↑+ie2↓ie

RE

=0ui2

↓ie不变ui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEuoib1ib2ie1ie2ieueube1ube2+-+-+-+-+-+-b.RE对共模信号的负反馈作用ie1↑

ie2↑

ui1

↑ui2

↑ie=ie1↑+ie2↑ueuc1↓

uc2↓

ube2↓ube1↓uc1↑

uc2↑

对于每个管来说就像是在发射极与地之间连接了一个2RE电阻RE可以降低各单管对共模信号的放大倍数RE越大，抑制共模信号的能力就越强ui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEuoib1ib2ie1ie2ieueube1ube2+-+-+-+-+-+-在实用电路中，常用三极管组成的恒流源代替电阻RE，来提高抑制共模信号的能力三极管动态电阻大→增大RE→提高抑制共模能力三极管静态电阻小→减小负电源UEEui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2ISUEEuo+-+-+-(3)差分放大电路的输入输出方式信号输入:双端输入为差模输入①双端输入、双端输出的电路ui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEuouiRLRRC1C2+-+-+-+-双端输入、双端输出的电路差模电压放大倍数:差摸电压放大倍数等于单管的电压放大倍数双端输出时；共模输出电压uoc=0，所以Ac=0共模电压放大倍数：Ac=0KCMR

AC

=0共模抑制比:KCMR=KCMR(dB)=②单端输入、单端输出的电路信号输入:单端输入也有差模输入对差模信号而言，单端输入与双端输入的效果一样。ui+UCCRCT1RBT2RBREUEEuo+-单端输入、双端输出的电路+-C1差模电压放大倍数：单端输出的差摸电压放大倍数是双端输出时的一半。单端输出时；共模输出电压uoc≠0，所以Ac≠0共模电压放大倍数：Ac≠0单端输出时，只有RE↑→AC↓→

KCMR↑KCMR≠④双端输入、单端输出的电路③单端输入、双端输出的电路单端输入、双端输出与双端输入、双端输出的电路一样。双端输入、单端输出与单端输入、单端输出的电路一样。具有恒流源的实际差分放大电路三极管T3为恒流源：T3工作在放大区具有恒流特性。可以使共模放大倍数Ac≈0，共模抑制比KCMR≈∞调零电位器RP：解决两边电路不完全对称带来的零漂问题，RP的取值约几十到几百欧姆。实际差分放大电路-UEET3RPIC3=ISRB1RB2REui2ui1uo1

uo2T2T1RBRBRCRC+UCC扩音系统执行机构(1)功率放大电路的作用4.2.6功率放大电路1.功率放大电路概述电压放大功率放大

信号提取信号输入放大电路的输出级，以足够的功率驱动执行机构。例如：使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。(2)功率放大器的特点充分利用功放管的极限参数:ICM、U(BR)CEO、PCM

。ICMU(BR)CEO①尽可能大的输出功率ICuCEOPCM②尽可能高的功率转换效率要求尽量减小电路的损耗，来提高功率转换效率。其中：Po为电路输出功率，PE为直流电源提供的总功率③允许的非线性失真只要将非线性失真限制在允许的范围内就可以了④采用图解分析法输入是大信号，只能用图解分析法(3)功率放大器的分类①甲类Q点设在放大区的中间，管子的导通角为360°缺点是静态电流IC较大，损耗大、效率低。理想效率仅为η=50%iCuCEOiC

QicOtiCIC②乙类

Q点设截止区（IC=

0），管子只在信号的半个周期内导通（导通角为180°），效率高。但存在交越失真。ωt交越失真uoOiCuCEOiC

QicOtiC③甲乙类

Q点设在放大区且接近截止区（接近IC≈0而IC≠

0）处，管子在信号的半个周期以上的时间内导通。由于甲乙类工作状态接近乙类工作状态状态。所以效率较高。iCuCEOiC

QicOtiC2.互补对称功率放大电路

有输出电容、采用单电源OTL电路——无输出变压器的互补对称功率放大器OCL电路——无输出电容的互补对称功率放大器互补对称功放电路的形式：无输出电容、采用双电源OCL电路广泛应用于集成电路的输出级对称：两管参数相同，类型不同；电源大小相等，极性不同。(1)OCL电路①电路结构类型互补：两管偏置电压极性不同——两管轮流导通两管电流方向不同——合成输出uo的波形两管组成射极输出器的电路形式，两管基极输入，两管射极接负载电阻RL。ib1ic1（+）（-）ib2ic2（-）（+）+uouiRLio+UCC-UCCT1T2-+-otuiic1ic2Otuo②工作原理（设ui为正弦波）静态时：ui=0Vui=0V,T1、T2均截止uo

=0V。动态时：ui≠0Vui

＜

0VT1截止ui

＞

0VT2截止T1导通io=ic1io=ic2

T2导通T1、T2都只在半个周期内工作，称为乙类放大ib1IB1=IB2=0,IC1=IC2=0,|UCE1

|=|UCE2|=UCCT1、T2均截止+-（-）（+）uiRLuoio+UCC-UCCT1T2ECEC+-+-ib2O

QiC1uCE1iC2uCE2Q1Q2OOOttic1ic2uoUCCuce2uce1T1T2UomIomUomio返回输出功率及转换效率③输出功率Po理想输出功率：其中：uouiRLio+UCC-UCCT1T2+-+-电源提供的功率PEtic1O其中平均电流：理想的提供功率：uouiRLio+UCC-UCCT1T2+-+-≥≥效率：理想效率：④功率管的最大管耗及功率管的选择每管的最大管耗：功率管的选择：uouiRLio+UCC-UCCT1T2+-+-≥≥≥⑤交越失真及其消除方法交越失真输出uo波形在正、负半波交接处出现的失真称为交越失真产生交越失真的原因：由于三极管存在死区电压，当ui<UT时三极管不导通。tuo交越失真uitOOtiBiBuBEtuiUTOOO消除交越失真的措施

电路中增加Ｒ1、Ｄ1、Ｄ2、R

2支路。静态时T1、T2两管均处于微弱导通状态。工作方式:甲乙类动态时，两管轮流工作。消除交越失真的措施

——加偏置，工作在甲乙类R1D1D2R2+UCC-UCCuouiioRLT1T2