基本放大电路演示文稿

基本放大电路演示文稿目前一页\总数六十五页\编于三点第10章基本放大电路10.1共发射极放大电路的组成10.2共发射极放大电路的分析10.3静态工作点的稳定10.4射极输出器*10.5差分放大电路10.6互补对称放大电路*10.7场效晶体管及其放大电路高等教育出版社高等教育电子音像出版社目前二页\总数六十五页\编于三点10.1共发射极放大电路的组成电路中各元件的作用：C1RS+uiRCRB+UCCC2RL+es+uo++iB+uBE

iC+uCET

晶体管

T

晶体管是电流放大元件，在集电极电路获得放大了的电流

iC，该电流受输入信号的控制。集电极电源电压UCC电源电压UCC

除为输出信号提供能量外，它还保证集电结处于反向偏置，以使晶体管具有放大作用。目前三页\总数六十五页\编于三点C1RS+uiRCRB+UCCC2RL+es+uo++iB+uBE

iC+uCET

集电极负载电阻

RC

将

iC

的变化变换为

uC

的变化，实现电压放大。偏置电阻RB

它的作用是提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。

耦合电容

C1

和

C2

a.起隔直作用；

b.起交流耦合的作用，即对交流信号可视为短路。目前四页\总数六十五页\编于三点10.2共发射极放大电路的分析10.2.1静态分析放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态分析是要确定放大电路的静态值(直流值)

IB，

IC

，

UBE

和UCE。(1)用放大电路的直流通路确定静态值RCRB+UCCIB+UBE

IC+UCET可用右图所示的直流通路来计算静态值目前五页\总数六十五页\编于三点RCRB+UCCIB+UBE

IC+UCET硅管的UBE约为0.6V，比UCC

小得多，可以忽略不计。[例1]

在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=4k，RB=300k，。试求放大电路的静态值。[解]目前六页\总数六十五页\编于三点(2)用图解法确定静态值根据直线方程UCE=UCC

RCIC可得出：IC=0时，UCE=

UCC

图解过程说明:在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直流负载线，与晶体管的某条(由IB

确定)输出特性曲线的交点Q称为放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电压和电流的静态值。基极电流IB

的大小不同，静态工作点在负载线上的位置也就不同，改变IB

的大小，可以得到合适的静态工作点，IB称为偏置电流，简称偏流。通常是改变RB

的阻值来调整IB的大小。目前七页\总数六十五页\编于三点0IB=0µA20µA40µA60µA80µA123UCCRCN24681012UCCMQ直流负载线图解过程IC

/mAUCE

/VQ1Q2目前八页\总数六十五页\编于三点

[例2]

在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=4k，RB=300k，晶体管的输出特性曲线如上图。(1)作出直流负载线，(2)求静态值。[解]

(1)由IC=0时，UCE=UCC=12V，和UCE=0时，可作出直流负载线(2)由得出静态工作点Q，静态值为IB=40AIC=1.5mAUCE=6V目前九页\总数六十五页\编于三点0IB=0µA20µA40µA60µA80µA1231.524681012MQ静态工作点求得静态值为：IB=40µA，IC=1.5mA，UCE=6VIC

/mAUCE

/VN目前十页\总数六十五页\编于三点10.2.2动态分析放大电路有输入信号时的工作状态称为动态。动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情况。确定放大电路的电压放大倍数

Au

；输入电阻

ri；输入电阻

ro。动态分析的两种基本分析方法：微变等效电路法和图解法。目前十一页\总数六十五页\编于三点(1)微变等效电路法晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替晶体管的特性曲线，晶体管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。目前十二页\总数六十五页\编于三点晶体管的微变等效电路IBUBE在晶体管的输入特性曲线上，将工作点Q附近的工作段近似地看成直线，当UCE

为常数时，UBE

与

IB

之比称为晶体管的输入电阻，在小信号的条件下，rbe

是一常数，由它确定ube

和ib

之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用rbe

等效代替。OIB

UBE

UCEIB

Q目前十三页\总数六十五页\编于三点低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算Rbe

是对交流而言的一个

动态

电阻。动态目前十四页\总数六十五页\编于三点IBICQIC

UCE

ICUCE晶体管输出特性曲线是一组近似等距离的平行直线，当UCE

为常数时，IC

与IB

之比为

。即为晶体管的电流放大系数，在小信号的条件下，是一常数，由它确定ic

受ib

的控制关系。

因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源

ic=ib

等效代替。目前十五页\总数六十五页\编于三点UCE

ICUCEQIC

IBICUCE晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行。在小信号的条件下，rce

也是一常数，在等效电路中与ib

并联，由于rce的阻值很高，可以将其看成开路。当IB

为常数时，UCE

与IC

之比称为晶体管的输出电阻。目前十六页\总数六十五页\编于三点由以上分析可得出晶体管的简化微变等效电路。CBE+ube+uceicibTibibBECicrbe

+uce+ube目前十七页\总数六十五页\编于三点放大电路的微变等效电路

对交流(动态)分量而言，电容、直流电源也可以认为是短路。C1RS+uiRCRB+UCCC2RL+es+uo++iBiCT基本放大电路可画出放大电路的交流通路。目前十八页\总数六十五页\编于三点+ubeTRCiiibicRLRSRBEBC+ui+es+uo+uce将交流通路中的晶体管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效电路。交流通路目前十九页\总数六十五页\编于三点rbe

EBCRCRLRBRSiiib+ui+es+uoui=ubeuo=uceicib基本放大器的微变等效电路目前二十页\总数六十五页\编于三点当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。电压放大倍数的计算rbe

EBCRCRLRBRS+

++由上图可列出式中目前二十一页\总数六十五页\编于三点故放大电路的电压放大倍数当放大电路输出端开路(未接RL

)时可见，接入RL，电压放大倍数降低。[例3]

在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=4k，RB=300k，。试求电压放大倍数Au。[解]在例10.2.1中已求出目前二十二页\总数六十五页\编于三点所以放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻ri，即它是对交流信号而言的一个动态电阻。目前二十三页\总数六十五页\编于三点如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻Rs

和ri

的分压，使实际加到放大电路的输入电压ui

减小，从而减小输出电压；第三，后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放大倍数。因此，通常希望放大电路的输入电阻能高一些。以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的。注意：ri

与rbe意义不同不能混淆。目前二十四页\总数六十五页\编于三点放大电路输出电阻的计算

放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源。其内阻即为放大电路的输出电阻ro

，它也是一个动态电阻。如果放大电路的输出电阻较大(相当于信号源的内阻较大)。当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。

因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻小一些。放大电路的输出电阻可在信号源短路和输出端开路的条件下求得。从基本放大电路的微变等效电路看，当，电流源相当于开路，故RC

一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。目前二十五页\总数六十五页\编于三点(*2)图解法首先在输入特性上作图，由输入信号ui

确定基极电流的变化量ib，再在输出特性上作图，得到交流分量ic

和uce

即(uo)。由图解分析可得出：交流信号的传输情况：目前二十六页\总数六十五页\编于三点0uBE/VQ1QQ2604020006040200.580.60.62UBEttiB/µA在输入特性上作图(ui)uBE/ViB/µAIB(ib)目前二十七页\总数六十五页\编于三点0IB=40µA2060803Q1.5612N0Mt00Q22.250.752.251.50.75IC39369交流负载线接负载后，Uom减小，Au下降。tQ1空载输出电压iC

/mAuCE/VuCE/ViC

/mA(ic)UCEuo=uce直流负载线目前二十八页\总数六十五页\编于三点电压和电流都含有直流分量和交流分量，即输入信号电压ui

和输出电压uo

相位相反。失真现象失真是指输出信号的波形不像输入信号的波形。原因：静态工作点不合适：

Q点过低，截止失真；Q点过高，饱和失真。信号太大，超出了特性曲线上的线性范围。称为非线性失真。目前二十九页\总数六十五页\编于三点高等教育出版社高等教育电子音像出版社目前三十页\总数六十五页\编于三点10.3静态工作点的稳定由于某种原因，例如温度的变化，将使集电极电流的静态值IC

发生变化，从而影响静态工作点的稳定。上一节所讨论的基本放大电路偏置电流

当

RB

一经选定后，IB

也就固定不变，称为固定偏置放大电路，它不能稳定

Q点。

+UCCRCC1C2TRLRE+CE++RB1RB2RS+ui+es+uoiBiC+uCE

+uBE

分压式偏置放大电路

放大电路不仅要有合适的静态工作点

Q，而且要保持

Q点的稳定。为此，常采用分压式偏置放大电路。目前三十一页\总数六十五页\编于三点+UCCRCTRERB1RB2IBIC+UCE

+UBE

I1I2IE直流通路由直流通路可列出若使则基极电位

可认为

VB

与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为RB1

和

RB2

的分压电路所固定。

若使VB>>UBE则目前三十二页\总数六十五页\编于三点因此，只要满足I2>>IB

和VB>>UBE

两个条件，VB

和IE或IC

就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，使静态工作点能得以基本稳定。对硅管而言，在估算时一般可取I2=(5~10)IB

和VB=(5~10)UBE。这种电路稳定工作点的实质是：当温度升高引起IC

增大时，发射极电阻RE上的电压降增大，使UBE减小，从而使IB减小，以限制IC

的增大，工作点得以稳定。电容CE的作用是使交流旁路，防止RE

上产生交流电压降降低电压放大倍数，CE

称为交流旁路电容。[例1]

在分压式偏置放大电路中，已知UCC=12V，RC=2k，RE=2k，RB1=20k，RB2=10k，RL=6k，晶体管的。(1)试求静态值；(2)画出微变等效电路；(3)计算该电路的Au，ri

和ro

。[解](1)目前三十三页\总数六十五页\编于三点(2)rbe

EBCRCRLRB2RS+++RB1目前三十四页\总数六十五页\编于三点(3)目前三十五页\总数六十五页\编于三点10.4射极输出器射极输出器是从发射极输出。在接法上是一个共集电极电路。10.4.1静态分析RERB+UCCIB+UBE

+UCETICIE直流通路C1RS+uiRERB+UCCC2RL+es+uo++iB+uBE

iE+uCET射极输出器用直流通路确定静态值目前三十六页\总数六十五页\编于三点10.4.2动态分析rbe

EBRERLRBRS+++C由射极输出器的微变等效电路可得出(1)电压放大倍数目前三十七页\总数六十五页\编于三点(2)输入电阻射极输出器的输入电阻很高。(3)输出电阻rbe

EBRERBRS+计算ro

的等效电路C右图中将信号源短路，保留其内阻RS，RS

与

RB

并联后的等效电阻为RS。在输出端将RL

取去，外加一交流电压

，产生电流。目前三十八页\总数六十五页\编于三点例如，=40，rbe=0.8k，RS=50，RB=120k，由此得目前三十九页\总数六十五页\编于三点可见射极输出器的输出电阻是很低的。射极输出器的主要特点是：电压放大倍数接近1；输入电阻高；输出电阻低。因此，它常被用作多级放大电路的输入级或输出级。

[例1]

用射极输出器和分压式偏置放大电路组成两级放大电路，如下图所示。已知：UCC=12V，1=60，RB1=200k，RE1=2k，RS=100。后级的数据同例，即RC2=2k，RE2=2k，RB1=20k，RB2=10k，RL=6k，2

=37.5，试求：(1)前后级放大电路的静态值；(2)放大电路的输入电阻ri

和输出电阻ro；(3)各级电压放大倍数Au1，Au2及两级电压放大倍数Au。

[解]由于电容有隔直作用，各级放大电路的静态值可以单独考虑。同时耦合电容上的交流电压降可以忽略不计，使前级输出信号电压差不多无损失地传送到后级输入端。目前四十页\总数六十五页\编于三点C1RSRE1RB1C2+es++T1+UCCRC2C3T2RLRE2+CE2+RB1RB2(1)

前级静态值为目前四十一页\总数六十五页\编于三点后级静态值同例，即(2)

放大电路的输入、输出电阻为前级的负载电阻，其中ri2

为后级的输入电阻，已在例10.3.1中求得，ri2=0.79k，于是目前四十二页\总数六十五页\编于三点输出电阻(3)计算电压放大倍数前级后级(见例)Au2=71.2两级电压放大倍数Au=Au1

Au2=0.98(71.2)=69.8目前四十三页\总数六十五页\编于三点*10.5差分放大电路T1T2RCRB+UCC+ui1iBiCRCRB+ui2iBiCRPREEEiEiE+uO差分放大电路用两个晶体管组成，电路结构对称，在理想情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相同，因此，两管的静态工作点也必然相同。10.5.1静态分析在静态时，ui1=ui2=0，则IC1=IC2

，VC1=VC2

，故输出电压

uO

=VC1

VC2=0差分放大电路的优点是具有抑制零点漂移的能力。目前四十四页\总数六十五页\编于三点什么是零点漂移？一个理想的放大电路，当输入信号为零时，其输出电压应保持不变(不一定是零)。但实际上，主要由于环境温度的变化，输出电压并不保持恒定，而在缓慢地、无规则地变化着，这种现象称为零点漂移(或称温漂)，它影响放大电路的工作。对差分放大电路，由于电路的对称性，当温度变化时，两边的变化量相等，即IC1=IC2

，VC1=VC2

虽然每个管子都产生了零点漂移，但是，由于两集电极电位的变化是互相抵消的，所以输出电压依然为零，即

uO

=VC1+VC1

(VC2+VC2)

=VC1

VC2=0零点漂移完全被抑制了。电位器RP

起调零作用，因为电路不可能完全对称，静态时输出电压不一定等于零，可通过调节RP使静态输出电压为零。目前四十五页\总数六十五页\编于三点在静态时，设IB1=IB2=IB，IC1=IC2=IC，忽略阻值很小的RP

可列出上式中前两项较第三项小得多，可略去，则每管的集电极电流发射极电位VE

0。每管的基极电流每管的集-射极电压接入RE是为了稳定和获得合适的静态工作点，负电源EE用来抵偿RE

上的直流压降。目前四十六页\总数六十五页\编于三点10.5.2动态分析(1)共模输入两个输入信号电压的大小相等，极性相同，即ui1=ui2

，这样的输入称为共模输入。在共模输入信号的作用下，若电路完全对称时，两管集电极电位的变化相同，因而，输出电压等于零，所以对共模信号没有放大能力，亦即放大倍数为零。(2)差模输入两个输入信号电压的大小相等，而极性相反，即ui1

=ui2

，这样的输入称为差模输入。设ui1

>0，ui2<0，则IC1>0，IC2<0，VC1<0，VC2>0。故uO=

VC1

VC2可见，在差模输入时，输出电压为两管各自输出电压变化量的两倍。目前四十七页\总数六十五页\编于三点T1RCibic+ui1+uo1RB单管差模信号通路由于差模信号使两管的集电极电流一增一减，其变化量相等，通过RE的电流近于不变，RE上没有差模信号压降，故RE对差模信号不起作用，可得出下图所示的单管差模信号通路。单管差模电压放大倍数同理可得双端输出电压为目前四十八页\总数六十五页\编于三点双端输入-双端输出差分电路的差模电压放大倍数为当在两管的集电极之间接入负载电阻时，式中两输入端之间的差模输入电阻为两集电极之间的差模输出电阻为同相输入端：当输入电压与输出电压的相位（极性）相同时，称该输入端为同相输入端。反相输入端：当输入电压与输出电压的相位（极性）相反时，称该输入端为反相输入端。目前四十九页\总数六十五页\编于三点

[例1]

在前图所示的差分放大电路中，已知UCC=12V，EE=12V，=50，RC=10k，RE=10k，RB=20k，RP=100，并在输出端接负载电阻RL=20k，试求电路的静态值和差模电压放大倍数。[解]式中目前五十页\总数六十五页\编于三点(3)比较输入两个输入信号电压既非共模，又非差模，它们的大小和相对极性是任意的，这种输入常作为比较放大来运用。差值电压(ui1

ui2)经放大后，输出电压为uO=Au(ui1

ui2)为了便于分析，可将这种信号分解为共模分量和差模分量，例如uI1=10mV=2mV+8mVuI2=6mV=2mV8mV其中，2mV是共模分量，8mV和(8mV)是差模分量。为了全面衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，通常引用共模抑制比KCMRR

来表征其值越大越好。共模抑制比差模放大倍数共模放大倍数目前五十一页\总数六十五页\编于三点10.6互补对称放大电路10.6.1对功率放大电路的基本要求在多级放大电路的末级或末前级是功率放大级对功率放大电路的基本要求是：

(1)在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。(2)效率要高。放大电路有三种工作状态。甲类工作状态tiCQOOiCuCE甲类工作状态静态工作点Q大致在负载线的中点。这种工作状态下，放大电路的最高效率为50%。目前五十二页\总数六十五页\编于三点甲乙类工作状态tiCQOOiCuCE甲乙类工作状态静态工作点Q沿负载线下移，静态管耗减小，但产生了失真。乙类工作状态tiCQOOiCuCE乙类工作状态静态工作点下移到IC

0处，管耗更小，但输出波形只剩半波了。目前五十三页\总数六十五页\编于三点10.6.2互补对称放大电路(1)无输出变压器(OTL)的互补对称放大电路OtuiR1iC2RLR3R2D1D2B1B2T1T2+UCCCLAC+++ui+uoOtuoiC1OTL电路图中两个晶体管T1(NPN型)和T2(PNP型)的特性基本相同。静态时，调节R3，使A点的电位为。

输出耦合电容

CL

上的电压也为。

R1

和D1

、D2

上的压降使两管获得合适的偏压，工作在甲乙类状态。目前五十四页\总数六十五页\编于三点iC2RL+UCCCL+OtuiiC1R1R3R2D1D2B1B2T1T2AC++uiOTL电路+uo在ui

的正半周，T1

导通，T2

截止，电流iC1

自上而下流过负载RL

；在ui

的负半周，T1

截止，T2

导通，电流iC2

自下而上流过负载RL

；在ui

的一个周期内，电流iC1

和iC2

以正反方向交替流过负载RL，在RL

上合成而得出一个交流输出信号电压uo。Otuo电流是靠电容CL

放电形成的，为了使输出波形对称，CL

的容量必须足够大。这种功率放大电路在理想情况下的效率为78.5%。目前五十五页\总数六十五页\编于三点(2)

无输出电容(OCL)的互补对称放大电路R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC++ui+uoUCCOCL电路

OCL电路需用正负两路电源。其工作原理与OTL电路基本相同。目前五十六页\总数六十五页\编于三点*10.7场效晶体管及其放大电路10.7.1绝缘栅场效晶体管SiO2绝缘层源极S栅极G漏极DP型硅衬底N+N+N沟道增强型绝缘栅场效晶体管结构示意图DSG符号再在两个N+

型区之间的二氧化硅绝缘层的表面及两个N+

型区的表面分别安置三个电极：栅极G、源极D和漏极D。由于柵极电流几乎为零，栅源电阻RGS

很高，最高可达1014。构成：用一块杂质浓度较低的P型薄硅片作为衬底，其上扩散两个相距很近的高掺杂N+

型区。并在表面生成一层薄薄的二氧化硅绝缘层。目前五十七页\总数六十五页\编于三点P型硅衬底N++BSGD。耗尽层ID=0UGSN+N+UDS当栅-源电压UGS=0时，D与S之间是两个PN结反向串联，无论D与S之间加什么极性的电压，总有一个PN结是反向偏置的，漏极电流ID

均接近于零。当在柵极和源极之间加正向电压但数值较小时(0<UGS

<UGS(th))

，由柵极指向衬底方向的电场吸引电子向上移动，填补空穴在P型硅衬底的上表面形成耗尽层，此时仍然没有漏极电流。目前五十八页\总数六十五页\编于三点当UGS

大于一定数值时(UGS>UGS(th))，在栅极下P型半导体表面形成N型层，通常称它为反型层。这就是沟通源区和漏区的N型导电沟道(与P型衬底间被耗尽层绝缘)。UGS

正值越高，导电沟道越宽。P型硅衬底N++BSGD。耗尽层N型导电沟道N+N+UGS+EG目前五十九页\总数六十五页\编