电工学ch4 分立元件放大电路1

分立元件放大电路南京工业大学信息科学与工程学院电子系第四章5/12/20241、半导体器件2、基本放大电路3、放大电路中静态工作点的稳定4、共集电极放大电路5、多级放大电路第四章分立元件放大电路5/12/2024重点理解半导体二极管、稳压二极管、晶体三极管的工作原理和主要参数；理解放大电路的基本性能指标；掌握共射极的微变等效电路分析方法。5/12/2024第一节半导体器件

PN结半导体二极管晶体三极管场效应管5/12/2024一、PN结本征半导体杂质半导体

PN结的形成

PN结的单向导电性5/12/2024半导体:

导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。最常用的半导体为硅和锗。

1、本征半导体半导体导电性能的特点:热敏性:温度升高导电能力增强；光敏性:光照增强导电能力增强；掺杂后导电能力剧增。5/12/2024本征半导体:

完全纯净、具有晶体结构的半导体。+4+4+4+4共价键中的价电子被束缚很紧5/12/2024本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。

+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子本征激发5/12/20242、杂质半导体本征半导体由于载流子数量极少，因此导电能力很低。掺入有用杂质的半导体叫杂质半导体。

N型半导体

P型半导体5/12/2024N型半导体自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。正离子。+4+4+4+4+5多余电子磷原子掺入五价元素在常温下即可变为自由电子返回5/12/2024P型半导体+4+4+4+4+3硼原子空穴掺入三价元素空穴称为多数载流子（多子），自由电子称为少数载流子（少子）。负离子5/12/20243、PN结的形成多子的扩散运动内电场E少子的漂移运动浓度差－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体空间电荷区内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称PN结5/12/2024

PN结的形成:当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起的时侯，由于交界面处存在载流子浓度的差异→多子扩散→产生空间电荷区和内电场→内电场阻碍多子扩散，有利少子漂移.

当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结。5/12/20244、PN结的单向导电性PN结加正向电压（正向偏置，P接正、N接负）时，PN结处于正向导通状态，PN结正向电阻较小，正向电流较大。5/12/2024PN结加反向电压（反向偏置，P接负、N接正）时，PN结处于反向截止状态，PN结反向电阻较大，反向电流很小。5/12/2024二、半导体二极管二极管的结构和类型二极管的伏安特性二极管的主要参数二极管的应用稳压二极管5/12/20241、二极管的结构和类型按结构分二极管有点接触型和面接触型两类。5/12/2024（c）符号5/12/20242、二极管的伏安特性二极管的伏安特性是指二极管两端的电压和流过管子的电流之间的关系。二极管本质上是一个PN结，它具有单向导电性，分正向特性和反向特性两部分。5/12/2024PN+–UI硅管0.5V锗管0.2V反向击穿电压U(BR)导通压降死区电压外加电压大于死区电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性PN+–反向特性非线性反向电流在一定电压范围内保持常数。硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V5/12/20243、二极管的主要参数（1）最大整流电流IFM二极管长期使用时所允许通过的最大正向平均电流。（2）最高反向工作电压URM是保证二极管不被击穿而允许施加的最高反向电压，一般是反向击穿电压1/2。（3）最大反向电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。5/12/20244、二极管的应用二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性实现整流、检波、限幅、箝位、开关、元件保护、温度补偿等。5/12/2024定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V

分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若V阳

>V阴或UD为正，二极管导通（正向偏置）若V阳

<V阴或UD为负，二极管截止（反向偏置）

若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零相当于短路，反向截止时二极管相当于断开。5/12/20245/12/2024ui>8V

二极管导通，可看作短路uo=8V

ui<8V

二极管截止，可看作开路uo=ui已知：二极管是理想的，试画出uo

波形。u218V8V例1D8VRuoui++––5/12/2024两个二极管的阴极接在一起求：UAB取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。V1阳=－6V，V2阳=0V，V1阴=V2阴=

－12VUD1=6V，UD2=12V∵

UD2>UD1∴VD2

优先导通，VD1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=0VVD１6V12V3k

BAVD2UAB+–例25/12/20245/12/2024符号UZIZIZM

UZ

IZUI伏安特性稳压管正常工作时加反向电压

+–稳压管反向击穿后，电流变化很大，但电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。返回5、稳压二极管5/12/2024主要参数(1)稳定电压UZ

稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(2)电压温度系数

ｕ环境温度每变化1

C引起稳压值变化的百分数。(3)动态电阻(4)稳定电流IZ、最大稳定电流IZM(5)最大允许耗散功率PZM=UZIZM愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。5/12/2024三、晶体三极管三极管的结构与类型三极管的放大原理三极管的特性曲线三极管的主要参数5/12/20241、结构与类型BECNNP基极发射极集电极PNP集电极基极发射极BCENPN型PNP型5/12/2024符号：BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管5/12/20242、电流分配关系和放大原理BECNNPEBRBECRC三极管放大的外部条件发射结正偏、集电结反偏从电位的角度看：

NPN发射结正偏VB>VE

集电结反偏VC>VB5/12/2024三极管的连接方式:方式信号输入端输出端共同端共基极发射极集电极基极共发射极基极集电极发射极共集电极基极发射极集电极5/12/20245/12/2024IB(mA)

00.020.040.060.080.10IC(mA)<0.0010.701.502.303.103.95IE(mA)<0.0010.721.542.363.184.05通过实验及测量结果，得IC(或IE)比IB大得多，(如表中第三、四列数据)5/12/2024晶体管的电流放大作用：IB的微小变化可以引起IC的较大变化(第三列与第四列的电流增量比)。实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是电流控制电流的放大器件。电流放大倍数5/12/2024小结：在晶体管中，不仅IC比IB大很多；当IB有微小变化时还会引起IC的较大变化晶体管放大的外部条件－发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置晶体管是电流控制电流的放大器件5/12/20243、特性曲线

三极管的伏安特性反映了三极管电极之间电压和电流的关系。要正确使用三极管必须了解其伏安特性。后一页前一页返回输入特性输出特性5/12/2024

实验线路输入回路输出回路EBICmA

AVUCEUBERBIBECV共发射极电路

5/12/2024（1）输入特性IB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.2V。工作压降：硅UBE0.6~0.7V锗UBE0.2~0.3V5/12/2024（2）输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，即IC=IB。此区域满足IC=

IB

称为线性区（放大区），具有恒流特性。5/12/2024IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A

UCEUBE,集电结正偏，

IBIC，称为饱和区。

此区域中IC受UCE的影响较大返回5/12/2024IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,UBE

<

死区电压，称为截止区。为可靠截止，常取发射结零偏压或反偏压。5/12/2024输出特性可划分为三个区，分别代表晶体管的三种工作状态。1）放大区(线性区，具有恒流特性)放大状态

IC=IB，发射结正偏、集电结反偏。2）截止区（晶体管处于截止状态）开关断开

IB=0，IC0，UBE<死区电压发射结反偏或零偏、集电结反偏。3）饱和区(管子处于饱和导通状态)开关闭合

IBIC，

UCEUBE,

发射结正偏，集电结正偏。5/12/20245/12/20244、主要参数

电流放大系数β，集-基极反向截止电流ICBO集-射极反向截止电流ICEO集电极最大允许电流ICM集-射极反向击穿电压

U(BR)EOC集电极最大允许耗散功率PCM5/12/2024直流电流放大系数：电流放大系数和工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为

IB，相应的集电极电流变化为IC。交流电流放大系数：一般小功率三极管大功率三极管5/12/20245/12/2024放大电路的功能：将微弱的电信号加以放大，在输出端输出一个与输入信号波形相同而幅值增大的信号。放大电路的性能指标：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、非线性失真等。Auuotuituo+–ui+–第二节基本放大电路5/12/2024RBEBRCC1C2T++ECuo+–ui+–RSus+–RL++––

1.电路组成参考点ui+–uo+–一、放大电路的组成及工作原理

5/12/2024RBEBRCC1C2T++ECuo+–ui+–RSus+–RL++––

2.元件作用

放大元件,iC=

iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使T工作在放大区。使发射结正偏，并提供适当的基极电流。基极电源与基极电阻后一页前一页返回参考点5/12/2024RBEBRCC1C2T++ECuo+–ui+–RSus+–RL++––集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容隔直传交信号源负载5/12/2024RBEBRCC1C2T++ECuo+–ui+–RSus+–RL++––可以省去RB参考点+UCC输入输出5/12/20243.工作原理uBEtUBEiBtIBiCtIC静态:无输入信号(ui

=0)时RCC1C2+++UCCRBiBiCuCEui+–uo+–uBE+–+–UCEuCEt5/12/2024uBEtuitiBtiCtuCEtuotUBEIBICUCE？无输入信号时动态:加有输入信号时

uCE=VCC－iC

RC

RCC1C2+++UCCRBiBiCuCEui+–uo+–uBE+–+–5/12/2024结论：1）静态时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和

IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE

)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。IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC5/12/20242）动态时，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量。iCtiCtIC+iCtic集电极电流直流分量交流分量静态分析动态分析5/12/20243）若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。4）输出电压与输入电压在相位上相差180°,即共发射极电路具有反相作用。uituot5/12/2024二、放大电路的分析静态分析（确定静态工作点）：

估算法、图解法

动态分析（计算放大电路的性能指标）：

微变等效电路法、图解法5/12/20241、静态分析（1）估算法求IB、IC、UCE

步骤：

1）画出直流通路

2）根据直流通路估算IB3）估算IC4）根据直流通路估算UCE5/12/2024开路直流通路开路VT+RB+UCCRC后一页前一页+UCCRCC1C2+RBuoRLesRS+-+-1）画出直流通路直流通路：无信号时直流电流的通路5/12/20242）根据直流通路估算IBRBRCIB

RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。+UCCUBE+–5/12/2024RBRC+UCC4）根据直流通道估算UCEIC根据电流放大作用UCE+–3）估算IC5/12/2024RBRCIB+UCCIC例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4K

，RB=300K，=37.5。解：UCE+–UBE+–5/12/2024（2）图解法：

UBE=UCC–IBRB直流偏置线RBRCIBICUCE+–UBE+–+UCC返回IBUBEQIBUBEUCCUCC/RB5/12/2024ICUCEUCE=UCC–ICRC

RBRCIBICUCE+–UBE+–+UCCUCCQ返回5/12/20245/12/20242、动态分析动态：

放大电路有交流信号输入（ui

0）时的工作状态。动态分析:

计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。5/12/2024（1）微变等效电路法1）输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。三极管的微变等效电路

UBE

IB对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻。rbe称为晶体管输入电阻。对于小功率三极管：5/12/20242）输出回路iCuCE所以：输出端相当于一个受ib控制的电流源。后一页前一页

IC

UCE特性曲线近似平行rce愈大，恒流特性愈好rce称为晶体管输出电阻返回5/12/2024ibicicBCEib

ib

rceCrbeBE晶体三极管微变等效电路后一页前一页ube+-uce+-ube+-uce+-rce很大，一般忽略。返回5/12/2024用微变等效电路法分析电路：画出交流通路画出微变等效电路求电压放大倍数求输入电阻求输出电阻5/12/20241)画交流通路:交流信号传输的路径,信号源单独作用的电路.短路短路对地短路+UCCRBRCC1C2RLuo+-esRS+-返回5/12/2024交流通路RBRCuiuoRLRSes++-+--返回RBRCC1C2RLuo+-esRS+-5/12/20242)画出微变等效电路将交流通路中的三极管用微变等效电路代替后一页前一页分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。RBRCuiuoRL++-rbe

ibibicRBRCRLEBCui+-uo+-rbeRBRCRL+--+返回5/12/20243)求电压放大倍数：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL+--+5/12/20244)求输入电阻：放大电路对信号源来说，是一个负载，其大小可以用一个输入电阻(等效电阻)来表示。定义：放大电路+-信号源+-5/12/2024输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。输入电阻越大，放大电路得到的信号电压Ui也越大，因此一般希望输入电阻大些。rbeRBRCRL+--+后一页前一页返回5/12/2024

5)求输出电阻：对于负载而言，放大电路相当于一个信号源，而信号源的内阻就是放大电路的输出电阻。+_RLr0+_后一页前一页返回5/12/2024RL000rbeRBRC外加1）断开负载RL2）ES=0,内阻保留3）外加电压4）求共发射极放大电路输出电阻共射极放大电路特点：

1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.++--返回加压求流法步骤:RS5/12/20245/12/2024(2)图解法步骤:1）根据ui在输入特性曲线上求iB

2）画出交流负载线

3）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE

5/12/2024iBibtuiuBEQ60201）根据ui在输入特性曲线上求iB5/12/2024RBRCRLuiuo交流通路交流信号的变化沿着斜率为：的直线。这条直线通过Q点，称为交流负载线。2）画出交流负载线

5/12/2024交流负载线的作法iCvCEECQIB过Q点作一条直线，斜率为：交流负载线5/12/2024uce与ui反相！iCuCEictucet3）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE5/12/2024iCuCE可输出的最大不失真信号讨论:静态工作点的选择与非线性失真5/12/2024iCuCEQ点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真5/12/2024iCuCEQ点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形5/12/2024第三节放大电路中静态工作点的稳定

合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。5/12/20241.温度变化对静态工作点的影响在固定偏置放大电路中当UCC和

RB一定时，IC与UBE、

以及

ICEO

有关，这三个参数随温度而变化。

当温度升高时，

UBE

、、ICBO

。温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移。后一页前一页返回5/12/2024iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移结论：当温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。Q´返回5/12/20242.分压式偏置电路稳定Q点的原理RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IBVB++++UCCuiuo++––5/12/2024RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IBVB++++UCCuiuo++––返回5/12/2024Q点稳定的过程TUBEIBICUEICVB固定

RE:温度补偿电阻对直流：RE越大稳Q效果越好；对交流：RE越大交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。I1I2IBVB+++RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuo+–ui+–5/12/20243.分压式偏置电路的分析静态分析RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IBVB++++UCCuiuo++––5/12/2024动态分析对交流:CE将RE短路，Au，ri，ro与固定偏置电路相同。I1I2IBVB+++RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuo+–ui+–旁路电容5/12/2024去掉CE后的微变等效电路+UCC短路对地短路C1RB1RCC2RB2RERLuo+–ui+–rbeRCRLRE++--5/12/2024Au减小(1)电压放大倍数rbeRCRLRE++--5/12/2024(2)输入电阻ri

和输出电阻r0rbeRCRLRE+_+_5/12/2024无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小ri

提高ro不变分压式偏置电路5/12/2024例1:.在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7KΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ

RL=6kΩ，晶体管β=50，UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点IB、IC及UCE；(2)画出微变等效电路；(3)输入电阻ri、r0及Ａu。RB1+UCCRCC1C2RB2CERE2RLuiuoRE1++

5/12/2024【解】RB1+UCCRCRB2RE2RE1直流通路如图所示。5/12/2024微变等效电路如图rbeRCRLRE1++

5/12/2024第四节共集电极放大电路RB+UCCRCC1C2RERLuiuo++––++5/12/2024RB+UCCRCRE直流通路一、

静态分析RB+UCCRCC1C2RERLuiuo++––++5/12/2024二、动态分析1.电压放大倍数

电压放大倍数

且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。rbeRERL++––5/12/20242.输入电阻rbeRERL++––5/12/20243.输出电阻断开负载电阻，用加压求流法求输出电阻。置0后一页前一页

+RsrbeRERL+

ro返回5/12/2024一般所以后一页前一页RsrbeRE+_射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。返回5/12/2024共集电极放大电路的特点：1.电压放大倍数小于1，约等于12.输