电模第六章(放大电路基础)教学文稿.ppt

电模第六章(放大电路基础)图图 常见三极管的外形常见三极管的外形6.1.1 6.1.1 半导体三极管的结构半导体三极管的结构 双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。e-b间的PN结称为发射结(Je)c-b间的PN结称为集电结(Jc)中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。双极型三极管的符号中，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。半导体三极管的结构半导体三极管的结构 从外表上看两个从外表上看两个N区区,(或两个或两个P区区)是对称的，实际上是对称的，实际上发射区的发射区的掺杂浓度大掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低集电区掺杂浓度低，且，且集电结面积大集电结面积大。基区要基区要制造得很薄制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。，其厚度一般在几个微米至几十个微米。6.1.2 三极管的工作原理三极管的工作原理 双极型半导体三极管在工作时一定要加上双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压，集电结加反向电压，如图所示。如图所示。现以现以 NPN型三型三极管的放大状态为极管的放大状态为例，来说明三极管例，来说明三极管内部的电流关系。内部的电流关系。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVoVcVbVe 在发射结正偏，集电结反偏条件下在发射结正偏，集电结反偏条件下，三极管中载，三极管中载流子的运动：流子的运动：(1)发射区向基发射区向基区注入电子：区注入电子：在在VBB作用下，作用下，发射区向基区发射区向基区注入电子形成注入电子形成IEN，基区空穴，基区空穴向发射区扩散向发射区扩散形成形成IEP。IEN IEP方向方向相同相同VBBVCC(2)电子在基区复合和扩散电子在基区复合和扩散 由发射区注入基区的电子继续向集电结扩散，扩由发射区注入基区的电子继续向集电结扩散，扩散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流IBN。由。由于基区薄且浓度低，所以于基区薄且浓度低，所以IBN较小。较小。(3)集电结收集电子集电结收集电子 由于集电结反由于集电结反偏，所以基区中扩偏，所以基区中扩散到集电结边缘的散到集电结边缘的电子在电场作用下电子在电场作用下漂移过集电结，到漂移过集电结，到达集电区，形成电达集电区，形成电流流ICN。VBBVCC(4)集电极的反向电流集电极的反向电流 集电结收集到的电子包括两部分：集电结收集到的电子包括两部分：发射区扩散到基区的电子发射区扩散到基区的电子ICN基区的少数载流子基区的少数载流子ICBOVBBVCC IE=IEN+IEP 且有IENIEP IEN=ICN+IBN 且有IEN IBN ，ICNIBN IC=ICN+ICBO IB=IEP+IBNICBOIE=IC+IBVBBVCC三极管各电极的电流关系三极管各电极的电流关系3.三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态6.1.36.1.3三极管的特性曲线三极管的特性曲线n什么叫三极管的特性曲线？三极管伏安特性曲线是指三极管各电极电压与各电极电流之间关系的曲线，它是管子内部载流子运动规律的外部体现。1.4.31.4.3三极管的特性曲线三极管的特性曲线输入回路输入回路输出回路输出回路1、输入特性曲线、输入特性曲线:(1)是研究当是研究当UCE=常数常数 时，时，UBE 和和iB之间的关系曲之间的关系曲 线，线，用函数关系式表示为用函数关系式表示为:(1)UBE 和和i iB B之间的关系曲线之间的关系曲线(2)用用 UCE=1V 的输入特性曲的输入特性曲线来代表线来代表UCE1V 所有输所有输入特性曲线入特性曲线(3)输入特性的死区电压：输入特性的死区电压：硅管约为硅管约为0.5V；锗管约为锗管约为0.1V。发射结正偏导通后：发射结正偏导通后：硅管硅管 UBE=0.7V；锗管锗管 UBE=0.3V1 1、输入特性曲线、输入特性曲线200.40.60.81006080400.2输入回路输入回路输出回路输出回路1.4.31.4.3三极管的特性曲线三极管的特性曲线2 2、输出特性曲线、输出特性曲线:(1)(1)是研究当是研究当 i iB B=常数常数 时，时，U UCECE和和i iC C之间的关系曲之间的关系曲线，用函数表示为线，用函数表示为:输入回路输入回路输出回路输出回路2 2、输出特性曲线、输出特性曲线(2)输出特性曲线输出特性曲线,当当UCE较小时起始部份很陡，较小时起始部份很陡，当当UCE 略有增加，略有增加，iC 增加很快，当增加很快，当UCE1V 以后，再增加以后，再增加UCE、iC 增加不明显。增加不明显。(3)如改变如改变IB 则得到另一则得到另一条输出特性曲线。条输出特性曲线。（a）输入特性曲线输入特性曲线;（b）输出特性曲线输出特性曲线 图图 三极管的输入、三极管的输入、输出特性曲线输出特性曲线3 3、把输出特性曲线划分成三个区、把输出特性曲线划分成三个区510152012340饱和区饱和区截止区截止区放大区放大区击穿区击穿区(3)饱和区饱和区 区域：区域：uCE 0.7v 以左部分以左部分 条件：发射结正偏，集电结正偏。条件：发射结正偏，集电结正偏。uBE0,uBC0 特点：失去放大能力，即特点：失去放大能力，即iCiB不成立不成立,即即iB不能控制不能控制iC 的变化。的变化。(1)截止区：截止区：区域：区域：iB0 输出特性曲线以下的区域为截止区输出特性曲线以下的区域为截止区 条件：发射结、集电结均反偏条件：发射结、集电结均反偏 uBE0,uBC0,集电结反偏集电结反偏，uBCVbVe放大放大VcVbiCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每升高温度每升高 1 C，(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O6.1.5 半导体三极管的参数半导体三极管的参数半导体三极管的参数分为三大类:直流参数 交流参数 极限参数1.直流参数 直流电流放大系数 a.共基极直流电流放大系数 =IC/IE=IB/1+IB=/1+三极管的三极管的直流参数直流参数 在放大区基本不变。在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线(vCE=const)来求取IC/IB，如下左图所示。在IC较小时和IC较大时，会有所减小，这一关系见下右图。b.共射极直流电流放大系数：=（ICICEO）/IBIC/IB vCE=const三极管的三极管的直流参数直流参数b.集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO和ICBO之间的关系：ICEO=（1+）ICBO相当于基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0时曲线所对应的Y坐标的数值,如图所示。极间反向电流a.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。它相当于集电结的反向饱和电流。三极管的三极管的交流交流参数参数2.交流参数交流电流放大系数 a.共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const在放大区 值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上通过垂直于X 轴的直线求取IC/IB。或在图上通过求某一点的斜率得到。具体方法如图所示。三极管的三极管的交流交流参数参数 b.共基极交流电流放大系数=IC/IE VCB=const 当ICBO和ICEO很小时，、，可以不加区分。特征频率特征频率fT 三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。三极管的三极管的极限极限参数参数 如图所示，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7030时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。至于值下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有所差别。可见，当ICICM时，并不表示三极管会损坏。(3)极限参数集电极最大允许电流ICM三极管的三极管的极限极限参数参数集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICVCBICVCE，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VCE取代VCB。三极管的三极管的极限极限参数参数反向击穿电压:反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力，其测试时的原理电路如图所示。BR代表击穿之意，是Breakdown的字头。几个击穿电压在大小上有如下关系：V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR)EBO三极管的三极管的极限极限参数参数 a.V(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。下标 CB代表集电极和基极，O代表第三个电 极E开路。b.V(BR)EBO集电极开路时发射结的击穿电压。c.V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的 击穿电压。对于V(BR)CER表示BE间接有电阻，V(BR)CES表示BE间是短路的。三极管的安全工作区三极管的安全工作区由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见下图。三极管的参数三极管的参数参 数型 号 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126*83BX31C 125 125 40 246*83CG101C3CG101C 100 30 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5A 5A 300 25042mA3DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DKG23 250W 30A 400 325 8注：*为 f 6.1.7 三极管应用三极管应用Vi=5V时，IB=(5-0.7)/10K=0.43mAICS=10V/5K=2mA IB=22mA三极管饱和，VO=0V;Vi=0V时，三极管截止,VO=10V。5V10VttViVOce10K5K10Vb+_ _+_ _ViVO例如：三极管用作可控开关(=50)例例 判断三极管的工作状态判断三极管的工作状态用数字电压表测得VB=4.5 V、VE=3.8 V、VC=8 V，试判断三极管的工作状态，设=100，求IE和VCE。6.2 共射放大电路共射放大电路三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理放大的概念放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：端网络表示，如图：uiuoAu6.2.1 放大电路的概念与技术指标放大电路的概念与技术指标一、电压放大倍数一、电压放大倍数AuUi 和和Uo 分别是输入和输出电压分别是输入和输出电压的有效值。的有效值。二、输入电阻二、输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIiUSUi三、输出电阻三、输出电阻roAuUS放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我们而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。等效电路的内阻就是输出电阻。roUS如何确定电路的输出电阻如何确定电路的输出电阻ro？步骤：步骤：1.所有的电源置零所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。加压求流法。UI方法一：方法一：计算。计算。方法二：方法二：测量。测量。Uo1.测量开路电压。测量开路电压。roUs2.测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。roUsRLUo步骤：步骤：3.计算。计算。四、通频带四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fHfL放大倍数放大倍数随频率变随频率变化曲线化曲线符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 6.2.2 共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成放大元件放大元件iC=iB，工作在放大区，工作在放大区，要保证集电结反要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RB+ECEBRCC1C2T集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2T使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点。静态工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2T耦合电容耦合电容隔离输入输隔离输入输出与电路直出与电路直流的联系，流的联系，同时能使信同时能使信号顺利输入号顺利输入输出。输出。RB+ECEBRCC1C2T可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRB静态：只考虑直流信号，即静态：只考虑直流信号，即vi=0，各点电位不变，各点电位不变 （直流工作状态）。（直流工作状态）。直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路，直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路电感相当于短路交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流 电源对公共端短路电源对公共端短路 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。和交流通道。动态：只考虑交流信号，即动态：只考虑交流信号，即vi不为不为0，各点电位变化，各点电位变化 （交流工作状态）。（交流工作状态）。6.2.3 共射放大电路的工作原理共射放大电路的工作原理ui=0时时由于电源的由于电源的存在存在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、静态工作点一、静态工作点RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T(IBQ,UBEQ)和和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出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。特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQIBUBEQICUCEuCE怎么变化怎么变化假设假设uBE有一微小的变化有一微小的变化ibtibtictuituCE的变化沿一的变化沿一条直线条直线uce相位如何相位如何uce与与ui反相！反相！ICUCEictucet各点波形各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB实现放大的条件实现放大的条件1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。极电压，经电容滤波只输出交流信号。6.2.4 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电微变等效电路法路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真例：例：对直流信号（只有对直流信号（只有+EC）开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC 即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻，Rc、Rb。TRRVvvb1b2bCCCCCio+vovi直流电源和耦合电容对交流相当于短路TRRbC+_+_vovi若直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。设C1、C2 足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。交流通路：能通过交流的电路通道。从C、B、E向外看，有等效的交流负载电阻，Rc/RL和偏置电阻Rb。对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)静态分析静态分析(1)静态工作点的近似估算法静态工作点的近似估算法 已知硅管导通时VBE0.7V，锗管VBE 0.2V以及=40，根据直流通路则有：Q:（40uA，1.6mA，5.6V）RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路固定偏流电路RbRCvoviCb1Cb2VCC+Re0.5K330K4K15V=50例例1：电路及参数如图，求：电路及参数如图，求Q点值点值直流通路RbRCVCC330K4K15V=50Re0.5K例例1直流通路RbRCVCC330K4K15V=50Re0.5K例：电路及参数如图，求例：电路及参数如图，求Q点值点值固定偏压电路，射极偏置电路Rb1RCvoviCb1Cb2VCC+Re0.5K68K4K15VRb212K=40直流通路Rb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K=40例例2Rb1RCRe0.5K68K4KRb212K15VVCC15VVCC直流通路Rb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K=40例例268KRb212K15VVCCRb2.25V10.2KRb1VBB 例例2RCRe0.5K4K2.25VVBB15V10.2KRbVCCI求VBE、IB的方法同二极管图解分析输入特性VBE=VBB-IBRb输出特性VCE=VCC-ICRCb、e回路回路c、e回路回路(a)画直流通路(b)把基极回路和集电极回路电路分为线性和非线性两部分如图IB=40uA、RC=4K、VCC=12V二、二、图解法图解法 1、直流负载线和交流负载线、直流负载线和交流负载线vCE(v)i C(mA)32124680101220uA40uA60uA80uAIB =100uA(c)作非线性部分的伏安特性曲线=40uA(d)作线性部分的伏安特性曲线直流负载线VCE=12-4 IC(VCC=12V,RC=4K)用两点法做直线M(12V,0)，N(0,3mA)MN(e)直线MN与IB=40uA曲线的交点(5.6V,1.6mA)就是静态工作点Q（5.6V，1.6mA）Q直流直流负载线负载线IB=40uA、RC=4K、VCC=12V讨论：电路参数变化对讨论：电路参数变化对Q点的影响点的影响MNQRb改变：Q点沿MN向下移动QRRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路固定偏流电路电路参数变化对电路参数变化对Q点的影响点的影响MNQRC改变：QRRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路固定偏流电路电路参数变化对电路参数变化对Q点的影响点的影响MNQVCC改变：QRRVIBVBBbCCCV+_+_CEBEVICTRRbC+_+_voviRL交流通路交流负载线交流负载线TRRVvvb1b2bCCCCCio+vo-viRLRL=RC/RL交流负载线交流负载线交流负载线确定方法：a.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率 为-1/RL 。RL=RLRc 是交流负载电阻。c.交流负载线和直 流负载线相交与 Q点。b.交流负载线是有 交流输入信号时 Q点的运动轨迹。三、三、等效电路法等效电路法 1）静态分析）静态分析一、估算法一、估算法（1）根据直流通道估算）根据直流通道估算IBIBUBERB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏偏置电流置电流。+EC直流通道直流通道RBRC（2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、IBICUCE直流通道直流通道RBRC二、图解法二、图解法先估算先估算 IB，然后在输出特性曲线上作出直，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是载线的交点就是Q点。点。ICUCEQEC例：例：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：解：请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的数量级。的数量级。2）动态分析动态分析一、三极管的微变等效电路一、三极管的微变等效电路1.输入回路输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。在小范围内近似线性。uBE iB对输入的小交流信号而言，对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻三极管相当于电阻rbe。rbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：对于小功率三极管：2.输出回路输出回路iCuCE所以：所以：(1)输出端相当于一个受输出端相当于一个受ib 控制控制的电流源。的电流源。近似平行近似平行(2)考虑考虑 uCE对对 iC的影响，输出的影响，输出端还要并联一个大电阻端还要并联一个大电阻rce。rce的含义的含义 iC uCEubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。3.三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效cbe二、放大电路的微变等效电路二、放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路交流通路RBRCRLuiuouirbe ibibiiicuoRBRCRL三、电压放大倍数的计算三、电压放大倍数的计算特点：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL四、输入电阻的计算四、输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：输入电阻的定义：是动态电阻。是动态电阻。rbeRBRCRL电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。五、输出电阻的计算五、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法：(1)所有电源置零，然后计算电阻（对有受控所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。源的电路不适用）。(2)所有独立电源置零，保留受控源，加压求所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。流法。所以：所以：用加压求流法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻：rbeRBRC00例例2：求：求Av，R i，Ro电路及参数如图，rbb=100，求Av，Ri，Ro=50vivo解：静态工作点 （40uA，2mA，6V)=100+5126/2=0.763K=-7.62vivo=330K/26.263K=24.3KRiRo例例3电路及参数如图，=40，rbb=100，(1)计算静态工作点(2)求Av，Ri，Ro解：(1)画直流通路 求静态工作点vivo射极偏置电路稳定工作点（动画）直流通路RbVBBVBBRb(2)画微变等效电路，求Av，Ri，RoRiRo=RC=4KRo3）失真分析失真分析在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线非线性失真性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流设置在交流负载线的中间部分。如果负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。止区或饱和区，造成非线性失真。iCuCEuo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号选择静态工作点选择静态工作点ibiCuCEuo1.Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区放大电路产生放大电路产生截止失真截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ibiCuCE2.Q点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区放大电路产生放大电路产生饱和失真饱和失真ib输入波输入波形形uo输出波形输出波形4）静态工作点的稳定静态工作点的稳定为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由作点由UBE、和和ICEO 决定，这三个参数随温度而决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。面。TUBE ICEOQ一、温度对一、温度对UBE的影响的影响iBuBE25C50CTUBEIBIC二、温度对二、温度对 值及值及ICEO的影响的影响T、ICEOICiCuCEQQ总的效果是：总的效果是：温度上升时，温度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移，造线上移，造成成Q点上移。点上移。小结：小结：TIC 固定偏置电路的固定偏置电路的Q点是不稳定的。点是不稳定的。Q点不点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减增加时，能够自动减少少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变化。保持点的变化。保持Q点基本稳点基本稳定。定。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。路见下页。分压式偏置电路：分压式偏置电路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、静态分析一、静态分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路可以认为与温度无关。可以认为与温度无关。似乎似乎I2越大越好，越大越好，但是但是RB1、RB2太小，太小，将增加损耗，降低输将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取入电阻。因此一般取几十几十k。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路TUBEIBICUEIC本电路稳压的本电路稳压的过程实际是由过程实际是由于加了于加了RE形成形成了了负反馈负反馈过程过程I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2二、动态分析二、动态分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLRB微变等效电路微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路交流通路CE的作用：交流通路中，的作用：交流通路中，CE将将RE短路，短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。对交流不起作用，放大倍数不受影响。问题问题1：如果去掉如果去掉CE，放大倍数怎样？，放大倍数怎样？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo去掉去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：后的交流通路和微变等效电路：rbeRCRLRERBRB1RCRLuiuoRB2RERB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2问题问题2：如果电路如下图所示，如何分析？如果电路如下图所示，如何分析？I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2静态分析：静态分析：直流通路直流通路RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2动态分析：动态分析：交流通路交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1交流通路：交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微变等效电路：微变等效电路：rbeRCRLRE1RB6.3 共集放大电路与共基放大电路共集放大电路与共基放大电路 6.3.1 基本共集放大电路基本共集放大电路RB+ECC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道直流通道一、静态分析一、静态分析IBIE折算折算RB+ECRE直流通道直流通道二、动态分析二、动态分析RB+ECC1C2RERLuiuorbeRERLRB微变等效电路微变等效电路1.电压放大倍数电压放大倍数rbeRERLRB1.所以所以但是，输出电流但是，输出电流Ie增加了。增加了。2.输入输出同相，输出电压跟随输入电压，输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称故称电压跟随器电压跟随器。结论：结论：2.输入电阻输入电阻rbeRERLRB输入电阻较大，作为前一级的负载，对前输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。一级的放大倍数影响较小。3.输出电阻输出电阻用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS电源置电源置0一般：一般：所以：所以：射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出器的使用射极输出器的使用1.将射极输出器放在电路的首级，可以提将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以降将射极输出器放在电路的末级，可以降 低输出电阻，提高带负载能。低输出电阻，提高带负载能。3.将射极输出器放在电路的两级之间，可将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。以起到电路的匹配作用。场效应管结型场效应管结型场效应管 场效应晶体三极管是由一种载流子导电的、用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有自由电子导电的N沟道器件和空穴导电的P沟道器件。按照场效应三极管的结构划分，有结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类。1.结构结构6.7 场效益管及其放大电路场效益管及其放大电路2.2.工作原理工作原理 N 沟道PN结N沟道场效应管工作时，在栅极与源极之间加负电压，栅极与沟道之间的PN结为反偏。在漏极、源极之间加一定正电压，使N沟道中的多数载流子(电子)由源极向漏极漂移，形成iD。iD的大小受VGS的控制。P沟道场效应管工作时，极性相反，沟道中的多子为空穴。栅源电压栅源电压V VGSGS对对i iD D的控制作用的控制作用 当VGS0时，PN结反偏，耗尽层变厚，沟道变窄，沟道电阻变大，ID减小；VGS更负，沟道更窄，ID更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，ID0。这时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP。漏源电压漏源电压V VDSDS对对i iD D的影响的影响 在栅源间加电压在栅源间加电压VGSVP，漏源间加电压，漏源间加电压VDS。则因漏端耗尽层所受的反偏电压为VGD=VGS-VDS，比源端耗尽层所受的反偏电压VGS大,(如:VGS=-2V,VDS=3V,VP=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V),使靠近漏端的耗尽层比源端厚，沟道比源端窄，故VDS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。当VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断点，随VDS增大，这种不均匀性越明显。当当VDS继续增加时，预夹断点向继续增加时，预夹断点向源极方向伸长为预夹断区。由于源极方向伸长为预夹断区。由于预夹断区电阻很大，使主要预夹断区电阻很大，使主要VDS降落在该区，由此产生的强电场降落在该区，由此产生的强电场力能把未夹断区漂移到其边界上力能把未夹断区漂移到其边界上的载流子都扫至漏极，形成漏极的载流子都扫至漏极，形成漏极饱和电流。饱和电流。JFET工作原理（动画2-9)(3)(3)伏安特性曲线输出特性曲线恒流恒流区：(又称饱和区或放大区）又称饱和区或放大区）特点:(1)受控性：输入电压vGS控制输出电流(2)恒流性：输出电流iD 基本上不受输出电压vDS的影响。用途:可做放大器和恒流源。条件:(1)源端沟道未夹断 (2)源端沟道予夹断 可变电阻区可变电阻区特点特点:(1)(1)当vGS 为定值时,iD 是 vDS 的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受 vGS 控制。（2）管压降vDS 很小。用途：用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。条件：源端与漏端沟道都不夹断 夹断区夹断区 用途：做无触点的、接通状态的电子开关。条件：整个沟道都夹断 击穿区击穿区 当漏源电压增大到 时，漏端PN结发生雪崩击穿，使iD 剧增的区域。其值一般为（20 50）V之间。由于VGD=VGS-VDS,故vGS越负，对应的VP就越小。管子不能在击穿区工作。特点：转移特性曲线转移特性曲线输入电压VGS对输出漏极电流ID的控制结型场效应管结型场效应管的特性小结结型场效应管 N沟道耗尽型P沟道耗尽型金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管 绝缘栅型场效应管Metal Oxide Semiconductor MOSFET 分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道增强型：没有导电沟道，耗尽型：存在导电沟道，N沟道 P沟道 增强型N沟道 P沟道 耗尽型N沟道沟道增强型增强型场效应管场效应管的工作原理的工作原理（1）栅源电压）栅源电压VGS的控制作用的控制作用 当VGS=0V时，因为漏源之间被两个背靠背的 PN结隔离，因此，即使在D、S之间加上电压,在D、S间也不可能形成电流。当 0VGSVT(开启电压)时，果在衬底表面形成一薄层负离子的耗尽层。漏源间仍无载流子的通道。管子仍不能导通，处于截止状态。通过栅极和衬底间的电容作用，将栅极下方P型衬底表层的空穴向下排斥，同时，使两个N区和衬底中的自由电子吸向衬底表层，并与空穴复合而消失，结1.栅源电压栅源电压VGS的控制作用的控制作用的N型沟道。把开始形成反型层的VGS值称为该管的开启电压VT。这时，若在漏源间加电压 VDS，就能产生漏极电流 I D，即管子开启。VGS值越大，沟道内自由电子越多，沟道电阻越小，在同样 VDS 电压作用下，I D 越大。这样，就实现了输入电压 VGS 对输出电流 I D 的控制。当VGSVT时，衬底中的电子进一步被吸至栅极下方的P型衬底表层，使衬底表层中的自由电子数量大于空穴数量，该