模拟电子技术基础第2章.pptx

它有空穴和电子两种载流子参与导电，故称双极型。分为硅管和锗管；大、中、小功率管；高频管和低频管。半导体三极管（简称三极管）就是一种能将直流能量转化为交流能量的器件，这样的器件也称为有源器件。第2章半导体三极管及基本放大电路半导体三极管又称为双极型三极管（BipolarJunctionTransistor，BJT）、晶体三极管，简称三极管，是最为常用的一种半导体器件。它是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。由于PN结之间的相互影响，使三极管表现出不同于二极管单个PN结的特性而具有电流放大作用，从而使PN结的应用发生了质的飞跃。本节将围绕三极管为什么具有电流放大作用这个核心问题，讨论三极管的结构、内部载流子的运动过程以及它的各极电流分配关系。2.1.1三极管的结构与符号实物演示各类三极管及其外形三极管按结构可分为NPN和PNP两类。三极管的结构：（硅平面型、锗合金型）三个区：基区、发射区、集电区三个极：基极、发射极、集电极三个结：发射结、集电结集电极集电结Jc发射结JeN基区P发射区P发射区cc发射极e基极b（a）结构示意图（b）符号PNP型三极管（a）结构示意图（b）符号NPN型三极管集电结Jc发射结JeP基区N发射区N发射区集电极cc发射极e基极b2.1.2三极管放大原理1三极管的偏置放大电路中的三极管都需要提供直流电源，并得到一个适宜的偏置。由于三极管有两个PN结，所以偏置的方式有四种：发射结正偏、集电极反偏；发射极反偏、集电结正偏；二结均正偏；二结均反偏。放大电路中的三极管的偏置应为发射结正偏、集电结反偏。NPN型三极管，UCUBUE；PNP型三极管，UCUBUE。（a）NPN型三极管的直流供电电路（b）PNP型三极管的直流供电电路三极管的直流供电电路之一（a）NPN型三极管的直流供电电路（b）PNP型三极管的直流供电电路三极管的直流供电电路之二图1.3.5NPN三极管内部载流子的运动2三极管的电流分配关系半导体三极管内有两种载流子参于导电，故称为双极型三极管（BJT）。三极管的电流分配关系由节点电流定律，有IE=ICN IBNIB=IBN ICBOIC=ICN ICBO 由上述三式可得IE=IB IC定义称为共基极直流电流放大系数，其值一般在0.95至0.995之间；定义称为共发射极直流电流放大系数,其值一般在几十至几百之间。由于ICBO一般很小，假设忽略ICBO，则有IB IBN IC ICN IE=ICN IBN=IB IC因此，且有假设考虑ICBO，则由上式得上式第二项用ICEO表示，即于是通常称ICEO为穿透电流，或集电极.发射极间反向饱和电流。管子各极的电流及方向如下图。PNP型管的各极电流方向与NPN型管相反，但电流分配关系完全相同。三极管三个电极的电流中，IB最小，IE最大，ICIE,即IEICIB。（a）（b）三极管各极的电流及方向（a）NPN型（b）PNP型2.1.3 三极管的特性曲线和主要参数采用共射接法的三极管的特性曲线称为共射特性曲线。三极管有三个电极，而且还有放大作用，所以它的特性曲线要比二极管复杂的多。常用的是输入特性曲线和输出特性曲线。测量三极管共射特性曲线的电路输入特性曲线反映了三极管输入端的电流iB和电压uBE关系，输出特性曲线则反映了三极管输出端的电流iC和电压uCE的关系。1.共射输入特性曲线三极管的共射输入特性曲线表示当管子的输出电压uCE为常数时，输入电流iB与输入电压uBE之间的关系曲线，即在一般情况下，当uCE较大（大于1V）时，三极管工作在正常放大状态，则uCE对iB的影响很小。因此，为使问题简单化，将只考虑保证uCE始终大于1V，但并不固定uCE为某一数值，其误差很小。0.6共射输入特性曲线1V0.5VuCE=0V0.2 0.4 0.8 020406080iB(mA)20uCE(V)图1.3.9为某硅NPN管的共射输入特性曲线（1）uCE=0V时，相当于c、e极短路，这时三极管可以看为两个二极管的正向并联，因此uCE=0V的输入特性与二极管的正向特性相似，但更陡一些。（2）随着uCE的增大，曲线逐渐右移。这是因为随着uCE的增大，基区调宽效应使电子在基区与空穴的复合减少，在相同的uBE下iB减小，曲线右移。（3）uCE1V以后各条输入特性曲线密集在一起，几乎重合。由于在实际使用时，uCE一般总是大于1V的，因此通常只画出有用的uCE=1V的那条输入特性曲线。(4)一般硅管的UBE0.7V，锗管的UBE0.2V。(5)输入特性是非线性的。总之，三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性相似，因为b、e极间是正向偏置的PN结。2共射输出特性曲线共射组态时，三极管的输出电流iC不但取决于输出电压uCE，而且与输入电流iB有关。三极管的共射输出特性曲线表示当管子的输入电流iB为某一常数时，输出电流iC与输出电压uCE之间的关系曲线，即共射输出特性曲线i放大区uCE=uBEiBICEO iC(mA)u CE(V)0246810102 4 6 8 0iB=140A120A100A80A60A40A20A截止区饱和区20图1.3.10为某硅NPN三极管的共射输出特性曲线（1）曲线起始局部较陡，且不同iB曲线的上升局部几乎重合。这说明uCE很小时，uCE略有增大，iC就很快增加，但iC几乎不受iB的影响。（2）当uCE较大（如大于1V）后，曲线比较平坦，但略有上翘。（3）输出特性是非线性的。由共射输出特性曲线，可以把三极管的工作状态分为三个区域：截止区、放大区、饱和区（1）截止区通常把iB=0（此时iC=iE=ICEO）的输出特性曲线以下的区域称为截止区。截止区的特点是各极电流均很小（接近或等于零），此时发射结和集电结均反偏，三极管失去放大作用且呈高阻状态，e、b、c极之间近似看作开路。（2）放大区放大区指iB0和uCEuBE的区域，粗略看来就是图中曲线的平坦局部。在放大区，发射结正偏，集电结反偏。此时由于iCiB，则iC随时iB而变化，即iC受控于iB（受控特性）；同时iC与uCE基本无关，即iC对uCE而言可近似看成恒流（恒流特性）。由于iCiB，所以三极管有电流放大的作用。曲线间的间隔大小反映出的大小，即管子的电流放大能力。三极管只有工作在放大区才有放大作用。由于iC受控于iB，所以三极管是一种电流操作型器件。（3）饱和区饱和区指uCEuBE的区域，大致是图2.5.4中曲线靠近纵轴的区域。在饱和区，发射结和集电结均正偏，三极管也失去放大作用，iC=iB不再成立。这时，iC随uCE而变化，却几乎不受iB操作，即：当uCE一定时，即使iB增加，iC却几乎不变，这就是饱和现象。由于三极管饱和时，各极之间电压很小，而电流却较大，呈现低阻状态，故各极之间可近似看成短路。饱和时的uCE称饱和压降，用UCE（sat）表示。小功率硅管UCE（sat）0.3V；小功率锗管UCE（sat）0.1V；大功率硅管UCE（sat）1V。uCE=uBE（即uCB=0，集电结零偏）时的状态称临界饱和，见图中的虚线，此线称临界饱和线。临界饱和线是饱和区和放大区的分界线，该线左方区域的uCEuBE（或uCB0），称为过饱和。应当指出，当uCE增大到某一值时，iC将急剧增加，这时三极管发生击穿，击穿电压随iB的增加而减小。（未画）PNP型管的特性曲线是“倒置”的。2.2共射基本放大电路（basiccommonemitteramplifier）由单个三极管构成的放大电路称为基本放大电路。2.2.1共射基本放大电路的原理电路1原理电路共射基本放大电路原理电路该放大电路成立的条件是：（1）有正确的直流偏置，即发射结正偏、集电结反偏（接VBB和VCC）；（2）输入信号ui为小信号；（3）输入回路的交流与直流应相互叠加（ui 与VBB 串联连接）；（4）输出回路应有交流电压输出（接Rc）。共射基本放大电路原理电路2.2.2单管共射放大电路的放大原理1、静态分析静态：把uI=0时放大电路的状态。此时分析的电路各量均为直流量有IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ=VCC-ICQRC称静态工作点。2、动态分析动态：把uI不为0时放大电路的状态。此时分析的电路各量是在直流量的基础上再加上交流量。输入端参加一个微小的变化量信号，在输出端 得到一个较大的变化量信号，实现放大。由图可以看出，输入回路的外加电压uBE=VBB+ui=VBB+UBE，这就引起发射结两端电压的变化，使发射极电流iE=IE+IE，即在原来IE基础上变化了IE。相应地，集电极电流iC=IC+IC，基极电流iB=IB+IB，分别在原来基础上变化了IC和IB。在共射电路中，输入电流为基极电流iB，输出电流为集电极电流iC，输出电流变化量IC与输入电流变化量IB的比值称为共发射极交流电流放大系数，用表示，即显然，和是两个不同的概念。但假设在iC变化时基本不变（ICEO一般也认为不变）的条件下，由式得则由于发射结正偏，发射结电阻较小，因此输入电压的微小变化UBE就能引起基极电流的较大变化IB；又IC=IB，故相应的集电极电流的变化IC就很大。电路的输出电压UO=IC Rc，只要Rc阻值不很小，就能使输出电压UO的幅度比输入电压UBE大得多，且二者波形相同，因此，这个电路就具有电压放大作用。综上所述，共射电路既有电流放大作用，也有电压放大作用，因此它具有功率放大作用。“放大”的本质实际是指功率的放大或能量的放大。放大电路静态工作点的测量图中Rb为51k电阻与470k电位器相串联组成，Rc为1k，RL为1k，T为S9013。共射基本放大电路1静态情况理论上，静态时ui=0，三极管各极的电压和电流均为直流。VCC通过Rb使三极管的发射极导通，B、E两端的导通压降UBE基本不变（硅管约为0.7V，锗管约为0.2V），因此有 IC=IBUCE=VCC ICRc假设Rb、VCC不变，则IB不变，因此，该电路称为恒流式偏置电路或固定偏流式电路。放大电路动态工作过程的测量与观察2动态情况各点波形图tui（mV）OUimIbmtiB（A）IBIcmtiC（mA）ICtuCE（V）UCEUcemtuo（V）OUom理论上，有uBE=UBE+uiiB=IB+ibiC=iB=(IB+ib)=IB+ib=IC+ic uCE=VCCiCRc=VCC(IC+ic)Rc=(VCCICRc)icRc=UCE+uceuo=uce，即uo=icRc通过上述讨论，可以得出如下结论：（1）共射基本放大电路的放大过程可描述为：通过上述讨论，可以得出如下结论：（2）放大电路的组成原则：正确的直流偏置；正确的交流通路；交直流相互兼容，互不影响；适宜的元器件参数选择。放大倍数；最大输出幅度；通频带；非线性失真系数；输入电阻；输出电阻；最大输出功率和效率等。放大器的性能指标可以通过测试得到。一般采用正弦信号（纯交流信号）作为标准测试用输入信号。放大电路的主要性标放 大 电 路 的 基 本 分 析 方 法放大电路的分析主要有两个方面：1.分析放大电路的直流工作状态（静态分析）计算三极管的偏置电压和电流（UBE、IB、IC和UCE）值；并判断三极管是否工作在放大状态；2.分析放大电路的交流性能指标（动态分析）计算Uomax、Au、Ri、Ro等指标。分析的对象不同，所采用的分析方法和三极管的等效电路模型也不同。下面仍以图2.4.1所示共射基本放大电路为例进行分析。该电路中，电阻和电容均为线性元件，这局部电路的电压、电流关系的分析和计算仍可采用经典的线性电路的分析和计算方法。共射基本放大电路但放大电路中的三极管是非线性器件，要完整地分析整个放大电路，就必须首先了解三极管的iB与uBE、iC与iB以及iC与uCE的关系。其中iC与iB的关系在放大状态下可表示为iC=iB，因此下面关于三极管特性的分析主要是围绕iB与uBE和iC与uCE的关系进行的。由于放大电路的一个重要特点是交、直流并存，而静态分析的对象是直流量，动态分析的对象是交流量。把电路在us=0（假设信号源内阻为零，则为ui=0）时所形成的电流通路称为直流通路；把电路在只考虑交流信号时所形成的电流通路称为交流通路。显然，静态分析要采用直流通路，而动态分析则要采用交流通路。直流通路和交流通路由于放大电路中存在电抗性元件（例如电容、电感），它们对直流量和交流量呈现不同的阻抗，因此直流通路和交流通路是不同的。对于直流，相当于频率f=0，则电容的容抗为无穷大，电感的感抗为零。因此在直流通路中，电容可看成开路，电感可看成短路。在交流通路中，大容量的电容因容抗很小可看成短路，电感量大的电感因感抗很大可看成开路，而直流电源因其两端电压恒定不变可看成短路（其电压变化量为零），恒定的电流源可看成开路。iCTiB-T iC+iB-+C1RbRcRLRbRc+VCCC2uiuBE+VCC+-uCE+uoUBE-+UCE（a）（b）+放大电路的直流通路（a）共射基本放大电路（b）直流通路T iC+iB-+C1RbRcRL+VCCC2uiuBE+-uCE+uoRLTecbib-+RbicRcRLui+-uo放大电路的交流通路（a）基本放大电路（b）交流通路静态工作点近似计算法三极管的发射结导通时，B、E两端的导通压降UBE基本不变（硅管约为0.7V，锗管约为0.2V），因此有IC=IBUCE=VCC ICRc在三极管的特性曲线上直接用作图的方法来分析放大电路的工作情况，这种分析方法称为特性曲线图解法，简称图解法。图解法既可作静态分析，也可作动态分析。2.4.3 图解分析法1静态分析图为静态时共射基本放大电路的直流通路，它以虚线AB为界分成两个局部：AB左边为非线性局部，右边为线性局部。非线性部分 线性部分放大电路的直流通路的分割由于三极管在输入回路中的作用相当于一个二极管，导通电压UBE近似不变，因此其基极偏流IB可由简单计算求得：非线性部分 线性部分由于IB=40A，因此非线性局部的伏安特性就是对应于iB=IB=40A的那一条输出特性曲线，如图示2.4.3（b）所示。VCCVCC/RC=3直流负载线20AiB=IB=40A60A80A100A120AiC（mA）uCE（V）o421246 8 1012MQNIC=1.3UCE=6.5非线性部分线性部分（a）（b）放大电路的静态工作图解（a）直流通路的分割（b）图解分析而线性局部的伏安特性由以下方程所确定：（2.5.1b）上式表示iC uCE为平面内的一条直线（MN）。VCCVCC/RC=3直流负载线20AiB=IB=40A60A80A100A120AiC（mA）uCE（V）o421246 8 1012MQNIC=1.3UCE=6.5非线性部分线性部分（a）（b）放大电路的静态工作图解（a）直流通路的分割（b）图解分析直线MN的斜率为（1/Rc），Rc直流负载电阻。直线MN称为直流负载线。Q直流工作点由图（b）可得IC 1.3mA，UCE=6.5V。另外，已求得静态值IB=40A，可近似认为UBE=0.7V，或由输入特性曲线来确定。2动态分析对于交流分量，就要采用流通路进行分析。R L=RcRL。R L=2k 放大电路的交流负载电阻。根据图中ic与uce=uo的标定方向与极性，有uce=ic RL而uce=uCEUCE，ic=iCIC，代入上式可得uCE UCE=(iCIC)RLT iC+iB-+C1RbRcRL+VCCC2uiuBE+-uCE+uoRLTecbib-+RbicRcRLui+-uouCE UCE=(iCIC)RL动态时iC与uCE的关系仍为一直线（AB）直线的斜率为（1/RL），由交流负载电阻RL决定。直线通过工作点Q（UCE，IC）AB称为交流负载线BAVCCVCC/Rc=3直流负载线20AiB=IB=40A60A80A100A120AiC（mA）uCE（V）o421246 8 10 12MQNIC=1.3UCE=6.55交流负载线交流负载线由式uCE UCE=(iCIC)RL可得到交流负载线与两坐标轴的交点：A（UCE+ICRL，0)、B（0，IC+UCE/RL）。按所给的参数，RL=2k，而由于IC=1.3mA，UCE=6.5V，则UCE+IC RL=9.1V，即A点坐标：（9.1V，0mA）BAVCCVCC/Rc=3直流负载线20AiB=IB=40A60A80A100A120AiC（mA）uCE（V）o421246 8 10 12MQNIC=1.3UCE=6.55交流负载线交流负载线在输入信号的作用下，iC和uCE都随着iB变化而变化，此时工作点Q将沿着交流负载线（而不是直流负载线）移动，成为动态工作点，所以交流负载线是动态工作点移动的轨迹，它反映了交、直流共存的情况。此外，假设负载开路，则RL=Rc，说明交、直流负载线重合。假设接上负载，因RLRc，说明交流负载线比直流负载线要陡。（a）由输入特性求iB（b）由输出特性求iC、uCE动态工作图解8QQB421N5ttA20AIB=40A60A80A100A120AiC(mA)uCE(V)o246 10 12MQiB(A)uBE(V)204060iB(A)2040600.61.32uCE(V)ttuBE(V)UCEUBEIB电压和电流的波形工作点选择不当引起的失真（a）截止失真交流负载线UCEQtiCuCEoQQuCEtooibiCuceicIBQQ交流负载线UCEQtiCuCEouCEtooibiCuceicIB（b）饱和失真3、图解法的应用(1)静态工作点对波形的影响不产生截止失真条件为：IBIbm不产生饱和失真的条件为：UCEUcem+UCE（sat）电路参数对静态工作点的影响 Rb大，Q点下移靠近截止区，容易产生截止失真。Rb小，Q点上移靠近饱和区，容易产生饱和失真。VCC增大，直流负载线平行右移，动态范围变大,静态管子功耗增大。RC增大，斜率变小，IBQ不变，Q点向饱和区移动。增大，Q点上移。选择工作点除了考虑不产生失真外，往往采取较为灵活的原则。当输入信号较小时，其非线性失真很小，为了降低电源的能量消耗，可把Q点选得低一些；在大信号输入时，为了减小非线性失真，Q点常选在交流负载线的中点；如果希望放大倍数较大则应选Q处于静态电流较大处。总之，在不产生失真和保证一定的放大倍数的前提下，Q点可选得低一些。JUCE（sat）QQ放大电路的最大输出电压幅值B4215A20AIB=40A60A80A100A120AiC（mA）uCE(V)o36.59.112JIC=1.3（2）最大输出电压幅值UomaxQ在中点时,将由二者中任何一者决定。当不在中点时,将由二者中较小者决定。Uomax=minUCEUCE（sat），IC RL）（3）非线行失真NPN：工作点过低，顶部失真截止失真工作点过高，底部失真饱和失真信号过大，两头失真在低频小信号的条件下：三极管在工作点附近的动态特性可近似看成是线性的；其电压、电流的交流量之间的关系基本上是线性的；此时具有非线性特性的三极管可用一线性电路（即线性双口网络）来代替。称之为小信号等效电路或微变等效电路。整个放大电路可看成一个线性电路；可利用线性电路的分析方法对放大电路进行动态分析，求出它的主要性能指标。这种方法就是小信号等效电路分析法。小信号等效电路法只解决低频小信号交流量的计算问题。共射接法的三极管1三极管的小信号等效电路模型在低频小信号的条件下，工作在放大区的三极管可近似看作是线性双口网络。因此，对于交流分量（即正弦小信号）而言，电流、电压的关系近似为线性。在共射接法时，三极管输入电流为ib，输入电压为ube，输出电流为ic，输出电压为uce，如下图。微变等效电路法（a）（b）折合和简化后的等效电路（a）折合后的等效电路（b）简化的等效电路rbe=rbb+rb e=rbb+(1+)re 小信号等效电路分析法的主要步骤如下：（1）画出放大电路的小信号等效电路。先画出放大电路的交流通路；再用简化的小信号等效电路来代替其中的三极管；标出电压的极性和电流的方向。（2）用解线性电路的方法求出放大电路的性能指标：Au、ri、ro等。2放大电路的小信号分析共射基本放大电路的微变等效电路分析法下面仍以图所示的共射基本放大电路为例进行分析。T iC+iB-+C1RbRcRL+VCCC2uiuBE+-uCE+uoRLTecbib-+RbicRcRLui+-uo共射基本放大电路的微变等效电路分析法ui=ibrbe，uo=ib(Rc/RL）=R L ib，故电压放大倍数 式中R L=RC RL，负号表示共射电路的倒相作用。又由该图得：ui=ii(Rb/rbe)，故输入电阻考虑到Rbrbe，则输出电阻Ro的求法：令us=0（但保存其内阻Rs）；移去RL（或开路）；在输出端加一信号电压uo，求io，再求Ro。输出电阻Ro的求法：由于us=0，ib=0，因此ic=ib=0，于是uo=icRc，输出电阻假设考虑三极管的共射输出电阻rce，由于rceRc，则Ro=Rc/rceRc共射基本放大电路的微变等效电路分析法结论：图解法和小信号等效电路法这两种分析方法虽然在形式上是独立的，但实质上它们是互相联系、互相补充的。图解法：全面、直观；既能作静态分析，又能作动态分析；能分析非线性失真的情况。需要精确的三极管特性曲线，非常麻烦，结果不易准确。适用于分析低频大信号时的情况。小信号等效电路法：线性化处理，计算小信号交流指标很方便。不能用于静态分析，不能分析非线性失真的情况。例2.4.2图2.4.3（a）所示的共射基本放大电路中，假设电路参数为：Rb=360k，Rc=4.7k，RL=4.7k，VCC=15V，三极管为硅管，其50，rbb=200，求：（1）静态工作点；（2）电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro；（3）假设外接信号源的内阻Rs=300，求源电压放大倍数Aus；（4）最大输出电压幅度Uomax。解：这里根据前面的分析直接引用有关公式进行计算：IBVCC/Rb=15/36040103mA=40 AIC=IB=5040 A=2mAUCE=VCCICRc=15 24.7=5.6（V）Uomax=minUCEUCE（sat），IC RL=min5.60.1，2(4.7/4.7)=4.7（V）应当指出，以上计算必须是三极管始终工作在放大状态下才成立。设计和调试放大电路时，为获得较好的性能，必须首先设置一个适宜的Q点。共射基本放大电路中，当VCC和Rb确定后，基极偏流IB是“固定”的，其偏置电路实际上是由一个偏置电阻Rb构成的。2.5 工作点稳定的电路这种偏置电路称为固定偏流电路或恒流式偏置电路。固定偏流电路结构简单，调试方便。但当更换管子或环境温度变化引起三极管参数变化时，电路的工作点（IC、UCE）将发生移动，甚至移到不适宜的位置而使放大电路无法正常工作。本节主要讨论环境温度对工作点的影响以及稳定工作点的偏置电路。工作点不稳定的原因：电源电压的变化；电路参数的变化；管子的老化与更换等；三极管的参数（ICBO、UBE、等）随温度变化（主要原因）。2.5.1温度对工作点的影响1温度对三极管参数的影响（1）温度对ICBO的影响温度每升高10，ICBO将增大一倍。在高温场合多项选择用硅管。，随着温度的高，ICEO也急剧增大。（2）温度对UBE的影响温度每高1，减小2.2mV。（3）温度对的影响温度每升高1，增加0.5%1%。应当指出，在工业上批量生产电子产品时，由于三极管参数的分散性，同一型号三极管的参数（如）将有较大的不同，因此它的影响和温度变化造成的影响很相似。为了减少调试时间，降低生产本钱，希望电路对三极管参数具有较好的适应性，即当管子参数变化时，其静态电流IC基本不变。固定偏流电路不能满足上述的要求。例2.5.1 在图所示的固定偏流电路中，假设VCC=9V，Rb=150k,Rc=2k.三极管的3DG4的UBE=0.7V，UCE(sat)=0.3V，=50。（1）试确定静态工作点；（2）假设更换管子，使变为100，其他参数不变，确定此时的静态工作点。解：（1）（2）当=100时，IB的计算同上，仍为55A该电路不可能出现UCE0。实际上，UCE=UCE（sat），三极管已进入饱和区。IC IB电路的最大集电极电流为处在临界饱和状态时的集电极电流，其值相应的基极临界饱和电流IB(sat)为由于IB=55 A，IBIB（sat），因此管子确工作在饱和区。该电路实际工作点为：IB=55 A，UCE=UCE(sat)=0.3V，IC=IC（sat）=4.35mA。温度升高时对三极管参数的影响，最终都集中在工作点的集电极电流的增大上。所谓的稳定工作点，主要指稳定工作点的电流IC。一种能自动稳定工作点的偏置电路如图2.5.1所示，该电路称为分压式偏置电路或射极偏置电路。分压式偏置电路是目前应用最广泛的一种偏置电路。分压式偏置电路2.5.2静 态 工 作 点 稳 定 电 路分压式偏置工作点稳定电路2静态工作点交流小信号等效电路3动态分析设Rb=Rb1Rb2，R L=RcRLuo=ib R Lui=ibrbe+ieRe=ibrbe+(1+)ReRoRc由式知，接入Re后使Au大大下降（但Ri显著增大），可在Re两端并联一个大电容Ce（几十至几百F）接入Ce后，对于交流信号而言，Ce相当于短路，Re也被短路了，故称Ce为射极旁路电容。有Ce时，Q点计算不变，但性能指标变为（令上述各式中的Re=0）：其性能指标与固定偏流电路相同，因此，该电路最为常用。放大电路中的三极管有三种基本接法，即共发射极、共集电极和共基极。通常把这三种接法称为三种基本组态，分别简称为共射、共集和共基组态。共射电路在前面已作了详细讨论，下面分别讨论共集电路和共基电路。2.6放大电路的三种基本组态图示为共集放大电路，输入信号加在基极和集电极之间，输出信号从发射极取出。集电极是输入、输出回路的公共端，这种电路就是共集电路，由于负载电阻RL接在发射极上，信号从发射极输出，故又称为“射极输出器”。2.6.1共集电极放大电路射极输出器的电路比较简单，可以不必要画出它的直流通路。由图直接列出基极回路的方程式如下：1静态分析2动态分析小信号交流等效电路求放大倍数和输入电阻：uoieR L(1+)R Libuoui，即uo与ui幅度相近，相位相同，输出电压跟随输入电压的变化而变化，因此射极输出器又称为射极跟随器。求输出电阻Ro：利用输入电阻高和输出电阻低的特点，射极输出器被用作多级放大电路的输入级、输出级和中间级。射极输出器用作中间级时，可以隔离前后级的影响，所以又称为缓冲级，在这里它起着阻抗变换的作用。共基放大电路如下图，其中Rc为集电极电阻，Rb1、Rb2为基极分压偏置电阻，基极所接的大电容Cb保证基极对地交流短路。因为基极是输入、输出回路的公共端，因此是共基放大电路。2.6.2共基电路1静态分析共基放大电路的直流通路如下图，它与分压式偏置电路的直流通路完全相同，因此工作点的求法也相同，这里不再重复。2动态分析共基放大电路的小信号等效电路如下图设R L=RcRLui=ibrbeuo=ic R L=R LibAu=（同相放大）Ro=Rc共基电路的输入电流为ie，输出电流为ic，所以没有电流放大作用。但是，由于共基电路的频率特性好，因此多用于高频和宽频带电路中。2.7.1多级放大电路的一般结构Ro中间级（Au2）输出级（Au3）输入级（Au1）信号源 负载多级放大电路多级放大电路的一般结构框图Ri2.7 多级放大电路与级间耦合方式ui=ui1，uo1=ui2，uo2=ui3，uo3=uo。Au=对于n级放大电路，有Au=Au1Au2AunRo中间级（Au2）输出级（Au3）输入级（Au1）信号源 负载多级放大电路Ri Ri=Ri1Ro=Ro3对于n级放大电路，其输出电阻等于第n级（最后一级）的输出电阻Ron：Ro=RonRo中间级（Au2）输出级（Au3）输入级（Au1）信号源 负载多级放大电路Ri多级放大电路存在一个级与级之间如何连接的问题。通常把多级放大电路中级与级、级与信号源、级与负载的连接方法，称为级间耦合方式。基本要求：（1）保证各级管子有适宜的工作点，防止信号失真；（2）把前级信号尽可能多地传送到后级，减小信号损失。常见的级间耦合方式：阻容耦合、直接耦合和变压器（电隔离）耦合。1阻容耦合方式：通过电容和下一级输入电阻连接起来的方式。特点：（1）各级的工作点彼此独立；（2）不能传送缓慢变化信号和直流信号；（3）常用于分立元件电路。第一级第二级2.7.2 多级放大电路的级间耦合方式2变压器耦合方式级与级之间通过变压器连接的方法称为变压器耦合，如下图，它实际上是一种磁耦合。特点：（1）各级的工作点彼此独立；（2）前后级电路相互绝缘，电隔离性能好；（3）具有阻抗变换作用；（4）也不能传送缓慢变化信号和直流信号；（5）变压器体积大、笨重、价贵，频率特性差，不能集成。前级放大电路后级放大电路初级 次级3光电耦合方式级与级之间通过光电耦合器件连接的方式称为光电耦合，它实质上是一种光耦合。特点：（1）光耦合，电隔离性能好；（2）光电耦合器件可以集成，因此广泛用于集成电路中；（3）可以传送直流信号，但前后级的工作点相互影响。由于变压器耦合和光电耦合这两种耦合方式都能够使前后级之间相互绝缘，所以统称为电隔离耦合。光电三极管符号发光二极管前级放大电路后级放大电路光电耦合器件光电三极管4直接耦合方式前级的输出端和后级的输入端直接连接的方式，称为直接耦合。直接耦合放大电路不需要耦合电容和变压器，一般也不采用旁路电容，它具有良好的频率特性，可以放大缓慢变化甚至零频的直流信号，因此又称为直流放大器。显然，直流信号的放大只能采用直接耦合放大电路，但直接耦合放大电路也能放大交流信号，而阻容耦合和变压器耦合放大电路只能用于交流放大。由于级间采用直接耦合，将带来一些特殊问题，因此必须寻求解决这些问题的措施，这将在以下分别加以介绍。（1）各级直流电平的正确配合直接耦合放大电路要合理安排各级的直流电平（即电位），实现各级直流电平之间的正确配合，为此而设置的电路称为电平移动电路。常见的电平移动电路：降低前级输出端电平的方式（接R或DZ）常见的电平移动电路：NPN管与PNP管的交错组合方式（2）零输入时零输出作为一个放大电路，必须满足下述要求：当输入端接入信号源或输出端接上负载时，都不会影响放大电路的工作状态，亦即静态工作点不应改变。对于阻容耦合和变压器耦合电路，由于耦合电容和变压器把放大电路的直流通路与输入端或输出端隔离开来，所以上述要求得到满足。但在直接耦合电路中，由于静态的电压、电流与信号的电压、电流无法截然分开，因此要满足上述要求，必须使放大电路在无信号输入时，输入端和输出端的直流电位都为零，即满足所谓：“零输入时零输出”的条件。为了保证此条件成立，需要采用正、负两组电源，且在直接耦合多级放大电路中配置适当的电平移动电路。（3）零点漂移零点漂移现象当把放大器的端短路时，从理论上说输出电压应为零（即输出端电压等于它的静态值），但是对于直接耦合电路而言，实际上电路的输出端却存在缓慢变化的电压，即输出端电压偏离静态值而上下漂动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。由于存在零漂，因此假设不说明输入信号为零，漂移电压就会被误认为是输入信号引起的。当有信号输入时，如果漂移电压的大小可以和有用信号电压相比较时，就无法从输出电压中区分出有用信号的大小；如果漂移严峻时，输出电压的主要成分是漂移电压，也就是说有用信号被零漂“淹没”了，使电路工作不正常。（3）零点漂移零点漂移现象放大电路的放大倍数越大，输出端的零漂越严峻。所以衡量一个放大电路零漂的大小，不能只看输出端漂移电压的大小，还要看放大倍数有多大。一般把输出端的漂移电压折合到输入端来衡量，即把输出端的漂移电压Uo除以电压放大倍数Au作为输入端的等效漂移电压Uo/Au，以便和输入电压进行比较。为了使电路能正常放大，输入电压必须远大于输入端的等效漂移电压。（3）零点漂移零漂产生的原因引起零漂的外部因素很多，如温度的变化、电源电压的波动等，但最主要的是环境温度的变化，因此常又称为温漂。半导体管参数受温度影响而变化则是产生零漂的内在原因。（3）零点漂移在直接耦合放大电路中，当第一级的工作点由于温度的变化而稍有偏移时，其输出端电压将有一微小的变化，这个缓慢的微小变化将会被逐级放大，致使放大电路的输出端产生较大的漂移电压。因此，第一级零漂的影响最为严峻，而零漂本质上主要是工作点的漂移。阻容耦合和变压器耦合电路虽然也存在零漂（即工作点的变化），但由于缓慢变化的漂移电压被耦合电容或变压器所阻隔，不会被逐级放大，因此对电路的影响只局限于本级，可通过采用工作点稳定的偏置电路把它的影响降低到最小的限度。（3）零点漂移对于直接耦合放大电路，必须采取措施来抑制零漂。抑制零漂的方法很多。例如，采用高稳定度的稳压电源来抑制电源电压波动引起的零漂；采用恒温系统来消除温度变化的影响等。但更主要的是应从电路形式的改进来抑制由于半导体管参数受温度变化影响而引起的零漂，这一方面的内容将在第4章中加以介绍。综上所述，直接耦合电路的主要特点有：（1）低频特性好，能放大缓慢变化甚至直流信号。（2）由于电路中只有半导体管和电阻，没有大电容，变压器和电容等元件，便于集成，因此在集成电路中广泛采用直接耦合方式。（3）各级的工作点相互影响，因此必须合理安排各级的直流电平。（4）输入端和输出端的直流电位要考虑满足“零输入时零输出”的要求。（5）存在零点漂移现象。谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH