模拟电子线路课件.pptx

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1、 1947年12月23号，贝尔实验室的William B.Shockley、John Bardeen、Walter H.Brattain制造出了世界上第一只半导体放大器件，他们将这种器件命名为“晶体管”第1页/共107页第 3 章半导体三极管及其基本放大电路 3.0 引言引言 20世纪世纪40年代年代,由由Bardeen,Brattain和和Schockley在贝尔实验在贝尔实验 室开发的硅晶体管室开发的硅晶体管,在在20世纪世纪50年代和年代和60年代掀起了第一次电子年代掀起了第一次电子 革命革命.这项成果导致了这项成果导致了1958年集成电路的开发及在电子电路中应年集成电路的开发及在电子电

2、路中应 用广泛的晶体管运算放大器的产生用广泛的晶体管运算放大器的产生.本章介绍的三极管属于双极型器件本章介绍的三极管属于双极型器件,是两类晶体管中的第一是两类晶体管中的第一 种类型种类型.下面将详细讨论其物理结构、工作原理及其在放大电路下面将详细讨论其物理结构、工作原理及其在放大电路 中的应用中的应用.第2页/共107页3.1 双 极 型 晶 体 管(Bipolar Junction Transistor)一、一、结构、分类、符号结构、分类、符号PNPebc发射区发射区基区基区 集电区集电区(发射结发射结)JeJc (集电结集电结)bec图 3.1becJc (集电结集电结)NPNebc(发射

3、结发射结)Je发射区发射区基区基区 集电区集电区第3页/共107页3.1 双 极 型 晶 体 管(Bipolar Junction Transistor)图 3.1 常用集成电路中NPN型三极管的结构剖面图 第4页/共107页3.1 BJT图图 3.2 几种几种BJT的外形的外形结构特点结构特点:1、基区很薄、基区很薄(106m),且轻掺杂且轻掺杂(1015 cm3);2、发射区重掺杂、发射区重掺杂(1019 cm3);3、集电区面积大、集电区面积大,且掺杂较轻且掺杂较轻(1017 cm3).BJT的结构特点是决定其能进行信号放大的内部物质基础的结构特点是决定其能进行信号放大的内部物质基础.第

4、5页/共107页3.1 BJT二、BJT的电流分配与电流放大作用 1、BJT内部载流子的传输过程见图3.3所示.BJT放大所必须具备的外部条件是:Je正偏,Jc反偏.发射区发射电子,形成射极电流IE;电子在基区复合,形成基极电流IB;集电区收集电子,形成集电极电流IC.IE=IC+IB(1+)IB (31)IC=IB+ICEO IB (32)IC=IE+ICBO IE (33)第6页/共107页3.1 BJTIB=IEp+(IEnICn1)ICBOIC=ICn1+ICn2+ICp=ICn1+ICBOICBO+VBBRBRC +VCC NPNECBJeIEnIcn1Icn2IcpICBOJcIE

5、pIBIEIC图 3.3IE=IC+IB IE=IEp+IEnIC=IEn+ICBO IE+ICBO IC=ICn1+ICBO ICn1 IC=(34)IEn IEIC=(IB+IC)+ICBO 1IC=IB+ICBO 1 1 第7页/共107页3.1 BJT 1IC=IB+ICBO 1 1 =(35)1 1ICEO=ICBO 1 =(1+)ICBO (36)IC=IB+ICEO IB IE=IC+IB(1+)IB 2.、ICBO、ICEO的物理含义的物理含义共基极直流电流放大倍数共基极直流电流放大倍数.1,1.ICn1 IC=IEn IE第8页/共107页3.1 BJT =1 ICn1 =I

6、En IB=IEp+(IEnICn1)ICBO=IEICn1ICBO ICICBO IC=IB+ICBO IB 共射极直流电流放大倍数共射极直流电流放大倍数.1.=1 =(38)1+图 3.4ICBO 受温度影响较大ceb+VCCICBO(37)第9页/共107页3.1 BJT +VBE +VCB+VCCICEO图 3.5ICEO=ICBO+ICBO=(1+)ICBO3.电流分配关系电流分配关系IE=IEBS(e 1)IEBS e (39)VBEVTVBEVTIC IB 三、BJT的特性曲线IC IE ISeVBEVT第10页/共107页3.1 BJT1、输入特性 共射接法iB=f(vBE)v

7、CE=CE +vCE iC+vBE iBBC(a)vCE1V(b)vCE=0VvBE/V0iB/A图 3.6第11页/共107页2、输出特性 共射接法iC=f(vCE)iB=C图 3.7OiB1iB2iB3iB4vCEVAiCA图 3.8 VCEIC ISe 1 (310)VAVBEVT20A60AiB=100A80A40A放 大 区iC/mA0vCE/V饱和区ICEOV(BR)CEO截止区击 穿 区054321EBCWBNPN基区宽度调制效应第12页/共107页3.1 BJT(1)放大区 Je正偏,Jc反偏.IC=IB+ICEO IB VCEIC(b)IC(a)IC IC 图 3.9第13页

8、/共107页3.1 BJT(2)截止区 Je、Jc均反偏.工程上规定IB=0(IC=ICEO0)以下的区域称为截止区;严格说来,截止区应是IE=0以下的区域.(IC=ICBO,IB=ICBO)(3)饱和区 Je、Jc均正偏.VBE(sat)0.7V;VCE(sat)0.3V(4)击穿区 VCEVCB Jc 雪崩击穿 V(BR)CEO IB V(BR)ICIB ICIB 第14页/共107页判断三极管的工作状态 测量得到三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。放大截止饱和第15页/共107页3.1 BJT四、BJT的主要参数 1、表征放大能力的参数 IC=IB共射极直流电流放大系

9、数(hFE).iC=(311)iB共射极交流电流放大系数(hfe).在小信号条件下在小信号条件下,.IC=IE共基极直流电流放大系数.第16页/共107页3.1 BJT共基极交流电流放大系数.iC=(312)iE =1 =(314)1+=(313)1 =1+2、表征稳定性的参数 极间反向电流(越小越好)ICBO:集电极 基极反向饱和电流.ICEO:集电极 发射极反向穿透电流。3、表征安全工作区域的参数第17页/共107页3.1 BJT(1)集电极最大允许电流ICM（）(2)集电极最大允许耗散功率PCM PCM=ICVCBICVCE(3)反向击穿电压 V(BR)EBO:集电极开路时,发射极 基极

10、间的反向击穿电压.V(BR)CBO:发射极开路时,集电极 基极间的反向击穿电压.V(BR)CEO:基极开路时,集电极发射极间的反向击穿电压.V(BR)CBO V(BR)CEO V(BR)EBOV(BR)CEOPCMVCE/V安 全 工 作 区图 3.10OIC/mAICM第18页/共107页3.1 BJTV(BR)CER表示BE间接有电阻，V(BR)CES表示BE间短路V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR)EBO第19页/共107页3.1 BJT4、温度特性 VBE/T=(22.5)mV/oC;/(T)=(0.51)%/oC;ICBO(T2)=ICBO(T1

11、)2T2T1 105、结电容 发射结电容Cbe,集电结电容Cbc.五、BJT的电路模型 1、直流等效电路模型(放大区)第20页/共107页3.1 BJT(a)b+VCC +VBB eIERcICRBIBcIB+VCC +VBB c(b)RCICRBbeIB +VBE 图 3.12 VBBVBE IB=RB IC=IBVCE=VCCICRC2、交流小信号等效电路模型(放大区)第21页/共107页3.1 BJT名名 称称总电压或总电压或 总电流总电流直流量直流量交流量交流量 基本基本关系式关系式瞬时值瞬时值有效值有效值基极电流基极电流iBIBQibIbiB=IBQ+ib集电极电流集电极电流iCIC

12、QicIciC=ICQ+ic基基射电压射电压vBEVBEQvbeVbevBE=VBEQ+vbe集集射电压射电压vCEVCEQvceVcevCE=VCEQ+vce表表3-1bce?mV甚至V第22页/共107页3.1 BJT+vCEiC+vBEiBbce(a)+hrevce hie1/hoehfeib+vceic+vbeibbce(b)rbeib+vceic+vbeibbce(c)图 3.13iB=IBQ+ib vBE=VBEQ+vbe iC=ICQ+ic vCE=VCEQ+vce vBE=f1(iB,vCE)iC=f2(iB,vCE)vBE vBEvBE=f1(iB,vCE)=f1(IBQ,V

13、CEQ)+ib+vce iB Q vCE QVBEQvbe第23页/共107页3.1 BJT iC=f2(iB,vCE)=f2(IBQ,VCEQ)+ICQic(315)(316)vBE vBEvbe=ib+vce=hieib+hrevcehieib iB Q vCE Q iC iCic=ib+vce=hfeib+hoevce hfeib iB Q vCE Qvbe ichie hrehfe hoe ib vce=hie()hre hfe hoe(S)(317)第24页/共107页h ehie hrehfe hoe=rbe T 1/rce=103 103 104 102 105 S输出端交流短路

14、时的输入电阻rbe；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比T；输入端交流开路时的输出电导1/rce。3.1 BJT第25页/共107页 H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。参数与工作点有关，在放大区基本不变。H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。受控电流源hfeib，反映了BJT的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由ib的流向决定。hrevce是一个受控电压源。反映了BJT输出回路电压对输入回路的影响。

15、3.1 BJT第26页/共107页 hre和和hoe都很小，常忽都很小，常忽略它们的影响。略它们的影响。BJT在共射连接时，其在共射连接时，其H参数的数量级一般为参数的数量级一般为第27页/共107页3.1 BJTbierbebrbbeereib VT(mV)rbe=rbb+(1+)(318)IEQ(mA)rbe=Vbe Ib re 0 Vbe Ib rbb+Ie rb e 图 3.14 1 iE IEBS e IEQ =IEBSe =rbe vBE Q vBE VT VTvBEVT vBE=VBEQ VBEQ VT第28页/共107页3.1 BJT六、BJT的基本应用 1、电流源OiI0v(

16、b)OiviBQvCE(sat)(d)i=I0+v(a)RC +VCC +v=vCE iCiB(c)图 3.152、开关 图3.16所示为BJT反相器电路,BJT在截止区和饱和区之第29页/共107页3.1 BJT间切换.负载可以是电动机,发光二极管或其他电子设备.+vBE VCC+vCE图 3.16iCiB负载vIvO第30页/共107页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(

17、=50)3、放大器第31页/共107页3.2 放 大 器 概 述 放大器(Amplifier)是应用最广泛的一种功能电路.大多数模拟电子系统都应用了不同类型的放大电路.一、放大的概念 放大器的作用是将输入信号进行不失真的放大,使输出信号强度(功率、电压或电流)大于输入信号强度,且不失真地重现输入信号波形.放大器实际上是一种能量控制装置.它利用三极管(或场效应管)的放大和控制作用,将直流电源的能量转换为放大了的交流输出能量.第32页/共107页3.2 放 大 器 概 述来自特定信源的时变信号在能被来自特定信源的时变信号在能被利用利用之前常常需要放大之前常常需要放大.(举例说明举例说明)信号源信号

18、源放大器放大器负载负载 高信号高信号 功率功率 CD 播放器播放器扬声器扬声器 DC功率功率 低信号低信号 功率功率图 3.17 DC电压源电压源第33页/共107页3.2 放 大 器 概 述二、放大器的主要性能指标+Vo+ViIiIo信号源信号源放大器放大器负载负载RiRo +Vs RsRL图 3.181、输入电阻、输入电阻 Vi Ri=(319)Ii 第34页/共107页3.2 放 大 器 概 述2、输出电阻、输出电阻 VT Ro=(Vs=0 或 Is=0)(320)IT 3、增益、增益(放大倍数放大倍数)Vo Io Io VoAv=Ai=Ag=Ar=(321)Vi Ii Vi Ii 电压

19、增益电压增益=20lgAvdB 电流增益电流增益=20lgAidB放大器的四种模型放大器的四种模型第35页/共107页3.2 放 大 器 概 述 (a)电压放大器+AvtVi +Vs RiRL+VoRoRs+Vi RL Av=Avt Ro RL AvAvt (322)Ro+RLRi Rs (Ri)Ro RL(Ro0)Vo Vo Vi RiAvs=Av Ri Rs AvsAv (323)Vs Vi Vs Rs+Ri第36页/共107页3.2 放 大 器 概 述 (b)电流放大器IsRiRLIoRsAinIiIiRo Ri Rs (Ri0)Ro RL(Ro)Ro Ai=Ain Ro RL AiAi

20、n (324)Ro+RL Io Io Ii RsAis=Ai Ri Rs AisAi (325)Is Ii Is Rs+Ri第37页/共107页3.2 放 大 器 概 述RiRs (Ri0)RoRL(Ro0)(c)互阻放大器+VoRo+Art IiRiRLRsIsIi Ri Rs (Ri)RoRL(Ro)(d)互导放大器 +Vs 图 3.19RiRLRs+ViAgsViRoIo第38页/共107页3.2 放 大 器 概 述 BW=fH fL (326)3dB图 3.20O20lgAvdB3dBfHfLf/Hz带宽带宽4、带宽带宽5、非线性失真系数、非线性失真系数 V 2ok k=2 =(327

21、)Vo1 第39页/共107页3.2 放 大 器 概 述三、基本放大器的组成 1、三极管的三种基本接法图 3.21 beicibc(a)(b)cieibbebiciece(c)2、基本共发射极放大器第40页/共107页+C1RL+voVT+vs RCRBVCC+vi(a)C2Rs3.2 放 大 器 概 述+vs CE+C1REVTRLRB2Rs+voRCRB1VCC+vi(b)C2+图 3.22 3、各元件的作用第41页/共107页3.2 放 大 器 概 述 VT:放大电路的核心元件放大电路的核心元件.具有电流放大作用具有电流放大作用.直流电源直流电源VCC:为三极管提供放大的外部条件为三极管

22、提供放大的外部条件;并为放大器并为放大器提供能量来源提供能量来源.基极偏置电阻基极偏置电阻RB:为三极管提供合适的基极偏置电流为三极管提供合适的基极偏置电流IBQ.集电极负载电阻集电极负载电阻RC:将将icvce,以实现电压放大以实现电压放大.同时同时,RC也也起直流负载的作用起直流负载的作用.耦合电容耦合电容C1、C2:“通交隔直通交隔直”,一般用电解电容一般用电解电容,连接时连接时注意电容的极性注意电容的极性.负载电阻负载电阻RL:放大电路的外接负载放大电路的外接负载,它可以是耳机、扬声它可以是耳机、扬声器或其他执行机构器或其他执行机构,也可以是后级放大电路的输入电阻也可以是后级放大电路的

23、输入电阻.第42页/共107页3.2 放 大 器 概 述四、放大器的直流通路和交流通路 1、直流通路的画法:将电容作开路处理,电感作短路处理.2、交流通路的画法:将电容及直流电源作短路处理.3、放大器中电压、电流的符号规定 如表3-1第43页/共107页RLVT+vi +vs Rs+voRCRBibicVTRL+viic +vs Rs+voRCRBib3.2 放 大 器 概 述VTRCRBVCCIBQICQ +VCEQ (a)ICQRB2IBQVTRCRB1VCCRE +VCEQ (b)RB=RB1RB2图 3.23 第44页/共107页+C1RL+voVT+vs RCRBVCC+vi(a)C

24、2Rs3.2 放 大 器 概 述五、放大器的基本工作情况0vitvBEtVBEQiBtIBQiCtICQvCEtVCEQvot0(b)图 3.24 第45页/共107页3.2 放 大 器 概 述直流电源直流电源VCC提供的功率为提供的功率为:1 1PV=VCCiC=VCC(ICQ+Icmsint)dt=VCCICQ 2 22020加到加到RC上的功率为上的功率为:1 1 1PL=iC2RC=(ICQ+Icmsint)2RC dt=ICQ2RC+Icm2RC 2 2 22020加到三极管上的功率为加到三极管上的功率为:1 1PC=vCEiC=(VCEQIcmRCsint)(ICQ+Icmsint

25、)dt 2 2 1 =VCEQICQ Icm2RC 22020PV=VCCICQ=(VCEQ+ICQRC)ICQ=VCEQICQ+ICQ2RC=PL+PCvi=0,PV=PL+PC;vi,PC ，PL .PV PL VT第46页/共107页VTRCRBVCCIBQICQ +VCEQ +C1RL+voVT+vs RCRBVCC+viC2Rs3.3 放大器的图解分析方法 图解分析可以提供对放大器工作情况的直观认识图解分析可以提供对放大器工作情况的直观认识.一、静态分析一、静态分析 1、分析目的、分析目的:确定确定Q点点(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ)2、分析对象、分析对象:直流通路直流通路第

26、47页/共107页3.3 放大器的图解分析方法3、分析步骤、分析步骤:VCC=IB RB+VBEIB=f(VBE)VCE=CVCC=IC RC+VCEIC=f(VCE)IB=CIBQVCC RBVCCQOIBVBEVBEQ直流负载线直流负载线直流负载线直流负载线OVCCVCEQVCEIC IBQVCC RCICQ图 3.25 第48页/共107页RLVT+vi +vs Rs+voRCRBibic+C1RL+voVT+vs RCRBVCC+viC2Rs3.3 放大器的图解分析方法二、动态分析二、动态分析 1、分析目的、分析目的:确定确定 Av、Vom,了解非线性失真了解非线性失真.2、分析对象、

27、分析对象:交流通路交流通路3、分析步骤、分析步骤:(1)(2)(3)第49页/共107页3.3 放大器的图解分析方法Avt AvRL,RL=RC,Avt=Av iBOQvBEIBQOvCEiC VCCIBQVCC RC交流负载线交流负载线ICQVCEQICQ RL 1 RC 1 RLRL=RCRL图 3.26 第50页/共107页3.3 放大器的图解分析方法三、建立三、建立Q点的必要性点的必要性QQQIBQQQQ图 3.27OiBvBEOvCEVCCIBQVCC RCICQVCEQ截止截止失真失真饱和饱和失真失真iC 第51页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法一、静态分析一、静态分析

28、1、分析目的、分析目的:确定确定Q点点(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ)2、分析对象、分析对象:直流通路直流通路 (a)固定偏置固定偏置VTRCRBVCCIBQICQ +VCEQ 图 3.28 VCCVBE IBQ=RB ICQ=IBQVCEQ=VCCICQRC第52页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法ICQIBQRB2VTRCRB1VCCRE +VCEQ 图 3.29 (b)分压偏置ICQ=IBQVCEQ=VCCICQRCIEQRE VCCICQ(RC+RE)RB=RB1RB2 VBBVBE IBQ=RB+(1+)RE RB2VBB=VCC RB1+RB2 +VBB+VCCVTR

29、CRBREIBQICQ +VCEQ 第53页/共107页ICQIBQRB2VTRCRB1VCCRE +VCEQ 3.4 放大器的等效电路分析法 RB2VBQ VCC RB1+RB2 IBQ=ICQ/VCEQ VCCICQ(RC+RE)VEQ VBQ VBEICQ IEQ=RE RE若若(1+)RE 10RB,可按如下方法确定可按如下方法确定Q点点.IBQVBQVEQ IEQ(ICQ)VCEQ第54页/共107页VTRCRBVCCIBQICQ +VCEQ 3.4 放大器的等效电路分析法 T VBE(on)ICQ ICBOVCC=6V,RB=270k,RC=2k T30oC,=130,VBE=0.

30、625V,ICBO=81012A IBQ=19.91A,ICQ=2.59mA,VCEQ=0.82V(c)两种偏置电路的比较 T=300K,=100,VBE=0.7V,ICBO=1012A IBQ=19.63A,ICQ=1.96mA,VCEQ=2.08V第55页/共107页IEQICQIBQRB2VTRCRB1VCCREVEQVBQI13.4 放大器的等效电路分析法分压偏置电路最大的优点是稳定了分压偏置电路最大的优点是稳定了Q点点.T ICQ(IEQ)VEQVBEQ(VBQVEQ)ICQ IBQ 【例例 3.1】电路如上图电路如上图 所示所示.设设RB1=56k,RB2=12.2k,RC=2k,

31、RE=0.4k,VCC=10V,VBE=0.7V,=100.(1)试试 确定确定Q点点.(2)当当在一定范围内变化时在一定范围内变化时,确定确定Q点变化范围点变化范围.第56页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法【解解】(1)RB2 12.2VBB=VCC=101.79V RB1+RB2 56+12.2ICQ=IBQ=10021.6=2.16mAVCEQ=VCCICQRCIEQRE 4.81VRB=RB1RB2=5612.2 10 k VBBVBE(on)1.79 0.7 IBQ=21.6A RB+(1+)RE 10+1010.4IEQ=(1+)IBQ=10121.6=2.18mA上述结

32、果表明上述结果表明:晶体三极管被偏置在放大区晶体三极管被偏置在放大区.第57页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法(2)当当 变化变化50时时,可得到以下的结果可得到以下的结果:IBQ(A)ICQ(mA)IEQ(mA)VCEQ(V)5035.91.801.835.6710021.62.162.184.8115015.52.322.344.40表表 3-2 当当 变化率为变化率为3:1时时,集电极电流和集集电极电流和集-射电压的变化率射电压的变化率 只有只有1.29:1.射极电阻射极电阻RE能在能在变化时变化时,稳定静态工作点稳定静态工作点.【例例 3.2】试设计一分压偏置电路试设计一分压

33、偏置电路,要求要求ICQ=1mA,VCEQ=4.5V,已知已知VCC=9V,=100.第58页/共107页IEQICQIBQRB2VTRCRB1VCCREVEQVBQI13.4 放大器的等效电路分析法 实际情况下实际情况下,为要使为要使Q点稳定点稳定,I1愈大愈大于于IB以及以及VB愈大于愈大于VBE愈好愈好,但为兼顾其但为兼顾其他指标他指标,对于硅管对于硅管,一般可选取一般可选取 I1=(510)IB VEQ=0.2VCC 或或 VEQ=(13)V【解解】(1)取取 VEQ=0.2VCC=0.29=1.8V 则则 RE=VEQ/IEQVEQ/ICQ=1.8/1=1.8k (2)取取 I1=1

34、0IBQ=10ICQ/=0.1mA 则则 RB1+RB2=VCC/I1=90k 第59页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法 RB2VBQ=VCC RB1+RB2 VBQ=VBE+VEQ=0.7+1.8=2.5V RB1+RB2=90kRB2=25kRB1=90RB2=65 k(3)VCEQVCCICQ(RC+RE)VCCVCEQ 9 4.5 RC=RE=1.8=2.7 k ICQ 1说明说明:除三极管放大电路外除三极管放大电路外,分压偏置电路还适用于各种场分压偏置电路还适用于各种场效应管放大电路效应管放大电路.第60页/共107页RLVT+vi +vs Rs+voRCRBibic3.4

35、 放大器的等效电路分析法二、动态分析二、动态分析 1、分析目的、分析目的:确定确定 Av、Ai、Ri、Ro.2、分析对象、分析对象:交流通路交流通路 3、分析步骤、分析步骤:(1)交流通路；交流通路；(2)小信号模型；小信号模型；(3)分析各指标分析各指标+ViRobc +Vs RLIbIc+VoRCRBIbIirbeIoeRiRs图 3.30 第61页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法 Vo Av=Vi Vo=Ic(RCRL)=IbRLVi=Ibrbe RLAv=(328)rbe Vi Ri=Ri=RBrberbe (329)Ii VT Ro=Ro=RC IT Vs=0(320)Ro

36、+VTcIbbrbeRsIcRCRBIbITe图 3.31 第62页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法 Io Ai=Ii Ro Ro Io=Ic =Ib Ro+RL Ro+RL Ro Ai (331)Ro+RL RL=0,Ain 三、带射极电阻的共发射极放大器三、带射极电阻的共发射极放大器 1、电路结构、电路结构:如图如图3.32所示所示.2、静态分析、静态分析:与图与图3.29相似相似.3、动态分析、动态分析:RBIb=Ii Ii RB+rbe第63页/共107页RLC2CERE1VTRE2RB2C1+vs Rs+vi+voRCRB1VCC(a)3.4 放大器的等效电路分析法图 3.

37、32 VTRE +vs icRs+voRCRB+viRLib(b)IbcRL+VirbeIc +Vs Rs+VoRCRBIbIiIobeRiRoRE1(c)Ri第64页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法 RLAv=(332)rbe+(1+)RE1 Vo Av=Vi Vo=Ic(RCRL)=IbRLVi=Ibrbe+IeRE1=Ib rbe+(1+)RE1Ri=RBRi=RBrbe+(1+)RE1 (333)ViRi=rbe+(1+)RE1 IbRo RC (334)其中其中:若考虑rce，Ro的求法如下：第65页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法RCRoRorbeIb+VTRs

38、RBrceITbceIbRE1RsIc图 3.33 RE1Ro=RCRo=RC rce(1+)(335)rbe+RE1+RsVT=(IcIb)rce+(Ib+Ic)RE1 RE1Ib=Ic rbe+RE1+Rs VT RE1Ro=rce(1+)Ic rbe+RE1+Rs第66页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法其中，rce的意义如下：OIBQvCEVAiCAQVCEQICQ Vce VCEQ+VA VArce=iC ICQ ICQQ第67页/共107页RE22kCERE120VT RL8.2kRC8.2k+viC1+voRB156kVCC15VC2RB215k3.4 放大器的等效电路分

39、析法【例 3.3】试确定图3.34所示电路的Av、Ri、Ro.已知晶体管的 参数如下:VBE=0.7V,=150,VA=100V.【解】(1)静态分析图 3.34 RB=RB1RB2=561511.83k RB2 15 VBB=VCC=153.17V RB1+RB2 56+15 VBBVBE(on)IBQ=RB+(1+)(RE1+RE2)3.170.7 =7.8A 11.83+(1+150)(0.02+2)第68页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法ICQ=IBQ=1507.8 103 1.17mAIEQ=(1+)IBQ=1517.8 103 1.18mA或 VEQ VBQVBE(on)

40、3.170.7 ICQIEQ=1.22mA RE1+RE2 RE1+RE2 0.02+2rceVA/ICQ=100/1.17 85.47k(81.97k)(2)动态分析 VT 26rbe=rbb+(1+)=0+(1+150)3.33k(3.22k)IEQ 1.18 RL 150(8.2 8.2)Av=96.9(98.6)rbe+(1+)RE1 3.33+(1+150)0.02 第69页/共107页3.4 放大器的等效电路分析法Ri =RB rbe+(1+)RE1 =11.83 3.33+(1+150)0.02 4.13k(4.1k)RoRCRo=8.2 102.4 7.59k(7.57k)RE

41、1 1500.02 Rorce 1+=85.47(1+)102.4k rbe+RE1+RB 3.33+0.02+11.83(98.29k)如果假设VA=,则RoRC=8.2 k 讨论:放大器的增益几乎与的变化无关.表3-3的计算证明了这一事实.Av 5095.8(97.2)10096.5(98.3)15096.9(98.6)表表3-3第70页/共107页RL+voVTRERB2+vs RsRB1VCC+viC1C2VEQRB2IEQVTRB1VCCREIBQICQ图图 3.353.5 共集电极放大器(射极跟随器)一、电路结构一、电路结构二、静态分析二、静态分析 VBBVBE IBQ=RB+(1

42、+)RE RB2 VBB=VCC RB1+RB2 RB=RB1RB2IEQ=(1+)IBQVCEQ=VCCIEQ RE 第71页/共107页3.5 共集电极放大器(射极跟随器)三、动态分析三、动态分析VT+viRLie +vs Rs+voRERBib+VoebIb+ViRLIi +Vs RsRERBIbrbecRiRoRi Vo Av=Vi Vo=(Ib+Ib)(RERL)=(1+)IbRLVi=Ibrbe+Vo (1+)RLAv=(336)rbe+(1+)RLAv1，(1+)RL rbe，Av1 射极跟随器射极跟随器 图 3.36第72页/共107页3.5 共集电极放大器(射极跟随器)Ri=

43、RBRi=RBrbe+(1+)RL (337)Vi Ri=rbe+(1+)RL Ib VT VT Ro=Ie (1+)IbVT=Ib(rbe+Rs)rbe+Rs Ro=1+Ro=RERo rbe+Rs=RE (338)1+Ro+VTrbeeIbbRsRBIbITcRERo IeRs 图 3.37第73页/共107页3.5 共集电极放大器(射极跟随器)射极跟随器的特点射极跟随器的特点:(1)增益增益1（同相）（同相）(2)输入电阻高输入电阻高 (3)输出电阻小输出电阻小四、采用复合管四、采用复合管(Darlington)的射极跟随器的射极跟随器 1、复合管的构成原则及其特点、复合管的构成原则及其

44、特点 (1)复合管可由两个或多个复合管可由两个或多个BJT组成组成,也可由也可由BJT和和FET组成组成;(2)复合管的类型取决于第一只管的类型复合管的类型取决于第一只管的类型;(3)前、后级晶体管之间的电流应有正常的流通通路前、后级晶体管之间的电流应有正常的流通通路.(4)两管复合后两管复合后,其主要优点是其主要优点是:12 rbe rbe1+1rbe2(3-39)第74页/共107页ce(b)bVT(a)ic12 ibVT1VT2bib(1+1)ib2(1+1)ibce1ibie3.5 共集电极放大器(射极跟随器)主要缺点是主要缺点是:ICEO ICEO2+2ICEO1 (3-40)图 3

45、.38第75页/共107页VT1VT2bib(1+1)ib12 ibce1ibieic 12 ibbVTcebVTcecVT1VT2bib(1+1)ib12 ib1ibieic 12 ib3.5 共集电极放大器(射极跟随器)图 3.39e第76页/共107页3.5 共集电极放大器(射极跟随器)图 3.402、采用复合管的射极跟随器eREVT1VT2bcvivo数百千欧数百千欧五、射极跟随器的用途五、射极跟随器的用途 1、输入级、输入级;2、输出级、输出级;3、中间缓冲级、中间缓冲级.第77页/共107页ICQIBQRB2VTRCRB1VCCRE +VCEQ 3.6 共 基 极 放 大 器图 3

46、.41一、电路结构一、电路结构+vs RC+viCBRLRs+voRB1VCCC1C2VTRB2RE(a)(b)二、静态分析:与共射放大器相同.三、动态分析第78页/共107页3.6 共 基 极 放 大 器图 3.42RsVTRL+vi+vs+voRERCeRLrbe+Vi +Vs Rs+VoRCREbcIbRiRoRiIiIbIe Vo Av=Vi Vo=Ic(RCRL)=IbRLVi=Ibrbe RLAv=(341)rbe第79页/共107页3.6 共 基 极 放 大 器图 3.43 rbe rbeRi=RERi=RE (342)1+1+Vi Ibrbe rbe Ri=Ie (1+)Ib

47、1+其中其中:ecIbb+VTRsRCRErbeITIbRoRo=rcbRCRC (343)第80页/共107页3.7 三种基本放大器的比较三种基本放大器的小信号特性如表三种基本放大器的小信号特性如表3-4所示所示.组态组态共射极共射极共集电极共集电极共基极共基极Av RL (高高)rbe (1+)RL (低低)rbe+(1+)RL RL (高高)rbeAin(1+)Rirbe(中等中等)rbe+(1+)RL(高高)rbe/(1+)(低低)RoRCrceRC(高高)rbe+Rs RE (低低)1+RCrcbRC (高高)用途用途多级放大电路多级放大电路的中间级的中间级输入级、输出级输入级、输出

48、级或缓冲级或缓冲级高频或宽带电路高频或宽带电路或恒流源电路或恒流源电路表表 3-4基本放大器的小信号特性将用于指导设计多级放大器基本放大器的小信号特性将用于指导设计多级放大器.第81页/共107页3.8 多 级 放 大 器 在大多数应用中在大多数应用中,单管放大器不能满足特定的放大倍数、单管放大器不能满足特定的放大倍数、输入电阻、输出电阻等各项性能指标的要求输入电阻、输出电阻等各项性能指标的要求.因此因此,可将多个可将多个基本放大器级联起来基本放大器级联起来,构成多级放大器构成多级放大器,如图如图3.44所示所示.图 3.44+vsRo2RonRLRo1Ri1 +vo1=vi2 +vi=vi1

49、 +vo2+vinRs第一级 Av1Ri2Rin+vo第二级 Av2第N级 Avn一、级间耦合方式一、级间耦合方式第82页/共107页RB22RL+voRE2RE2VT1VT2CE1RE1+vs RsRC1RB11+viC1C2RB12RC2RB21VCCC3CE23.8 多 级 放 大 器图 3.451、阻容耦合、阻容耦合 阻容耦合不适合传递缓慢变化的信号阻容耦合不适合传递缓慢变化的信号,更不能传递直流信更不能传递直流信号号,不易集成不易集成.第83页/共107页3.8 多 级 放 大 器2、变压器耦合、变压器耦合 在某些电子设备中在某些电子设备中,常用变压器耦合方式传送交变信号常用变压器耦

50、合方式传送交变信号.例例如如,半导体收音机中的中频变压器及其选用的音频输入、输出半导体收音机中的中频变压器及其选用的音频输入、输出变压器等变压器等.采用变压器耦合的一个重要目的是采用变压器耦合的一个重要目的是:耦合变压器在耦合变压器在传送信号的同时能起阻抗变换作用传送信号的同时能起阻抗变换作用.利用变压器可将负载阻抗利用变压器可将负载阻抗变换成与信号源内阻相匹配的情况变换成与信号源内阻相匹配的情况,从而可大大提高信号传输从而可大大提高信号传输的效率的效率.3、直接耦合、直接耦合 直接耦合方式既可以放大和传递交流信号直接耦合方式既可以放大和传递交流信号,也可以放大和也可以放大和传递缓慢变化或直流