模电期末复习资料.pdf

1 一、一、 半导体器件半导体器件 1 N 型半导体型半导体，在本征半导体中掺入五价元素，它的多数载流子是电子，少数载流子是空在本征半导体中掺入五价元素，它的多数载流子是电子，少数载流子是空 穴。穴。 2 P 型半导体。在本征半导体中掺入三价元素，它的多数载流子是空穴，少数载流子是电型半导体。在本征半导体中掺入三价元素，它的多数载流子是空穴，少数载流子是电 子。子。 3 半导体中载流子的运动半导体中载流子的运动方式：漂移运动、扩散运动。方式：漂移运动、扩散运动。 4 PN 结及基单向导电性结及基单向导电性 PNPN 结外加正向电压结外加正向电压, ,即即 P P 型区接外加电源正极型区接外加电源正极, , N N 型区接外加电源负极型区接外加电源负极,PN,PN 结导通当结导通当 PNPN 结外加正向结外加正向电压时电压时, ,扩散电流扩散电流 增加增加, ,漂移电流减小扩散电流由漂移电流减小扩散电流由 N N 型区型区,P,P 型区多数载流子产生型区多数载流子产生 漂移电流由漂移电流由 N N 型区型区,P,P 型区少数载流子形成型区少数载流子形成 PNPN结外加反向电压结外加反向电压, ,即即P P型区接外加电源负极型区接外加电源负极,N,N型区接外型区接外加电源正极加电源正极,PN,PN结截止结截止,P,P 结呈高阻抗结呈高阻抗.PN.PN 结反向偏结反向偏置时置时, ,扩散电流趋于零扩散电流趋于零, ,反向漂移电流很少反向漂移电流很少 5.5.二极管二极管 二极管由一个二极管由一个 PNPN 结组成结组成，二极管的伏安特性由正向伏安特性二极管的伏安特性由正向伏安特性、反向伏安特性及击穿特性反向伏安特性及击穿特性 三部份组成三部份组成 正向特性正向特性 当外加电压大于其阀值电压当外加电压大于其阀值电压(Si: th V=0.5V, Ge: th V=0.1V)时时, 流过二极管的电流由零显著增加流过二极管的电流由零显著增加. 反向特性反向特性 二极管外加反向电压时二极管外加反向电压时, ,其反向电流很少其反向电流很少 击穿特性击穿特性 当二极管承受的反向电压大于其本身的击穿电压时当二极管承受的反向电压大于其本身的击穿电压时, ,反向电流急剧增大反向电流急剧增大 例例: :二极管电路如图示二极管电路如图示, ,试判断图试判断图 4 4 中二极管是导通还是截止中二极管是导通还是截止, ,并求出并求出 0 A二端的电压二端的电压 0 A V,设设 二极管是理想的二极管是理想的. 解解: 对于图对于图 4a） 首先断开二极管首先断开二极管 D,求求 A V、 B V 此时此时, A V= =12V, 12V, B V=6V, 则则 BA V= B V A V（）（） 这样，二极管是正向导通的这样，二极管是正向导通的 由理想模型由理想模型, F V 由此由此 mA 0 A V 解：对于图解：对于图 b） ，当，当 D 断开时，断开时， B V， A V NP 图1.PN结外加正向电压 NP 图2.PN结外加反向电压 正 向 特 性 反 向 特 性 Vth0 I 击穿特性 图3.二极管的伏案特性 6V 12V 3K AB O a) 6V 12V 3K I A D 2 BA V= B V A V（）（） D 因反向偏置而截止，因反向偏置而截止， 0 A V 例：二只稳压值分别为例：二只稳压值分别为 7.5V 和和 8.5V 的稳压二极管串联的稳压二极管串联 使用使用,连接方式如图连接方式如图 5 所示所示, 0 V为多少伏为多少伏,设稳压二极管正向设稳压二极管正向 导通压降为导通压降为 0.7V 解解: 设设 1 DZ V=7.5V, 2 DZ V=8.5V 对于图对于图 5a)电路电路,由于二支稳压管由于二支稳压管 均均处于稳压状态处于稳压状态(即均为反向击穿状态即均为反向击穿状态) 0 V= 1 DZ V+ 2 DZ V=7.5+8.5=16V 对于图对于图 5b)电路电路, 1 DZ V为反向击穿状态为反向击穿状态, 2 DZ V为正向连接为正向连接,故故 0 V= 1 DZ V+ 2 DZ V=7.5+0.7=8.2V 6.稳压二极管稳压二极管 它是利用它是利用 PN 结的击穿特性结的击穿特性,即当流过稳压二极管电流变化较大时即当流过稳压二极管电流变化较大时,其二端电压变化较小其二端电压变化较小 的性质的性质,在电路中起稳压作用在电路中起稳压作用. 稳压二极管正常工作是在反向击穿状态稳压二极管正常工作是在反向击穿状态,即外加电源正极接其即外加电源正极接其 N 型区型区,外加电源负外加电源负 极接其极接其 P 型区型区; 稳压二极管应与负载并联使用稳压二极管应与负载并联使用; 应保证稳压二极管工作于规定的电流范围应保证稳压二极管工作于规定的电流范围; 7.半导体三极管半导体三极管 半导体三极管是双极型器件半导体三极管是双极型器件，即参与导电的载即参与导电的载 流子是电子和空穴流子是电子和空穴，三极管有三个电极三极管有三个电极(发射极发射极,基极基极,集电极集电极)、 三个分区三个分区(发射区发射区,基区基区,集电区集电区)、二个二个 PN 结结(发射结发射结,集电结集电结) 半导体三极管分为半导体三极管分为 NPN 型和型和 PNP 型二种型二种。 三极管在电路中的作用是对外加交流输入信号进行不失真三极管在电路中的作用是对外加交流输入信号进行不失真 地放大地放大。三极管放大的条件是发射结正向偏置三极管放大的条件是发射结正向偏置,集电结反向偏置集电结反向偏置， 即发射结外加正向电压即发射结外加正向电压,集电结外加反向电压集电结外加反向电压，以保证放大电路以保证放大电路 具有合适的工作范围具有合适的工作范围。 电流分配与放大原理电流分配与放大原理 发射区的作用发射区的作用：向基极扩散向基极扩散(注入注入)电子载流子电子载流子, 形成直流形成直流 E I,基区的作用基区的作用,传输和控制由发射区注入传输和控制由发射区注入 到基区的电子载流子到基区的电子载流子，在在 BB V正极的吸引下正极的吸引下,由发射区由发射区 扩散到基区的电子载流子有很小的一部份被其吸引而形成直流扩散到基区的电子载流子有很小的一部份被其吸引而形成直流 B I. 集电区的作用集电区的作用:发射区扩散到基区的大部份电子载流子受集电结外加反向电压的作用发射区扩散到基区的大部份电子载流子受集电结外加反向电压的作用, 漂移过集电结形成受发射结外加电压控制的集电极电流漂移过集电结形成受发射结外加电压控制的集电极电流 CN I, CN I与集电区反向饱和电流与集电区反向饱和电流 15V 12V 3K AB O 图 4 b) D VoVo a)b) 图5 VDZ1 VDZ2 VDZ1 VDZ2 N P N P P Nb c ee b c a)NPN型三极管b)PNP型三极管 图6 N b e N P IB+IB IC+IC Vi Rb VBB VCC IO=ICRC =IBRC RC 图7.共发射极接法 3 CBO I一起形成集电极电流一起形成集电极电流 C I，即即 C I= CN I+ CBO I.通常通常 CBOC II,故故 CN I= C I. 三极管电流分配关系三极管电流分配关系: BCE III(静态时静态时) 结论结论 发射结外加正向直流电压控制着由发射区向基区扩散的电子表载流子所形成的电流发射结外加正向直流电压控制着由发射区向基区扩散的电子表载流子所形成的电流 E I 及基极电流及基极电流 B I. 集电结外加反向直流电压控制着由发射区扩散到基区并被集电区所收集的电子载流子集电结外加反向直流电压控制着由发射区扩散到基区并被集电区所收集的电子载流子 所形成的电流所形成的电流 C I. 在发射结正向直流电压在发射结正向直流电压 BB V,集电结外向直流电压集电结外向直流电压 CC V不变的情况下不变的情况下,若在三极管若在三极管 b be e 之之 间引入一个小的交流输入电压间引入一个小的交流输入电压 i V,发射极发射极,基极基极,集电极电流会随集电极电流会随 i V作同样的变化作同样的变化(,发发 射极射极,基极基极,集电极的变化分别用集电极的变化分别用 E I、 B I、 C I表示表示),并在集电极电阻并在集电极电阻 C R上得到一个上得到一个 较大的电压变化作为输出较大的电压变化作为输出( CBCCo RIRIV),这样这样,通过通过 C R,将三极管的电流放将三极管的电流放 大作用大作用(三极管的电流放大作用由其交流电流放大系数三极管的电流放大作用由其交流电流放大系数 B C I I 表表示示, 是在三极管制是在三极管制 造过程中人为确定的造过程中人为确定的)转换成电压放大作用转换成电压放大作用. 由三极管的输出特性曲线由三极管的输出特性曲线,它的三种工作状态分别为放大状态它的三种工作状态分别为放大状态,截止状态和饱和状态截止状态和饱和状态 某三种工作状态外加直流电压的条件某三种工作状态外加直流电压的条件. 放大状态放大状态：发射结正向偏置发射结正向偏置、集电结反向偏置集电结反向偏置； 截止状态截止状态：发射结反向偏置发射结反向偏置、集电结反向偏置集电结反向偏置； 饱和状态饱和状态：发射结正向偏置发射结正向偏置,集电结正向偏置集电结正向偏置 例例:放大电路中三极管三个电极的电位分别为放大电路中三极管三个电极的电位分别为 1)5V,1.2V,0.5V; 2)6V,5.8V,1V 试确定各试确定各 电位对应的电极和三极管的类型电位对应的电极和三极管的类型(是是 NPN,还是还是 PNP 型型,是是硅管还是锗管硅管还是锗管) 解解:对于放大状态下的对于放大状态下的 NPN 型三极管型三极管,三个电极的电位大小为三个电极的电位大小为 EBC VVV( (0, 0 BCBE VV, , EBBE VVV 0， CBBC VVV 0) ) 对于放大状态下的对于放大状态下的 PNP 型三极管型三极管, 0, 0 BCBE VV（ EBBE VVV 0， CBBC VVV 0） 故三个电极的电压大小为故三个电极的电压大小为 CBE VVV 对于硅管对于硅管7 . 0 BE VV V，对于锗管，对于锗管2 . 0 BE VV V，对于，对于 1)5V,1.2V,0.5V c b e b e c （NPN管） （PNP管） 4 5V1.2V0.5V 则则 5V 脚对应脚对应 c,1.2V 脚对应脚对应 b,0.5V 脚对应脚对应 e，而，而 1.2V0.5V0.7V,故为故为 NPN 型硅管型硅管 2)6V,5.8V,1V 由于由于 2)6V5.8V1V 则则 6V 脚对应脚对应 e, 5.8 V 脚对应脚对应 b, 1V 脚对应脚对应 c,由于由于 6V V5.8V=0.2V5.8V=0.2V 故为锗管且为故为锗管且为 PNPPNP 型锗管型锗管. . 二、二、 放大电路分析基础放大电路分析基础 1,1,放大电路的组放大电路的组成原则成原则 外加直流电压的应使三极管发射结处于正向偏置外加直流电压的应使三极管发射结处于正向偏置, , 集电结为反向偏置以保证以三极管为核心的放大电路对外加输入交流信号为放大状态集电结为反向偏置以保证以三极管为核心的放大电路对外加输入交流信号为放大状态. . 外加输入交流电压在放大电路输入端的接法外加输入交流电压在放大电路输入端的接法, ,应使变化的应使变化的 i V产生变化的基极电流产生变化的基极电流 b i或发或发 射极电流射极电流 e i, ,因为因为 b i或或 e i控制控制 c i( (共发射共发射极接法极接法, , b i控制着控制着 c i, ,因为因为 bc ii, ,共基极接法共基极接法, , e i控控 制着制着 c i, ,因为因为 c i= = e i) ) 为了保证放大电路不失真的放大交流输入电压为了保证放大电路不失真的放大交流输入电压,除了外加直流电压使三极管发除了外加直流电压使三极管发射结为正向射结为正向 偏置偏置,集电结为反向偏置外集电结为反向偏置外,还要通过调整还要通过调整 cb RR , ,使使 B I、 C I、 CE V为合适的值为合适的值, ,我们称之为合理我们称之为合理 的设置静态工作点的设置静态工作点. . 2.放大电路的静态分析放大电路的静态分析 设有外加输入信号时的设有外加输入信号时的 B I、 C I、 CE V分别用分别用 BQ I、 CQ I、 CEQ V表示表示, ,它们在输出特性曲线它们在输出特性曲线 与直流负载线的交点称为静态工作点与直流负载线的交点称为静态工作点 在图在图 8 8 所示电路中所示电路中 由基极电路由基极电路 BQ I= =uA R VV b BEQCC 40 280 7 . 012 由集电极电路由集电极电路 CCCCCE RiVV 令令VVVi OCCEC 120于于 M M 点点 令令mA R V iV C CC CCE 40于于 N N 点点 连接连接 M M- -N N 的线段即为直流负载线的线段即为直流负载线 直流负载线与直流负载线与uAiB40对应的输出特性曲线的对应的输出特性曲线的交点即交点即 为静态工作点为静态工作点。当当 b R的值减小的值减小, ,其余条件不变时其余条件不变时, , b BEQCC BQ R VV I, ,使得使得 BQ I增加增加. . 这样这样, ,Q点会移动到点会移动到Q点点, ,此时此时, ,放大电路中三极管的放大电路中三极管的 工作状态靠近饱和区当工作状态靠近饱和区当 b R的值增加时的值增加时, , ic N VCE Q Q Q iB=60uA iB=40uA iB=20uA O 直流负载线 图9.输出特性曲线 M N Vi Rb 280K Rc 3K +VCC=12V RL 图8.基本共射级放大电路 Vi Rb 475K Rc 3K +VCC=15V RL 3K 图10.a） VO Re 1K =50 5 b BEQCC BQ R VV I, ,使得使得 BQ I减小减小， 这时这时, ,Q点会移到点会移到 Q点点, ,三极管的工作状态向截止区靠三极管的工作状态向截止区靠 近近。 2.2.射极放大电路分析射极放大电路分析 例例: :放大电路如图放大电路如图 1010 示示, ,设三极管为硅管设三极管为硅管 试求试求 1)1)静态工作点静态工作点 2)2)画出电路原理图的小信号模型等效电路画出电路原理图的小信号模型等效电路 3)3)求求 V A 4)4)求求 i R及及 o R 解解:1):1)求求 Q Q 点点 Q Q 点指点指( ( BQ I、 CQ I、 CEQ V) ) 首先画出基极电路等效电路首先画出基极电路等效电路 由题意由题意VVCE7 . 0 0)1 ( eBQBEbBQCC RIVRIV uA K V RR VV I eb BECC BQ 27 526 3 .14 1)501 (475 7 . 015 )1 ( mAII BQCQ 35. 12750 画出集电极电路的等效电路画出集电极电路的等效电路 0 eEQCEQcCQCC RIVRIV VRRIVV ecCQCCCEQ 6 . 91041035. 115)( 33 2)2)电路原理图的小信号模型等效电路电路原理图的小信号模型等效电路 3)3) ebe Lc ebbeb Lcb I o V Rr RR RIrI RRI V V A )1 ( / )1 ( / 其中其中KK mAI mV rr E bbbe 2 . 118. 12 .1182 35. 1 26 )501 (200 )( )(26 )1 ( 24. 1 1)501 (2 . 1 3/350 V A 4)4)设设 1 1- - 1两端右看电路两端右看电路电阻电阻为为 i R i R= =KRr I V ebe b i 2 .52)1 ( Rb IBQ VBE Re b e IBE VCC b）基极回路等效电路 Rc ICQ VCE Re e IEQ=ICQ VCC c）集电极回路等效电路 C Vi rbe Re RL b e C Ib Vo IC RL=Re/Rc d）小信号模型等效图 Rb Vi rbe Re RL b e C Ib IC e）小信号模型等效图 Rb 1 1Ib Ie Rc Ri Vo 6 KRRR ibi 472 .52/475/ 5)5) KRR Co 3 若上题中若上题中 e R二端并联一个电容二端并联一个电容 e C 则则5 .62 2 . 1 3/350/ be Lc V r RR A 例例 2 2：射极偏置电路如图：射极偏置电路如图 1111 所示，设所示，设VVBE7 . 0 试求试求 1 1）静态工作点）静态工作点 2 2）画出小信号模型等效电路）画出小信号模型等效电路 3）求）求 i R及及 o R 4 4）求）求 V A 解解 1 1）VV RR R V CC bb b B 95. 315 5620 20 21 2 mA RR VV RR V I ee BEB ee E EQ 76. 1 185. 0 7 . 095. 3 2121 mAII CQEQ 76. 1 uA I I CQ BQ 35 50 76. 1 VRRRIVV eeCCQCCCEQ 2 . 81085. 31076. 115)( 33 21 2 2）小信号模型等效电路）小信号模型等效电路 3 3）求）求 i R及及 o R 设设 21/bbb RRR 设设 1 1- - 1两端右看电路电阻为两端右看电路电阻为 i R 1 )1 ( ebe b i i Rr I V R 其中其中K mAI mV rr E bbbe 95. 04 .953 96. 1 26 )501 (200 )( )(26 )1 ( 则则KRi3 .4485. 0)501 (95. 0 Vi Rb1 56K Rc 4K +VCC=15V RL 4K 图11.a） VO Re1 85K Re2 1K Ce Rb2 20K Vi rbe Re1 RL b e C Ib IC 图11.b）小信号模型等效图 Rb2 1 1Ib Ie Rc Ri VoRb1 Ri 7 KRRR ibi 113 .44/56/20/ KRR Co 2 4 4）25. 2 3 .44 4/450 )1 ( / ebeb LCb I o V RrI RRI V V A 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路 1 1 场效应管的控制方式场效应管的控制方式 结型场效应管和绝缘栅场效应管均为电压控制器件，而三极管是电流控制器件结型场效应管和绝缘栅场效应管均为电压控制器件，而三极管是电流控制器件 结型声效应管只有耗尽型结型声效应管只有耗尽型 绝缘栅场效应管：增强型绝缘栅场效应管：增强型 （0, 0 DGS iV） 耗尽型耗尽型 （0, 0 DGS iV） 2 2 例例： 电路如图电路如图 1212 示， 已知示， 已知KRKRmAIVVVV SaDSSPDD 8,16,2,4,15， VmAgKRKR mLg /4 . 0,60,150 试求试求 1 1）静态工作点）静态工作点 2 2）输入电阻）输入电阻 i R及输出电阻及输出电阻 3 3）电压增益）电压增益 解解 1 1）Q Q 点指点指 D I、 GS V、 DS V 设设场效应管工作于饱和区场效应管工作于饱和区 GS V= = DSDSSG IRIVVV80 （1 1） ) 4 1 (2) 4 1 (2)1 ( 2GSGS P GS DSSD VV V V II （2 2） 将（将（1 1）代入（）代入（2 2）得）得 )441 (2) 16 64 2 8 1 (2) 162 1 (2 2 22 DD DDGSGS D II IIVV I 0298 2 DD II 16 12. 49 16 28499 2 D I 故故mAImAI DD 3 . 0,82. 0 21 由于由于mAID82. 0 1 不合题意不合题意 +VCC=15V Vi RL Rs C Rg Rd d g s Vo 图12 8 （86. 32382. 015)( sdDDDDS RRIVV而工作饱和区的而工作饱和区的 DS V应大应大 于于 0 0） 故取故取mAII DD 3 . 0 2 DS V= =VRRIV sdDDD 8 . 71024103 . 015)( 33 2 2）KRRKRR dogi 16,150 3 3）05. 560/164 . 0/ / RRg V RRVg V V A dm gs Ldgsm i o V 例：共集电极电路如图例：共集电极电路如图 1313 示，设三极管为硅管示，设三极管为硅管 试求试求 1 1）Q Q 点点 2 2） o R、 i R 3 3） VSV AA 及 解：解：1 1）Q Q 点点 Q Q 点指点指 BQ I、 CQ I、 CEQ V 该电路由该电路由 21,bb RR组成分压器以固定基极对地电位组成分压器以固定基极对地电位 求求 Q Q 点步骤：点步骤： BQCQEQEB IIIVV（ CEQ V） VV RR R V CC bb b B 21. 512 5620 20 21 2 mA R VV R V I e BEQB e E EQ 25. 2 2 7 . 021. 5 mAII EQCQ 25. 2 uA I I CQ BQ 45 50 25. 2 2 2）先求）先求 be r 3 .789 25. 2 26 )501 (200 26 )1 (200 E be I r= =K8 . 0 然后再画出其交流通路和小信号模型电路然后再画出其交流通路和小信号模型电路 Vs Rb1 56K +VCC=12V RL 图13.a） CL Rb2 20K =50 Rs C1 rbe Re RL b e C Ib 图13.b） Rb2 1 1 Ri Rb1 Ri 2 Rs Vs 2 VO rbe b e C Ib 图13.c） Rb Rs Vs V Ie IRe Re Rb=Rb1/Rb2 I 9 设设从从 1 1- - 1两端右看电路电阻为两端右看电路电阻为 i R i R= =KRr I V ebe b i 8 .512/2)501 (8 . 0)1 ( 设从设从 2 2- - 2两端右看电路电阻为两端右看电路电阻为 i R KRRRRRR ibbibi 118 .51/20/56/ 21 28028. 033. 0/2 1 /| 0VS K rR R I V R beS eRo L （ bSS RRR/） 3 3）98. 0 8 .51 51 2/2)501 (8 . 0 2/2)501 ( /)1 ( /)1 (/ Lebe Le eebeb Lee I o V RRr RR RIrI RRI V V A 51. 0 1011 11 98. 0 iS i V S I i o S o VS RR R A V V V V V V A 例：射极偏听偏置电路如图例：射极偏听偏置电路如图 14 所示，已知所示，已知60 试求试求 1 1）静态工作点）静态工作点 2 2）画出电路的小信号模型电路）画出电路的小信号模型电路 3 3）求电压放大倍数）求电压放大倍数 V A输入电阻输入电阻 i R及输出电阻及输出电阻 o R 解：解：1 1）静态工作点）静态工作点 VV RR R V CC bb b B 412 6020 20 21 2 该三极管为硅管该三极管为硅管 VVBEQ7 . 0 则则mA R VV R V I e BEB e E EQ 65. 1 2 7 . 04 EQCQ II uA I I CQ BQ 28 60 65. 1 mA R V R V I e BEQ e E EQ 25. 2 2 7 . 021. 5 Rb1 60K +VCC=16V RL 6K 图14.a） Rb2 20K Re 2K Rc 3K Vi Vo Vi rbe Re RL b e C Ib 图14.b） Rb Ie Rc Vo 10 mAII EQCQ 25. 2 uA I I CQ BQ 45 50 25. 2 VRRIVV eCCQCCCEQ 75. 71051065. 116)( 33 2 2） 3 3）K I r E be 2 . 1 64. 1 26 )601 (200 26 )1 (200 97. 0 2 .123 120 2612 . 1 6/360 )1 ( / ebe Lc I o V Rr RR V V A i R= =KRrRR ebebb 37.132 .23/60/20)1 (/ 21 KRR Co 3 三、三、频率响应频率响应 由共射极放大电路的幅频特性中频区，由共射极放大电路的幅频特性中频区， V A不随不随 f f 的改变而变化。的改变而变化。 因为因为在中频区，隔直电容可视为短路，在中频区，隔直电容可视为短路， 集电结电容集电结电容 u C和发射结电容和发射结电容 C的容搞视为无穷大，即开路的容搞视为无穷大，即开路, ,低频区低频区, , V A随随 f f 的减小而减小，的减小而减小， 因为在低频区，隔直电容因为在低频区，隔直电容 21,C C的容抗的容抗 随随 f f 的减小而增加（的减小而增加（ wc XC 1 ） 故增加了对故增加了对 i V的分压作用，的分压作用， 这样使得作用于放大电路输入端的净输入电压减小，这样使得作用于放大电路输入端的净输入电压减小， 导致导致 V A下降下降; ; 高频区：高频区： V A随随 f f 的增加，的增加， u C， C的容搞随的容搞随 f f 的增加而减小，增加了对输入信号的分流作用，的增加而减小，增加了对输入信号的分流作用， 导致导致 V A随随 f f 的增加而减小的增加而减小 整个频率范围内电压增益的表达式为整个频率范围内电压增益的表达式为 )/1)(/1 ( HL VSm VS fjffjf A A L f放大电路因有的下限频率放大电路因有的下限频率 H f放大电路因有的上限频率放大电路因有的上限频率 Av fL fH f 低频区 中频区 高频区 图15.共射级电路频率特性曲线 Vs Rb +VCC=12V RL 图16 CL Rs Cu C Vo 11 例，已知电路电压增益为例，已知电路电压增益为 )10/1)(10/1 ( 10 5 jfjf jf AV 试求试求 Vm A， HL ff , 解：由电压增益表达式解：由电压增益表达式 )/1)(/1 ( HL Vm V fjffjf A A 将将 )10/1)(10/1 ( 10 5 jfjf jf AV 变换成电压增益的一般表达式变换成电压增益的一般表达式 )/1)(/1 ( HL Vm V fjffjf A A ) 10 1)( 10 1 ( 100 ) 10 1)( 1 10 1 (10 1010 ) 10 1)( 1 10 1 ( 10 )10/1)(10/1 ( 1 /10 555 5 f j jf f j jf f j jf jfjf jf jfjf )10/1)(/101 ( 100 5 jffj 100 Vm A，HzfHzf HL 5 10,10 四、四、 功率放大器功率放大器 1 1 低频功率放大器的特点：低频功率放大器的特点：a.a.输出功率要大输出功率要大 b.b.效率要高效率要高 c.c.非线性失真要小非线性失真要小 2 2 甲类功放三极管的导通角甲类功放三极管的导通角 360 乙类功放三极管的导通角乙类功放三极管的导通角180 甲乙类功放三极管的导通角甲乙类功放三极管的导通角360180 3 3 乙类功放中，每只三极管的导通角乙类功放中，每只三极管的导通角180，放放大器的理想效率，放放大器的理想效率%5 .78，每只，每只 三极管所承受的最大电压为电源电压的三极管所承受的最大电压为电源电压的 2 2 倍。倍。 4 4 乙类功放中，所特有的失真为交越失真乙类功放中，所特有的失真为交越失真 五、五、 负负反馈放大电路反馈放大电路 1 1 正、负反馈的判断方法正、负反馈的判断方法瞬时极性法瞬时极性法 例：判断下列电路极间交流反馈的正反馈还是负反馈。例：判断下列电路极间交流反馈的正反馈还是负反馈。 对于图对于图 a),a),经判断为交流负反馈经判断为交流负反馈 对于图对于图 b),b),经判断为交流负反馈经判断为交流负反馈 2 2 直流负反馈和交流负反馈直流负反馈和交流负反馈 反馈信号中仅含直流分量，称为直流反馈反馈信号中仅含直流分量，称为直流反馈 反馈信号中仅含交流分量，称为交流反馈反馈信号中仅含交流分量，称为交流反馈 12 直流负反馈和作用是稳定电路的静态工作点直流负反馈和作用是稳定电路的静态工作点 交流负反馈的作用是改善放大电路的动态性能（交流负反馈的作用是改善放大电路的动态性能（ V A、 BN f、 o R、 i R） 例如：在下图所示射极偏置电路中例如：在下图所示射极偏置电路中 21ee RR 和 共同构成直流负反馈电阻共同构成直流负反馈电阻 1e R为交流负反馈电阻。为交流负反馈电阻。 3 3 电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈 如果反馈信号取自输出电压，如果反馈信号取自输出电压， 或或反馈信号的取样对象来自输出电压，称为电压反馈。反馈信号的取样对象来自输出电压，称为电压反馈。 如果反馈信号取自输出电流，如果反馈信号取自输出电流， 或反馈信号的取样对象来自输出电流，称为电流反馈。或反馈信号的取样对象来自输出电流，称为电流反馈。 电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈 将输出端交流短路将输出端交流短路，若反馈信号不存在，若反馈信号不存在， 或反馈信号的取样对象不存在，称为电压反馈。或反馈信号的取样对象不存在，称为电压反馈。 将输出端交流短路，若反馈信号存在，将输出端交流短路，若反馈信号存在， 或反馈信号的取样对象存在，称为或反馈信号的取样对象存在，称为电流电流反馈。反馈。 4 4 串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 串联反馈：若反馈信号与输入信号在输入电路以电压形式相加减（即反馈信号与输入信串联反馈：若反馈信号与输入信号在输入电路以电压形式相加减（即反馈信号与输入信 号串联） ，称之为串联反馈。号串联） ，称之为串联反馈。 并联反馈：若反馈信号与输入信号在输入端以电流形式相加减（即反馈信号与输入信号并并联反馈：若反馈信号与输入信号在输入端以电流形式相加减（即反馈信号与输入信号并 联） ，称之为并联反馈。联） ，称之为并联反馈。 5 5 负反馈的四种组态负反馈的四种组态 电压串联负反馈和电压并联负反馈为电压型负反馈，稳定输出电压。电压串联负反馈和电压并联负反馈为电压型负反馈，稳定输出电压。 电流串联负反馈和电流并联负反馈为电流型负反馈，稳定输出电流。电流串联负反馈和电流并联负反馈为电流型负反馈，稳定输出电流。 例：判断下列电路的负反馈组态例：判断下列电路的负反馈组态 由瞬时极性法，由瞬时极性法，对于图对于图 1717a)a)所示电路所示电路, ,该电路的极间反馈为负反馈，在输入电路，反馈信该电路的极间反馈为负反馈，在输入电路，反馈信 号号 f V与输入信号与输入信号 i V在输入电路以电压的形式相减，即在输入电路以电压的形式相减，即 fibe VVV，使得，使得净输入电压净输入电压 be V减小，故为串联型负反馈。又将减小，故为串联型负反馈。又将 o V二端短路，则反馈信号二端短路，则反馈信号 f V的取样对象的取样对象 f I不存不存在在，故，故 为电压型负反馈。为电压型负反馈。 综上分析，为电压串联负反馈。综上分析，为电压串联负反馈。 对于图对于图 1717b)b) 所示电路所示电路, ,由瞬时极性法， 设由瞬时极性法， 设 S V瞬时极性为瞬时极性为时， 最终使时， 最终使 2e R两端电压两端电压 f V增增 加，这样，净输入电压加，这样，净输入电压 fsid VVV，故为串联型负反馈。又将，故为串联型负反馈。又将输出输出端短路，反馈信端短路，反馈信 号号 f V的取样对象的取样对象 e I是是不存不存在在的，的，为为电流电流型负反馈。型负反馈。 综上分析，为综上分析，为电流电流串联负反馈串联负反馈。 对于图对于图 1717c)c)所示电路所示电路所示电路所示电路. . 经判断为电压并联负反馈经判断为电压并联负反馈 13 6 6 负反馈对输入、输出电阻的影响负反馈对输入、输出电阻的影响 串联型负反馈，使放大电路的输入电阻增大串联型负反馈，使放大电路的输入电阻增大 并联型负反馈，使放大电路的输入电阻减小并联型负反馈，使放大电路的输入电阻减小 电压型负反馈，使放大电路的输出电阻减小电压型负反馈，使放大电路的输出电阻减小 电流型负反馈，使放大电路的输出电阻增大电流型负反馈，使放大电路的输出电阻增大 7 7 深度负反馈条件下电压放大倍数的估算深度负反馈条件下电压放大倍数的估算 例：电路如下图例：电路如下图 1818 示，计算示，计算 VS A 解解判断反馈组态判断反馈组态 经判断，该电路的极间负反馈为电压并联负反馈经判断，该电路的极间负反馈为电压并联负反馈 计算反馈系数计算反馈系数 o f o f G V I V x F 而而 f oi f R vv I oi vv 将代入得将代入得 fo fo o f G Rv Rv V I F 1 / 估算闭环增益估算闭环增益 f GS o s o R R FI v v v fA 1 将电路的闭环增转换成电压增益将电路的闭环增转换成电压增益 ifiSi o s o vs RIRI v v v A +VCC=12V RL 图17.a）电压串联负反馈 Vo Rf Re1Re2 Vi RbRc +VCC RL 3K Vo Re1 Vs Rs Ie Re2 Vf 图17.b）电流并联负反馈 Re1 Vs Rs Ie Re2 Vf 图17.c） Rf If +VCC=12V 图18.电压并联负反馈 Rf Re1 1K Re2 2K Vs Rs 1K Rb1 280K Re 2K =50 =50 Rb2 300K 2K Vo Vs Rf +VCC=12V RL 图19 Rs 5K Vo T 15K Rc 3K 14 GR i if FA R R 1 很小，故很小，故 if R被忽略被忽略 公式变为公式变为2 1 s f s Rf Si o s o vs R R R A RI v v v A 例：具有深度负反馈的放大电路如图例：具有深度负反馈的放大电路如图 1919 示示 1 1） 求交流负反馈的组态求交流负反馈的组态 2 2） 估算电压增益估算电压增益 解：解：1 1）由瞬时极性法，电路的交流反馈组态为电压并联反反馈由瞬时极性法，电路的交流反馈组态为电压并联反反馈 2 2）a.a.求反馈系数求反馈系数 o f o f G v I x x F f oi f R vv I 而而 oi vv f o f R v I 将将 fo f G Rv I F 1 b.b.求电路的闭环增益求电路的闭环增益 f Gi o s o R R FI v x x A f 1 c c求电路的电压增益求电路的电压增益 ifiSi o s o vs RIRI v v v A 是深度的电压并联负反馈是深度的电压并联负反馈0 1 GR i if FA R R 3 5 151 s f s Rf Si o vs R R R A RI v A 六、六、 差动放大电路差动放大电路 1 1 集成运算放大器是一种直接藕合式放大电路，它最常见的问题是零点漂移，限于集成工集成运算放大器是一种直接藕合式放大电路，它最常见的问题是零点漂移，限于集成工 艺的限制，在内部组成上，对高阻值电阻常采用由三极管或场效应管组成的差动式电路艺的限制，在内部组成上，对高阻值电阻常采用由三极管或场效应管组成的差动式电路 来代来代替。替。 2 2 差动放大电路的基本功能是对差模信号起放大作用，和对共模信号起抑制作用差动放大电路的基本功能是对差模信号起放大作用，和对共模信号起抑制作用 3 3 计算分析计算分析 15 式差动放大电路如图式差动放大电路如图 2020 示，已知示，已知KRKRKRVVV eCSEECC 1 . 5,6.,2,10， 100,100,7 . 0 bbBE rVV，试计算，试计算 1 1） 电路的静态工作点电路的静态工作点 2 2） 差模电压放大倍数差模电压放大倍数 vd A 3 3） 输入电阻及输出电阻输入电阻及输出电阻 解：解：Q Q 点指放大电路的（点指放大电路的（ BQ I、 CQ I、 CEQ V） 首先画出基极回路的首先画出基极回路的等效电路等效电路 静态时静态时 1 i v= = 2i v=0=0 故故 1 i v、 2i v视为二端短路视为二端短路 02 EEeEBESB VRIVRI eESB RIRI2 02 1 EEeEBE VRIV 上式变成上式变成mA R VV I e BEEE E 91. 0 1 . 52 7 . 010 2 11CE II， 22CE II uA I II C BB 1 . 9 100 91. 0 1 21 ECCE VVV， CCCCC RIVV 1 EBBE VVV而而0 B V VVV BEE 7 . 0 VVRIVV BECCCCCE 24. 57 . 01061091. 010)( 33 1 3 3） 该电路为双端输入，双端输出差动放大电路，它的该电路为双端输入，双端输出差动放大电路，它的 dvd AA 2 1 单边电路的小信号模型为单边电路的小信号模型为 )( beSb bC i o vd rRI IR v v A Vi1 RL T Rc Rs Vi2 T Rc Rs +VCC=10V Re -VEE=-10V Vo 图20.a） RsRe be VBE VEE IB IE 图20.b） rbe 1/2RL b e C Ib Rs Rc Vo 图20.c）单边差模信号时的小信号模型电路 16 其中其中K I r E be 37 .2985 91. 0 26 )1001 (100 26 )1 (100 120 32 6/6100 2 1 / beS LC v rR RR A 输入电阻输入电阻KrRR beSid 5)(2 输出电阻输出电阻KRR Co 122 七、七、 集集成运算放大器的应用成运算放大器的应用 1 1应用电路分析：线性区应用电路分析：线性区 0 i PN I VV 非非线性区线性区 CCoPN CCoPN VVVVV VVVVV , , 2 2 运算电路运算电路 例：电路如图例：电路如图 2121 所示，设运放是理想的，求输出电压所示，设运放是理想的，求输出电压 o V 解：对于解：对于 1 A为反相比例运算电路为反相比例运算电路 对于对于 2 A