放大电路基础2.ppt

第六章 放大电路基础 6.1 半导体三极管 6.2 共射放大电路 6.3 共集放大电路与共基放大电路 6.4 多级放大电路 6.5 功率放大电路 6.6 场效应管及其放大电路 6.7 差动放大电路 6.8 集成运算放大电路 基本结构 B E C N N P 基极 发射极 集电极 NPN型 P N P 集电极 基极 发射极 B C E PNP型 6.1 半导体三极管 B E C N N P 基极 发射极 集电极 基区：较薄，掺 杂浓度低 集电区： 面积较大 发射区：掺 杂浓度较高 B E C N N P 基极 发射极 集电极 发射结 集电结 电流放大原理 B E C N N P EB RB EC IE 基区空穴 向发射区 的扩散可 忽略。 IBE 进入P区的电子少部 分与基区的空穴复 合，形成电流IBE ， 多数扩散到集电结 。 发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极 电流IE。 B E C N N P EB RB EC IE 集电结反偏，有 少子形成的反向 电流ICBO。 ICBO IC=ICE+ICBOICE IBE ICE 从基区扩散 来的电子作 为集电结的 少子，漂移 进入集电结 而被收集， 形成ICE。 IB=IBE-ICBOIBE IB B E C N N P EB RB EC IE ICBOICE IC=ICE+ICBO ICE IBE ICE与IBE之比称为电流放大倍数 要使三极管能放大电流，必须使发射结 正偏，集电结反偏。 B E C IB IE IC NPN型三极管 B E C IB IE IC PNP型三极管 特性曲线 IC mA A VVUCE UBE RB IB EC EB 实验线路 输入特性 UCE 1V IB(A) UBE(V) 20 40 60 80 0.40.8 工作压降： 硅管 UBE0.60.7V,锗 管UBE0.20.3V 。 UCE=0V UCE =0.5V 死区电 压，硅管 0.5V，锗 管0.2V。 2.输出特性 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)36912 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域满 足IC=IB 称为线性 区（放大 区）。 当UCE大于一 定的数值时， IC只与IB有关 ，IC=IB。 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)36912 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域中UCEUBE, 集电结正偏， IBIC，UCE0.3V 称为饱和区。 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)36912 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域中 : IB=0,IC=ICEO, UBEIC，UCE0.3V (3) 截止区： UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？ 当USB =-2V时： IC UCE IB USC RB USB C B E RC UBE IB=0 ， IC=0 IC最大饱和电流： Q位于截止区 例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？ IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大区。 IC UCE IB USC RB USB C B E RC UBE USB =2V时： USB =5V时: 例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？ IC UCE IB USC RB USB C B E RC UBE Q 位于饱和区，此时IC 和IB 已不是 倍的关系。 温度对输入特性曲线的影响 iB uBE 25C 50C TUBE IBIC 温度对输出特性曲线的影响 T、 ICEOIC iC uCE Q Q 总的效果是： 温度上升时 ，输出特性 曲线上移， 造成Q点上 移。 三极管的微变等效电路 (1) 输入回路 iB uBE 当信号很小时，将输入特性在小范 围内近似线性。 uBE iB 对输入的小交流信号而言， 三极管相当于电阻rbe。 rbe的量级从几百欧到几千欧。 对于小功率三极管： (2) 输出回路 iC uCE 所以： (i) 输出端相当于一个受ib 控 制的电流源。 近似平行 (ii) 考虑uCE对iC的影响，输出 端还要并联一个大电阻rce。 rce的含义 iC uCE ube ib uce ic ube uce ic rce很大， 一般忽略。 （3） 三极管的微变等效电路 rbe ib ib rce rbe ib ib b c e 等 效 c b e 主要参数 前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的 公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共 集接法。共射直流电流放大倍数： 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，则交流电流 放大倍数为： 1. 电流放大倍数和 例：UCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA 。 在以后的计算中，一般作近似处理： = 2.集-基极反向截止电流ICBO A ICBO ICBO是集 电结反偏 由少子的 漂移形成 的反向电 流，受温 度的变化 影响。 B E C N N P ICBO ICEO= IBE+ICBO IBE IBE ICBO进入N 区，形成 IBE。 根据放大关系 ，由于IBE的 存在，必有电 流IBE。 集电结反 偏有ICBO 3. 集-射极反向截止电流ICEO ICEO受温度影响 很大，当温度上 升时，ICEO增加 很快，所以IC也 相应增加。三极 管的温度特性较 差。 4.集电极最大电流ICM 集电极电流IC上升会导致三极管的值的 下降，当值下降到正常值的三分之二时的集 电极电流即为ICM。 5.集-射极反向击穿电压 当集-射极之间的电压UCE超过一定的数 值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值 是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。 6. 集电极最大允许功耗PCM 集电极电流IC 流过三极管，所发 出的焦耳热为： PC =ICUCE 必定导致结温上升 ，所以PC 有限制。 PCPCM IC UCE ICUCE=PCM ICM U(BR)CEO 安全工作区 放大的基本概念 电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成 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 端网络表示，如图： ui uo Au 6.2 共射放大电路 放大电路的性能指标 1、电压放大倍数Au Ui 和Uo 分别是输入和输出电 压的有效值。 uiuo Au Au是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。 2、输入电阻ri 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。输入电阻是衡量放大电路 从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前 级取得的电流越小，对前级的影响越小。 AuUS 定义： 即：ri越大，Ii 就越小，ui就越接近uS RS 3、输出电阻ro AuUS 放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可 以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电 路的内阻就是输出电阻。 ro US RS 如何确定电路的输出电阻ro ？ 步骤： 1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。 2. 加压求流法。 方法一：计算。 方法二：测量。 Uo 1. 测量开路电压。 ro Us 2. 测量接入负载后的输出电压。 ro UsRL Uo 步骤： 3. 计算。 4、通频带 f Au Aum 0.7Aum fL下限截 止频率 fH上限截 止频率 通频带： BW=fHfL 放大倍数随频率变化 曲线幅频特性曲 线 符号规定 UA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。 ua 小写字母、小写下标，表示交流分量。 uAua 全量 交流分量 t UA直流分量 基本放大电路的组成和工作原理 三极管放 大电路有 三种形式 共射放大器 共基放大器 共集放大器 以共射放 大器为例 讲解工作 原理 共射放大电路的基本组成 放大元件iC= iB, 工作在放大区， 要保证集电结反 偏，发射结正偏 。 ui uo 输入 输出 参考点 RB +EC EB RC C1 C2 T 作用：使发射 结正偏，并提 供适当的静态 工作点。 基极电源与 基极电阻 RB +EC EB RC C1 C2 T 集电极电源， 为电路提供能 量。并保证集 电结反偏。 RB +EC EB RC C1 C2 T 集电极电阻， 将变化的电流 转变为变化的 电压。 RB +EC EB RC C1 C2 T 耦合电容： 电解电容，有极性。 大小为10F50F 作用：隔离输入 输出与电路直流 的联系，同时能 使信号顺利输入 输出。 RB +EC EB RC C1 C2 T 可以省去 电路改进：采用单电源供电 RB +EC EB RC C1 C2 T 单电源供电电路 +EC RC C1 C2 T RB RB的大小 与上图一 样吗? 基本放大电路的工作原理 ui=0时 由于电源的 存在IB0 IC0 IBQ ICQ IEQ=IBQ+ICQ 静态工作点 RB +EC RC C1 C2 T IBQ ICQ UBEQ UCEQ ( ICQ,UCEQ ) (IBQ,UBEQ) RB +EC RC C1 C2 T (IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )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。 IB UBE Q IBQ UBEQ IC UCE Q UCEQ ICQ IB UBE Q IC UCE uCE怎么变化 假设uBE有一微小的变化 ib t ib t ic t ui t uCE的变化沿一 条直线 uce相位如何 uce与ui反相！ IC UCE ic t uce t 各点波形 RB +EC RC C1 C2 ui t iB t iC t uC t uo t ui iC uC uo iB 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 反偏。 2. 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。 4. 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。 如何判断一个电路是否能实现放大？ 3. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结 反偏。 4. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。 如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来 判断；如果未给定电路的参数，则假定参数设 置正确。 1. 信号能否输入到放大电路中。 2. 信号能否输出。 与实现放大的条件相对应，判断的过程如下： 放大电路的分析方法 放大 电路 分析 静态分析 动态分析 估算法 图解法 微变等效电 路法 图解法 计算机仿真 直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直 流上附加了小的交流信号。 但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容 容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交 流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所 走的通道是不同的。 交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。 例：对直流信号（只有+EC） 开路 开路 RB +EC RC C1 C2 T 直流通道 RB +EC RC 对交流信号(输入信号ui) 短路 短路 置零 RB +EC RC C1 C2 T RB RCRL ui uo 交流通路 1、直流负载线 UCEIC满足什么关系？ 1. 三极管的输出特性。 2. UCE=ECICRC 。 IC UCE EC Q 直流 负载线 与输出 特性的 交点就 是Q点 IB IC UCE 直流通道 RB +EC RC 直流负载线和交流负载线 2、交流负载线 ic 其中： uce RB RCRL ui uo 交流通路 iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系 所以： 即：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。 交流负载线的作法 IC UCE EC Q IB 过Q点作一条直线，斜率为： 交流负载线 静态分析 1、估算法 （1）根据直流通道估算IB IB UBE RB称为偏置电阻，IB称为偏 置电流。 +EC 直流通道 RBRC （2）根据直流通道估算UCE、IB IC UCE 直流通道 RBRC 2、图解法 先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出直 流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负 载线的交点就是Q点。 IC UCE Q EC 例：用估算法计算静态工作点。 已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。 解： 请注意电路中IB 和IC 的数量级。 1. 试分析下列问题： 共射极放大电路