放大器的基本原理经典PPT课件

1、第二节第二节 基本放大电路基本放大电路放大电路的组成放大电路的组成放大电路的分析方法放大电路的分析方法静态工作点的稳定静态工作点的稳定放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标多级阻容耦合放大电路多级阻容耦合放大电路第1页/共159页 导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘另有一类物质的导电特性处于

2、导体和绝缘体之间，称为体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。第2页/共159页半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。第3页/共159页一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四

3、个。的最外层电子（价电子）都是四个。 本征半导体本征半导体本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。第4页/共159页 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶体结构：硅和锗的晶体结构：第5页/共159页硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+

4、4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子第6页/共159页共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形

5、成晶体。+4+4+4+4第7页/共159页二、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时, ,价价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即可以运动的带电粒子（即载流子载流子），它的导电），它的导电能力为能力为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由自由电子电子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由

6、电子和空穴第8页/共159页+4+4+4+4空穴束缚电子自由电子二、本征半导体的导电机理1.1.载流子、自由电子和空穴第9页/共159页2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。第10页/共159页温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要

7、的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。第11页/共159页 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P 型

8、半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。第12页/共159页一、N 型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一

9、个电子，这个电子几乎不受束缚，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为子给出一个电子，称为施主原子施主原子。第13页/共159页一、N 型半导体+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子第14页/共159页N 型半导体中的载流子是什么？1.1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2.2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多

10、子），空穴称为少数载流子（少子）。第15页/共159页二、P 型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。第16页/共159页三、杂质半导体的示意表示法P 型半导体+N 型

11、半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。第17页/共159页 PN 结的形成结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了散，在它们的交界面处就形成了PN 结。结。PN结及半导体二极管结及半导体二极管第18页/共159页P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。内电场越强，

12、就使漂移内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。第19页/共159页漂移运动P型半导体N型半导体+扩散运动内电场E扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。第20页/共159页+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位VV0第21页/共159页1.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。注意: :2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴、区中的空穴、N区中的电子区中的电子都是多子都是多子）向对方运动（）向对

13、方运动（扩散运扩散运动动）。）。3. P 区区中的电子和中的电子和N区中的空穴（区中的空穴（都是少子都是少子），），数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。第22页/共159页第23页/共159页 PN结的单向导电性结的单向导电性 PN 结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是： P 区区加正、加正、N 区加负电压。区加负电压。 PN 结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P区区加负、加负、N 区加正电压。区加正电压。第24页/共159页+RE一、PN 结正向偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_

14、内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。第25页/共159页二、PN 结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。RE第26页/共159页 半导体二极管半导体二极管一、基本结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：第27页/共159页 二、伏安特性UI死区电压 硅管0.6V,锗管0.2V。导通压降: : 硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。反向击穿电压UBR第28页/共159页

15、三、主要参数1. 最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。2. 反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压压UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。第29页/共159页3. 反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性流。反向电流

16、大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。硅管大几十到几百倍。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。保护等等。下面介绍两个交流参数。第30页/共159页4. 微变电阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管

17、特性曲线上工作点Q 附近电压的变化与电流的变化之比：DDDiur显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻。第31页/共159页二极管：死区电压=0 .5V，正向压降 0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0 RLuiuouiuott二极管的应用举例：二极管半波整流第32页/共159页 稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：ZZIUZrrz越小，稳压性能越好。第33页/共159页（4）稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗

18、maxZZZMIUP稳压二极管的参数:（1）稳定电压 UZ（2）电压温度系数 U（%/） 稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻ZZIUZr第34页/共159页 基本结构基本结构BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型半导体三极管半导体三极管第35页/共159页BECNNP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：掺杂浓度较高第36页/共159页BECNNP基极发射极集电极发射结集电结第37页/共159页 晶体管放大原理晶体管放大原理BECNNPEBRBIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的

19、电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。ECRc发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。第38页/共159页BECNNPEBRBIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICEECRc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。第39页/共159页IB=IBE-ICBO IBEIBEBRBIEICBOICEIBEBECNNPIC=ICE+ICBO ICEECRc第40

20、页/共159页基极电流I IB B 小，集电极电流I IC C 大，根据基尔霍夫第一定律：ECBIIIBCII直流电流放大系数若取电流的变化量，则有BCII交流放大系数要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。电结反偏。第41页/共159页BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管第42页/共159页 特性曲线特性曲线三极管特性测试实验线路三极管特性测试实验线路ICmA AVUCEUBERBIBECEBVRcbce第43页/共159页一、输入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工

21、作压降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.2V。第44页/共159页二、输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC= IB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）。当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB。0.7第45页/共159页IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE U

22、BE,集电结正偏，集电结正偏， IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。第46页/共159页IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止区： UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 第48页/共159页三、主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的前面的电路中，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、共公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。集接法。共射直流电流放大倍数：BCII_工作于动态的三

23、极管，真正的信号是叠加在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相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流放交流电流放大倍数大倍数为：为：BIIC1. 电流放大倍数和 _第49页/共159页常数CEUBCII|/放大元件，起电流放大作用，是整个放大电路的核心。uiuo输入输出参考点RB+ECEBRCC1C2T耦合电容C1：隔直作用： 隔断放大电路与信号源之间的直流通路交流耦合：保证交流信号顺利通过第50页/共159页2.集- -基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏

24、由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。第51页/共159页BECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO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ICBO3. 集- -射极反向截止电流ICEOICEO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。第52页/共159页4.集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分

25、之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集-射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。第53页/共159页6. 集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC =ICUCE 必定导致结温 上升，所以PC 有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区第54页/共159页放大电路的组成放大电路的组成

26、 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：uiuoKu第55页/共159页 基本放大电路的组成基本放大电路的组成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第56页/共159页放大元件，起电流放大作用，是整个放大电路的核心。uiuo输入输出参考点RB+ECEBRCC1C2T第57页/共159页作用：使

27、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+ECEBRCC1C2T第58页/共159页集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T第59页/共159页集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2T第60页/共159页耦合电容：电解电容，有极性。大小为10 F50 F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+ECEBRCC1C2T第61页/共159页可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T第62页/共159页单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRB第63页/共1

28、59页二、二、 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理ui=0时时由于电源的存在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、静态工作点RB+ECRCC1C2T第64页/共159页IBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T第65页/共159页(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。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ第66页/共159页IBUBEQICUCEuCE怎么变化假设uBE有一微小的变化ibtibtictuit第67页/共159页uCE的变化沿

29、一条直线uce相位如何uce与ui反相！ICUCEictucet第68页/共159页各点波形各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB第69页/共159页实现放大的条件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

30、出交流信号。极电压，经电容滤波只输出交流信号。第70页/共159页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，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。4. 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。如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来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，则假定参数设判断；如果未给定电路的参数，则假定参数设置正确置正确。1. 信号能否输入到放大电路中。信号能否输入到放大电路中。2. 信号能否输出。信号能否输出。 与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：第

31、71页/共159页放大电路的分析方法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第72页/共159页 直流通道和交流通道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。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。直流所走的通道是不同的。

32、交流通道：交流通道：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通道：直流通道：只考虑直流信号的分电路。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。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。第73页/共159页例：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第74页/共159页对交流信号(输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路第75页/共159页一、直流负载线ICUCEUCEIC满足什么关系？1. 三极管的输出特性。2. UCE=EC ICRC 。ICUCEE

33、CCCREQ直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IB直流通道直流通道RB+ECRC 直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线第76页/共159页二、交流负载线icLcecRui1其中：CLLRRR/uceRBRCRLuiuo交流通路交流通路第77页/共159页iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系CciiCEceuu所以：LCECRui1即：交流信号的变化沿着斜率为：LR1的直线。这条直线通过Q点，称为交流负载线。第78页/共159页交流负载线的作法ICUCEECCCREQIB过Q点作一条直线，斜率为：LR1交流负载线第79页/共159页 静态

34、分析静态分析一、估算法（1）根据直流通道估算IBIBUBEBBECBRUEIBCRE7 . 0BCRERB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。+EC直流通道RBRC第80页/共159页（2）根据直流通道估算UCE、ICICUCECEOBCIIICCCCERIEUBI直流通道RBRC+EC第81页/共159页二、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。ICUCEBBECBRUEIQCCREEC第82页/共159页例：用估算法计算静态工作点

35、。已知：已知：EC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。解：A40mA04. 030012BCBREImA51040537.IIIBBCV645 . 112CCCCERIEU请注意电路中IB 和IC 的数量级。第83页/共159页 动态分析动态分析一、三极管的微变等效电路1. 输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。 uBE iBbbeBBEbeiuiur对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。)mA()mV(26)1 ()(300EbeIrrbe的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：第84页/共159页2. 输出回路iCuCE)(bBcCC

36、iIiIibBiI所以：bcii(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 iC uCEcceCCEceiuiur第85页/共159页ubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。3. 三极管的微变等效电路rbe ibib rcerbe ibibbce等效cbe第86页/共159页二、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:交流通路交流通路RBRCRLuiuouirbe ibi

37、biiicuoRBRCRL第87页/共159页三、电压放大倍数的计算bebirIULboRIULCLRRR/特点：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbeLoiurRUUK第88页/共159页四、输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路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。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：iiiIUr是动态电阻。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbeBrR /beriiiIUr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

38、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。第89页/共159页五、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，其内阻即为放大器的输出电阻其内阻即为放大器的输出电阻ro，它是一个动，它是一个动态电阻。由于电流源的内阻为无穷大，所以态电阻。由于电流源的内阻为无穷大，所以CoooRIUrRCrbeRBiIbIcIbIriro第90页/共159页 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信在放大电路中，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，则输出信号号（即线性

39、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，放大电路产生不能反映输入信号的情况，放大电路产生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，则造成非线性失真。止区或饱和区，则造成非线性失真。下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为空载空载(RL= )。非线性失真第91页/共159页iB( A)uBE(V)40600.20.40.60.8200iBt0tuBE0VBE输入情况第92页/共159页i

40、B( A)uBE(V)40600.20.40.60.8200iBt0tuBE0VBE第93页/共159页iCuCEuoib输出情况MNQQ第94页/共159页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ibQQQ第95页/共159页iCuCEuo1. Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ibQQQ第96页/共159页iCuCE2. Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形输入波形uo输出波形输出波形QQQ第97页/共159页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

41、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。 工作点不稳定的原因很多，但主要影响因素是工作点不稳定的原因很多，但主要影响因素是晶体管的特性参数晶体管的特性参数UBE、ICBO 和和。这三个参数随温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度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。一方面。TUBE ICBOQ第98页/共159页一、温度对UBE的影响iBuBE25C50CTUBEIBICBBECBRUEI UBE的变化将通过IB的变化影响Q点 第99页/共159页二、温度对 值

42、及ICBO的影响T 、 ICBOICiCuCEQQ 总的效果是：温度上升温度上升时，输出时，输出特性曲线特性曲线上移，造上移，造成成Q点上移。点上移。第100页/共159页小结：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点不稳定点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从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，需要改进偏置电路，当温度而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、升高、 IC增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IB，从而抑制，从而抑制Q点点的变化。保持的变化。保持Q点基本稳定。点基本稳定。常采用分压式偏置电路来稳定静态

43、工作点。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。电路见下页。第101页/共159页分压式偏置电路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、静态分析I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路RE射极直流负反馈电阻CE 交流旁路电容第102页/共159页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+ECRCTRB2RE1. 静态工作点稳定的原理第103页/共159页EEBEBCRIURIE11I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路2. 求静态工作点算

44、法一：EEBEBRIURI22BIII21BEI )(I 1上述四个方程联立，可求出IE ，进而，可求出UCE 。本算法比较麻烦，通常采用下本算法比较麻烦，通常采用下面介绍的算法二、三。面介绍的算法二、三。第104页/共159页I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路+EC方框中部分用戴维南定理等效为：RdESB21/BBdRRR CBBBSBERRRU212EdBESBBR)(RUUI1进而，可求出IE 、UCE 。算法二：第105页/共159页BII 22121BBCRREII22BBRIU CBBBERRR212EEBEBBERIUUUUEBEBEBECRURUUIII1

45、I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路EECCCCERIRIEU算法三：第106页/共159页EBCRUI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+ECRCTRB2RE直流通路直流通路第107页/共159页例：已知 =50， EC=12V， RB1=7.5k ， RB2=2.5k ， RC=2k ， RE=1k ， 求该电路的静态工作点。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo算法一、二的结果：mA04350.IBmA17

46、52.IIBCV435.RIRIEUEECCCCE算法三的结果：V3212CBBBBERRRVmA32.IEV15.UCE结论：结论：三种算法的结果近似相等，但算法三的计算三种算法的结果近似相等，但算法三的计算过程要简单得多。过程要简单得多。第108页/共159页二、动态分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLoUiUiIbIcIbIRB微变等效电路微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路交流通路bebeBirr| RrCoRr beLurRK第109页/共159页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对对交流不起作用，放

47、大倍数不受影响。交流不起作用，放大倍数不受影响。问题：如果去掉CE，放大倍数怎样？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo第110页/共159页去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：)1 (/EbeBiRrRrrbeRCRLoUREiUiIbIcIbIRBEbbebiRIrIU)1 (LboRIUEbeLuRrRK)1(RB1RCRLuiuoRB2RE第111页/共159页用加压求流法求输出电阻。IUbIcIrbeRCREbIRBRSbI)1 (0)1 ()(21EbbeBBSbRIrR/R/RI0bI0cICoRr 可见，去掉CE后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入

48、电阻增大了。第112页/共159页RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2问题2：如果电路如下图所示，如何分析？第113页/共159页I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1RE2静态分析：直流通路直流通路第114页/共159页RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2动态分析：交流通路交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1第115页/共159页交流通路：交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微变等效电路：微变等效电路：rbeRCRLoURE1iUiIbIcIbIRB第11

49、6页/共159页问题：Au 和 Aus 的关系如何？定义：iouUUAsousUUA放大电路RLRSoUiUsUsousUUASiSiiUrRrUuiSiusArRrA第117页/共159页第118页/共159页 放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标一、放大倍数与增益电压放大倍数Ku电流放大倍数Ki功率放大倍数KpbeLruuKRiouioiiiK iopppKppKGlg10单位：dB功率增益Gp电流增益Gi电压增益GuiioioiKIIIIGlg20)/lg(20)/lg(1022uioiouKUUUUGlg20)/lg(20)/lg(1022第119页/共159页二、输入阻抗 放大电

50、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电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。其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuUSiiiIUr定义：即：即：ri越大，越大，Ii 就越小，就越小，ui就越接近就越接近uSiIiU输入电阻ri第120页/共159页三、输出阻抗ro 当输入信号不变，负载改变时，输出电压改变量uo与输出电流改变量io之比oooiur对于低频交流信号，输出阻

51、抗是纯电阻性输出阻抗输出电阻第121页/共159页AuUS 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。等效电路的内阻就是输出电阻。roUSro越小，越小，放大电路放大电路的负载能的负载能力越强。力越强。第122页/共159页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。IUro方法一：计算。UI第123页/共159页方法二：测量。Uo1. 测量开路电压。roUs2. 测量接入负载后的输出电压

52、。LoooR)UU(r1roUsRLUo步骤：3. 计算。第124页/共159页四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw = fH fL放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲幅频特性曲线线 通频带越宽，放大器对信号的频率变化适应通频带越宽，放大器对信号的频率变化适应能力越强。能力越强。 第125页/共159页四、信噪比与噪声系数NSPPSNR 信噪比：有用信号功率噪声信号功率噪声系数：oiSNRSNRNF输出端信噪比输入端信噪比信噪比越大越好NF越小，说明放大器对微弱信号的实际放大能力越强。第126页/共159页耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦

53、合。多级阻容耦合放大电路多级阻容耦合放大电路耦合：即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：1. 静态：保证各级Q点设置2. 动态: 传送信号。第 n-1 级放大电路输 出第二级放大电路第一级放大电路输 入 第 n 级放大电路 功放级功放级要求：波形不失真，减少压降损失。 第127页/共159页设: 1= 2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k 典型电路典型电路 oiurrK、求：前级后级+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2oUiU第128页/共159页关键: :考虑级间影响。1. 静态:

54、 Q点同单级。2. 动态性能:方法:ri2 = RL1ri221ioUU+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2oUiU1oU2iU性能分析性能分析第129页/共159页2ri , ro : 概念同单级1riro2112uuioioiouKKUUUUUUKri2+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2oUiU1oU2iU第130页/共159页微变等效电路: :ri2+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8

55、k10kC1RC2T1RE1CET2oUiU1oU2iUorRE1R2R3RC2RLR1iU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2ir第131页/共159页1. ri = R1 / rbe1 +（ +1)RL1其中其中: : RL1 = RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe2=RE1/RL1 = RE1/ri2= 27 / 1.7 1.7k ri =1000/(2.9+511.7) 82k 2. ro = RC2= 10k orRE1R2R3RC2RLR1iU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2ir第132页/共159页3. 中频电压放大倍数:2

56、1uuuKKK968. 07 . 1519 . 27 . 151) 1() 1(111111LbeLuRrRKorRE1R2R3RC2RLR1iU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2ir1477 .1)10/10(502222beLurRK第133页/共159页RE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi1bi2bi2biOUir2iror3 .142147968.021uuuKKK第134页/共159页多级阻容耦合放大器的特点：(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。点相互独立，分别估算。(

57、2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4) 总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5) 总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1 。(6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，

58、从而改善放大电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。电路的性能。第135页/共159页例例1：放大电路由下面两个放大电路组成。已知放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V ，R1=100k ， R2=33k ，RE1=2.5k ，RC=5k ， 1=60，；，； RB=570k ，RE2=5.6k ， 2 =100，RS=20k ，RL=5k +ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1放大电路一放大电路一RB+ECC21C22RE2uiuoT2放大电路二放大电路二第136页/共159页1. 求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用放大电路一的放大倍数Au和和

59、Aus。2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数器输出，求放大倍数Au、ri和和ro 。3. 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数路一输出，求放大倍数Aus 。+ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1RB+ECC21C22RE2uiuoT2第137页/共159页ri = R1/ R2/ rbe =1.52 k (1) 由于RS大，而ri小，致使放大倍数降低；(2) 放大倍数与负载的大小有关。例： RL=5k 时, Au= - 93；RL=1k 时, Au= -

60、 31 。662052152193.RrrAASiiuus1. 求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用放大电路一的放大倍数Au和和Aus。+ECR1RCC1C2R2CERERLuiuousRSriT19311beLur RArbe1=1.62 k ， rbe2=2.36 k 第138页/共159页2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数输出，求放大倍数Au 、ri和和ro 。 usRSRB+ECC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiriT1rbe2=2.36 k rbe1=1.62 k ro1=RC=5 k k1