第一章基本放大电路ppt课件

1、33 MHz第一章第一章 基本放大电路基本放大电路第一节第一节 PN结结第二节第二节 半导体二极管半导体二极管第三节第三节 特殊二极管特殊二极管第四节第四节 半导体三极管半导体三极管第五节第五节 基本放大电路基本放大电路第六节第六节 微变等效电路分析法微变等效电路分析法第七节第七节 多级放大器及频率特性多级放大器及频率特性第八节第八节 共集电极放大电路共集电极放大电路第九节第九节 光耦合器光耦合器第十节第十节 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路33 MHz本本 章章 要要 求求33 MHz学学 习习 方方 法法33 MHz第一节第一节 PN 结结一、半导体一、半导体1、半导体中的载流子、

2、半导体中的载流子共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子33 MHz2) 2) 半导体中的载流子半导体中的载流子 Si Si Si Si价电子价电子空穴空穴自由电子自由电子33 MHz33 MHz2、杂质半导体、杂质半导体本征半导体中掺入微量杂质本征半导体中掺入微量杂质 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一失去一个电子个电子变为正变为正离子离子动画动画33 MHz Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴动画动画33 MHz二、二、PN结结1、PN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂

3、移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使空扩散的结果使空间电荷区变宽。间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区33 MHz2、PN结的单向导电性结的单向导电性PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+动画动画+33 MHz动画动画+ 内电场被加内电场被加强，少子漂移强，少子漂移加强，因少子加强，因少子很少，故形成很少，故形成很小的反向电很小的反向电流，即反向饱流，即反向饱和电流。和电流。33 MHzPN结具有单向导电性结具有单向导电性 正偏时，结电阻小，正向电流大正偏时，结电阻小，正向电流大导通导

4、通 反偏时，结电阻大，反向电流很小反偏时，结电阻大，反向电流很小截止截止33 MHz第二节第二节 半导体二极管半导体二极管一、二极管的结构一、二极管的结构33 MHz金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型阴极阴极阳极阳极( c ) ) 符号符号D33 MHz二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+33 MHz三、二极管的主要参数三、二极管的主要参数3

5、3 MHz33 MHz 二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态定性分析：判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。反向截止时二极管相当于断开。33 MHzt 动画动画1KR5V,EV, sin10itu33 MHzVVKKVKKVB5 . 115)525(510)218(2 VVKKVA115)10140(10 18k2k25k5k10k140k2AP133 MHz第三节第三节 特殊二极管特殊二极管UZIZIZM UZ IZ_+UIO一、稳压二极管一、稳

6、压二极管33 MHzZZ ZIUr33 MHz 例例 13 图中通过稳压管的参图中通过稳压管的参数如图所示，为使管子不致烧数如图所示，为使管子不致烧坏，限流电阻取值应为多少？坏，限流电阻取值应为多少？IZDZUS=+20VR UZ = 12V IZM = 18 mAIZ例例 1 13 3 的图的图 解解 KmAVIUURZMZS44. 018)1220(33 MHzUO = UZ IR = IO + IZUi UZ UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR RLCRIIZUZIo+Uo+Ui+220V33 MHz二、光敏二极管二、光敏二极管三、发光二极三、发光二极管管33 MHz第四节第四节

7、 半导体三极管半导体三极管NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC33 MHz33 MHzEEBRBRC即即 VC VB VE即即 VC VB VE33 MHz33 MHzBECNNPEBRBECIEIBEICEICBO33 MHzICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII CEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有，有忽略忽略33 MHz 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的

8、性能，是分析放大电路的依据。分析放大电路的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线33 MHz图图119 共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+33 MHz常数常数 CE)(BEBUUfIIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO33 MHz常数常数 B)(CECIUfIO33 MHzIB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区33 MHzO33 MHz 管型管型 工工 作作 状状 态态 饱和饱和 放大放大

9、 截截 止止 UBE/V UCE/V UBE/V UBE/V 开始开始 截止截止 可靠可靠截止截止硅管硅管(NPN)锗管锗管(PNP) 0.7 0.3 0.3 0.1 0.6 0.7 0.2 0.30.5 0.1 0 0.1晶体管结电压的典型值晶体管结电压的典型值33 MHz 例例 14在在 图图1-19中，已知中，已知EC=10V, EB=5V,RC=3K , RB=200K , =100,求求IB、IC,并验证晶体管是否处于放大状态。如果将并验证晶体管是否处于放大状态。如果将RB减小到减小到100 K ，晶体管是否处于放大状态。（设，晶体管是否处于放大状态。（设UBE=0.7V） 解解 发

10、射结正偏，管子可能在放大或饱和状态。若放大，则有发射结正偏，管子可能在放大或饱和状态。若放大，则有AKVRUEIBBEBB5 .21200)7 . 05(mAIIBC15. 2VRIEUCCCCE55. 3315. 210UCEUBE 集电集电结反偏，管子工结反偏，管子工作在放大状态。作在放大状态。如果如果RB减小到减小到100 K ，那，那么么AKVRUEIBBEBB43100)7 . 05(饱和时，集电极电流饱和时，集电极电流ICS为为mAREICCCS33. 33/10/临界饱和时基极电流临界饱和时基极电流IBS为为AmAIICSBS33100/33. 3/IBIBS，所以管子处于饱和状

11、态。，所以管子处于饱和状态。33 MHz BCII_ BCII 33 MHzICBO A+EC AICEOIB=0+33 MHz33 MHzICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEO33 MHz33 MHz第五节第五节 基本放大电路基本放大电路33 MHzOUiUAU33 MHzECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE33 MHzECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE33 MHz+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo

12、+uBEuCEiCiBiE33 MHzUBEIBICUCE无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO33 MHzICUCEOIBUBEO结论：结论：QIBUBEQUCEIC33 MHzUBEIB无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？ uCE = UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiE

13、uBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO33 MHz+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析静态分析33 MHzuitOuotO33 MHz33 MHz33 MHz直流通路直流通路对直流信号电容对直流信号电容 C 可看作开路即将电容断开）可看作开路即将电容断开）断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE33 MHzRBRCuiuORLRSes+ XC 0，C 可看作可看作短路。忽略电源的内短路。忽略电源的内阻，电源

14、的端电压恒阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流定，直流电源对交流可看作短路。可看作短路。短路短路短路短路对地短路对地短路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE33 MHz静态工作点静态工作点Q Q：IBIB、ICIC、UCE UCE 。静态分析：确定放大电路的静态值。静态分析：确定放大电路的静态值。33 MHz常常数数 B)(CECIUfIUCE = UCC ICRC +UCCRBRCT+UBEUCEICIBBCCBBECCBRURUUI33 MHzBBECCBRUUI CtanR1 ICQUCEQCCCRUUCC常常数数 B)(CECIUfIUCE /V

15、IC/mA直流负载线直流负载线Q由由IBIB确定的确定的那条输出特那条输出特性与直流负性与直流负载线的交点载线的交点就是就是Q Q点点O33 MHzBBECCB RUUI 所所以以BCCBRUI 根据电流放大作用根据电流放大作用CEOBC III BB II 当当UBE UCC时，时，+UCCRBRCT+UBEUCEICIB33 MHz图图1-31 1-31 放大器静态工作情况放大器静态工作情况例例 16图图1-31中，已知中，已知12V，k，300k，管子的，管子的37.5，估算放大器的静态工，估算放大器的静态工作点。若将改为作点。若将改为10k时，管子工作处在何种状态时，管子工作处在何种状

16、态? 解：解：AKVRURUUIBCCBBECCB403001237 5 0 041 5CB .IImAmA(当当UBE UCC时时)33 MHz若将改为若将改为10k，集电极临界饱和电流为，集电极临界饱和电流为121 2101 2324037 5.CCCSCCSBSUVImARKImAIAA说明管子处于饱和状态说明管子处于饱和状态VKmAVRIUUCCCCCE645 . 112 集集-基间电压基间电压 UCB= UCE- UBE=6-0.7=5.3V 集集电结反偏，而发射结正偏，故管子在放大状态。电结反偏，而发射结正偏，故管子在放大状态。33 MHz33 MHzQuCE/VttiB/AIBt

17、iC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo33 MHz放大器动态工作情况放大器动态工作情况由输入特性求由输入特性求iB33 MHz动画动画Q2uoUCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ133 MHz动画动画uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE33 MHz六、静态工作点的稳定六、静态工作点的稳定33 MHz 在固定偏置放大电路中，当温度升高时，在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBEUBE、 、 ICBO ICBO 。 上式表明

18、，当上式表明，当UCC和和 RB一定时，一定时， IC与与 UBE、 以及以及 ICEO 有关，而这三个参数随温度而变化。有关，而这三个参数随温度而变化。CBOBBECCCEOBC)1( IRUUIII 温度升高时，温度升高时， ICIC将增加，使将增加，使Q Q点沿负载线上移。点沿负载线上移。33 MHziCuCEQQ 固定偏置电路的工作点固定偏置电路的工作点Q Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使使 IC IC 增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IBIB，从而抑制，从而抑制Q Q点的变化，点的变化，保持保持Q Q点基本稳定。

19、点基本稳定。O33 MHzB2II 若若满满足足： 基极电位基本恒定，基极电位基本恒定，不随温度变化。不随温度变化。2B2BRIV 2B1BCC21RRUII CC2B1B2BBURRRV VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+33 MHzVBEBEBECRUVII BEBUV 若若满满足足：EBEBEBEC RVRUVII RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+33 MHz从从Q Q点稳定的角度来点稳定的角度来看似乎看似乎I2I2、VBVB越大越好。越大越好。但但 I2 I2 越大，越大，RB1RB1、R

20、B2RB2必须取得较小，将必须取得较小，将增加损耗，降低输入电增加损耗，降低输入电阻。阻。而而VBVB过高必使过高必使VEVE也增也增高，在高，在UCCUCC一定时，势一定时，势必使必使UCEUCE减小，从而减减小，从而减小放大电路输出电压的小放大电路输出电压的动态范围。动态范围。VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+33 MHzVEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+TUBEIBICVEICVB 固定固定33 MHzCC2B1B2BURRRVB EBEBECRUVII CBII EECCCCCE

21、RIRIUU VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+动态指标与固定偏置放大电路比有何变化？想一想！动态指标与固定偏置放大电路比有何变化？想一想！33 MHz33 MHz第六节第六节 微变等效电路分析法微变等效电路分析法)mA()mV(26)1 ()(300EbeIrCEBBEbeUIUr CEbbeUiu O33 MHzCEBCUII CEbcUii BCCEceIIUr BcceIiu O33 MHzibicicBCEib ib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+ +- -uce+ +- -ube+ +- -uce+ +- -rb

22、eBEC 晶体管的晶体管的B、E之间之间可用可用rbe等效代替。等效代替。 晶体管的晶体管的C、E之间可用一之间可用一受控电流源受控电流源ic=ib等效代替。等效代替。33 MHzibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiiRBRCuiuORL+ + +- - -RSeS+ +- -ibicBCEii33 MHzibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiiiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS33 MHzbebirIU - LLcoRIRIU

23、b beLrRAu LCL/ RRR io :UUAu 定义定义beCrRAu iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS33 MHz例例1-7 在图在图1-40a中，若晶体管为中，若晶体管为3DG100，已知，已知在工作点处在工作点处40，设，设UBE=0.7V。1计算放大倍数；计算放大倍数；2若若CE开路，计算此时的电压放大倍数。开路，计算此时的电压放大倍数。33 MHz33 MHzV94. 1V12)5 . 739(5 . 7CCB2B1B2B KKURRRU 1.24mA17 . 094. 1EBEBEC RUUII A31 401.2

24、4mACB IIV04. 7)31 (24. 112)(ECCCCCE RRIUURB1RCRB2RE1+UCC+UCEIEIBICVBk16. 1116024. 12641300I26) 1(300Ebe R33 MHzUA 对交流：对交流：旁路电容旁路电容 CE 将将RE 短短路，路， RE不不起作用，起作用， Au，ri，ro与固定偏置与固定偏置电路相同。电路相同。旁路电容旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+6916. 1)6/3(40beL kkrRUUAiou33 MHzUARB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+2B1BB

25、/ RRR iUiIbIcIoUbISEeIBRI33 MHz9 . 11)401(16. 1 )6/3(40)1()/(be kkRRRRUUAELCiou 可见，可见，(1)CE开路时，电路的电压放大能力大大减小，开路时，电路的电压放大能力大大减小，故需加旁路电容故需加旁路电容 (2)当电路不同时，计算电压放大当电路不同时，计算电压放大倍数倍数 Au 的公式也不同。要根据微变等效电路找出的公式也不同。要根据微变等效电路找出 ui与与ib的关系、的关系、 uo与与ic 的关系。的关系。EebebiRIrIU Ebbeb) 1 (RIrI EbeL) 1(RRRAu LcoRIU Lb RI

26、33 MHziii IUr 输输入入电电阻阻SESRiIiUirSESRiIiU33 MHzSisiiURRRU 输入电压受到一定衰减。输入电阻越大，输入电压受到一定衰减。输入电阻越大，衰减越小，同时从信号源取得的电流愈小，因衰减越小，同时从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。此一般总是希望得到较大的输入电阻。固定偏置和分压式两种电路输入电阻的计算固定偏置和分压式两种电路输入电阻的计算33 MHziiIUri beB/rR 时时，当当beBrR bRiBIIU EebebiRIrIU Ebbeb)1 (RIrI Ebeib)1 (RrUI EbeBi)1 (/RrRr b

27、eirr rbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiIbIcIoUbISEeIREiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSririBRIBRI33 MHzoUoEoooIUr 输输出出电电阻阻：oUSE33 MHziUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSCoooRIUr 求求roro的步骤：的步骤：1) 1) 断开负载断开负载RLRLoU3) 外加电压外加电压oI4) 求求or外加外加oICRcoIII bcII CoRCRUI 0 0 cb II所所以以2) 令

28、令 或或0i U0S E33 MHzrbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREiIERbbo IIII EoSBbeoSBbeoRUR/RrUR/RrU ESbeo1/11RRRrr 外加外加oIoroU3) 外加电压外加电压oI4) 求求2) 令令 或或0i U0S EERI例例 求下图中的输出电阻求下图中的输出电阻33 MHz？即即： Sos EUAu考虑信号源内阻考虑信号源内阻RS RS 时时iSibeLs rRrrRAu 所以所以SosEUAu SiioEUUU SiEUAu iSiSirRrEU irRB1RCC1C2RB2CERER

29、L+UCCuiuo+RSeS+33 MHzEbeL) 1(RrRAu beLrRAu EbeB2B1i)1 (R/R/Rrr CoRr beBir/Rr CoRr 33 MHzbeLrRAu beBir/Rr CoRr 33 MHzRB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS33 MHzEBBECCB)1(RRUUI BE)1(II EECCCERIUU +UCCRBRE+UCE+UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS33 MHzLEL/ RRR LeoRIU Lb1RI ）（ LebebiRIrIU Lbbeb)1 (RIrI LbbebLb)1()1(R

30、IrIRIAu LbeL)1(1RrR ）（rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREiI33 MHzrbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREiIiBi/rRr LbeBi)1 (/RrRr LbebLEebebbii)1 (/RrIRRIrIIUr LEL/RRR irir 33 MHz 1sbeoRrrSBS/RRR RrRr 1/sbeEosbeE) 1 ( RRr 通通常常：rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREiIor33 MHz

31、LbeL) 1 () 1 (RrRAu LbeBi) 1(/RrRr Rrr 1sbeo33 MHz33 MHz 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V, RE= 2k, UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k RB= 200k， RL= 2k RL= 2k ，晶体管，晶体管=60=60， UBE=0.6V, UBE=0.6V, 信号源内阻信号源内阻RS= 100RS= 100，试求，试求: :(1) (1) 静态工作点静态工作点 IBIB、IE IE 及及 UCEUCE；(2) (2) 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) Au(3) Au、ri ri

32、和和 ro ro 。RB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS33 MHzmA035. 0mA260)(12006 . 012) (1EBBECCB RRUUImA14. 2 0.035mA60)(1 )(1BE II V727V142212EECCCE.RIUU +UCCRBRE+UCE+UBEIEIBIC33 MHz3 .176010094. 0Sbeo Rrrk94. 024. 1266120026) (1200Ebe Ir LbeBi) 1 (/RrRr k7 .41 LbeL) 1()(1RrRAu 98.0 rbeRBRLE EB BC C+-+-+-RSiUbIcIoUb

33、ISEeIRE33 MHz第七节第七节 多级放大器及频率特性多级放大器及频率特性33 MHz一、阻容耦合多级放大器一、阻容耦合多级放大器两级之间通过耦合电容两级之间通过耦合电容 C2 C2 与下级输入电阻连接与下级输入电阻连接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+oU1OUiUSEB1R B2R T1T233 MHz 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，每级的静态工作点互相独立，互不通路互不相通，每级的静态工作点互相独立，互不影响，可以各级单独计算。影响，可以各级单独计算。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+oU1OUiUSEB1R B2R T1T233 MHz第一级第一级第二级第二级212ioi1oiouuuAAUUUUUUA 电压放大倍数电压放大倍数2ir1bI2bI1cI2cIrbeRB2RC1EBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiI1oU1b1ISErbeRC2RLEBC+ +- -oU2b2IB1R B2R RB12