第七章放大电路基础6

1、 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 电电 工工 电电 子子 技技 术术 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路第 7 章 放大电路基础 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路学学 习习 指指 导导 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路7.1 放大电路概述与共射放大器 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路becuiuobecuiuo(a)(b)becuiuo(c) 图2.1 放大电路中三极管的三种连接方法(a)共发射极电路;(b)共集电极电路;(c)共基极电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路RcRbRLUCCiBiCi

2、EC1C2uiVUCC : 直流电源,向 RL提供能量,给V提供适当的偏置V : 三极管,根据输入信号的变化规律,控制直流电源所给出的电流,使在 RL上获得较大的电压或功率Rc : 集电极电阻,将集电极电流转换成集电极电压，并影响放大器的电压放大倍数Rb : 基极偏置电阻,为三极管基极提供合适的正向偏流C1、 C2 : 耦合电容(电解电容),有效地构成交流信号的通路;避免信号源与放大器之间直流电位的互相影响uo 图8.2 基本共发射极放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路(a)(b)OOttIBibIbm(c)OtiBIB

3、图8.3三极管基极的电流波形 (a)直流分量;(b)交流分量;(c)总变化量 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路RbRcV UCC(a)bceRbRcRLuiuoib(b)uceubeicie图8.4基本共射放大电路的交、直流通路 (a)直流通路;(b)交流通路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路ICQIBQUCEQUBEQ UCCRbRc(a)iBIBQOOUBEQQQuBEICQUCEQiC / mAuCE / V

4、iB IBQ(b) 图8.5基本放大电路的静态情况 (a)电路; (b)静态工作点Q 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路RbRcuitOOiBIBQiBtiCICQtuBEtUBEQbeciCuCEUCEQOuotO UCCC1C2OtO 图8.6 放大电路的动态工作情况 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路uUuBEQBE1iIibBQB（8.1） （8.2） uURiURiUuiIiiceCEQCcCEQCCCCCEcCQBc（8.3） （8.4） Riuuccceo（8.5） 半导体三极管及其放大电路半导体三极管

5、及其放大电路三. 放大电路的失真现象分析 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路RbRcC1C2uiuo UCCRPY轴输入示波器信号发生器 图8.7 演示电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路(a)(b)(c)(d ) 图8.8 通过示波器所观察到的输出波形 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路四. 放大电路的偏置分析 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路ICQIBQUCEQUBEQ UCCRbRcIEQ 图8.9 固定偏置式直流电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路RUUIbBEQCCBQIIBQCQRIUUCCQCCCEQ

6、（8.6） （8.7） （8.8） 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路ICQIBQUCEQUBEQ UCCRb1RcIEQRb2UBQI1I2ReRb1、 Rb2 : 基极偏置电阻，构成分压电路，固定三极管的基极电压(UBQ )Re : 射极电阻,保证静态工作点稳定 图8.10 分压偏置式直流电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路RUUIURRRUEBEBQEQCCbbbBQ212（8.11） （8.12） )(RRIUUIIIIecCQCCCEQCQBQEQCQ（8.13） （8.14 （8.15） 半导体三极管

7、及其放大电路半导体三极管及其放大电路ICQIBQUCEQUBEQUCCRbRcRe图8.11 带有(发)射极电阻Re的固定偏置式直流电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 2) Q点的估算点的估算 由电路可得由电路可得)()1 (RRIUUIIRRUUIecCQCCCEQBQCQeBBEQCCBQ 该电路与不带该电路与不带Re的固定偏置式电路相比的固定偏置式电路相比,静态静态工作点较稳定。工作点较稳定。（8.16） （8.17） （8.18） 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路uuAiou（8. 19）iiAioi

8、（8. 20）电流放大倍数的定义为电流放大倍数的定义为 2.输入电阻输入电阻ri 如图如图8.12所示所示,放大电路的输入端可以用一个等放大电路的输入端可以用一个等效交流电阻效交流电阻ri来表示来表示,它定义为它定义为iuriii（8. 21） 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路uiii放大电路rsrirousuouoioRLriro 图8.12 放大电路的方框图 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路iurooo （8.22） 六. 共发射极放大电路性能指标的估算共发射极放大电路性能指标的估算 共发射极放大电路共发射极放大电路(简称共射放大电路简称共射放大电路)如图如

9、图8.13所示。所示。常用等效电路法来对放大电路基本性能指标常用等效电路法来对放大电路基本性能指标Au、ri、ro进行定量估算。进行定量估算。 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路ubeucecbeibicibubeucecbeicib(a)(d )ibceuceicibubebrberbee(b)(c)图8.14三极管的微变等效电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路iuiurbbeBBEbeuCE常数（8.23） 根据三极管输入回路结构分析根据三极管输入回路结构分析,rbe的数值可以用下的数值可以用下列公式计算（列

10、公式计算（ 为基区体电阻，其值可在手册中查为基区体电阻，其值可在手册中查到）到）:)()(26)1 (mVmVIrrEQbbbe（8.24）rbb 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 UCCRb1RcRb2ReRLC1C2uiuoUBCe(a)Ce: 射极旁路电容，使发射极交流接地 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路uiRb1Rb2RcRL(b)ibicie 图8.13实用的共射放大电路 （a）电路;（b）交流通路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路rbeRbuiuoriroibRcRLibicbc(a

11、) 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路rbeRbuiuoriroibRcRLrsusibiccb(b)图8.15共射放大电路的微变等效电路(a)不考虑信号源内阻的等效电路；(b)考虑信号源内阻时的等效电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路RiRiuLbLco(8.25) riuRRRbebiLCL/（8.26） rRriRiAbeLbebLbu（8.27） 式中式中“-”表示输入信号与输出信号相位反相。表示输入信号与输出信号相位反相。 （2）求空载电压放大倍数）求空载电压放大倍数Au。即不接负载。即不接负载RL,RL, 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大

12、电路RRRRCLCL/rRAbeCL（8.28） 2）输入电阻）输入电阻rirRIurbebiii/)/(21RRRbBbrrRrbebebi/当当Rbrbe时时 3）输出电阻）输出电阻ro RrCo（8. 30） 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路7.2 射 极 输 出 器 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路图图 8.16 射极输出器射极输出器RbC1C2 UCCICReRLIBuiIEuobce 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路图图 8.17 射极输出器的微变等效电路射极输出器的微变等效电路rbeuiicbRbecibibieReRLuo 半导体

13、三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路eEBEbEeEBEbBCCRIURIRIURIU1)1/(beBECCECRRUUIILCCCCERIUU其中，RL=ReRL射极输出器中的电阻具有稳定静态工作点的负反馈作用。 (2) 电压放大倍数近似为1。 由图 8.17 微变等效电路可得 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路Uo=IeRL=(1+)IbRL其中RL=ReRL。 Ui=Ibrbe+IeRL=Ib rbe+(1+)RL电压放大倍数为 (8-34)LbeLiuRrRUUA)1 ()1 (0在（8-34）式中，一般有rbe(1+)RL，所以Au1, 而略小于1。 Au略小于1

14、，表明输出电压幅度和输入电压近似相等； Au0, 说明输出电压和输入电压同相位。 故射极输出器又称为射极跟随器。 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路(3) 输入电阻高， 输出电阻低。 由图 8.17 微变等效电路的输入端还可得出射极输出器的输入电阻： ri=Rbrbe+(1+)RLRb(1+)RL (8 -35)式中，(1+)RL是输出回路的RL折算到基极回路的等效电阻。通常Rb阻值较大，约为几十千欧姆到几百千欧姆， 同时（1+)RL的值也大，所以射极输出器输入电阻高， 可达几十千欧姆到几百千欧姆。 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路输出电阻ro的估算公式为 其中，

15、 ， Rs为信号源内阻。 可见射极输出器有很小的输出电阻，一般ro为几欧姆到几百欧姆。1RrrsbeoBssRRR 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 三、射极输出器的应用三、射极输出器的应用 射极输出器的特点是电压跟随，即输入电阻很大、输出电阻很小、电压放大倍数接近于1而小于1。 由于具有这些特点，射极输出器常被用作多级放大电路的输入级和输出级或作为隔离用的中间级。 首先，可以利用它作为测量放大器的输入级。由于它具有输入电阻高，从信号源取用的电流小的特点，因而它可以提高测量精度并减小对被测电路的影响。 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路其次，在利用射极输出器作为中

16、间级时，其高输入阻抗对前一级影响很小；对后一级来说，因它的输出电阻低， 又有射极跟随性，在与输入电阻不高的共射放大电路配合时，既可保证输入相位不变，又可起到阻抗变换作用，从而提高多级放大电路的放大能力。 第三，射极输出器输出电阻低，所以它带载能力强。 若放大器的负载是一个变化的负载，在负载变化时，为了保证放大器的输出电压比较稳定，就要求放大器具有低输出电阻。这时， 就可以用射极输出器作为放大器的输出级。 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路7.3 功 率 放 大 器 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路图图 8.18OC

17、L电路及工作波形电路及工作波形 (a) 电路；电路； (b) 工作波形工作波形uiRLV1V2ic1UEic2uoio1io2 UCC1 UCC2uitic100ic2tttt0iouo00(a)(b)二、二、OCL互补对称式功率放大电路（互补对称式功率放大电路（OCL电路）电路）1. 电路和工作原理电路和工作原理 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路2IU2I2Uomomomom式中，Iom为集电极交流分量电流最大值，Uom为三极管

18、c、e极间交流电压最大值。或LLomomomRURUUpom22121 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路2） 效率 直流电源送入电路的功率，一部分转化为输出功率， 另一部分则损耗在三极管中。 OCL电路的效率为 EOPP其中， Po为电路输出功率，PE为直流电源提供的功率。 每个直流电源只提供半波电流，其电流平均值是LCCLOmOmERURUIII11120 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路每个直流电源提供的功率LCCOCCERUIUP21两个直流电源提供的总功率LCCEERUPP222OCL电路最高效率为%5 .784RU2RU21pPL2CCL2CCEom

19、半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路这是OCL电路在理想情况下（UCES = 0，UomUCC）的最高效率。 三、OTL互补对称式功放电路 OCL电路结构简单，但存在双电源供电的问题。所以在分立元件电路中常用单电源互补对称功放电路，又称OTL(Out Transformer Less)电路。 OTL电路如图 8 -19 所示。它与图 8- 18的OCL电路相比，去掉了负电源，接入了一个隔直流的电容器C。 静态时：调整R1大小，由于三极管V1、V2对称，可使 UE=UA=UCC/2。 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路动态时：输入信号ui叠加在静态值UA=UCC/2上。

20、 当ui为正半周时， UA UCC/2，V1导通，V2截止。 输出回路电流路径为UCCV1CRL公共端, 电流方向如图 2.19中实线所示。此间电容器C被充电，电容器充电后两端电压为 UC= 当ui为负半周时，UAUCC/2，V2导通，V1截止， 输出回路由已充电的电容器放电来提供电流。电流路径为C（+）V2公共端RLC（）。 电流方向如图 2.19 中虚线所示。 2UCC2 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路uiuo UCCV1V2R2R1ARLCUEic1ic2图图 8.19OTL电路电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管

21、及其放大电路7.4 放大器中的负反馈放大器中的负反馈foiXXX, 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路图图8.20 反馈放大器方框图反馈放大器方框图 基本放大器XiXi反馈网络XoXf. 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路AF 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路图图8.21 反馈放大器组成框图反馈放大器组成框图ARSFIiIiRLIfISuo(a). 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路图图8

22、.21 反馈放大器组成框图反馈放大器组成框图AUSFUiIoRLRSUo(b)UiIoUf. 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路iIiIfIiUiUfU 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路ioXXAA/,FofXXF负反馈时 fiiXXX所以FAAXXXXFAXAXFXAXXAXAXiofoioifiio1)()( 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路FAAAAAAAF 半导体三极管及其放大电路半导体三极管

23、及其放大电路1.提高了放大倍数的稳定性提高了放大倍数的稳定性 引入负反馈以后，放大器的放大倍数由A变为Af=A/(1+Af)。将Af对A求导，得到dAAFdAAFdAdAff22)1 (1,)1 (1即三.负反馈对放大器性能的影响 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路图图8.22 负反馈展宽频带负反馈展宽频带 A.0.707A0.707AffLFfLfHfHFAfAf 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路Att大小XiXo(a)At大小tXiXoFXfXi(b)t大小t大小图8.23负反馈减小非线性失真(a)无负反馈； (b)有负反馈 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路7.5 多级放大电路 半导体三极管及其放大电路半导体三极管及其放大电路输入级中间级输出级信号源负载图8.24