电子技术 第九章基本放大电路

1、第第9 9章章 基本放大电路基本放大电路 定性分析定性分析 定量分析定量分析 第第 9 9 章章 基本放大电路基本放大电路9.2 放大电路的工作原理放大电路的工作原理9.3 放大电路的静态分析放大电路的静态分析9.4 放大电路的动态分析放大电路的动态分析9.8 多级放大电路多级放大电路9.9 差分放大电路差分放大电路9.5 双极性晶体管基本放大电路双极性晶体管基本放大电路9.7* 场效晶体管基本放大电路场效晶体管基本放大电路 9.10 功率放大电路功率放大电路9.1 双极性晶体管双极性晶体管9.6 场效晶体管场效晶体管9.1 9.1 双极型晶体管双极型晶体管一、基本结构一、基本结构 NNPB

2、C E 发射极发射极 基极基极 集电极集电极 PPNB C E 发射极发射极 基极基极 集电极集电极 NPN管管 PNP管管 两种极性的载流子同时参与工作两种极性的载流子同时参与工作 NPN管管 PNP管管 B C E B C E 晶体管实物图片晶体管实物图片二、工作状态二、工作状态 UCC UBBRBRCBEC讨论共射极接法下讨论共射极接法下NPN型晶体管的工作状态型晶体管的工作状态 条件：条件：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏 IE = IB + IC 1. 放大：放大： 特点：特点： 1. IC = IB 2. UCE = UCC IC RC 0 通路通路 NNPIEIBIC

3、UBE 发射区发射的载流子增多发射区发射的载流子增多 IE、IC、IB 随着温度的增加：随着温度的增加： T 静态（直流）电流放大系数：静态（直流）电流放大系数： = ICICE0 IB 动态（交流）电流放大系数：动态（交流）电流放大系数： IC IB 与与不是常数；不是常数； ； 为常数为常数 放大状态时放大状态时: 注意：注意： UCC UBBRBRCBECIEIBIC2.饱和：饱和： UCC UBBRBRCBECIC UCE = (UCCICRC) 条件：条件：发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏 特点：特点： 1. IC 为定值为定值 2. UCE = 0 短路短路 IC 时达

4、饱和时达饱和 UCC RC3.截止：截止： UCC UBBRBRCBEC条件：条件：发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏 特点：特点： 1. IC = IB 0 2. UCE = UCC 开路开路 【例例】在图示电路中，晶体管的在图示电路中，晶体管的 =100，求开关，求开关S合向合向a、b、c时的时的IB、IC和和UCE，并指出晶体管所处的工作状态。计算时，并指出晶体管所处的工作状态。计算时UBE可忽略不计。可忽略不计。UCC RB1=500k RC=5k BECUBB1RB2=50k UBB215V 1.5V 5V S a b c 【解解】 （1）开关合向）开关合向c时：发射结反偏

5、时：发射结反偏 故：晶体管处于截止状态。故：晶体管处于截止状态。 UCC RB1=500k RC=5k BECUBB1RB2=50k UBB215V 1.5V 5V S a b c （2）开关合向）开关合向a时：时： mA01. 01050053B1BB1BRUImA101. 0100BCII0V11515CCCCCEIRUU故：晶体管处于放大状态。故：晶体管处于放大状态。 UCC RB1=500k RC=5k BECUBB1RB2=50k UBB215V 1.5V 5V S a b c （3）开关合向）开关合向b时：时： mA1 . 0105053B2BB2BRUImA101 . 0100B

6、CII0V10515CCCCCEIRUU故：晶体管处于饱和状态。故：晶体管处于饱和状态。 饱饱 和和 放大区放大区 IC/mA UCE/V O IB = 0 A IB = 30 A IB = 60 A 截止区截止区 IB = f (UBE) | UCE=常数常数IC = f (UCE) | IB=常数常数 输入特性输入特性 输出特性输出特性 75oC IB UBE 25oC O 三、特性曲线三、特性曲线 四、主要参数四、主要参数 (2) 穿透电流穿透电流 ICEO : ICEO 大的晶体管其温度稳定性差。大的晶体管其温度稳定性差。 (3) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM ： 下降

7、到正常值的下降到正常值的 23时的时的Ic (1) 电流放大系数电流放大系数 、 ：一般：一般 值为值为 100 左右。左右。 过小：放大作用差；过小：放大作用差； 过大：对温度的稳定性差。过大：对温度的稳定性差。(5) 反向击穿电压反向击穿电压 U（BR）CEO ： 基极开路时，基极开路时，C、E 之间之间 允许允许 承受的最大反向电压。承受的最大反向电压。(4) 集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCM ：PCM = UCE IC 若超过若超过 PCM 则晶体管易烧坏。则晶体管易烧坏。【例例】已知有已知有2个晶体管都工作在放大状态，测得它们的三个个晶体管都工作在放大状态，测得它

8、们的三个极的电位分别为极的电位分别为0.7V，1V，6V和和2.5V，3.2V，9V，试，试 判别三个极，并说明它们是判别三个极，并说明它们是PNP型还是型还是NPN型，是锗管还是型，是锗管还是硅管。硅管。【答答】 (1) 三个极的电位都为负值三个极的电位都为负值PNP管，锗管管，锗管发射结应正偏，集电结应反偏发射结应正偏，集电结应反偏对对PNP管：发射极电位管：发射极电位 基极电位基极电位 集电极电位集电极电位 基极电位基极电位故：发射极故：发射极 ( 0.7 V ) ，基极，基极 ( 1 V ) ，集电极，集电极 ( 6V） (2) 三个极的电位都为正值三个极的电位都为正值 NPN 管，硅

9、管管，硅管发射结应正偏，集电结应反偏发射结应正偏，集电结应反偏对对 NPN 管：发射极电位管：发射极电位 基极电位基极电位故：发射极（故：发射极（2.5 V），基极（），基极（3.2 V），集电极（），集电极（9V）。）。9.2 9.2 放大电路的工作原理放大电路的工作原理把微弱的电信号（电压、电流和功率）放大到所需的量级把微弱的电信号（电压、电流和功率）放大到所需的量级 UCC UBBRBRCBECRBRCBECUCCUCC 一、放大电路一、放大电路二、信号放大过程二、信号放大过程静态：未加输入信号时放大器的工作状态。静态：未加输入信号时放大器的工作状态。 动态：加上输入信号时放大器的工作状

10、态。动态：加上输入信号时放大器的工作状态。RB RCBECUCC +ui +uo C1C2UBE IC UCE uo ui IB 表示方式：表示方式： 静态直流分量表示：静态直流分量表示：IB、IC、UCE 动态交流分量动态交流分量表示：表示：ib、ic、uce 动态下实际值动态下实际值表示：表示：iB、iC、uCE9.3 9.3 放大电路的静态分析放大电路的静态分析一、静态工作点的确定一、静态工作点的确定静态工作点：在三极管输入、输出特性上所对应的工作点静态工作点：在三极管输入、输出特性上所对应的工作点 Q ( (IB、UBE、IC、UCE ) )。1. 图解法图解法 IB UBE 25oC

11、 O IC/mA UCE/V O IB = 0A IB = 30A IB = 60A Q IB Q UCC UCC /RC IB = 30A UBE IC UCE 2. 计算法计算法RBRCBECUCC +ui +uo C1C2RBRCBECUCC BBECCBRUUI直流通路直流通路BCIICCCCCERIUU解：解： 【例例】在图示的共射放大电路中，在图示的共射放大电路中，UCC =24 V ，RB = 200 k， RC = 1k，硅晶体管的，硅晶体管的= 100。试作静态分析。试作静态分析。mA117. 02006 . 024 BBECCBRUUImA7 .11117. 0100 BC

12、II V3 .1217 .1124 CCCCCERIUURBRCBECUCC +ui +uo C1C2二、静态工作点的影响二、静态工作点的影响ui O t iB O t iC O t uCE O t uo O t 二、静态工作点的影响二、静态工作点的影响ui O t iB O t iC O t uCE O t uo O t 截止失真截止失真 二、静态工作点的影响二、静态工作点的影响ui O t iB O t iC O t uCE O t uo O t ui O t iB O t iC O t uCE O t uo O t 截止失真截止失真 二、静态工作点的影响二、静态工作点的影响ui O t

13、iB O t iC O t uCE O t uo O t 截止失真截止失真 ui O t iB O t iC O t uCE O t uo O t 饱和失真饱和失真 9.4 9.4 放大电路的动态分析放大电路的动态分析一、放大器的主要性能指标一、放大器的主要性能指标(1) 电压放大倍数电压放大倍数 Au：iOuUUA绝对值：绝对值：对于正弦交流信号：对于正弦交流信号：Au =Uo Ui电压增益：电压增益：iOuUUA信号源信号源 负载负载 放大电路放大电路 (2) 输入电阻输入电阻 ri：对于正弦交流信号：对于正弦交流信号：irri =Ui Ii iSiSirRrUU 当信号源有内阻时：当信号

14、源有内阻时：iSSirRUI SRUS Ui Ii 越大越好越大越好 信号源信号源 负载负载 放大电路放大电路 (3) 输出电阻输出电阻 ro ：OCLOLOURrRU 当输出端接有负载时：当输出端接有负载时：放大器的电压放大倍数：放大器的电压放大倍数：OLOLiOCLOLiOuARrRUURrRUUA LRUO IO orA0Ui ro =UOC ISC 对于正弦交流信号：对于正弦交流信号：越小越好越小越好 (4) 放大电路的频率特性放大电路的频率特性幅幅频频特特性性相相频频特特性性uAmAm0.707 A1f2ff通频带通频带O270180f900Oui1 O t ui2 O t ui O

15、 t uo2 O t uo1 O t uo O t 放大器只有工作在通频带范围内才能避免产生放大器只有工作在通频带范围内才能避免产生频率失真频率失真。二、放大电路的微变等效电路二、放大电路的微变等效电路1.1.晶体管的交流小信号电路模型晶体管的交流小信号电路模型 B E C ib ic B E C ib ic ib rbe iB uBE O CbeIr26200iC/mA uCE/V O B E C ib ic ib rbe 共射接法共射接法B E C ib ic ib rbe 共集接法共集接法B E C ib ic ib rbe 共基接法共基接法2. 放大电路的交流通路放大电路的交流通路 R

16、BRCBECUCC +ui +uo C1C2RBRCBEC+ui +uo 3. 放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路RBRCBEC+ui +uo rbeib ic ib 交流通路交流通路RBRCBEC+ui +uo ib ic RBRCBEC+ui +uo rbeib ic ib beCLiourRRUUA/beBirRr/CoRr 3. 放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路总结：总结： 静态分析的步骤：静态分析的步骤： 1. 画出直流通路画出直流通路 无输入输出信号，电容代之以开路无输入输出信号，电容代之以开路 2. 求解求解IB，IC，UCE 动态分析的步骤：动态分析的步骤

17、： 1. 画出交流通路画出交流通路 直流源接地，电容代之以短路直流源接地，电容代之以短路 2. 求解求解Au，ri，ro 9.5 9.5 双极性晶体管基本放大电路双极性晶体管基本放大电路 一、共射放大电路一、共射放大电路RBRCBECUCC +ui +uo C1C2固定偏置放大电路固定偏置放大电路+_+UCCRERCCEIEICIBI2I1RB1RB2uouiRL分压偏置放大电路分压偏置放大电路1、静态分析、静态分析i+UCCRERCIEICIBI2I1RB1RB2+_+UCCRERCCEIEICIBI2I1RB1RB2uouiRLEBEBBRUUI)1( BCII EECCCCCEIRIRU

18、U 212BBBCCBRRRUU 2、动态分析、动态分析+_+UCCRERCCEIEICIBI2I1RB1RB2uouiRL+_+RERCIEICIBI2I1RB1RB2uouiRL2、动态分析、动态分析+_+RCIEICIBI2RB2uouiRLRB1I12、动态分析、动态分析动画演示动画演示beLiourRUUA beBBirRRr/21 CoRr 2、动态分析、动态分析+_+RCicI2RB2uouiRLRB1I1rbeibib 特点特点：具有电压、电流、功率放大作用；电压反相。：具有电压、电流、功率放大作用；电压反相。LcLcLRRRRR 【例例】电路如图所示，晶体管的输入电阻为电路如

19、图所示，晶体管的输入电阻为1.5k。求：求： 放大器的静态工作点；放大器的静态工作点；画出放大器的微变等效电路画出放大器的微变等效电路 (有有CE、无、无CE)；(1) 放大器的电压放大倍数放大器的电压放大倍数 Au和输入输出电阻和输入输出电阻(有有CE)。 +_+UCCRERCCEIEICIBRB2RB1uouiRL3.3k180k20k1.3k3.3k20V解：解： V2CC2B1B1BB URRRUmA1EBEBE RUUIV15.4EECCCCCE RIRIUUA20mA0.021EB IImA1BC II （1） （2） +_RB1RB2RCRLrbeuiuoicib ibii有有C

20、E： +_RB1RB2RCRLrbeuiuoicib ibiiRE无无CE： （3） k1.65/LCL RRR541.51.6550beLu rRA k5 . 1/21beBBirRRr k3 . 3CoRr+_RB1RB2RCRLrbeuiuoicib ibii有有CE： +_+UCCRERBuouiC1C2二、共集放大电路二、共集放大电路1、电路结构、电路结构+_+UCCRERBuouiC1C22、静态分析、静态分析+UCCRERBEBBECCBEBBEBBEEBEBBCCRRUUIRIURIRIURIU)1()1( BCII EECCCEIRUU 3、动态分析、动态分析+_+UCCRE

21、RBuouiC1C2B C E +_+RERBuouiB C E +_+RERBuouiB C E 动画演示动画演示)1()1(LbeLiouRrRUUA )1(/1LbeBiRrRr 1)/(/beBSEorRRRr 特点：具有电流、功率放大作用，无电压放大作用；特点：具有电流、功率放大作用，无电压放大作用； 输入电阻大，输出电阻小输入电阻大，输出电阻小LELELRRRRR _+RERBuoB rbeC E ib ib RL+_ui+_USRS+_+UCCRERB1uouiCBC2RB2 RC+C1三、共基放大电路三、共基放大电路1、电路结构、电路结构+_+UCCRERB1uouiCBC2R

22、B2 RC+C12、静态分析、静态分析+UCCRERB1RB2 RC与分压偏置放大电路相同与分压偏置放大电路相同3、动态分析、动态分析+_+RERB1uouiRB2 RC3、动态分析、动态分析RB2 RB1 +_+REuouiRCE+_+uouiRCREBC动画演示动画演示3、动态分析、动态分析E+_+uouiRCREBCrbeib ib RLRS+_USbeLiourRUUA )1(/ beEirRrCoRr LcLcLRRRRR 特点特点：具有电压、功率放大作用，无电流放大作用；：具有电压、功率放大作用，无电流放大作用； 电压不反相；输入电阻最小，输出电阻同共射电压不反相；输入电阻最小，输

23、出电阻同共射 9.6 9.6 场效晶体管场效晶体管靠一种载流子（自由电子或空穴）导电靠一种载流子（自由电子或空穴）导电 单极型晶体管单极型晶体管导电途径称为沟道导电途径称为沟道根据结构分类：根据结构分类： 结型场效应管结型场效应管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 P型硅衬底型硅衬底 N+N+N型硅衬底型硅衬底 P+P+S D S D G G 金属铝金属铝B B 一、基本结构一、基本结构 金属氧化物半导体场效晶体管金属氧化物半导体场效晶体管 MOS场效晶体管场效晶体管 SiO2绝缘层绝缘层NMOS 管：管：N型沟道，型沟道，P衬底衬底PMOS 管：管： P型沟道，型沟道，N衬底衬底按导电沟道的

24、类型分：按导电沟道的类型分：按导电沟道的形成方式分：按导电沟道的形成方式分： D型：耗尽型型：耗尽型 SiO2带大量电荷带大量电荷 E型：增强型型：增强型 SiO2不带或带少量电荷不带或带少量电荷P型硅衬底型硅衬底 N+N+S D G B P型硅衬底型硅衬底 N+N+S D G B UGS 反型层反型层 ( 导电沟道导电沟道 ) P型硅衬底型硅衬底 N+N+S D G B UGS UDS ID1、增强型、增强型 MOS 场效应管场效应管二、基本类型二、基本类型 2、耗尽型、耗尽型 MOS 场效应管场效应管P型硅衬底型硅衬底 N+N+S D G B 三、工作原理三、工作原理 图形符号图形符号UG

25、S(th)或或UGS(off)极性极性UGSUDSE型型NMOSE型型PMOSD型型NMOSD型型PMOSD B S G D B S G D B S G D B S G UGS(th) 0+UGS(th) 0UGS(off) 0 四、特性曲线四、特性曲线 1. 转移特性：转移特性： UDS一定时，漏极电流一定时，漏极电流 ID与栅源电压与栅源电压UGS之间的关系。之间的关系。2. 漏极特性：漏极特性： UGS一定时，漏极电流一定时，漏极电流 ID与栅源电压与栅源电压UDS之间的关系。之间的关系。(1) 开启电压开启电压UGS(th)和夹断电压和夹断电压UGS(off) (2) 跨导跨导gm(3

26、) 漏源击穿电压漏源击穿电压UDS(BR) (4) 最大允许漏极电流最大允许漏极电流 IDM ：五、主要参数五、主要参数 D SDDmGSGS|UIIgUU常数 场效晶体管场效晶体管 FET 与双极型晶体管的异同与双极型晶体管的异同 ： 均起放大作用和开关作用。均起放大作用和开关作用。 场效晶体管只有一种载流子导电场效晶体管只有一种载流子导电 单极型。单极型。 因此，其温度稳定性好。因此，其温度稳定性好。 双极型晶体管是由双极型晶体管是由IB 来控制来控制 IC 的，故为的，故为电流控制元件电流控制元件； 场效晶体管是由场效晶体管是由UGS 来控制来控制 ID 的，故为的，故为电压控制元件电压

27、控制元件。 双极型晶体管输入阻抗低（双极型晶体管输入阻抗低（102 104 ），）， 场效晶体管输入阻抗高（场效晶体管输入阻抗高（109 1014 ）。）。 9.8 9.8 多级放大电路多级放大电路+_RE1 RCRB1RB2ui_+UCCRB3uoRE2直接耦合直接耦合+_RE1 RCRB1RB2ui+_+UCCRB3 uo+RE2+阻容耦合阻容耦合二、动态二、动态(1)电压放大倍数：电压放大倍数： 2u1uuAAA 注：注： 1o2S2i1L,rRrR (2)输入电阻：输入电阻：1iirr (3)输出电阻：输出电阻：2oorr 一、静态一、静态阻容耦合式：由于耦合电容的隔直作用，各级有各自

28、独立阻容耦合式：由于耦合电容的隔直作用，各级有各自独立 的静态工作点，可分别按前述方法求解。的静态工作点，可分别按前述方法求解。直接耦合式：由于前后级直接相连，故前后级的工作点相直接耦合式：由于前后级直接相连，故前后级的工作点相 互制约，必须配合妥当不能独立求解各级静互制约，必须配合妥当不能独立求解各级静 态工作点。态工作点。【例例】如图所示放大电路如图所示放大电路, 已知已知 RB1 = 33 k ， RB2 = RB3 = 10 k , RC = 2 k , RE1 = RE2 = 1.5 k , 两晶体两晶体管的管的 1 = 2 = 60, rbe1 = rbe2 = 0.6 k 。求总

29、电压放大倍数。求总电压放大倍数。RB1RC ui C1C2RB2RE1CERB3+ UCC uO C3RE2RL1 = ri2 解解第一级为共射放大电路第一级为共射放大电路, 它的负载电阻即第它的负载电阻即第二级的输入电阻。二级的输入电阻。= RB3rbe2(1 2)RE2 = k 100.6(160)1.5100.6(160)1.5= 9.02 k = k 21039.0210321039.02103= 1.64 k Au1 = = 1RL1 rbe11.640.6= =60 = =164 第二级为共集放大电路第二级为共集放大电路, 可取可取 Au2 = = 1， Au = = Au1Au2 = =1641 = =164 RL1 = RCRL1 RL1 = RB3rbe2(1 2)RE2 解：解：9.9 9.9 差分放大电路差分放大电路一、工作原理一、工作原理 抑制零漂原理：抑制零漂原理：(a) 靠电路的对称性；靠电路的对称性； (b) 靠靠RE 的负反馈作用。的负反馈作用。温度温度 IC1 IC2 2 IE URE UBE1 UBE2 IB1 IB2 IC1 IC2 _REuo+ui2ui1RC1RC2UCC UEE u 动态动态 ui1= ui2= uiuo= uc1uc2= 0AC = 01. 共模输入：共模输入：抑制抑制 u 静态静态同共射