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第1章半导体技术授课教师:Chapter1半导体器件§1.1半导体基础知识§1.2半导体二极管§1.3双极型晶体管§1.4单极型晶体管2026/4/302电子技术自然界中的各种物质如果按导电性能强弱可分三大类:一类是导电能力很强的物质,称为导体,如铜、铁、铝等金属材料;另一类是在一般条件下很难导电的物质,称为绝缘体,如橡胶、陶瓷、玻璃等;还有一类导电能力介于导体和绝缘体之间,称为半导体。§1.1半导体基础知识2026/4/303电子技术§1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体
完全纯净、没有任何杂质、结构完整的半导体单晶体称为本征半导体。2026/4/304电子技术§1.1半导体基础知识若在一定温度或在一定强度光的照射下,少数价电子可以从外界获得足够的能量而挣脱共价键的束缚成为自由电子,同时在共价键中留下相同数量的空位,这种现象称为本征激发(热激发),这个空位称为空穴。2026/4/305电子技术§1.1半导体基础知识我们把运载电荷的粒子称为载流子。而本征半导体导电有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。本征半导体在本征激发下会产生自由电子—空穴对,自由电子在运动过程中如果和空穴相遇就会填补空穴,使两者同时消失,这种现象称为复合。2026/4/306电子技术§1.1半导体基础知识在实际应用中,为了提高其导电能力,需要在本征半导体中掺入杂质,这样一方面可以显著提高其导电能力,另一方面还可以通过控制掺入杂质的多少达到控制半导体导电能力强弱的目的。结论:2026/4/307电子技术1.N型半导体
在硅(或锗)的本征半导体中掺入微量的5价元素(磷),形成N型半导体。
N型半导体的显著特点:自由电子多数载流子(多子),空穴为少数载流子(少子),是由热激发(本征激发)产生的。1.1.2杂质半导体§1.1半导体基础知识2026/4/308电子技术2.P型半导体
在硅(或锗)本征半导体中掺入微量3价元素(硼),形成P型半导体。
P型半导体显著特点:自由电子是少数载流子(少子),空穴为多数载流子(多子)。§1.1半导体基础知识2026/4/309电子技术§1.1半导体基础知识2026/4/3010电子技术§1.1半导体基础知识1.1.3PN结及其单向导电性1.PN结的形成由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。在P型半导体和N型半导体的交界处形成一个很薄的空间电荷区,在空间电荷区内,由于正负杂质离子相互作用,形成一个电场,其方向是从带正电的N区指向带负电的P区,称为内建电场。在电场力作用下,载流子的运动称为漂移运动。2026/4/3011电子技术§1.1半导体基础知识图1-6PN结的形成室温下,硅材料PN结内电场电位差0.5~0.7V,锗材料PN结内电场电位差0.2~0.3V。图1-7动态平衡时PN结中的载流子运动及电流2026/4/3012电子技术2.PN结的单向导电性§1.1半导体基础知识(1)PN结外加正向电压时处于导通状态若P区接电源正极,N区接电源负极,则称PN结外接正向电压或PN结正向偏置,简称正偏。2026/4/3013电子技术2.PN结的单向导电性§1.1半导体基础知识(2)PN结外加反向电压时处于截止状态P区接电源负极,N区接电源正极,称PN结外接反向电压或反向偏置,简称反偏。2026/4/3014电子技术§1.1半导体基础知识在一定温度下,即使所有的少子都参予漂移运动,反向电流也非常小,而且基本上不随外加反向电压而变化,故称为反向饱和电流,用IS表示。综上所述,PN结正偏时导通,形成较大的正向电流,呈现很小的导通电阻;反偏时截止,反向电流近似为零,呈现很大的截止电阻。因此,PN结具有单向导电特性。2026/4/3015电子技术§1.1半导体基础知识PN结两端外加电压U和流过PN结电流I之间的关系曲线,称为PN结伏安特性曲线。如图1-9所示,其中U>0的部分称为正向特性,U<0的部分称为反向特性。当反向电压超过一定数值U(BR)后,反向电流急剧增加,称为反向击穿。2026/4/3016电子技术§1.2半导体二极管1.2.l二极管的结构和符号将PN结用外壳封装,从P区和N区分别引出电极引线构成半导体二极管,简称二极管。由P区引出电极称阳极或正极,由N区引出电极称阴极或负极。2026/4/3017电子技术§1.2半导体二极管2026/4/3018电子技术§1.2半导体二极管1.2.2二极管的伏安特性在外加电压uVD的作用下,二极管电流iVD的变化规律,称为二极管伏安特性曲线2026/4/3019电子技术§1.2半导体二极管二极管伏安特性曲线分为两部分,加正向电压时的特性称为正向特性(曲线右半部分),加反向电压时的特性称为反向特性(曲线左半部分)2026/4/3020电子技术§1.2半导体二极管二极管伏安特性曲线分为两部分,加正向电压时的特性称为正向特性(曲线右半部分),加反向电压时的特性称为反向特性(曲线左半部分)二极管两端加反向电压时,反向电流很小,且与反向电压无关。当反向电压超过零点几伏以后,反向电流不再随反向电压增大而增大,既达到饱和,此时电流即为反向饱和电流,2026/4/3021电子技术§1.2半导体二极管二极管两端加反向电压时,反向电流很小,且与反向电压无关。当反向电压超过零点几伏以后,反向电流不再随反向电压增大而增大,既达到饱和,此时电流即为反向饱和电流,如果反向电压继续升高超过一定数值UBR后,反向电流将急剧增大,这种现象称为击穿,UBR称为反向击穿电压。2026/4/3022电子技术§1.2半导体二极管1.2.3二极管的主要参数①最大整流电流IF:指二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。②最高反向工作电压UR:指二极管工作时允许外加的最大反向电压。通常规定UR为击穿电压的一半。③反向电流IR:指二极管未击穿时的反向电流值。其值越小,二极管单向导电性能越好。④最高工作频率fM:指保证二极管维持单向导电作用的最高工作频率。2026/4/3023电子技术§1.2半导体二极管1.2.4稳压二极管及其应用二极管伏安特性曲线可知,当二极管反向击穿时,流过二极管的电流急剧增大,但二极管两端的电压却几乎保持不变,因而具有稳压作用。利用二极管的这一特性,采用特殊工艺制成在反向击穿状态下工作而不损坏的二极管,就是稳压二极管。2026/4/3024电子技术§1.2半导体二极管二极管伏安特性曲线可知,当二极管反向击穿时,流过二极管的电流急剧增大,但二极管两端的电压却几乎保持不变,因而具有稳压作用。利用二极管的这一特性,采用特殊工艺制成在反向击穿状态下工作而不损坏的二极管,就是稳压二极管。2026/4/3025电子技术§1.2半导体二极管例1-1利用稳压管组成简单的稳压电路如图1-14所示,R为限流电阻,试分析RL输出电压UO稳定的原理。图1-14稳压管稳压电路2026/4/3026电子技术§1.3双极型晶体管双极型晶体管(BJT)又称晶体三极管、半导体三极管等,简称三极管。2026/4/3027电子技术1.3.1三极管的结构和类型三极管按材料不同,可分为硅管和锗管两类;按PN结组合方式不同,可分为NPN型和PNP型两种。§1.3双极型晶体管2026/4/3028电子技术§1.3双极型晶体管图1-16NPN型三极管2026/4/3029电子技术§1.3双极型晶体管发射区和集电区间的PN结称发射结,集电区和基区的PN结称集电结。NPN型三极管符号,符号中画箭头的电极是发射极,箭头的方向表示发射结正向偏置时发射极电流方向。箭头向外表示NPN型管。图1-17PNP型三极管2026/4/3030电子技术1.3.2三极管电流控制作用1.基本共射放大电路§1.3双极型晶体管2026/4/3031电子技术2.基本共射放大电路三极管内部载流子运动情况§1.3双极型晶体管(1)发射区向基区发射电子过程(2)电子在基区中的扩散与复合过程(3)集电区收集电子过程2026/4/3032电子技术3.三极管的电流分配关系和电流放大系数§1.3双极型晶体管(1)发射区向基区发射电子过程(2)电子在基区中的扩散与复合过程(3)集电区收集电子过程2026/4/3033电子技术§1.3双极型晶体管集电极电流IC与基极电流IB之比称为共射直流电流放大系数2026/4/3034电子技术1.3.3三极管的共射特性曲线三极管的特性曲线是描述三极管各个电极之间电压与电流关系的曲线。§1.3双极型晶体管2026/4/3035电子技术1.输入特性曲线§1.3双极型晶体管输入特性曲线描述了三极管电压降(以下简称管压降)UCE保持不变的前提下,基极电流iB和发射结电压降uBE之间的函数关系,即2026/4/3036电子技术§1.3双极型晶体管2026/4/3037电子技术§1.3双极型晶体管2.输出特性曲线
输出特性曲线是描述输入电流iB为一常量时,集电极电流iC和管压降uCE之间的函数关系。2026/4/3038电子技术§1.3双极型晶体管3.温度对特性曲线的影响图1-23温度对三极管特性曲线的影响2026/4/3039电子技术§1.3双极型晶体管1.3.4三极管的主要参数1.共射电流放大系数β和
集电极电流IC与基极电流IB之比称为共射直流电流放大系数。
两电流变化量的比称为共射交流电流放大系数β2026/4/3040电子技术§1.3双极型晶体管2.极间反向电流
ICBO为发射极开路,集电结加反向电压时,集电极流过的反向饱和电流。ICEO为基极开路,集电极和发射极之间加反向电压时集电极直通到发射极的电流,由于它是从集电区穿过基区流向发射区的电流,所以又叫穿透电流。2026/4/3041电子技术§1.3双极型晶体管3.极限参数(1)最大集电极电流ICM(2)最大集电极耗散功率PCM(3)极间反向击穿电压2026/4/3042电子技术§1.3双极型晶体管图1-24三极管的功耗曲线2026/4/3043电子技术§1.3双极型晶体管4.温度对三极管参数的影响(1)温度对反向饱和电流ICBO的影响(2)温度对电流放大系数β的影响(3)温度对UBE的影响2026/4/3044电子技术§1.4单极型晶体管1.4.1基本结构和工作原理1.N沟道增强型MOS管的结构图1-25
N沟道增强型MOS管的结构2026/4/3045电子技术§1.4单极型晶体管2.工作原理图1-26MOS管的图形符号2026/4/3046电子技术§1.4单极型晶体管1.4.2绝缘栅型场效应管的特性曲线图1-27共源极接法电路2026/4/3047电子技术§1.4单极型晶体管图1-28N沟道增强型MOS的转移特性曲线和输出特性曲线2026/4/3048电子技术§1.4单极型晶体管(1)转移特性曲线
N沟道增强型MOS管的转移特性曲线是指漏极电流iD与栅源电压uGS的关系曲线。它反映了uGS对iD的控制特性
uGS>UGS(th)时成立。式中IDO是uGS=2UGS(th)时的iD值。2026/4/3049电子技术§1.4单极型晶体管(2)输出特性曲线
输出特性曲线描述的是在一定栅源电压uGS下,漏极电流iD和漏源电压uDS之间的关系。图1-29uDS对N沟道增强型MOS管导电沟道的影响2026/4/3050电子技术§1.4单极型晶体管1.4.3绝缘栅型场效应管的主要参数1.直流参数①开启电压UGS(th)和夹断电压UGS(off)。UGS(th)是在uDS为等于某一定值时,使漏极电流iD大于零时,栅源之间所需电压的最小值。对于增强型管称为开启电压UGS(th),对于耗尽型管称为夹断电压UGS(off)。2026/4/3051电子技术§1.4单极型晶体管1.4.3绝缘栅型场效应管的主要参数1.直流参数②饱和漏极电流IDSS。IDSS是指工作在饱和区的耗尽型场效应管在uGS=0时的漏极电流,是耗尽型管的参数。2026/4/3052电子技术§1.4单极型晶体管1.4.3绝缘栅型场效应管的主要参数1.直流参数③栅源直流输入电阻RGS。RGS是指漏源间短路时,栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻值。它等于栅源电压与栅极电流之比,MOS管的RGS一般大于109Ω。2026/4/3053电子技术§1.4单极型晶体管2.交流参数①低频跨导gm。gm是指在uDS为某一固定值时,漏极电流的微小变化iD与对应的输入电压变化量uGS之比。2026/4/3054电子技术§1.4单极型晶体管2.交流参数②极间电容。场效应管3个极之间均存在极间电容。2026/4/3055电子技术§1.4单极型晶体管3.极限参数①最大漏极电流IDM。IDM是场效应管正常工作时漏极电流的上限值。2026/4/3056电子技术§1.4单极型晶体管②击穿电压。栅—源间击穿电压U(BR)GS指栅源间能承受的最大电压,当uGS值超过此值时,栅源间发生击穿。漏源间击穿电压U(BR)DS指漏源间能承受的最大电压,当uDS值超过此值时,漏源间发生击穿,iD开始急剧增加。2026/4/3057电子技术§1.4单极型晶体管③最大耗散功率PDM。PDM是指场效应管工作在恒流区时,漏极所消耗的最大功率,PDM=uDSiD。2026/4/3058电子技术本章小结2026/4/3059电子技术思考题1.为什么采用半导体材料制作电子器件?2.空穴是一种载流子吗?空穴导电时电子运动吗?3.什么是N型半导体?什么是P型半导体?两种半导体制作在一起时会产生什么现象?4.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗?它为什么具有单向导电性?在PN结加反向电压时果真没有电流吗?5.三极管是通过什么方式来控制集电极电流的?6.场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的?7.为什么晶体管和场效应管都可以用于放大?2026/4/3060电子技术TheEnd2026/4/3061电子技术电子技术授课教师:苏俊生本章安排:本章主要讲解放大电路,从最基本的放大电路到多级放大电路、差分放大电路及功率放大电路都做了详细的阐述。计划使用课时20学时。课堂教学内容:
课程安排2026/4/3063电子技术Chapter2放大电路§2.1共发射极放大电路用来对电信号进行放大的电路称为放大电路。放大电路主要有信号源、放大电路、负载、直流电源等组成。
用三极管组成部分的放大电路,根据其输入、输出方式的不同可组成3种组态,即共发射极放大电路、共基极放大电路和共集电极放大电路。2026/4/3064电子技术Chapter2放大电路2.1.1电路的组成图2-2所示是由NPN型三极管组成的基本共发射极电路
2026/4/3065电子技术Chapter2放大电路2026/4/3066电子技术Chapter2放大电路直流通路和交流通路在放大电路中,既有直流分量,又有交流分量。直流分量和交流分量的符号
名称直流分量交流分量直流+交流瞬时值有效值基极电流IBibIbiB集电极电流ICibIciC发射极电流IEibIeiE管压降UCEuceUceuCE发射结压降UBEubeUbeuBE2026/4/3067电子技术Chapter2放大电路2.2放大电路的静态分析(直流分析)为什么要进行放大电路的静态分析?在放大电路中要保证核心器件三极管具有放大能力,就必须保证三极管工作在放大区,即发射结正偏,集电极反偏。否则不行。常用的直流分析方法有两种:即图解法和解析法
2026/4/3068电子技术Chapter2放大电路2.2.1图解法的直流分析以三极管的特性曲线为基础,通过作图来分析放大电路工作情况的方法称为图解法。图解法直流分析分为输入回路和输出回路两种。1.输入回路在输入回路中,电压与电流之间的关系为:
2026/4/3069电子技术Chapter2放大电路2.输出回路在输出回路中的电压和电流关系式为:
该直线与纵轴的交点为M,对应的坐标值为uCE=0、iC=VCC/RC,这一电流值是uCE=0时流过输出回路的电流,即集电极短路电流IS。输出回路的直流负载线与横轴的交点为N点,对应的坐标值为uCE=VCC、iC=0。由于三极管输出回路的电压uCE和电流iC也应满足三极管输出特性决定的关系,所以求解静态工作点Q可以在三极管输出特性曲线的iC—uCE坐标系中,找出M点和N点并将它们相连,所得到的直线就是输出回路的直流负载线,该直线与iB=IBQ的那一条输出特性曲线的交点,就是输出特性曲线上的静态工作点Q。记作Q(UCEQ、ICQ)
2026/4/3070电子技术Chapter2放大电路2.2.2解析法的直流分析根据放大电路的直流通路,可以估算出该放大电路的静态工作点,具体步骤如下。①画出放大电路的直流通路图,如教材图2-3(a)所示。②由基极回路求出静态时基极电流IBQ,即③求集电极电流ICQ。根据三极管的电流关系,可求出静态工作点的集电极电流ICQ,即由集电极回路求UCEQ,为至此,静态工作点的电流、电压就求出来了,即Q(UCEQ、ICQ)。2026/4/3071电子技术Chapter2放大电路2.3放大电路的动态分析(交流分析)放大电路的动态分析常用的方法有图解法和微变等效电路法
2.3.1图解法的交流分析1.在输入特性曲线上由输入信号ui求基极电流iB
设此时的输入电压则2.由输出特性曲线求iC和uCE
动态时,管压降uCE与集电极电流iC之间的关系为:(RL开路)
总的管压降为
2026/4/3072电子技术Chapter2放大电路2026/4/3073电子技术Chapter2放大电路2.3.2微变电路等效法的交流分析1.三极管的微变等效电路
三极管电路的复杂性在于三极管输入、输出特性的非线性。如果我们把这种非线性建立一种模型,使其具有线性特征,这样就可以用线性电路分析放大电路了。(1)输入端口的微变等效电路
输入特性曲线近似为线性的,这样输入端口可以用线性电阻rbe来表示电压uBE与输入电流iB的关系,为2026/4/3074电子技术Chapter2放大电路对于低频小功率三极管线性电阻rbe可写成(2)输出端口的微变等效电路
三极管的输出端口可以近似用一个受控的恒流源表示。受控的恒流源电流大小iC
=
βiB,由于在ICQ对应的输出特性上,当uCE变化很大时,iC虽有变化,但却很小,所以三极管的输出端口的输出电阻可记为2026/4/3075电子技术Chapter2放大电路(3)三极管的微变等效电路2026/4/3076电子技术Chapter2放大电路2.基本放大电路的动态分析
微变电路等效法分析放大电路的步骤如下:
①画出放大电路的交流通路图和微变等效电路图;
②进行必要的静态计算,求出IEQ,目的是求出rbe;
③分别计算出放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro的值。下面我们对教材图
2-2
所示的基本放大电路进行动态分析,先画微变电路等效图,如下图
所示。
2026/4/3077电子技术Chapter2放大电路2026/4/3078电子技术Chapter2放大电路(1)电压放大倍数电压放大倍数的定义应为输出电压与输入电压之比,即则电压放大倍数Au为
RL´=
RC//RL2026/4/3079电子技术Chapter2放大电路(2)输入电阻Ri
放大电路的输入电阻应等于输入电压与输入电流的比值,即Ri=RB//R'i=RB//rbe2026/4/3080电子技术Chapter2放大电路(3)输出电阻Ro
计算放大电路的输出电阻时,应把负载开路,输入信号源uS短路。当uS为零时,ib亦为零,所以ic也等于零。对于恒流源而言,电流为零,说明其为开路状态,这时从接负载端往前看,电阻值只有RC。
即,
Ro≈RC。2026/4/3081电子技术Chapter2放大电路(4)源电压放大倍数AuS源电压放大倍数的定义为由于有信号源内阻的存在,放大电路的输入电压是信号源电压在Ri上的分压值,即由此不难看出考虑到信号源内阻时,电压放大倍数将下降。2026/4/3082电子技术Chapter2放大电路2.4静态工作点稳定的共发射极放大电路2.4.1温度对静态工作点的影响
我们讨论的放大电路结构虽然简单,但工作点不稳定。静态工作点会随着温度的变化而改变,其变化过程是:当温度T升高时,半导体的本征激发现象将加强,基极电流IBQ将上升,引起集电极电流ICQ也上升,即T(˚C)↑→IBQ↑→ICQ↑→ICEO↑,这将引起三极管集电极—发射极间的UCEQ下降。这些量的变化将改变原电路的静态工作点,静态工作点的改变可能引起放大电路输出波形的失真,使放大电路进入不正常工作状态。2026/4/3083电子技术Chapter2放大电路由此可见,对于放大电路稳定静态工作点是十分重要的,必须依靠IBQ的变化来抵消ICQ和UCEQ的变化,实现自动跟踪。通常引入直流负反馈或温度补偿的方法来解决。分压式共发射极放大电路2026/4/3084电子技术Chapter2放大电路2.4.2工作点稳定的典型电路1.电路的组成(如前图)图中是由NPN型三极管组成的分压式共发射极放大电路,uS、RS为源信号电压和信号源内阻,RL为负载电阻。RB1、RB2、RC、RE组成分压式偏置电路;C1、C2为输入、输出耦合电容,起通交流隔直流的作用;C3为发射极旁路电容;VCC是直流电源,RC为集电极负载电阻;RB1为基极上偏置电阻;RB2为基极下偏置电阻;RE为发射极偏置电阻。2026/4/3085电子技术Chapter2放大电路2.静态分析(直流分析)
放大电路的直流分析主要是求放大电路的ICQ、IBQ和UCEQ。对于先求三极管的IBQ,还是ICQ,这要取决于电路结构。先画直流通路图,如左图所示。三极管基极电压UBQ为:2026/4/3086电子技术Chapter2放大电路由于UBE=UBQ−UBEQ,所以三极管发射极电流为:三极管的集电极和基极的直流电流分别为:ICQ≈IEQ,IBQ≈IEQ/β:因此,三极管C-E之间的直流压降为UCE=VCC−ICQRC−IEQRE≈VCC−ICQ(RC+RE)2026/4/3087电子技术Chapter2放大电路由于半导体受温度变化的影响很大,因此,当温度升高或降低时,三极管的静态工作电流要发生变化,也就是静态工作点发生变化。这种分压式电路具有稳定静态工作点的作用,其稳定静态工作点的原理为:当温度升高时,β和ICEO增大,而管压降UBE下降,这些变化都将引起放大电路静态工作电流ICQ的增大;反之,当温度下降时,ICQ减小。由此可见,放大器的静态工作点会随工作温度的变化而漂移,用分压式偏置电路可得到解决。稳压过程也可用下面的方式来表示:T(˚C)↑→ICQ↑→IEQ↑→UE↑→UBE↓(UBE=UBQ−UE)→IBQ↓→┐
ICQ↓←――――――――――――――――――2026/4/3088电子技术Chapter2放大电路3.动态分析(交流分析)画等效电路的原则:
①电容视为短路;
②电源视为短路。2026/4/3089电子技术Chapter2放大电路(1)电压放大倍数由等效图可知
uo=−βib(RC//RL)=−βib式中
RL´=RC//RL又知ui=ibrbe因此有式中负号说明输出电压uo与输入电压ui反相。2026/4/3090电子技术Chapter2放大电路(2)输入电阻所以,放大电路的输入电阻等于(3)输出电阻当uS=0时,ib=0,则βib开路,所以放大电路输出端断开RL,接入信号源电压u,由图可得i=u/RC,因此,放大电路的输出电阻为RO
=
RC。2026/4/3091电子技术Chapter2放大电路例2-1如教材图2-13所示,已知三极管β=100,=200Ω,UBEQ=0.7V,RS=1kΩ,RB1=62kΩ,RB2=20kΩ,RC=3kΩ,RE=1.5kΩ,RL=5.6kΩ,VCC=15V,各电容的容量足够大。试求:(1)静态工作点;(2)Au、Ri、Ro和源电压放大倍数AuS。(3)如果发射极旁路电容CE开路,画出此时放大电路的交流通路和小信号等效电路,并求此时放大电路的Au、Ri、Ro及源电压放大倍数AuS。解:(1)静态工作点的计算先画直流通路如右2026/4/3092电子技术Chapter2放大电路(2)Au、Ri、Ro和AuS的计算先求三极管的输入电阻:2026/4/3093电子技术Chapter2放大电路那么Ro=RC=3kΩ再求源电压增益AuS2026/4/3094电子技术Chapter2放大电路则因此有所以源电压增益为2026/4/3095电子技术Chapter2放大电路(3)断开CE后,求Au、Ri、Ro
CE开路后,三极管发射极E将通过RE接地,因此,可得放大电路的交流通路和小信号等效电路如下图:
无发射极旁路电容的微变电路等效图2026/4/3096电子技术Chapter2放大电路输入电压为
ui=ibrbe+ieRE=ib[rbe+(1+β)RE]输出电压为
uo=−βib(RC//RL)可得放大倍数为
显然,去掉CE后Au下降很多,这是由于RE对交流信号产生了很强的负反馈所致。2026/4/3097电子技术Chapter2放大电路求输入电阻:先求RL´则:输出电阻:
RO=RC=3Ω2026/4/3098电子技术Chapter2放大电路由以上讲解可知,共发射极放大电路输出电压uo与输入电压ui反相,输入电阻和输出电阻大小适中。由于共发射极放大电路的电压、电流、功率增益都比较大,因而应用广泛,适用于一般放大或多级放大电路的中间级。2026/4/3099电子技术Chapter2放大电路2.5共集电极放大电路2.5.1电路的结构共集电极放大电路如右图所示共集电极放大电路
三极管的集电极是交流接地,输入信号和输出信号以它为公共端,故称为共集电极放大器。由于输出信号取自发射极,故人们又称为射极跟随器。2026/4/30100电子技术Chapter2放大电路2.5.2电路分析1.直流分析(静态分析)画直流通路图如图2-18所示,把电容视为开路。根据输入回路列直流方程VCC=IBQRB+UBEQ+IEQRE
=IBQRB+UBEQ+(1+β)IBQRE由此可求得共集电极放大电路的静态工作点为:
ICQ=βIBQ≈IE
UCEQ=VCC−IEQRE2026/4/30101电子技术Chapter2放大电路2.交流分析(动态分析)画微变等效电路图,如图所示。微变电路等效图(1)先求三极管的放大倍数Au
ui=ibrbe+ie(RE//RL)=ibrbe+(1+β)ibRL´
uo=ie(RE//RL)=(1+β)ibRL´式中的RL´=RE//RL电压放大倍数为2026/4/30102电子技术Chapter2放大电路(2)再求三极管的输入电阻Ri一般有rbe<<(1+β)RL´因此有Au≈1(3)然后再求三极管的输出电阻Ro
求放大器的输出电阻应用阻抗折合的方法来求,也就是输出电阻等于RE并联上基极输入电阻的部分折合到发射极,即2026/4/30103电子技术Chapter2放大电路说明:从上述我们可以看出:三极管的输入电阻等于rbe与发射极电阻折合到基极的电阻的串联。三极管的输出电阻等于RE与基极电阻折合到发射极的电阻的并联。求输入电阻从基极看进去,发射极折合过来的电阻是发射极的电阻乘以(1+β)倍,求输出电阻从发射极看进去,基极折合过来的电阻是基极电阻除以(1+β)倍。2026/4/30104电子技术Chapter2放大电路例2-2上图中的共集电极放大器中,已知三极管β=120,rbb´=200Ω,UBEQ=0.7V,VCC=12V,RB=300kΩ,RE=RL=RS=1kΩ。试求该放大电路的静态工作点及Au、Ri、Ro。解:求放大器的静态工作点UCEQ=VCC−IEQRE=12V−3.2mA×1kΩ=8.8V放大器的放大倍数为2026/4/30105电子技术Chapter2放大电路三极管的输入电阻为放大器的输入电阻为Ri=RB//[rbe+(1+β)RL´]=300kΩ//(1.18kΩ+121×0.5kΩ)≈51.2kΩ放大器的输出电阻为2026/4/30106电子技术Chapter2放大电路由这个例题可进一步看出,共集电极放大电路具有电压放大倍数小于1而接近于1,输出电压与输入电压同相,输入电阻大、输出电阻小等特点。由于输出电阻小,故当RL改变时,输出电压的变化很小,所以有很强的负载能力。在实际应用中,人们常用共集电极放大器进行阻抗变换,利用输入电阻高的特点应用在多级放大器的输入级来提高输入电阻,利用输出电阻低的特点多用在多级放大器的末级以提高放大器的带负载能力。2026/4/30107电子技术Chapter2放大电路2.6共基极放大电路2.6.1电路的组成
如图所示,三极管基极旁路电容C2接地,输入信号从发射极引入,输出信号由集电极输出。它们都以基极为公共端,故称为共基极放大电路。共基极放大电路具有输出电压与输入电压同相、电压放大倍数高、输入电阻小和输出电阻大等特点。由于共基极电路有较好的高频特性,故广泛用于高频或宽带放大电路中。
共基极放大电路2026/4/30108电子技术Chapter2放大电路2.6.2电路分析共基极放大电路的静态分析与共发射极放大电路一样,这里不再赘述。动态分析先画交流等效电路图,特别要注意标出电流的方向,再计算rbe,然后计算Au、Ri、Ro、Aus等。例.如图2-20所示,共基极放大电路元件参数是:VCC=15V,β=100,rbb΄=200Ω,RB1=62kΩ,RB2=20kΩ,RE=1.5kΩ,RC=3kΩ,RS=1kΩ,RL=5.6kΩ。C1、C2、C3对交流信号可视为短路。试求:(1)静态工作点;(2)主要性能指标Au、Ri、Ro和AuS。微变电路等效图2026/4/30109电子技术Chapter2放大电路解:(1)先求静态工作点
将C1、C2、C3视为开路,可见直流通路与共发射极电路相同,所以可以求得 ICQ=2mA,UCEQ=6V(2)主要性能指标Au、Ri、Ro画微变电路等效图,如前图所示2026/4/30110电子技术Chapter2放大电路输入电阻为输出电阻为
Ro=RC=3kΩ共基极放大电路的源电压放大倍数为2026/4/30111电子技术Chapter2放大电路
通过上述分析我们得出共基极放大电路的特点,即共基极放大电路的输入电阻很小,输出电阻与共发射极的输出电阻一样,电压放大倍数与共发射极的电压放大倍数相当。但是,共基极放大器源电压放大倍数远小于共发射极放大器的源电压放大倍数。2026/4/30112电子技术Chapter2放大电路2.7场效应管放大电路
场效应管放大电路的主要优点是输入电阻高、噪声低、热稳定性好等。
教材图2-22(a)所示为采用N沟道耗尽型场效应管组成的放大电路,C1、C2为耦合电容,RD为漏极负载电阻,RG为栅极通路电阻,RS为源极电阻,CS为源极电阻旁路电容。该电路利用漏极电流IDQ在源极电阻RS上产生压降,通过RG加至栅极以获得所需的偏压。由于场效管的栅极没有吸收电流,RG中无电流通过,因此,栅极G和源极S之间的偏压UGSQ=−IDQRS。这种偏置方式称为自给偏压,也称自偏压电路。
在教材图2-22(b)中采用分压式自偏压电路的场效应管共源放大电路,图中RG1、RG2为分压电阻,将VDD分压后,取RG2上的压降供给场效应管栅极偏压。由于RG3中没有电流,它对静态工作点没有影响,所以由图不难得到下式,即2026/4/30113电子技术Chapter2放大电路UGSQ=VDDRG2/(RG1+RG2)−IDQRS
2026/4/30114电子技术Chapter2放大电路画场效应管小信号的微变等效电路,如图所示,则电压放大倍数为输入电阻为输出电阻为
Ro=RD2026/4/30115电子技术Chapter2放大电路例2-4由N沟道增强型场效应管组成的共源放大电路如图2-23所示,已知场效应管在工作点上gm=0.8mS,试求放大电路的Au、Ri、Ro。解:根据公式可得电压放大倍数为输入电阻为输出电阻为
Ro=RD=15kΩ2026/4/30116电子技术Chapter2放大电路2.8多级放大电路2.8.1多级放大电路的组成多级放大电路方框图
通常把第一级放大电路称为输入级,与负载连接的放大电路称为输出级,输入级与输出级之间的放大电路称为中间级。2026/4/30117电子技术Chapter2放大电路2.8.2多级放大电路的耦合方式多级放大电路级与级之间的连接我们称之为耦合方式,常用的耦合方式有直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。直接耦合使得各单元放大电路的直流工作点相互影响,特别是零点漂移将使得放大电路对有用信号造成严重的失真,因此,在直接耦合的放大电路中常采用差分放大电路来抑制静态工作点的漂移;阻容耦合使各级放大电路的直流静态工作点相互独立,互不影响,但如果放大的交流信号频率过低,将会造成信号失真。变压器耦合与阻容耦合的性能基本相似,但频率特性要比阻容耦合好的多;光电耦合是目前人们常使用的一种新型的耦合器件,它使得放大电路之间相互独立,而且高频特性很好,常用于强电和弱电之间的耦合。2026/4/30118电子技术Chapter2放大电路2.8.3多级放大电路电压放大倍数的估算从多级放大电路的方框图可以看出,每级电压放大倍数分别为Au1=uo1/ui,Au2=uo2/ui2,…,Aun=uo/uin。由于信号是逐级传送的,前级的输出电压是后级的输入电压,所以整个放大电路的总电压放大倍数为如果用增益(dB)来表示放大电路的放大能力,则为
Au(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)+Au3(dB)+…+Aun(dB)注意:在计算多级放大电路的放大倍数时,级与级之间是相互影响的;在计算每一级的放大倍数时,下一级的输入电阻就是上一级的输出电阻。2026/4/30119电子技术Chapter2放大电路例2-5两级共发射级电容耦合放大电路如图2-25所示,已知三极管VT1的β1=60,rbe1=2kΩ,VT2的β2=100,rbe2=2.2kΩ,其他参数如图2-25所示,各电容的容量足够大。试求放大电路的Au、Ri、Ro。2026/4/30120电子技术Chapter2放大电路解:在小信号作用下,两级共发射级放大电路的小信号等效电路分别如图(a)和图(b)所示,其中图(b)中的负载电阻Ri2即为后级放大电路的输入电阻,即因此,第一级的总负载为2026/4/30121电子技术Chapter2放大电路第一级电压放大倍数为即第一级的电压增益为Au1(dB)=20lg9.6=19.6(dB)第二级的电压放大倍数为即第二级的电压增益为Au2(dB)=20lg111≈41(dB)2026/4/30122电子技术Chapter2放大电路那么两级放大电路的总放大倍数为Au=Au1·Au2=(−9.6)×(−111)=1
066即两级放大电路的总增益为Au(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)=19.6+41(dB)=60.6dB两级放大电路的输入电阻就是第一级放大电路的输入电阻,即
Ri=R1//R2//[rbe1+(1+β1)R4]≈5.7kΩ输出电阻等于第二级放大电路的输出电阻,即Ro=R8=4.7kΩ最后式子中没有负号,说明两级共发射级放大电路的输出电压与输入电压同相位。2026/4/30123电子技术Chapter2放大电路2.9差分放大电路差分放大电路又称差动放大电路,它的输出电压与两个输入电压之差成正比,由此而得名。差分放大电路对温度的影响具有很强的抑制作用,对外界的干扰信号可以得到有效的抑制。2.9.1电路的组成常见的差分放大电路有3种,即基本差分放大电路、长尾式差分放大电路和具有恒流源的差分放大电路。如下图所示。2026/4/30124电子技术Chapter2放大电路下面以长尾式差分放大电路为例,对差分放大电路进行分析,它是由两个完全对称的共发射极电路组成,采用双电源VCC、VEE供电。输入信号ui1、ui2从两个三极管的基极加入,称为双端输入,输出信号从两个集电极之间取出,称双端输出。RE为差分放大电路的公共发射极电阻,用来抑制零点漂移并决定三极管的静态工作点电流,RC为集电极负载电阻。2026/4/30125电子技术Chapter2放大电路2.9.2差分放大电路的分析1.差分放大电路的静态分析
静态时,输入信号为0,即ui1=ui2=0,其直流通路如下图所示。由于电路对称,则IBQ1=IBQ2,ICQ1=ICQ2,IEQ1=IEQ2,通过RE的电流IE为IEQ1与IEQ2之和。VEE=UBEQ1+IERE2026/4/30126电子技术Chapter2放大电路两管的集电极电流均为两集电极对地电压为UCQ1=VCC−ICQ1RC,UCQ2=VCC−ICQ2RC可见,静态时两管集电极之间的输出电压为零,即uo=UCQ1−UCQ2=02026/4/30127电子技术Chapter2放大电路2.差分放大电路的动态分析(1)差分输入与差模特性在差分放大电路输入端加上大小相等、极性相反的输入信号,称为差模输入。
ui1=−ui2
uid=ui1−ui2=2ui1
(uid称为差模输入电压)
ui1使VT1产生的增量集电极电流为ic1,ui2使VT2产生的增量集电极电流为ic2。由于VT1、VT2管的集电极电流分别为
iC1=ICQ1+ic1iC2=ICQ2+ic2=ICQ1+ic1此时两管的集电极电压分别为uC1=VCC−iC1RC=VCC−(ICQ1+ic1)RC=(VCC−ICQ1RC)−ic1RC=UCQ1−uo1uC2=VCC−iC2RC=VCC−(ICQ2+ic2)RC=(VCC−ICQ2RC)−ic2RC=UCQ2−uo22026/4/30128电子技术Chapter2放大电路故差分放大电路两管集电极之间的差模输出电压uod为 uod=uC1−uC2=uo1−uo2=2uo1由于两管集电极增量电流大小相等、方向相反,流过RE时相抵消,所以流经RE的电流不变,仍等于静态电流IE,也就是说在差模输入信号的作用下,RE两端压降几乎不变,这样RE对于差模信号来说相当于短路,所以双端输入—双端输出的差模电压放大倍数为2026/4/30129电子技术Chapter2放大电路也就是说差分放大电路双端输入—双端输出的差模电压放大倍数等于单管放大器的电压放大倍数,即当两集电极之间有负载电阻RL时,其电压放大倍数为这里的
差分放大电路的输入电阻
Rid=2rbe差分放大电路的输出电阻
Ro≈2RCRL´=RC//(RL/2)2026/4/30130电子技术Chapter2放大电路例2-6在前教材图2-28(a)所示的差分放大电路中,已知VCC=VEE=12V,RC=10kΩ,RE=20kΩ,三极管的β=80,
rbb´=
200Ω,UBEQ=0.6V,两输出端之间外接负载电阻20kΩ。试求:(1)放大电路的静态工作点;(2)放大电路的差模电压放大倍数Aud、差模输入电阻Rid和输出电阻Ro。解:(1)求静态工作点2026/4/30131电子技术Chapter2放大电路(2)求Aud、Rid及Ro
2026/4/30132电子技术Chapter2放大电路(2)共模输入与共模抑制比在差分放大电路的两个输入端加上大小相等、极性相同的信号,称为共模输入。如下图(a)所示。令ui1=ui2=uic,在共模信号作用下,VT1、VT2管的发射极电流同时增加(或减小),由于电路是对称的,所以电流的变化量ie1=ie2,则流过RE的电流增加2ie1(或2ie2),RE两端的压降变化量为ue=2ie1RE=ie(2RE),也就是说,RE对每个晶体管的共模信号有2RE的负反馈效果,由此可得共模信号的交流通路图如下图(b)所示。2026/4/30133电子技术Chapter2放大电路由于差分放大电路两管电路对称,对于输入共模信号来说,两管集电极电位的变化相同,即uc1=uc2,因此,双端共模输出电压为
uoc=uc1−uc2=02026/4/30134电子技术Chapter2放大电路但是在实际电路中,两管的性能不可能完全相同,因此,uco不等于零,所以要求uco越小越好。双端输出电压uco与共模输入电压uic之比,定义为差分放大电路的共模电压放大倍数Auc,即Auc=uco/uic。若两管的性能完全相同,则差分放大电路的Auc=0。由于温度变化或电源电压的波动引起两管集电极电流的变化是相同的,我们可以把它们的影响等效地看作差分放大电路的输入端加了共模信号,因此,差分放大电路对温度的影响具有很强的抑制作用。另外,外界的干扰信号也可视为两管基极有共模信号输入,所以这种外界干扰可以得到有效的抑制。2026/4/30135电子技术Chapter2放大电路在实际应用中,差分放大电路两端的输入信号既有差模信号输入成分,又有无用的共模信号输入成分。差分放大电路对有用的差模信号具有良好的放大能力,而对无用的共模信号又有较强的抑制能力,为了表征差分放大电路的这种能力,通常采用共模抑制比KCMR这一指标来表示,它为差模电压放大倍数Aud与共模电压放大倍数Auc之比的绝对值,即2026/4/30136电子技术Chapter2放大电路例2-7已知差分放大电路的输入信号ui1=1.01V,ui2=0.99V,试求差模和共模输入电压;若Aud=−50、Auc=−0.05,试求该差分放大电路的输出电压uo及KCMR。解:(1)求差模和共模输入电压
①差模输入电压
uid
=
ui1−ui2
=
1.01−0.99(V)=0.02V
即VT1的差模输入电压等于0.01V,VT2的差模输入电压等于−0.01V。
②共模输入电压
uic=(ui1+ui2)/2=(1.01+0.99)/2(V)=1V2026/4/30137电子技术Chapter2放大电路则用共模和差模信号表示两个输入电压时,有(2)求输出电压
差模输出电压uod等于
uod=Auduid=−50×0.02(V)=−1V在差模和共模信号同时存在的情况下,对于线性放大电路来说,可利用叠加原理来求总的输出电压,故该差分放大电路的输出电压uo为
uo=Auduid+Aucuic=−1−0.05V=−1.05V共模抑制比KCMR等于2026/4/30138电子技术Chapter2放大电路2.9.3具有恒流源的差分放大器问题的提出:由前对差分放大电路的分析可知,加大电阻RE可使共模抑制比提高,但RE过大,为了保证三极管有合适的静态工作点,必须加大负电源VEE的值,这显然是不合理的,为了提高差分放大电路对共模信号的抑制能力,常采用电流源代替RE,电流源不仅仅在差分放大电路中使用,而且在模拟集成电路中常用作偏置电路和有源负载。1.恒流源电路
①基本恒流源电路。
②改进型的恒流源电路。
③比例型恒流源电路。
④镜像恒流源。
⑤微电流源。2026/4/30139电子技术Chapter2放大电路2.具有电流源的差分放大器采用晶体管构成电流源来代替电阻RE的差分放大电路如右图所示,图中VT1、VT2构成比例电流源电路,R1、VT4、R2构成基准电流电路。具有恒流源的差分放大电路2026/4/30140电子技术Chapter2放大电路可见,当R1、R2、R3、VEE一定时,IC3就为一恒定的电流,由于电流源有很大的动态电阻,故采用电流源的差分放大电路其共模抑制比可提高1~2个数量级,所以在集成电路中得到了广泛应用。例2-8具有调零的差分放大电路如下图所示,设VT1~VT4的β=100,=200Ω,RC=7.5kΩ,R1=6.2kΩ,R2=R3=100Ω,VCC=VEE=6V,电位器RP=100Ω,构成发射极调零电路,用来消除实际差分放大电路由于两边电路不完全对称而产生的零输入时非零输出的失调现象。试求:(1)电路的静态工作点;(2)电路的差模Aud、Rid、Ro。2026/4/30141电子技术Chapter2放大电路解:(1)电路的静态工作点
对于具有电流源的差分放大电路,计算静态工作点应从电流源入手。2026/4/30142电子技术Chapter2放大电路2026/4/30143电子技术Chapter2放大电路(2)求Au、Rid和Ro由于RP不在差分放大电路公共发射极电路中,因此它对每边都产生负反馈,假定RP的触点置于中间位置,即VT1、VT2、发射极各接电阻50Ω,如上图(b)所示,可得差模电压放大倍数为差模输入、输出电阻分别为2026/4/30144电子技术Chapter2放大电路3.差分放大电路的差模传输特性传输特性是表示差分放大电路差模输出信号随差模输入电压变化的曲线,2026/4/30145电子技术Chapter2放大电路传输特性有以下3个。①差分放大电路两管集电极电流之和等于电流源电流Io,因此,当其中一管电流增大时,另一管电流必将减小。当输入差模电压ui=0时,放大器处于静态,这时iC1=iC2=0.5Io,即iC1=ICQ1,iC2=ICQ2,而且ICQ1=ICQ2=0.5Io。②当差模输入电压ui在0~±UT(±26mV)之间时,差模输出(iC1−iC2)与差模输入电压呈线性关系。传输特性的斜率就反映差分放大电路的差模放大特性,作为小信号线性放大时,输入差模信号电压必须在±26mV之内。③差模输入电压超过±4UT(在室温下约为±100mV)时,传输特性已趋于一水平线,这表明一管已截止,Io几乎全部流入另一管,此时差模输出不再随输入的差模电压而变化,趋于恒定,差分放大电路进入非线性区,因此,它具有良好的限幅特性。2026/4/30146电子技术Chapter2放大电路2.9.4差分放大电路输入、输出方式的4种组态差分放大电路有4种输入、输出方式:①双端输入—双端输出的差分放大电路;②双端输入—单端输出的差分放大电路;③单端输入—双端输出的差分放大电路;④单端输入—单端输出的差分放大电路。具体的差分放大电路的性能,请参阅教材P552026/4/30147电子技术Chapter2放大电路2.10功率放大电路在多级放大电路的末级要求具有较大的输出动态范围,向负载提供功率的放大电路称为功率放大电路,2.10.1功率放大电路的分类
功率放大电路的类型很多,常用的有甲类功率放大电路、乙类功率放大电路、甲乙类功率放大电路、丙类功率放大电路等。2026/4/30148电子技术Chapter2放大电路2.10.2功率放大电路的要求对于功率放大电路,人们一般要求满足以下几点:
①要求输出功率尽可能大;
②非线性失真要小;
③效率要高;
④处理好半导体三极管的散热问题。2026/4/30149电子技术Chapter2放大电路2.10.3互补对称功率放大电路常见的互补对称功率放大电路如下图所示。2026/4/30150电子技术Chapter2放大电路一、互补对称功率放大电路1.双电源互补对称功率放大电路(1)电路的组成
VT1、VT2分别为NPN和PNP型管,RL为负载电阻,+VCC为正电源,−VEE为负电源,两管的基极连接在一起,发射极也连在一起。信号从基极输入、发射极输出。这里要求两管的特性相同,+VCC与−VEE大小相等,如图(a)所示。2026/4/30151电子技术Chapter2放大电路(2)工作原理①静态(ui=0)时,VT1、VT2均处于零偏置,所以VT1、VT2都截止,则ICQ1、ICQ2均为零,输出电压uo=0,此时电路不消耗功率。②动态时,放大电路有正弦信号ui输入,在ui为正半周时,VT1导通,VT2截止,VCC通过VT1向RL提供电流iC1,产生输出电压uo的正半周,如图(b)所示;在ui为负半周时,VT1、截止,VT2导通,−VEE通过VT2向RL提供电流iC2,产生输出电压uo的负半周,如图(c)所示。由此可见,VT1、VT2轮流导通,相互补足对方缺少的半个周期,RL上得到与输入信号相接近的电流和电压,故称这种电路为互补对称功率放大电路。2026/4/30152电子技术Chapter2放大电路2.甲乙类互补对称功率放大电路(1)甲乙类双电源互补对称放大电路2026/4/30153电子技术Chapter2放大电路在乙类功率放大电路中,由于VT1、VT2没有基极偏置电流,静态时,UBE1=UBE2=0,当输入信号小于晶体管的死区电压时,管子仍处于截止状态,因此,在输入信号的一个周期内,VT1、VT2轮流导通时形成的基极电流波形在过零点附近一个区域内出现失真,从而使输出电流和电压出现同样的失真,这种失真称为“交越失真”,为了消除交越失真,可分别给两管和发射结加很小的正偏压,使两管在静态时处于微导通状态,两管轮流导通时,交替的比较平滑,从而减小了交越失真。这时的管子应处在甲乙类放大状态。2026/4/30154电子技术Chapter2放大电路前图所示电路中的偏置电压不易调整,采用右图所示电路,调整R1、R2的分压比,就可以改变VT1、VT2两管的偏压。其原理是:设流入VT4的基极电流远小于流过R1、R2的电流,所以,UCE4用以供给VT1、VT2两管偏置电压,由于UBE4基本为一固定值0.6~0.7V,因此,只要适当调节R1、R2的比值,就可以改变VT1、VT2两管的偏压值。2026/4/30155电子技术Chapter2放大电路(2)甲乙类单电源互补对称功率放大电路我们可采用单电源互补对称功率放大电路,如图所示。VT1、VT2为互补对称管,VT3为共发射极放大电路,RB1、RB2为VT3的基极偏置电阻,RE为共发射极直流负反馈电阻,CE为发射极旁路电容,VD1、VD2为VT1、VT2的基极温度补偿二极管,C1为输入电容,C2为输出电容,RL为负载电阻。静态时,E点的电压为1/2VCC,这种电路称为OTL电路。2026/4/30156电子技术Chapter2放大电路工作原理
当输入正弦信号ui时,在负半周,VT1导通、VT2截止,电流从VCC→VT1→E点→电容C2→RL→地,这时电流向C2充电,也在RL上形成了上正下负的输出电压;当输入信号为正半周时,VT3集电极电压升高使得VT1截止、VT2导通,这时被充上电的电容C2放电(相当于一个电源),电流经C2的正极→E点→VT2→地→RL→电容的负极,在RL上形成下正上负的输出电压。这样,在RL上形成了一个完整的正弦波信号,即输出信号。2026/4/30157电子技术Chapter2放大电路3.复合管互补对称放大电路(1)复合管常见的复合管实例2026/4/30158电子技术Chapter2放大电路复合管的电流放大系数近似为组成该复合管的各三极管β值的乘积由于β1+β2>>β1β2,所以β≈β1β2。同型复合管的输入电阻为2026/4/30159电子技术Chapter2放大电路(2)复合管互补对称功率放大电路举例2026/4/30160电子技术Chapter2放大电路二、功率与效率1.输出功率输出电流Io和输出电压Uo的有效值的乘积就是功率放大电路的输出功率,即由于所以上式可写为最大不失真输出电压的幅度为2026/4/30161电子技术Chapter2放大电路式中的UCE(sat)为三极管的饱和压降,通常很小,可略去。
最大不失真输出电流的幅度为因此,功率放大器的最大输出功率为2.直流电源的供给功率由于每个管子只工作半个周期,因此,其集电极电流的平均值为2026/4/30162电子技术Chapter2放大电路而每个电源只提供半个周期的电流,所以两个电源供给的功率为当输出最大功率时,直流电源供给的功率为2026/4/30163电子技术Chapter2放大电路3.效率效率是负载获得信号功率PO与直流电源供给功率PDC之比,即当Uom=Uomm时,有在实际应用中,放大电路很难达到最大效率,由于饱和压降及元件损耗等因素,乙类推挽功率放大电路的效率仅能达到60%左右。2026/4/30164电子技术Chapter2放大电路4.管耗直流电源提供的输出功率除了负载获得的功率外,VT1、VT2管消耗的功率用PC表示,所以每个三极管的管耗为为求管耗最大值与输出电压幅度的关系,令PC1达到最大值,由此可得效率为50%,2026/4/30165电子技术Chapter2放大电路输出功率最大时,管耗却不是最大。因此,每个管的最大功耗为由于则最大管耗和最大输出功率的关系为由此可见,每个管的最大管耗约为最大输出功率的1/5。例题参考教材P62,例2-92026/4/30166电子技术第一章习题:
1、简述含义和内容。2、比较设计方法的区别。3、突出的优点?4、主要包括几个方面的内容?这几个方面设计中分别起什么作用?2026/4/30167电子技术TheEnd2026/4/30168电子技术电子技术授课教师:Chapter3负反馈放大电路§3.1负反馈放大电路的组成及基本关系式在放大电路中,将输出信号的一部分或全部通过某种方式引回到输入端的过程,我们称之为反馈。反馈有正、负之分,利用负反馈可以使放大电路的性能得到显著改善,利用负反馈可以使集成运算放大器构成各种比例、加法、减法、乘法、除法、微分、积分等运算电路。2026/4/30170电子技术Chapter3负反馈放大电路3.1.1负反馈放大电路的组成xi、xf和xid三者之间的关系为
xid
=
xi
−
xf信号的传输方向如图中的箭头所示。2026/4/30171电子技术Chapter3负反馈放大电路3.1.2负反馈放大电路的基本关系式基本放大电路的放大倍数为:
A
=
xo/xid反馈网
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