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文档简介
2026/5/121第7章放大电路基础§7.1晶体
在一块完整的半导体单晶上制作两个PN结,就获得三极管。一.基本结构图7-1半导体三极管的结构工艺
三极管有两种基本类型:PNP三极管和NPN三极管。它们的结构示意图及电路符号如图7-2所示。
对比二极管、三极管虽然仅多了一个PN结,但性能上却有质的飞跃。因为它不仅具有开关作用,而且具有放大信号的功能。
图7-2晶体管结构示意图及电路符号二.电流分配和放大原理1.
三极管外部电路连接条件
为了使三极管产生放大作用,两个PN结必须加上正确的电压极性,原则是:发射结(EB结)——正向电压(正向偏压)集电结(CB结)——反向电压(反向偏压)而且一般要求|U反|>>|U正|如图7-3所示。图7-3三极管两个PN结的偏置方法2.
载流子在三极管内的传输过程以P+NP管为例,载流子的传输经历三个阶段:①注入图7-4多数载流子的注入
由于EB结加有正向偏压UEE,发射区多数载流子(空穴)在正向偏压帮助下大量越过阻挡层扩散到基区,构成IEP;同时基区多数载流子(电子)扩散到发射区,构成IEN,因而发射极电流
2026/5/126
上述多数载流子在正向偏压帮助下,越过边界向对方扩散的过程称为注入。所形成的电流就是发射极电流。(注意:电子运动方向与由此引起的电子电流方向相反,图7-5中IEN的箭头方向是代表电子扩散运动的方向。)
一般,发射区空穴浓度远大于基区电子浓度(P+N结),所以IEP>>
IEN,使
IE≈
IEP
另外,CB结加有反向偏压UCC,有一反向饱和电流ICBO流过。IEN与ICBO均不参加载流子在三极管内部的传输过程,而且数值也很小,一般可以忽略。②扩散空穴注入基区后,靠近EB结边界上的基区的空穴浓度大大增加,而其他部分空穴浓度较低,鉴于这种浓度差,空穴就会继续向前扩散,如图7-5所示。图7-5空穴在基区中的扩散
当然,在基区的扩散过程中,也有空穴会与那里的多数载流子电子相遇而被复合。但如果:
a.基区很薄
b.基区电子浓度很低(要求基区施主杂质浓度很低)则这种复合机会将大大减少,以致绝大多数空穴均能经扩散到达CB结边界。只有少量空穴在基区中与电子复合,不能到达CB结。复合将使基区电子减少,应由外电路补充,形成基极复合电流IBP。③收集
空穴到达CB结边界时,遇到CB结强大的电场,此电场的方向对空穴起加速作用,而被“拉”入集电区,构成集电极电流ICP。此过程称为收集。如图7-6所示。2026/5/129结论:①.在P+NP管内,空穴的传输过程包含三个基本环节:
注入扩散(少量被复合)收集②.载流子传输过程的实现,使输出的集电极电流ICP决定于输入的发射极电流IEP,即ICP
≈
IEP图7-6载流子的收集③.由于IEP受正向偏压影响极大(参阅图7-20),EB结UEB
IE
IC这种控制作用正是三极管具有放大作用的根本原因。正向偏压的微小改变将引起正向电流IEP的剧烈改变,于是ICP也跟着剧烈改变。三极管的控制过程表示如下:若用水流比喻,我们可以用图7-7形象化加以理解。图7-7④.电流传输过程能够得以实现的内部原因,完全是由于.因此ⓐⓑ两点是三极管具有放大作用的内部条件。以上分析过程和结论同样适合N+PN管。ⓐ基区很薄。ⓑ基区掺杂浓度较低。很薄的基区将两个偏置相反的PN结联成一个统一的整体,使该整体具有放大信号的能力,而非两个孤立的二极管。4.电流流通情况
传输过程讲的是三极管内部主要的电流成份,如果把忽略掉的次要的电流IEN及ICBO也表示在图上,便得图7-8电流流通示意图。图7-8三极管内电流流通示意图由此图可得各电极的电流
IE
=IEP+IEN
IC
=ICP+ICBO
(7-1)
IB
=IBP+IEN-ICBO三者之间关系
IE
=IC+IB
(7-2)
2026/5/12145.三种连接方式
根据输入、输出回路公共端与三极管哪一个电极相联,三极管放大电路可以分成以下三种基本形式,共基极放大电路,共发射极放大电路以及共集电极放大电路,如图7-9所示。图7-9三种电路形式②.输入、输出的公共端,往往作为电路中电位的参考点,并接“地”。说明:①.图7-9中暂时没有画出交流信号的输入与输出。③.不同连接方式,电路性能也不同,但均须保证三极管处于放大状态,即满足放大的外部条件:
EB结——正向偏置
CB结——反向偏置6.电流分配关系①.共基极直流电流放大系数定义(7-3)则(7-4)注意:<1,一般=0.95~0.99(7-5)如果忽略ICBO(7-6)把式(7-6)表示于图7-10中,清楚地说明了三极管各电极之间的电流分配关系。图7-10电流分配关系②.共发射极直流电流放大系数定义(7-7)则(7-8)对于具有正常放大能力的三极管,>>1。于是(7-9)
式中,ICEO=(1+)ICBO
称为穿透电流,是基极开路(IB=0)时的集电极电流。如图7-11所示。图7-11穿透电流如果忽略ICBO
而
IE=(1+)IB
(7-11)或(7-10)用表示电流分配关系时,可得图7-12所示。以上表明,IB与IC有正比例关系,IB与IE也成正比例。图7-12电流分配关系说明:ⓐ三极管三个电极的电流分配关系,用或均能表示,但确定。应用更广泛一些。这两个参数之间的关系由式(7-12)ⓑ电流分配关系不随电路连接方式而变。IB,IE,IC这三个量中只要IB
(或IE
)发生改变,其它电流必定随之改变。在共基电路中,可改变输入电流IE使输出电流IC发生改变。在共发电路中,可改变输入电流IB使输出电流IC发生改变。在共集电路中,可改变输入电流IB使输出电流IE发生改变。即(7-12)或改写成(7-13)ⓒ由于IB<<IC,意味着IB的微小变化将引起IC的很大变化。这样便实现了以弱电流控制强电流的目的。7.交流电流放大系数它表示三极管各电极电流微变量之间的关系。共发射极交流电流放大系数
定义为(7-14)参数
是IB对IC控制能力的衡量。共基极交流电流放大系数
定义为(7-15)一般讲,直流电流放大系数(或)与交流电流放大系数
(或
)数值并不相等,但对大多数线性放大管而言,可以近似看成相等,两者不予严格区别。最后需要指出,这里虽然采用“电流放大”这一名词,但是能量不能放大,而只能守恒,因此所谓“放大”本质上是一种控制作用。例7-5已知某三极管,;当IB增加到时,。求:,,
,
。IC变成解:该三极管三个电极电流的相对比例关系,如图7-13所示。图7-13三.三极管特性曲线包括输入特性曲线与输出特性曲线。不同连接方式特性曲线有所不同,这里仅讨论共发射极特性曲线。它是表示以输出电压UCE为参变量,共发电路输出电压UBE1.共发射极输入特性曲线与输入电流IB之间的关系曲线:
图7-14共发射极输入特性
由于共发电路的输入端就是BE结的两端,因而其输入伏安特性必然类似于PN结的伏安特性,如图7-16(b)所示。但是,共发射极输入特性的纵坐标是IB而不是孤立PN结的正向电流,而且IB受UCE一定的影响。
我们注意到UCE<0.3V时,UCE对输入特性影响较大,UCE>0.3V以后,影响较小,对于一般工作于放大状态的三极管总满足条件UCE>0.3V,这时诸输入特性靠得很近,通常只画出一条特性曲线。
三极管也有一个死区电压,当UBE小于死区电压时,IB几乎为零,管子接近截止状态,超过死区电压IB(以及IC)明显增加,管子开始明显导通,故死区电压又称导通电压,用UBE(on)表示。Si管与Ge管导通电压绝对值范围如下:
0.2~0.3伏(Ge管)导通电压UBE(on)=(7-16)
0.6~0.7伏(Si管)2.共发射极输出特性曲线
它是表示以输入基极电流IB为参变量,共发电路输出电压UCE
与输出电流IC
之间的关系曲线。IC=f(IB,UCE,)我们先讨论三极管放大状态下的输出特性。
如前所述,集电极电流IC是由IE传输过来的,只要UCE足够大,保证CB结处于反向偏置,则IC仅决定于IE(也就是决定于CB)而与UCE无关。如图7-15所示。图7-15三极管放大状态下的输出特性
这表明半导体三极管具有恒流的输出特性。该恒流值仅取决于IB,因此三极管输出电流IC是电流控制的电流源。图7-16是不同IB时的输出特性一例。图7-16不同IB时放大区的输出特性图7-17是完整的输出特性曲线。图7-17共发射极输出特性曲线输出特性曲线分四个区域:放大区,截止区,饱和区及击穿区。①.放大区(也称线性区)上式右边第二项是不可控电流,它受温度影响很大,造成IC的温度漂移,是不稳定因素。但对于硅三极管,ICEO极小,可以忽略。IC与IB有正比的关系:该区中IB对IC的控制作用满足方程:(7-17)使三极管工作于放大区的外部条件是BE结正偏,CB结反偏,如图7-46所示。②.截止区IB=0以下的区域,这时IC=ICEO
。使三极管进入截止区的条件是:BE结与CB结均反向偏置,如图7-47所示。图7-19三极管进入截止区的偏压情况图7-18放大区三极管的偏置方法③.饱和区当UCE较小,满足条件UCE<UBE时,三极管进入饱和区。图7-48表示在不同UCE数值下,管子各电极的偏压情况。可见,UCE较小时,CB结由原来的反向偏置转变为正向偏置,结果EB结及CB结均为正偏。如图7-49所示。图7-20饱和状态
饱和状态下,集电极电流锐减而基极电流剧增,这是由于CB结正偏时,CB结将产生反向注入,如图7-50箭头所示。图中,IF是EB结的正向注入电流,其被集电区收集的电流为
FIF。(
F是共基极正向电流放大系数)图7-21三极管进入饱和区的偏压情况图7-22BE结与CB结均为正偏时载流子的传输IR是CB结的反向注入电流,其被发射区收集的电流为
RIR。(
R是共基极反向电流放大系数)故,饱和状态下,(7-18)
由式(7-18)可见,由于CB结反向注入的出现,IC将减小,IB将增加。在饱和区,IC不再受IB控制,放大区的
不适用于饱和区。对于线性放大电路,为了不产生波形失真,应力求避免进入饱和区及截止区。
最后应指出,①实际三极管的放大区特性并非严格的水平,而是略微向上翘,如图7-51所示。这意味着UCE的变化对IC仍存在一定的影响,三极管输出特性并非理想恒流源。实际输出特性的延长线与横坐标的交点VA称为厄尔利电压(Early)。图7-23实际放大区特性与理想特性的区别②当IB等量增加时,输出特性曲线并不一定等间隔地平行上移,特别是在IC值过大和过小的区域内,输出特性曲线显得比较密集,如图7-24(a)所示。图7-24这意味着直流不是常数,交流
也不是常数。特性稠密处
较小,稀疏处,
较大,仅在IC的一定范围内,
随IC的变化很小,可近似认为是常数,但对于大多数放大特性良好的三极管仍然可认为
是一个常数,与
也较为接近。图7-25输出特性例
已知图7-25输出特性各点电流如下:(1)计算Q1,Q2,Q4各点直流(2)由Q1~Q2两点的增量电流,计算交流
(3)由Q3~Q4两点的增量电流,计算交流
(2)由Q1~Q2两点,计算交流
由Q3~Q4两点,计算交流
图7-25输出特性Q4点(1)在Q1点Q2点解:四.极限参数这是为了保证三极管安全工作引入的参数,包括:1.集电极最大允许电流ICMIC超过ICM时,
值下降到正常值的2/3以下,但不会立即损坏。2.集电极反向击穿电压U(BR)CEO基极开路时,加在CE之间的最大允许电压。3.集电极最大允许耗散功率PCMIC流经三极管时会发热,产生管子的功率损耗,PCM就是保证不烧坏晶体管所允许的最大管耗。以上三个参数共同确定三极管的安全工作区,如图7-54所示。图7-26安全工作区本单元重点:电理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点。掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念,了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的工作原理。理解反馈的概念,了解负反馈对放大电路性能的影响。了解差动放大电路的工作原理和性能特点。了解场效应管的电流放大作用、主要参数的意义本单元难点:共射极放大电路、射极输出器的原理407.2基本放大电路的组成7.2.1共发射极基本放大电路组成
共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE41基本放大电路各元件作用
晶体管T--放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。基极电源EB与基极电阻RB--使发射结处于正偏,并提供大小适当的基极电流。共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE42集电极电源EC--为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系,同时使信号顺利输入、输出。信号源负载共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE43单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE448.1.3共射极放大电路的电压放大作用UBEIBICUCE无输入信号(ui
=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO45ICUCEOIBUBEO结论:(1)无输入信号电压时,三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和
IC、UCE
。
(IB、UBE)
和(IC、UCE)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。QIBUBEQUCEIC46UBEIB无输入信号(ui
=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE?有输入信号(ui
≠0)时uCE=UCC-iC
RCuo
0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO47结论:(2)加上输入信号电压后,各电极电流和电压的大小均发生了变化,都在直流量的基础上叠加了一个交流量,但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析48结论:(3)若参数选取得当,输出电压可比输入电压大,即电路具有电压放大作用。(4)输出电压与输入电压在相位上相差180°,即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO491.实现放大的条件(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏,集电结反偏。(2)正确设置静态工作点,使晶体管工作于放大区。(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压,经电容耦合只输出交流信号。502.直、流通路和交流通路
因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大,可以认为它对交流分量不起作用,即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样,交直流所走的通路是不同的。直流通路:无信号时电流(直流电流)的通路,用来计算静态工作点。交流通路:有信号时交流分量(变化量)的通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。7.2.2放大电路的静态分析静态:放大电路无信号输入(ui
=0)时的工作状态。分析方法:估算法、图解法。分析对象:各极电压电流的直流分量。所用电路:放大电路的直流通路。设置Q点的目的:
(1)
使放大电路的放大信号不失真;
(2)
使放大电路工作在较佳的工作状态,静态是动态的基础。——静态工作点Q:IB、IC、UCE
。静态分析:确定放大电路的静态值。2026/5/1252用估算法确定静态值1.
直流通路估算IB根据电流放大作用2.由直流通路估算UCE、IC当UBE<<UCC时,+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+
UBE由KVL:UCC=ICRC+
UCE所以UCE=UCC–
ICRC2026/5/1253例:用估算法计算静态工作点。已知:UCC=12V,RC=4k
,RB=300k,
=37.5。解:注意:电路中IB
和IC
的数量级不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB2026/5/1254例:用估算法计算图示电路的静态工作点。
由例1、例2可知,当电路不同时,计算静态值的公式也不同。由KVL可得:由KVL可得:IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB2026/5/1255用图解法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤:
1.用估算法确定IB优点:
能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。2.由输出特性确定IC
和UCCUCE
=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流负载线方程2026/5/1256
直流负载线斜率ICQUCEQUCCUCE
=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点O7.2.3
放大电路的动态分析动态:放大电路有信号输入(ui
0)时的工作状态。分析方法:
微变等效电路法,图解法。所用电路:
放大电路的交流通路。动态分析:
计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象:
各极电压和电流的交流分量。目的:
找出Au、ri、ro与电路参数的关系,为设计打基础。微变等效电路法
微变等效电路:把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化,等效为一个线性元件。线性化的条件:晶体管在小信号(微变量)情况下工作。因此,在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法:利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。
晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。
当信号很小时,在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。1.晶体管的微变等效电路
UBE
IB对于小功率三极管:rbe一般为几百欧到几千欧。(1)输入回路Q输入特性晶体管的输入电阻
晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替,即由rbe来确定ube和ib之间的关系。IBUBEO2026/5/1260(2)输出回路rce愈大,恒流特性愈好因rce阻值很高,一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性ICUCEQ
输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。晶体管的电流放大系数
晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替,即由
来确定ic和ib之间的关系。
一般在20~200之间,在手册中常用hfe表示。O2026/5/1261ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-1.晶体管的微变等效电路rbeBEC
晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。
晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。622.
放大电路的微变等效电路
将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii63
分析时假设输入为正弦交流,所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路
将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS643.电压放大倍数的计算当放大电路输出端开路(未接RL)时,因rbe与IE有关,故放大倍数与静态IE有关。负载电阻愈小,放大倍数愈小。
式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。例1:rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS65rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2:
由例1、例2可知,当电路不同时,计算电压放大倍数Au
的公式也不同。要根据微变等效电路找出ui与ib的关系、uo与ic
的关系。664.放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说,是一个负载,可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。定义:
输入电阻是对交流信号而言的,是动态电阻。+-信号源Au放大电路+-输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大,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。放大电路信号源+-+-67rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE
例:rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例:riri5.
放大电路输出电阻的计算放大电路对负载(或对后级放大电路)来说,是一个信号源,可以将它进行戴维宁等效,等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。+_RLro+_定义:
输出电阻是动态电阻,与负载无关。
输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小,负载变化时输出电压的变化愈小,因此一般总是希望得到较小的输出电阻。RSRL+_Au放大电路+_rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点:
1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.例:求ro的步骤:1)
断开负载RL3)外加电压4)求外加2)令或rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例:求ro的步骤:1)
断开负载RL3)外加电压4)求2)令或动态分析图解法QuCE/VttiB/
AIBtiC/mAICiB/
AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=
由uo和ui的峰值(或峰峰值)之比可得放大电路的电压放大倍数。
7.2.4
非线性失真
如果Q设置不合适,晶体管进入截止区或饱和区工作,将造成非线性失真。若Q设置过高,动画
晶体管进入饱和区工作,造成饱和失真。Q2uo
适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1若Q设置过低,动画
晶体管进入截止区工作,造成截止失真。
适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/
AiB/
AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE
如果Q设置合适,信号幅值过大也可产生失真,减小信号幅值可消除失真。7.2.5静态工作点的稳定
合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。
前述的固定偏置放大电路,简单、容易调整,但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下,将引起静态工作点的变动,严重时将使放大电路不能正常工作,其中影响最大的是温度的变化。温度变化对静态工作点的影响
在固定偏置放大电路中,当温度升高时,UBE
、
、ICBO
。
上式表明,当UCC和
RB一定时,IC与UBE、
以及ICEO有关,而这三个参数随温度而变化。温度升高时,
IC将增加,使Q点沿负载线上移。iCuCEQ温度升高时,输出特性曲线上移Q´
固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的,为此需要改进偏置电路。当温度升高使IC
增加时,能够自动减少IB,从而抑制Q点的变化,保持Q点基本稳定。结论:
当温度升高时,
IC将增加,使Q点沿负载线上移,容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真,甚至引起过热烧坏三极管。O7.2.5分压式偏置电路1.稳定Q点的原理
基极电位基本恒定,不随温度变化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–7.2.5分压式偏置电路1.稳定Q点的原理VB
集电极电流基本恒定,不随温度变化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但I2越大,RB1、RB2必须取得较小,将增加损耗,降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高,在UCC一定时,势必使UCE减小,从而减小放大电路输出电压的动态范围。在估算时一般选取:I2=(5~10)IB,VB=(5~10)UBE,RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。参数的选择VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–Q点稳定的过程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定
RE:温度补偿电阻
对直流:RE越大,稳定Q点效果越好;
对交流:RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。2.静态工作点的计算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–3.动态分析对交流:旁路电容CE
将RE
短路,RE不起作用,Au,ri,ro与固定偏置电路相同。如果去掉CE,Au,ri,ro
?旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–
去掉CE后的微变等效电路短路对地短路如果去掉CE,Au,ri,ro
?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小分压式偏置电路ri提高ro不变对信号源电压的放大倍数?信号源考虑信号源内阻RS时RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–例1:
在图示放大电路中,已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω,RE2=2.7kΩ,RB1=60kΩ,RB2=20kΩ
RL=6kΩ,晶体管β=50,UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点IB、IC及
UCE;(2)画出微变等效电路;(3)输入电阻ri、ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB(2)由微变等效电路求Au、ri
、
ro。微变等效电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE7.3射极输出器
因对交流信号而言,集电极是输入与输出回路的公共端,所以是共集电极放大电路。因从发射极输出,所以称射极输出器。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS求Q点:7.3.1静态分析直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS7.3.2动态分析1.
电压放大倍数
电压放大倍数Au
1且输入输出同相,输出电压跟随输入电压,故称电压跟随器。微变等效电路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.
输入电阻
射极输出器的输入电阻高,对前级有利。
ri与负载有关3.
输出电阻射极输出器的输出电阻很小,带负载能力强。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE共集电极放大电路(射极输出器)的特点:1.
电压放大倍数小于1,约等于1;2.
输入电阻高;3.
输出电阻低;4.输出与输入同相。2026/5/1295射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。1.
因输入电阻高,它常被用在多级放大电路的第一级,可以提高输入电阻,减轻信号源负担。2.
因输出电阻低,它常被用在多级放大电路的末级,可以降低输出电阻,提高带负载能力。3.
利用ri大、ro小以及Au
1的特点,也可将射极输出器放在放大电路的两级之间,起到阻抗匹配作用,这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。例1:.在图示放大电路中,已知UCC=12V,RE=2kΩ,
RB=200kΩ,RL=2kΩ,晶体管β=60,UBE=0.6V,信号源内阻RS=100Ω,试求:(1)
静态工作点IB、IE及UCE;(2)
画出微变等效电路;(3)
Au、ri和ro。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC(2)由微变等效电路求Au、ri
、
ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微变等效电路
7.4多级放大电路及其级间耦合方式
耦合方式:信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。
常用的耦合方式:直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。动态:传送信号减少压降损失静态:保证各级有合适的Q点波形不失真第二级
推动级
输入级
输出级输入输出多级放大电路的框图对耦合电路的要求7.4.1阻容耦合第一级第二级负载信号源两级之间通过耦合电容
C2与下级输入电阻连接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T21.
静态分析
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,互不影响,可以各级单独计算。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T22.
动态分析微变等效电路第一级第二级rbeRB2RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB1例2:如图所示的两级电压放大电路,已知β1=β2=50,T1和T2均为3DG8D。(1)计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V);(2)求放大电路的输入电阻和输出电阻;
(3)
求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。
RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M
27k
82k
43k
7.5k
510
10k
解:(1)两级放大电路的静态值可分别计算。第一级是射极输出器:
RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M
27k
82k
43k
7.5k
510
10k
第二级是分压式偏置电路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M
27k
82k
43k
7.5k
510
10k
解:第二级是分压式偏置电路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M
27k
82k
43k
7.5k
510
10k
解:rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)
计算
r
i和r
0
由微变等效电路可知,放大电路的输入电阻
ri等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器,它的输入电阻ri1与负载有关,而射极输出器的负载即是第二级输入电阻
ri2。微变等效电路rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)
计算
r
i和r
0(2)计算
r
i和r
0rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数直接耦合直接耦合:将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE22.零点漂移零点漂移:指输入信号电压为零时,输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。uotO产生的原因:晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化。直接耦合存在的两个问题:1.前后级静态工作点相互影响
若由于温度的升高IC1增加1%,试计算输出电压Uo变化了多少?已知:UZ=4V,UBE=0.6V,RC1=3k,RC2=500,
1=
2=50。温度升高前,IC1=2.3mA,Uo=7.75V。IC1=2.31.01mA=2.323mAUC1=UZ+U
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