共发射极放大电路各元件作用.ppt

1、2.1.1共发射极放大电路各元件作用,2.1.2用小信号模型法(微变等效)分析动态,2.1 基本共射放大电路,第2章 放大电路基础,VCC(直流电源)：, 使发射结正偏，集电结反偏 向负载和各元件提供功率,C1、C2(耦合电容)： 隔直流、通交流,RB(基极偏置电阻)： 提供合适的基极电流,RC(集电极负载电阻)： 将 IC UC ， 使电流放大 电压放大,信号 ui 从AA输入,信号 uo从BB输出,2.1.1 共发射极放大电路各元件作用,基本共发射极 电路的波形：,IB,IC,UCE,ib,ic,uce,uo,二、放大电路的非线性失真,因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶

2、体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。,1. “Q”过低引起截止失真,NPN 管： 顶部失真为截止失真。,PNP 管： 底部失真为截止失真。,不发生截止失真的条件：IB Ibm 。,交流负载线,2. “Q”过高引起饱和失真,ICS,NPN 管： 底部失真为饱和失真。,PNP 管： 顶部失真为饱和失真。,IBS 基极临界饱和电流。,不接负载时，交、直流负载线重合，V CC= VCC,不发生饱和失真的条件： IB + I bm IBS,饱和失真的本质：,负载开路时：,接负载时：,受 Rc 的限制，iB 增大，iC 不可能超过 VCC/RC 。,受 RL 的限制，iB 增大，iC 不可能超过

3、 V CC/RL 。,(RL= Rc / RL),2.1.2 用小信号模型法(微变等效)分析动态,微变等效的依据： 1.非线性电路经适当近似后可按线性电路对待。 2. 利用叠加定理，分别分析电路中交、直流成分。 3. 动态是输入信号电压在直流静态工作点的基础上，各极电流、电压的变化。,二、用小信号模型分析共射放大电路,1. 画简化小信号模型电路,2. 求电压放大倍数,RL= Rc / RL,3. 求输入电阻,4. 求输出电阻,Ro = RC,输入输出相位相反,2.2.1温度对静态工作点的影响,2.2.2射极偏置电路,2.2 稳定静态工作点的放大电路 射极偏置电路,温度，输入特性曲线 ,温度 ，

4、输出特性曲线,T1,T2 ,O,2.2.1 温度对静态工作点的影响,温度对ICEO 的影响 温度每升高 10C， ICBO 约增大 1 倍。,2. 温度对 的影响 温度每升高 1C， UBE (2 2.5) mV。,3. 温度对UBE的影响 温度每升高 1C， (0.5 1)%。,输出特性曲线间距增大。,2.2.2 射极偏置电路,一、 稳定静态工作点的原理,1. Rb1 、Rb2的分压作用固定UB：,选用Rb1 、Rb2 时使：,I1(或 I2) IB,不受BJT和温度变化的影响,2. Re产生反映 IC变化的UE，引起UBE变化，使 IC基本不变。,稳定“Q”的原理：,T ,IC,UE,UB

5、固定 ,UBE ,IB,IC ,二、 静态工作点的估算,三、 动态分析,小信号等效电路,1. 电压放大倍数,Rc / RL,Au受 和温度变化的影响小,2. 输入电阻,Ri,Ri,Rb1 / Rb2,3. 输出电阻,Ro = Rc,2.3.1共集电极放大电路,2.3.2共基极放大电路,2.3 共集电极放大电路 和共基极放大电路,2.3.1 共集电极放大电路 (射极输出器、射极跟随器),一、静态分析,VCC = IB Rb + UBE + IE Re,= IB Rb + UBE + (1+ ) IB Re,IB = (VCC UBE) / Rb + (1+ ) Re,IC = I B,UCE =

6、 VCC IC Re,二、动态分析,交流通路,小信号等效电路,电压放大倍数：, 1,输入电阻：,输出电阻：,RS = RS / RB,特点：Au 1 输入输出同相，Ri 高，Ro 低 用途：输入级， 输出级， 中间缓冲级,2.3.2 共基极放大电路,电路图,习惯画法,一、静态分析（略）,交流通路,小信号模型,二、动态分析,Ri,Ri,Ro,Ro = RC,特点： 1. Au 大小与共射电路相同。 2. 输入电阻小，Aus 小。 用途：高频特性好，常用于高频电路中。,三、BJT共基极电流放大系数 ,2.4.1 绝缘栅场效应管,2.4.2 结型场效应管,2.4 场效应管及其基本放大电路,2.4.3

7、 场效应管的参数、特点及使用注意,2.4.4 其它类型场效应管,2.4.5 FET的偏置电路及静态分析,2.4.6 FET放大电路的小信号模型分析法,引 言,场效应管 FET (Field Effect Transistor),类型：,结型 JFET (Junction Field Effect Transistor),绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET),特点：,1. 单极性器件(一种载流子导电),3. 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低,2. 输入电阻高(107 1015 ，IGFET 可高达 1015 ),2.4.1 绝缘栅场效应管,一、N沟道增强型 MOS

8、FET (Mental Oxide Semi FET),1. 结构与符号,P 型衬底,(掺杂浓度低),用扩散的方法 制作两个 N 区,在硅片表面生一层薄 SiO2 绝缘层,用金属铝引出 源极 s 和漏极 d,在绝缘层上喷金属铝引出栅极 g,s 源极 source,g 栅极 gate,d 漏极 drain,2. 工作原理,1)uGS 对导电沟道的影响 (uDS = 0),a. 当 UGS = 0 ，ds 间为两个背对背的 PN 结；,b. 当 0 UGS UGS(th)(开启电压)时，GB 间的垂直电 场吸引 P 区中电子形成离子区(耗尽层)；,c. 当 uGS UGS(th) 时，衬底中电子被

9、吸引到表面，形 成导电沟道。 uGS 越大沟道越厚。,反型层 (沟道),2) uDS 对 iD的影响(uGS UGS(th),ds 间的电位差使沟道呈楔形，uDS，靠近漏极端的沟道厚度变薄。,预夹断(UGD = UGS(th)：漏极附近反型层消失。,预夹断发生之前： uDS iD。,预夹断发生之后：uDS iD 不变。,MOS工作原理,3. 转移特性曲线,UDS = 10 V,UGS (th),当 uGS UGS(th) 时：,uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值,4. 输出特性曲线,可变电阻区,uDS uGS UGS(th),uDS iD ，直到预夹断,饱和(放大区),uDS，iD

10、不变,uDS 加在耗尽层上，沟道电阻不变,截止区,uGS UGS(th) 全夹断 iD = 0,开启电压,截止区,饱和区,可 变 电 阻 区,放大区,恒流区,O,O,二、 N 沟道耗尽型 MOSFET,Sio2 绝缘层中掺入正离子 在 uGS = 0 时已形成沟道； 在 ds 间加正电压时形成 iD，,uGS UGS(off) 时，全夹断。,输出特性,转移特性,IDSS,UGS(off),夹断 电压,饱和漏 极电流,当 uGS UGS(off) 时，,O,三、P 沟道 MOSFET简介,增强型,耗尽型,2.4.2 结型场效应管,1. 结构与符号,N 沟道 JFET,P 沟道 JFET,2. 工

11、作原理,uGS 0，uDS 0,此时 uGD = UGS(off)；,沟道楔型,耗尽层刚相碰时称预夹断。,预夹断,当 uDS ，预夹断点下移。,3. 转移特性和输出特性,UGS(off),当 UGS(off) uGS 0 时,JFET工作原理,O,O,N 沟道增强型,P 沟道增强型,N 沟道耗尽型,P 沟道耗尽型,IDSS,N 沟道结型,P 沟道结型,各种FET 符号、特性的比较,2.4.3 场效应管的主要参数、特点及注意事项,1. 开启电压 UGS(th)(增强型) 夹断电压 UGS(off)(耗尽型),指 uDS = 某值，使漏极电流 iD 为某一小电流时的 uGS 值。,UGS(th),

12、2. 饱和漏极电流 IDSS,耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。,3. 直流输入电阻 RGS,指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。,JFET：RGS 107 ,MOSFET：RGS = 109 1015,一、场效应管的主要参数,4. 低频跨导 gm,反映了uGS 对 iD 的控制能力， 单位 S(西门子)。常用毫西 (mS，mA/V)。,PDM = uDS iD，受管子最高工作温度限制。,5. 最大漏极电流 IDM,6. 最大漏极功耗 PDM,O,为管子工作时允许的最大漏极电流。,7. 漏源击穿电压 U（BR）DS ：漏源间能承受的最大电压。,8. 栅源击穿

13、电压 U（BR）GS ：栅源间能承受的最大电压。,二、场效应管的主要特点及使用注意事项,特点： FET为电压控制型器件，栅极基本无电流，输入电阻高，常用做高输入阻抗输入级。 多 子导电，受温度、辐射等外界因素影响小。 噪声比BJT小（尤其是JFET） 。 MOS管制造工艺简单，体积小，功耗小，易集成。,使用注意事项： MOS管衬底与源极通常接在一起。若需分开，衬源间电压须反偏（NMOS uGS 0 ）。 MOS管输入电阻极高，使栅极感应电荷产生高压造成管子击穿。为避免栅极悬空及减少感应，储存时应将三个极短路；焊接时，用镊子短路三个极，并将电烙铁断电后焊接；不能用万用表检测，只能接入测试仪后再去

14、掉短路线测试，取下前也应先短路。 JFET可在栅源极开路情况下储存 和用万用表检测。,MOS管栅极过压保护电路 ,2.4.4 其它类型场效应管*,一、砷化镓金属 半导体场效应管 MESFET (Mental Semiconductor FET),材料: GaAs,符号:,特点: 为耗尽型器件，一般只制成N沟道，特性与JFET相似。 开关时间特别短，导通电压很小。,用途: 微波电路，高频放大电路，和高速数字逻辑电路。,二、VMOS 场效应管,因工艺上利用光刻沿垂直方向刻出一个 V 型槽而得名。,特点: 为大功率管，耐压可达1000 V以上，最大连续电流高达200 A。 非线性失真小、噪声较低、温

15、度稳定性较高、输入电阻高、驱动功率小。 极间电容小，工作频率高，用于高频电路或开关式稳压电源。,2.4.5 FET的偏置电路及静态分析,1. 工作原理,一、 自偏压电路,栅极电阻 Rg 的作用：,(1)为栅偏压提供通路,(2)泻放栅极积累电荷,源极电阻 Rs 的作用：,提供负栅偏压,漏极电阻 Rd 的作用：,把 iD 的变化变为 uDS 的变化,uGS = uG uS = iDRs,2. 静态工作点的估算,UGS = IDRs,UDS = VDD ID（ Rs+Rd）,二、分压式自偏压电路,调整电阻的大小，可获得：,UGS 0,UGS = 0,UGS 0,2.4.6 FET放大电路的小信号模型

16、分析法,一、FET 的简化小信号模型,从输入回路看，iG 0，故认为 g 、s 极间开路；,从输出回路看，漏极电流受栅、源电压控制，有：,对于正弦量：,二、用小信号模型分析 FET 共源极放大电路,有 CS 时：,无 CS 时：,Ri、 Ro 不变,例 已知 gm = 0.7 mS，求电压放大倍数、输入和输出电阻。,解：,耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。,2.5 多级阻容耦合放大电路,耦合：即信号的传送。,多级放大电路对耦合电路要求：,1. 静态：保证各级Q点设置,2. 动态: 传送信号。,要求：波形不失真，减少压降损失。,设: 1=2=50, rbe1 = 2.9k ,

17、rbe2 = 1.7 k,2.5.1 典型电路,关键:考虑级间影响。,1. 静态: Q点同单级。,2. 动态性能:,方法:,ri2 = RL1,2.5.2 性能分析,考虑级间影响,1,微变等效电路:,1. ri = R1 / rbe1 +（ +1)RL1,其中: RL1= RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe1=RE1/RL1 = RE1/ri2= 27 / 1.7 1.7k, ri =1000/(2.9+511.7) 82k,2. ro = RC2= 10k,3. 中频电压放大倍数:,其中：,多级阻容耦合放大器的特点：,(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点

18、相互独立，分别估算。 (2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压。 (3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。 (4) 总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。 (5) 总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻ri1 。 (6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。,由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。,例1：放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V ，R1=100k， R2=33k ，RE1=2.5k，RC=5k，1=60，； RB=570k，RE2=5.6k， 2 =100，RS=20k ，RL=5k,求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au、ri和ro 。 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Au和Aus 。,ri = R1/ R2/ rbe =1.52 k,(1) 由于RS大，而ri小，致使放大倍数降低； (2) 放大倍数与负载的大小有关。例： RL=5k 时, Au= - 93；RL=1k 时, Au= - 31 。,求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。,2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au 、ri和ro 。,讨论：带负载能