第7章 基本放大電路PPT課件

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1、第1頁/共81頁半導(dǎo)體器件是用半導(dǎo)體材料制成的電子器件。常用的半導(dǎo)體器件有二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成各種電子電路最基本的元件。7.1.1 PN結(jié)結(jié)：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)。硅和鍺是4價(jià)元素，原子的最外層軌道上有4個(gè)價(jià)電子。第2頁/共81頁熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴室溫下，由于熱運(yùn)動(dòng)少數(shù)價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位這個(gè)空位稱為。失去價(jià)電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。在電子技術(shù)中，將空穴看成帶正電荷的載流子。每個(gè)原子周圍有四個(gè)相鄰的原子，原子之間通過緊密結(jié)合在一起。兩個(gè)相鄰原子共用一對(duì)電子。第

2、3頁/共81頁空穴運(yùn)動(dòng)（與自由電子的運(yùn)動(dòng)不同）有了空穴，鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)電子很容易過來填補(bǔ)這個(gè)空穴，這樣空穴便轉(zhuǎn)移到鄰近共價(jià)鍵中。新的空穴又會(huì)被鄰近的價(jià)電子填補(bǔ)。帶負(fù)電荷的價(jià)電子依次填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)，從效果上看，相當(dāng)于帶正電荷的空穴作相反方向的運(yùn)動(dòng)。本征半導(dǎo)體中有兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子和帶正電荷的空穴熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，電子和空穴又可能重新結(jié)合而成對(duì)消失，稱為。在一定溫度下自由電子和空穴維持一定的濃度。第4頁/共81頁在純凈半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力將大大增強(qiáng)。在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等5價(jià)元素，由于這類元素的原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)

3、構(gòu)中，由于存在多余的價(jià)電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。自由電子 多數(shù)載流子（簡稱多子）空 穴少數(shù)載流子（簡稱少子）第5頁/共81頁在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價(jià)元素，由于這類元素的原子最外層只有3個(gè)價(jià)電子，故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中，由于缺少價(jià)電子而形成大量空穴，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運(yùn)動(dòng)，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子。自由電子 多數(shù)載流子（簡稱多子）空 穴少數(shù)載流子（簡稱少子）第6頁/共81頁P(yáng) 型半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體

4、無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。少數(shù)載流子是熱激發(fā)而產(chǎn)生的，其數(shù)量的多少?zèng)Q定于溫度。第7頁/共81頁u半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。載流子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因?yàn)闈舛炔?，載流子將會(huì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為。u將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個(gè)特殊的薄層 第8頁/共81頁P(yáng) 區(qū) 空間電荷區(qū) N 區(qū)PN 結(jié)及其內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)方向P 區(qū) N 區(qū)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 多子擴(kuò)散 形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生

5、內(nèi)電場(chǎng) 少子漂移 擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)第9頁/共81頁u外加正向電壓（也叫正向偏置）u外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)削弱，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大大超過漂移運(yùn)動(dòng)，N區(qū)電子不斷擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴(kuò)散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時(shí)稱PN結(jié)處于狀態(tài)。空間電荷區(qū)變窄E R內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)PNIF第10頁/共81頁E R內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)空間電荷區(qū)變寬PNIRu外加反向電壓（也叫反向偏置）u外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，多子擴(kuò)散難以進(jìn)行，少子在電場(chǎng)作用下形成反向電流 IR，因?yàn)槭巧僮悠七\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的， IR很小，這時(shí)稱PN結(jié)處于狀態(tài)。第11頁/共81頁7.1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管

6、一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。 半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。 點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件。 面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，多用在低頻整流電路中。陽極 陰極半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)第12頁/共81頁-60 -40 -200.4 0.8 U /V40302010I /mA0正向特性反向特性半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線外加正向電壓較小時(shí)，外電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。正向電壓大于

7、死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。外加反向電壓時(shí)， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流 很小。 反向電壓大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加。第13頁/共81頁半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1）最大整流電流IF：指管子長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。2）反向擊穿電壓UB：指管子反向擊穿時(shí)的電壓值。3）最大反向工作電壓UDRM：二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最大反向電壓（約為UB 的一半）。4）反向電流IR：指管子未擊穿時(shí)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩?）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。：正向電阻為

8、零，正向?qū)〞r(shí)為短路特性，正向壓降忽略不計(jì)；反向電阻為無窮大，反向截止時(shí)為開路特性，反向漏電流忽略不計(jì)。第14頁/共81頁7.1.3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。陽極 陰極穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓UZ。反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ。工作電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的電流。（3）動(dòng)態(tài)電阻rZ。穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比。即：rZ=UZ/IZ（4）額定功率PZ和最大穩(wěn)定電流IZM。額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。最大穩(wěn)定

9、電流IZM是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。它們之間的關(guān)系是： PZ=UZIZM第15頁/共81頁7.2.1 半導(dǎo)體三極管是由兩個(gè)背靠背的PN結(jié)構(gòu)成的。在工作過程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導(dǎo)電，故又稱為，簡稱晶體管或三極管。 兩個(gè)PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個(gè)區(qū)域。這三個(gè)區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三極管有兩種類型：和。第16頁/共81頁集電結(jié) B發(fā)射結(jié)NPN集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)CCEEB集電結(jié) B發(fā)射結(jié)PNPCCEEB集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)NPN型PNP型箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時(shí)的電流方向第17頁/共81頁7.2.2 （1）產(chǎn)生放大作用的條件 內(nèi)部：a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度基

10、區(qū)集電區(qū) b）基區(qū)很薄 外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏NPNICIEIBRBUBBUCCRC（2）三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流 iEb）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合，形成基極電流 iBc）集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的電子，形成集電極電流 iC（3）電流分配關(guān)系： iE = iC + iB 第18頁/共81頁實(shí)驗(yàn)表明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有。IB雖然很小，但對(duì)IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對(duì)集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。7.2.3 ICIBRBUBBUCCRCVVA

11、mA +UCE +UBE0.4 0.8 UBE /V40302010IB /mA0UCE1V測(cè)量三極管特性的實(shí)驗(yàn)電路 三極管的輸入特性曲線輸入特性曲線輸入特性曲線與二極管類似第19頁/共81頁4321IB=003 6 9 12 UCE /V20A40A60A80A100A飽和區(qū)截止區(qū)放 大 區(qū)IC /mA輸出特性曲線輸出特性曲線（1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置BECEBEBuuui, 0, 0BCii0, 0CBiiBCii（2）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置 （3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電

12、結(jié)正向偏置）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置 此時(shí)此時(shí) 第20頁/共81頁7.2.4 1、電流放大系數(shù)、電流放大系數(shù)：iC= iB2、極間反向電流、極間反向電流iCBO、iCEO：iCEO=（1+ ）iCBO3、極限參數(shù)、極限參數(shù) （1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流 ICM： 下降到額定值下降到額定值的的2/3時(shí)所允許的最大集電極電流。時(shí)所允許的最大集電極電流。 （2）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓U（BR）CEO：基極開路時(shí)，集電基極開路時(shí)，集電極、發(fā)射極間的最大允許電壓。極、發(fā)射極間的最大允許電壓。（3）集電極最大允許功耗）集電極最大允許功耗PCM 。 第21頁/共81頁7.3

13、.1 放大的實(shí)質(zhì)：用較小的信號(hào)去控制較大的信號(hào)。RsRBus+ui+UBBRL+uo+UCCRCC1C2V+第22頁/共81頁（1）晶體管V。放大元件，用基極電流iB控制集電極電流iC。（2）電源UCC和UBB。使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處在放大狀態(tài)，同時(shí)也是放大電路的能量來源，提供電流iB和iC。UCC一般在幾伏到十幾伏之間。（3）偏置電阻RB。用來調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個(gè)合適的工作點(diǎn)，一般為幾十千歐到幾百千歐。（4）集電極負(fù)載電阻RC。將集電極電流iC的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，以獲得電壓放大，一般為幾千歐。（5）電容Cl、C2。用來傳遞交流信號(hào)，起到耦合的作用。同時(shí)

14、，又使放大電路和信號(hào)源及負(fù)載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳遞信號(hào)的電壓損失，Cl、C2應(yīng)選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用電解電容器。第23頁/共81頁Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+共發(fā)射極放大電路的實(shí)用電路第24頁/共81頁7.3.2 是指無交流信號(hào)輸入時(shí)，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時(shí)三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQBBEQCCBQRUUIBQCQIICCQCCCEQRIUU估算法估算法：耦

15、合電容可視為開路。第25頁/共81頁圖解步驟：（1）用估算法求出基極電流IBQ（如40A）。（2）根據(jù)IBQ在輸出特性曲線中找到對(duì)應(yīng)的曲線。（3）作直流負(fù)載線。根據(jù)集電極電流IC與集、射間電壓UCE的關(guān)系式UCE=UCCICRC可畫出一條直線，該直線在縱軸上的截距為UCC/RC，在橫軸上的截距為UCC，其斜率為1/ RC ，只與集電極負(fù)載電阻RC有關(guān)，稱為直流負(fù)載線。（4）求靜態(tài)工作點(diǎn)Q，并確定UCEQ、ICQ的值。晶體管的ICQ和UCEQ既要滿足IB=40A的輸出特性曲線，又要滿足直流負(fù)載線，因而晶體管必然工作在它們的交點(diǎn)Q，該點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)。由靜態(tài)工作點(diǎn)Q便可在坐標(biāo)上查得靜態(tài)值ICQ和U

16、CEQ。圖解法圖解法第26頁/共81頁IB=00UCE/V20A40A60A80AIC/mAQICQUCEQUCCRCUCCIB=40A的輸出特性曲線由UCE=UCCICRC所決定的直流負(fù)載線兩者的交點(diǎn)Q就是靜態(tài)工作點(diǎn)過Q點(diǎn)作水平線，在縱軸上的截距即為ICQ過Q點(diǎn)作垂線，在橫軸上的截距即為ICQ第27頁/共81頁7.3.3 是指有交流信號(hào)輸入時(shí)，電路中的電流、電壓隨輸入信號(hào)作相應(yīng)變化的狀態(tài)。由于動(dòng)態(tài)時(shí)放大電路是在直流電源UCC和交流輸入信號(hào)ui共同作用下工作，電路中的電壓uCE、電流iB和iC均包含兩個(gè)分量。RsRBus+uiRL+uoVRCibic：（ui單獨(dú)作用下的電路）。由于電容C1、C

17、2足夠大，容抗近似為零（相當(dāng)于短路），直流電源UCC去掉（短接）。第28頁/共81頁圖解法圖解法圖解步驟：（1）根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點(diǎn)Q。（2）根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB。（3）作交流負(fù)載線。（4）由輸出特性曲線和交流負(fù)載線求iC和uCE。0 (a) 輸入回路 (b) 輸出回路uCEiCQICQUCCuBEiB0uBEtiBt0iCt0tQQQQQIBQUBEQuCEUCEQ直流負(fù)載線交流負(fù)載線00第29頁/共81頁從圖解分析過程，可得出如下幾個(gè)重要結(jié)論：（1）放大器中的各個(gè)量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量兩部分組成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流

18、分量UCEQ被隔開，放大器的輸出電壓uo等于uCE中的交流分量uce，且與輸入電壓ui反相。（3）放大器的電壓放大倍數(shù)可由uo與ui的幅值之比或有效值之比求出。負(fù)載電阻RL越小，交流負(fù)載電阻RL也越小，交流負(fù)載線就越陡，使Uom減小，電壓放大倍數(shù)下降。（4）靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置得不合適，會(huì)對(duì)放大電路的性能造成影響。若Q點(diǎn)偏高，當(dāng)ib按正弦規(guī)律變化時(shí)，Q進(jìn)入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo（即uce）的負(fù)半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點(diǎn)偏低，則Q進(jìn)入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。第30頁/共8

19、1頁(a) 飽和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ0第31頁/共81頁(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCE第32頁/共81頁微變等效電路法微變等效電路法把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個(gè)線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。是晶體管在小信號(hào)（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。（1）基本思路（2）晶體管微變等效電路UBEIB0IBUBEQ輸入特性曲線在Q點(diǎn)附近的微小范圍內(nèi)可以認(rèn)為是線性的。當(dāng)uBE有一微小變化UBE時(shí)，

20、基極電流變化IB，兩者的比值稱為三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即：bbeBBEbeiuIUr第33頁/共81頁+ube+uceicibCBErbe+uceicibCBE+ubeib (a) 三極管 (b) 三極管的微變等效電路)mA(mV)(26)1 (300EQbeIr0UCEICIBICQ輸出特性曲線在放大區(qū)域內(nèi)可認(rèn)為呈水平線，集電極電流的微小變化IC僅與基極電流的微小變化IB有關(guān)，而與電壓uCE無關(guān)，故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個(gè)受ib控制的電流源，即：bcii第34頁/共81頁rbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU （3）放大電路微變等效電路RsRBus+

21、uiRL+uoVRCibic第35頁/共81頁rbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU 電壓放大倍數(shù)beLbbebLbbecLorRIrIRIrIRUUAiu式中RL=RC/RL。當(dāng)RL=（開路）時(shí)beCrRAu第36頁/共81頁輸入電阻beB/rRIURiiirbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU iIRi輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號(hào)源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān)，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號(hào)源內(nèi)阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe

22、，在幾百歐到幾千歐，一般認(rèn)為是較低的，并不理想。第37頁/共81頁輸出電阻rbe+UcIbICBEbIRCRBRsICoRIURRo的計(jì)算方法是：信號(hào)源sU短路，斷開負(fù)載 RL，在輸出端加電壓U，求出由U產(chǎn)生的電流I，則輸出電阻 Ro為：對(duì)于負(fù)載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL的變化對(duì)輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負(fù)載能力越強(qiáng)，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐，一般認(rèn)為是較大的，也不理想。第38頁/共81頁例例：圖示電路，已知V12CCU，300BRk，3CRk，3LRk，3sRk，50，試求：（1）RL接入和斷開兩種情況下電路的電壓放大倍數(shù)uA；（2）輸入

23、電阻 Ri和輸出電阻 Ro；（3）輸出端開路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)susUUAo。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+第39頁/共81頁解：先求靜態(tài)工作點(diǎn)解：先求靜態(tài)工作點(diǎn)40A30012BCCBBEQCCBQRURUUIAmA204. 050BQCQIIV63212CCQCCCEQRIUU再求三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻963)mA(2mV)(26)501 (300)mA(mV)(26)1 (300EQbeIr963. 0kRC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQ第40頁/共81頁（1）RL接入時(shí)的電壓放大倍數(shù)uA為：78963. 0333350beLrRAuRL斷開時(shí)的電壓

24、放大倍數(shù)uA為：156963. 0350beCrRAu（2）輸入電阻 Ri為：96. 0963. 0/300/beBrRRik輸出電阻 Ro為：3Co RR k（3）39)156(131oouisiisisusARRRUUUUUUA第41頁/共81頁7.3.4 溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響溫度升高UBE減小ICBO增大增大IC增大第42頁/共81頁工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+UCCRCVRB1RB2REUBI1I2ICQIBQUE+UCEQ+ UBEQ ：I2IB，則CCB2B1B2BURRRU與溫度基本無

25、關(guān)。溫度 tICIEUE(=IE RE)UBE(=UBIE RE)IB IC調(diào)節(jié)過程：第43頁/共81頁（1）靜態(tài)分析)(CQBQEBEQBEQCCB2B1B2BECCQCCCEQCQRRIUUIIRUUIIURRRU（2）動(dòng)態(tài)分析CbeBBiuRRrRRRrRAo21beL/第44頁/共81頁例：例：圖示電路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。試估算靜態(tài)工作點(diǎn)，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+解：解：（1）用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)V75. 3)23(

26、65. 112)(A33mA5065. 1mA65. 127 . 04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2BRRIUUIIRUUIIURRRUCQ第45頁/共81頁（2）求電壓放大倍數(shù)681 . 1333350k1 . 1110065. 126)501 (30026)1 (300beLEQberRAIru（3）求輸入電阻和輸出電阻k3k994. 01 . 1/10/20/obeB2B1CiRRrRRR第46頁/共81頁ECQCCEEQCCCEQBQCQEBBEQCCBQEBQBEQBBQEEQBEQBBQCC)1 ()1 (RIURIUUIIRRUUIR

27、IURIRIURIU7.3.5 Rsus+uiRL+uo+UCCC1C2VRBRE+UCCVRB1REICQIBQ+UCEQ+ UBEQ （1）靜態(tài)分析第47頁/共81頁（2）動(dòng)態(tài)分析rbe+oUcIbICBE+iUbIRERLRBRs +sU 射極輸出器的微變等效電路1IeIiILbeLoLbbebobebLbLo)1 ()1 ()1 ()1 (RrRUUARIrIUrIURIRIUiuie求電壓放大倍數(shù)第48頁/共81頁求輸入電阻)1 (/)1 (LbeBLbeBb1RrRIURRrURUIIIiiiiiirbe+oUcIbICBE+iUbIRERLRBRs +sU 射極輸出器的微變等效電

28、路1IeIiI第49頁/共81頁計(jì)算輸出電阻的等效電路Irbe+ UcIbICBEbIRERBRseI求輸出電阻1/beEoEbebebbssseRrRIURRURrURrUIIII第50頁/共81頁射極輸出器的特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即電壓跟隨。輸入電阻較高。輸出電阻較低。射極輸出器的用途：射極跟隨器具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，這是射極跟隨器最突出的優(yōu)點(diǎn)。射極跟隨器常用作多級(jí)放大器的第一級(jí)或最末級(jí)，也可用于中間隔離級(jí)。用作輸入級(jí)時(shí)，其高的輸入電阻可以減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān)，提高放大器的輸入電壓。用作輸出級(jí)時(shí)，其低的輸出電阻可以減小負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響，并易于與低阻負(fù)載相匹

29、配，向負(fù)載傳送盡可能大的功率。第51頁/共81頁例：例：圖示電路，已知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100 ，=50。試估算靜態(tài)工作點(diǎn)，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。Rsus+uiRL+uo+UCCC1C2VRBRE+V26. 8287. 112mA87. 10374. 050A37.4mA0374. 02)501 (2007 . 012)1 (ECQCCCEQBQCQEBBEQCCBQRIUUIIRRUUI解：解：（1）用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)第52頁/共81頁（2）求電壓放大倍數(shù)uA、輸入電阻 Ri和輸出電阻 Ro。100987. 126)501 (3

30、0026)1 (300EQbeIr1k98. 02 . 1)501 (12 . 1)501 ()1 ()1 (LbeLoRrRUUAiu式中2 . 13/2/LELRRRk4 .472 . 1)501 (1/200)1 (/LbeBRrRRik22501001000beosRrR式中100100/10200/3sBsRRR第53頁/共81頁7.4.1 N 溝道P 型硅襯底N+N+源極 S 柵極 G 漏極 DSiO2絕緣層金屬鋁DSG襯底DSG襯底N 溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)N 溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)N 溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)第54頁/共81頁 P 溝道N 型硅襯底P+P+源極 S 柵極

31、G 漏極 DSiO2絕緣層金屬鋁DSG襯底DSG襯底P 溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)P 溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)P 溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)：UGS=0時(shí)漏、源極之間已經(jīng)存在原始導(dǎo)電溝道。：UGS=0時(shí)漏、源極之間才能形成導(dǎo)電溝道。無論是N溝道MOS管還是P溝道MOS管，都只有一種載流子導(dǎo)電，均為單極型電壓控制器件。MOS管的柵極電流幾乎為零，輸入電阻RGS很高第55頁/共81頁1612 8 403 6 9 12 UDS/V2VUGS=0V放 大 區(qū)ID/mA(b) 漏極特性曲線4 2 0 2 4 UGS/VID/mAUGS(off)1612 8 4IDSS(a) 轉(zhuǎn)移特性曲線可變電阻區(qū)2VUD

32、S=常數(shù)N溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管存在原始導(dǎo)電溝道，UGS=0時(shí)漏、源極之間就可以導(dǎo)電。這時(shí)在外加電壓UDS作用下的漏極電流稱為漏極飽和電流IDSS。UGS0時(shí)溝道內(nèi)感應(yīng)出的負(fù)電荷增多，溝道加寬，溝道電阻減小，ID增大。UGS0時(shí)會(huì)產(chǎn)生垂直于襯底表面的電場(chǎng)。P型襯底與絕緣層的界面將感應(yīng)出負(fù)電荷層，UGS增加，負(fù)電荷數(shù)量增多，積累的負(fù)電荷足夠多時(shí)，兩個(gè)N+區(qū)溝通，形成導(dǎo)電溝道，漏、源極之間有ID出現(xiàn)。在一定的漏、源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的臨界柵、源電壓稱為開啟電壓UGS(th)。 UGS UGS(th)時(shí)，隨UGS的增加ID增大。N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線第5

33、7頁/共81頁按場(chǎng)效應(yīng)管的工作情況可將漏極特性曲線分為兩個(gè)區(qū)域。在虛線左邊的區(qū)域內(nèi)，漏、源電壓UDS相對(duì)較小，漏極電流ID隨UDS的增加而增加，輸出電阻ro較小，且可以通過改變柵、源電壓UGS的大小來改變輸出電阻ro的阻值，這一區(qū)域稱為可變電阻區(qū)。在虛線右邊的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)柵、源電壓UGS為常數(shù)時(shí)，漏極電流ID幾乎不隨漏、源電壓UDS的變化而變化，特性曲線趨于與橫軸平行，輸出電阻ro很大，在柵、源電壓UGS增大時(shí)，漏極電流ID隨UGS線性增大，這一區(qū)域稱為放大區(qū)。常數(shù)DSGSDmUUIg綜上所述，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流ID受柵、源電壓UGS的控制，即ID隨UGS的變化而變化，所以場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制

34、器件。場(chǎng)效應(yīng)管柵、源電壓UGS對(duì)漏極ID控制作用的大小用跨導(dǎo)gm表示：第58頁/共81頁7.4.2 場(chǎng)效應(yīng)管共源極放大電路RGRG1RG2RSRDRL+UDDC1C2CS+ui+uoGDSV+靜態(tài)分析靜態(tài)分析設(shè)UGS=0，則：DDG2G1G2GSURRRUU)(SDDDDDSSGSSDRRIUURURUI第59頁/共81頁微變等效電路RGRG1RG2RDRLGDS+iU+gsU+oUgsmUg態(tài)分析態(tài)分析（1）電壓放大倍數(shù)。LmgsLgsmgsLdoRgURUgURIUUAiu（2）輸入電阻。G2G1G/ RRRRiRG一般取幾兆歐?？梢?RG的接入可使輸入電阻大大提高。（3）輸出電阻。DoR

35、R RD一般在幾千歐到幾十千歐，輸出電阻較高。第60頁/共81頁例 ：例 ： 圖 示 電 路 ， 已 知V20DDU，5DRk ，5SRk，5LRk，1GRM，300G1Rk ，100G2Rk，mA/V5mg。求靜態(tài)工作點(diǎn)及電壓放大倍數(shù)uA、輸入電阻 Ri和輸出電阻 Ro。RGRG1RG2RSRDRL+UDDC1C2CS+ui+uoGDSV+第61頁/共81頁解解：靜態(tài)工作點(diǎn)：V10)55(120)(mA155V520100300100SDDDDDSSGSSDDDG2G1G2GRRIUURURUIURRRU電壓放大倍數(shù)：5 . 25/5/LDLRRRk5 .125 . 25LmRgAu輸入電阻

36、：1075100/3001000/G2G1GRRRRik輸出電阻：5Do RRk第62頁/共81頁7.5.1 Rsus+uiRC1C1C2V1RB11RB12CE1RL+uo+UCCRC2C3V2RB21RB22CE2RE1RE2+uo1+各極之間通過耦合電容及下級(jí)輸入電阻連接。優(yōu)點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，可以單獨(dú)調(diào)整到合適位置；且不存在零點(diǎn)漂移問題。缺點(diǎn)：不能放大變化緩慢的信號(hào)和直流分量變化的信號(hào)；且由于需要大容量的耦合電容，因此不能在集成電路中采用。第63頁/共81頁阻容耦合多級(jí)放大電路分析阻容耦合多級(jí)放大電路分析（1）靜態(tài)分析：各級(jí)單獨(dú)計(jì)算。（2）動(dòng)態(tài)分析電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)電壓放大倍

37、數(shù)的乘積。21o1oo1ouuiiuAAUUUUUUA注意：計(jì)算前級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí)必須把后級(jí)的輸入電阻考慮到前級(jí)的負(fù)載電阻之中。如計(jì)算第一級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí)，其負(fù)載電阻就是第二級(jí)的輸入電阻。輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻。輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻。第64頁/共81頁阻容耦合多級(jí)放大的頻率特性和頻率失真阻容耦合多級(jí)放大的頻率特性和頻率失真AuAum0.707AumfHfLf通頻帶共發(fā)射級(jí)放大電路的幅頻特性：電壓放大倍數(shù)近似為常數(shù)。：耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗增大，以致不可視為短路，因而造成電壓放大倍數(shù)減小。：晶體管的結(jié)電容以及電路中的分布電容等的容抗減小，以致不可視為開路，也會(huì)使電壓放

38、大倍數(shù)降低。第65頁/共81頁除了電壓放大倍數(shù)會(huì)隨頻率而改變外，在低頻和高頻段，輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的相位移也要隨頻率而改變。所以在整個(gè)頻率范圍內(nèi)，電壓放大倍數(shù)和相位移都將是頻率的函數(shù)。電壓放大倍數(shù)與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為，相位移與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為，二者統(tǒng)稱為。放大電路呈現(xiàn)帶通特性。圖中fH和fL為電壓放大倍數(shù)下降到中頻段電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率，分別稱為和，其差值稱為。一般情況下，放大電路的輸入信號(hào)都是非正弦信號(hào)，其中包含有許多不同頻率的諧波成分。由于放大電路對(duì)不同頻率的正弦信號(hào)放大倍數(shù)不同，相位移也不一樣，所以當(dāng)輸入信號(hào)為包含多種諧波分量的非正弦信號(hào)時(shí)，若諧波頻率超出通頻帶

39、，輸出信號(hào)uo波形將產(chǎn)生失真。這種失真與放大電路的頻率特性有關(guān)，故稱為。第66頁/共81頁+uiRC1V1RB1+uo+UCCRC2V2RE2+uo17.5.2 優(yōu)點(diǎn)：能放大變化很緩慢的信號(hào)和直流分量變化的信號(hào)；且由于沒有耦合電容，故非常適宜于大規(guī)模集成。缺點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響；且存在零點(diǎn)漂移問題。：放大電路在無輸入信號(hào)的情況下，輸出電壓uo卻出現(xiàn)緩慢、不規(guī)則波動(dòng)的現(xiàn)象。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因很多，其中最主要的是溫度影響。第67頁/共81頁7.6.1 抑制零漂的方法有多種，如采用溫度補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源以及精選電路元件等方法。最有效且廣泛采用的方法是輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路。RCRCREUEE+

40、UCCV1V2+ui1+ uo +ui2+uo1+uo2o2o1o21uuuuuuiii第68頁/共81頁溫度變化時(shí)兩個(gè)單管放大電路的工作點(diǎn)都要發(fā)生變動(dòng)，分別產(chǎn)生輸出漂移uol和uo2。由于電路是對(duì)稱的，所以u(píng)ol=uo2 ，差動(dòng)放大電路的輸出漂移uouoluo2 0，即消除了零點(diǎn)漂移。抑制零點(diǎn)漂移的原理抑制零點(diǎn)漂移的原理差模輸入差模輸入iiiiuuuu21 2121差模信號(hào)：兩輸入端加的信號(hào)大小相等、極性相反。idiidididuAuuAuuuuAuuAu)( 21o2o1o2o21o1因兩側(cè)電路對(duì)稱，放大倍數(shù)相等，電壓放大倍數(shù)用Ad表示，則：差模電壓放大倍數(shù)：diAuuAod可見差模電壓放

41、大倍數(shù)等于單管放大電路的電壓放大倍數(shù)。差動(dòng)放大電路用多一倍的元件為代價(jià)，換來了對(duì)零漂的抑制能力。第69頁/共81頁共模輸入共模輸入共模信號(hào)：兩輸入端加的信號(hào)大小相等、極性相同。iiiuuu210o2o1oo2o1uuuuAuuiu共模電壓放大倍數(shù)：0ociuuA說明電路對(duì)共模信號(hào)無放大作用，即完全抑制了共模信號(hào)。實(shí)際上，差動(dòng)放大電路對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制就是該電路抑制共模信號(hào)的一個(gè)特例。所以差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)抑制能力的大小，也就是反映了它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力。共模抑制比：cdCMRlg20AAK共模抑制比越大，表示電路放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。第70頁/共81頁：是為了提高整個(gè)電路以

42、及單管放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。：是為了補(bǔ)償RE上的直流壓降，使發(fā)射極基本保持零電位。RCRC+UCCV1V2+ uo (a) 具有恒流源的差動(dòng)放大電路ui2ui1V3R1R2REUEERCRC+UCCV1V2+ uo ui2ui1UEE(b) 圖(a)的簡化電路I恒流源比發(fā)射極電阻RE對(duì)共模信號(hào)具有更強(qiáng)的抑制作用。第71頁/共81頁7.6.2 (a) 雙端輸入雙端輸出RCRC+UCCV1V2+uoUEE(b) 雙端輸入單端輸出IRCRC+UCCV1V2+ uo UEEI+ui1+ui1+ui2+ui2雙端輸入單端輸出式電路的輸出uo與輸入ui1極性（或相位）相反，而與ui2極性（或相位）

43、相同。所以u(píng)il輸入端稱為反相輸入端，而ui2輸入端稱為同相輸入端。雙端輸入單端輸出方式是集成運(yùn)算放大器的基本輸入輸出方式。第72頁/共81頁(c) 單端輸入雙端輸出RCRC+UCCV1V2+uoUEE(d) 單端輸入單端輸出IRCRC+UCCV1V2+ uo UEEI+ui1+ui1單端輸入式差動(dòng)放大電路的輸入信號(hào)只加到放大器的一個(gè)輸入端，另一個(gè)輸入端接地。由于兩個(gè)晶體管發(fā)射極電流之和恒定，所以當(dāng)輸入信號(hào)使一個(gè)晶體管發(fā)射極電流改變時(shí)，另一個(gè)晶體管發(fā)射極電流必然隨之作相反的變化，情況和雙端輸入時(shí)相同。此時(shí)由于恒流源等效電阻或發(fā)射極電阻RE的耦合作用，兩個(gè)單管放大電路都得到了輸入信號(hào)的一半，但極

44、性相反，即為差模信號(hào)。所以，單端輸入屬于差模輸入。第73頁/共81頁單端輸出式差動(dòng)電路，輸出減小了一半，所以差模放大倍數(shù)亦減小為雙端輸出時(shí)的二分之一。此外，由于兩個(gè)單管放大電路的輸出漂移不能互相抵消，所以零漂比雙端輸出時(shí)大一些。由于恒流源或射極電阻RE對(duì)零點(diǎn)漂移有極強(qiáng)烈的抑制作用，零漂仍然比單管放大電路小得多。所以單端輸出時(shí)仍常采用差動(dòng)放大電路，而不采用單管放大電路。第74頁/共81頁7.7.1 功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)是向負(fù)載提供足夠大的功率，這就要求功率放大電路不僅要有較高的輸出電壓，還要有較大的輸出電流。因此功率放大電路中的晶體管通常工作在高電壓大電流狀態(tài)，

45、晶體管的功耗也比較大。對(duì)晶體管的各項(xiàng)指標(biāo)必須認(rèn)真選擇，且盡可能使其得到充分利用。因?yàn)楣β史糯箅娐分械木w管處在大信號(hào)極限運(yùn)用狀態(tài)，非線性失真也要比小信號(hào)的電壓放大電路嚴(yán)重得多。此外，功率放大電路從電源取用的功率較大，為提高電源的利用率，必須盡可能提高功率放大電路的效率。放大電路的效率是指負(fù)載得到的交流信號(hào)功率與直流電源供出功率的比值。第75頁/共81頁功率放大電路的類型功率放大電路的類型 (a) 甲類 (b) 乙類 (c) 甲乙類0uCEiCuCEiC00uCEiC甲類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。在工作過程中，晶體管始終處在導(dǎo)通狀態(tài)。這種電路功率損耗較大，效率較低，最高只能

46、達(dá)到50。乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的截止點(diǎn)，晶體管僅在輸入信號(hào)的半個(gè)周期導(dǎo)通。這種電路功率損耗減到最少，使效率大大提高。甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)介于甲類和乙類之間，晶體管有不大的靜態(tài)偏流。其失真情況和效率介于甲類和乙類之間。第76頁/共81頁7.7.2 RLV1V2+UCCUCC+ui+uoic1ic2靜態(tài)（ui=0）時(shí)，UB=0、UE=0，偏置電壓為零，V1、V2均處于截止?fàn)顟B(tài)，負(fù)載中沒有電流，電路工作在乙類狀態(tài)。動(dòng)態(tài)（ui0）時(shí)，在ui的正半周V1導(dǎo)通而V2截止，V1以射極輸出器的形式將正半周信號(hào)輸出給負(fù)載；在ui的負(fù)半周V2導(dǎo)通而V1截止，V2以射極輸出器的形式

47、將負(fù)半周信號(hào)輸出給負(fù)載?？梢娫谳斎胄盘?hào)ui的整個(gè)周期內(nèi)，V1、V2兩管輪流交替地工作，互相補(bǔ)充，使負(fù)載獲得完整的信號(hào)波形，故稱互補(bǔ)對(duì)稱電路。由于V1、V2都工作在共集電極接法，輸出電阻極小，可與低阻負(fù)載RL直接匹配。第77頁/共81頁ui0tuo10tuo20tuo0t交越失真從工作波形可以看到，在波形過零的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)輸出波形產(chǎn)生了失真，這種失真稱為交越失真。產(chǎn)生交越失真的原因是由于V1、V2發(fā)射結(jié)靜態(tài)偏壓為零，放大電路工作在乙類狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)ui小于晶體管的發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓時(shí)，兩個(gè)晶體管都截止，在這一區(qū)域內(nèi)輸出電壓為零，使波形失真。第78頁/共81頁RLV1V2+UCCUCC+ui+uoR

48、1R2R3D1D2為減小交越失真，可給V1、V2發(fā)射結(jié)加適當(dāng)?shù)恼蚱珘海员惝a(chǎn)生一個(gè)不大的靜態(tài)偏流，使V1、V2導(dǎo)通時(shí)間稍微超過半個(gè)周期，即工作在甲乙類狀態(tài)，如圖所示。圖中二極管D1、D2用來提供偏置電壓。靜態(tài)時(shí)三極管V1、V2雖然都已基本導(dǎo)通，但因它們對(duì)稱，UE仍為零，負(fù)載中仍無電流流過。第79頁/共81頁RLV1V2+UCC+ui+uoR1R2R3D1D2C+因電路對(duì)稱，靜態(tài)時(shí)兩個(gè)晶體管發(fā)射極連接點(diǎn)電位為電源電壓的一半，負(fù)載中沒有電流。動(dòng)態(tài)時(shí)，在ui的正半周V1導(dǎo)通而V2截止，V1以射極輸出器的形式將正半周信號(hào)輸出給負(fù)載，同時(shí)對(duì)電容C充電；在ui的負(fù)半周V2導(dǎo)通而V1截止，電容C通過V2、RL放電，V2以射極輸出器的形式將負(fù)半周信號(hào)輸出給負(fù)載，電容C在這時(shí)起到負(fù)電源的作用。為了使輸出波形對(duì)稱，必須保持電容C上的電壓基本維持在UCC/2不變，因此C的容量必須足夠大。第80頁/共81頁感謝您的觀看！第81頁/共81頁