《模擬電子線路》第3章楊凌.ppt

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1、楊 凌 模 擬 電 子 線 路 第 3章 1947年12月23號(hào)，貝爾實(shí)驗(yàn)室的William B. Shockley、John Bardeen 、 Walter H . Brattain制造出了世界上第一只半導(dǎo)體放大器件，他們將這種器件命名為“晶體管” 第 3 章半導(dǎo)體三極管及其基本放大電路 3.0 引言 20世紀(jì)40年代,由Bardeen,Brattain和Schockley在貝爾實(shí)驗(yàn) 室開(kāi)發(fā)的硅晶體管,在20世紀(jì)50年代和60年代掀起了第一次電子 革命.這項(xiàng)成果導(dǎo)致了1958年集成電路的開(kāi)發(fā)及在電子電路中應(yīng) 用廣泛的晶體管運(yùn)算放大器的產(chǎn)生. 本章介紹的三極管屬于雙極型器件,是兩類(lèi)晶體管中的

2、第一 種類(lèi)型.下面將詳細(xì)討論其物理結(jié)構(gòu)、工作原理及其在放大電路 中的應(yīng)用. 3.1 雙 極 型 晶 體 管(Bipolar Junction Transistor)一、結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、符號(hào)P N Pe b c發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū) (發(fā)射結(jié)) Je Jc (集電結(jié)) b ec圖 3.1b ec Jc (集電結(jié)) N P Ne b c(發(fā)射結(jié)) Je發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū) 3.1 雙 極 型 晶 體 管(Bipolar Junction Transistor) 圖 3.1 常用集成電路中NPN型三極管的結(jié)構(gòu)剖面圖 3.1 BJT圖 3.2 幾種BJT的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 1、基區(qū)很薄(10 6m),且輕摻雜(101

3、5 cm3);2、發(fā)射區(qū)重?fù)诫s(1019 cm3);3、集電區(qū)面積大,且摻雜較輕(1017 cm3). BJT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是決定其能進(jìn)行信號(hào)放大的內(nèi)部物質(zhì)基礎(chǔ). 3.1 BJT二、BJT的電流分配與電流放大作用 1、BJT內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程見(jiàn)圖3.3所示. BJT放大所必須具備的外部條件是: Je正偏, Jc反偏. 發(fā)射區(qū)發(fā)射電子,形成射極電流IE; 電子在基區(qū)復(fù)合,形成基極電流IB; 集電區(qū)收集電子,形成集電極電流I C.IE=IC+IB(1+) IB (31)IC =IB+ICEO IB (32)IC =IE+ICBO IE (33) 3.1 BJTIB=IEp+(IEnICn1 )ICB

4、OIC=ICn1+ICn2+ICp=ICn1+ICBOICBO + V BBRB RC +VCC NPNE CB JeI EnIcn1Icn2IcpICBO JcIEpIB IE IC圖 3.3IE=IC+IB IE=IEp+ IEnI C =IEn+ICBOIE +ICBO IC=ICn1+ICBO ICn1 IC= (34) IEn IEIC =(IB+IC)+ICBO 1IC = IB + ICBO 1 1 3.1 BJT 1IC = IB + ICBO 1 1 = (35) 1 1ICEO = ICBO 1 =(1+) ICBO (36) IC =IB+ICEO IB IE=IC+IB

5、(1+) IB 2. 、I CBO 、ICEO的物理含義共基極直流電流放大倍數(shù). 1,1. ICn1 IC= IEn IE 3.1 BJT = 1 ICn1 = IEn IB=IEp+(IEnICn1)ICBO=IEICn1ICBO ICICBO IC= IB+ICBO IB 共射極直流電流放大倍數(shù). 1. = 1 = (38) 1+ 圖 3.4 ICBO 受溫度影響較大c eb + VCCICBO (37) 3.1 BJT +VBE + VCB+ VCCICEO圖 3.5ICEO = ICBO +ICBO = (1 +)ICBO3. 電流分配關(guān)系I E=IEBS(e 1)IEBS e (39

6、) VBEVT VBEVT IC IB 三、BJT的特性曲線IC IE ISe VBEVT 3.1 BJT1、輸入特性 共射接法iB=f(vBE ) vCE =CE +v CE iC +vBE iBB C(a) vCE1V(b)vCE=0V vBE / V0 iB /A圖 3.6 E B CWBN P N(c) 基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng) 3.1 BJT2、輸出特性 共射接法iC=f(vCE ) iB =C 圖 3.7 O vBE1vBE2vBE3vBE4 vCEVA iCA圖 3.8 VCEIC ISe 1 (310) VAVBEVT20A60AiB =100A80A40A放 大 區(qū)iC / mA0

7、vCE / V飽和區(qū)ICEO V(BR)CEO截止區(qū)擊 穿 區(qū)054321 3.1 BJT(1) 放大區(qū) Je正偏, Jc反偏. IC =IB+ICEO IB V CEIC (b)IC(a) IC IC 圖 3.9 3.1 BJT(2) 截止區(qū) Je、Jc均反偏. 工程上規(guī)定IB= 0 (IC=ICEO0)以下的區(qū)域稱(chēng)為截止區(qū) ; 嚴(yán)格說(shuō)來(lái), 截止區(qū)應(yīng)是IE = 0以下的區(qū)域. (IC=ICBO,IB=ICBO)(3) 飽和區(qū) Je、Jc均正偏. V BE(sat) 0.7V; VCE(sat) 0.3V(4) 擊穿區(qū) VCEVCB Jc 雪崩擊穿 V(BR)CEO IB V(BR)CEO I

8、CIB ICIB 3.1 BJT四、BJT的主要參數(shù) 1、表征放大能力的參數(shù) IC= IB共射極直流電流放大系數(shù)(hFE). iC= (311) iB共射極交流電流放大系數(shù)(hfe).在小信號(hào)條件下, . I C= IE共基極直流電流放大系數(shù). 3.1 BJT共基極交流電流放大系數(shù). iC= (312) iE = 1 = (314) 1+ = (313) 1 = 1+2、表征穩(wěn)定性的參數(shù) 極間反向電流 I CBO: 集電極 基極反向飽和電流. ICEO: 集電極 發(fā)射極反向飽和電流.(穿透電流)3、表征安全工作區(qū)域的參數(shù) 3.1 BJT(1) 集電極最大允許電流ICM(2) 集電極最大允許耗散

9、功率PCM(3) 反向擊穿電壓 V(BR)EBO:集電極開(kāi)路時(shí),發(fā)射極 基極間的反向擊穿電壓. V (BR)CBO:發(fā)射極開(kāi)路時(shí),集電極 基極間的反向擊穿電壓. V(BR)CEO:基極開(kāi)路時(shí),集電極發(fā)射極間的反向擊穿電壓. V(BR)CBO V(BR)CEO V(BR)EBO V(BR)CEOPCM VCE / V安 全 工 作 區(qū)圖 3.10OIC / mA ICM 3.1 BJTV(BR)CBOV(BR)CES V(BR)CER V(BR)CEO v CE iC V(BR)CEO RBV(BR)CESV(BR)CBO圖 3.11 3.1 BJT4、溫度特性 VBE/ T=(22.5)mV/

10、 oC ; /( T )=(0.51)%/oC;ICBO (T2)= ICBO (T1)2T 2T1 105、結(jié)電容 發(fā)射結(jié)電容Cbe , 集電結(jié)電容Cbc .五、BJT的電路模型 1、直流等效電路模型(放大區(qū)) 3.1 BJT(a)b + VCC +VBB e IE RcICRBIB c IB + VCC +VBB c(b) RCICRB b e IB +VBE 圖 3.12 V BBVBE IB= RB IC=IB VCE=VCCICRC2、交流小信號(hào)等效電路模型(放大區(qū)) 3.1 BJT名 稱(chēng)總電壓或 總電流直流量交流量 基本關(guān)系式瞬時(shí)值有效值基極電流i B IBQ ib Ib iB=

11、IBQ+ ib集電極電流iC ICQ ic Ic iC= ICQ+ ic基射電壓vBE VBEQ vbe Vbe vBE= VBEQ+ vbe集射電壓vCE VCEQ vce Vce vCE= VCEQ+ vce表3-1 b ce ? mV甚至V 3.1 BJT+vCEiC+vBEiBb ce(a) +hrevce hie 1/hoehfeib +vceic+vbeibb ce(b) rbe ib +vceic+vbeibb ce(c)圖 3.13i B=IBQ+ ib vBE=VBEQ+ vbe iC=ICQ+ ic vCE=VCEQ+ vce vBE=f1( iB , vCE ) iC=f

12、2( iB , vCE ) vBE vBEvBE=f1(iB,vCE)=f1(IBQ, VCEQ) + ib + vce + iB Q vCE QVBEQ vbe 3.1 BJTC Cb ceB CEQ Qi ii vi v iC=f2(iB,vCE)= f2 (IBQ,VCEQ) + ICQ icv be ic hie hrehfe hoe ib vce= hie () hre hfe hoe (S) h e hie hrehfe hoe= rbe T 1/rce= = 103 103 104 102 103 S (315)(316)(317) vBE vBEvbe= ib + vce= h

13、ieib+hrevcehieib iB Q vCE Q iC iCic= ib + vce= hfeib+hoevce hfeib iB Q vCE Q 3.1 BJTb ierbe brbb e ereib VT (mV) r be= rbb+ (1+) (318) IEQ (mA) rbe= Vbe Ib re 0 Vbe Ib rbb+ Ie rb e 圖 3.14 1 iE IEBS e IEQ = IEBSe = = rbe vBE Q vBE VT VTvBEVT vBE=VBEQ VBEQ VT 3.1 BJT六、BJT的基本應(yīng)用 1、電流源OiI0 v(b) O i viB Q

14、v CE(sat)(d)i=I0 +v(a) RC +VCC +v=vCE iCiB (c)圖 3.152、開(kāi)關(guān) 圖3.16所示為BJT反相器電路,BJT在截止區(qū)和飽和區(qū)之 3.1 BJT間切換.負(fù)載可以是電動(dòng)機(jī),發(fā)光二極管或其他電子設(shè)備.+ v BE VCC +vCE圖 3.16 iCiB負(fù)載vI vO3、放大器 3.2 放 大 器 概 述 放大器(Amplifier)是應(yīng)用最廣泛的一種功能電路.大多數(shù)模擬電子系統(tǒng)都應(yīng)用了不同類(lèi)型的放大電路.一、放大的概念 放大器的作用是將輸入信號(hào)進(jìn)行不失真的放大,使輸出信號(hào)強(qiáng)度(功率、電壓或電流)大于輸入信號(hào)強(qiáng)度,且不失真地重現(xiàn)輸入信號(hào)波形. 放大器實(shí)際上

15、是一種能量控制裝置.它利用三極管(或場(chǎng)效應(yīng)管)的放大和控制作用,將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為放大了的交流輸出能量. 3.2 放 大 器 概 述來(lái)自特定信源的時(shí)變信號(hào)在能被利用之前常常需要放大. (舉例說(shuō)明)信號(hào)源放大器負(fù)載 高信號(hào) 功率 CD 播放器揚(yáng)聲器 DC功率 低信號(hào) 功率圖 3.17 DC電壓源 3.2 放 大 器 概 述二、放大器的主要性能指標(biāo) +Vo +Vi Ii Io信號(hào)源放大器負(fù)載R i Ro +Vs Rs RL圖 3.181 、輸入電阻 Vi Ri = (319) Ii 3.2 放 大 器 概 述2 、輸出電阻 VT Ro= ( Vs = 0 或 Is = 0 ) (320) IT

16、 3 、增益(放大倍數(shù)) Vo Io Io VoA v = Ai = Ag = Ar = (321) Vi Ii Vi Ii 電壓增益=20lgAvdB 電流增益=20lgAidB放大器的四種模型 3.2 放 大 器 概 述 (a) 電壓放大器+ AvtVi +Vs Ri RL +VoRoRs +Vi RL Av=Avt Ro RL AvAvt (322) Ro +RL R i Rs (Ri) Ro RL (Ro0) Vo Vo Vi RiAvs= = = Av Ri Rs AvsAv (323) Vs Vi Vs Rs +Ri 3.2 放 大 器 概 述 (b) 電流放大器Is Ri RLI

17、oRs AinIiIi Ro Ri Rs (Ri0) Ro RL (Ro ) Ro Ai=Ain Ro RL AiAin (324) Ro +RL Io Io Ii RsAis= = = Ai Ri Rs AisAi (325) Is Ii Is Rs +Ri 3.2 放 大 器 概 述RiRs (Ri0) RoRL(Ro0) (c) 互阻放大器+VoRo+ Art IiRi RLRsIs Ii R i Rs (Ri) RoRL (Ro ) (d) 互導(dǎo)放大器 +Vs 圖 3.19Ri RLRs +ViAgsViRo Io 3.2 放 大 器 概 述 BW = fH fL (326) 3dB圖

18、 3.20O20lgAvdB 3dBfHfL f/Hz帶寬4 、 帶寬5、非線性失真系數(shù) V2ok k=2 = (327) Vo1 3.2 放 大 器 概 述三、基本放大器的組成 1、三極管的三種基本接法 圖 3.21 b e icib c(a) (b)c ieibb e b icie ce (c)2、基本共發(fā)射極放大器 +C1 RL +voVT + vs RCRB VCC+vi (a) C2Rs3.2 放 大 器 概 述 + vs CE+C1 RE VT RLRB2Rs +voRCRB1 VCC+vi (b) C2+ +圖 3.22 3、各元件的作用 3.2 放 大 器 概 述 VT:放大電

19、路的核心元件.具有電流放大作用. 直流電源VCC:為三極管提供放大的外部條件;并為放大器提供能量來(lái)源. 基極偏置電阻RB:為三極管提供合適的基極偏置電流IBQ. 集電極負(fù)載電阻RC:將icvce,以實(shí)現(xiàn)電壓放大.同時(shí), RC也起直流負(fù)載的作用. 耦合電容C 1、C2 :“通交隔直”,一般用電解電容,連接時(shí)注意電容的極性. 負(fù)載電阻RL:放大電路的外接負(fù)載,它可以是耳機(jī)、揚(yáng)聲器或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu),也可以是后級(jí)放大電路的輸入電阻. 3.2 放 大 器 概 述四、放大器的直流通路和交流通路 1、直流通路的畫(huà)法:將電容作開(kāi)路處理,電感作短路處理. 2、交流通路的畫(huà)法:將電容及直流電源作短路處理. 3 、放

20、大器中電壓、電流的符號(hào)規(guī)定 如表3-1 RLVT+vi +vs Rs +voRCRBib icVT RL+viic +vs Rs +voRCRBib3.2 放 大 器 概 述VTRCRB VCCIBQ ICQ +VCEQ (a) ICQRB2 IBQ VTRCRB1 VCCRE +VCEQ (b) RB=RB1 RB2圖 3.23 +C1 RL +voVT + vs RCRB VCC+vi (a) C2Rs3.2 放 大 器 概 述五、放大器的基本工作情況0vi tvBE tVBEQiB tIBQiC tICQvCE tVCEQvo t0 (b)圖 3.24 3.2 放 大 器 概 述直流電源

21、VCC提供的功率為: 1 1PV= VCCiC = VCC(ICQ +Icmsint)dt = VCCICQ 2 2 20 20加到RC上的功率為: 1 1 1PL= iC2RC= (ICQ+Icmsint)2RC dt=ICQ2RC + Icm2RC 2 2 2 20 20加到三極管上的功率為: 1 1P C= vCEiC= (VCEQIcmRCsint)(ICQ+Icmsint)dt 2 2 1 = VCEQICQ Icm2RC 2 20 20PV=VCCICQ = (VCEQ+ICQRC ) ICQ = VCEQICQ + ICQ2RC = PL+ PCvi =0, PV=PL+PC ;

22、 vi, PC ， PL . PV PL VT VTRCRB VCCIBQ ICQ +VCEQ +C1 RL +voVT + vs RCRB VCC+viC2Rs 3.3 放大器的圖解分析方法 圖解分析可以提供對(duì)放大器工作情況的直觀認(rèn)識(shí).一、靜態(tài)分析 1、分析目的: 確定Q點(diǎn)(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ ) 2、分析對(duì)象: 直流通路 3.3 放大器的圖解分析方法3、分析步驟: VCC= IB RB + VBEIB=f (VBE ) VCE = C VCC= IC RC + VCEIC=f (VCE ) IB = CI BQVCC RB VCCQO IB VBEVBEQ直流負(fù)載線直流負(fù)載

23、線O VCCVCEQ VCEIC IBQVCC RCICQ圖 3.25 RLVT+vi +vs Rs +voRCRBib ic+C1 RL +voVT + vs RCRB VCC+viC2Rs3.3 放大器的圖解分析方法二、動(dòng)態(tài)分析 1、分析目的: 確定 Av、Vom,了解非線性失真. 2、分析對(duì)象: 交流通路3、分析步驟: (1) (2) (3) 3.3 放大器的圖解分析方法A vt AvRL, RL= RC , Avt=Av iBO Q vBEIBQ O vCE iC VCCIBQVCC RC交流負(fù)載線ICQ VCEQ ICQ RL 1 R C 1 RLR L= RC RL圖 3.26 3

24、.3 放大器的圖解分析方法三、建立Q點(diǎn)的必要性QQQIBQQ QQ 圖 3.27OiB vBE O vCEVCCIBQVCC RCICQ VCEQ截止失真飽和失真iC 3.4 放大器的等效電路分析法一、靜態(tài)分析 1、分析目的: 確定Q點(diǎn)(VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ ) 2、分析對(duì)象: 直流通路 (a) 固定偏置VTR CRB VCCIBQ ICQ +VCEQ 圖 3.28 VBBVBE IBQ= RB ICQ=IBQVCEQ=VCCICQRC 3.4 放大器的等效電路分析法ICQIBQR B2 VTRCRB1 VCCRE +VCEQ 圖 3.29 (b) 分壓偏置ICQ=IBQVCEQ

25、=VCCICQRCIEQRE VCCICQ ( RC +RE ) RB=RB1 RB2 VBBVBE IBQ= RB+(1+ )RE RB2VBB= VCC RB1+RB2 + VBB + VCCVT RCRB REIBQ ICQ +VCEQ ICQIBQRB2 VTRCRB1 VCCRE +VCEQ 3.4 放大器的等效電路分析法 RB2VBQ VCC RB1+RB2 IBQ=ICQ / VCEQVCCICQ ( RC +RE ) VEQ VBQ VBEICQIEQ= = RE RE若(1+)RE 10RB,可按如下方法確定Q點(diǎn). IBQVBQVEQ IEQ(ICQ) V CEQ VTRCR

26、B VCCIBQ ICQ +VCEQ 3.4 放大器的等效電路分析法 T VBE ICQ ICBOVCC=6V, RB=270k, RC=2k T30oC,=130,VBE=0.625V, ICBO=81012A IBQ=19.91A, ICQ=2.59mA, VCEQ=0.82V(c) 兩種偏置電路的比較 T=300K, =100, VBE=0.7V, ICBO=1012A IBQ=19.63A, ICQ=1.96mA, VCEQ=2.08V IEQICQIBQRB2 VTRCRB1 VCCRE VEQVBQ I13.4 放大器的等效電路分析法分壓偏置電路最大的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定了Q點(diǎn). T ICQ

27、 (IEQ)VEQVBEQ (VBQVEQ ) ICQ IBQ 【例 3.1】電路如上圖 所示. 設(shè)RB1= 56k,RB2=12.2k, RC=2k,RE=0.4k,VCC=10V,VBE=0.7V, =100. (1) 試 確定Q點(diǎn).(2) 當(dāng)在一定范圍內(nèi)變化時(shí),確定Q點(diǎn)變化范圍. 3.4 放大器的等效電路分析法【解】(1) RB2 12.2VBB= VCC = 101.79V RB1+RB2 56+12.2ICQ=IBQ = 10021.6 = 2.16mAV CEQ=VCCICQRCIEQRE 4.81VRB=RB1 RB2=56 12.2 10 k VBBVBE(on) 1.79 0

28、.7 IBQ= = 21.6A RB+(1+ )RE 10+1010.4IEQ= (1+ ) IBQ = 10121.6 = 2.18mA上述結(jié)果表明:晶體三極管被偏置在放大區(qū). 3.4 放大器的等效電路分析法(2) 當(dāng) 變化50時(shí),可得到以下的結(jié)果: IBQ (A) ICQ (mA) IEQ (mA) VCEQ (V)50 35.9 1.80 1.83 5.67100 21.6 2.16 2.18 4.81150 15.5 2.32 2.34 4.40表 3-2 當(dāng) 變化率為3:1時(shí),集電極電流和集-射電壓的變化率 只有1.29:1.射極電阻R E能在變化時(shí),穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn).【例 3.2】試

29、設(shè)計(jì)一分壓偏置電路,要求ICQ=1mA,VCEQ=4.5V, 已知VCC=9V, =100. IEQICQIBQRB2 VTRCRB1 VCCRE VEQVBQ I13.4 放大器的等效電路分析法 實(shí)際情況下,為要使Q點(diǎn)穩(wěn)定,I1愈大于IB以及VB愈大于VBE愈好,但為兼顧其他指標(biāo),對(duì)于硅管,一般可選取 I1=(510) IB VEQ=0.2VCC 或 VEQ=(13)V【解】(1) 取 VEQ=0.2VCC=0.29=1.8V 則 RE=VEQ /IEQVEQ / ICQ=1.8/1=1.8k (2) 取 I1=10IBQ=10ICQ /=0.1mA 則 RB1+RB2=VCC/I1= 90

30、k 3.4 放大器的等效電路分析法 RB2VBQ= VCC RB1+RB2 VBQ=VBE+VEQ=0.7+1.8=2.5V RB1+RB2= 90k RB2= 25kRB1= 90RB2 = 65 k(3) VCEQVCCICQ ( RC +RE ) V CCVCEQ 9 4.5 RC= RE = 1.8 = 2.7 k ICQ 1說(shuō)明: 除三極管放大電路外,分壓偏置電路還適用于各種場(chǎng)效應(yīng)管放大電路. RLVT+vi +vs Rs +voRCRBib ic3.4 放大器的等效電路分析法二、動(dòng)態(tài)分析 1、分析目的: 確定 Av、Ai、 Ri、Ro. 2、分析對(duì)象: 交流通路 3、分析步驟: (

31、1) (2) (3) +ViRob c +Vs RLIbIc +VoRCRBIbIi rbe IoeRi Rs圖 3.30 3.4 放大器的等效電路分析法 Vo Av = Vi Vo=Ic(RC RL)=IbRLVi= Ibrbe RLAv= (328) rbe Vi Ri = Ri=RB rberbe (329) Ii V T Ro= Ro=RC IT Vs = 0 (320) Ro + VTcIbbrbeRs IcRCRBIb ITe 圖 3.31 3.4 放大器的等效電路分析法 Io Ai = Ii Ro Ro Io = Ic =Ib Ro + RL Ro + RL Ro Ai (331

32、) Ro + RL RL= 0, Ain 三、帶射極電阻的共發(fā)射極放大器 1、電路結(jié)構(gòu): 如圖3.32所示. 2、靜態(tài)分析: 與圖3.29相似. 3、動(dòng)態(tài)分析: RBIb =Ii Ii RB+rbe RLC2CERE1VTRE2RB2C1 + vs Rs +vi + voRCRB1 VCC(a)3.4 放大器的等效電路分析法圖 3.32 VTRE1 +vs icRs +voRCRB+viRLib (b)Ib c RL+Virbe Ic +Vs Rs +VoRCRBIbIi Iob eR i RoRE1(c)Ri 3.4 放大器的等效電路分析法 RLAv= (332) rbe +(1+)RE1

33、Vo Av = Vi Vo=Ic(RC RL)=IbRL Vi= Ibrbe+IeRE1=Ib rbe+(1+)RE1Ri=RB Ri= RB rbe+(1+)RE1 (333) V iRi = = rbe+(1+)RE1 IbRo RC (334)其中:若考慮rce， Ro的求法如下： 3.4 放大器的等效電路分析法 RC R oRorbe Ib + VTRs RB rce ITb ceIbRE1Rs Ic圖 3.33 RE1Ro=RC Ro= RC rce(1+ ) (335) rbe+RE1 +RsVT=(IcIb)rce+(Ib+Ic )RE1 RE1Ib= Ic rbe+RE1 +R

34、s VT RE1Ro= =rce(1+ ) Ic rbe+RE1 +Rs 3.4 放大器的等效電路分析法其中，rce的意義如下：O IBQv CEVA iCA QVCEQICQ Vce VCEQ+ VA VArce= = iC ICQ ICQQ RE22k CERE120VT RL8.2kRC8.2k+viC1 + voRB156k VCC15VC2RB215k3.4 放大器的等效電路分析法【例 3.3】試確定圖3.34所示電路的Av、Ri、Ro.已知晶體管的 參數(shù)如下: VBE=0.7V,=150 ,VA=100V. 【解】(1) 靜態(tài)分析圖 3.34 RB=RB1 RB2=56 1511.

35、83k RB2 15 VBB= VCC = 153.17V RB1+RB2 56+15 VBBVBE(on) IBQ= RB+(1+)(RE1+RE2) 3.170.7 = 7.8A 11.83+(1+150)(0.02+2) 3.4 放大器的等效電路分析法ICQ=IBQ=1507.8 103 1.17mAIEQ= (1+) IBQ=1517.8 103 1.18mA或 VEQ VBQVBE(on) 3.170.7 ICQIEQ = = = 1.22mA RE1+RE2 RE1+RE2 0.02+2r ceVA / ICQ = 100/1.17 85.47k (81.97k)(2)動(dòng)態(tài)分析 V

36、T 26rbe= rbb+ (1+) =0 + (1+150) 3.33k (3.22k) IEQ 1.18 RL 150(8.2 8.2)Av= = 96.9 (98. 6) rbe +(1+)RE1 3.33+(1+150)0.02 3.4 放大器的等效電路分析法Ri =RB rbe+(1+)RE1 =11.83 3.33+(1+150)0.02 4.13k(4. 1k)RoRC Ro= 8.2 102.4 7.59k(7.57k) RE1 1500.02 Rorce 1+ =85.47(1+ )102.4k rbe+RE1+RB 3.33 +0.02+11.83 (98.29k)如果假設(shè)

37、V A=,則RoRC= 8.2 k 討論:放大器的增益幾乎與的變化無(wú)關(guān).表3-3的計(jì)算證明了這一事實(shí). Av 5095.8 (97.2)10096.5 (98.3)15096.9 (98.6)表3-3 RL +voVTRERB2 + vs Rs RB1 VCC+viC1 C2 VEQRB2 IEQVTRB1 VCCREIBQ ICQ圖 3.353.5 共集電極放大器(射極跟隨器)一、電路結(jié)構(gòu)二、靜態(tài)分析 VBBVBE IBQ= RB+(1+ )RE RB2 VBB= VCC RB1+RB2 RB=RB1 RB2IEQ=(1+) IBQ VCEQ=VCCIEQ RE 3.5 共集電極放大器(射極

38、跟隨器)三、動(dòng)態(tài)分析VT+viRLie +vs Rs +voRERBib +Voeb Ib+ViRLIi +Vs Rs RERBIb rbe cR i RoRi Vo Av= Vi Vo=(Ib+Ib)(RE RL)=(1+)IbRL Vi= Ibrbe +Vo (1+)RLAv= (336) rbe+(1+)RLAv1， (1+)RL rbe ， Av1 射極跟隨器 圖 3.36 3.5 共集電極放大器(射極跟隨器)Ri=RB Ri= RBrbe+ (1+)RL (337) Vi Ri = = rbe+ (1+)RL Ib V T VT Ro = = Ie (1+) Ib VT=Ib(rbe

39、+Rs ) rbe+Rs Ro = 1+Ro=RE Ro rbe+Rs =RE (338) 1+ Ro + VTrbe eIbbRs RB Ib ITc RE Ro IeRs 圖 3.37 3.5 共集電極放大器(射極跟隨器)射極跟隨器的特點(diǎn): (1) (2) (3)四、采用復(fù)合管(Darlington)的射極跟隨器 1 、復(fù)合管的構(gòu)成原則及其特點(diǎn) (1) 復(fù)合管可由兩個(gè)或多個(gè)BJT組成,也可由BJT和FET組成; (2) 復(fù)合管的類(lèi)型取決于第一只管的類(lèi)型; (3) 前、后級(jí)晶體管之間的電流應(yīng)有正常的流通通路. (4) 兩管復(fù)合后,其主要優(yōu)點(diǎn)是: 12 rbe rbe1 +1rbe2 (3-3

40、9) ce(b)b VT(a) ic12 ibVT1 VT2b ib (1+1) ib 2(1+1) ibce1ib ie3.5 共集電極放大器(射極跟隨器)主要缺點(diǎn)是: ICEO ICEO2 +2ICEO1 (3-40) 圖 3.38 VT1 VT2b ib (1+1) ib 12 ibce1ib ieic 12 ib b VTceb VTcecVT1 VT2b ib (1+1) ib 12 ib1ib ieic 12 ib 3.5 共集電極放大器(射極跟隨器) 圖 3.39 e 3.5 共集電極放大器(射極跟隨器)圖 3.402、采用復(fù)合管的射極跟隨器eR EVT1 VT2b cvi vo

41、數(shù)百千歐五、射極跟隨器的用途 1、輸入級(jí); 2、輸出級(jí); 3、中間緩沖級(jí). ICQIBQRB2 VTRCRB1 VCCRE +VCEQ 3.6 共 基 極 放 大 器圖 3.41一、電路結(jié)構(gòu) + vs RC+viCB RLRs +voRB1 VCCC1 C2VTRB2RE (a) (b)二、靜態(tài)分析: 與共射放大器相同.三、動(dòng)態(tài)分析 3.6 共 基 極 放 大 器圖 3.42Rs VT RL+vi + vs +voRE RC e RLrbe+Vi +Vs Rs +VoRCRE b cIbRi RoRiIi IbIe V o Av = Vi Vo=Ic(RC RL)= IbRL Vi=Ibrbe

42、 RLAv= (341) rbe 3.6 共 基 極 放 大 器 圖 3.43 rbe rbeRi=RE Ri= RE (342) 1+ 1+ Vi Ibrbe rbe Ri = = = Ie (1+)Ib 1+ 其中: e cI b b + VTRs RCRE rbe ITIb Ro Ro=rcb RCRC (343) 3.7 三種基本放大器的比較三種基本放大器的小信號(hào)特性如表3-4所示.組態(tài)共射極共集電極共基極Av RL (高) rbe (1+ ) RL (低) rbe+(1+ ) RL RL (高) rbeA in (1+ ) Ri rbe (中等) rbe +(1+ ) RL(高) r

43、be /(1+ ) (低)Ro RC rceRC(高) rbe+Rs RE (低)1+ RC rcbRC (高)用途多級(jí)放大電路的中間級(jí)輸入級(jí)、輸出級(jí)或緩沖級(jí)高頻或?qū)拵щ娐坊蚝懔髟措娐繁?3-4基本放大器的小信號(hào)特性將用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)多級(jí)放大器. 3.8 多 級(jí) 放 大 器 在大多數(shù)應(yīng)用中,單管放大器不能滿(mǎn)足特定的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求.因此,可將多個(gè)基本放大器級(jí)聯(lián)起來(lái),構(gòu)成多級(jí)放大器,如圖3.44所示. 圖 3.44 +vsRo2 RonRLRo1Ri1 +vo1=vi2 +vi=vi1 +vo2 +vinRs第一級(jí) Av1 Ri2 Rin +vo第二級(jí) Av2第N級(jí)

44、Avn一、級(jí)間耦合方式 RB22 RL + voRE2RE2VT1 VT2CE1RE1 + vs Rs RC1RB11+viC1 C2RB12 RC2RB21 VCCC3CE23.8 多 級(jí) 放 大 器圖 3.451、阻容耦合 阻容耦合不適合傳遞緩慢變化的信號(hào),更不能傳遞直流信號(hào),不易集成. 3.8 多 級(jí) 放 大 器2、變壓器耦合 在某些電子設(shè)備中,常用變壓器耦合方式傳送交變信號(hào).例如,半導(dǎo)體收音機(jī)中的中頻變壓器及其選用的音頻輸入、輸出變壓器等.采用變壓器耦合的一個(gè)重要目的是:耦合變壓器在傳送信號(hào)的同時(shí)能起阻抗變換作用.利用變壓器可將負(fù)載阻抗變換成與信號(hào)源內(nèi)阻相匹配的情況,從而可大大提高信號(hào)

45、傳輸?shù)男?3、直接耦合 直接耦合方式既可以放大和傳遞交流信號(hào),也可以放大和 傳遞緩慢變化或直流信號(hào).便于集成. RE2VT1VCQ1RB VCQ2VT2RC1 RC2 VCCVBQ13.8 多 級(jí) 放 大 器VCQnVCQ3VCQ2VCQ1REnVCQ3 VTnRE3VCQ2VT2VT1VCQ1 RC1 VCCRC2RE2 RC3VT3 RCnVCQn圖 3.46圖 3.47(1) 電平移動(dòng)(2) 零點(diǎn)漂移 3.8 多 級(jí) 放 大 器二、交流指標(biāo)分析 1、小信號(hào)電壓增益為: Vo Vo1 Vo2 VonAv= = = Av1 Av2 Avn (344) Vi Vi1 Vi2 Vin 2、輸入

46、電阻為:R i= Ri1 RL1= Ri2 (345) 3、輸出電阻為: Ro= Ron Rsn= Ro(n1) (346) + vs VT1 RLRs VT23.8 多 級(jí) 放 大 器三、組合放大器 + vs VT1 VT2 RLRs(a) 共射-共基(b) 共集-共射+v i+voVT2VT1 RL(c) 共集-共基圖 3.48 VT1+viRL +vs Rs +vorce2R RL+viVT2VT1 +vs Rs +voRVT2 + vs Rs C4RLVT1R4R3C3+viC1 + voR2 VCCC2R13.8 多 級(jí) 放 大 器圖 3.49四、帶有源負(fù)載的共射放大器 RLAv=

47、rbe 章末總結(jié)與習(xí)題討論一、本章小結(jié) 1、熟悉三極管的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、符號(hào)、特性曲線 (幾個(gè)工作區(qū)域及其特點(diǎn))、主要參數(shù).掌握三極管的電流放大作用及電流分配關(guān)系.了解三極管的幾類(lèi)應(yīng)用. 2、深刻理解放大的概念及放大器設(shè)置Q點(diǎn)的必要性;熟悉放大器的構(gòu)成原則及其各項(xiàng)性能指標(biāo)的含義. 3、熟悉放大器的常用分析方法圖解法及等效電路分析法. 4、掌握基本放大器常用偏置方式,明確分壓偏置方式的優(yōu)點(diǎn). 5、掌握三種基本放大器(共射、共集、共基)的電路組成及其 章末總結(jié)與習(xí)題討論性能特點(diǎn).了解其各自的應(yīng)用場(chǎng)合. 6、熟悉多級(jí)放大器的級(jí)間耦合方式,掌握多級(jí)放大器的分析計(jì)算方法.二、習(xí)題討論 1、關(guān)于BJT 【例

48、3.4】測(cè)得放大電路中四個(gè)三極管各極電位分別如圖3.50 所示，試判斷它們各是NPN管還是PNP管？是硅管還是鍺 管？并確定每管的B、E、C極。 【解】根據(jù)三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，工作在放大狀態(tài) 章末總結(jié)與習(xí)題討論下的三極管，通常具有下列關(guān)系：（1） 對(duì)硅管：VBE0.7V；對(duì)鍺管：VBE0.3V。（2） 對(duì)NPN管：VCVBVE ；對(duì)PNP管：VCVBVE 。 0V 0.3V5V（a）8V 2V 2.7V（b）2V 5V2.3V（c）10V2.3V3V（d）圖 3.50 章末總結(jié)與習(xí)題討論 依據(jù)上述關(guān)系，判斷時(shí)首先根據(jù)極間電位差由關(guān)系（1）區(qū)分是硅管還是鍺管，并區(qū)分出C極；然后根據(jù)三個(gè)電

49、極電位的高低由關(guān)系（2）區(qū)分是 NPN管還是PNP管，是并區(qū)分出B、E極。根據(jù)上述分析思路可得出如下結(jié)論:圖（a）是PNP型鍺管，、分別是B、E、C極。圖（b）是NPN型硅管，、分別是C、E、B極。圖（c）是NPN型鍺管，、分別是B、C、E極。圖（d）是PNP型硅管，、分別是C、E、B極。 VBQ VT RE200 RB210k RC30k RB130k VCC9VIBQ ICQIEQ圖 3.51章末總結(jié)與習(xí)題討論【例 3.5】在圖3.51所示電路中,已知晶體三極管的=200 VBE=0.7V ，ICBO0 . (1) 試求 IB、IC、VCE . (2) 若電路中元件分別作如下變化, 試指出

50、三極管的工作狀態(tài). (a) RB2=2k, (b) RB1=15k, (c) RE=100.【解】(1): RB2 10 VBB= VCC = (9) =2.25V RB1+RB2 30+10 章末總結(jié)與習(xí)題討論RB=RB1 RB2=30 10=7.5k VBB VBE 2.250.7 IBQ= = 32.5A RB+(1+)RE 7.5+(1+200)0.2ICQ=IBQ=20032.5 103 =6.5mAVCEQ = VCC ICQRCIEQRE VCC ICQ ( RC+RE ) =1.2VV CEQ =1.2V RB2 2 VBB= VCC = (9) 0.56V RB1+RB2 3

51、0+2 (2) (a) RB2=2k VBB VBE VT 截止 章末總結(jié)與習(xí)題討論RB=RB1 RB2=15 10 = 6k(b) RB1=15k RB2 10 VBB= VCC = (9) =3.6V RB1+RB2 15+10 I CQ=IBQ=20062.77 103 12.55mAVCEQ = VCC ICQRCIEQRE VCC ICQ( RC+RE ) =6.06V VBB VBE(on) 3.60.7 IBQ= = 62.77A RB+(1+)RE 6+(1+200)0.2VCEQ =6.06V VCEQ 0.3V VT（ 飽和 ） 章末總結(jié)與習(xí)題討論 (c) RE=100 V

52、BQ VBE(on) 2.250.7 IBQ= = 56.16A RB+(1+)RE 7.5+(1+200)0.1ICQ=IBQ=20056.16 103 11.23mAVCEQ = VCC ICQRCIEQRE VCC ICQ ( RC+RE ) =3.36VV CEQ =3.36V VCEQ 0.3V VT（飽和）2、關(guān)于放大器【例 3.6】圖3.52所示為兩級(jí)放大電路,已知1=2=100, VBE1=VBE2= 0.7V ，ICBO1= ICBO2 0 . VT2VT1IE1IC1IRC1 IE2VBQ1 RB151k RC22.2k RE11.5k RB218k RE22k RC1 3

53、k圖 3.52 VCC9VIC2章末總結(jié)與習(xí)題討論(1) 試求集電極電流IC1、IC2 , 集電極電壓 VC1 、VC2 .(2) 若RB2改為3k, 試確定VT1和VT2管的工作狀態(tài).(3) 如果RC2改為5.1k, 試求2(sat) ,并與放大狀態(tài)下的2=100 比較. 【解】(1) RB2 18 VBQ1= VCC= 92.35V RB1+RB2 51+18 VBQ1VBE1 2.350.7 IC1IE1 = = RE1 1.5 1.1mA 章末總結(jié)與習(xí)題討論VC1VCCIC1RC19 1.13 = 5.7V VCC VBE2 VC1 90.7 5.7 IC2IE2 = = =1.3mA

54、 RE2 2VC2IC2RC2=1.32.2 = 2.86V(2) 若RB2改為3k, 則: RB2 3 V BQ1= VCC = 9=0.5VVBE1 RB1+RB2 51+3 VT1、VT2 (截止)(3) 若RC2改為5.1k, 則:VEC2VCCIC2 ( RC2+ RE2) =91.3(5.1+2)=0.23VVCE2=0.23V VT2飽和. 章末總結(jié)與習(xí)題討論 VCC VCE(sat) 90.3 IC2S = = 1.23mA RC2+ RE2 2+5.1 IC2S RE2 + VBE2 1.232+0.7 IRC1 = = 1.05mA RC1 3IB2=IC1IRC1 =1.

55、11.05 = 0.05mA=50 A2(sat)= IC2S / IB2 =1.23 / 0.05=24.6/ 2(sat)=100 / 24.64.07【例 3.7】電路如圖3.53所示,試計(jì)算小信號(hào)電壓增益Av,假設(shè) 1=2=100, ICQ1=ICQ2= 0.5mA. rbb1=rbb2= 0. +voRLRi2 RC2VT2REVT1ii+vi章末總結(jié)與習(xí)題討論圖 3.53圖 3.5410kVT2VT1 VCC(15V)RE14.3kRC2 RL10k + vi + voVEE(15V)【解】 VT 26r be1(1+1) =(1+100) 5.25k= rbe2 ICQ1 0.5

56、 章末總結(jié)與習(xí)題討論 rbe2 5.25Ri2= = 0.052k 1+2 1+100 A v = Av1 Av2 = 0.595.24 = 47.62 【例 2.8】電路如圖3.55所示,試確定VCEQ1、VCEQ2和Av 、 Avs. 已知1=2=100, VBE1=VBE2=0.7V, VB2=5V. 且忽略rbb. (1+1)RL1 (1+1)(RE Ri2) Av1= = 0.5 rbe1+(1+1)RL1 rbe1+(1+1) (RE Ri2) 2RL2 2(RC2 RL) 100(10 10) Av2= = = 95.24 rbe2 rbe2 5.25 1.3k圖 3.56RC7

57、.5kVT2 RB2VT1RE VCC (15V)RB3RB11.2M VB2章末總結(jié)與習(xí)題討論圖 3.55VB2 + voCEVT2 + vs Rs=2k RE1.3k RB2 RB11.2M CB2VT1CB1 VCC (15V)CCRLRB3RC7.5k【解】(1) 靜態(tài)分析 VCC VBE1 150.7 IBQ1= = 10.7A RB1+(1+)RE 1.2103+(1+100)1.3 VT1 VT2 +vs RB1 RC+viRL +voRs章末總結(jié)與習(xí)題討論圖 3.57ICQ1 ICQ2 =IBQ1=10010.7103 =1.07 mA IEQ1 = (1+) IBQ1=(1+

58、100)10.7103 1.08 mA VCEQ1=VCQ1VEQ1=VB2VBE2IEQ1RE=50.71.081.3=2.896VVCEQ2=VCCICQ2RC VCQ1=151.077.54.3=2.675V(2) 動(dòng)態(tài)分析 章末總結(jié)與習(xí)題討論 VT 26rbe1=(1+1) =(1+100) 2.43krbe2 IEQ1 1.08R i=Ri1 =RB1 rbe1 rbe1 = 2.43k Ri 2.43Avs=Av =123.46 67.72 Rs+Ri 2 +2.43 1Ri2 2(RC RL) 1 rbe2 2(RC RL) Av=Av1 Av2 = = rbe1 rbe2 rbe1 1+2 rbe2 1(RC RL) 100(7.5 5) = 123.46 rbe1 2.43 歡 迎 提 出 批 評(píng) 指 正 !