晶体管及放大电路基础.ppt

那么就要从信号源取电流输入电阻输入电阻是衡量放大是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数输入电阻越大，电路从其前级取电流大小的参数输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小AuIi~USUi（（1）电压放大倍数）电压放大倍数AuUi 和和Uo 分别是输入和输出电压分别是输入和输出电压的有效值的有效值5、电路的主要参数（（3）） 输出电阻输出电阻roAu~US放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我们而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻等效电路的内阻就是输出电阻~roUS'如何确定电路的输出电阻如何确定电路的输出电阻ro ？？步骤：步骤：1. 所有的电源置零所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源)2. 加压求流法加压求流法UI方法一：方法一：计算方法二：方法二：测量Uo1. 测量开路电压测量开路电压~roUs'2. 测量接入负载后的输出电压测量接入负载后的输出电压~roUs'RLUo'步骤：步骤：3. 计算。

计算（（4）） 通频带通频带fAuAum0.7AumfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fH–fL放大倍数放大倍数随频率变随频率变化曲线化曲线l l（5） 全谐波失真度（p44）l l（6） 动态范围UOPPOPP符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量大写字母、大写下标，表示直流量uA小写字母、大写下标，表示全量小写字母、大写下标，表示全量ua小写字母、小写下标，表示交流分量小写字母、小写下标，表示交流分量uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 2.2.2 共射极放大电路的组成及其工作原理三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理放大元件放大元件iC=  iB，工作在放大，工作在放大区，要保证集电区，要保证集电结反偏，发射结结反偏，发射结正偏uiuo输入输入输出输出参考点参考点RB+ECEBRCC1C2T集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量并保证集量并保证集电结反偏。

电结反偏RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压RB+ECEBRCC1C2T使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点静态工作点基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2T耦合电容耦合电容隔离输入输隔离输入输出与电路直出与电路直流的联系，流的联系，同时能使信同时能使信号顺利输入号顺利输入输出RB+ECEBRCC1C2T可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRB放大电路的直流通路和交流通路1.1.直流通路：把电路中的电容开路，保留包含三极管的那部分电路通常用直流通路计算静态工作点Q2.2.交流通路：把电路中的电容短路，直流电压源短路，就成为交流通路，通常用交流通路计算放大倍数，输入电阻和输出电阻+ECRCC1C2TRB+ECRCT直流通路直流通路RB+ECRCC1C2TRBRCTRBRCTRB交流通路练习：画出下图的直流通路和交流通路练习：画出下图的直流通路和交流通路RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoRB+ECC1C2RERLuiuo补充内容：实现放大的基本条件1、保证三极管工作在放大状态，即发射结正偏，集电、保证三极管工作在放大状态，即发射结正偏，集电结反偏结反偏2、保证输入信号能够输送进去、保证输入信号能够输送进去3、保证输出信号能够输送出来、保证输出信号能够输送出来(a)(d)(b)(c)(a)(b)(c)(d)(f)(e)2.3 放大电路的静态分析由于电源的由于电源的存在存在IB 01、静态工作点、静态工作点RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T(IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输出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。

特性曲线上的一个点称为静态工作点IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ静态工作点有什么作用呢？？同学们可以先想想，静态工作点有什么作用呢？？同学们可以先想想，后面我们再讲解，这里先讲解如何求静态工作点后面我们再讲解，这里先讲解如何求静态工作点IBUBEQICUCEuCE怎么变化怎么变化假设假设uBE有一微小的变化有一微小的变化ibtibtictuit后面我们再讲解后面我们再讲解各点波形各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB2、图解法求静态工作点I. I.画出直流通路II.II.估算UBEQBEQ和IBIII.III.列出输出回路直流负载线方程IV.IV.把直流负载线画在输出特性曲线上，做垂线找出ICQCQ和UCEQCEQ（（1）画直流通路）画直流通路开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC（2）估算UBEQ和IBQUBEQ是固定值，硅管约为0.7V，锗管约为0.2V为什么？RB称为称为偏置电阻偏置电阻，，IB称为称为偏偏置电流置电流EC直流通道直流通道RBRCIBUBEICUCEUCE=EC–ICRC 。

直流通道直流通道RB+ECRC（（3））列出输出回路直流负载线方程列出输出回路直流负载线方程UCE~IC满足什么关系？满足什么关系？A：IC=0，UCE=ECB：IC=EC/RC，UCE=0ICUCEECQIB（（（（4 4）把直流负载线画在输出特性曲线上，做垂线找出）把直流负载线画在输出特性曲线上，做垂线找出）把直流负载线画在输出特性曲线上，做垂线找出）把直流负载线画在输出特性曲线上，做垂线找出ICQICQ和和和和UCEQUCEQUCEQICQ这样就可以求出静态工作点了这样就可以求出静态工作点了（（1）根据直流通道估算）根据直流通道估算IBIBUBERB称为称为偏置电阻偏置电阻，，IB称为称为偏偏置电流置电流EC直流通道直流通道RBRC3、估算法求静态工作点（（2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、、IBICUCE直流通道直流通道RBRC例例1：放大电路如下图所示，估算：放大电路如下图所示，估算Q点射极偏置射极偏置固定偏流固定偏流输入输入回路回路KVL方程方程解：解：即：即：输出输出回路回路KVL方程（直流负载线）方程（直流负载线）T放大放大集电极－基极偏置电路集电极－基极偏置电路例例2：放大电路如下图所示，估算：放大电路如下图所示，估算Q点。

点解：解：Je回路回路KVL方程方程Jc回路回路KVL方程（直流负载线）方程（直流负载线）T放大放大小结：小结：近似估算法求近似估算法求Q点点T放大的基本条件放大的基本条件 ＝＝ Je正偏正偏；；Jc反偏反偏3个方程解个方程解3个变量（个变量（IBQ、、ICQ、、VCEQ））关键方程关键方程——Je回路回路KVL方程方程2.4 放大电路的动态分析2.4.1 图解法在放大电路动态分析中的应用图解法在放大电路动态分析中的应用1、交流通路、交流通路短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路△ic△uce△△uce=-△△ic*（（Rc//RL））2.作交流负载线 iCuCEVCCQIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线注意：注意：（（1）交流负载线是有交流）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹输入信号时工作点的运动轨迹 （（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合空载时，交流负载线与直流负载线重合①①斜斜 率为率为- -1/R'L R'L= RL∥∥Rc ））②②经过经过Q点 △△uce=-△△ic*（（Rc//RL））3.波形分析交流放大原理（设输出空载）iBuBEQuiib输入一微小的正弦信号输入一微小的正弦信号 uiuceicibiCuCE4、放大电路的非线性失真 (1)工作点过高引起饱和失真 放大电路有合适的静态工作点（即交流负载线的中间位置），可输出最大不失真信号。

饱和失真如何消除饱和失真呢？如何消除饱和失真呢？减小减小IBQ应该怎么做？应该怎么做？减小减小EC增大增大Rb（2）工作点过低引起截止失真截止失真如何消除截止失真呢？如何消除截止失真呢？增大增大IBQ应该怎么做？应该怎么做？增大增大EC减小减小Rb4.最大不失真输出幅值 iCuCEVCCQIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线①①斜斜 率为率为- -1/R'L R'L= RL∥∥Rc ））②②经过经过Q点 UCESUCEQICQ*RL’UOM=min{UCEQ-UCES，，ICQ*RL’}2.4.2 微变等效法1、晶体管的微变等效电路条件：交流小信号条件：交流小信号2、放大电路的动态分析动态分析的目的是求电压放大倍数，输入电阻和输出电阻动态分析的目的是求电压放大倍数，输入电阻和输出电阻动态参数的计算 （1）电压放大倍数Au 式中的负号表示输出与输入电压相位相反负载电阻越大，负载电阻越大，放大倍数越大放大倍数越大 （2）输入电阻Ri Ri （3）输出电阻R 对于负载而言，放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro越小越好。

电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是般总是希望输入电阻越大越好希望输入电阻越大越好见书61页解释典型例题Ri2.5 静态工作点的选择和稳定为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点但是，温度的变化严重影响静稳定的静态工作点但是，温度的变化严重影响静态工作点态工作点对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由作点由UBE、、  和和ICEO 决定，这三个参数随温度而变决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面TUBE ICEOQ1、温度对、温度对UBE的影响的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC2、温度对、温度对  值及值及ICEO的影响的影响T 、、 ICEOICiCuCE´总的效果是：总的效果是：温度上升时，温度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移，造线上移，造成成Q点上移小结：小结：TIC 固定偏置电路的固定偏置电路的Q点是不稳定的。

点是不稳定的 Q点不点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真为此，需要改进偏置止区，从而导致失真为此，需要改进偏置电路，当温度升高、电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动减增加时，能够自动减少少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变化保持点的变化保持Q点基本稳点基本稳定常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点电常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点电路见下页路见下页3、分压式偏置电路：、分压式偏置电路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo（（1）、静态分析）、静态分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路可以认为与温度无关可以认为与温度无关似乎似乎I2越大越好，越大越好，但是但是RB1、、RB2太小，太小，将增加损耗，降低输将增加损耗，降低输入电阻因此一般取入电阻因此一般取几十几十k I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路TUBEIBICUEIC本电路稳压的本电路稳压的过程实际是由过程实际是由于加了于加了RE形成形成了了负反馈负反馈过程过程I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2（（2）、动态分析）、动态分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR'B微变等效电路微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路交流通路CE的作用：交流通路中，的作用：交流通路中， CE将将RE短路，短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。

对交流不起作用，放大倍数不受影响问题问题1：：如果去掉如果去掉CE，放大倍数怎样？，放大倍数怎样？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo去掉去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：后的交流通路和微变等效电路：rbeRCRLRER'BRB1RCRLuiuoRB2RERB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2问题问题2：：如果电路如下图所示，如何分析？如果电路如下图所示，如何分析？I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2静态分析：静态分析：直流通路直流通路RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2动态分析：动态分析：交流通路交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1交流通路：交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微变等效电路：微变等效电路：rbeRCRLRE1R'B问题：问题：Au 和和 Aus 的关系如何？的关系如何？定义：定义：放放大大电电路路RLRS§ 2.6 共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路 2.6.1 共集电极放大电路共集电极放大电路RB+ECC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道直流通道（（1）、静态分析）、静态分析IBIE折算折算RB+ECRE直流通道直流通道（（2）、动态分析）、动态分析RB+ECC1C2RERLuiuorbeRERLRB微变等效电路微变等效电路电压放大倍数电压放大倍数rbeRERLRB1.所以所以但是，输出电流但是，输出电流Ie增加了。

增加了2. 输入输出同相，输出电压跟随输入电压，输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称故称电压跟随器电压跟随器结论：结论：输入电阻输入电阻rbeRERLRB输入电阻较大，作为前一级的负载，对前输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小一级的放大倍数影响较小输出电阻输出电阻用加压求流法求输出电阻用加压求流法求输出电阻rorbeRERBRSrbeRERBRS电源置电源置0一般：一般：所以：所以：射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强射极输出器的使用射极输出器的使用1. 将射极输出器放在电路的首级，可以提将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻高输入电阻2. 将射极输出器放在电路的末级，可以降将射极输出器放在电路的末级，可以降 低输出电阻，提高带负载能低输出电阻，提高带负载能3. 将射极输出器放在电路的两级之间，可将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用以起到电路的匹配作用2.6.2 共基极放大电路结构特点结构特点…1. 静态工作点静态工作点直流通路与分压式射极偏直流通路与分压式射极偏置电路相同置电路相同2. 动态指标动态指标①①电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：# # 共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？② ② 输入电阻输入电阻③ ③ 输出电阻输出电阻2.7 多级放大电路多级放大电路引出引出… 例如，要求例如，要求AV > 2000、、Ri > 2M 和和Ro < 100 级联（级间耦合）：级联（级间耦合）：直接、阻容和变压器耦合直接、阻容和变压器耦合性能分析性能分析动态分析动态分析——求求AV 、、Ri和和Ro例如例如求求AV1 ——计算时，把后一级的输入电阻当初前一级的负载；把前一级计算时，把后一级的输入电阻当初前一级的负载；把前一级的输出电阻当成后一级信号源内阻的输出电阻当成后一级信号源内阻 例例题题1 为提高放大电路为提高放大电路的带负载能力，多级的带负载能力，多级放大器的末级常采用放大器的末级常采用共集电路。

共射共集电路共射- -共共集两级阻容耦合放大集两级阻容耦合放大电路如图所示已知电路如图所示已知电路中电路中 1= 2=50，，VBE=0.7V (1) 求各级的静态工作点；求各级的静态工作点； (2) 求电路的输入电阻求电路的输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro；； (3) 试分别计算试分别计算RL接在第一级输出端和第二级输出端时，电路的接在第一级输出端和第二级输出端时，电路的电压放大倍数电压放大倍数  各级静态工作点彼此独立，各级静态工作点彼此独立，可分级计算可分级计算解解：： (1) 求各级的静态工作点；求各级的静态工作点； 第二级：射极偏置第二级：射极偏置第一级：第一级： 分压式射极偏置分压式射极偏置电容开路，所以电容开路，所以…阻容耦合的特点阻容耦合的特点变压器耦合变压器耦合RiRoRo1(2) 求求Ri和和Ro；； =Ri= Ri1= R1//R2//[rbe1+ (1+  1)R4]≈2.66k  (3) 分别计算分别计算RL接在第一级输出端和第二级输出端时接在第一级输出端和第二级输出端时, , 电压增益电压增益 Ri1=Ri2=R6//[rbe2+ (1+ )(R7//RL)] =150//104=61.11k  级间耦合的优、缺点及应用比较级间耦合的优、缺点及应用比较 耦合方式耦合方式 优优 点点 缺缺 点点 应应 用用 直流或交流直流或交流放大，分立放大，分立或集成电路。

或集成电路  可放大直流及可放大直流及缓慢变化的信号，缓慢变化的信号，低频响应好低频响应好 便于集成便于集成 有严重的零点有严重的零点漂移问题漂移问题 各级各级Q不独立，不独立，设计计算及调试设计计算及调试不便不便直接耦合直接耦合 阻容耦合阻容耦合 各级各级Q独立独立 体积小成本低体积小成本低  无法集成无法集成传输交流信号传输交流信号损失小，增益高损失小，增益高  不能放大直流不能放大直流及缓慢变化的信及缓慢变化的信号，低频响应差号，低频响应差交流放大交流放大 分立电路分立电路 变压器耦合变压器耦合  无法集成无法集成功率放大功率放大 调谐放大调谐放大 高频和低频响高频和低频响应差应差 体积大，笨重体积大，笨重 各级各级Q独立独立 可以改变交流可以改变交流信号的电压、电信号的电压、电流和阻抗流和阻抗 直接耦合uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2阻容耦合前级前级后级后级+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2变压器耦合2.8 放大电路的频率响应1、、 频率响应频率响应频率响应频率响应电压增益可表示为电压增益可表示为在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应。

在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应或写为或写为其中其中Av为什么是为什么是 f 的函数？如何表达？的函数？如何表达？幅度失真：幅度失真： 对对信信号号的的不不同同频频率率成成分分增增益益不同，产生的失真不同，产生的失真相位失真：相位失真： 对对信信号号的的不不同同频频率率成成分分相相移移不同，产生的失真不同，产生的失真频频率率失失真真线线性性失失真真2、频率失真、频率失真普通音响系统放大电路的幅频响应普通音响系统放大电路的幅频响应3、、如何避免频率失真？如何避免频率失真？中频区中频区高频区高频区低频区低频区频域频域指标指标信号的带宽信号的带宽   放大器的带宽放大器的带宽 直直流流放放大大电电路路的的幅幅频频响响应应与与此此有何区别？有何区别？ 若若输输入入50kHz50kHz的的正正弦弦波波，，是是否否会会产生频率失真？产生频率失真？4、、 BJT的高频小信号建模的高频小信号建模①①模型的引出模型的引出②②模型简化模型简化互导互导③③模型参数的获得模型参数的获得(1) 2个电容个电容(2) 2个电阻个电阻rbb’、、rb’e(3) 互导互导gm fT — 特征频率，查手册特征频率，查手册查手册查手册公式计算公式计算低频时，电容开路低频时，电容开路2 2个个模型等效模型等效所以所以测测rbe，计算，计算查手册查手册低频区：低频区： （低频响应）（低频响应）隔直电容必须考虑隔直电容必须考虑结电容开路（结电容开路（X    ））中频区中频区隔直电容短路（隔直电容短路（X   0））结电容开路（结电容开路（X    ））高频区：高频区： （高频响应）（高频响应）隔直电容短路（隔直电容短路（X   0））结电容必须考虑结电容必须考虑例例1②②画低频小信号等效电路画低频小信号等效电路①①求静态工作点求静态工作点③③电路变换电路变换(a) Re >> XCe = 32  ( f =100Hz)(b) Rb = 25k  >> R’i(a),(b) 2条假设条假设突出考察突出考察Ce的影响的影响(c) Ce 折算折算(c) 输出回路：诺顿输出回路：诺顿戴维南戴维南结论：结论：Ce是决定低频响应的是决定低频响应的 主要因素主要因素中频增益中频增益则则⑤⑤确定确定 f H、、f L （（BW））④④求频响表达式求频响表达式问题？问题？例例已知已知:分析过程：分析过程：①①求静态工作点求静态工作点②②画画高频高频小信号等效电路小信号等效电路③③电路变换电路变换(a) Rb=300k  >> Rs =500 与图与图3.7.8(b)相同相同2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应③③电路变换电路变换与图与图3.7.8(b)相同相同(b) 用用密勒定理密勒定理对对Cb’c作等效拆分作等效拆分密勒电容密勒电容密勒效应密勒效应(a) Rb=300k  >> Rs =500 CM2. 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应③③电路变换电路变换(b) 用用密勒定理密勒定理对对Cb’c作等效拆分作等效拆分(a) Rb=300k  >> Rs =500 (c) 从从Cb’e向左做戴维南等效向左做戴维南等效(d) 输出回路：诺顿输出回路：诺顿戴维南戴维南④④确定确定 f H、、f L （（BW））fH =5 5、完整的频响表达式及波特图、完整的频响表达式及波特图中频增益中频增益。