晶體管及放大電路基礎(chǔ)

1、跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.2 基本放大電路2.3 基本放大電路的分析方法2.4 共C和共B電路2.5 放大器的級(jí)聯(lián)2.6 基本要求與小結(jié)-放大電路基礎(chǔ)篇 Basic BJT Amplifiers跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.2 2.2 基本放大電路基本放大電路n2.2.1 放大的概念n2.2.2 基本放大器組成原則n2.2.3 放大器的特點(diǎn)n2.2.4 放大器的主要性能指標(biāo)跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.2.1 放大的概念 1. 放大對(duì)象：主要放大微弱(small signals)、變化的電信號(hào) ，使其Pi (Vi或Ii) 得到放大！ 2. 2. 放大實(shí)質(zhì)：直流能 交流能 三極管換能器在保持信號(hào)不失真的前提下，使其由小變大，由弱變強(qiáng)

2、。 放大跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)1、管子要放大 JeJe正偏正偏,Jc,Jc反偏反偏2、信號(hào)能入能出2.2.2 基本放大器組成原則共射電路共射電路輸入回路與輸出回路電流、電壓的關(guān)系 BEBEQbevUv輸入回路bBQBiIi輸出回路CECEQcevUvcCQCiIiIBQUBEQUCEQICQ跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè) 基本組成如下：基本組成如下：u 三三 極極 管管 Tu 集電極電阻集電極電阻Rc u 負(fù)載電阻負(fù)載電阻RLu 偏置電路偏置電路VCC, Rbu 耦合電容耦合電容C1 , C2iBiC習(xí)慣畫(huà)法基本晶體管放大器的組成原則：1、輸入信號(hào)須加在基極發(fā)射極回路；2、必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；3、必須將晶體管偏置在

3、放大狀態(tài)。跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)BEESC1TVUiIei由公式可知：當(dāng)VBE VBE(ON)后VBE 對(duì)iC 有敏感的控制作用而VCE 對(duì)iC 的影響十分微弱 所以待放大的信號(hào)加在b或e極才能有效的得到放大，而不能加在c極。 待放大的信號(hào)須加在be回路uCE/V5101501234IB 40A30A20 A10A0A放大區(qū)iC/mA 共射輸出特性曲線(xiàn)共射輸出特性曲線(xiàn)跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè) 須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)直流工作狀態(tài)： （靜態(tài)）當(dāng)vivi0 0時(shí),電路中各處的電壓電流都是不變的,對(duì)應(yīng)的電壓電流，分別為IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ，代表了輸入輸出特性曲線(xiàn)上的一個(gè)點(diǎn) 習(xí)慣上稱(chēng) 靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn) 即Q

4、(Q(Quiescent) )點(diǎn)交流工作狀態(tài)： （動(dòng)態(tài)）當(dāng)vi0時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置是否合適對(duì)放大器的性能有很大影響是 輸出電壓不失真地放大的保證輸出電壓不失真地放大的保證 跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè) 若Q Q點(diǎn)選得很小則產(chǎn)生截止失真；若Q點(diǎn)選得很大則產(chǎn)生飽和失真。 非線(xiàn)性失真為了防止非線(xiàn)性失真，在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)Q Q點(diǎn)也不能為0 0而必須有合適的數(shù)值以保證在vi的整個(gè)變化過(guò)程中晶體管始終工作在 放大區(qū)放大區(qū) 若Q Q點(diǎn)過(guò)大措施是Q點(diǎn)下移使I IB B變小若Q Q點(diǎn)過(guò)小措施是Q點(diǎn)上移使I IB B變大跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè) 晶體管必須工作在放大狀態(tài) 晶體管上各端電壓，端電流為 直流直流+ +交流交流且 交流分量的幅值 直

5、流分量的幅值，所以，在任一時(shí)刻e結(jié)正偏c結(jié)反偏。 可見(jiàn) 放大作用放大作用是指輸出交流分量與輸入信號(hào)的關(guān)系，因?yàn)橹挥薪涣鞣至坎拍芊从齿斎胄盘?hào)的變化 v vOO與與v vi i反相反相 vO跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)0iv動(dòng)態(tài)是目的，靜態(tài)是保證（不失真）！動(dòng)態(tài)是目的，靜態(tài)是保證（不失真）！0iv 交流通路交流通路 直流通路直流通路 交流信號(hào)、直流信號(hào)并存！交流信號(hào)、直流信號(hào)并存！ 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 靜態(tài)靜態(tài)2.2.3 2.2.3 放大器的特點(diǎn)放大器的特點(diǎn)跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.2.4 2.2.4 放大器的主要性能指標(biāo)放大器的主要性能指標(biāo)對(duì)信號(hào)源而言，放大器相當(dāng)于它的負(fù)載。 放大器的輸入特性用輸入電阻Ri表示 1.放大器的二端口

6、模型 對(duì)負(fù)載而言，放大器相當(dāng)于負(fù)載的信號(hào)源。 放大器的輸出特性用輸出電阻R RO O和一個(gè)受控電壓源（電流源）來(lái)表示 跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.主要性能指標(biāo) 放大倍數(shù)或增益 定義為放大器輸出量和輸入量之比值 。根據(jù)二端口模型中輸入量（Ui，Ii）和輸出量（Uo ，Io）的不同，有四種不同定義的放大倍數(shù)。 電壓增益 ：OviUAU電流增益 ：iOiIIA iOgUIA互導(dǎo)增益 :互阻增益： iOrIUA 為了方便，Au,Ai有時(shí)用分貝dB來(lái)表示 )(lg20)(lg20dBIIAdBUUAiOiiOu，跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè) 輸入電阻Ri 用來(lái)衡量放大電路對(duì)信號(hào)源的影響 當(dāng)RiRs時(shí) ViVs，RiRi越大得到的輸

7、入信號(hào)電壓越大越大得到的輸入信號(hào)電壓越大 信號(hào)源采用信號(hào)源采用電壓源電壓源即輸入電阻越大 - 信號(hào)源電壓Vs更有效地加到放大器的輸入端 反之（RiRs）Ri越小得到的輸入信號(hào)電流越大越小得到的輸入信號(hào)電流越大 信號(hào)源采用信號(hào)源采用電流源電流源即輸入電阻越小-放大器從信號(hào)源獲取的電流越大跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè) 輸出電阻Ro 反映放大電路帶負(fù)載能力當(dāng)Ro越小則RL變化對(duì)輸出電壓的影響越小VoVo 即輸出電壓Vo越穩(wěn)定 帶負(fù)載能力強(qiáng)反之，若想在負(fù)載上得到電流較穩(wěn)定則應(yīng)使Ro大。 非線(xiàn)性失真系數(shù)THD 由于放大管輸入輸出特性的非線(xiàn)性，不可避免地要產(chǎn)生非線(xiàn)性失真，即放大器非線(xiàn)性失真的大小與工作點(diǎn)位置，信放大器非線(xiàn)

8、性失真的大小與工作點(diǎn)位置，信號(hào)大小有關(guān)號(hào)大小有關(guān) 但如果放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)且輸入信號(hào)足夠小，則非線(xiàn)性失真系數(shù)將很小 一般只有在大信號(hào)工作時(shí)才考慮非線(xiàn)性失真問(wèn)題 非線(xiàn)性失真會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量非線(xiàn)性失真會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量 跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)頻率失真(線(xiàn)性失真)輸入信號(hào)由許多頻率分量組成，由于放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的幅度增益、相移量不同而造成的失真。vAiRoR(此時(shí)輸出信號(hào)中并未增加新的頻率分量) 跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.3 基本放大電路的分析方法2.3.1 放大電路的靜態(tài)分析2.3.2 放大電路的動(dòng)態(tài)分析跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè) 2.3.1 放大電路的靜態(tài)分析 DC Analysis分析對(duì)象：Q（Quiesce

9、nt) (IB、IC和和VCE) 靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路直流通路分析路徑：靜態(tài)分析有兩種方法： 一、計(jì)算法 二、圖解分析法（Graphical Analysis）跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè) 一、計(jì)算法直流通路：C斷開(kāi)、L短路、直流電源保留bBECCBRVVIBCII cCCCCERIVV跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)二、圖 解 法cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVVI直流負(fù)載線(xiàn)直流負(fù)載線(xiàn)跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè) 2.3.2 放大電路的動(dòng)態(tài)分析 AC Analysis動(dòng)態(tài)分析有兩種方法： 一、圖解分析法 二、交流小信號(hào)模型分析法 AC Small-signal model analysis （微變等效電路法)vAiRoR分

10、析對(duì)象：交流通路交流通路分析路徑：跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)交流通路：直流電源短地、C交流短路根據(jù)輸入信號(hào)頻率，將電抗極小的大電容、小電感短路，電抗極大的小電容、大電感開(kāi)路，而電抗不容忽略的電容、電感保留。直流電源短地。跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)vceRLiC （RLR LRc）交流負(fù)載線(xiàn)交流負(fù)載線(xiàn)斜率斜率：1/ RL特點(diǎn)特點(diǎn)：過(guò)：過(guò)Q點(diǎn)點(diǎn)VABRLICQ跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)一、圖解法vi vBE iB iC vCE |-vo| 1 1、交直流迭加、交直流迭加2 2、vo與與vi相位相反相位相反3 3、非線(xiàn)性失真：、非線(xiàn)性失真： 飽和失真飽和失真 截止失真截止失真結(jié)論：結(jié)論：跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)飽和失真跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)截止失真跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)n

11、要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：要想獲得大的不失真輸出幅度，需要： 1.工作點(diǎn)工作點(diǎn)Q要設(shè)要設(shè)置在輸出特性置在輸出特性曲線(xiàn)曲線(xiàn)放大區(qū)放大區(qū)的的中間部位中間部位； 2.要有合適的要有合適的交流負(fù)載線(xiàn)交流負(fù)載線(xiàn)。 最大不失真輸出幅度最大不失真輸出幅度? ?跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)二、交流小信號(hào)模型分析法 AC Small-signal model analysisn（1 1）模型的建立n（2 2）共射放大器的交流等效分析方法放大器定量分析的基礎(chǔ)跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)(1)模型的建立（一）混合型電路模型 參數(shù)應(yīng)用條件： 靜態(tài)工作點(diǎn)選擇恰當(dāng)，晶體管工作在放大區(qū) 輸入信號(hào)較小，非線(xiàn)性失真可忽略 共發(fā)射極晶體管 電路模型 跳

12、轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)cceQCCEceiuiur很大，可忽略 bcrc、b反偏， 也很大，可忽略 跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)ube對(duì)ib的控制，等效為b-e間交流結(jié)電阻rbe，其值： 發(fā)射結(jié)交流電阻eebeQEBEbeQBEeQEBEBEQBBEbbebe,1)1(riuiuiiiiriuiiiuiurEQEQT/SQBEEe/Se2611/1,TBEQImvIUeIUuireIiUuTUuTBE而ube 通過(guò) ib對(duì) ic的控制可等效為一個(gè)流控電流源 bcQBCbciiiiii，其中或直接用一個(gè)壓控電流源來(lái)表示 ,bemCugi其中跨導(dǎo) ebeQBBEBCbecQBEcm1/rriuiiuiuigcercceQCC

13、Eceiuiur幾百K數(shù)量級(jí) bcr輸入特性上Q點(diǎn)處 對(duì) 的影響 CEuBicebceQCCEBCQBCEbcriuiuiiiur極大，可忽略 輸出特性上Q點(diǎn)處切線(xiàn)斜率之倒數(shù),表明了 對(duì) 的影響 Cicev跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)真正的晶體管還有寄生效應(yīng)的影響，它們是三個(gè)摻雜區(qū)的體電阻,其中基區(qū)基區(qū)體電阻因該區(qū)很窄，數(shù)值較大，一般高頻管數(shù)十，低頻管數(shù)百。另二個(gè)較小，可忽略。 還有二個(gè)結(jié)的結(jié)電容：發(fā)射結(jié)電容（正偏勢(shì)壘）集電結(jié)電容（反偏擴(kuò)散）低頻工作時(shí)可忽略。 完整的混合型電路模型（a）高頻時(shí)的電路模型；（b）低頻時(shí)的電路模型 跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)（2） 共射放大器的交流等效分析方法分析步驟：1、確定放大器交流通路(

14、晶體管用小信號(hào)交流模型表示)2、估算直流工作點(diǎn)3、根據(jù)交流等效電路計(jì)算放大器的各項(xiàng)交流指標(biāo)跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)1）等效電路 (b) 小信號(hào)等效電路(a) 共射基本放大電路跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2）交流計(jì)算3.輸出電阻2.輸入電阻= rbe / Rbrbeiii/ IVR1.電壓放大倍數(shù)iovVVA0V,R.o.ooSLIV=Rrbe=rbb+(1+)26 mV/ ICQbebLbrIRILCLbeLRRRrRCR4.源電壓放大倍數(shù)SiivSiioSoVSRRRAVVVVVVArbb=100300跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)3）接有Re的共發(fā)電路3.輸出電阻2.輸入電阻1.電壓放大倍數(shù)交流小信號(hào)交流小信號(hào)等效電路等效

15、電路跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.4 共共C和共和共B電路電路2.4.1 共集組態(tài)基本放大電路Common-Collector Amplifier2.4.2 共基組態(tài)基本放大電路Common-Base Amplifier2.4.3 提高輸入阻抗的措施跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.4.1 共集組態(tài)基本放大電路 VB= VCC Rb2/(Rb1 + Rb2) IC=IE = (VB VBE)/Re IB = IC/ VCE= VCCIERe= VCCICRe(1)(1)直流分析直流分析跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)(2)(2)交流分析交流分析電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)iovVVA 輸入電阻輸入電阻LbeLR)1 (rR)1 ()RRR(1LEL

16、Ri=Rb1/ Rb2 /rbe +(1+ )RL )跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)輸出電阻輸出電阻0V,R.o.ooSLIV=Rooo IV=R)R/V()R+r/(V)1( Ieosbeoob2b1sssbeobR/R/RR,)R+r/(VI)R/V()1 (IIIIeobRbbeo I1R+rsbe1輸入回路電阻和1R+rRsbee跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)共集電路特點(diǎn)與應(yīng)用：1、 =射極輸出器=電壓跟隨器 Emitter-Follower =電流放大器2、Ri 高（高阻輸入級(jí)）3、Ro低（低阻輸出級(jí)）vA1 阻抗變換級(jí)（中間緩沖級(jí)）跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.4.2 共基組態(tài)基本放大電路 （電流跟隨器） (1)直流分析 與共射組

17、態(tài)相同跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)(2)交流分析電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻1rR/1rI /VRbeebeiiiio/VVAvRo RC=RL / rbeRL=RC/RL跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)共基基電路特點(diǎn)與應(yīng)用：1、 大2、輸入輸出電壓同相2、Ri 低（低阻輸入級(jí)）3、Ro高（高阻輸出級(jí)）vA寬帶放大高頻電路跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)共射、共基、共集放大器性能比較跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.4.3 提高輸入阻抗的措施利用復(fù)合管來(lái)提高輸入阻抗 -使上升T2相當(dāng)于T1的負(fù)載，可用其輸入電阻Ri來(lái)表示它對(duì)T1的負(fù)載作用EbeiRrR)1(2EEbebeibeiRRrrRrR212111)1)(1 ()1 ()1 (可見(jiàn) 復(fù)合管的輸入電阻增大了

18、. 復(fù)合管可等效成一個(gè)值為 兩管相乘的晶體管。跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2. 自舉電路采用復(fù)合管可使Ri很大但總的輸入電阻Ri=RB1/RB2/Ri若RB1,RB2不能增大，Ri再大也無(wú)用，而實(shí)際中為保證偏置穩(wěn)定，RB1,RB2的取值是不能太大的所以由自舉電路來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題增加了RB3 和C3如果使RB3 兩端電壓0，即流過(guò)RB3 的電流0該支路的等效阻抗Ri=RB3/Ri RB3支路的等效電阻很大？跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2.5 放大器的級(jí)聯(lián)放大器的級(jí)聯(lián)輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)不失真地有效地傳遞信號(hào)1、級(jí)間耦合方式（1）直接耦合（2）變壓器間耦合（3）阻容耦合各級(jí)間相互影響；要保證零輸入零輸出靜態(tài)不影響，單級(jí)計(jì)算跳轉(zhuǎn)到目錄

19、頁(yè)一個(gè)n級(jí)放大器的總電壓放大倍數(shù)Au可表示為:unuunoooioiouAAAUUUUUUUUA 21)1(0121 可見(jiàn)，Au為各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積。 Ri：后級(jí)的輸入電阻為前級(jí)的負(fù)載，后級(jí)對(duì)前級(jí)有影響。第一級(jí)的輸入電阻（考慮后級(jí)對(duì)其的影響）。 Ro：末級(jí)輸出電阻（前級(jí)的輸出電阻作為后級(jí)的信號(hào)源內(nèi)阻）。 跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)2、組合放大器（1）CE-CE級(jí)聯(lián)Au 21uuiouAAUUA1112112222(/)(1)oCiuibebeEiURRAUrRrR，2222222)1 ()/(EbeLCiouRrRRUUARi Ri=RB1/R B2/rbe1 取決于第一級(jí) Ro Ro=Ro2=RC2 取決于末級(jí) 跳轉(zhuǎn)到目錄頁(yè)（2）CC-CE和CE-CC級(jí)聯(lián)1EQ1CQEQ22CQIIII如果UoRB1(a)RiRB2RC2RLRoUiUsRsRE1Ro1V1V2 (a)CCC