第2章_放大電路

1、122.1 雙極型晶體三極管雙極型晶體三極管2.2 晶體管放大電路的性能指標(biāo)和工作原理晶體管放大電路的性能指標(biāo)和工作原理2.3 晶體管放大電路的圖解分析法晶體管放大電路的圖解分析法2.4 等效電路分析法等效電路分析法2.5 其他基本放大電路其他基本放大電路2.6 組合放大單元電路組合放大單元電路目錄作業(yè)n4, 7, 14, 15, 18, 24 ,25n自測(cè)題自測(cè)題12，233本章的重點(diǎn)與難點(diǎn)本章的重點(diǎn)與難點(diǎn)本章所講述的基本概念、基本電路和基本分析本章所講述的基本概念、基本電路和基本分析方法是學(xué)習(xí)后面各章的基礎(chǔ)。方法是學(xué)習(xí)后面各章的基礎(chǔ)。重點(diǎn)重點(diǎn): : 雙極型晶體管的特性、雙極型晶體管的特性、

2、放大的概念、放放大的概念、放大電路的主要指標(biāo)參數(shù)、基本放大電路和放大電大電路的主要指標(biāo)參數(shù)、基本放大電路和放大電路的分析方法。包括共射、共集、共基放大電路路的分析方法。包括共射、共集、共基放大電路的組成、工作原理、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析。的組成、工作原理、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析。4難點(diǎn)難點(diǎn): 有關(guān)放大、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)、等效電路等概念的建有關(guān)放大、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)、等效電路等概念的建立；電路能否放大的判斷；各種基本放大電路立；電路能否放大的判斷；各種基本放大電路的性能分析等。的性能分析等。 而上述問(wèn)題對(duì)于學(xué)好本課程至關(guān)重要。而上述問(wèn)題對(duì)于學(xué)好本課程至關(guān)重要。 52.1.1 雙極型晶體三極管的結(jié)構(gòu)及類型雙極型晶體三極管的結(jié)

3、構(gòu)及類型在同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，在同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，三個(gè)區(qū)分別叫發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。三個(gè)區(qū)分別叫發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。2.1 雙極型晶體三極管雙極型晶體三極管引出的三個(gè)電極分別為：發(fā)射極引出的三個(gè)電極分別為：發(fā)射極e 、基極、基極b和集電極和集電極c。基區(qū)和集電區(qū)形成集電結(jié)，發(fā)射區(qū)和基區(qū)形成發(fā)射結(jié)?；鶇^(qū)和集電區(qū)形成集電結(jié)，發(fā)射區(qū)和基區(qū)形成發(fā)射結(jié)。6集電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)NN集電極集電極c基極基極b發(fā)射極發(fā)射極ePecb符號(hào) 按照摻雜方式的不同分為按照摻雜方式的不同分為NPNNPN型型和和PNPPNP型型兩種類型兩種類型 NPN型型7集

4、電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)PP集電極集電極c基極基極b發(fā)射極發(fā)射極eNecb符號(hào)PNP型型箭頭方向箭頭方向代表代表PN結(jié)指結(jié)指向向8、兩個(gè)、兩個(gè)PN結(jié)結(jié)無(wú)外加電壓無(wú)外加電壓（以（以NPN型型為例說(shuō)明）為例說(shuō)明）載流子運(yùn)動(dòng)處于動(dòng)平衡，凈電流為零載流子運(yùn)動(dòng)處于動(dòng)平衡，凈電流為零、發(fā)射結(jié)加正向電壓，、發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓集電結(jié)加反向電壓 （放大區(qū)）（放大區(qū)）9發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子發(fā)射電子IEIB電子在基區(qū)電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合擴(kuò)散與復(fù)合集電區(qū)收集電子集電區(qū)收集電子 電子流向電源正極形成電子流向電源正極形成 ICICNPN電源負(fù)極向發(fā)射電源負(fù)極向發(fā)射

5、區(qū)補(bǔ)充電子形成區(qū)補(bǔ)充電子形成 發(fā)射極電流發(fā)射極電流IE正極拉走電正極拉走電子，補(bǔ)充被復(fù)子，補(bǔ)充被復(fù)合的空穴，形合的空穴，形成成 I IB BCRCRBIEPIBNICBOICNIEN10e結(jié)正偏結(jié)正偏 ，c結(jié)反偏結(jié)反偏 （1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子e區(qū)的多子電子通過(guò)區(qū)的多子電子通過(guò)e結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，形成擴(kuò)散電流結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，形成擴(kuò)散電流IEN；同時(shí)；同時(shí)基區(qū)的多子空穴擴(kuò)散到基區(qū)的多子空穴擴(kuò)散到e區(qū)，形成擴(kuò)散電流區(qū)，形成擴(kuò)散電流IEP。二者實(shí)際方向。二者實(shí)際方向相同，因此發(fā)射極電流相同，因此發(fā)射極電流IE= IEN+ IEP IEN 。（2）電子在基區(qū)的擴(kuò)散與復(fù)合）電子在基區(qū)的

6、擴(kuò)散與復(fù)合e區(qū)的電子注入?yún)^(qū)的電子注入b區(qū)后，在區(qū)后，在b區(qū)被復(fù)合區(qū)被復(fù)合(IBN)，大部分仍往，大部分仍往c區(qū)擴(kuò)散。區(qū)擴(kuò)散。（3）電子被集電極收集電子被集電極收集到達(dá)到達(dá)c結(jié)邊界的電子為結(jié)邊界的電子為c結(jié)所吸收，記作結(jié)所吸收，記作ICN= IEN- IBN。NPNIEPIBNICBOICNIEN11發(fā)射區(qū)發(fā)射的總電子數(shù)（對(duì)應(yīng)于發(fā)射區(qū)發(fā)射的總電子數(shù)（對(duì)應(yīng)于），絕大部分被集），絕大部分被集電區(qū)收集（對(duì)應(yīng)于電區(qū)收集（對(duì)應(yīng)于），極少部分在基區(qū)與空穴復(fù)），極少部分在基區(qū)與空穴復(fù)合（對(duì)應(yīng)于合（對(duì)應(yīng)于I） IE = IC+ I集電區(qū)收集的電子數(shù)與發(fā)射區(qū)發(fā)射電子數(shù)的比值定義集電區(qū)收集的電子數(shù)與發(fā)射區(qū)發(fā)射電子數(shù)

7、的比值定義為電流放大系數(shù)為電流放大系數(shù) ECNII12CBOBCBOEPBNBCBOCNCEPBNCNEPENEIIIIIIIIIIIIIII推導(dǎo)可得推導(dǎo)可得:BCEIII、電流分配關(guān)系、電流分配關(guān)系NPNIEPIBNICBOICNIEN13ECNIIECNEBIIII)1 (1BCNII可以通過(guò)改變電流可以通過(guò)改變電流I ，獲得較大的電流變化，獲得較大的電流變化其中其中 是到達(dá)集電區(qū)的電子數(shù)和在基區(qū)中復(fù)合的是到達(dá)集電區(qū)的電子數(shù)和在基區(qū)中復(fù)合的電子數(shù)之比，此值通常為幾十至上百電子數(shù)之比，此值通常為幾十至上百14實(shí)現(xiàn)電流控制的條件實(shí)現(xiàn)電流控制的條件（）內(nèi)因：（）內(nèi)因： 晶體管結(jié)構(gòu)上的保證：三個(gè)濃

8、度不同的摻雜區(qū)、晶體管結(jié)構(gòu)上的保證：三個(gè)濃度不同的摻雜區(qū)、基區(qū)薄，摻雜濃度低；集電結(jié)面積大?；鶇^(qū)薄，摻雜濃度低；集電結(jié)面積大。（）外因：（）外因： 外加直流電源保證：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向外加直流電源保證：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。偏置。15、共射接法中的電流關(guān)系、共射接法中的電流關(guān)系BEBCCEOBCBOBCCBOBCBOCBCNIIIIIIIIIIIIIII)1 ()1 (為共射直流電流放大系數(shù)為共射直流電流放大系數(shù)射極為公共端，射極為公共端，IB為輸入回路電流，為輸入回路電流，IC為輸出回路電流為輸出回路電流16CBii17為共射交流電流放大系數(shù)為共射交流電流放大系數(shù)2.1.2

9、.1. 共射接法晶體管的特性曲線共射接法晶體管的特性曲線( (以以NPNNPN管為例）管為例）輸入輸入回路回路輸出輸出回路回路公共端公共端18晶體管工作在放大狀態(tài)的外部條件是：晶體管工作在放大狀態(tài)的外部條件是：（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。）集電結(jié)反向偏置。 對(duì)于對(duì)于NPN型三極管應(yīng)滿足型三極管應(yīng)滿足: : Ube 0,Ubc Ub Ue對(duì)于對(duì)于PNP型三極管應(yīng)滿足型三極管應(yīng)滿足: : Ube 0即即 Uc Ub IBQI2=I1UB幾乎只與電阻和電源有關(guān)，與晶體管參數(shù)無(wú)關(guān)幾乎只與電阻和電源有關(guān)，與晶體管參數(shù)無(wú)關(guān)。212BBCCBBRUVRR121BBEQBEQ

10、CQEERRUUUIII()CEQCCEQCEUVRR穩(wěn)定點(diǎn)的調(diào)整過(guò)程可表示為：穩(wěn)定點(diǎn)的調(diào)整過(guò)程可表示為：T()IC (IE ) UE UBE (因?yàn)橐驗(yàn)閁BQ基本不變基本不變) IC IB 形成形成負(fù)反饋負(fù)反饋IBI2I1BRCIC UCERB1VCCIERB2REUBQ122 Q點(diǎn)穩(wěn)定的原因：點(diǎn)穩(wěn)定的原因： UBQ在溫度變化時(shí)基本穩(wěn)定。在溫度變化時(shí)基本穩(wěn)定。 RE的直流負(fù)反饋?zhàn)饔?。的直流?fù)反饋?zhàn)饔谩?VCCRCC1C2VTRLRB2RE+RB1+ +- -+ +- -iUoU123124. 分壓式偏置穩(wěn)定共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析分壓式偏置穩(wěn)定共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析+VCCRCC1C2VTRL

11、RB2RE+RB1+ +- -+ +- -iUoUrbe UoUi Ib b Ib bRCRLR2R1R Ie+ + +- - -RiAu= RC/ RLrbe+（1+ ）R畫(huà)出微變等效電路畫(huà)出微變等效電路（）電壓增益（）電壓增益125RiRi = R1 / R2 / = R1 / R2 / rbe +（1+ ）R rbe UoUi Ib b Ib bRCRLR2R1R Ie+ + +- - -Ri。R折合到輸入回路等效為電流是折合到輸入回路等效為電流是I 時(shí)電阻增大了時(shí)電阻增大了1+ 倍。倍。126OCRRrbe UoUi Ib b Ib bRCRLR2R1R Ie+ + +- - -RO1

12、27 分壓式偏置電路引入的射極電阻分壓式偏置電路引入的射極電阻RE穩(wěn)定了靜態(tài)工穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)，提高了輸入電阻，但降低了電壓增益作點(diǎn)，提高了輸入電阻，但降低了電壓增益。 在在RE上并聯(lián)旁路電上并聯(lián)旁路電容容CE可以在不影響動(dòng)可以在不影響動(dòng)態(tài)性能的前提下，穩(wěn)態(tài)性能的前提下，穩(wěn)定靜態(tài)點(diǎn)定靜態(tài)點(diǎn)。+VCCRCC1C2VTRLRB2RE+RB1+ +- -+ +- -iUoUCE128UoRCRLUiRB2RB1rbe IbIb )|(ULCLebLiouRRRrRUA(1)電壓增益電壓增益(2) 輸入電阻輸入電阻(3) 輸出電阻輸出電阻beBBiiiRRIURr|21OCRR129例例 圖示電路中，

13、已知三極管的圖示電路中，已知三極管的 = 50(1) 畫(huà)出微變等效電路；畫(huà)出微變等效電路；(2) 當(dāng)當(dāng)Us=15mV時(shí)，計(jì)算輸出電壓時(shí)，計(jì)算輸出電壓Uo;(3) 求輸入電阻和輸出電阻。求輸入電阻和輸出電阻。解解 PNP型管和型管和NPN管的管的H參數(shù)簡(jiǎn)化模型相同參數(shù)簡(jiǎn)化模型相同3AX25：PNP，鍺材料，鍺材料，低頻小功率低頻小功率1301. 靜態(tài)分析，計(jì)算所需的靜態(tài)工作點(diǎn)值靜態(tài)分析，計(jì)算所需的靜態(tài)工作點(diǎn)值IEQBBEQEQE1E2UUI1.73mARR B2BCCB1B2RUV2.8VRR TbebbEQUrr(1)|I|26300(150)1.07k1.731312. 動(dòng)態(tài)分析，畫(huà)微變等效

14、電路動(dòng)態(tài)分析，畫(huà)微變等效電路1321）輸入電阻）輸入電阻kRrRRREbeBBi6 . 4)1 (/1211332）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù)CLubeE1R |RA8.9r(1)R 源電壓放大倍數(shù)源電壓放大倍數(shù)OoiiususiSsiUUURAA7.86RRUUU )(9 .117mVUAUsuso輸出電壓輸出電壓134(3) 輸出電阻輸出電阻3.3OCRRK135負(fù)載接在發(fā)射極負(fù)載接在發(fā)射極,集電極直接集電極直接(或通過(guò)小電阻或通過(guò)小電阻)接電源接電源。136直流通路直流通路RBRET+VCCI IBQBQI IEQEQCCBQBBEQEQEV =IR +U+IRCCBEQBQBEEQBQ

15、CEQCCEQEV -UI=R +(1+)RI=(1+)IU=V -IR137畫(huà)交流等效電路畫(huà)交流等效電路(1+ )RLAu= rbe + (1+ )RLLELR =R /R其中其中rbe . .RBIb b Ib bUo bceRE+ +_ _I Ie e. . . . .RLUs. ._ _Ui. .+ +Uo、Ui同相同相, Au 1，Uo Ui，又稱，又稱。138(3) 輸入電阻輸入電阻LbebiiRrIUR)1 ()1 (/LbeBBiiRrRRRRRiRBrbe Ib b Ib bUo bceRE+ +_ _I Ie e. . . . . .RLUs. .RiLELRRR/利用阻抗

16、折算原理利用阻抗折算原理,輸輸出回路電阻折合到輸出回路電阻折合到輸入回路需乘入回路需乘(1+ )139Uo. .Rsrbe . .IRE. .RBIb b Ib b bceREI Ie e. . . .I Io o. .Rs（輸入信號(hào)短路，去掉（輸入信號(hào)短路，去掉負(fù)載，在輸出端加電壓）負(fù)載，在輸出端加電壓）oREbII(1)IsBsRRR/輸入回路電阻折合輸入回路電阻折合到輸出回路需除以到輸出回路需除以(1+ )sbeobRrUIooEbesUU(1)RrRobesoEoUrRRR /I1140小。大；同相；與, 1oiiouRRUUA(1+ )RLAu= rbe + (1+ )RL)1 (/

17、LbeBBiiRrRRRRobesoEoUrRRR /I1141+Vcc+ +- -+ +- -R Rs sR RE ER RB2B2R RL LR RB1B1R Rc cC C1 1C Cb bC C2 2Us. . .UoBRCICRB1IBVCCIERB2RE直流通路直流通路142BRCICRB1IBVCCIERB2REB2BCCB1B2RU =VR+RBBEQCQEQEU -UII=REQBQII=1+CEQCCCQCEU=V-I(R +R )143+Vcc+ +- -+ +- -R Rs sR RE ER RB1B1R RL LR RB2B2R Rc cC C1 1C CB BC C

18、2 2Us. . .Uo+ +- -+ +- -R Rs sR RE ER RL LR Rc cUs. . .Uo交流通路交流通路由交流通路清楚看由交流通路清楚看出基極是輸入輸出出基極是輸入輸出回路公共端回路公共端。144UiRERLrbe Ib+ +- -+ +- -e eb bc c. . . .R Ro oUs+ +- -R Rs s. .Ib . . . .UoR Ri iR Ri iRC微變等效電路微變等效電路+ +- -+ +- -R Rs sR RE ER RL LR Rc cUs. . .Uo交流通路交流通路ebLbebLciourRrIRIUAULcLRRR/其中其中Uo與與

19、Ui相位相同相位相同145OCRR1)1 (bebbebeiirIrIIUR1/beEiEirRRRRUiRERLrbe Ib+ +- -+ +- -e eb bc c. . . .R Ro oUs+ +- -R Rs s. .Ib . . . .UoR Ri iR Ri iRC輸入電阻很小。輸入電阻很小。146147148149電路組成上的區(qū)別主要在于輸入和輸出信號(hào)接在晶電路組成上的區(qū)別主要在于輸入和輸出信號(hào)接在晶體管的哪個(gè)極。體管的哪個(gè)極。（1）共射共射電路信號(hào)從電路信號(hào)從基極輸入、集電極輸出基極輸入、集電極輸出，電，電路具有電流、電壓和功率的放大作用。但輸出電阻路具有電流、電壓和功率的放

20、大作用。但輸出電阻較大，帶負(fù)載能力不強(qiáng)，不適合功率放大輸出電路。較大，帶負(fù)載能力不強(qiáng)，不適合功率放大輸出電路。150（2）共集共集電路信號(hào)從電路信號(hào)從基極輸入、發(fā)射極輸出基極輸入、發(fā)射極輸出，實(shí)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)“電壓跟隨電壓跟隨”無(wú)電壓放大作用，只有電流放大無(wú)電壓放大作用，只有電流放大作用，所以仍作用，所以仍 具功率放大作用。因輸出電阻小，具功率放大作用。因輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)，適合作功率放大。帶負(fù)載能力強(qiáng)，適合作功率放大。151（3）共基共基電路信號(hào)從電路信號(hào)從射極輸入、集電極輸出射極輸入、集電極輸出，實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)“電流跟隨電流跟隨”無(wú)電流放大作用，只有電壓放大作用。無(wú)電流放大作用，只有電壓放大作

21、用。因輸出電阻大，不適合作功率放大。因輸出電阻大，不適合作功率放大。152輸出與輸入電壓相位關(guān)系輸出與輸入電壓相位關(guān)系共射共射 共集共集 共基共基電壓增益電壓增益電流增益電流增益輸輸 入入 電電 阻阻輸輸 出出 電電 阻阻大大大大 大大大大適中適中較大較大最大最大最小最小小小較大較大用用 途途低頻電壓低頻電壓放大電路放大電路輸入級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)寬頻帶寬頻帶放大電路放大電路信號(hào)輸入端信號(hào)輸入端信號(hào)輸出端信號(hào)輸出端b bb be ee ec cc c 相相反反相相同同相相同同2.6 2.6 晶體管基本放大電路的派生電路晶體管基本放大電路的派生電路 2.6.1 復(fù)合管的概念復(fù)合管的概念 為進(jìn)一步

22、改善放大電路的性能，可用多只晶體為進(jìn)一步改善放大電路的性能，可用多只晶體管構(gòu)成復(fù)合管，取代放大電路中的一只晶體管。管構(gòu)成復(fù)合管，取代放大電路中的一只晶體管。153 可以證明復(fù)合管的等效電流放大系數(shù)為：可以證明復(fù)合管的等效電流放大系數(shù)為： =icib 1 2154）每個(gè)管子的各極電流均有合適的通路，）每個(gè)管子的各極電流均有合適的通路，前一只前一只管的集電極或發(fā)射極與后一只管的基極相連。管的集電極或發(fā)射極與后一只管的基極相連。）每只管子的各極電流均有合適的通路，每只管子的各極電流均有合適的通路，外加電外加電壓保證晶體管工作在放大區(qū)壓保證晶體管工作在放大區(qū)。155VT1VT2ic1ic2ib=ib1ie1=ib2icicibie復(fù)合管為復(fù)合管為NPN型型NPN型型PNP型型156icibieib=ib1VT1VT2ic1ie=ie2ic2ie1=ib2ic 157icibieVT1VT2ibieic158VT1VT2icibieVT2VT1icibie1592.6.2 2.6.2 組合放大電路組合放大電路( (第第4 4章章講）講）