第2章 双极型三极管及其放大电路 2.1 双极型三极管 2.2 共射极放大电路的组成和工作原理 2.3 放大电路的静态分析 2.4 放大电路的动态分析 2.5 放大电路静态工作点的稳定 2.6 共集电极和共基极放大电路 2.7 多级放大电路 2.1 双极型三极管 双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor) 简称晶体管(BJT) ,由两种载流子在其内部作 运动。在模电中主要起放大作用。 2.1.1 三极管的结构 NPN 型 集电极 c 集电区 N 基极 b P N 集电结 基区 发射结 b c e 符号 发射区 发射极 e PNP 型 集电极 c c N P 基极 b N N b e 符号 P 发射极 e 基区:薄,杂质浓度低 发射区:杂质浓度高 集电结:面积较大 2.1.2 三极管的电流分配和放大原理 放大电路的核心元件,将微弱信号放大,放 大的是变化量。 放大作用表现为较小的基极电流控制较大的 集电极电流(共射电路)。 外部条件:发射结正偏,集电结反偏。即: NPN型 Vc>Vb>Ve PNP型 Ve>Vb>Vc 1、三极管内部载流子的传输过程 IC c ICBO 过程: (1)发射 ICn Rc IB b (2)复合和扩散 (3) 收集 关系: IC = ICn + ICBO e Rb IE = IC + IB e 2、三极管内的电流分配关系 (1)共基直流电流放大系数 I Cn I C ? ? ? IE IE 一般可达 0.95 ~ 0.99 (2)共射直流电流放大系数 ? ? ? 1?? 几十至几百 I C ? I Cn ? I CBO ? ? I E ? I CBO ? ? ( I C ? I B ) ? I CBO 1 IC ? IB ? I CBO ? βI B ? (1 ? β ) I CBO 1?? 1?? 穿透电流 I CEO ? (1 ? β ) I CBO ? I C ? β I B ? I CEO IC ? ? IB 晶体管的各极电流关系: I E ? IC ? I B IC ? ? IB NPN 型 C IC PNP 型 C I E ? (1 ? ? ) I B IB< IC< IE IC ? IE IB B IB B IC IE IE E E 基极(B)与集电极(C)电流方向始终一致, NPN型为流入,PNP型为流出,发射极(E) 电流方向与之相反,数值上为两者之和。 例1:测晶体管各极电流,当IB=40μA时,IC=1.6mA, 求 ? , 分别画出当IB=70μA,且该管为NPN管或PNP 管时的各极电流。 解: I C 1600 β? ? ? 40 IB 40 I C ? β I B ? 2.8mA NPN 70μA I E ? (1 ? β ) I B ? 2.87mA PNP 70μA c 2.8mA c 2.8mA b 2.87mA b 2.87mA e e 例2:晶体管两极电流如图,求另一极电流,标出方向, 画出管子,求 ? ,说明是NPN管或PNP管。 解: ? =100 NPN管 ? =50 PNP管 2.1.3 三极管的共射特性曲线 iC iB + + uCE - - 输出 回路 ui 输入 回路 uBE 基本共射放大电路 1、输入特性 iB ? f ( uBE ) U CE ?常数 iB iB是关于uBE的函数, 受UCE限制 UCE = 0 ,两个 PN 结并联; UCE增大,特性曲线右移 (集电极开始吸引电子); U CE ? 0 0.5V ? 1V O uBE 近似计算中,Si:uBE=0.7V Ge:uBE=0.2V UCE增大到某一特定值后 (比如1V),特性曲线不 再右移。 UCE一般总大于1V。 例3:一个晶体管接在电路中,今测得它各管脚对“地” 的电位分别为:1 脚V1=3.7 V,2 脚V2= 3 V, 3 脚V3=9 V。试判别管子的三个电极,并说明是硅管还是锗管? 是NPN型还是PNP型? C VC ?VB ?V E VC ?VB ?V E ︱UBE ︳≈0. 2V (锗管) ︱UBE ︳≈0. 7V (硅管) 3.7V IB IC 9V 3V B IE E NPN 型si管 步骤: 1、中间电位一定出现在基极上,可确定B ; 2、uBE为0.2V左右(Ge管)或0.7V左右(si管),可 确定E ;余下为C; 3、箭头标在发射极(E)上,由高电位指向低电位 (P区指向N区);如向外则为NPN型,如向内则为 PNP型。 练习:由三极管各管脚电位判定三极管属性 (1) A: 1V B:0. 3V C: 3V (2 )A: -0. 2V B: 0V C: -3V 解:(1)NPN型硅管 A:基极 ;B:发射极;C:集电极 (2)PNP型锗管 A:基极 ;B:发射极;C:集电极 2、输出特性 iC iC是关于uCE的函数, 受IB限制 (1)放大区 iC ? f ( uCE ) I B ?常数 IB =100 ? A 5 UCE>UBE>0, (2)截止区 I C ? βI B 80 ? A 放 大 饱 和 3 区 2 1 O 5 4 60 ? A 40 ? A 20 ? A IB = 0 10 15 UBE≤0, IB = 0,IC ?0 U CE ? VCC (3)饱和区(两结均正偏) 区 UBE>UCE ,U CE ? 0 uCE 截止区 VCC IC ? RC 判断晶体管(NPN型si管)的工作状态方法: UBE ≤0.5V , 截止 UBE (≈0.7) > UCE ,饱和 UBE (≈ 0.7) < UCE , 放大 PNP型与之相反。 例4: 测得三只晶体管的直流电位如图 (a)、(b)、(c)所示, 试判断它们的工作状态。 解:(a) 发射结正偏,集电结正偏 ---- 饱和状态 (b) 发射结正偏,集电结反偏 ---- 放大状态 (c) 发射结反偏,集电结反偏 ---- 截止状态 2.1.5 三极管的主要参数 1、电流放大系数 共射直流电流放大系数 共射交流电流放大系数 共基直流电流放大系数 IC β? IB ?i C β? ?i B IC ?? IE ?I C ?? ?I E 共基交流电流放大系数 ? 与 ? 两个参数之间满足以下关系: α β? 1? α α β? 1? α 直流参数 ? 、? 与交流参数 ?、 ? 的含义是不同的, 但是,对于大多数三极管来说,? 与 , ? 与 的数值 ? ? 却差别不大,计算中,可不将它们严格区分。 2、极间反向电流 --尽量小 集电极-基极之间的反向饱和电流 ICBO 温度变化大的环境应选用硅管。 集电极-发射极之间的穿透电流 ICEO ICEO与输出特性曲线IB=0对应 穿透电流 I CEO ? (1 ? β ) I CBO 3、特征频率 fT ? 值下降到1时的信号频率 。 4、极限参数 (1)最大集电极耗散功率 PCM PCM = iCuCE=常数 (2)最大集电极电流 ICM 2 使? 值下降到正常值的 3 的 iC 。 iC ICM PCM = iCuCE 过 安 损 全 耗 工作 区 O 区 (3)极间反向击穿电压 U(BR)CEO uCE 外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。 U(BR)CEO:基极开路,集电极和发射极间的反向击穿电压。 2.1.6 温度对三极管参数的影响 1、 ICBO :温度每升高10oC,ICBO增加约1倍。 2、输入特性:温度升高,正向特性左移,反之 右移。 3、输出特性:温度升高, ? 值增大(平行线间 距变宽)。 2.1.7 三极管的类型、型号和选用原则 1、分类 按三极管耗散功率分:小功率、中功率、大功率三极管; 按功能和用途分:放大管、开关管、复合管、高压管等; 按三极管的工作频率分:低频管、高频管、超高频管等; 按材料分:硅管、锗管; 按三个区的掺杂方式分:NPN型、PNP型。 2、型号 3 D G 100 B 用汉语拼音字母表示规格号 用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示器件的类型型号如: X低频小功 率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、 A高频大功率管、K开关管 用字母表示器件的材料如: A为PNP型Ge,B为NPN型Ge; C为PNP型Si,D为NPN型Si 3为三极管 3、三极管的选用原则 (1)反向电流尽量小,? 值不宜过高。 (2)要求反向电流小,工作温度高,应选硅管;要求导 通电压低,应选锗管。 (3)要求工作频率高,应选高频管或超高频管;用于开 关电路应选开关管。 (4)管子用作放大器件时,必须工作在安全区,即选择 合适的极限参数 PCM、 ICM 、U(BR)CEO 。 4、三极管的检测 b e c b e c c eb c eb c eb e c b 2.2 共发射极放大电路的组成和工作原理 放大电路的基本概念 放大的对象:变化量 放大的任务:将微弱的电信号放大到负载所需的数值 放大的本质:能量的控制与转换 在放大电路中提供一个能源,由能量较小的输入信号 控制这个能源,使之输出较大的能量,然后推动负载。 放大的基本特征:功率放大 放大的必要条件:有源元件 放大的前提:不失真 2.2.1 单管共发射极放大电路的组成 T:晶体管,为放大元件; VBB 、Rb:为发射结提供正向偏置电压; VCC:为输出信号提供能量; RC + C1 + + ui - RB + - UBB VBB V RL + uo - C2 + VCC UCC C1 、C2: 隔直通交; RC : 将 电 流 变化转化为 Rs 电压变化, + 传 送 到 电 路 us - 的输出端。 - 原理电路的缺点: 双电源供电 阻容耦合共射放大电路 2.2.2 单管共射放大电路的工作原理 +VCC RB C1 + C2 + + iB iC + + T uCE uBE – uo – iE – iC RC + ui – uCE = VCC- iC RC 无输入信号(uii = 0)时 有输入信号(u ≠ 0)时: ui O uCE O uo t uBE t O iB UBE tO IB tO IC tO ? UCE t 结论: 加上输入信号电压后,各电极电流和电压的大 小均发生了变化,都在直流量的基础上叠加了 一个交流量,但方向始终不变。 直流分量 iC 交流分量 iC + IC O 集电极电流 iC O ic t t O t 静态分析 动态分析 符号规定 直流分量: 静态值:IB、IC、UCE 交流分量: 瞬时值:ib、ic、uce 有效值:Ib、Ic、Uce ? ? ? 正弦向量:I c、I b、U ce 总电量: 瞬时值:iB、iC、uCE 平均值:IB(AV)、IC(AV)、UCE(AV) 2.2.3 放大电路的主要技术指标 Ro Ri 放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、 最大不失真输出电压、最大输出功率与效率 1、放大倍数(增益) ? Uo ? 电压放大倍数: Au ? ? Ui ? Uo ? Aus ? ? Us ? Io ? 电流放大倍数: Ai ? ? Ii 2、输入电阻 Ri 从放大电路输入端看进去的等效电阻。 ? Ui Ri ? ? Ii ? Ui ? Ri ? US Ri ? RS 输入电阻越大,损失信号越小,但输入电流也越小。 3、输出电阻 RO 从放大电路输出端看进去的等效电阻。 实验室测量 Ro: ?? U o RL ? Uo ? Ro ? RL ?? Uo Ro ? ( ? 1) RL ? Uo ? U o :空载时输出电压输出电压有效值。 计算 Ro: ? Uo Ro ? ? Io ? U S ?0 RL ? ? RO与RL无关 输出电阻愈小,带负载能力愈强。 4、频率特性及通频带 BW 衡量一个放大电路对不同频率信号的放大能力。 Au Aum 0.707 Aum fL:下限频率 BW fL fH fH:上限频率 中频放大倍数:Aum 通频带: BW =fH - fL 5、最大不失真输出幅度 Uom 在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够 提供给负载的最大输出电压。 6、最大输出功率 Pom 输出信号不失真时,负载上能获得的最大功率。 此时输出电压为最大不失真输出电压。 效率 ? 直流电源能量利用率。 Pom ?? PV 直流电源消耗功率 2.3 放大电路的静态分析 静态和动态 静态 — ui =0时,放大电路的工作状态,也称直流工作状态。 动态— ui ≠0时,放大电路的工作状态,也称交流工作状态。 放大电路建立正确的静态,是保证动态工作的 前提,即保证放大电路不失真,在动态信号的整个 周期内,晶体管始终工作在放大状态。 2.3.1 直流通路 研究静态工作点(Q点) (1)电容视为开路; (2)电感视为短路; (3)信号源视为短路,但保留内阻。 放大电路的直流通路 对直流信号电容 C 可看作开路(即将电容断开) +VCC RC 断开 RS es – + RB C1 + + ui – + iC + iB + + T uCE uBE – RL u o – – iE 断开 C2 +VCC RB RC IBQ + + TUCEQ UBEQ – – ICQ 直流通路 直流通路用来计算Q点 ( IBQ、UBEQ 、ICQ、UCEQ ) 2.3.2 静态工作点的近似估算 静态工作点(Q点) 当输入信号ui为 0 时,电路中的直流电压、 电流值称为静态值,即IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ, 对应三极管特性曲线上的一点,这个点称为静态 工作点Q。 静态值的近似估算法 硅管 UBEQ ? 0.7 V 锗管 UBEQ ? 0.2 V I BQ ? VCC ? U BEQ Rb VCC ? Rb ICQ IBQ + + UCEQ ICQ ? ? IBQ UCEQ = VCC – ICQ Rc UBEQ - _ 2.3.3 图解法分析静态工作点 Q点:对应输入、输出特性曲线上的一个点。 (1)输入 输入特性不易测,一般不使用图解法,而用 近似估算法直接计算输入回路的UBEQ 、 IBQ 。 (2)输出 阻容耦合共射放大电路 iC 直流负载线 k=-1/RC iC iB + uCE VCC RC _ Q ICQ iB= IBQ iC ? f ( uCE ) iB ? I BQ uCE ? VCC ? iC RC O UCEQ VCC uCE 例1 图示单管共射放大电路及特性曲线中,已知 Rb = 280 k?,Rc = 3 k? ,集电极直流电源 VCC = 12 V,试用 图解法确定静态工作点。 解:首先估算 IBQ VCC ? U BEQ I BQ ? Rb 12 ? 0.7 ?( )mA ? 40 μA 280 做直流负载线,确定 Q 点 根据 uCE = VCC – iC Rc = 12 – 3iC iC = 0,uCE = 12 V; uCE = 0,iC = 4 mA Rb Rc T iC /mA 4 3 80 ? A 60 ? A 40 ? A 2 1 0 Q 20 ? A iB = 0 ? A 2 4 6 8 10 12 uCE /V 由 Q 点确定静态值为: UBEQ = 0.7 V,IBQ = 40 ? ,ICQ = 2 mA,UCEQ = 6 V A 图解法求Q点步骤: ① 找出直流通路; ② 近似估算法求 IBQ,在输出特性曲线中确定唯一 的一条(iB=IBQ); ③ 分析直流通路,列写关于 iC 和 uCE的方程,画 出直流负载线; ④ 两者交点既是Q点,读出对应的 ICQ和 UCEQ 。 2.4 放大电路的动态分析 2.4.1 交流通路 研究动态参数 (1)大容量电容视为短路; (2)无内阻直流电源视为短路(置零)。 放大电路的交流通路 +VCC C2 对地短路 + iC + C1 iB + T uCE 短路 + + + RS 短路 uBE – RL uo – ui + – iE es – – Rb Rc ①C 可看作短路 ②直流电源对交流可 看作短路(直接接地) RS 交流通路 es + + ui Rb Rc RL – – + uO – 2.4.2 图解分析法 1、图解分析法 ic uce ui uo O iC / mA 交流负载线 静态工作点 IB Q uCE /V uce ? ? ic ( RC // RL ) ΔiC 1 ?? ΔuCE RC // RL (斜率) 当ui=0时,交流分量uce、ic均 为0,晶体管工作在Q点上,所 以交流负载线必定过Q点。 注: 电路确定后,IBQ 确定,进而 ICQ、UCEQ 确定, 直流负载线上能达到的只有Q点。但当输入信号 变化,引起 iB 变化时,相应的 iC 、uCE 均按照一 定规律变化,一定范围内交流负载线上的所有点 均可到达,即工作点沿交流负载线运动。 例2 电路和条件同例1 ,ui = 0.02 sin ? t (V) ,求Au。 解:交流通路 Rb RC T ui uo ui ΔiC 1 2 ?? ?? ΔuCE RC // RL 3 uo ΔuCE ?3 Au ? ? ? ? ?75 ui ΔuBE 0.04 下一节 输入回路工作情况 iB 60 40 20 0 iB / ? A 60 40 20 Q ?iB uBE/V t 0 0 0.68 0.7 0.72 ?uBE uBE/V UBE t 输出回路工作情况 iC / mA iC / mA 4 交流负载线 80 60 iB IC ?iC 2 Q IB = 4 0 ?A IB 20 直流负载线 0 0 t 0 0 4.5 ?uCE 6 7.5 9 12 uCE/V uCE/V t UCE 2、非线性失真 ① 截止失真(NPN管顶部失真,PNP管底部失真) Q点过低,引起 iB、iC、uCE 的波形失真。 iB ib O iB iC ic Q iC Q t O O t O O t uBE/V O ui uCE uCE uce uBE/V t NPN 管截止失真时 的输出 uo 波形: 顶部失真 ② 饱和失真(NPN管底部失真,PNP管顶部失真) Q点过高,引起 iC、uCE 的波形失真。 iC ICQ iC / mA ib(不失真) NPN 管 uo波形 Q IB = 0 O 饱和管 压降 底部失真 t O UCESUCEQ O uCE/V uCE/V t uo = uce 3、最大不失真输出幅度 iC / mA A Q Q Q B O 交流负载线 饱和 C D D D E iB = 0 uCE/V UCES 截止 Q点尽量设在交流负载线中点,即线段 AB(即CE) 的中点。此时最大不失真输出电压最大。 2.4.3 微变等效电路法 研究的对象仅仅是变化量(动态) 微变等效电路法 信号的变化范围很小 晶体管在小信号(微变量)情况下工作时,可以在 静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极 管的特性曲线,晶体管可以等效为一个线性元件。 输入特性近似直线; 晶体管 输出特性近似一组等距平行线。 1、三极管的等效电路 (1)输入电路 输入为小信号 ? Q 点附近的工作段近似地 看成直线 ? 可认为 ?uBE 与 ?iB 成正比 iB ?iB Q ?uBE 是常数。 rbe ? ?i B 对于小功率三极管: 26(mV) rbe ? 300(? ) ? (1 ? β ) I EQ (mA) ?uBE O uBE rbe一般为几百欧到几千欧。 (2)输出电路 Q 点附近特性曲线基本上是水平的(?iC 与 ?uCE 无关),数量关系上, ?iC 是 ?iB 的 ? 倍。 从三极管输出端看, 可以用 ? ?iB 恒流源代 ? ?iB 替三极管; 该恒流源为受控源; 为 iB 对 iC 的控制。 O iC Q ?iB uCE ?一般在20~200之间,在手册中常用hfe表示。 晶体管 微变等效电路 B ib C + + ube rbe ic C + ic ib B + ube uce - ? ib uce E - E 晶体管的B、E之间可用电阻rbe等效代替。 晶体管的C、E之间可用受控电流源ic=?ib等效代替。 2、单管共射放大电路的微变等效电路 ic ii B ib RC Rb C + RL uO ii + RS B ib ic C + uS + uo - RS + ui - E 交流通路 - ? ib Rb rbe E 微变等效电路 RC RL uS + - ui - 将交流通路中的晶体管 用晶体管微变等效电路代 替即可得放大电路的微变 等效电路。 微变等效电路 ii + RS uS B ib ic C ? ib Rb rbe E + + - ui - RC RL uo - 分析时假设输入为 正弦交流,所以等效 R S 电路中的电压与电流 ?+ US 可用相量表示。 - ? Ii + I?b B ? Ui - ? Ic C Rb rbe ? βI b RC E + ? RL U o - 放大电路的性能指标 (1)电压放大倍数 ? Ii + RS ? Au I?b B ? Ui Rb ? Ic C ? ? U i ? I b rbe ? ? ? ? U o ? ? I c R? ? ? ? I b RL L ?+ US rbe ? βI b RC E + ? RL U o - - ? RL ? RC // RL ? ? ? ? U O ? ? β RL 负号表示输出电压的相位与输入相反 Au ? Ui rbe 当放大电路输出端开路(未接RL)时 ? ? ? β RC Au rbe 负载电阻愈小,放大倍数愈小。 因rbe与IEQ有关,故放大倍数与静态 IEQ有关。 (2)输入电阻 Ri ? Ui Ri ? ? Ii RS ? Ii ?+ US 信号源 ? Ii + + ? Ui - Ri 放大 电路 ? Ic C ? Rb // rbe 当Rb ?? rbe时, I?b B ? Ui - Ri ? rbe RS ?+ US Rb rbe ? βI b RC E + ? RL U o - - (3)输出电阻 Ro Ro ?? U o_ + 求Ro的步骤: (1) 断开负载RL ? ? (2) 令U i ? 0 或 U S ? 0 ? (3) 外加电压 U o ? (4) 求 I o RL U _? o + I?i + I?b B ? Ui Rb rbe I?c C ? Io + 外 加 ? ? ? I o ? I c ? I RC RS ? βI b RC E ? ? Ic ? β Ib - ? ? I b ? 0 所以 I c ? 0 ? ? Uo Uo ? Ro ? ? RC I RC ? ? Io RC ?+ US ? ? RL Uo o U - Ro 源电压放大倍数 ? Uo ? Aus ? ? US 考虑信号源内阻RS 时 RS ? Ii ?+ US 信号源 + ? Ui - Ri 放大 电路 ? ? ? Uo Uo Ui ? ? ? Aus ? ? ? ? US Ui US ? Ui ? ? Au ? ? US ? Ui Ri ? ? U S RS ? Ri ? ? Aus ? Au ? Ri RS ? Ri 总结:微变等效电路法分析步骤 ① 首先确定放大电路的静态工作点 Q 。 ② 求出rbe 。 ③ 画出放大电路的微变等效电路。先画出晶体 管的等效电路,然后画出放大电路其余部分的交流 通路。 ④ 列出电路方程并求解。 近似估算法 静态 图解法 放大电路的 分析方法 动态 图解法 先 静 态 , 后 动 态 微变等效电路法 例1:已知β=50,Rb=400k?,RC=4k ?,VCC=12V, RL=4k ?,RS=0.5K ?,电源电压Es=5mV。 求: (1)Q点; (2)输入电阻; (3)输出电阻; VCC (4)电压放大倍数; (5)源电压放大倍数; uo Es (6)输出电压。 +VCC RB RC IB + + TUCE UBE – – IC 解: VCC 12 ? mA ? 0.03 mA (1) I BQ ? Rb 400 I EQ ? I CQ ? βI BQ ? 50 ? 0.03mA ? 1.5 mA U CEQ ? VCC ? I CQ RC ? 12 ? 1.5 ? 4V ? 6V ? Ii + RS I?b B ? Ui - ? Ic C ?+ ES Rb rbe ? βI b RC E + ? RL U o - - 26(mV) (2) be ? 300Ω ? (1 ? β ) r ? 1.2 kΩ I EQ (mA) Ri ? rbe ? 1.2 kΩ ? RC ? 4k? (3) Ro ? Ii + RS I?b B ? Ui Rb rbe ? Ic C ? βI b RC + ? RL U o ?+ ES - E - ? ? ? β Rc //R L ? ?83.3 (4) Au rbe ? ? A ? Ri ? ?58.8 ? (5) Aus u RS ? Ri ? (6) u ? A ? E ? ?294mV O us S 例2: +VCC (1)Q点 Rb C1 + + ui – Rc C2 + + RL uo – I BQ ? VCC ? U BEQ Rb ? (1 ? β)Re I CQ ? β I BQ U CEQ ? VCC ? I CQ Rc ? I EQ Re ? VCC ? I CQ (Rc ? Re ) Re (2)动态分析 + ? Ib b rbe e ?? ?I b Ic c + ? U i Rb ? ? Ie Rc Re ? RL U o ? ? Au ? ? R i ? R b // ?rbe ? (1 ? β )R e ? β (R c //R L ) rbe ? (1 ? β )R e Ro ? RC 2.5 放大电路静态工作点的稳定 2.5.1 温度对静态工作点的影响 当温度升高时, UBE?、? ? 、 ICBO ? I C ? β I B ? I CEO VCC ? U BE ?β ? (1 ? β )I CBO RB 上式表明,当VCC和 Rb一定时, IC与 UBE、? 以及 ICEO 有关,而这三个参数随温度而变化。 温度升高时, IC将增加,使Q点沿负载线上移。 iC Q? Q 温度升高时,输 出特性曲线上移 结论: 当温度升高时, IC将增加, 使Q点沿负载线上移,容易 使晶体管 T进入饱和区造成 饱和失真,甚至引起过热烧 坏三极管。 O uCE 固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的,为此需要改进 偏置电路。当温度升高使 IC 增加时,能够自动减少IB, 从而抑制Q点的变化,保持Q点基本稳定。 2.5.2 静态工作点稳定电路 I1 RC U IB B +VCC IC C 2 + RL IE + uo + ui – Rb1 C1 + 若满足:I 2 ?? I B VCC I1 ? I 2 ? Rb1 ? Rb2 Rb2 I2 Re – U B ? I 2 Rb2 Rb2 UB ? VCC Rb1 ? Rb2 基极电位基本恒定, 不随温度变化。 Q点稳定的过程 Rb1 C1 + Rb2 I1 RC U IB B +VCC IC C 2 + + uo – UB 固定 Re:温度补偿电阻 对直流:Re越大,稳定 Q点效果越好 + ui – I 2 UE RL Re I E T IC IC UE IB UBE 静态工作点的估算 I1 RC U IB B +VCC IC C 2 + Rb1 C1 + + ui – U BQ Rb2 ? VCC Rb1 ? Rb2 I2 + RL uo I CQ ? I EQ ? I BQ ? U BQ ? U BEQ Re I CQ Rb2 Re IE – U CEQ β ? VCC ? I CQ Rc ? I EQ Re ? VCC ? I CQ (Rc ? Re ) 动态指标的计算 +VCC Rb1 C1 + Rb2 RC C2 + + ui – Re RL + uo – + Rb1 Rb2 ? Ib b rbe ?? ?I b Ic c + ? Ui ? e Re ? Ie ? Rc RL U o ? 基本共射 射极偏置 R? ? Au ? ? β L rbe Ri ? Rb //rbe βR? L ? Au ? ? rbe ? (1 ? β )Re Au减小 Ri ? Rb1 //Rb2 // ?rbe ? (1 ? β)Re ? Ri 提高 Ro ? RC Ro ? RC Ro不变 增加旁路电容Ce Rb1 C1 + + ui Rb2 – + +VCC C2 + RL + Ce RC L ? ? ? β R? Au rbe RS + uS – Re + uo – Ri ? Rb1 //Rb2 //rbe Ro ? RC ? Ib b rbe ?? ?I b Ic c + ? Ui ? Rb1 Rb2 ? Rc RL U o e ? 2.6 共集电极和共基极放大电路 三种基本接法 共射 共集 共基 基本放大电路的三种基本解法,不影响晶 体管本身的特性,其仍需工作在放大区 ,且 晶体管的等效电路不变。 2.6.1 共集电极放大电路 1、静态分析 I BQ ? VCC ? U BEQ Rb ? (1 ? β)Re Rb C1 + C2 +VCC I CQ ? β I BQ U CEQ ? VCC ? I EQ Re ? VCC ? I CQ Re RS + + - + RL ? US Re ? UO ? 2、动态分析 (1)电压放大倍数 ? Ib B + RS C E ? Ic rbe Rb ? βI b ?+ US ? ? ? ? ? U o ? I e RL ? (1 ? β ) I b RL - ? RL ? Re // RL ? Ui - ? Ie Re RL + ? Uo - ? ? ? ? ? ? ? U i ? I b rbe ? I e RL ? I b rbe ? (1 ? β ) I b RL ? ? Uo (1 ? β ) RL ? ? ?1 Au ? ? U r ? (1 ? β ) R? i be L 结论:电压放大倍数恒小于 1,而接近 1,且输出电 压与输入电压同相,又称射极跟随器。 (2)输入电阻 I?b B + Ri ? Rb //Ri? ? Ui Ri? ? ? I b RS rbe Rb I?c C ? βI b ? ? I b rbe ? I e R? L ? ? Ib ? rbe ? (1 ? β)R? L ?+ US - ? Ui - I?e Re E RL + ? Uo - Ri Ri? 射极输出器的 输入电阻高; Ri 与负载有关 R i ? R b // ?rbe ? (1 ? β )R?L ? (3)输出电阻 I?b B + RS ? Ro ? Re //Ro ? Uo ? Ro ? ? (1 ? β)I b rbe Rb I?c C ? βI b ?+ US B ? Ui - I?e Re E RL + ? Uo - ? ? U o ? I b ( rbe ? RS //Rb ) rbe ? RS //Rb Ro ? Re // 1? β rbe ? RS // Rb ? 1? β ? Ib ? βI b ? E (1 ? β ) I b ? IO + ? UO C ? Ro ? Ro 共集电极放大电路(射极输出器)的特点: 1. 2. 3. 4. 电压放大倍数小于1,但近于1; 输入电阻高; 输出电阻低; 电流放大能力强。 2.6.2 共基极放大电路 C1 + + RS + C2 + Rb1 + Cb Rb2 Rc RL VCC ? US _ _ + ? U i Re ? UO _ 1、静态分析 U BQ Rb1 I1 RC UB IB I2 +VCC IC Rb2 ? VCC Rb1 ? Rb2 I CQ ? I EQ ? I BQ ? U BQ ? U BEQ Re I CQ β Rb2 Re IE U CEQ ? VCC ? I CQ Rc ? I EQ Re ? VCC ? I CQ (Rc ? Re ) 2、动态分析 ? (1 ? β ) I bE + ? βI b C + ? Ui _ ? Ib Re rbe B Rc RL ? UO _ (1)电压放大倍数 ? U o β R? L ? Au ? ? ? Ui rbe 共基极放大电路没有电流放大作用,但是具有电压 放大作用。电压放大倍数与共射电路相等,但没有负号, 说明该电路输入、输出信号同相位。 (2)输入电阻 (3)输出电阻 rbe rbe Ri ? Re // ? 1? β 1? β Ro ? Rc 2.6.3 三种接法的比较 组态 性能 共 射 组 态 Rb C1 + + ? Ui ? 共 集 组 态 Rb + + Re C2 RL ? UO ? 共 基 组 态 C1 + + ? U i Re 电 Rc + C2 RL +VCC +VCC + C2 + Rb2 ? RL U O C1 ? UO ? 路 + + ? Ui ? + _ + Cb Rb1 VCC _ ? Ai ? Au 大 ? (几十 ~ 一百以上) 大 ? (1 ? ? ) (几十 ~ 一百以上) 小(小于、近于 1 ) 小 ?? (小于、近于 1 ) 大(十几 ~ 一几百) ? ? ?RL rbe ? (1 ? β ) RL ? rbe ? (1 ? β ) RL 大(数值同共射 电路,但同相) ? ?RL rbe 组态 性能 共 射 组 态 中 (几百欧~几千欧) rbe 中 (几十千欧~几百千欧) 共 集 组 态 大 (几十千欧以上) 共 基 组 态 小 (几欧 ~几十欧) Ri ? Rb // rbe ? (1 ? β ) RL 小 (几欧 ~ 几十欧) rbe 1? β 中 (几十千欧~几百千欧) Ro 频率 响应 Rc 差 ? rbe ? Rs 1? ? 较好 Rc 好 2.7 多级放大电路 2.7.1 多级放大电路的耦合方式 组成多级放大电路的每一个基本放大电路称 之为一级,级与级之间的连接称为级间耦合,连 接方式称为耦合方式。 直接耦合 常见耦合方式 阻容耦合 变压器耦合 光电耦合 1、阻容耦合 在多级放大电路中,如果各级放大电路之间通 过电容相连,这种连接方式称为阻容耦合。 +VCC + T2 RL Rb1 C1 + ? Ui ? RC1 C2 + T1 Rb2 Rc2 C 3 + + ? Uo ? 第一级 第二级 2、变压器耦合 在多级放大电路中,如果各级放大电路之间采 用变压器相连,这种连接方式称为变压器耦合。 3、直接耦合 在多级放大电路中,如果各级放大电路之间直接 相连,这种连接方式称为直接耦合。 +VCC Rb1 T1 Rc1 Rb2 T2 Rc2 + + ? Ui ? ? UO ? 第一级 第二级 耦合方式及其特点 阻容耦合 优 点 (1)各级间直流 通路互不相通,Q 点互不影响; (2)电容足够大 时,信号频率在一 定范围内,几乎不 衰减地传到后级。 (1)不能放大变 化缓慢的信号。 (2)不易集成。 变压器耦合 (1)各级间直流 通路互不相通,Q 点互不影响; (2)实现阻抗变 换。 直接耦合 (1)可以放大变 化缓慢的信号和直 流信号。 (2)易集成。 缺 点 (1)不能放大变 (1)各级间直流 化缓慢的信号。 通路相连,Q点相 (2)不易集成。 互影响,不易分析 计算。 (2)有零点漂移 现象。 2.7.2 多级放大电路的分析 1、电压放大倍数 ? ? ? ? Au ? Au1 ? Au2 ? ? ? ? ? Aun (后一级输入电阻做前一级负载,前一级 的输出电阻做后一级的信号源内阻。) 2、输入电阻 3、输出电阻 Ri ? Ri1 Ro ? Ron (1) 静态分析 RB1 C1 + RC1 T1 RE1 ? C2 RB1 + + ? + U O1 ? R CE1 – B2 RC2 T2 RE2 +VCC C3 + + + RL RS ? ES + ? U iRB2 + – – ? Uo – CE2 由于电容有隔直作用,所以每级放大电路的直流 通路互不相通,每级的静态工作点互相独立,互不 影响,可以各级单独计算。 两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。 (2) 动态分析 I?i + RS B ? I b1 微变等效电路 ? ? Ib2 I c1 C B ? Ic2 C ? ? RL U o rbe2 R ? rbe1 RC1 U o1 ? ? C2 RB1 RB2 + U i RB1 RB2 ? ES - E E ? ? ? U o U o1 U o ? ? ? 电压放大倍数 Au ? ? ? Au1 Au 2 ? ? ? Ui Ui Ui 2 ? ? ? U o1 ? RL1 Uo RL2 Ri Au1 ? ? ? β1 Au 2 ? ? ? β2 ? ? Ui rbe 1 Ui2 rbe2 ? β 1 I b1 + β2 I?b 2 + 第一级 Ri 2 第二级 ? Ri 1 ? RL1 ? RC1 // ri 2 ? RL2 ? RC2 // RL Ro ? Ro 2 例1:直接耦合放大电路 Ce 1 1 ui 2 Ce 2 第二级 uo 第一级 例2:阻容耦合放大电路 Rb1 C1 + Rc1 T1 C2 Rb2 + + RC2 T2 C3 + +VCC RS uS + ? Ui + – ? U O1 – + Re2 第二级 RL 负载 uo – – 信号源 第一级 (1)静态分析:由于电容有隔直作用,所以每级的静 态工作点互相独立,互不影响,可以各级单独计算。 (2) 动态分析 微变等效电路 I?i + RS B ? I b1 ? β 1 I b1 ? I c1 C + ? Ib2 B rbe Rb2 ? Ic2 C ? βI b ? Ui ?+ ES - - Rb1 rbe1 E Rc1 ? U o1 - ? Ie Re E RL 第一级 Ri2 + ? Uo - 第二级