第二章 晶体管及放大电路 基本内容 –半导体晶体管 –共射极基本放大电路 –放大电路的基本分析方法 – 放大电路的频率特性 基本要求 1.理解晶体管的外部特性 (3个区)、掌握判断 晶体管类型和极性的方法。 2.掌握各种放大电路的特点和分析方法。 3.了解放大电路的频率特性。 第二章 晶体管及基本放大电路 1 2. 1 半导体晶体管 要求: ? 理解晶体管的放大原理 ? 掌握晶体管的三个状态特点 ? 掌握组成放大电路的外部条件 ? 掌握晶体管的电流关系 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管 2 一. 基本结构与分类 1. 内部结构 符号 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/基本结构与分类 3 2.分类 1)按材料分 2)按结构分 3)按频率分 4)按功率分 硅管 锗管 NPN型 PNP型 高频管 低频管 大功率管 小功率管 对应型号 3A(锗PNP )3B (锗NPN ) 3C (硅PNP ) 3D (硅NPN ) 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/基本结构与分类 4 二 . 晶体管的连接方式 ? 放大器一般为4端网络,根据公共端的不同, 晶体管有三种连接方式 IC IB IC IB IE IC IE IC IB (共发射极) (共集电射极) (共基射极) 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管 5 三. 晶体管的放大作用 ? (一)三个区的特点 ? 1) 发射区是掺杂质比集电区掺杂 多的 N型半导体,电子浓度很大; T 放大作 ? 2) 基区很薄,为掺杂质很少的 P 用的内部 型半导体。 条件 ? 3) 集电极面积大,保证尽可能收 集到发射区发射的电子。 ? (二)载流子运动规律及电流分配关系 ? 当一个 NPN 型的晶体管接成共射极接法的 放大电路时: ? 发射结正向偏置 T 放大作用 的外部条件 ? 集电结反向偏置 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/晶体管的放大作用 6 晶体管共射极接法的放大电路图 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/晶体管的放大作用 7 1. 载流子运动规律 (a) 载流子运动 (b) 电流分配 8 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/晶体管的放大作用 2. 电流关系 1)据KCL 定律有: I E ? I B ? IC 2)共射极晶体管的电流放大倍数: ic I ?? ? △I B ib △ C IC ? ? ? I B I E ? (1 ? ?) ? I B 晶体管的电流关系体现了电流放大作用,故 称晶体管为电流控制型元件。因电流中有两种载流 子的运动,所以又称为双极型晶体管。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/晶体管的放大作用 9 四. 特性曲线 1. 输入特性曲线 ? 集一射极电压 UCE 为常数时, 输入电路(基极电路)中基极电 流 IB 与基—射极电压UBE 之间 的关系曲线,即 IB=f (UBE)| U CE=常数 3DG6的输入特性 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/特性曲线 10 2. 输出特性曲线 ? 当基极电流 IB 为常数时,输出电路(集电 极电路)中集电极电流 IC 与集一射极电压 UCE 之间的关系曲线,即 IC=f (UCE)| I B=常数 1)三个基本区 (1)放大区(UCE >UBE ≥ (0.7或0.3)) ; (2)截止区 ( IB ≤ 0 ,UBE ≤ 0 , UCE > 0) ; (3)饱和区( UCE < UBE )。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/特性曲线 11 3.晶体管特性曲线 3DG6的输入特性 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/特性曲线 3DG6的输出特性 12 4.晶体管输出回路电阻 a) 静态电阻 U CE RCE ? IC b) 动态电阻 U CE rce ? ?I C ? rce>>RCE 13 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/特性曲线 五.主要参数 1.电流放大系数 1)共射极直流电流放大系数β I 在静态(无输入信号)时 β ? C IB 称为共射极直流放大系数。 2)交流电流放大系数β 集电极电流的变化量△IC 与基极电流的变 化量△IB 的比值。 ?在放大区工作时,常有 β≈ β I β? △IB △ C U CE ?常数 ic ? ib U CE ?常数 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/主要参数 14 2 . 集电极最大允许电流 ICM 集电极电流 IC 超过一定值时,晶体管的β值 要下降。当β 值下降到正常数值的三分之二时的 集电极电流 IC ,称为集电极最大允许电流 ICM 。 3.集—射极反向击穿电压 U(BR)CEO IB= 0时,加在集电极和发射极之间的最大 允许电压,称为集—射极反向。当晶体管的集— 射极电压 U(BR)CEO 。 注:当UCE > U(BR)CEO 时,晶体管会被击穿。 4.集电极最大允许功率损耗 PCM PCM允许在集电极上消耗功率的最大值。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/主要参数 15 六. 温度对参数的影响 一般温度对所有参数都影响,但影响最 显著的是 : 1. ICBO集电极与基极间的反向饱和电流 T ↑ (10°C ) → ICBO ↑ (约一倍); 2. β :T ↑(1°C ) → β↑( 1 % ); 3. UBE : T ↑ (1°C ) → UBE↑ ( 约2mV)。 IC ↑ 第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管 16 2. 2 共射极基本放大电路 基本要求: ? 理解组成基本放大电路各元件的作用 ? 掌握放大电路组成原则 ? 掌握直流通路和交流通路的画法 第二章 晶体管及基本放大电路/2.2 共射极基本放大电路 17 一. 放大电路的组成 第二章 晶体管及基本放大电路/2.2 共射极基本放大电路/电路组成 18 1. 各元件的作用 T : 放大元件,在线性区。 UCC :作为放大电路直流工作 电源:与RC一起保证集电结 反向偏置。 RB :基极偏置电阻,与UCC共同提供适当的基极电流 IB(偏流),以使放大电路获得合适的工作点。 C1、C2 :用以耦合交流,隔断直流,通常称为耦合 电容器。 RC :为集电极负载电阻,将集电极电流的变化变换 为电压UCE的变化,以实现电压放大。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.2 共射极基本放大电路/电路组成 19 2. 放大电路组成的原则 1). 晶体管必须工作在放大区,即 NPN管:UC > UB ,由RC、UCC保证, UB > UE,由RB、UCC保证; PNP管: UC < UB < UE (与NPN管原理 同,电源和电容极性相反) ; 2). 信号能输入(C1),即u i 能使 i B 变化; 3). 信号能输出(C2),即 i C 变化产生 u o 输出。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.2 共射极基本放大电路/电路组成 20 例1:在晶体管放大电路中,测的得3个晶体管的各 级电位如图所示。试判断其极性(E 、B、C) 和类型(NPN、PNP、硅、锗) 解:(a) NPN (b) PNP (c) PNP , 硅 , 硅 , 锗 ,1 E,2 B ,3 C; ,1 C ,2 B ,3 E; , 1 C , 2 E , 3 B; 21 第二章 晶体管及基本放大电路/2.2 共射极基本放大电路/电路组成 二. 直流通路和交流通路 直流通路(C开路) 直流分析:IB、IC、UCE 交流通路 ( C短路,UCC对地短路。) 交流分析:Aus、ri、ro 22 第二章 晶体管及基本放大电路/2.2 共射极基本放大电路 2. 3 放大电路的静态(直流)分析 ? 内容: 放大电路的直流分析是指:当ui=0,为保证 晶体管工作在放大区,确定放大电路的直流 值(静态值),即I B 、 I C 、UCE ,又称静态 工作点,简称Q点, Q点可通过公式估算或通 过作图求出 。 ? 任务: 掌握Q点估算的方法。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.3 静态(直流)分析 23 解析法确定Q点 ? 根据直流通路计算, UBE、β为已知。 IC=? IB UC=UCC - ICRC ? 硅管 UBE=0.6V~0.7V, ? 锗管 UBE=0.1V~0.2V, 直流通路 第二章 晶体管及基本放大电路/2.3 静态(直流)分析 24 例1. 在图所示的放大电路中,已知UCC=12V,RC= 3kΩ,RB=280kΩ ,β=50。求静态值。 U CC ? U BE IB ? RB 12 ? 0.7 ? A ? 40 ?A 3 280 ? 10 IC=βIB=50×0.04=2mA UCE=UCC-IC RC =12 - 2×3=6V 第二章 晶体管及基本放大电路/2.3 静态(直流)分析 25 例2:判断图中各晶体管的工作状态(饱和,放大, 截止)。设所有的二极管和晶体管均为硅管, β=40。 解: (a) 截止 , (b) 饱和 , (c) 放大 , 第二章 晶体管及基本放大电路/2.3 静态(直流)分析 26 2. 4 放大电路的动态分析 ? 动态:当放大电路的输入信号ui ≠0 时 的工作状态。 ? 任务:分析信号(交流分量)的传输 情况 ,掌握放大倍数 A u 、 输入电阻 ri 和输出电阻ro的计算方法。 ? 方法:微变等效电路法、图解法。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析 27 一. 微变等效电路 ? 表述:把非线性元件晶体管所组成的放大电路 等效为一个线性电路,也就是把晶体管线性化, 等效为一个线性元件。这就是微变等效电路法。 ? 线性化的条件:晶体管在小信号(微变量)情况 下工作,才能在静态工作点附近的小范围内用 直线段近似地代替晶体管的特性曲线。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/微变等效电路 28 1. 晶体管的微变等效电路 1)输入回路 ?U BE rbe ? ?I B U CE ?常数 ube ? ib U CE ?常数 ? ube ? rbe ? ib 26(mV ) 其中: rbe ? 300? (1 ? ?) I E (mA) 在线性工作区,当 UCE 为常数时,晶体管输 入端BE等效为一个电阻 rbe。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/微变等效电路 29 2) 输出回路 在线性工作区,当 UCE 为常数时,晶体管 输出端CE可等效为一个 受控电流源 : 受控电流ic=βib 受控电流源内阻为 ?U CE rce ? ?I C uce I B ?常数 ? ic I B ?常数 r ce为称晶体管输出电阻 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/微变等效电路 30 3)晶体管的微变等效电路图 r ce>> R c 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/微变等效电路 31 2. 放大电路的微变等效电路 ? 表述:将放大电路交流通路中的晶体管变换为 微变等效电路就构成放大电路的微变等效电路 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/微变等效电路 32 二. 放大电路的基本性能指标 1.电压放大倍数 放大电路的输出电压与输入电压幅值或有 效值之比,称为放大电路的电压放大倍数。 表达式: 2. 输入电阻ri Ui ri ? Ii Uo Au ? Ui Aus ? Uo Us 3. 输出电阻ro Uo ro ? Io U s ? 0 , RL ? ? 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析 33 三. 分析举例 1).电压放大倍数 ? ? ??I ? R? U O b L R? L ? RC ? RL RC ? RL ? ?I ? ?r U i b be ? U ? ? o A u ? U i ? ? ? ? ? ?? RR Lb LI ? ? ? ' r rbe I r be ib Au的特点:UO与Ui的相位相反;|Au|>1。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/微变等效电路 34 2)输入电阻ri Ui Ii ? ? Ib RB Ui Ui ? ? RB rbe Ui ri ? ? RB / / rbe Ii Ui r? ? ? rbe Ib ? 当RB >> rbe 时,ri≈ r be 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/分析举例 35 讨论: ? 当信号源为电压源时,若ri 很小,则有: ? 1) 将从信号源取用较大的电流,从而增加信号 ? ? ? ? ? 源的负担; 2) 经过信号源内阻Rs和ri 的分压,使实际加到放 大电路的输入电压ui 减小,从而减小输出电压; 3) 后级放大电路的输入电阻,就是前级放大电 路的负载电阻,从而将会降低前级放大电路的电 压放大倍数。 结论:希望放大电路的输入电阻ri 大。 电流放大时,希望ri要低。 功率放大时,希望ri=rs 。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/分析举例 36 3)输出电阻 ro 根据定义 ? U ro ? O ? I O ? ?0 U i ? ∵ Ui=0,Ib=0 ? ∴βIb=0,ro = UO / IO=RC ? 讨论:若ro 较小,当负载变化时.输出电压 的变化较小,放大电路带负载的能力较强。 ? 结论:希望放大电路的输出电阻ro 小。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/分析举例 37 4)源电压放大倍数 ? U ? ? o A us ? U s ? U ? U ? i o ? U ? U s i Rs ? U i ? ?A u ? U Us - + s ri ? ? A u Rs ? ri 考虑信号源内阻,放大倍数将下降。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/分析举例 38 四.图解分析法 ?由于 ui ≠ 0 ,整个放大电 路既有直流信号,又有交 流信号,即 iB=IBQ+ib、 iC=ICQ+ic 、uCE=UCEQ+uce。 ?若只考虑交流信号,由交 流通路有: 基本放大器交流通路 ?ic= -1/RL’×uce,RL′=RC //RL称为交流负载。 ? iC= -1/RL′(UCE- uCE )+ ICQ称为交流负载线,其 特点:斜率为-1/RL′,过静态工作点Q。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/图解分析法 39 1. 交流负载线的画法 ?ΔU/ Δ I=uce / ic =RL′ 交流负载线 ?交流负载线与UCE轴的 截距为: UCC′= U CEQ+IC Q RL′ ΔI ?RL′< RC ,交流负载线 比直流负载线陡,放大 Ucc’ ΔU 倍数将减小。 ?当放大器空载时,即 直流负载线和交流负载线 RL′= RC ,此时交流负载 线与直流负载重合。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.3 动态分析/微变等效电路 40 交流负载线与直 流负载线对比 ?RL′< RC ,交流 负载线比直流负 载线陡,放大倍 数将减小。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.3 动态分析/微变等效电路 41 2. 动态图解分析过程 ① ② ③ ②将交流负载 ① 根据输入 ③根据 ic在 画于输出特性 U om 信号 u ,在输 A ? 输出特性上 i i 在 u 上,根据 B U 入特性上绘出 的变化求 uCE im 输出特性上的 的iB 波形; 变化求iC 42 ④ 第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/图解分析法 2.5 射极偏置放大电路 ? 射极偏置放大电路为稳定静态工作点而设置。 ? 温度对静态工作点的影响主要表现在晶体管的参 数(β 、 ICBO、 uBE )上,若静态工作点与晶体管 的参数基本无关,静态工作就能稳定。 ? 如果T ↑ →IC ↑ 时,若使IB ↓,就能使IC ↓,Q 点基本不变,所以从IB着手。 任务: ? 理解放大电路稳定静态工作点的原理。 ? 掌握静态计算和动态计算方法。 ? 总结射极偏置放大电路的特点。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路 43 一. 射极偏置电路的结构 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路 44 二.偏置电路的分析 1. 静态工作分析 I 1= I 2 + IB ; 若使 :I 2 >>I B ----(1) 则: I 1 ≈ I 2 直 流 通 路 RB 2 ?U B ? ? U CC (2) RB1 ? RB 2 UB与晶体管参数无关。 若使:UB>>UBE (3),且: I C >>I B U B ? U BE U B 则:I C ? I E ? ? (4) IC与T的参数无关 RE RE 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路 45 2. 静态工作点Q的估算式 当满足式(1)和式(3)条件,则 RB 2 UB ? U CC RB1 ? RB 2 U B ? U BE U B IC ? I E ? ? RE RE IC IB ? ? U CE ? U CC ? I C ( RC ? RE ) 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路/ 电路的分析 46 3. 稳定静态工作点的物理过程: 温度升高 IC IB IC UE UBE 4. 稳定静态工作点的实质: 由于IC的变化通过IE 在RE 上引起电压降 (UE=IE RE )的变化,而后UE被引回(就是反馈) 到输入电路与UB比较,使UBE发生变化,牵制IC 的变化。这就是利用反馈法稳定静态工作点。电 路中引入的反馈为电流负反馈。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路/ 电路的分析 47 2.动态分析(根据微变等效电路图) ? U ri ? i ? RB1 // RB 2 // rbe ? rbe ? I i ? U R? O ? ? Au ? ? ?? L ? rbe U i ? ?I ? ?r U i b be ? ? ?I ? ( R // R ) ? ? I ? R? U O C C L C L ? U ro ? O ? I O ? ?0 U i ? RC 48 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路/ 电路的分析 提问:若在RE两端未并CE,如图所示,试 分析电路。 ? 1 ). 静态分析 ? ∵ 直流通路没 变,∴静态工 作点不受影响。 射极偏置放大电路 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路/ 电路的分析 49 2 ) Au 的计算 RC ? RL R? L ? RC ? RL ? U ? ? o A u ? U i ? R? ? ?I b L 微变等效电路 ? ? ?r ? (1 ? ?) R ? I b be E ? R? ' L 放大倍数 ?? ' ri ? rbe ? (1 ? ?) RE ri 显著减小 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路/ 电路的分析 50 3). ri 、ro 的计算 ? U ri? ? i ? I b ? ?r ? I ? ?R I E E ? b be ? I b ? rbe ? (1 ? ? ) RE ? U ro ? O ? I O ? RC 输出电 阻不变 51 ? ri ? ri? // RB1 // RB 2 ? ? 0时,有 ?U i ? ? 0, 则I ? ?0 I b c ? ?0 U i 输入电阻增大 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路/ 电路的分析 电路如图所示,试计算: 1) 静态工作点;2) 画 例题: 出微变等效电路;3) 求ri 、ro 、Au、Aus 。 放大电路图 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路/ 电路的分析 52 ? 1) 静态工作点的计算 RB 2 UB ? ? U CC RB1 ? RB 2 10 ?103 ? ?12 ? 4V 3 (20 ? 10) ?10 U B ? U BE IC ? I E ? RE 1 ? RE 2 4 ? 0.6 ? ? 1.7mA 3 ( 0.2 ? 1.8 ) ?10 IC IB ? ? 42.5?A U CE ? U CC ? I C ( RC ? RE1 ? RE 2 ) ? 5.2V ? 例题直流通路 53 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路/ 电路的分析 ? 2) 微变等效电路 ? 3) ri 、ro 、Au、Aus 的计算 ? ri ? RB1 // RB 2 // ?rbe ? (1 ? ? ) RE1 ? ≈3.85kΩ ro ? RC ? 2k? 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路/ 电路的分析 54 26mV rbe ? 300 ? ? (1 ? ? ) ? 927 ? I E ( mA) ? R? L ? RC // RL ? 2k? // 6k? ? 1.5k? ? ?? ?A u ? R? L rbe ? (1 ? ? ) RE1 40?1.5 ?103 ?? ? ?6.57 3 (0.927? 41? 0.2) ?10 ? ? ? U U U O O i ? ? ?A ? ? us ? ? ? U U U S i S ? ?A ? ?A us u ri RS ? ri 3.85 ?103 ? ?6.57 ? (0.6 ? 3.85) ?103 ? ?5.68 第二章 晶体管及基本放大电路/2.5 射极偏置放大电路/ 电路的分析 55 2.6 射极输出器 射极输出器是共集电极放大电路, 由发射极输出,故称为射极输出器。 任务: ? 掌握共集电极放大电路的分析计算。 ? 理解共集电极放大电路的三个特点。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.6 射极输出器 56 一. 静态分析 ? UCC=RBIB+ UBE + RE IE ? =RBIB+ UBE + (1+β) ? RE IB ? IB = (UCC - UBE ) / ? (RB+(1+β) RE ) ) ? IC = β IB 共c极放大电路图 ? UCE= UCC - RE IE 第二章 晶体管及基本放大电路/2.6 射极输出器 57 二. 动态分析 ? ① 电压放大倍数 ? ?I ? ?r ? I ? ( R // R ) U i b be e E L ? ?r ? (1 ? ? ) R? ? ?I b be L ( R? L ? RE // RL ) ? ?I ? R? ? (1 ? ? ) I ? R? U O E L b L 微变等效电路 ? ? U (1 ? ? ) RL O ? ? Au ? ? ?1 ? ? U rbe ? (1 ? ? ) RL i 输入和输出电压 相位相同 数值近似相等 58 第二章 晶体管及基本放大电路/2.6 射极输出器 ? ② ri 的计算 ? U ? ? i ?I ? I i b RB ? ?I ? ?r ? I ? R? U i b be e L ? ?r ? (1 ? ? ) R? ? ? r ?I ? ?I b be L b ? ? U U i i ? ? ?I ? i RB r ? ? U 则:ri ? i ? RB // r ? ? I i 射极输出器的输入电 阻r’较大,可作为多 级放大器的输入级。 59 第二章 晶体管及基本放大电路/2.6 射极输出器/ 动态分析 ? ③r o 的计算: ? UO ? ? IO ? ? (1 ? ? ) I b RE ? ? U U O ? O ? RE rbe /(1 ? ? ) ? ? U U ? O ? O RE r0? ? ?0 U i ? U ? ro ? O ? I O rbe ? RE //( ) 1? ? 射极输出器的输出电 阻r0较小,可作为多 级放大器的输出级。 60 第二章 晶体管及基本放大电路/2.6 射极输出器/ 动态分析 三. 主要特点 Au ≈1,即 uo≈ui ,具有跟随作用,故 称射极跟随器,可作为多级放大器的缓冲级 (中间级); 具有较高的输入电阻,可作为多级放大 器的输入级; ?? ri ? RB // ?rbe ? (1 ? ? ) RL 具有较小的输出电阻,有较强的带负载能力, 可作为多级放大器的输出级; rbe ro ? RE //( ) 1? ? 第二章 晶体管及基本放大电路/2.6 射极输出器 61 ? 例题:在射极输出器中,UCC=12V,β=60, RB=200kΩ, RE= 2kΩ, RL = 2kΩ, UBE=0.6V . 试求1)静态值;2) Au 、ri 、ro 。 解:1)计算静态值; U CC ? U BE 12 ? 0.6 IB ? ? ? 35?A 3 RB ? (1 ? ? ) RE ?200 ? (1 ? 60) ? 2??10 I C ? ? ? I B ? 60 ? 35 ?10 ? 2.1mA ?3 I E ? (1 ? ? ) I B ? 61? 35 ?10 ? 2.14mA ?3 U CE ? U CC ? I E RE ? 7.72V 第二章 晶体管及基本放大电路/2.6 射极输出器 62 ? ? RE // RL ? 1k? 2) ? RL 26(mA ) rbe ? 300 ? (1 ? ? ) I E (mA ) 26 ? 300 ? (1 ? 60) ? ? 1.04k? 2.14 ? (1 ? ? ) RL ? ? Au ? ? rbe ? (1 ? ? ) RL 61?1?10 ? ? 0.98 ? 1 3 (1.04 ? 61?1) ?10 3 第二章 晶体管及基本放大电路/2.6 射极输出器 63 ri ? RB // ?rbe ? (1 ? ?)R?L ? 200 ? (1.04 ? 61?1) ?10 ? ? 47.35k? 3 ?200 ? (1.04 ? 61?1??10 6 ro ? RE // rbe ? ? 0.0172k? ? 17.2? ? 通过上述计算结果,说明Au ≈1, ri 较 高、 ro 很低。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.6 射极输出器 64 交流放大电路汇总 a IB=(UCC-UBE)/RB IC=β IB UCE= UCC- RC IC b UB=UCCRB/(RB1+RB) IC≈IE=(UB - UBE )/RE IB= IC /β UCE= UCC- (RC+ RE )IC c IB=(UCC-UBE)/ (RB+(1+ β) RE ) IC=β IB UCE= UCC- RE IE ? 静态计算 第二章 晶体管及基本放大电路/ 交流放大电路汇总 65 ? 动态计算 rbe=300+(1+ β) ×26÷IE a: RB 1断开,RE=0 RL′= RC // RL Au=- βRL′/rbe ri=RB //rbe ro=RC + RL U O - b: RL′= RC //RL ri ′=rbe+(1+ β) RE Au=- βRL′/ ri ′ ri=RB // RB 1// ri ′ ro=RC b ′: 有 CE RC //RL Au=- βRL′/rbe ri=RB // RB 1// rbe ro=RC RL′= c :RB1断开 RL′= RE // RL ri ′=rbe+(1+ β) RL′ Au= (1+ β) RL′/ri ′ ri=RB //ri ′ ro=RE // rbe/ (1+ β) 66 第二章 晶体管及基本放大电路/ 交流放大电路汇总 ? 电路特点 基本放大电路 ? 电路简单,电压放大倍数较高,输入电阻较小, 工作点不稳定。 射极偏置放大电路 ? 能稳定工作点,输入电阻较大,电压放大倍数较 小。 射极输出器 ? 能稳定工作点,输入电阻较大,电压放大倍数近 似为1,输出电阻较小,具有足够的电流放大作 用。 第二章 晶体管及基本放大电路/ 交流放大电路汇总 67 2.7 信号源 输入级 多级放大电路 一. 多级放大电路组成 电压放大 中间级 末前级 负载 输出级 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 68 1. 要求 1) 输入级主要要求具有足够高的 输入阻抗(信号源为电压源),可 使实际加到输入级的输入电压增大; 2) 对中间级主要要求具有足够大 的电压放大倍数; 3) 对末前级和输出级要求具有足 够的功率输出去推动负载。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 69 2. 级间耦合方式 耦合:在多级放大电路中,每两个单级 放大电路之间的联接方式称为耦合; 耦合方式: 1). 阻容耦合:两级之间通过耦合电容 C 2及下级输入电阻R 联接的方式。 特点:各级静态工作点互不影响,只适 合交流放大。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 70 2). 直接耦合:将前级输出端直接接到后 级的输入端或级与级之间直接联接的方式。 特点:适合交直流放大,但各级静态工作 点相互影响,并带来零点漂移。 3).变压器耦合:前级输出信号通过变压 器传递到后级输入端的方式。 特点:能实现阻抗匹配,信号隔离,适合 与交流功率放大电路,但体积大,频率特 性差。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 71 二. 阻容耦合放大电路的分析 以两级阻容耦合放大电路为例。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 72 1. 各级静态分析 第一级: RB 21 U B1 ? ? U CC RB11 ? RB 21 U B1 ? U BE1 U B1 I C 1 ? I E1 ? ? RE1 RE1 I C1 I B1 ? ?1 UCE1 ? UCC ? I C1 ( RC1 ? RE1 ) 26mV rbe1 ? 300? (1 ? ?1 ) I E1 (mA) 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 73 第二级: RB 22 U B2 ? ? U CC RB12 ? RB 22 U B 2 ? U BE 2 U B 2 IC 2 ? I E 2 ? ? RE 2 RE 2 I B2 IC 2 ? ?2 UCE 2 ? UCC ? IC 2 ( RC 2 ? RE 2 ) rbe 2 26mV ? 300? (1 ? ? 2 ) I E 2 (mA) 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 74 2.各级动态计算 两级阻容耦合放大电路的微变等效电路 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 75 1)电压放大倍数Au 的计算 ? ? ? ? ? U U U U U ? ? O ? O 2 ? i 2 ? O 2 ? O1 A u ? ? ? ? ? U U U U i i 2 U i1 i2 i1 ? ?A ? ?A ? 则:A u u1 u2 ? ?A ? A ? A ? ??? A ? n级则有:A u u1 u2 u3 un ? 2 R? ? 1 R? L2 L1 ? ? Au 2 ? ? ? Au1 ? ? rbe 2 rbe1 ( RC1 // ri 2 )( RC 2 // RL ) ? ? ? ? Au ? Au1 Au 2 ? ?1 ? 2 rbe1 ? rbe 2 R? L1 ? RC1 // ri 2 R? L 2 ? RC 2 // RL ri 2 ? RB12 // RB 22 // rbe 2 76 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 2) 输入电阻ri 、输出电阻ro 的计算 ri ? ri1 ? RB11 // RB 21 // rbe1 ? rbe1 ro ? ro 2 ? RC 2 意注:阻容耦合不适用于传递缓慢变化的信 号或直流变化的信号。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 77 例:在图示中,已知电路参数和β1、β2、rbe1、 rbe2,试计算 (1)各级输入电阻ri1、ri2和总输入电阻ri; (2)各级输出电阻ro1、ro2和总输出电阻ro; (3)各级电压放大倍数、和总电压放大倍数。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 78 解: 第一级为射极跟随器,第二级为射极偏置电路, 微变等效电路如图 1)ri=ri1=Rb // r’i1 r’i1 = rbe1+(1+β1) R’L1 R’L1 = Re1 //ri2 ri2= Rb12 // Rb22 // rbe2 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 79 ro2 = Rc2 2)ro1=( rbe1 /(1+β1)) // Re1 3) R’L = Rc2// RL ? R? U (1 ? ?1 ) R?L1 o1 ? ? Au 2 ? ?? 2 L Au1 ? ? ?i rbe1 ? (1 ? ?1 ) R?L1 rbe 2 U ?u ? A ? u1 A ? u2 A ? us ? A ri ?u A Rs ? ri 第二章 晶体管及基本放大电路/2.7 多级放大电路 80 2.9 放大电路的频率特性 一. 频率特性的概念 1. 中频区 ?各种电容作用可以忽略的频率范围通 常称为中频区。在中频区内,电压放大 倍数Aum基本上不随频率而变化,保持 一常数。 2. 高频区 ?影响频率特性的主要因素是管子的极 间电容和接线电容等,当频率↑→容抗 ↓→输出电压↓ →从而使Au ↓ ,同时产生 附加的滞后相移。 3. 低频区 ?影响频率特性的主要因素是耦合电容 和射极旁路电容 第二章 晶体管及基本放大电路/ 高频区电容的作用 低频区电容的作用 81 3.共发射极放大电路的频率特性曲线 (a) 幅频特性 (b) 相频特性 82 第二章 晶体管及基本放大电路/2.9 放大电路的频率特性 二. 线性失真 由于放大电路对不同频率成分的放大倍数不同,而产生的 失真称为幅频失真;同样由于放大电路对不同频率成分的相 位移不同,而产生的失真称为相频失真。无论是幅频失真还 是相频失真,都是由线性电抗元件引起的,故这种失真称为 线性失真,在输出波形中不产生新的频率成分 。 幅 频 失 真 相 频 失 真 第二章 晶体管及基本放大电路/2.9 放大电路的频率特性 83 三. 晶体管的频率参数 1. 共射极截止频率fβ 晶体管共发射极放大电路的电流放大系数β是也频率的函数。 中、低频时,β= β0是常数;当频率升高时,由于管子内部 的电容效应,其放大作用下降,将β幅值下降到0·707β0时的 频率定义为的截止频率fβ 。 2. 特征频率 将β幅频特性下降到1时的频率定义为的特征频率fT 。通常 fT/fβ>>1,由幅频特性可以得到fT与fβ的近似关系: fT≈β0 fβ 3. 共基射极截止频率 电流放大系数α也是频率的函数,当频率升高时,α的幅值下 降到0·707α0时的频率定义为的截止频率fα 。 ? 上述三个频率参数的关系为fα>fT> fβ,共基极放大电路的频率 特性要比共发射极放大电路的频率特性好的多。 第二章 晶体管及基本放大电路/2.9 放大电路的频率特性 84 小结 1.晶体管是一种电流控制器件,用改变基极电流可以控制 集电极电流。它有三个极分别称为发射极 e、基极 b和集 电极c。根据结构的不同可分为NPN和PNP两种类型,根 据材料的不同又可分为硅晶体管和锗晶体管。 2.晶体管在电路中有共射、共集和共基三种组态。 3.晶体管的电流放大系数是它的主要参数,按电路组态的 不同有共射极电流放大系数β和共基极电流放大系数α之 分。 4.描述晶体管性能的有输入特性和输出特性,我们均称之 为伏-安特性。从输出特性上可以将晶体管分为放大区、 饱和区和截止区。 5. 放大电路的分析方法有图解法和微变等效电路法。 第二章 晶体管及基本放大电路 85 小结 6.放大电路工作点不稳定的原因,主要是由于温度的影响。 常用的稳定工作点的电路有射极偏置电路等,它是利用 反馈原理来实现的。 7.在多级放大电路的分析中,对于阻容耦合,各级静态工 作点是独立的,互不影响,因此,各级静态工作点可单 独计算。而各级间的输入电阻和输出电阻将分别影响前 级的负载和后级的输入电阻,因此,计算多级放大电路 的总增益时,应注意各级间的相互影响。 8. 将放大电路的电压放大倍数Au和相角φ作为频率的函数, 这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。 第二章 晶体管及基本放大电路 86