电子技术第9章.

第9章基本放大电路9.1双极型晶体管9.2放大电路的工作原理9.3放大电路的静态分析9.4放大电路的动态分析9.5双极型晶体管基本放大电路9.6场效应型晶体管9.7场效应型晶体管基本放大电路9.8多级放大电路9.9差分放大电路9.10功率放大电路9.1双极型晶体管一、基本结构PNP型：NPN型：NPN基极基区集电极集电区集电结发射极发射区发射结PNP基极基区集电极集电区集电结发射极发射区发射结NPNPNP1.结构特点发射区：基区：集电区：以NPN型为例：两个结：发射结、集电结三个电极：发射极e、基极b、集电极c。参杂浓度最大——发射载流子很薄，参杂浓度最小——控制载流子体积大，参杂浓度小于发射区——收集载流子NPN基极基区集电极集电区集电结发射极发射区发射结NPN发射极基极集电极N型N型P型2.符号共基极接法bec共发射极接法bce共集电极接法bceBECNPN型CBEPNP型二、工作状态条件:发射结正偏,集电结反偏。发射区发射载流子→形成电流IE少部分在基区被复合→形成IB大部分被集电区收集→形成IC1．放大状态⑴电流的形成NPNBECRCUCCUBBRBIEICIB⑵电流的关系IE=IB+IC当IB=0时，静态时,直流电流放大系数动态时,交流电流放大系数≈ICIBIC－ICEOIBβ=ICIBβ=UCE=常数ICIB≈IC=ICEONPNBECRCUCCUBBRBIEICIBIB微小的变化，会产生IC很大的变化。IC=βIBUCE=UCC－RCIC0＜UCE＜UCC晶体管相当于通路。⑶特点NPNBECRCUCCUBBRBIEICIB特点：IB↑,IC基本不变。IC≈UCC/RC。UCE≈0。晶体管相当于短路。条件:发射结正偏,集电结正偏。IB↑,IC↑UCE=(UCC－RCIC)↓ICM=UCC/RC2.饱和状态NPNBECRCUCCUBBRBIEICIBCERCUCC特点：IB=0IC=0UCE=UCC晶体管相当于开路。3.截止状态条件:发射结反偏,集电结反偏。CERCUCCNPNBECRCUCCUBBRBIEICIB⑴IB受UBE控制，与UCE关系不大。⑵晶体管有死区电压（锗管0.2V,硅管0.6V）。⑶T，曲线向左平移。1.输入特性从输入端看：IB=f(UBE)UCE=常数三、特性曲线UCE≥1V25℃UCE≥1V75℃80604020UBE/VIB/AO0.40.8iC＋uCE－＋uBE－iBBEC截止区:IB=0,IC=ICEO≠0。放大区:ΔIB很小的变化,引起ΔIC很大的变化。饱和区:ΔIB,ΔIC变化很小。从输出端看:即IC=f(UCE)∣IB=常数2.输出特性曲线4321369IC/mAUCE/VOIB=020A40A60A80A100A放大区饱和区截止区iC＋uCE－＋uBE－iBBEC动态电流放大系数2.穿透电流ICEO3.集电极最大允许电流ICM4.集电极最大耗散功率PCMPC=UCE×IC静态电流放大系数四、主要参数1.电流放大系数过损耗区安全工作区PCM功耗曲线4321369IC/mAUCE/VOIB=020A40A60A80A100A放大区饱和区截止区9.2放大电路的工作原理一、电路组成BCERBRCUCCUBBUCCBCERBRC两个电源的放大电路一个电源的放大电路RBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋RBRC-UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋NPN管放大电路PNP管放大电路UCCBCERBRC改进后的放大电路：二、放大过程1.静态时ui=0,直流电源单独作用IB:静态的直流量ib:动态的交流量iBUCE=UCC–ICRCtUBEOIBtOtUCEOtICORBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋ube=uiuo=uce=-iCRC=UCE–iCRC=UCE+uceiB=IB+ibiC=IC+icuBE=UBE+ube2.动态时，加入输入信号uiuCE=UCC-(IC+iC)RC=UCC–ICRC–iCRCRBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋iBuBEOuitiCuCEtuoOtUBEOIBtOtUCEOtICO信号的放大过程OtuituoO+UCCRC++UCCRCRB++UCCRCRB++UCCRCRB++UCCRB+例：下列电路能否放大交流信号？上节内容回顾1.静态时ui=0,直流电源单独作用2.动态时，加入输入信号uiRBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋iBuBEOuitiCuCEtuoOtUBEOIBtOtUCEOtICOOtui一、静态工作点的确定1.图解法⑴在输入特性曲线上ICIBUBEQUCEUCCUCCRC已知IB,可确定Q点,可知UBE。⑵在输出特性曲线上已知IB,可确定Q点，可知IC,UCE。UCEICO输入特性输出特性Q9.3放大电路的静态分析UBEIBOUCE=UCC–ICRCRBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋2.计算法直流通路:(1)信号源电动势短路；(2)电容开路。IBRB+UBE=UCCIC=βIBUCE=UCC－RCICUCC－UBERBIB=IB＋－RBRC+UCCUBE直流通路放大电路[例]已知放大电路，UCC=6V，RB=180kΩ，RC=2kΩ,=50，晶体管为硅管。试求放大电路的静态工作点。RBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋[解]IC=IBUCE=UCC－RCICUCC－UBERBIB=6－0.7180=mA=0.0294mA=50×0.0294mA=1.47mA=(6－2×1.47)V=3.06V例.放大电路如图所示,已知RC=1.5KΩ,UBE=0.7V,β=50,Ucc=9V,当RW=0时,晶体管刚好进入饱和状态,问:RB=?∵ICM=UCC/RCIB=IC/β=0.12mARB=UCC-UBEIB=6mA=70kΩ+UCCRC+_uoBCERB+_ui+RW二、静态工作点的影响1.当IB太小，Q点很低，引起后半周截止失真。2.当IB太大，Q点很高，引起前半周饱和失真。※截止失真和饱和失真统称为非线形失真。UCEuCEOtIBiBOtICiCOtUCEuCEOtICiCOtIBiBOtuOOtuOOt截止失真饱和失真IB=(UCC-UBE)/RBIC=βIBUCE=UCC-RCICUCEICQUCC/RCUCC1.RB变化当电路参数RB,RC,UCC发生变化时,静态工作点如何变化?Q2Q1QUCEICUCC/RCUCC2.RC变化3.UCC变化UCEICUCC/RCQUCCUCC1/RCQ1UCC1Q1Q2RBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋9.4放大电路的动态分析一、放大电路的主要性能指标1.电压放大倍数Au其分贝值:|Au|(dB)=20lg|Au|定义：UoUiAu=UoUiAu=UoUi绝对值:|Au|=UomUim=当输入信号为正弦交流信号时,在放大电路中:2.输入电阻ri定义：UiIiri=UiIiri=当输入信号为正弦交流信号时riRS＋riUi=UsUsRS＋riIi=＋Ui－+_UsIiRS放大电路ri放大电路信号源输入电阻ri大Ui大Uo大；ri大Ii小可减轻信号源的负担；riRS＋riUi=UsUsRS＋riIi=ri越大越好，riRS。可见：＋Ui－+_UsIiRS放大电路ri输入电阻3.输出电阻roUOCISCro=UOCISCro=当输入信号为正弦交流信号时：定义：其中:Ues=UOC=A0UiRLRL＋roUoL=UOCRLRL＋ro|Au|=|A0|＋Uo－+_UesIoroRL放大电路负载输出电阻若ro小，带载能力强；反之带载能力差。RLRL＋roUoL=UOCRLRL＋ro|Au|=|A0|可见：ro越小越好，roRL。＋Uo－+_UesIoroRL4.放大电路的频率特性幅频特性:|Au|—f270o180o90oOf相频特性:—f|Am|fO|Au|f1f2通频带0.707|Am|二、放大电路的微变等效电路1.晶体管的交流小信号电路模型⑴输入端电压和电流的关系UBEΔIB为一个常数。IBIBUBE——称为晶体管的输入电阻。rbe=iBuBEOQiC＋uCE－＋uBE－iBBEC电路图输入特性RBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋晶体管从输入端看，可以用一个等效的动态电阻rbe代替。rbe可以估算：rbe=200+26ICiC＋uCE－＋uBE－iBBEC＋Ｕbe－BErbeIb电路图输入端口等效电路＋Ｕce－CIcEIb(2)输出端电压和电流的关系在放大区:IC=βIB，从输出端看，可以用一个受控电流源代替。iC＋uCE－＋uBE－iBBEC＋Ｕbe－BErbeIb晶体管的小信号模型＋Ｕce－CIcIbBErbeIb＋Ｕbe－＋Ｕce－CIcIb晶体管的小信号模型Ie上节内容回顾——放大电路的动态分析1.晶体管的交流小信号电路模型UBEΔIB为一个常数。IBIBUBErbe=iBuBEOQiC＋uCE－＋uBE－iBBEC输入特性RBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋晶体管从输入端看，可以用一个等效的动态电阻rbe代替。晶体管从输入端看，可以用一个受控电流源代替。iC＋uCE－＋uBE－iBBEC＋Ｕbe－BErbeIb晶体管输入端口等效电路＋Ｕce－CIcEIb输入端口等效电路BErbeIb＋Ｕbe－＋Ｕce－CIcIb晶体管的小信号模型Ie上节内容回顾BErbeIbCIcIbRBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋⑴交流通路2.放大电路的微变等效电路IiIbIcIoRBRC＋Uo－＋Ui－Ie⑵微变等效电路+_UsRsRLBEC作法:C短路，UCC短路。IbIcIi＋Uo－＋Ui－BrbeCRBRCEIoIbrbeIbIcIbAu=UoUi其中：RL=RC∥RL′－Ic(RC∥RL)Ibrbe=RLrbe=－′riUiIi=Ii(RB∥rbe)Ii==RB∥rbe≈rbeUOCISCro=－IcRC－Ic==RC+_UsRsRLIbIcIi＋Uo－＋Ui－BrbeCRBRCEIoIb微变等效电路例:已知放大电路,UCC=20V,UBE=0.7V,β=100若IC=2mA,UCE=4V。求⑴电阻RB,RC。⑵画出微变等效电路。⑶电压放大倍数。∵UCE=UCC-RCIC∵IB=(UCC-UBE)/RBRB=UCC-UBEIC/β=965KΩRC=UCC-UCEIC=8KΩ解：+UCCRC+_uoBCERB+_ui++rbe=200+β26/Ic=1.5KΩbeCLurRRA)(=-533+_Us·RSUi·Uo·βIb·Ii·Ic·Io·Ib·RBRCrbe+_+_BECRL例.已知放大电路,UCC=20V,UBE=0.7V,β=100若IC=2mA,UCE=4V.求⑴电阻RB,RC⑵画出微变等效电路⑶电压放大倍数.9.5双极型晶体管基本放大电路一、共射放大电路1.电路组成(1)增加一偏流电阻RB2，固定基极电位。只要满足:I2IBRB2RB1＋RB2UB=UCC选择参数时，一般取I2≈(5～10)IB。RB1RC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋RB2RECE＋共射放大电路IBI2I1(2)增加发射极电阻RE，可以稳定IC。只要满足UBUBE=UB－UBEREUEREIE=IC=1+βIE选择参数时,一般取UB≈(5~10)UBE。TICEOIEUREICICUBE(3)增加CE,避免Au下降。RB1RC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋RB2RECE＋≈UBRE≈UBRERB1RC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋RB2RECE＋2.静态分析直流通路：信号源电动势短路。电容开路；RB1RC+UCCRB2REUB－UBEREIE=IB=11＋IEIC=IBUCE=UCC－RCI