08晶体三极管及其基本放大电路.ppt

1,第8章晶体三极管及其基本放大电路,2,1.了解晶体三极管的类型、主要参数；掌握电流分配关系、特性曲线和放大、饱和、截止三种工作状态及条件；2.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点；3.掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等 效电路分析法；4.了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念，了解互补功率放大电路的工作原理；5.了解场效应管的电流放大作用、主要参数；熟悉场效应管放大电路的分析方法。,第8章 晶体三极管及其基本放大电路,本章基本要求：,3,8.1 晶体三极管,8.2 共发射极放大电路的静态分析,8.4 静态工作点的稳定,8.5 射极输出器,8.7 互补对称功率放大电路,8.8 场效应晶体管及其放大电路,8.3 共发射极放大电路的动态分析,8.6 多极放大电路,本章教学内容,第8章 晶体三极管及其基本放大电路,4,本章重点：,本章难点：,1.基本放大电路的电路结构 2.基本放大电路的工作原理 3.基本放大电路的分析方法 4.基本放大电路的特点应用,1.图解分析 2.微变等效电路,第8章 晶体三极管及其基本放大电路,5,8.1 晶体三极管,1.晶体三极管的基本结构,8.1.1 三极管基本结构和电流放大作用,名词：晶体管是具有放大和开关作用的半导体器件,6,晶体管的结构示意图和表示符号,(a)NPN型晶体管；,(b)PNP型晶体管,8.1 晶体三极管,7,基区：最薄，掺杂浓度最低,发射区：掺杂浓度最高,发射结,集电结,结构特点：,集电区：面积最大,三个区：1.基区（P）2.发射区（N）3.集电区（N）,二个结：1.发射结(B-E结)2.集电结(B-C结),8.1 晶体三极管,8,(a)NPN 型晶体管,+UBE,+UCE,电流方向和发射结与集电结电压极性,发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置,(b)PNP 型晶体管,2.电流放大作用,（1）放大的外部条件和电流关系,+UBE,+UCE,8.1 晶体三极管,9,1）发射结正偏、集电结反偏电源连接图,PNP发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVB,NPN 发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVB,从电位的角度看：,8.1 晶体三极管,10,晶体管电流放大的实验电路,设 EC=6 V，改变可变电阻 RB,则基极电流 IB、集电极电流 IC 和发射极电流 IE 都发生变化，测量结果如下表：,2）各电极电流关系,8.1 晶体三极管,11,晶体管电流测量数据,结论:,IE=IB+IC 符合基尔霍夫定律 IC IB，IC IE IC IB,把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。,实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。,8.1 晶体三极管,12,1）发射区向基区扩散电子形成电流IE2）电子在基区复合与扩散形成电流IB3）集电区收集电子形成电流IC,（2）基本放大原理,8.1 晶体三极管,13,基区空穴向发射区的扩散可忽略。,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,进入P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,载流子的运动过程,8.1 晶体三极管,14,IC=ICE+ICBO ICE,IB=IBE-ICBO IBE,ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数,集射极穿透电流,温度ICEO,(常用公式),若IB=0,则 IC ICE0,8.1 晶体三极管,15,管子各电极电压与电流的关系曲线称为伏安特性曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。,为什么要研究特性曲线：(1)直观地分析管子的工作状态(2)合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路,重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线,8.1.2 三极管的伏安特性曲线,8.1 晶体三极管,16,发射极是输入回路、输出回路的公共端,共发射极电路,输入回路,输出回路,测量晶体管伏安特性的实验电路,8.1 晶体三极管,17,特点:非线性,正常工作时发射结电压：NPN型硅管 UBE 0.6 0.7VPNP型锗管 UBE 0.2 0.3V,3DG100晶体管的输入特性曲线,死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,1.输入特性,8.1 晶体三极管,18,共发射极电路,3DG100晶体管的输出特性曲线,在不同的 IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管的输出特性曲线是一组曲线。,2.输出特性,8.1 晶体三极管,19,晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线分为三个工作区,3DG100晶体管的输出特性曲线,(1)放大区,在放大区 IC=IB，也称为线性区，具有恒流特性。,在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,对 NPN 型管而言,应使 UBE 0,UBC UBE。,8.1 晶体三极管,20,IC/mA,UCE/V,100 A 80A 60 A 40 A 20 A,O 3 6 9 12,4,2.3,1.5,3,2,1,IB=0,(2)截止区,对NPN型硅管，当UBE0.5V时,即已开始截止,为使晶体管可靠截止,常使 UBE 0。截止时,集电结也处于反向偏置(UBC 0),此时,IC 0,UCE UCC。,IB=0 的曲线以下的区域称为截止区。,IB=0 时,IC=ICEO(很小)。(ICEO0.001mA),截止区,8.1 晶体三极管,21,IC/mA,UCE/V,100 A 80A 60 A 40 A 20 A,O 3 6 9 12,4,2.3,1.5,3,2,1,IB=0,在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。深度饱和时，硅管UCES 0.3V，锗管UCES 0.1V。IC UCC/RC。,当 UCE 0)，晶体管工作于饱和状态。,饱和区,(3)饱和区,8.1 晶体三极管,22,晶体管三种工作状态的电压和电流,(a)放大,(b)截止,(c)饱和,当晶体管饱和时，UCE 0，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，IC 0，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。,8.1 晶体三极管,23,晶体管结电压的典型值,8.1.3 三极管的主要参数,表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。,8.1 晶体三极管,24,（1）直流电流放大系数,（2）交流电流放大系数,当晶体管接成发射极电路时：,注意：,和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的 值在20 200之间。,由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在特性曲线的近于水平部分，IC随IB成正比变化，值才可认为是基本恒定的。,8.1.3 三极管的主要参数,1.电流放大系数，,8.1 晶体三极管,25,例：在UCE=6 V时，在 Q1 点IB=40A,IC=1.5mA；在 Q2 点IB=60 A,IC=2.3mA。,在以后的计算中，一般作近似处理：=。,在 Q1 点，有,由 Q1 和Q2点，得,8.1 晶体三极管,26,2.集-基极反向截止电流 ICBO,ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBO,3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO,ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,8.1 晶体三极管,27,4.集电极最大允许电流 ICM,5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。,当集射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。,6.集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。PC PCM=IC UCE,硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。,8.1 晶体三极管,28,由三个极限参数可画出三极管的安全工作区,ICUCE=PCM,安全工作区,8.1 晶体三极管,29,晶体管参数与温度的关系,1.温度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管优于 锗管。,2.温度每升高1C，UBE将减小(22.5)mV，即晶体管具有负温度系数。,3.温度每升高 1C，增加 0.5%1.0%。,8.1 晶体三极管,30,光电晶体管,光电晶体管用入射光照度E的强弱来控制集电极电流。当无光照时,集电极电流 ICEO很小,称为暗电流。当有光照时,集电极电流称为光电流。一般约为零点几毫安到几毫安。常用的光电晶体管有3AU,3DU等系列。,(b)输出特性曲线,(a)符号,8.1 晶体三极管,31,一、放大的概念,8.2 共发射极放大电路的静态分析,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号，这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入端口和输出端口的四端网络表示，如下图所示。,提 要:,32,放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。,放大的实质:用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。,对放大电路的基本要求：1)要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。2)尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标要求。,本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。,放大的目的:,8.2 共发射极放大电路的静态分析,33,三种单管放大电路,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,1.三极管放大电路的连接方式,放大电路最基本的形式是三种单管放大电路,8.2.1 共发射极放大电路的组成,8.2 共发射极放大电路的静态分析,34,(1)电路元件,晶体管T-放大元件iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。,基极电源EB与基极电阻RB-使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。,共发射极基本电路,2.共发射极放大电路组成及放大过程,8.2 共发射极放大电路的静态分析,35,(1)电路元件,集电极电源EC-为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC-将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容C1、C2-隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。,信号源,共发射极基本电路,负载,8.2 共发射极放大电路的静态分析,36,单电源供电时常用的画法,(2)供电电源,8.2 共发射极放大电路的静态分析,37,1）无输入信号(ui=0)时,uo=0uBE=UBEuCE=UCE,(3)共射放大电路的放大过程,8.2 共发射极放大电路的静态分析,38,无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的(直流)电压和电流：IB、UBE和 IC、UCE。,(IB、UBE)和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。,8.2 共发射极放大电路的静态分析,39,UBE,无输入信号(ui=0)时:,uo=0uBE=UBEuCE=UCE,？,有输入信号(ui 0)时,uCE=UCC iC RC,uo 0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uo,2）有输入信号(ui 0)时,8.2 共发射极放大电路的静态分析,40,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。,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,静态分析,8.2 共发射极放大电路的静态分析,41,若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。,输出电压与输入电压在相位上相差180，即共发射极电路具有反相作用。,8.2 共发射极放大电路的静态分析,42,(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集 电结反偏。(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。,晶体管实现放大的过程特点,8.2 共发射极放大电路的静态分析,43,静态：放大电路无信号输入(ui=0)时的工作状态。,设置Q点的目的：(1)静态是动态的基础，使电路工作在合适状态；(2)使放大电路的放大信号不失真。,直流工作点Q：IB、IC、UCE。,静态分析：确定放大电路的静态值。,8.2.2 直流通路与静态工作点的计算,分析方法：估算法、图解法。,直流通路：无输入时直流电流的电 路，用来计算直流工作点。,8.2 共发射极放大电路的静态分析,44,例：画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流通路用来计算静态工作点Q(IB、IC、UCE),对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,8.2 共发射极放大电路的静态分析,45,1）直流通路估算 IB,根据电流放大作用,2）由直流通路估算UCE、IC,当UBE UCC时，,由KVL:UCC=IB RB+UBE,由KVL:UCC=IC RC+UCE,所以 UCE=UCC IC RC,1.用直流通路估算静态值,8.2 共发射极放大电路的静态分析,46,例1：用估算法计算静态工作点。,已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,注意：电路中IB 和 IC 的数量级不同,8.2 共发射极放大电路的静态分析,47,例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。,由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。,由KVL可得出,由KVL可得：,8.2 共发射极放大电路的静态分析,48,用作图的方法确定静态值,步骤：1）用估算法确定IB,优点：能直观地分析和了解静 态值的变化对放大电路 的影响。,2）由输出特性确定IC 和UCC,直流负载线方程,2.用图解法确定静态值,8.2 共发射极放大电路的静态分析,49,直流负载线斜率,直流负载线,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点,图解分析,8.2 共发射极放大电路的静态分析,50,动态定义：放大电路有信号输入（ui 0）时的工作状态。,计算方法：图解法、微变等效电路法。所用电路：放大电路的交流通路。,动态参数:电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,动态特性：直流工作点、交流负载线与非线性失真的关系,8.3 共发射极放大电路的动态分析,51,8.3.1 放大电路的动态参数,1.放大倍数（增益）,放大器的输出信号与输入信号之比，称为放大器的放大倍数。如果是放大器的输出电压与输入电压之比，就称为电压放大倍数，用Au表示，即,2.输入电阻,放大电路的输入电压与输入电流的比值，称为放大电路的输入电阻，即,8.3 共发射极放大电路的动态分析,52,3.输出电阻,当从放大器的输出端看，放大器的输出电压为：,其中uo是放大器不带负载时的输出电压。而对具体电路，确定输出电阻的方法将有所不同。,则：,放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。,8.3 共发射极放大电路的动态分析,53,8.3.2 动态特性的图解分析,动态分析通常采用图解法和微变等效电路法。,1.图解分析,当输出端不接负载，输入端加信号ui=Uimsint时，通过图解法可确定输入与输出电压的变化范围，即可求出电压放大倍数。,分析步骤是：,1)在输入特性曲线上 作出ui和iB的对应波形；2）在输出特性曲线上 作出iC和uo对应的波形；3）测量ui和uo的大小，计算放大倍数,8.3 共发射极放大电路的动态分析,54,直流负载线斜率,直流负载线,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点,图解分析,8.3 共发射极放大电路的动态分析,55,RL=,由uO和ui的比可得放大电路的电压放大倍数。,图解分析,8.3 共发射极放大电路的动态分析,56,D,C,2.交流负载线,交流负载线反映动态时电流 iC和电压uCE的变化关系。,交流负载线斜率,所以，交流负载线比直流负载线更陡峭，即uo的动态范围变小：,8.3 共发射极放大电路的动态分析,57,如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。,若Q设置过高，,晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。,适当减小基极电流可消除失真。,3.非线性失真,由晶体管的非线性产生的失真为非线性失真,8.3 共发射极放大电路的动态分析,58,若Q设置过低，,晶体管进入截止区工作，造成截止失真。,适当增加基极电流可消除失真。,如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。,8.3 共发射极放大电路的动态分析,59,微变等效电路：把非线性元件所组成的放大电路等效为一个线性电路。即将非线性的三极管等效为一个线性元件。,线性化的条件：三极管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。,微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,8.3.3 交流通路与微变等效电路,概 念,8.3 共发射极放大电路的动态分析,60,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。,交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,1.交流通路,前提：耦合电容和直流电源对交流信号视为短路,8.3 共发射极放大电路的动态分析,61,XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,短路,短路,对地短路,8.3 共发射极放大电路的动态分析,62,三极管的微变等效电路可从三极管特性曲线求出。,当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。,2.三极管的微变等效电路,UBE,对于小功率三极管：,rbe一般为几百欧到几千欧。,(1)输入回路等效,Q,输入特性,晶体管的输入电阻,晶体管的输入回路(b、e之间)可用rbe等效代替。,8.3 共发射极放大电路的动态分析,63,(2)输出回路等效,rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。,晶体管的输出电阻,输出特性,输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。,晶体管的电流放大系数,晶体管的输出回路(c、e之间)可用一受控电流源 ic=ib等效。,一般在20200之间，在手册中常用hfe表示。,8.3 共发射极放大电路的动态分析,64,ib,晶体三极管,微变等效电路,晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。,晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。,8.3 共发射极放大电路的动态分析,65,3.放大电路的微变等效电路,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。,交流通路,微变等效电路,8.3 共发射极放大电路的动态分析,66,分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。,微变等效电路,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。,8.3 共发射极放大电路的动态分析,67,（1）计算电压放大倍数,当放大电路输出端开路(未接RL)时,因rbe与IE有关，故放大倍数与静态 IE有关。,负载电阻愈小，放大倍数愈小。,式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。,图 1,8.3 共发射极放大电路的动态分析,68,由图1、图2可知，当电路不同时，计算电压放大倍数 Au 的公式也不同。要根据微变等效电路找出 ui与ib的关系、uo与ic 的关系。,图 2,8.3 共发射极放大电路的动态分析,69,（2）计算输入电阻ri,定义：,输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。,输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小。,8.3 共发射极放大电路的动态分析,70,（3）计算输出电阻,定义：,输出电阻是动态电阻，与负载无关。,输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小。,8.3 共发射极放大电路的动态分析,71,例1：,输入电阻计算：,8.3 共发射极放大电路的动态分析,72,共射极放大电路特点：1.放大倍数高；2.输入电阻低；3.输出电阻高。,例3：,求ro的步骤：(1)断开负载RL,(3)外加电压,(4)求,外加,(2)令 或,输出电阻计算：,8.3 共发射极放大电路的动态分析,73,外加,例4：,8.3 共发射极放大电路的动态分析,74,合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。,前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。,8.4 静态工作点的稳定,75,在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBE、ICBO。,上式表明，当UCC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。,8.4.1 温度对静态工作点的影响,8.4 静态工作点的稳定,76,温度升高时，输出特性曲线上移,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。,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。,8.4 静态工作点的稳定,77,8.4.1 分压式偏置电路,直流通路：,电路组成结构：,由分压电阻RB1、RB2和射极电阻RE构成偏置电路，CE为交流旁路电容。,8.4 静态工作点的稳定,78,基极电位基本恒定，不随温度变化。,VB,1.电路的特点,（1）利用电阻RB1、RB2的分压固定VB,8.4 静态工作点的稳定,79,VB,集电极电流基本恒定，不随温度变化。,（2）利用电阻RE来获得反映IC或IE变化的电压UE。,8.4 静态工作点的稳定,80,从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但 I2 越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。,在估算时一般选取：I2=(5 10)IB，VB=(5 10)UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。,参数选择,8.4 静态工作点的稳定,81,2.稳定工作点Q的过程,VB 固定,RE：温度补偿电阻 对直流：RE越大,稳定Q点效果越好；对交流：RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。,8.4 静态工作点的稳定,82,估算法:,VB,3.静态工作点的计算,8.4 静态工作点的稳定,83,对交流：旁路电容 CE 将RE 短路，RE不起作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同。,如果去掉CE，Au，ri，ro？,旁路电容,4.交流分析,8.4 静态工作点的稳定,84,去掉CE后的微变等效电路,如果去掉CE，Au，ri，ro?,8.4 静态工作点的稳定,85,无旁路电容CE,有旁路电容CE,Au减小,ri 提高,ro不变,8.4 静态工作点的稳定,分压式偏置电路,86,对信号源电压的放大倍数？,信号源,考虑信号源内阻RS 时,8.4 静态工作点的稳定,87,例1：在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6k,RE1=300，RE2=2.7k，RB1=60k，RB2=20k RL=6k，晶体管=50，UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点 IB、IC 及 UCE；(2)画出微变等效电路；(3)输入电阻ri、ro及 Au。,8.4 静态工作点的稳定,88,解：(1)由直流通路求静态工作点。,直流通路,8.4 静态工作点的稳定,89,(2)由微变等效电路求Au、ri、ro。,8.4 静态工作点的稳定,90,因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。因从发射极输出，所以称射极输出器。,8.5 射极输出器,电路组成结构,91,求Q点：,8.5.1 静态计算,直流通路,IC=IB,8.5 射极输出器,92,8.5.2 动态分析,1.电压放大倍数,电压放大倍数Au1且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,微变等效电路,8.5 射极输出器,93,2.输入电阻,射极输出器的输入电阻高，对前级有利。ri 与负载有关,8.5 射极输出器,94,3.输出电阻,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,8.5 射极输出器,95,1.电压放大倍数小于1，约等于1;2.输入电阻高；3.输出电阻低；4.输出与输入同相。,射极输出器的特点：,8.5 射极输出器,96,射极输出器的应用,主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。,1.因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。,2.因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。,3.利用 ri 大、ro小以及 Au 1 的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。,8.5 射极输出器,97,.,例1:在图示放大电路中，已知UCC=12V,RE=2k,RB=200k，RL=2k，晶体管=60，UBE=0.6V,信号源内阻RS=100，试求:(1)静态工作点 IB、IE 及 UCE；(2)画出微变等效电路；(3)Au、ri 和 ro。,8.5 射极输出器,98,解:(1)由直流通路求静态工作点。,直流通路,8.5 射极输出器,99,微变等效电路,(2)由微变等效电路求Au、ri、ro。,8.5 射极输出器,100,8.6 多级放大电路,为了得到较高的放大倍数，一个放大器常由若干级组成，通过逐级放大以满足负载的要求。,多级放大电路的组成框图,其中推动级也称末前级。,各级电路的特点及指标要求各有所不同。,多级放大电路的级与级之间的连接，称为级间耦合。只有合理的处理级与级之间的连接，才能保证放大电路的正常工作。,101,常用耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合,动态:传送信号,减少压降损失,静态：保证各级有合适的Q点,波形不失真,对耦合电路的要求,8.6.1 多级放大电路的耦合方式,多级电路的级与级之间的耦合要满足基本要求：1）保证各级都有合适的静态工作点；2）保证放大信号只有较小的损失一级级传送下去。,即：,8.6 多级放大电路,102,1.阻容耦合 阻容耦合方式是：级与级之间通过电阻和容量较大的电容耦合起来。特点是各级电路的静态工作点互不影响，但变化缓慢的信号无法传递；频率特性差。,2.直接耦合直接耦合是：级与级之间用导线直接相连。特点是易于传递低频信号，其频率特性较好，但静态值相互影响。,3.变压器耦合变压器耦合是：信号通过变压器初、次级线圈传递，特点是能进行阻抗匹配，前后级的静态值互不影响。本节主要介绍阻容耦合多级放大电路。,8.6 多级放大电路,103,第一级,第二级,负载,信号源,级与级之间通过电容 C2 与下级输入电阻连接,8.6.2 阻容耦合电路的分析方法,两级阻容耦合电路,8.6 多级放大电路,104,1.静态分析,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。,8.6 多级放大电路,105,2.求电压放大倍数(动态分析),第一级,第二级,A,8.6 多级放大电路,106,3.求输入电阻,8.6 多级放大电路,107,4.求输出电阻：,多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻，即,8.6 多级放大电路,108,例1:如图所示的两级电压放大电路，已知1=2=50,T1和T2均为3DG8D。(1)计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V);(2)求放大电路的输入电阻和输出电阻；(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。,8.6 多级放大电路,109,解:(1)两级放大电路的静态值可分别计算。,第一级是射极输出器:,8.6 多级放大电路,110,第二级是分压式偏置电路,8.6 多级放大电路,111,第二级是分压式偏置电路,8.6 多级放大电路,112,(2)计算 r i和 r 0,由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。,8.6 多级放大电路,113,8.6 多级放大电路,114,8.6 多级放大电路,115,(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,第一级放大电路为射极输出器,8.6 多级放大电路,116,第二级放大电路为共发射极放大电路,总电压放大倍数,8.6 多级放大电路,117,功率放大电路的作用：推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等,(1)在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。,(2)由于功率较大，要求提高效率。,8.7 互补对称功率放大电路,功率放大电路是指电路的输出级（末前级与末级）,8.7.1 功率放大电路的基本要求,(3)非线性失真小,118,(4)功率放大中晶体管的工作状态,甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通,静态IC较大，波形好,管耗大效率低。,乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态IC=0，波形严重失真,管耗小效率高。,甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。,8.7 互补对称功率放大电路,119,互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(Output Transformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(Output Capacitorless)电路，简称OCL电路。OTL电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源供电。,8.7.2 互补对称功率放大电路,8.7 互补对称功率放大电路,120,（1）工作原理 互补对称式电路中，利用NPN型管和PNP型管导电极性相反的特点，使其中一个在输入信号的正半周工作，另一个在输入信号的负半周工作，在输入信号的整个周期，两个管子交替工作，在负载上得到一个放大的完整的正弦波输出电压。,为保证两管分别导通，OCL电路需用正负两路电源。,1.OCL互补对称式电路,8.7 互补对称功率放大电路,121,(2)交越失真,由于晶体管特性存在非线性，即 ui 死区电压时晶体管不能导通。因此当输入信号ui为正弦波时，输出信号在过零前后将出现失真，这一失真称为交越失真。,采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。,克服交越失真的措施,8.7 互补对称功率放大电路,122,OCL互补对称放大电路,(3)克服交越失真的OCL互补对称放大电路,两个晶体管T1(NPN)和T2(PNP)的特性基本相同。,R1 和 D1、D2 上的压降使两管获得合适的偏压，工作在甲乙类状态。,两管仍接成射极输出器形式。,8.7 互补对称功率放大电路,123,(1)特点,T1、T2的特性一致；一个NPN型、一个PNP型两管也接成射极输出器；输出端有大电容；单电源供电。,(2)静态时(ui=0)调节R1、R2使,IC1 0，IC2 0,OTL原理电路,电容两端的电压,2.OTL单电源的互补对称电路,8.7 互补对称功率放大电路,124,(3)动态时,输入端在UCC/2 直流基础上加入正弦信号。,T1导通、T2截止；同时给电容充电,T2导通、T1截止；电容放电，相当于电源,若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。,ic1,ic2,交流通路,输入交流信号ui的正半周,输入交流信号ui的负半周,8.7 互补对称功率放大电路,125,(4)克服交越失真的OTL互补对称放大电路,静态时,调节 R3,使 A 点电位为；,输出电容CL上的电压也等于；,R1 和 D1、D2 上的压降使两管获得合适的偏压，工作在甲乙类状态。,OTL互补对称放大电路,8.7 互补对称功率放大电路,126,在输出功率较大时常采用复合管,复合管的构成,ic1=1 ib1,ic2=2 ib2=2(1+1)ib1,ic=ic1+ic2=1+2(1+1)ib1 1 2 ib1,方式 1,ib2=ie1=(1+1)ib1,ib=ib1,8.7 互补对称功率放大电路,127,复合管的电流放大系数 1 2,复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同,方式2,8.7 互补对称功率放大电路,128,OTL互补对称放大电路,3.R8和R9 的作用?,1.R4、D1、D2的作用？,2.T1 和T3、T2 和T4 构成什么工作方式？,4.R6和R7 的作用?,8.7 互补对称功率放大电路,129,(3)R8 和R9 的作用?,(1)R4、D1、D2的作用？,(2)T1 和T3、T2 和T4 构成什么工作方式？,(4)R6和R7 的作用?,避免产生交越失真,构成复合管,引入电流负反馈，使电路工作稳定。,分流T1、T2的ICEO，提高温度稳定性。,8.7 互补对称功率放大电路,130,8.7.3 集成功率放大电路,相位补偿,消除自激振荡,改善高频负载特性。,去耦，滤掉高频交流,消振，防止高频自激,集成功放LM386接线图,特点:工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。,8.7 互补对称功率放大电路,131,场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是电压控制元件。它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻高，且温度稳定性好。,结型场效应管,按结构不同场效应管有两种:,绝缘栅型场效应管,本节仅介绍绝缘栅型场效应管,按工作状态可分为：增强型和耗尽型两类每类又有N沟道和P沟道之分,8.8 场效应晶体管及其放大电路,132,栅极和其它电极及硅片之间是绝缘的，称绝缘栅型场效应管。,1.绝缘栅型场效应管的结构,8.8.1 绝缘栅场效应管,8.8 场效应晶体管及其放大电路,133,符号：,由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达1014。,由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOS场效应管。,8.8 场效应晶体管及其放大电路,134,2.N沟道增强型绝缘栅场效应管工作原理,由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结。,当栅源电压UGS=0 时，不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零。,8.8 场效应晶体管及其放大电路,135,当UGS 0 时，P型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；当UGS UGS（th）时，还在表面形成一个N型层，称反型层，即勾通源区和漏区的N型导电沟道，将D-S连接起来。UGS愈高，导电沟道愈宽。,8.8 场效应晶体管及其放大电路,136,当UGS UGS(th）后，场效应管才形成导电沟道，开始导通，若漏源之间加上一定的电压UDS，则有漏极电流ID产生。,在一定的漏源电压UDS下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。,在一定的UDS下漏极电流ID的大小与栅源电压UGS有关。所以，场效应管是一种电压控制电流的器件。,8.8 场效应晶体管及其放大电路,