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1、第第八八章章 基本放大电路基本放大电路8.18.1 共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成8.28.2 放大电路的静态分析放大电路的静态分析8.48.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定8.58.5 差分放大电路差分放大电路8.68.6 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路8.38.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析目的要求 通过本章学习，使学生掌握半导体的导电特征、PN结、二极管特性、三极管特性。教学内容半导体特性、PN结及其单向导电性能、二极管、三极管、光电器件重点难点PN结单向导电性、二极管特征放大的概念放大的概念: : 放大的目的是将微弱的放大的目的是将微弱的变化信号变
2、化信号放大成较大的信号。放大成较大的信号。 放大的实质放大的实质: : 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。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对放大电路的基本要求 ： 1. 1. 要有足够的放大倍数要有足够的放大倍数( (电压、电流、功率电压、电流、功率) )。 2. 2. 尽可能小的波形失真。尽可能小的波形失真。 另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。指标。 本章主要讨论基本放大电路及基本分析方法本章主要讨论基本放
3、大电路及基本分析方法二、基本放大电路各元件作用二、基本放大电路各元件作用 晶体管晶体管T T-放大元放大元件件, , i iC C= = i iB B。要保。要保证集电结反偏证集电结反偏, ,发发射结正偏射结正偏, ,使晶体使晶体管工作在放大区管工作在放大区 。基极电源基极电源E EB B与基极与基极电阻电阻R RB B-使发射结使发射结 处于正偏，并提供处于正偏，并提供大小适当的基极电大小适当的基极电流。流。共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+ + uBEuCE iCiBiE集电极电源集电极电源E EC C -为为电路提供能量。并电路提供能量
4、。并保证集电结反偏。保证集电结反偏。集电极电阻集电极电阻R RC C-将将变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电压。变化的电压。耦合电容耦合电容C C1 1 、C C2 2 -隔离输入、输出隔离输入、输出与放大电路直流的与放大电路直流的联系，同时使信号联系，同时使信号顺利输入、输出。顺利输入、输出。信信号号源源负载负载共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+ + uBEuCE iCiBiE单电源供电的基本电路单电源供电的基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+ + uBEuCE iCiBiEEC
5、RSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+ + uBEuCE iCiBiE三、共射放大三、共射放大电电电电路的路的电压电压电压电压 放大作用放大作用UBEIBICUCE无输入信号(ui = 0)时:uo = 0uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+ + uBEuCE iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO结论： (1) (1) 无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流电压和电流: :I IB B、U UBEBE和和 I IC C、U UCECE 。 ( (I IB
6、 B、U UBEBE) ) 和和( (I IC C、U UCECE) )分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为性曲线上的一个点，称为静态工作点静态工作点。QIBUBEQUCEICUBEIB无输入信号(ui = 0)时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？有输入信号有输入信号( (u ui i 0) 0)时时 uCE = UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+ + uBEuCE iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO结论结论结论结论 ：
7、(2) (2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大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。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iCtOiCtICOiCticO静态分析结论结论结论结论 ：(3) (3) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，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。即电路具有电压放大作用。(4) (4) 输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差180180， 即共发射极电路具有反相作用。即
8、共发射极电路具有反相作用。uitOuotO1. 1. 实现实现实现实现 放大的条件放大的条件 (1) (1) 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集 电结反偏。电结反偏。(2) (2) 正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大 区。区。(3) (3) 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。流。(4) (4) 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的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。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。2. 2. 直、流
9、通路和交流通路直、流通路和交流通路 由于电路既有信号源又有直流电源，可以根据叠由于电路既有信号源又有直流电源，可以根据叠加原理对电路进行分析，即分别分析直流电源作用加原理对电路进行分析，即分别分析直流电源作用时的分量和信号源作用时的分量。时的分量和信号源作用时的分量。直流通路：直流通路：直流源单独作用时的简化电路，直流源单独作用时的简化电路， 用来计算静态工作点。用来计算静态工作点。交流通路：交流通路：信号源单独作用时的电路，信号源单独作用时的电路， 用来计算电压放大倍数、输入电阻、用来计算电压放大倍数、输入电阻、 输出电阻等动态参数。输出电阻等动态参数。注：注：电路设计已保证在分析时电容对交
10、流可以按短路电路设计已保证在分析时电容对交流可以按短路来分析；即电容具有来分析；即电容具有“ “隔离直流，通过交流隔离直流，通过交流” ”的作用。的作用。例：例：画出下图放大电路的直流通路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直流通路用来计算静态工作点Q 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+UCCRBRCT+ UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+ + uBEuCE iCiBiERBRCuiuORLRSes+对交流信号对交流信号( (有输入信号有输入信号u ui i时的交流分量
11、时的交流分量) ) 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。短路短路对地短路交流通路交流通路 用来计算电压用来计算电压放大倍数、输入放大倍数、输入电阻、输出电阻电阻、输出电阻等动态参数。等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+ + uBEuCE iCiBiE8.28.2 放大电路的静态分析放大电路的静态分析静态：静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。分析方法：分析方法：估算法、图解法。分析对象：分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：所用电路：放大电路的直流通路。设置设置Q Q点的目的：点的目的： (1)
12、 使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真； ( (2)2) 使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。态的基础。静态工作点Q：IB、IC、UCE 。静态分析：确定放大电路的静态值。8.2.18.2.1 用估算法确定静用估算法确定静态值态值态值态值1. 1. 直流通路估算直流通路估算 I IB B根据电流放大作用2. 2. 由直流通路估算由直流通路估算U UCECE、I IC C当UBE 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；N型导电沟道在漏极电源的作用在漏极电源的作用下将产生漏极电流下将产生
13、漏极电流I ID D，管子导通。，管子导通。当当U UGS GS U UGSGS（thth）时时，将，将出现出现N N型导电型导电沟道，将沟道，将D-SD-S连接连接起来。起来。U UGSGS愈高，愈高，导电沟道愈宽。导电沟道愈宽。(2) N(2) N沟道增强型管的沟道增强型管的工作原理工作原理EGP型硅衬底N+N+GSD+UGSED+N型导电沟道当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。 在一定的漏源电压UDS下，使管子由不
14、导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。(2) N(2) N沟道增强型管的沟道增强型管的工作原理工作原理(3)(3) 特性曲线特性曲线有导电沟道转移特性曲线转移特性曲线无导电沟道开启电压开启电压U UGSGS(th(th）UDSUGS/ID/mAUDS/VoUGS= 1VUGS= 2VUGS= 3VUGS= 4V 漏极特性曲线漏极特性曲线恒流区恒流区可变电阻区可变电阻区截止区截止区N型衬底P+P+GSD符号：结构(4)(4) P P沟道增强型沟道增强型 SiO2绝缘层加电压才形成 P型导电沟道 增强型场效应管只有当U UGSGS U UGSGS(th(th）时才形成导电沟道。2.
15、2. 耗尽型耗尽型绝缘栅场绝缘栅场绝缘栅场绝缘栅场 效效应应应应管管GSD符号： 如果如果MOSMOS管在制造时导电沟道就已形成，称为管在制造时导电沟道就已形成，称为耗尽型场效应管。耗尽型场效应管。(1 ) N(1 ) N沟道耗尽型管沟道耗尽型管SiO2绝缘层中掺有正离子予埋了N型 导电沟道2.2. 耗尽型耗尽型绝缘栅场绝缘栅场绝缘栅场绝缘栅场 效效应应应应管管 由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在UGS= 0时，若漏源之间加上一定的电压UDS，也会有漏极电流 ID 产生。 当当U UGS GS 0 0时，使导电沟道变宽，时，使导电沟道变宽， I ID D 增大；增大； 当当U UGS G
16、S 0 0时，使导电沟道变窄，时，使导电沟道变窄， I ID D 减小；减小； U UGSGS负值愈高，沟道愈窄，负值愈高，沟道愈窄， I ID D就愈小。就愈小。 当UGS达到一定负值时，N型导电沟道消失，ID= 0，称为场效应管处于夹断状态（即截止）。这时的UGS称为夹断电压，用UGS(off）表示。 这这时的时的漏极电流漏极电流用用 I IDSSDSS表表示，称为示，称为饱和漏极电流饱和漏极电流。(2) (2) 耗尽型耗尽型N N沟道沟道MOSMOS管的特性曲线管的特性曲线夹断电压 耗尽型的MOS管UGS= 0时就有导电沟道，加反向电压到一定值时才能夹断。 UGS(off)转移特性曲线0ID/mA UGS /V-1-2-34812161 2U UDSDS= =常数常数U DSUGS=0UGS0漏极特性曲线0ID/mA16 201248121648IDSS2.2. 耗尽型耗尽型绝缘栅场绝缘栅场绝缘栅场绝缘栅场 效效应应应应管管(3) P (3) P 沟道耗尽型管沟道耗尽型管符号：GSD予埋了P型 导电沟道SiO2绝缘层中掺有负离子耗尽型耗尽型GSDGSD增强型增强型N沟道P P沟道
