放大器的基本原理经典

《放大器的基本原理经典》由会员分享，可在线阅读，更多相关《放大器的基本原理经典（160页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章 放大器的基本原理第一节第一节 半导体器件半导体器件 半导体的基本知识半导体的基本知识 PN 结及半导体二极管结及半导体二极管 半导体三极管半导体三极管第二节第二节 基本放大电路基本放大电路2.2.1 放大电路的组成放大电路的组成2.2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.2.3 静态工作点的稳定静态工作点的稳定2.2.4 放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标2.2.5 多级阻容耦合放大电路多级阻容耦合放大电路 导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝

2、缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。一些硫化物、氧化物等。半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会

3、使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。的最外层电子（价电子）都是四个。 本征半导体本征半导体本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，

4、晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶体结构：硅和锗的晶体结构：硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子

5、很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴束缚电子束缚电子自由电子自由电子二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸

6、引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半

7、导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：

8、自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。一、一、N 型半导体型半导体+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？1.1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2.2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为称为多数载流子多数载流子（多

9、子多子），空穴称为），空穴称为少数载流少数载流子子（少子少子）。）。二、二、P 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为原子接受电

10、子，所以称为受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。三、杂质半导体的示意表示法三、杂质半导体的示意表示法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近。近似认为多子与杂质浓度相等。似认为多子与杂质浓度相等。 PN 结的形成结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩型半导体

11、，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了散，在它们的交界面处就形成了PN 结。结。2.1.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。漂移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相

12、当扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。定不变。+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位VV01.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。注意注意: :2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴、区中的空穴、N区中的电子区中的电子都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散运扩散运动动）。）。3.P 区区中的电子和中的电子和N区中的空穴（区中的空穴（都是少子都是少子），），数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。 PN

13、结的单向导电性结的单向导电性 PN 结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是： P 区区加正、加正、N 区加负电压。区加负电压。 PN 结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P区区加负、加负、N 区加正电压。区加正电压。+RE一、一、PN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。二、二、PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多子内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂

14、的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反限，只能形成较小的反向电流。向电流。RE 半导体二极管半导体二极管一、基本结构一、基本结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号： 二、伏安特性二、伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.6V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.2。反向击穿反向击穿电压电压UBR三、主要参数三、主要参数1. 最大整流电流最大整流

15、电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。2. 反向击穿电压反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压压UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。3. 反向电流反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因反向电流大，说明管子的单向导

16、电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。几百倍。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。保护等等。下面介绍两个交流参数。4. 微变电阻微变电阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作点作

17、点Q 附近电压的变化与附近电压的变化与电流的变化之比：电流的变化之比：显然，显然，rD是对是对Q附近的微小附近的微小变化区域内的电阻。变化区域内的电阻。二极管：二极管：死区电压死区电压=0 .5V，正向压降，正向压降 0.7V(硅二极管硅二极管) 理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0 ，正向压降，正向压降=0 RLuiuouiuott二极管的应用举例：二极管的应用举例：二极管半波整流二极管半波整流 稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：动态电阻：rz越小，稳越小，稳压性能越好。压性能越好。（4）稳

18、定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗）最大允许功耗稳压二极管的参数稳压二极管的参数:（1）稳定电压稳定电压 UZ（2）电压温度系数电压温度系数 U（%/） 稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻）动态电阻 基本结构基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型2.1.3 半导体三极管半导体三极管BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区

19、：掺杂浓度较高杂浓度较高BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结 晶体管放大原理晶体管放大原理BECNNPEBRBIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。ECRc发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。BECNNPEBRBIE集电结反偏，有集电结反偏，有少子形成的反向少子形成的反向电流电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO I

20、CEIBEICEECRc从基区扩散从基区扩散来的电子作来的电子作为集电结的为集电结的少子，漂移少子，漂移进入集电结进入集电结而被收集，而被收集，形成形成ICE。IB=IBE-ICBO IBEIBEBRBIEICBOICEIBEBECNNPIC=ICE+ICBO ICEECRc基极电流基极电流I IB B 小，集电极电流小，集电极电流I IC C 大大，根据基尔霍夫第一定律：根据基尔霍夫第一定律：直流电流放大系数直流电流放大系数若取电流的变化量，则有若取电流的变化量，则有交流放大系数交流放大系数要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。结反偏

21、。BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管 特性曲线特性曲线三极管特性测试实验线路三极管特性测试实验线路ICmA AVUCEUBERBIBECEBVRcbce一、一、输入特性输入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE。UCE=0VUCE =0.5V 死区电死区电压，硅管，压，硅管，锗管。锗管。二、二、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC= IB称为线性称为线性区

22、（放大区（放大区）。区）。当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电结集电结正偏，正偏， IBIC，UCE称为饱和区。称为饱和区。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE (3) 截止区：截止区： UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 三、主要参数三、主要参数前面的电路中，三极

23、管的发射极是输入输出的前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流交流电流放大倍数放大倍数为：为：1. 电流放大倍数电流放大倍数 和和 放大元件，起电放大元件，起电流放大作用流放大作用，是，是整个放大电路的整个放大电路的核心。核心。uiuo输入输

24、入输出输出参考点参考点RB+ECEBRCC1C2T耦合电容耦合电容C1：隔直作用：隔直作用： 隔断放大电隔断放大电路与信号源之间的直流通路与信号源之间的直流通路路交流耦合：保证交流信交流耦合：保证交流信号顺利通过号顺利通过2.集集- -基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。BECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区，形成区，形成IBE。根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBE的存的存在，必有电流在，必有电流 IBE

25、。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3. 集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响很受温度影响很大，当温度上升大，当温度上升时，时，ICEO增加很快增加很快，所以，所以IC也相应也相应增加。增加。三极管的三极管的温度特性较差温度特性较差。4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值时，超过一定的数值

26、时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6. 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC =ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区 2.2.1 放大电路的组成放大电路的组成 放大的概念放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大放大成

27、较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。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口和输出口的四电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：端网络表示，如图：uiuoKu 基本放大电路的组成基本放大电路的组成三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理放大元件，起电放大元件，起电流放大作用流放大作用，是，是整个放大电路的整个放大电路的核心。核心。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RB+ECEBRCC1C2T作用：作用：使发射使发射结正

28、偏，并提结正偏，并提供适当的静态供适当的静态工作点。工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2T集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2T耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性。电解电容，有极性。大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔离隔离输入输出与输入输出与电路直流的电路直流的联系，同时联系，同时能使信号顺能使信号顺利输入输出。利输入输出。RB+ECEBRCC1C2T可以省去

29、可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRB二、二、 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理ui=0时时由于电源的由于电源的存在存在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、静态工作点一、静态工作点RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T(IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输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。出特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQ

30、UBEQICUCEQUCEQICQIBUBEQICUCEuCE怎么变化怎么变化假设假设uBE有一微小的变化有一微小的变化ibtibtictuituCE的变化沿一的变化沿一条直线条直线uce相位如何相位如何uce与与ui反相！反相！ICUCEictucet各点波形各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB实现放大的条件实现放大的条件1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3. 输入回路将变化的电压转化成变化的

31、基极电流。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，经电容滤波只输出交流信号。极电压，经电容滤波只输出交流信号。如何判断一个电路是否能实现放大？如何判断一个电路是否能实现放大？3. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。4. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来判断；如果未给定电路的参数，则假定参数设判断；如果未给

32、定电路的参数，则假定参数设置正确置正确。1. 信号能否输入到放大电路中。信号能否输入到放大电路中。2. 信号能否输出。信号能否输出。 与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：2.2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如

33、果电但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。直流所走的通道是不同的。交流通道：交流通道：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通道：直流通道：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。例：例：对直流信号（只有对直流信号（只有+EC）开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC对交流信

34、号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路一、直流负载线一、直流负载线ICUCEUCEIC满足什么关系？满足什么关系？1. 三极管的输出特性。三极管的输出特性。2. UCE=EC ICRC 。ICUCEECQ直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IB直流通道直流通道RB+ECRC 直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线二、交流负载线二、交流负载线ic其中：其中：uceRBRCRLuiuo交流通路交流通路iC 和和 uCE是全量，与交流量是全量，与交流量ic和和uce有如下关系有如下关

35、系所以：所以：即：交流信号的变化沿着斜率为：即：交流信号的变化沿着斜率为：的直线。的直线。这条直线通过这条直线通过Q点，称为点，称为交流负载线交流负载线。交流负载线的作法交流负载线的作法ICUCEECQIB过过Q点作一条直线，斜率为：点作一条直线，斜率为：交流负载线交流负载线 静态分析静态分析一、估算法一、估算法（1）根据直流通道估算）根据直流通道估算IBIBUBERB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏偏置电流置电流。+EC直流通道直流通道RBRC（2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、ICICUCE直流通道直流通道RBRC+EC二、图解法二、图解法先估算先估算 IB ，然后在输

36、出特性曲线上作出直，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是载线的交点就是Q点。点。ICUCEQEC例：例：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：EC=12V，RC=4k ，RB=300k ， 。解：解：请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的数量级。的数量级。 动态分析动态分析一、三极管的微变等效电路一、三极管的微变等效电路1. 输入回路输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。在小范围内近似线性。 uBE iB对输入的小交流信号而言，对输入

37、的小交流信号而言，三极管相当于电阻三极管相当于电阻rbe。rbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：对于小功率三极管：2. 输出回路输出回路iCuCE所以：所以：(1) 输出端相当于一个受输出端相当于一个受ib 控控制的电流源。制的电流源。近似平行近似平行(2) 考虑考虑 uCE对对 iC的影响，输出的影响，输出端还要并联一个大电阻端还要并联一个大电阻rce。rce的含义的含义 iC uCEubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。3. 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效c

38、be二、放大电路的微变等效电路二、放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路交流通路RBRCRLuiuouirbe ibibiiicuoRBRCRL三、电压放大倍数的计算三、电压放大倍数的计算特点：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL四、输入电阻的计算四、输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：输入电阻的定义：是动态电阻。

39、是动态电阻。rbeRBRCRL电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。五、输出电阻的计算五、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，对于负载而言，放大电路相当于信号源，其内阻即为放大器的输出电阻其内阻即为放大器的输出电阻ro，它是一个动，它是一个动态电阻。由于电流源的内阻为无穷大，所以态电阻。由于电流源的内阻为无穷大，所以RCrbeRBriro 失真分析失真分析在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大

40、）；如果两者不成比例，则输出信号号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生不能反映输入信号的情况，放大电路产生为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流设置在交流负载线的中间部分。如果负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。止区或饱和区，则造成非线性失真。下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为空载空载(RL= )。非线性失真非线性失真iB( A)uBE(V)40600.20.40.60.8200iBt0tuBE0VB

41、E输入情况输入情况iB( A)uBE(V)40600.20.40.60.8200iBt0tuBE0VBEiCuCEuoib输出情况输出情况MNQQiCuCEuo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号选择静态工作点选择静态工作点ibQQQiCuCEuo1. Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区放大电路产生放大电路产生截止失真截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ibQQQiCuCE2. Q点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区放大电路产生放大电路产生饱和失真饱和失真ib输入波形输入波形uo输出波形输出波形QQQ2.2.3 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 为了保证放大电路

42、的稳定工作，必须有合适的、为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。态工作点。 工作点不工作点不稳定的原因很多，但主要影响因素是定的原因很多，但主要影响因素是晶体管的特性参数晶体管的特性参数UBE、ICBO 和和。这三个参数随温这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。一方面。TUBE ICBOQ一、温度对一、温度对UBE的影响的影响iBuBE25C50CTUBEIBIC UBE的的变化将通化将通过IB的的变化影响化影响Q点点 二

43、、温度对二、温度对 值及值及ICBO的影响的影响T 、 ICBOICiCuCEQQ总的效果是：总的效果是：温度上升时温度上升时，输出特性，输出特性曲线上移，曲线上移，造成造成Q点上点上移。移。小结：小结：TIC 固定偏置电路的固定偏置电路的Q点是不稳定的。点是不稳定的。 Q点不稳定点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变化。点的变化。保持保持Q点基本稳定。点基本稳定。常采

44、用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。路见下页。分压式偏置电路：分压式偏置电路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、静态分析一、静态分析I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路RE射极直流射极直流负反馈电阻负反馈电阻CE 交流交流旁旁路电容路电容TUBEIBICUEIC本电路稳压的本电路稳压的过程实际是由过程实际是由于加了于加了RE形成形成了了负反馈负反馈过程过程I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1. 静态工作点稳定的原理静态工作点稳定的原理I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路2. 求静

45、态工作点求静态工作点算法一：算法一：上述四个方程联立，可求出上述四个方程联立，可求出IE ，进而，可求出，进而，可求出UCE 。本算法比较麻烦，通常采用下本算法比较麻烦，通常采用下面介绍的算法二、三。面介绍的算法二、三。I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路+EC方框中部分用方框中部分用戴维戴维南南定理等效为：定理等效为：RdESB进而，可求出进而，可求出IE 、UCE 。算法二：算法二：I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路算法三：算法三：可以认为与温度无关。可以认为与温度无关。似乎似乎I2越大越好，越大越好，但是但是RB1、RB2太小，太小，将增加损耗，

46、降低输将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取入电阻。因此一般取几十几十k 。I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路例：例：已知已知 =50， EC=12V， RB1 ， RB2 ， RC=2k ， RE=1k ， 求该电路的静态工作点。求该电路的静态工作点。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo算法一、二的结果：算法一、二的结果：算法三的结果：算法三的结果：结论：结论：三种算法的结果近似相等，但算法三的计算三种算法的结果近似相等，但算法三的计算过程要简单得多。过程要简单得多。二、动态分析二、动态分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLRB

47、微变等效电路微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路交流通路CE的作用：交流通路中，的作用：交流通路中， CE将将RE短路，短路，RE对对交流不起作用，放大倍数不受影响。交流不起作用，放大倍数不受影响。问题：问题：如果去掉如果去掉CE，放大倍数怎样？放大倍数怎样？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo去掉去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：后的交流通路和微变等效电路：rbeRCRLRERBRB1RCRLuiuoRB2RERB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2问题问题2：如果电路如下图所示，如何分析？如果电路如下图所示，如何分析？I1I2

48、IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1RE2静态分析：静态分析：直流通路直流通路RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2动态分析：动态分析：交流通路交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1交流通路：交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微变等效电路：微变等效电路：rbeRCRLRE1RB 放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标一、放大倍数与增益一、放大倍数与增益电压放大倍数Ku电流放大倍数Ki功率放大倍数Kp单位：dB功率增益Gp电流增益Gi电压增益Gu二、输入阻抗二、输入阻抗 放大电路一定要有前

49、级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大电路是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuUS定义：定义：即：即：ri越大，越大，Ii 就越小，就越小，ui就越接近就越接近uS输入电阻输入电阻ri三、输出阻抗三、输出阻抗ro 当输入信号不变，负载改变时，输出电压改变量uo与输出电流改变量io之比对于低频交流信号，输出阻抗是纯电阻性输出阻抗输出电阻AuUS 放

50、大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。等效电路的内阻就是输出电阻。roUSro越小，越小，放大电路放大电路的负载能的负载能力越强。力越强。四、通频带四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw = fH fL放大倍数随频率变化放大倍数随频率变化曲线曲线幅频特性曲幅频特性曲线线 通频带越宽，放大器对信号的频率变化适应通频带越宽，放大器对信号的频率变化适应能力越强。能力越强。 四、信噪

51、比与噪声系数四、信噪比与噪声系数信噪比：有用信号功率噪声信号功率噪声系数：信噪比越大越好NF越小，说明放大器对微弱信号的实际放大能力越强。耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。 2.2.5 多级阻容耦合放大电路多级阻容耦合放大电路耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1. 静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置2. 动态动态: 传送信号。传送信号。第第 n-1 级级放大电路放大电路输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 第第 n

52、级级放大电路放大电路 功放级功放级要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，减少压降损失。降损失。 设设: 1= 2=50, rbe1 , rbe2 = 1.7 k 典型电路典型电路 前级前级后级后级+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2关键关键: :考虑级间影响。考虑级间影响。1. 静态静态: Q点同单级。点同单级。2. 动态性能动态性能:方法方法:ri2 = RL1ri2+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2性能分析性能分析2ri ,

53、ro : 概念同单级概念同单级1rirori2+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2微变等效电路微变等效电路: :ri2+UCC1M(+24V)R127kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2RE1R2R3RC2RLR11. ri = R1 / rbe1 +（ +1)RL1其中其中: : RL1 = RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe2=RE1/RL1 = RE1/ri2= 27 / 1.7 ri =1000/(2.9+511.7) 82k 2. r

54、o = RC2= 10k RE1R2R3RC2RLR13. 中频电压放大倍数中频电压放大倍数:RE1R2R3RC2RLR1RE1R2R3RC2RLRSR1多级阻容耦合放大器的特点：多级阻容耦合放大器的特点：(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。点相互独立，分别估算。(2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4) 总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5) 总输入电

55、阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1 。(6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。的性能。例例1：放大电路由下面两个放大电路组成。已知放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V ，R1=100k ， R2=33k ，RE1 ，RC=5k ， 1=60，；，； RB=

56、570k ，RE2 ， 2 =100，RS=20k ，RL=5k +ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1放大电路一放大电路一RB+ECC21C22RE2uiuoT2放大电路二放大电路二1.求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用放大电路一的放大倍数Au和和Aus。2.若信号经放大电路一放大后，再经射极输出若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数器输出，求放大倍数Au、ri和和ro 。3.若信号经射极输出器后，再经放大后放大电若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数路一输出，求放大倍数Aus 。+ECR1RCC11C12R2CERE1uiriu

57、oT1RB+ECC21C22RE2uiuoT2ri = R1/ R2/ rbe =1.52 k (1) 由于由于RS大，而大，而ri小，致使放大倍数降低；小，致使放大倍数降低；(2) 放大倍数与负载的大小有关。例：放大倍数与负载的大小有关。例： RL=5k 时时, Au= - 93；RL=1k 时时, Au= - 31 。1.求直接采用放大电路一的放大倍数求直接采用放大电路一的放大倍数Au和和Aus。+ECR1RCC1C2R2CERERLuiuousRSriT1rbe1=1.62 k ， rbe2=2.36 k 2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器若信号经放大电路一放大后，再经射极输

58、出器输出，求放大倍数输出，求放大倍数Au 、ri和和ro 。 usRSRB+ECC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiriT1rbe2=2.36 k rbe1=1.62 k ro1=RC=5 k 讨论：讨论：带负载能力。带负载能力。2. 输出不接射极输出器时的带负载能力：输出不接射极输出器时的带负载能力：RL=5k 时：时： Au=-93RL=1k 时：时： Au=-31即：当即：当RL由由5k 变为变为1k 时，放大倍数降低到原来的时，放大倍数降低到原来的92.3%。放大倍数降低到原来的放大倍数降低到原来的30%RL=5 k 时：时： Au1=-185，Au2，ri2=17

59、3 k Au= Au1 Au2 =-183RL=1 k 时：时： Au1=-174 ，Au2，ri2=76 k Au= Au1 Au2 =-1691. 输出接射极输出器时的带负载能力：输出接射极输出器时的带负载能力：可见输出级接射极输出器后，可稳定放大倍数可见输出级接射极输出器后，可稳定放大倍数Au。3. 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数输出，求放大倍数Aus 。Au2=-93 ri2=1.52 k Au1=0.98 ri=101 k +ECR1RCC12R2CERE1riuoT1uiRBC21RE2T2usRS输入不接射极输

60、出器时：输入不接射极输出器时：可见输入级接射极输出器后，由于从信号源取可见输入级接射极输出器后，由于从信号源取的信号增加，从而可提高整个放大电路的放大的信号增加，从而可提高整个放大电路的放大倍数倍数Aus。思考题：思考题：若首级接射极输出器、中间级接共射放大若首级接射极输出器、中间级接共射放大电路、末级接射极输出器，射极输出器和共射电路、末级接射极输出器，射极输出器和共射放大电路的参数同前。求该三级放大电路的放放大电路的参数同前。求该三级放大电路的放大倍数大倍数Au 、 Aus 、 ri和和ro 。RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3

61、 1=100， 2=60， 3=100RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3 1=100， 2=60， 3=100rbe1=2.36 k ， rbe2=1.62 k ， rbe3=2.36 k RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3RB+ECC4RE2uoT3RLR1RCC2R2CERE1T2uiRBC1RE2T1usRSC3RL=5 k 时：时： ri2=173 k ， Au2=-1

62、85，Au3RL=1 k 时：时： ri2=76 k ， Au2=-174 ，Au3RL=5 k 时：时： ri2=173 k ， Au2=-185，Au3RL=1 k 时：时： ri2=76 k ， Au2=-174 ，Au3，RS=20k ，RL=5 k 时：时：RL=1 k 时：时：例例2：设设 gm=3mA/V， =50，rbe 前级前级:场效应管场效应管共源极放大器共源极放大器后级后级:晶体管晶体管共射极放大器共射极放大器求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。+UCCRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k1

63、0k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD10kR21M（1）估算各级静态工作点）估算各级静态工作点: （略）（略）（2）动态分析）动态分析: 微变等效电路微变等效电路首先计算第二级的输入电阻：首先计算第二级的输入电阻： ri2= R3/ R4/ rbe=82/43/1.7=1.7 k R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第二步：计算各级电压放大倍数第二步：计算各级电压放大倍数R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第三步：计算输入电阻、输出电阻第三步：计算输入电阻、输出电阻ri=R1/R2=3/1=0.75M ro=RC=10k R3R4RCRLRSR2R1RDrbeg

64、ds第四步：计算总电压放大倍数第四步：计算总电压放大倍数Au=Au1Au2 =(-4.4) (-147) =647R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds阻容耦合电路的频率特性：阻容耦合电路的频率特性：fA耦合电耦合电容造成容造成三极管结三极管结电容造成电容造成采用直接耦合的方式可放大缓慢变化的信采用直接耦合的方式可放大缓慢变化的信号，扩大通频带。下面将要介绍的差动放号，扩大通频带。下面将要介绍的差动放大器即采用直接耦合方式。大器即采用直接耦合方式。阻容耦合电路缺点：阻容耦合电路缺点：不能放大直流信号。不能放大直流信号。四、戴维南定理 任何一个含源线性二端网络可以等任何一个含源线性二端网络可以等效成为一个电压源，这个电压源的电动效成为一个电压源，这个电压源的电动势势E等于该含源二端网络的开路电压等于该含源二端网络的开路电压（即该二端网络与外电路断开时其两端（即该二端网络与外电路断开时其两端点之间的电压），而内阻点之间的电压），而内阻R则等于此二则等于此二端网络内部所有电源都为零时（即全部端网络内部所有电源都为零时（即全部电压源短路，电流源开路）的两个输出电压源短路，电流源开路）的两个输出端点之间的等效电阻。端点之间的等效电阻。