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1、8.1 8.1 半导体器件半导体器件半导体的特性：(可制成温度敏感元件，如热敏电阻)掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 其导电能力明显改变。光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变化。(可制成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。第1页/共127页1.本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。硅和锗的晶体结构结第2页/共127页硅和锗的共价键结构共价键共用电子对 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。+4+4+4+4第3页/共127页+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子 在常温下，由于
2、热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键上留下一个空位，称为空穴（带正电）。本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。第4页/共127页本征半导体的导电机理 在其它力的作用下，空穴吸引临近的电子来填补，其结果相当于空穴的迁移。空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。当半导体外加电压时，在电场的作用下将出现两部分电流：1）自由电子作定向移动 电子电流 2）价电子递补空穴 空穴电流+4+4+4+4第5页/共127页本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体中存在本征半导体中存在数量相等数量相等的两种载流子，即的两种载流子，即自
3、由电子和空穴自由电子和空穴。温度越高，载流子的浓度越高温度越高，载流子的浓度越高，本征半导体的本征半导体的导电能力越强。导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，的外部因素，这是半导体的一大特点。这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。第6页/共127页2.N2.N型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体N N N N 型半导体型半导体 掺杂浓度远大于本征掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。大于空穴浓度。自由电子
4、称为多数载自由电子称为多数载流子（多子），流子（多子），空穴称为少数载流子空穴称为少数载流子（少子）。（少子）。+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5多余电子多余电子多余电子多余电子磷原子磷原子磷原子磷原子掺入五价元素掺入五价元素在常温下即可变在常温下即可变在常温下即可变在常温下即可变为自由电子为自由电子为自由电子为自由电子失去一个电失去一个电失去一个电失去一个电子变为正离子变为正离子变为正离子变为正离子子子子第7页/共127页P P 型半导体 掺杂浓度远大于本征掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，半导体中载流子浓度，所以，空穴浓度远大于所以，空穴浓度远大于自由电子浓度。自由电子浓度。空穴
5、称为多数载流子空穴称为多数载流子（多子），（多子），自由电子称为少数载自由电子称为少数载流子（少子）。流子（少子）。+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3硼原子硼原子空穴空穴掺入三价元素掺入三价元素接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子第8页/共127页杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P 型半导体+N 型半导体无论无论N N N N型或型或P P P P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。第9页/共127页 1.在杂质半导体中多子的数量与 （a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量
6、与 （a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量 （a.减少、b.不变、c.增多）。abc 4.在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流主要是 ，N 型半导体中的电流主要是 （a.电子电流、b.空穴电流）ba第10页/共127页3.PN结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场E少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P 型半导体+N 型半导体空间电荷区 内电场越强，漂移内电场越强，漂移运动越强，而漂移使运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区变薄。扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。扩散和漂移扩散和漂移这一对相反的这一对相反的运动最终达到运动最终
7、达到动态平衡，空动态平衡，空间电荷区的厚间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。空间电荷区也称 PN 结 第11页/共127页4 4、PN结的单相导电性 PN 结加正向电压（正向偏置）PN PN 结变窄结变窄 P接正、N接负+U内电场外电场PNIF 内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。PN结正向电阻较小，正向电流较大，PN结处于导通状态。第12页/共127页 PN 结加反向电压（反向偏置）+U内电场外电场PN 内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IRPN 结变宽 P接负、N接正 PN结反向电阻较大，反向电流很小，PN结处于截止状态。温度越高少子的数量越
8、多，反向电流将随温度增加第13页/共127页PN 结的单向导电性结的单向导电性1、PN 结加正向电压（正向偏置，P 接正、N 接负）时，PN 结处于正向导通状态，PN 结正向电阻较小，正向电流较大。2、PN 结加反向电压（反向偏置，P接负、N 接正）时，PN 结处于反向截止状态，PN 结反向电阻较大，反向电流很小。第14页/共127页半导体二极管半导体二极管（a）点接触型1.结构：按结构可分三类(b)面接触型 结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。(c)平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流
9、和开关电路中。第15页/共127页半导体二极管半导体二极管二极管的结构示意图二极管的结构示意图 符号：PN阳极阴极VD第16页/共127页2.伏安特性P PN N+UI硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管0 0.1V.1V。反向击穿反向击穿电压电压U U(BR)(BR)导通压降导通压降死区电压死区电压 外加电压大于死区外加电压大于死区电压二极管才能导通。电压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正向特性P PN N+反向特性反向特性非线性 反向电流反向电流在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持常数。
10、常数。硅硅0 0 0 0.60.8V,.60.8V,锗锗0 0.2.20.3V0.3V。第17页/共127页3.主要参数(1)(1)最大整流电流 IFM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。(2)(2)最高反向工作电压反向工作电压 U URMRM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压极管反向击穿电压U(BR)U(BR)的一半或三分之一。的一半或三分之一。二极管击穿后单向二极管击穿后单向二极管击穿后单向二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。导电性
11、被破坏，甚至过热而烧坏。导电性被破坏，甚至过热而烧坏。导电性被破坏，甚至过热而烧坏。(3)(3)最大反向电流反向电流 I IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，指二极管加最高反向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，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的影响，温度越高反向电受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的锗管的反向电流较大，为硅管的锗管的反向电流较大，为硅管的锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。几十到几百倍。几十到几百倍。几十到几百倍。第18页/共127页二
12、极管二极管的单向导电性的单向导电性 1.1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负极接负 ）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。向电阻较小，正向电流较大。2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正极接正 ）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。向电阻较大，反向电流很小。3.3.3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导
13、电性。去单向导电性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。向电流愈大。返回第19页/共127页 4.二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0 0.60.7V锗0.20.3V 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若 V阳 V阴或 UD为正，二极管导通（正向偏置）若 V阳 V阴 二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=6V否则，UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V例1 1：取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。D6V1
14、2V3k BAUAB+第21页/共127页两个二极管的阴极接在一起求：UAB取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。V1阳=6 V，V2阳=0 V，V1阴=V2阴=12 VUD1=6V，UD2=12V UD2 UD1 VD2 优先导通，VD1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=0 VVD6V12V3k BAVD2VD1承受反向电压为6 V流过VD2的电流为例2:2:U UABAB+第22页/共127页ui 8V 二极管导通，可看作短路 uo=8V ui 8V 二极管截止，可看作开路 uo=ui已知：二极管是理想的，试画出 uo 波形。u218V参考点8V例3 3二
15、极管的用途：整流、检波、限幅、箝位、开关、元件保护、温度补偿等。D D8VR Ru uo ou ui i+第23页/共127页5.5.稳压二极管符号 UZIZIZM UZ IZUI伏安特性 稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压使用时要加限流电阻+稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，电流变化很大，但电电流变化很大，但电压变化很小，利用此压变化很小，利用此特性，稳压管在电路特性，稳压管在电路中可起稳压作用。中可起稳压作用。第24页/共127页 主要参数主要参数(1)(1)(1)(1)稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管
16、子两端的电压。(2)(2)(2)(2)电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化1 1 1 1 C C引起引起稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数。(3)(3)(3)(3)动态电阻动态电阻(4)(4)(4)(4)稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流I I I IZ Z Z Z、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流 I IZMZM(5)(5)(5)(5)最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM=U UZ Z I IZMZM愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。第25页/共127页光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度增加照度增
17、加符号前一页 后一页返回第26页/共127页发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几向电压较一般二极管高，电流为几 几十几十mA符号前一页 后一页返回第27页/共127页晶体三极管晶体三极管1.1.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PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCENPN型型PNP型型第28页/共127页BECNNP基极基极发射极发射极集
18、电极集电极集电区：面积最大基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结第29页/共127页符号：BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管第30页/共127页2.2.电流放大原理BECNNPEBRBECRC（1）三极管放大的外部条件发射结正偏、集电结反偏PNP VBVE VCVE 集电结反偏 VCVB第31页/共127页（2）各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.010.020.030.040.050.0010.501.001.702.50 3.300.0010.511.021.732.54 3.35结论1）三电极电流关系 IE
19、=IB+IC2）IC IE，IC IB3）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。第32页/共127页（3 3）三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBEC 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I IE E。IE进入P P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流I IBE BE，多数扩散到集电结。IBE从基区扩散来的集电结边缘的电子，在电场力的作用下被拉入到集电区，形成I ICECE。ICE 集电结反偏，有少子形成的反向电流I ICBOCB
20、O。ICBO第33页/共127页(3)(3)三极管内部载流子的运动规律IC=ICE+ICBO ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBO IBE I ICE CE 与与 I IBE BE 之比称为共之比称为共发射极电流放大倍数发射极电流放大倍数集射极穿透电流集射极穿透电流,温度温度I ICEOCEO (常用公式常用公式)若若I IB B=0,=0,则则 I IC C I ICE0CE0第34页/共127页3.3.特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，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
21、 1）直观地分析管子的工作状态 2 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第35页/共127页 实验线路输入回路输出回路发射极是输入、输出回路的公共端 EBICmA AVUCEUBERBIBECV共发射极电路 第36页/共127页（1 1）输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V特点:非线性死区电压：硅管0.50.5V，锗管0.20.2V。工作压降：硅U UBE BE 0.6 0.60.70.7V,锗U UBE BE 0.20.20.30.3V。第37页/共127页（2 2）输出特性IC(mA )1234UCE
22、(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A当U UCE CE 大于一定的数值时，I IC C只与I IB B有关，即I IC C=I IB B。此区域满足IC=IB 称为线性区（放大区），具有恒流特性。第38页/共127页IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A UCE UBE,集电结正偏，IB IC，称为饱和区。深度饱和时硅管UCES 0.3V 此区域中IC受UCE的影响较大第39页/共127页IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A 此区域中:IB=0,IC=
23、ICEO,UBE 死区电压，称为截止区。为可靠截止，常取发射结零偏压或反偏压。第40页/共127页4.4.主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出前面的电路中，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、共集的公共点，称为共射接法。相应地还有共基、共集接法。接法。直流电流放大系数：（1 1）电流放大系数和 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 I IB B，相应的集电极电流变化为 I IC C。交流电流放大系数：一般小功率三极管大功率三极管第41页/共127页 例：例：UCE=4.7 V时，时，IB=30 A,IC=1.48mA；
24、IB=45 A,IC=2.2mA。在以后的计算中，一般作近似处理：=第42页/共127页（2 2）集-基极反向饱和电流 ICBO（3 3）集-射极穿透电流 ICEO（4 4）集电极最大允许电流ICM（5 5）集-射极反向击穿电压 U(BR)CEO（6 6）集电极最大允许耗散功耗PCM第43页/共127页ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区第44页/共127页晶体管参数与温度的关系1、温度每增加10 C，ICBO增大一倍。硅管优 于锗管。2、温度每升高 1 C，UBE将减小（22.5）mV，即晶体管具有负温度系数。3、温度每升高 1
25、C，增加 0.5%1.0%。第45页/共127页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化信号放大成较大的信放大成较大的信号。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。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、通频带等其它技另外还有输入电阻、输出电阻、
26、通频带等其它技术指标。术指标。8.2 8.2 基本放大电路基本放大电路第46页/共127页Au 本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。电路。放大电路可以用有输入端口和输出端口的四端网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。络表示，如下图。u uo ot tu ui it tuo+ui+第47页/共127页放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理RBEBRCC1C2T+ECuo+ui+RSes+RL+1.电路组成 参考点ui+uo+第48页/共127页RBEBRCC1C2T+ECuo+ui+RSes+RL+2.元件作用
27、 放大元件放大元件放大元件放大元件,i iC C=i iB B。要保证集电结反偏要保证集电结反偏要保证集电结反偏要保证集电结反偏,发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏,使使使使T T工工工工作在放大区作在放大区作在放大区作在放大区 。使发射结正偏，使发射结正偏，使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的并提供适当的并提供适当的基极电流。基极电流。基极电流。基极电流。基极电源与基极电源与基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻基极电阻基极电阻参考点第49页/共127页RBEBRCC1C2T+ECuo+ui+RSes+RL+2.元件作用 集电极电源，集电极电源，集电极电源，集电极电源，为
28、电路提供能为电路提供能为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。电结反偏。电结反偏。集电极电阻，集电极电阻，集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的转变为变化的转变为变化的电压。电压。电压。电压。耦合电容耦合电容耦合电容耦合电容隔离输入、输隔离输入、输隔离输入、输隔离输入、输出与放大电路出与放大电路出与放大电路出与放大电路直流的联系，直流的联系，直流的联系，直流的联系，同时使信号顺同时使信号顺同时使信号顺同时使信号顺利输入、输出。利输入、输出。利输入、输出。利输入、输出。信信信信号号号号源
29、源源源负载负载负载负载第50页/共127页单电源供电时常用的画法RBEBRCC1C2T+ECuo+ui+RSes+RL+可以省去可以省去可以省去可以省去RB参考点+UCC输入输入输出输出第51页/共127页(1)(1)(1)(1)放大倍数放大倍数放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标+-信号源信号源A Au u放大电路放大电路+-+_ _R Ro oR RL L+_ _R Ri i(2)(2)(2)(2)输入电输入电阻阻 (3)(3)输出电阻输出电阻 第52页/共127页通频带通频带f|Au|0.707|Auo|Auo|O O(4)(4)通频带
30、：通常将放大倍数在高频和低频段分别下降通频带：通常将放大倍数在高频和低频段分别下降 为中频段放大倍数的为中频段放大倍数的1/1/1/1/时，所包括的频率范围。时，所包括的频率范围。第53页/共127页3.共射放大电路的电压放大作用u uBEBEt ti iB Bt ti iC Ct tU UBEBEI IB BI IC CU UCECE无输入信号(ui=0)时RCC C1 1C C2 2+UCCRBiBiC CuCEui+uo+uBE+uo=0 0uC1=UBEuC2=UCEu uCECEt t第54页/共127页3.共射放大电路的电压放大作用uBEtuitiBtiCtuCEtuotUBEIB
31、ICUCE？无输入信号时有输入信号时 uCE=VCC iC RC uo=0 0uC1=UBEuC2=UCE uo 0 0uC1 UBEuC2 UCERCC C1 1C C2 2+UCCRBiBiC CuCEui+uo+uBE+第55页/共127页结论：结论：1）无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定 的电压和电流: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。IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC第56页/共127页2）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，
32、但方向始终不变。iCtiCtIC+iCtic集电极电流直流分量交流分量静态分析动态分析第57页/共127页3）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。4）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。uituot第58页/共127页3.实现放大的条件 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，使整个波形处于放大）正确设置静态工作点，使整个波形处于放大 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
33、 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。第59页/共127页4 4、直流通路和交流通路 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。直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。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。第60页/共127页例：例：画出下图放大电路的直流通路画出下图放大电
34、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）断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE第61页/共127页RBRCuiuORLRSes+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。短路短路短路短路对地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
35、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 iCiBiE第62页/共127页放大电路的分析放大电路的分析 静态：放大电路无交流信号输入（u ui i=0=0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法分析方法：估算法、图解法所用电路：放大电路的直流通路所用电路：放大电路的直流通路设置设置 QQ点的目的：点的目的：1 1 1 1）使放大电路不失真的放大信号；）使放大电路不失真的放大信号；2 2 2 2）使放大电路工作在较佳的工作状态，）使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。静态是动态的基础。静态工作点静态工作点Q
36、Q：I IB B、I IC C、U UCECE 。静态分析静态分析:确定放大电路的静态值。确定放大电路的静态值。一、静态分析第63页/共127页1.1.估算法：1 1）根据直流通路估算 IBRBRCIB RB称为 偏置电阻，IB 称为 偏置电流。+VCCUBE+第64页/共127页RBRC+UCC2 2）根据直流通道估算UCE、ICIC根据电流放大作用UCE+第65页/共127页RBRCIB+UCCIC例1：用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K，RB=300K，=37.5。解：请注意电路中IB和 IC的数量级UCE+UBE+第66页/共127页ICRB+UCCREIB
37、例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。UCE+UBE+第67页/共127页2.2.图解法：输入特性曲线上交点Q的坐标(IB、UBE)即为所求静态工作点。IBUBEQIBUBEUBE=UCCIBRB由输入特性确定IB 和UBERBRCIBICUCE+UBE+UCC用作图的方法确定静态值 I IB B一般用估一般用估算法确定算法确定第68页/共127页2.2.图解法：ICUCE由输出特性确定IC 和VCC。UCE=UCCICRC 直流负载线直流负载线直流负载线斜率直流负载线斜率RBRCIBICUCE+UBE+UCCUCCQ直流负载线方程直流负载线方程由由I IB B确定的确定的那条输出特那条输出
38、特性与直流负性与直流负载线的交点载线的交点就是就是QQ点点第69页/共127页二、动态分析动态：放大电路有交流信号输入（动态：放大电路有交流信号输入（u ui i 0 0 0 0）时的）时的 工作状态工作状态。动态分析动态分析:计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。对象：各极电压和电流的交流分量对象：各极电压和电流的交流分量。目的：找出它们与电路参数的关系，为设计打目的：找出它们与电路参数的关系，为设计打 基础。基础。分析方法：微变等效电路法，图解法（略）分析方法：微变等效电路法，图解法（略）所用电路：放大电路的交流通路所用电路：放大电路的交流通路第7
39、0页/共127页微变等效电路法微变等效电路法1 1）输入回路iBuBE 当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻。rbe称为晶体管输入电阻。对于小功率三极管：rbe的量级从几百欧到几千欧。1.1.三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路 UBE IB第71页/共127页2 2）输出回路iCuCE所以：输出端相当于一个受 ib控制的电流源。IC UCE特性曲线特性曲线近似平行近似平行输出端还要并联一个大电阻r rcece。r r r rcececece愈大，恒流特性愈好愈大，恒流特性愈好r r r rcececece称为晶体管输出电阻称为晶体管输出电阻
40、第72页/共127页ibicicBCEib ib rceCrbeBE晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-r rcece很大，一般忽略。第73页/共127页2.2.放大电路的微变等效电路将交流通路中的三极管用微变等效电路代替 分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中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。的电压与电流可用相量表示。RBRCuiuoRL+-rbe ibibicRBRCRLE EB B C Cui+-uo+-rbeRBRCRL+-+第74页/共127页3.3.电压放大倍数的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。放大倍数与静态 IE有关。
41、rbeRBRCRL+-+第75页/共127页3.3.电压放大倍数的计算r rbebeR RC CR RL LR RE E+-第76页/共127页4.4.4.4.输入电阻的计算输入电阻的计算放大电路对信号源来说，是一个负载，其大小可放大电路对信号源来说，是一个负载，其大小可放大电路对信号源来说，是一个负载，其大小可放大电路对信号源来说，是一个负载，其大小可以用一个输入电阻以用一个输入电阻以用一个输入电阻以用一个输入电阻(等效电阻等效电阻等效电阻等效电阻)来表示。来表示。来表示。来表示。定义：定义：输入电阻是输入电阻是动态电阻动态电阻Au放大电路+-信号源+-放大电路+-信号源+-第77页/共12
42、7页输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。小的参数。小的参数。小的参数。电路的输入电阻越大，从信号源取得的电路的输入电阻越大，从信号源取得的电路的输入电阻越大，从信号源取得的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电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。阻。阻。阻。rbeRBRCRL+-+第78页/共127页r rbebeR RC
43、CR RL LR RE E+-第79页/共127页 5.5.5.5.输出电阻的计算输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻就是输出将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻就是输出将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻就是输出将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻就是输出电阻。电阻。电阻。电阻。+_RLr0+_Au+_RL放大电路RS+_第80页/共127页输出电阻的定义：输出电阻的定义：输出电阻是动态电阻，输出电阻是动态电阻，与负载无关。与负
44、载无关。+_无 源网 络将信号源将信号源 短路短路负载负载R RL L开路开路Au+_RL放大电路RS+_+_ro第81页/共127页RL000rbeRBRC外加外加求求r ro o的步骤：的步骤：1 1 1 1）断开负载）断开负载R RL L2 2 2 2）令）令U Ui i=0=0=0=0或或E ES S=0=0=0=03 3 3 3）外加电压）外加电压4 4 4 4）求）求共发射极放大电路输出电阻共射极放大电路特点：1.1.放大倍数高;2.2.输入电阻低;3.3.输出电阻高.+-第82页/共127页 6.6.非线性失真：如果Q设置不合适，管子进入截止区或饱和区，将造成非线性失真。如果Q设
45、置过高，管子工作进入饱和区，造成饱和失真，减小基极电流可消除失真。如果Q设置过低，管子工作进入截止区，造成截止失真，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。第83页/共127页交流通路交流通路RBRCuiuORL+-RSeS+-ibicBCEii动态分析图解法动态分析图解法是一条斜率为是一条斜率为且通过且通过 QQ点的直线点的直线称为交流负载线称为交流负载线所以交流负载线比直流负载更陡所以交流负载线比直流负载更陡当当 时，交直流负载重合时，交直流负载重合第84页/共127页动态分析图解法动态分析图解法QuCE/VttiB B/AIBtiC C/
46、mAICiB B/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoR RL L=由由u uo o和和u ui i的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。电压放大倍数。第85页/共127页动态分析图解法动态分析图解法电压放大倍数将减小。电压放大倍数将减小。QuCE/VttiB B/AIBtiC C/mAICiB B/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicibuiuoR RL L第86页/共127页非线性失真 如果如果Q Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工设
47、置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成作，将造成非线性失真非线性失真。若若Q Q设置过高，设置过高，晶体管进入饱晶体管进入饱和区工作，造成和区工作，造成饱和失真。饱和失真。Q2uo 适当减小基极适当减小基极电流可消除失真。电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOOQ1第87页/共127页非线性失真若若Q Q设置过低，设置过低，晶体管进入晶体管进入截止区工作，截止区工作，造成截止失真。造成截止失真。适当增加基适当增加基极电流可消除极电流可消除失真。失真。uiuotiB B/AiB B/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC C
48、/mAuCE/VOOUCE 如果如果Q Q设置合适，设置合适，信号幅值过大信号幅值过大也可产生失真，也可产生失真，减小信号幅值减小信号幅值可消除失真。可消除失真。第88页/共127页8.3 8.3 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 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。第89页/共127页一、温度变化对静态工作点的影响在固定偏置放大电路中 上式表明
49、，当VCC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。当温度升高时，UBE、ICBO 。温度升高时，IC将增加，使Q点沿负载线上移。第90页/共127页iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移结论：当温度升高时，IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使T T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。Q固定偏置电路的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。第91页/共127页二、分压式偏置电路1.稳定Q点的原理 基极电位基本恒定，不随温度变化。RB1RCC1C2RB2CERE
50、RLI1I2IBVB+U UCCCCuiuo+第92页/共127页 集电极电流基本恒定，不随温度变化。2.分压式偏置电路（1）稳定Q点的原理RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IBVB+U UCCCCuiuo+第93页/共127页参数的选择从从Q点点稳稳定定的的角角度度来来看看似似乎乎I2、VB越越大大越越好好。但但 I2 越越大大，RB1、RB2必必须须取取得得较较小小，将将增增加加损损耗耗，降降低低输输入入电电阻阻。而而VB过过高高必必使使VE也也增增高高，在在UCC一一定定时时，势势必必使使UCE减减小小，从从而而减减小小放放大大电电路路输输出出电电压压的的动动态态范范围。围。在