电工学-第9章放大电路

电子技术1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功率放大电路下一章上一章返回主页第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系2BEC9.1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NPNPNP基极基区集电极集电区集电结发射极发射区发射结PNPCBE结构示意图和图形符号第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系3二、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NPNBECRCUCCUBBRB晶体管中载流子的运动过程IEICIB第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系4⑵电流的关系IE=IB+IC当IB=0时，直流(静态)电流放大系数交流(动态)电流放大系数≈ICIBIC－ICEOIBβ=ICIBβ=UCE=常数ICIB≈IC=ICEONPNBECRCUCCUBBRBIEICIB电路图第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系5IB微小的变化，会产生IC很大的变化。IC=βIB。0＜UCE＜UCC，UCE=UCC－RCIC。晶体管相当于通路。⑶特点第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系6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.饱和状态电路图NPNBECRCUCCUBBRBIEICIBCERCUCC饱和状态时的晶体管第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系7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。电路图CERCUCC截止状态时的晶体管NPNBECRCUCCUBBRBIEICIB第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系8晶体管处于放大状态。(2)开关S合向b时[例9.1.1]图示电路，晶体管的=100，求开关S合向a、b、c时的IB、IC和UCE，并指出晶体管的工作状态（忽略UBE）。[解](1)开关S合向a时UBB1RB15500×103IB==A=0.01mAIC=IB=100×0.01mA=1mAUCE=UCC－RCIC=(15－5×103×1×10－3)V=10VUCC=15VUBB1=5VUBB2=1.5VRB1=500kRB2=50kRC=5kUBB1SBCERCUCCRB1UBB2RB2abc第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系9UCE=0V晶体管处于饱和状态。因为若IC=IB=100×0.1mA=10mAUCE=UCC－RCIC=(15－5×103×10×10－3)V=－35VUCE＜0，这是不可能的，即不可能处于放大状态。(3)开关S合向c时IB=0，IC=0，UCE=UCC=15V晶体管处于截止状态。UCCRC＞=3mAUCCRC155×103IC==A=3mAUBB1SBCERCUCCRB1UBB2RB2abcUBB1RB2550×103IB==A=0.1mA第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系10三、特性曲线1.输入特性IB=f(UBE)UCE=常数UCE≥1V25℃UCE≥1V75℃80604020UBE/VIB/AO0.40.8※硅管：UBE0.7V锗管：UBE0.3ViC＋uCE－＋uBE－iBBEC输入特性工作方式第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系112.输出特性IC=f(UCE)∣IB=常数放大区IC/mA4321369UCE/VOIB=020A40A60A80A100A饱和区截止区输出特性iC＋uCE－＋uBE－iBBEC工作方式第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系12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×IC5.反向击穿电压U(BR)CEO静态电流放大系数四、主要参数1.电流放大系数4321369ICUCEO放大区截止区饱和区过损耗区安全工作区U(BR)CEOICMPCM功耗曲线第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系139.2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第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系14RBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋RBRC-UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋NPN管放大电路PNP管放大电路放大电路的简化画法：第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系15iBuBE二、信号的放大过程1.静态时ui=0，直流电源单独作用。2.动态时输入信号ui，OuitiCuCE输出信号uo=uce=－RCicRBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋OtuituoOtUBEOIBtOtUCEOtICOtuoO信号的放大过程第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系169.3放大电路的静态分析一、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。UBEIBOUCEICO输入特性输出特性Q第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系17RBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋2.计算法直流通路的做法：(1)信号源中的电动势短路；(2)电容开路。IBRB+UBE=UCCIC=βIBUCE=UCC－RCICUCC－UBERBIB=IB＋－RBRC+UCCUBE直流通路放大电路第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系18[例9.3.1]在如图所示的固定偏置放大电路中，已知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第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系19二.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截止失真饱和失真第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系209.4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,第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系21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第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系22ri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输入电阻第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系233.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第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系24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－+_UesIoroRL第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系254.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|第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系26[解](1)riRS＋riUi=Us9×103(1＋9)×103=×10mV=9mVUOC=|A0|Ui=100×9×10-3V=0.9V=900mV[例9.4.1]某放大电路的空载电压放大倍数|A0|=100，输入电阻ri=9k，输出电阻ro=1k，试问:(1)输入端接到Us=10mV，RS=1k的信号源上，开路电压UOC应等于多少？(2)输出端再接上RL=9k的负载电阻时，负载上的电压UoL应等于多少？这时电压放大倍数|Au|是多少？第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系27RLRL＋ro|Au|=|A0|(2)=810mV=0.81VRLRL＋roUoL=UOC9×103(1＋9)×103=×900×10-3V9×103(1＋9)×103=×100=90UoUi或|Au|=8109==90第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系28二、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电路图输入特性第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系29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第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系30＋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＋Ｕce－CIcIb晶体管的小信号模型共射接法共集接法共基接法CEIbIcBIbrbeCEIbIcBIbrbe电路图第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系31IiIbIcIoRBRC＋Uo－＋Ui－RBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋2.放大电路的交流通路+_UsRsRL作法:C短路，UCC短路。IbIcIi＋Uo－＋Ui－BrbeCRBRCEIoIb放大电路交流通路微变等效电路BEC第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系32Au=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微变等效电路第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系33[例9.4.2]求[例9.3.1]放大电路的空载电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。(1)空载电压放大倍数[解]26ICrbe=200+=(200+50×)261.47=1084Ao=－RCrbe=－50×21.084=－92.25ri=RBrbe(2)输入电阻=k180×1.084180＋1.084=1.078k(3)输出电阻ro=RC=2kRBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋第9章基本放大电路大连理工大学电气工程系349.5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)增加一个偏流电阻RB2，可以固定基极电位。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＋共射放大电路第9章基本放大电路大连理工