电工学第9章基本放大电路

电子技术第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放大电路的静态工作点9.4放大电路的主要性能指标9.5双极型晶体管基本放大电路9.7场效晶体管*9.8场效晶体管基本放大电路9.9多级放大电路9.10差分放大电路9.11功率放大电路*9.6双极型晶体管放大电路的分析9.12应用实例1下一章上一章返回主页第9章基本放大电路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高等教育出版社第9章基本放大电路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高等教育出版社第9章基本放大电路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电路图高等教育出版社第9章基本放大电路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特点高等教育出版社第9章基本放大电路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高等教育出版社第9章基本放大电路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高等教育出版社第9章基本放大电路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高等教育出版社第9章基本放大电路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高等教育出版社第9章基本放大电路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输入特性工作方式高等教育出版社第9章基本放大电路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工作方式高等教育出版社第9章基本放大电路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功耗曲线高等教育出版社第9章基本放大电路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高等教育出版社第9章基本放大电路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：高等教育出版社第9章基本放大电路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信号的放大过程高等教育出版社第9章基本放大电路169.3放大电路的静态工作点一、静态工作点ICIBUBEQUCEUCCUCCRC已知IB确定Q点确定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直流负载线⑴在输入特性曲线上Q点IBUBEICUCE高等教育出版社第9章基本放大电路17该电路参数一定时，偏流IB是固定的，称之为固定偏置放大电路。RBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋高等教育出版社第9章基本放大电路18二、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截止失真饱和失真高等教育出版社第9章基本放大电路199.4放大电路的主要性能指标一、电压放大倍数其分贝值:|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,高等教育出版社第9章基本放大电路20在放大电路中:二、输入电阻定义：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高等教育出版社第9章基本放大电路21ri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输入电阻高等教育出版社第9章基本放大电路22三、输出电阻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高等教育出版社第9章基本放大电路23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高等教育出版社第9章基本放大电路24四、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|高等教育出版社第9章基本放大电路25[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？高等教育出版社第9章基本放大电路26RLRL＋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高等教育出版社第9章基本放大电路279.5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。共射放大电路RC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋RB2RECE＋RB1高等教育出版社第9章基本放大电路28(2)增加发射极电阻RE，可以稳定IC。只要满足UBUBE≈UBREUEREIE=IC=1＋βIE选择参数时,一般取UB≈(5~10)UBE。TICEOIEUREICICUBE共射放大电路RC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋RB2RECE＋RB1高等教育出版社第9章基本放大电路29(3)增加CE,避免|Au|下降。对电压、电流和功率都有放大作用，输出与输入电压相位相反。ube=ui-REie2.性能特点共射放大电路RC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋RB2RECE＋RB1高等教育出版社第9章基本放大电路30RB+UCC＋uO－＋ui－C1C2＋＋RE二、共集放大电路共集放大电路RBRC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋固定偏置放大电路(1)RE取代RC，RE可以稳定QC点。(2)改集电极输出为发射极输出与固定偏置放大电路结构的不同：1.电路组成射极输出器或射极跟随器高等教育出版社第9章基本放大电路31二、共集放大电路(1)无电压放大作用(2)有电流和功率放大作用2.性能特点Au≈1且Au＜1RB+UCC＋uO－＋ui－C1C2＋＋RE共集放大电路（输出与输入电压同相位）(3)与共射放大电路相比：ri大，ro小①用作输入级，减小信号源负担；②用作输出级，提高放大器带载能力。高等教育出版社第9章基本放大电路32RB1RC+UCC＋uo－＋ui－CBC2＋＋RB2RE＋C1三、共基放大电路1.电路组成共基放大电路(1)增加一个偏流电阻RB2和射极电阻RE，以稳定Q点。(2)信号改为发射极输入(3)增加了CB，使基极成为信号输入和输出的公共端。与固定偏置放大电路相比：高等教育出版社第9章基本放大电路33RB1RC+UCC＋uo－＋ui－CBC2＋＋RB2RE＋C12.性能特点共基放大电路三、共基放大电路(1)无电流放大作用(2)有电压和功率放大作用，且输出与输入电压同相位。(3)与共射放大电路相比：ri小，ro相同同频带宽，稳定性好，具有恒流输出特性，适用于要求同频带宽和频率高的场合。高等教育出版社第9章基本放大电路RC+UCC＋uo－＋ui－C1C2＋＋RB2RECE＋RB134*9.6双极型晶体管放大电路的分析一、静态分析(1)图解法1.共射放大电路的静态分析共射放大电路RB1RC+UCCRB2RE共射放大电路的直流通路(2)计算法高等教育出版社第9章基本放大电路35UB－UBEREIE=IB=11＋IEIC=IBUCE=UCC－RCIC－REIE≈UCC－(RC＋RE)ICRB2RB1＋RB2UB=UCC1.共射放大电路的静态分析RB1RC+UCCRB2RE共射放大电路的直流通路高等教育出版社第9章基本放大电路36RB+UCC＋uO－＋ui－C1C2＋＋RERBIB＋UBE＋RE(1＋)IB=UCCIC=IBUCE=UCC－REIE=UCC－RE(1＋)IBUCC－UBERB+(1＋)REIB=2.共集放大电路的静态分析RB+UCCRE直流通路高等教育出版社第9章基本放大电路373.共基放大电路的静态分析RB1RC+UC