晶體管及放大電路基礎(chǔ)

1、跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.2 基本放大電路2.3 基本放大電路的分析方法2.4 共C和共B電路2.5 放大器的級聯(lián)2.6 基本要求與小結(jié)-放大電路基礎(chǔ)篇 Basic BJT Amplifiers跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.2 2.2 基本放大電路基本放大電路n2.2.1 放大的概念n2.2.2 基本放大器組成原則n2.2.3 放大器的特點n2.2.4 放大器的主要性能指標(biāo)跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.2.1 放大的概念 1. 放大對象：主要放大微弱(small signals)、變化的電信號 ，使其Pi (Vi或Ii) 得到放大！ 2. 2. 放大實質(zhì)：直流能 交流能 三極管換能器在保持信號不失真的前提下，使其由小變大，由弱變強

2、。 放大跳轉(zhuǎn)到目錄頁1、管子要放大 JeJe正偏正偏,Jc,Jc反偏反偏2、信號能入能出2.2.2 基本放大器組成原則共射電路共射電路輸入回路與輸出回路電流、電壓的關(guān)系 BEBEQbevUv輸入回路bBQBiIi輸出回路CECEQcevUvcCQCiIiIBQUBEQUCEQICQ跳轉(zhuǎn)到目錄頁 基本組成如下：基本組成如下：u 三三 極極 管管 Tu 集電極電阻集電極電阻Rc u 負載電阻負載電阻RLu 偏置電路偏置電路VCC, Rbu 耦合電容耦合電容C1 , C2iBiC習(xí)慣畫法基本晶體管放大器的組成原則：1、輸入信號須加在基極發(fā)射極回路；2、必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點；3、必須將晶體管偏置在

3、放大狀態(tài)。跳轉(zhuǎn)到目錄頁BEESC1TVUiIei由公式可知：當(dāng)VBE VBE(ON)后VBE 對iC 有敏感的控制作用而VCE 對iC 的影響十分微弱 所以待放大的信號加在b或e極才能有效的得到放大，而不能加在c極。 待放大的信號須加在be回路uCE/V5101501234IB 40A30A20 A10A0A放大區(qū)iC/mA 共射輸出特性曲線共射輸出特性曲線跳轉(zhuǎn)到目錄頁 須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點直流工作狀態(tài)： （靜態(tài)）當(dāng)vivi0 0時,電路中各處的電壓電流都是不變的,對應(yīng)的電壓電流，分別為IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ，代表了輸入輸出特性曲線上的一個點 習(xí)慣上稱 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 即Q

4、(Q(Quiescent) )點交流工作狀態(tài)： （動態(tài)）當(dāng)vi0時靜態(tài)工作點設(shè)置是否合適對放大器的性能有很大影響是 輸出電壓不失真地放大的保證輸出電壓不失真地放大的保證 跳轉(zhuǎn)到目錄頁 若Q Q點選得很小則產(chǎn)生截止失真；若Q點選得很大則產(chǎn)生飽和失真。 非線性失真為了防止非線性失真，在沒有輸入信號時Q Q點也不能為0 0而必須有合適的數(shù)值以保證在vi的整個變化過程中晶體管始終工作在 放大區(qū)放大區(qū) 若Q Q點過大措施是Q點下移使I IB B變小若Q Q點過小措施是Q點上移使I IB B變大跳轉(zhuǎn)到目錄頁 晶體管必須工作在放大狀態(tài) 晶體管上各端電壓，端電流為 直流直流+ +交流交流且 交流分量的幅值 直

5、流分量的幅值，所以，在任一時刻e結(jié)正偏c結(jié)反偏。 可見 放大作用放大作用是指輸出交流分量與輸入信號的關(guān)系，因為只有交流分量才能反映輸入信號的變化 v vOO與與v vi i反相反相 vO跳轉(zhuǎn)到目錄頁0iv動態(tài)是目的，靜態(tài)是保證（不失真）！動態(tài)是目的，靜態(tài)是保證（不失真）！0iv 交流通路交流通路 直流通路直流通路 交流信號、直流信號并存！交流信號、直流信號并存！ 動態(tài)動態(tài) 靜態(tài)靜態(tài)2.2.3 2.2.3 放大器的特點放大器的特點跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.2.4 2.2.4 放大器的主要性能指標(biāo)放大器的主要性能指標(biāo)對信號源而言，放大器相當(dāng)于它的負載。 放大器的輸入特性用輸入電阻Ri表示 1.放大器的二端口

6、模型 對負載而言，放大器相當(dāng)于負載的信號源。 放大器的輸出特性用輸出電阻R RO O和一個受控電壓源（電流源）來表示 跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.主要性能指標(biāo) 放大倍數(shù)或增益 定義為放大器輸出量和輸入量之比值 。根據(jù)二端口模型中輸入量（Ui，Ii）和輸出量（Uo ，Io）的不同，有四種不同定義的放大倍數(shù)。 電壓增益 ：OviUAU電流增益 ：iOiIIA iOgUIA互導(dǎo)增益 :互阻增益： iOrIUA 為了方便，Au,Ai有時用分貝dB來表示 )(lg20)(lg20dBIIAdBUUAiOiiOu，跳轉(zhuǎn)到目錄頁 輸入電阻Ri 用來衡量放大電路對信號源的影響 當(dāng)RiRs時 ViVs，RiRi越大得到的輸

7、入信號電壓越大越大得到的輸入信號電壓越大 信號源采用信號源采用電壓源電壓源即輸入電阻越大 - 信號源電壓Vs更有效地加到放大器的輸入端 反之（RiRs）Ri越小得到的輸入信號電流越大越小得到的輸入信號電流越大 信號源采用信號源采用電流源電流源即輸入電阻越小-放大器從信號源獲取的電流越大跳轉(zhuǎn)到目錄頁 輸出電阻Ro 反映放大電路帶負載能力當(dāng)Ro越小則RL變化對輸出電壓的影響越小VoVo 即輸出電壓Vo越穩(wěn)定 帶負載能力強反之，若想在負載上得到電流較穩(wěn)定則應(yīng)使Ro大。 非線性失真系數(shù)THD 由于放大管輸入輸出特性的非線性，不可避免地要產(chǎn)生非線性失真，即放大器非線性失真的大小與工作點位置，信放大器非線

8、性失真的大小與工作點位置，信號大小有關(guān)號大小有關(guān) 但如果放大器的靜態(tài)工作點設(shè)置在放大區(qū)且輸入信號足夠小，則非線性失真系數(shù)將很小 一般只有在大信號工作時才考慮非線性失真問題 非線性失真會產(chǎn)生新的頻率分量非線性失真會產(chǎn)生新的頻率分量 跳轉(zhuǎn)到目錄頁頻率失真(線性失真)輸入信號由許多頻率分量組成，由于放大器對不同頻率信號的幅度增益、相移量不同而造成的失真。vAiRoR(此時輸出信號中并未增加新的頻率分量) 跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.3 基本放大電路的分析方法2.3.1 放大電路的靜態(tài)分析2.3.2 放大電路的動態(tài)分析跳轉(zhuǎn)到目錄頁 2.3.1 放大電路的靜態(tài)分析 DC Analysis分析對象：Q（Quiesce

9、nt) (IB、IC和和VCE) 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點直流通路直流通路分析路徑：靜態(tài)分析有兩種方法： 一、計算法 二、圖解分析法（Graphical Analysis）跳轉(zhuǎn)到目錄頁 一、計算法直流通路：C斷開、L短路、直流電源保留bBECCBRVVIBCII cCCCCERIVV跳轉(zhuǎn)到目錄頁二、圖 解 法cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVVI直流負載線直流負載線跳轉(zhuǎn)到目錄頁 2.3.2 放大電路的動態(tài)分析 AC Analysis動態(tài)分析有兩種方法： 一、圖解分析法 二、交流小信號模型分析法 AC Small-signal model analysis （微變等效電路法)vAiRoR分

10、析對象：交流通路交流通路分析路徑：跳轉(zhuǎn)到目錄頁交流通路：直流電源短地、C交流短路根據(jù)輸入信號頻率，將電抗極小的大電容、小電感短路，電抗極大的小電容、大電感開路，而電抗不容忽略的電容、電感保留。直流電源短地。跳轉(zhuǎn)到目錄頁vceRLiC （RLR LRc）交流負載線交流負載線斜率斜率：1/ RL特點特點：過：過Q點點VABRLICQ跳轉(zhuǎn)到目錄頁一、圖解法vi vBE iB iC vCE |-vo| 1 1、交直流迭加、交直流迭加2 2、vo與與vi相位相反相位相反3 3、非線性失真：、非線性失真： 飽和失真飽和失真 截止失真截止失真結(jié)論：結(jié)論：跳轉(zhuǎn)到目錄頁飽和失真跳轉(zhuǎn)到目錄頁截止失真跳轉(zhuǎn)到目錄頁n

11、要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：要想獲得大的不失真輸出幅度，需要： 1.工作點工作點Q要設(shè)要設(shè)置在輸出特性置在輸出特性曲線曲線放大區(qū)放大區(qū)的的中間部位中間部位； 2.要有合適的要有合適的交流負載線交流負載線。 最大不失真輸出幅度最大不失真輸出幅度? ?跳轉(zhuǎn)到目錄頁二、交流小信號模型分析法 AC Small-signal model analysisn（1 1）模型的建立n（2 2）共射放大器的交流等效分析方法放大器定量分析的基礎(chǔ)跳轉(zhuǎn)到目錄頁(1)模型的建立（一）混合型電路模型 參數(shù)應(yīng)用條件： 靜態(tài)工作點選擇恰當(dāng)，晶體管工作在放大區(qū) 輸入信號較小，非線性失真可忽略 共發(fā)射極晶體管 電路模型 跳

12、轉(zhuǎn)到目錄頁cceQCCEceiuiur很大，可忽略 bcrc、b反偏， 也很大，可忽略 跳轉(zhuǎn)到目錄頁ube對ib的控制，等效為b-e間交流結(jié)電阻rbe，其值： 發(fā)射結(jié)交流電阻eebeQEBEbeQBEeQEBEBEQBBEbbebe,1)1(riuiuiiiiriuiiiuiurEQEQT/SQBEEe/Se2611/1,TBEQImvIUeIUuireIiUuTUuTBE而ube 通過 ib對 ic的控制可等效為一個流控電流源 bcQBCbciiiiii，其中或直接用一個壓控電流源來表示 ,bemCugi其中跨導(dǎo) ebeQBBEBCbecQBEcm1/rriuiiuiuigcercceQCC

13、Eceiuiur幾百K數(shù)量級 bcr輸入特性上Q點處 對 的影響 CEuBicebceQCCEBCQBCEbcriuiuiiiur極大，可忽略 輸出特性上Q點處切線斜率之倒數(shù),表明了 對 的影響 Cicev跳轉(zhuǎn)到目錄頁真正的晶體管還有寄生效應(yīng)的影響，它們是三個摻雜區(qū)的體電阻,其中基區(qū)基區(qū)體電阻因該區(qū)很窄，數(shù)值較大，一般高頻管數(shù)十，低頻管數(shù)百。另二個較小，可忽略。 還有二個結(jié)的結(jié)電容：發(fā)射結(jié)電容（正偏勢壘）集電結(jié)電容（反偏擴散）低頻工作時可忽略。 完整的混合型電路模型（a）高頻時的電路模型；（b）低頻時的電路模型 跳轉(zhuǎn)到目錄頁（2） 共射放大器的交流等效分析方法分析步驟：1、確定放大器交流通路(

14、晶體管用小信號交流模型表示)2、估算直流工作點3、根據(jù)交流等效電路計算放大器的各項交流指標(biāo)跳轉(zhuǎn)到目錄頁跳轉(zhuǎn)到目錄頁1）等效電路 (b) 小信號等效電路(a) 共射基本放大電路跳轉(zhuǎn)到目錄頁2）交流計算3.輸出電阻2.輸入電阻= rbe / Rbrbeiii/ IVR1.電壓放大倍數(shù)iovVVA0V,R.o.ooSLIV=Rrbe=rbb+(1+)26 mV/ ICQbebLbrIRILCLbeLRRRrRCR4.源電壓放大倍數(shù)SiivSiioSoVSRRRAVVVVVVArbb=100300跳轉(zhuǎn)到目錄頁3）接有Re的共發(fā)電路3.輸出電阻2.輸入電阻1.電壓放大倍數(shù)交流小信號交流小信號等效電路等效

15、電路跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.4 共共C和共和共B電路電路2.4.1 共集組態(tài)基本放大電路Common-Collector Amplifier2.4.2 共基組態(tài)基本放大電路Common-Base Amplifier2.4.3 提高輸入阻抗的措施跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.4.1 共集組態(tài)基本放大電路 VB= VCC Rb2/(Rb1 + Rb2) IC=IE = (VB VBE)/Re IB = IC/ VCE= VCCIERe= VCCICRe(1)(1)直流分析直流分析跳轉(zhuǎn)到目錄頁(2)(2)交流分析交流分析電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)iovVVA 輸入電阻輸入電阻LbeLR)1 (rR)1 ()RRR(1LEL

16、Ri=Rb1/ Rb2 /rbe +(1+ )RL )跳轉(zhuǎn)到目錄頁輸出電阻輸出電阻0V,R.o.ooSLIV=Rooo IV=R)R/V()R+r/(V)1( Ieosbeoob2b1sssbeobR/R/RR,)R+r/(VI)R/V()1 (IIIIeobRbbeo I1R+rsbe1輸入回路電阻和1R+rRsbee跳轉(zhuǎn)到目錄頁共集電路特點與應(yīng)用：1、 =射極輸出器=電壓跟隨器 Emitter-Follower =電流放大器2、Ri 高（高阻輸入級）3、Ro低（低阻輸出級）vA1 阻抗變換級（中間緩沖級）跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.4.2 共基組態(tài)基本放大電路 （電流跟隨器） (1)直流分析 與共射組

17、態(tài)相同跳轉(zhuǎn)到目錄頁(2)交流分析電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻1rR/1rI /VRbeebeiiiio/VVAvRo RC=RL / rbeRL=RC/RL跳轉(zhuǎn)到目錄頁共基基電路特點與應(yīng)用：1、 大2、輸入輸出電壓同相2、Ri 低（低阻輸入級）3、Ro高（高阻輸出級）vA寬帶放大高頻電路跳轉(zhuǎn)到目錄頁共射、共基、共集放大器性能比較跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.4.3 提高輸入阻抗的措施利用復(fù)合管來提高輸入阻抗 -使上升T2相當(dāng)于T1的負載，可用其輸入電阻Ri來表示它對T1的負載作用EbeiRrR)1(2EEbebeibeiRRrrRrR212111)1)(1 ()1 ()1 (可見 復(fù)合管的輸入電阻增大了

18、. 復(fù)合管可等效成一個值為 兩管相乘的晶體管。跳轉(zhuǎn)到目錄頁2. 自舉電路采用復(fù)合管可使Ri很大但總的輸入電阻Ri=RB1/RB2/Ri若RB1,RB2不能增大，Ri再大也無用，而實際中為保證偏置穩(wěn)定，RB1,RB2的取值是不能太大的所以由自舉電路來解決這個問題增加了RB3 和C3如果使RB3 兩端電壓0，即流過RB3 的電流0該支路的等效阻抗Ri=RB3/Ri RB3支路的等效電阻很大？跳轉(zhuǎn)到目錄頁2.5 放大器的級聯(lián)放大器的級聯(lián)輸入級中間級輸出級不失真地有效地傳遞信號1、級間耦合方式（1）直接耦合（2）變壓器間耦合（3）阻容耦合各級間相互影響；要保證零輸入零輸出靜態(tài)不影響，單級計算跳轉(zhuǎn)到目錄

19、頁一個n級放大器的總電壓放大倍數(shù)Au可表示為:unuunoooioiouAAAUUUUUUUUA 21)1(0121 可見，Au為各級電壓放大倍數(shù)的乘積。 Ri：后級的輸入電阻為前級的負載，后級對前級有影響。第一級的輸入電阻（考慮后級對其的影響）。 Ro：末級輸出電阻（前級的輸出電阻作為后級的信號源內(nèi)阻）。 跳轉(zhuǎn)到目錄頁2、組合放大器（1）CE-CE級聯(lián)Au 21uuiouAAUUA1112112222(/)(1)oCiuibebeEiURRAUrRrR，2222222)1 ()/(EbeLCiouRrRRUUARi Ri=RB1/R B2/rbe1 取決于第一級 Ro Ro=Ro2=RC2 取決于末級 跳轉(zhuǎn)到目錄頁（2）CC-CE和CE-CC級聯(lián)1EQ1CQEQ22CQIIII如果UoRB1(a)RiRB2RC2RLRoUiUsRsRE1Ro1V1V2 (a)CCC