第5章 基本放大電路

5.1雙極型晶體管5.1.1三極管的結(jié)構(gòu)和符號5.1.2三極管的電流放大原理5.1.3三極管的工作區(qū)域5.1.4三極管的伏安特性和主要參數(shù)雙極型晶體管，又稱晶體三極管，簡稱三極管。三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和表示符號(a)NPN型晶體管NNcebPceTbecbPPNeTcb(b)PNP型晶體管ce發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)NNP基極發(fā)射極集電極bce發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)P發(fā)射結(jié)P集電結(jié)N集電極發(fā)射極基極b5.1.1三極管的結(jié)構(gòu)和符號發(fā)射結(jié)正偏（UBB保障）多子擴散形成發(fā)射極電流IE少數(shù)來自發(fā)射區(qū)的電子與基區(qū)空穴復合形成基極電流IB集電結(jié)反偏（UCC保障）漂移運動形成集電極電流IC三個電極電流的關(guān)系：5.1.2三極管的電流分配和放大原理uBEiBuCE=0uCE=0.5VuCE

1VNPN管的共射輸入特性曲線一、輸入特性曲線特點:非線性5.1.3三極管的伏安特性二、輸出特性曲線NPN管共射的輸出特性曲線iC/mAuCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(1)放大區(qū)曲線間距近似相等。發(fā)射結(jié)正向偏置；集電結(jié)反向偏置，工作于放大狀態(tài)。IC=

IB大放區(qū)5.1.3三極管的伏安特性曲線iC/mAuCE/V100μA80μA60μA40μA20μA

O3691242.31.5321IB=0(2)截止區(qū)發(fā)射結(jié)反向偏置；集電結(jié)也反向偏置。

IC≤ICEO

0IB=0的曲線以下區(qū)域稱為截止區(qū)。截止區(qū)NPN管共射的輸出特性曲線ICEO二、輸出特性曲線5.1.3三極管的伏安特性曲線共發(fā)射極放大電路的組成本節(jié)課討論的問題問題1:什么是放大？放大的前提是什么？問題2：放大電路放大的實質(zhì)是什么?問題3：放大電路的基本特征是什么?問題4:組成放大電路的原則是什么？問題5:如何評價放大電路的性能？有哪些指標?5.2共發(fā)射極放大電路（a）共發(fā)射極組態(tài)（b）共集電極組態(tài)（c）共基極組態(tài)放大電路的三種組態(tài)因電容對交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大，可以認為它對交流分量不起作用，即對交流短路；而對直流可以看成開路。這樣，交直流所走的通路是不同的。直流通路：無信號輸入時電流（直流電流）的通路；

交流通路：有信號時交流分量（變化量）的通路；5.2.1直流分析和交流分析直流通路：無信號時，直流電流的通路，用來計算靜態(tài)工作點。概念交流通路：有信號時，交流電流（變化量）的通路，用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。5.2.1直流分析和交流分析畫直流通路的原則：電容開路，電感短路原則畫交流通路的原則：電容短路，直流電壓源短路5.2.1直流分析和交流分析+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE直流通路直流通路用來計算靜態(tài)工作點Q(IB

、IC

、UCE)對直流信號電容C可看作開路（即將電容斷開）斷開斷開+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE典型例題：畫出下圖放大電路的直流通路和交流通路RBRCuiuORLRSes++–+––對交流信號(有輸入信號ui時的交流分量)原則：C可看作短路，直流電壓源看作短路。交流通路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE短路短路對地短路用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。放大電路的組成原則晶體管必須工作在放大區(qū)。即保證：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。正確設置靜態(tài)工作點，使晶體管工作于放大區(qū)。

輸入信號必須能作用于放大電路。輸出信號必須能從放大電路取出。單管共射基本放大電路耦合電容耦合電容bce信號源輸出電壓5.2.2共發(fā)射極放大電路的工作原理5.2.3共發(fā)射極放大電路的分析一、靜態(tài)分析二、動態(tài)分析靜態(tài)就是輸入信號為零時放大電路所處的狀態(tài)一、靜態(tài)分析——直流通路1.直流通路估算IBQ2.由直流通路估算UCEQ、ICQUCC=IBQRB+

UBEQUCEQ=UCC–

ICQRC一、靜態(tài)分析——靜態(tài)工作點Q（1）三極管的小信號建模

雖然BJT是非線性器件，但是它在小范圍內(nèi)的特性曲線卻可以近似地看作直線。

當放大電路輸入交流小信號時，我們可以把BJT這個非線性元件線性化，用它的線性交流小信號模型來代替，這個模型也稱為微變等效電路。在交流小信號輸入的前提下，BJT的線性化使放大電路線性化?？梢苑奖愕乩秒娐防碚搧矸治鲭娐返慕涣餍阅堋；舅悸罚憾?、動態(tài)分析rbe的近似估算公式rbb

：基區(qū)體電阻。rb

e

：發(fā)射結(jié)結(jié)電阻。低頻、小功率管rbb

約為300

。UT：溫度電壓當量。c

beiBiCiE（1）三極管的小信號建模(b)輸出回路UCEQ

輸出特性在放大區(qū)是一組近似等距的平行直線。三極管的電流放大系數(shù)

三極管的輸出回路(c、e之間)可用一受控電流源ic=ib等效代替，即由

來確定ic和ib之間的控制關(guān)系。iCuCEQO（1）三極管的小信號建模ibicicbceibib三極管小信號等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-

三極管的小信號等效電路rbebec

三極管的b、e之間可用rbe等效代替。

三極管的c、e之間可用一受控電流源ic=ib等效代替。5.3.1共集電極放大電路步驟1:求靜態(tài)工作點步驟2:求rbe步驟3:畫交流通路步驟4:畫交流微變等效電路步驟5:計算性能指標1、求靜態(tài)工作點3、畫交流通路4、畫交流微變等效電路5、計算放大倍數(shù)小貼士：共集放大電路沒有放大電壓的能力計算輸入電阻小貼士：共集放大電路具有高的輸入阻抗計算輸出電阻小貼士：共集放大電路具有低的輸出阻抗U共基放大電路5.3.2三種組態(tài)電路的比較①共射電路既能放大電壓又能放大電流，輸入電阻和輸出電阻在三種組態(tài)中居中，頻帶較窄。常用作低頻電壓放大電路中的單元電路。②共集電路只能放大電流不能放大電壓，電壓放大倍數(shù)小于且近似于1，具有電壓跟隨的特點，其輸入電阻大，輸出電阻小，常被用于多級放大電路的輸入級和輸出級、或作為隔離用的中間級。③共基電路只能放大電壓不能放大電流，且具有很低的輸入電阻，這使得三極管的結(jié)電容影響不明顯，所以其頻率特性是三種接法中最好的，常用于寬頻帶放大電路。5.6多級放大電路5.6.1多級放大電路的耦合方式5.6.2多級放大電路的分析耦合方式：信號源與放大電路之間、兩級放大電路之間、放大器與負載之間的連接方式。動態(tài):傳送信號減少壓降損失靜態(tài)：保證各級有合適的Q點波形不失真對耦合電路的要求常用的耦合方式：阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合。5.6.1多級放大電路的耦合方式

信號源第一級第二級負載一、阻容耦合優(yōu)點：

(1)前、后級直流電路互不影響，靜態(tài)工作點相互獨立；

(2)對于高頻信號，選擇足夠大電容，可以做到前一級輸出信號幾乎不衰減地加到后一級輸入端，使信號得到充分利用。不足：

(1)低頻特性差，不適合傳送緩慢變化的信號；

(2)電容很大，不易制作集成電路。一、阻容耦合變壓器耦合放大電路信號源第一級第二級負載二、變壓器耦合（1）Tr不傳直流信號，各級Q點仍獨立；（2）用變壓器不同匝數(shù)的線圈可實現(xiàn)電壓、電流或阻抗變換。優(yōu)點：（1）高、低頻特性差；（2）體積大、造價高、無法集成。不足：二、變壓器耦合三、直接耦合直接耦合放大電路優(yōu)點：（1）不僅可以放大交流信號，而且可以放大變化緩慢的信號、直流信號。（2）由于電路中不存在大電容，便于集成，所以目前的集成電路均采用直接耦合方式。缺點：（1）由于各級的靜態(tài)工作點相互影響，給設計、計算、調(diào)試帶來不便。（2）零點漂移。三、直接耦合直接耦合放大電路直接耦合放大電路（二）零點漂移V現(xiàn)象：直接耦合時，輸入電壓為零，但輸出電壓離開零點，并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。原因：放大器件的參數(shù)受溫度影響而使Q點不穩(wěn)定，并逐級被放大，結(jié)果UOQ偏得較多（故名為溫漂）也稱溫度漂移。5.6.2多級放大電路的分析

（1）阻容耦合和變壓器耦合多級放大電路：同第二章分析。（各Q點獨立）（2）直接耦合多級放大電路：一般要根據(jù)電路的約束條件和BJT三電極電流的制約關(guān)系，列方程組求解。一、靜態(tài)分析二、動態(tài)分析12n+-Ui1RiUo1=Ui2+-Uo2+-UoRon級放大電路連接示意圖5.6.2多級放大電路的分析（1）總電壓放大倍數(shù)Au

2級：二、動態(tài)分析

類推：n級若取dB數(shù)，則電壓增益為：5.6.2多級放大電路的分析（2）n級放大電路的輸入電阻Ri：Ri=Ri1（3）n級放大電路的輸出電阻Ro：Ro=Ron

注意:(根據(jù)二端口網(wǎng)絡理解)共集放大電路作為多級放大電路的輸入級時：Ri因與負載有關(guān)，即與后一級的輸入電阻有關(guān)；共集放大電路作為多級放大電路的輸出級時：Ro因與信號源內(nèi)阻有關(guān)，即與前一級的輸出電阻有關(guān)。二、動態(tài)分析5.6.2多級放大電路的分析只有一種載流子參與導電，且利用電場效應來控制電流的三極管，稱為場效應管，也稱單極型三極管，是一種電壓控制型器件。場效應管分類結(jié)型場效應管（JFET）絕緣柵場效應管（IGFET）

特點單極型器件(一種載流子導電)；

輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。5.4場效應管以二氧化硅（SiO2）為絕緣層，稱為金屬-

氧化物-半導體場效應管（metal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor，縮寫為MOSFET），簡稱MOS管。5.4.2絕緣柵型場效應管5.4.2絕緣柵型場效應管特點：輸入電阻可達109

以上。類型N溝道P溝道N溝道增強型N溝道耗盡型P溝道增強型P溝道耗盡型耗盡型場效應管:

UGS=0時漏源間存在導電溝道，即iD≠0，（JFET就屬于此類）；增強型場效應管:UGS=0時漏源間不存在導電溝道，即iD=0。而必須依靠柵源正電壓的作用,才能形成導電溝道的場效應管。一、N溝道增強型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和符號通過控制柵源電壓改變襯底中靠近絕緣層處感應電荷的多少，從而控制漏極電流。2、工作原理(1)

UDS=0，0<UGS<UGS(th)

產(chǎn)生由柵極指向襯底的電場，該電場排斥空穴吸引電子，空穴被排斥留下了不能移動負離子，負離子組成了耗盡層。增大UGS

耗盡層變寬，同時被吸引的自由電子也增多。思考：何謂開啟電壓？通常將開始形成反型層所需的uGS值稱為開啟電壓UGS（th）。

當UGS

增大到一定值時，在襯底表面形成一個電子薄層（N型薄層），稱為反型層。這個反型層實質(zhì)上就構(gòu)成了源極和漏極之間的導電溝道。即UGS>UGS(th)時從漏極到源極才有導電溝道。(2)

UDS=0，UGS>UGS(th)2、工作原理(3)

UDS對導電溝道的影響(UGS>UGS(th))UDS<UGS–UGS(th)，即UGD=UGS–UDS>UGS(th)iD

加入UDS后，形成iD線性電流，使漏源之間有電位差。靠近源極厚，靠近漏端薄。導電溝道呈現(xiàn)一個楔形。漏極形成電流iD

。UGD=UGS–UDS(3)

UDS對導電溝道的影響(UGS>UGS(th))b.UDS=UGS–UGS(th)，

即UGD=UGS(th)靠近漏極端的反型層消失，溝道在A點被夾斷，稱為預夾斷iD2、工作原理(3)

UDS對導電溝道的影響(UGS>UGS(th))c.UDS>UGS–UGS(th)，

即UGD<UGS(th)形成夾斷區(qū)，溝道電阻很大，UDS逐漸增大時，ID基本不變。iD2、工作原理uDSiD可變電阻區(qū)恒流區(qū)7V6V5V4VuGS=8V截止區(qū)擊穿區(qū)輸出特性曲線3、特性曲線各種增強型FET特性比較:小帖士二、N溝道耗盡型MOSFET只要在漏源之間加上正向電壓，就會產(chǎn)生漏極電流。（1）

uGS為正時，反型層變寬，溝道電阻電小，iD電流變大。（2）uGS為負時，反型層變窄，溝道電阻電大，iD電流變小。當uGS負到一定值時，導電溝道消失，iD=0，此時的uGS值稱為夾斷電壓UGS（off）。可見耗盡型MOSFET的柵源電壓uGS可正、可負，改變uGS可以改變溝道寬度，從而控制漏極電流iD。共射電路共集電路共基電路共源電路共漏電路共柵電路bce5.5.1場效應管放大電路的三種組態(tài)電路共源放大電路信號源輸出信號5.5.1場效應管放大電路的三種組態(tài)電路共漏放大電路信號源輸出信號5.5.1場效應管放大電路的三種組態(tài)電路共柵放大電路信號源輸出信號5.5.1場效應管放大電路的三種組態(tài)電路A5.5.2場效應管放大電路的靜態(tài)分析

分壓式自偏壓電路5.5.2場效應管放大電路的靜態(tài)分析

一、場效應管小信號模型二、

場效應管放大電路的動態(tài)分析

場效應管小信號等效電路三、共源放大電路的分析步驟1:求靜態(tài)工作點步驟2:求gm步驟4:畫小信號等效模型步驟5:計算性能指標步驟3:畫交流通路步驟1：靜態(tài)分析步驟1:求靜態(tài)工作點步驟2:求gm步驟4:畫小信號等效模型步驟5:計算性能指標步驟3:畫交流通路三、