五放大器基础.pptx

5.1 5.1 半导体二极管及其模型半导体二极管及其模型 电子技术就是应用电子元器件来达到某种特定目的或完成某电子技术就是应用电子元器件来达到某种特定目的或完成某项特定任务的技术。电子技术研究的对象是电子元器件和由项特定任务的技术。电子技术研究的对象是电子元器件和由电子元器件构成的各种基本功能电路，以及由某些基本功能电子元器件构成的各种基本功能电路，以及由某些基本功能电路所组成的有各种用途的装置或系统。放大电路的作用是电路所组成的有各种用途的装置或系统。放大电路的作用是将微弱的电信号（电压或电流）加以放大，习惯上称为放大将微弱的电信号（电压或电流）加以放大，习惯上称为放大器，是构成其他电子电路的基本单元电路，广泛应用于广播、器，是构成其他电子电路的基本单元电路，广泛应用于广播、通信、测量和自动控制系统中。通信、测量和自动控制系统中。本章首先介绍半导体的基本知识，讨论半导体器件的结构、本章首先介绍半导体的基本知识，讨论半导体器件的结构、工作原理及其模型，然后分析由半导体三极管构成的基本放工作原理及其模型，然后分析由半导体三极管构成的基本放大电路和各种工程实用电路的结构及工作原理，最后介绍场大电路和各种工程实用电路的结构及工作原理，最后介绍场效应管放大电路。效应管放大电路。下一页返回第1页/共109页5.1 5.1 半导体二极管及其模型半导体二极管及其模型 5.1.1 5.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 1.1.半导体的特点和分类半导体的特点和分类 半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，常见的如四半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，常见的如四价元素硅、锗、硒等，在外界温度升高、光照或掺入适量杂质时，价元素硅、锗、硒等，在外界温度升高、光照或掺入适量杂质时，它们的导电能力大大增强。因此半导体被用来制成热敏器件、光它们的导电能力大大增强。因此半导体被用来制成热敏器件、光敏器件和半导体二极管、三极管、场效应管等电子元器件。化学敏器件和半导体二极管、三极管、场效应管等电子元器件。化学成份纯净的半导体称为本征半导体。在纯净的半导体中掺入适量成份纯净的半导体称为本征半导体。在纯净的半导体中掺入适量杂质元素的半导体称为杂质半导体，如果掺入的是三价元素，称杂质元素的半导体称为杂质半导体，如果掺入的是三价元素，称为为P P型半导体，如果掺入的是五价元素，称为型半导体，如果掺入的是五价元素，称为N N型半导体。型半导体。P P型半型半导体的空穴为多数载流子（简称多子），自由电子为少数载流子导体的空穴为多数载流子（简称多子），自由电子为少数载流子（简称少子），（简称少子），N N型半导体的自由电子为多子，空穴为少子。半型半导体的自由电子为多子，空穴为少子。半导体有两种载流子（自由电子和空穴）参与导电。导体有两种载流子（自由电子和空穴）参与导电。2.PN2.PN结及其单向导电特性结及其单向导电特性下一页返回上一页第2页/共109页5.1 5.1 半导体二极管及其模型半导体二极管及其模型 1)PN 1)PN结的形成结的形成 在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N N型半型半导体，另一边形成导体，另一边形成P P型半导体，那么在两种半导体交界面附近就型半导体，那么在两种半导体交界面附近就形成了形成了PNPN结。在交界面附近因载流子浓度不同，多数载流子分结。在交界面附近因载流子浓度不同，多数载流子分别向异区扩散，即别向异区扩散，即P P区的空穴向区扩散，留下负离子；区的空穴向区扩散，留下负离子图图5-1 5-1 PNPN结的形成结的形成 N N区的电子向区的电子向P P区扩散，留下正离子。结果在交界面处多数载流区扩散，留下正离子。结果在交界面处多数载流子因复合而耗尽形成空间电荷区，也叫耗尽层，或子因复合而耗尽形成空间电荷区，也叫耗尽层，或PNPN结，如结，如图图5-15-1所示。所示。PNPN结是构成半导体器件的基本单元。结是构成半导体器件的基本单元。2)PN2)PN结的单向导电性结的单向导电性 上面所讨论的上面所讨论的PNPN结处于平衡状态，称为平衡结处于平衡状态，称为平衡PNPN结。结。PNPN结的基本结的基本特性只有在外加电压时才显示出来。特性只有在外加电压时才显示出来。外加正向电压外加正向电压 PNPN结外加正向偏置电压简称正偏。结外加正向偏置电压简称正偏。P P区接电源正极，区接电源正极，N N区接电源区接电源上一页返回下一页第3页/共109页5.1 5.1 半导体二极管及其模型半导体二极管及其模型 负极，外电场削弱了内电场，空间电荷区变窄，扩散运动加强，负极，外电场削弱了内电场，空间电荷区变窄，扩散运动加强，漂移运动减弱，扩散大于漂移，形成较大的正向电流漂移运动减弱，扩散大于漂移，形成较大的正向电流I IF F，称为，称为PNPN结正向导通。结正向导通。外加反向电压外加反向电压 PNPN结外加反向偏置电压简称反偏。结外加反向偏置电压简称反偏。P P区接电源负极，区接电源负极，N N区接电源正区接电源正极，外电场加强了内电场，空间电荷区变宽，扩散运动减弱，漂极，外电场加强了内电场，空间电荷区变宽，扩散运动减弱，漂移运动增强，漂移大于扩散。由于漂移运动是由少子形成，数量移运动增强，漂移大于扩散。由于漂移运动是由少子形成，数量很少，所以形成的反向电流很少，所以形成的反向电流I IR R很微弱，几乎可以忽略不计，但很微弱，几乎可以忽略不计，但I IR R受温度的影响较大，此时称为受温度的影响较大，此时称为PNPN结反向截止。结反向截止。综上所述，综上所述，PNPN结正偏导通，反偏截止，即为单向导电性。结正偏导通，反偏截止，即为单向导电性。5.1.2 51.2 半导体二极管半导体二极管 1.1.半导体二极管的结构、符号及类型半导体二极管的结构、符号及类型 在在PNPN结的结的P P区和区和N N区两侧各引出一根电极，加以封装，便形成区两侧各引出一根电极，加以封装，便形成上一页返回下一页第4页/共109页5.1 5.1 半导体二极管及其模型半导体二极管及其模型 半导体二极管，由半导体二极管，由P P区引出的电极称为阳极或正极，由区引出的电极称为阳极或正极，由N N区引出的区引出的电极称为阴极或负极。因电极称为阴极或负极。因PNPN结具有单向导电性，所结具有单向导电性，所 以二极管具有单向导电性。如以二极管具有单向导电性。如图图5-25-2所示为二极管的外形、基本所示为二极管的外形、基本结构示意和符号。结构示意和符号。二极管按结构不同，分为点接触型和面接触型。点接触型二极管二极管按结构不同，分为点接触型和面接触型。点接触型二极管的的PNPN结面积小，结电容小，一般用于低频大电流整流电路。按材结面积小，结电容小，一般用于低频大电流整流电路。按材料的不同，二极管分为硅管和锗管两种。按用途不同，二极管有料的不同，二极管分为硅管和锗管两种。按用途不同，二极管有普通管、整流管、变容管、开关管和检波管等类型。普通管、整流管、变容管、开关管和检波管等类型。2.2.半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性 伏安特性反映了二极管外加电压和流过二极管的关系，伏安特性伏安特性反映了二极管外加电压和流过二极管的关系，伏安特性是二极管的固有属性。是二极管的固有属性。图图5-35-3示出了二极管伏安特性关系曲线的示出了二极管伏安特性关系曲线的一般形状。二极管伏安特性可分为正向特性和反向特性两部分，一般形状。二极管伏安特性可分为正向特性和反向特性两部分，下面对二极管伏安特性曲线加以说明。下面对二极管伏安特性曲线加以说明。1)1)正向特性正向特性上一页返回下一页第5页/共109页5.1 5.1 半导体二极管及其模型半导体二极管及其模型 由由图图5-35-3可见，当正向电压很低时，正向电流几乎为零，这一部分可见，当正向电压很低时，正向电流几乎为零，这一部分称为死区，相应的称为死区，相应的A A（）点的电压称为死区电压或阈值电压，硅管（）点的电压称为死区电压或阈值电压，硅管约为约为0.5V0.5V，锗管约为，锗管约为0.1V0.1V，如，如图图5-35-3中中OAOA（OAOA）段。当正向电压）段。当正向电压超过死区电压时，二极管呈现低电阻值，处于正向导通状态。正超过死区电压时，二极管呈现低电阻值，处于正向导通状态。正向导通后的二极管管压降变化较小，硅管为向导通后的二极管管压降变化较小，硅管为0.60.7V0.60.7V，锗管为，锗管为0.20.3V0.20.3V，如，如图图5-35-3中的中的ABAB（A BA B）段。）段。2)2)反向特性反向特性 对应于对应于图图5-35-3的的OCOC（OCOC）段，反向电压在一定范围内增大时，反）段，反向电压在一定范围内增大时，反向电流极其微小且基本不变（理想情况认为反向电流为零），此向电流极其微小且基本不变（理想情况认为反向电流为零），此电流称为反向饱和电流，记作电流称为反向饱和电流，记作I IR R。3)3)反向击穿特性反向击穿特性 对应于对应于图图5-35-3的的CDCD（CDCD）段，当反向电压增加到一定数值时，）段，当反向电压增加到一定数值时，反向电流急剧增大，此时对应的电压称为反向击穿电压，此现象反向电流急剧增大，此时对应的电压称为反向击穿电压，此现象称为反向击穿。称为反向击穿。上一页返回下一页第6页/共109页5.1 5.1 半导体二极管及其模型半导体二极管及其模型 温度的变化，会对伏安特性产生很大的影响。二极管的温度增加时，温度的变化，会对伏安特性产生很大的影响。二极管的温度增加时，二极管的正向管压降变小，反向饱和电流显著增加，而反向击穿电压二极管的正向管压降变小，反向饱和电流显著增加，而反向击穿电压则显著下降，尤其是锗管，对温度更为敏感。则显著下降，尤其是锗管，对温度更为敏感。3.3.半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参数 二极管的参数反映了二极管的性能优劣和使用条件，二极管参数是正二极管的参数反映了二极管的性能优劣和使用条件，二极管参数是正确选择和使用二极管的依据。二极管的主要参数有：确选择和使用二极管的依据。二极管的主要参数有：1)1)最大整流电流最大整流电流I IF F I IF F是指二极管长时间工作时，允许通过的最大正向电流的平均值。是指二极管长时间工作时，允许通过的最大正向电流的平均值。2)2)最高反向工作电压最高反向工作电压U URMRM U URMRM是保证二极管不被击穿所允许施加的最大方向电压，一般为反向是保证二极管不被击穿所允许施加的最大方向电压，一般为反向击穿电压的击穿电压的1/31/21/31/2 3)3)反向饱和电流反向饱和电流I IR R I IR R是指在规定的反向电压和室温下所测得的反向电流值。其值越小，是指在规定的反向电压和室温下所测得的反向电流值。其值越小，表明管子的单向导电性能越好。表明管子的单向导电性能越好。上一页返回下一页第7页/共109页5.1 5.1 半导体二极管及其模型半导体二极管及其模型 5.1.5.1.特殊二极管特殊二极管 1.1.稳压管稳压管 稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管，其符号和伏安特性曲线稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管，其符号和伏安特性曲线如如图图5-45-4所示。所示。其正向特性曲线与普通二极管基本相同。但反向击穿特性曲线很其正向特性曲线与普通二极管基本相同。但反向击穿特性曲线很陡且稳压管的反向击穿是可逆的，故它可长期工作在反向击穿陡且稳压管的反向击穿是可逆的，故它可长期工作在反向击穿区而不致损坏。正常情况下稳压管工作在反向击穿区，由于曲区而不致损坏。正常情况下稳压管工作在反向击穿区，由于曲线很陡，反向电流在很大范围内变化时，稳压管两端的电压却线很陡，反向电流在很大范围内变化时，稳压管两端的电压却几乎稳定不变，稳压管就是利用这一特性在电路中起稳压作用几乎稳定不变，稳压管就是利用这一特性在电路中起稳压作用的。只要反向电流不超过其最大稳定电流，就不会引起破坏性的。只要反向电流不超过其最大稳定电流，就不会引起破坏性的击穿。因此，在电路中稳压管常与限流电阻串联。的击穿。因此，在电路中稳压管常与限流电阻串联。与一般二极管不同，稳压管的主要参数如下：与一般二极管不同，稳压管的主要参数如下：上一页返回下一页第8页/共109页5.1 5.1 半导体二极管及其模型半导体二极管及其模型 1 1）稳定电压）稳定电压 。稳定电压是指稳压管在正常工作时管子两端。稳定电压是指稳压管在正常工作时管子两端的电压。的电压。2 2）稳定电流）稳定电流 。稳定电流是指保持稳定电压。稳定电流是指保持稳定电压 时的工作电时的工作电流。流。3 3）最大稳定电流）最大稳定电流 。最大稳定电流是指稳压管通过的最。最大稳定电流是指稳压管通过的最大反向电流。稳压管在工作时电流不应超出这个值。大反向电流。稳压管在工作时电流不应超出这个值。2.2.发光二极管发光二极管 发光二极管简称发光二极管简称LEDLED，是一种把电能直接转换成光能的固体发光，是一种把电能直接转换成光能的固体发光器件。发光二极管也是由器件。发光二极管也是由PNPN结构成的，具有单向导电性，当发结构成的，具有单向导电性，当发光二极管加上正向电压时能发出一定波长的光，采用不同的材光二极管加上正向电压时能发出一定波长的光，采用不同的材料，可发出红、黄、绿等不同颜色的光。料，可发出红、黄、绿等不同颜色的光。图图5-55-5所示为发光二极所示为发光二极管外形及图形符号。管外形及图形符号。上一页返回第9页/共109页5.2 5.2 半导体三极管及其模型半导体三极管及其模型 5.2.1 5.2.1 三极管的结构、符号及类型三极管的结构、符号及类型 1.1.三极管的结构、符号及类型三极管的结构、符号及类型 三极管是通过一定的工艺，将两个三极管是通过一定的工艺，将两个PNPN结结合在一起的器件，它结结合在一起的器件，它是电子电路中的核心器件。三极管有是电子电路中的核心器件。三极管有NPNNPN和和PNPPNP两种类型，两种类型，无论无论是是NPNNPN型还是型还是PNPPNP型三极管，它们内部都含有三个区，分别称为型三极管，它们内部都含有三个区，分别称为发射区、基区和集电区，三个区引出的电极分别是发射极（发射区、基区和集电区，三个区引出的电极分别是发射极（e e）、）、基极（基极（b b）和集电极（）和集电极（c c），发射区和集区之间的），发射区和集区之间的PNPN结称为发射结称为发射结，集电区和集区之间的结，集电区和集区之间的PNPN结称为集电结。结称为集电结。图图5-65-6所示所示为三极管为三极管的外形、内部结构示意图及符号。的外形、内部结构示意图及符号。三极管内部的结构特点是：发射区掺杂浓度高，即多子浓度高；三极管内部的结构特点是：发射区掺杂浓度高，即多子浓度高；基区很薄且掺杂浓度低；集电区面积大于发射区面积，掺杂浓基区很薄且掺杂浓度低；集电区面积大于发射区面积，掺杂浓度低。度低。2.2.三极管的放大原理三极管的放大原理返回下一页第10页/共109页5.2 5.2 半导体三极管及其模型半导体三极管及其模型 三极管的内部结构特点是三极管能够实现放大作用的内部条件，三极管的内部结构特点是三极管能够实现放大作用的内部条件，三极管能够实现放大所需要的外部条件是：发射结正向偏置，三极管能够实现放大所需要的外部条件是：发射结正向偏置，集电结反向偏置，为简要说明三极管的电流分配关系和放大作集电结反向偏置，为简要说明三极管的电流分配关系和放大作用，忽略一些次要因素，用，忽略一些次要因素，以以NPNNPN型三极管为例，通过实验来了型三极管为例，通过实验来了解三极管的放大原理和其中的电流分配情况，实验电路解三极管的放大原理和其中的电流分配情况，实验电路如图如图5-75-7所示所示。改变可变电阻改变可变电阻 ，则基极电流，则基极电流 、集电极电流、集电极电流 和发射极电和发射极电流流 都发生变化，电流方向如都发生变化，电流方向如图图5-75-7所示，测试结果列于所示，测试结果列于表表5-5-1 1中中。3.3.三极管的伏安特性曲线三极管的伏安特性曲线 三极管的伏安特性曲线是指各个电极间电压与电流之间的关系，三极管的伏安特性曲线是指各个电极间电压与电流之间的关系，它们是三极管内部载流子运动规律在管子外部的表现。它们是三极管内部载流子运动规律在管子外部的表现。以下仍以以下仍以图图5-75-7电路为例进行分析。电路为例进行分析。（1 1）输入特性曲线输入特性曲线上一页返回下一页第11页/共109页5.2 5.2 半导体三极管及其模型半导体三极管及其模型 输入特性曲线是指三极管集电极与发射极间电压输入特性曲线是指三极管集电极与发射极间电压 为常数时，为常数时，输入回路中输入回路中 随随 变化的曲线。实验中，若取不同的，可变化的曲线。实验中，若取不同的，可得到不同的曲线。得到不同的曲线。但当但当 1 1时，输入特性曲线与时，输入特性曲线与 =1=1的输入特性曲线基的输入特性曲线基本重合，说明此时本重合，说明此时 对对 影响甚小。影响甚小。图图5-8 5-8(a a)是是 =0=0时的输入特性曲线。时的输入特性曲线。（2 2）输出特性曲线输出特性曲线 输出特性曲线表示输入电流输出特性曲线表示输入电流 固定时，输出回路中固定时，输出回路中 与与 的关系，即的关系，即 图图5-8(5-8(b b)为为NPNNPN型硅管共射极输出特性曲线，当型硅管共射极输出特性曲线，当 改变时，可改变时，可得一族曲线。由特性曲线可见，输出特性曲线划分为放大区、得一族曲线。由特性曲线可见，输出特性曲线划分为放大区、饱和区和截止区三个区域。饱和区和截止区三个区域。1)1)截止区截止区上一页返回下一页第12页/共109页5.2 5.2 半导体三极管及其模型半导体三极管及其模型 =0 =0的特性曲线以下区域为截止区。此时三极管的集电结处的特性曲线以下区域为截止区。此时三极管的集电结处于反偏，发射结电压于反偏发射结电压 0 0，发射结也反偏。，发射结也反偏。2)2)饱和区饱和区 指曲线上升和弯曲处的阴影部分。此时指曲线上升和弯曲处的阴影部分。此时 ，集电极，集电极处于正偏状态，因此影响了集电极收集载流子的能力，即使处于正偏状态，因此影响了集电极收集载流子的能力，即使 增大，增大，也不会变化，也不会变化，不再受不再受 控制，三极管处于饱控制，三极管处于饱和导通状态。和导通状态。3)3)放大区放大区 指曲线族的平直部分，此时指曲线族的平直部分，此时 0 0，1V1V。三极管工作在。三极管工作在放大区的特点是：放大区的特点是：只受只受 的控制，与的控制，与 无关，呈现恒无关，呈现恒流特性。流特性。上一页返回下一页第13页/共109页5.2 5.2 半导体三极管及其模型半导体三极管及其模型 4 4三极管的主要参数三极管的主要参数 主要参数是设计三极管电路和选用三极管的依据，也是表征三主要参数是设计三极管电路和选用三极管的依据，也是表征三极管性能的主要指标。主要参数有以下几个：极管性能的主要指标。主要参数有以下几个：（1)1)电流放大系数电流放大系数 电流放大系数的概念前已阐述。工程实际使用中，要注意由于电流放大系数的概念前已阐述。工程实际使用中，要注意由于三极管制造工艺的限制，半导体器件有较大的分散性，同一种三极管制造工艺的限制，半导体器件有较大的分散性，同一种型号三极管的电流放大系数型号三极管的电流放大系数也有很大的差别。常用的小功率也有很大的差别。常用的小功率三极管，三极管，值在值在4040150150。在选择三极管时，如果值。在选择三极管时，如果值太小，电太小，电流放大能力差；流放大能力差；值太大，对温度的稳定性又太差。通常小功值太大，对温度的稳定性又太差。通常小功率三极管以率三极管以=20=20100100为宜。为宜。（2)2)极间反向饱和电流极间反向饱和电流I ICBOCBO和和I ICEOCEO 集基反向饱和电流集基反向饱和电流I ICBOCBO是指发射极开路，集电结加反向电压时，是指发射极开路，集电结加反向电压时，流过集电结的反向饱和电流。穿透电流流过集电结的反向饱和电流。穿透电流I ICEOCEO是指基极开路，集是指基极开路，集电极与发射极之间的反向电流。两者的关系为：电极与发射极之间的反向电流。两者的关系为：I ICEO=CEO=上一页返回下一页第14页/共109页5.2 5.2 半导体三极管及其模型半导体三极管及其模型 （1+1+）I ICBOCBO。穿透电流。穿透电流I ICEOCEO也是衡量管子质量的一个指标。当也是衡量管子质量的一个指标。当管子的穿透电流逐渐增大时，意味着管子已临近使用期限，必管子的穿透电流逐渐增大时，意味着管子已临近使用期限，必须更换。须更换。（3)3)极限参数极限参数 1)1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICMCM 当三极管的集电极电流超过一定值时，三极管的电流放大系数当三极管的集电极电流超过一定值时，三极管的电流放大系数值下降。值下降。I ICMCM表示表示值下降到正常值值下降到正常值2/32/3时的集电极电流。为时的集电极电流。为了使三极管在放大电路中能正常工作，了使三极管在放大电路中能正常工作，i iC C不应超过不应超过I ICMCM。2)2)集电极最大耗散功率集电极最大耗散功率P PCMCM 集电极最大耗散功率是指三极管正常工作时最大允许消耗的功集电极最大耗散功率是指三极管正常工作时最大允许消耗的功率。三极管消耗的功率率。三极管消耗的功率P PCM=CM=U UCECEI IC C转化为热能损耗于管内，并主转化为热能损耗于管内，并主要表现为温度升高。所以，当三极管消耗的功率超过要表现为温度升高。所以，当三极管消耗的功率超过P PCMCM值时，值时，其发热量将使管子性能变差，甚至烧坏管子。因此，在使用三其发热量将使管子性能变差，甚至烧坏管子。因此，在使用三极管时，必须小于极管时，必须小于P PCMCM才能保证管子正常工作。才能保证管子正常工作。3)3)反向击穿电压反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 反向击穿电压反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO是指基极开路时，加于集电极与发射极是指基极开路时，加于集电极与发射极之间的最大反向电压。当温度上升时，击穿电压之间的最大反向电压。当温度上升时，击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO要要上一页返回下一页第15页/共109页5.2 5.2 半导体三极管及其模型半导体三极管及其模型 下降，在实际使用中，必须满足下降，在实际使用中，必须满足u uCECECCU UBEQBEQ时，时，I IBQBQV VCC/RbCC/Rb。根据三极管的电流放大特性，得集电极静态电流根据三极管的电流放大特性，得集电极静态电流I ICQCQ：(5-13)(5-13)再根据集电极回路可求出集电极再根据集电极回路可求出集电极-发射极之间的电压发射极之间的电压U UCEQCEQ ：(5-14)(5-14)注意：实际工作中如果注意：实际工作中如果U UCEQCEQ 的值小于的值小于1V1V，三极管工作在饱和区，三极管工作在饱和区，I ICQCQIIBQBQ，此时三极管的集电极电流，此时三极管的集电极电流I ICQCQ称为饱和电流，用称为饱和电流，用I ICSCS表表示，三极管集电极示，三极管集电极-发射极之间的电压为饱和压降，用发射极之间的电压为饱和压降，用U UCESCES表示，则表示，则 (5-15)(5-15)上一页返回下一页第25页/共109页5.3 5.3 放大电路的基本知识放大电路的基本知识 当三极管处于临界饱和状态时，仍然满足当三极管处于临界饱和状态时，仍然满足I IC=C=IIB B，此时的基极电流，此时的基极电流称为基极临界饱和电流，用称为基极临界饱和电流，用I IBSBS表示，则表示，则 (5-16)(5-16)在判断三极管的工作状态时，如果在判断三极管的工作状态时，如果I IBQBQI IBSBS，认为三极管处于饱和状，认为三极管处于饱和状态。态。图图5-145-14所示的基本共射极放大电路具有电路简单的优点，其基极电所示的基本共射极放大电路具有电路简单的优点，其基极电流流I IBQ=(BQ=(V VCC-CC-U UBEQ)/BEQ)/R Rb b是固定的，所以也称此电路为固定偏置式电路。是固定的，所以也称此电路为固定偏置式电路。当更换三极管或环境温度变化引起三极管参数变化时，电路的静态当更换三极管或环境温度变化引起三极管参数变化时，电路的静态工作点会随之变化，甚至可能移到不合适的位置而导致放大电路无工作点会随之变化，甚至可能移到不合适的位置而导致放大电路无法正常工作，如法正常工作，如图图5-155-15（b)b)中的工作点，如果选的太低，即使输入中的工作点，如果选的太低，即使输入信号为正弦波，但在的负半周，由于三极管接近截止区，的负半周信号为正弦波，但在的负半周，由于三极管接近截止区，的负半周的波形将被削底而产生截止失真。若工作点选的过高，在的正半周，的波形将被削底而产生截止失真。若工作点选的过高，在的正半周，由于三极管接近饱和区，的正半周的波形将被削顶而产生饱和失真。由于三极管接近饱和区，的正半周的波形将被削顶而产生饱和失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。上一页返回下一页第26页/共109页5.3 5.3 放大电路的基本知识放大电路的基本知识 例例5-1 5-1 基本共射放大电路如基本共射放大电路如图图5-145-14所示，已知所示，已知V VCC=12VCC=12V，R Rb=300kb=300k，R Rc=3kc=3k，三极管的，三极管的=60=60。试估算放大电路的静态工作点。试估算放大电路的静态工作点Q Q（忽（忽略略U UBEQBEQ）。）。解：根据式解：根据式(5-12)(5-12)，(5-13)(5-13)，(5-14)(5-14)可得可得 2)2)动态工作情况动态工作情况 当放大电路中加入正弦交流信号当放大电路中加入正弦交流信号u ui i时，电路中各极的电压、电流产生时，电路中各极的电压、电流产生一组交流量。在交流输入信号一组交流量。在交流输入信号u ui i的作用下，只有交流电流所流过的的作用下，只有交流电流所流过的路径，称为交流通路。画交流通路时，放大电路中的耦合电容短路；路径，称为交流通路。画交流通路时，放大电路中的耦合电容短路；由于直流电源由于直流电源V VCCCC的内阻很小（理想电压源内阻近似为零），对交流的内阻很小（理想电压源内阻近似为零），对交流变化量几乎不起作用，所以直流电源对交流视为短路。变化量几乎不起作用，所以直流电源对交流视为短路。图图5-145-14所示所示基本共射放大电路的交流通路如基本共射放大电路的交流通路如图图5-165-16所示。所示。上一页返回下一页第27页/共109页5.3 5.3 放大电路的基本知识放大电路的基本知识 所谓动态，是指放大电路输入信号所谓动态，是指放大电路输入信号u ui i不为零时的工作状态。当放大不为零时的工作状态。当放大电路中加入正弦交流信号电路中加入正弦交流信号u ui i时，电路中各极的电压、电流都是在直时，电路中各极的电压、电流都是在直流量的基础上发生变化，即瞬时电压和瞬时电流都是由直流量和交流量的基础上发生变化，即瞬时电压和瞬时电流都是由直流量和交流量叠加而成的，其波形如流量叠加而成的，其波形如图图5-175-17所示。所示。在图在图5-145-14中，输入信号中，输入信号u ui i通过耦合电容通过耦合电容C C1 1传送到三极管的基极与发传送到三极管的基极与发射极之间，使得基极与发射极之间的电压为射极之间，使得基极与发射极之间的电压为 (5-17)(5-17)输入信号输入信号u ui i变化时，会引起变化时，会引起u uBEBE随之变化，相应的基极电流也在原来随之变化，相应的基极电流也在原来I IBQBQ的基础上叠加了因的基础上叠加了因u ui i变化产生的变化量变化产生的变化量i ib b。这时基极的总电流。这时，基极的总电流则为直流和交流的叠加，即则为直流和交流的叠加，即 (5-18)(5-18)经三极管放大后得集电极电流经三极管放大后得集电极电流 (5-19)(5-19)上一页返回下一页第28页/共109页5.3 5.3 放大电路的基本知识放大电路的基本知识 集电极集电极-发射极之间的电压发射极之间的电压 (5-20)(5-20)由式由式(5-20)(5-20)可以看出，电压可以看出，电压u uCECE由两部分组成，一部分为静态电压由两部分组成，一部分为静态电压U UCEQCEQ=V=VCC CC-I-ICQCQR Rc c，另一部分为交流动态电压，另一部分为交流动态电压u uce=-ce=-i ic cR Rc c ，其中，其中静态电压被耦合电容静态电压被耦合电容C C2 2隔断，交流电压经隔断，交流电压经C C2 2耦合到输出端，得耦合到输出端，得 u uo=o=u uce=-ce=-i ic cR Rc (5-21)c (5-21)式中式中“-”-”表示表示u uo o与与u ui i反相，即共射放大电路的输出与输入信号的相反相，即共射放大电路的输出与输入信号的相位相反。共射放大电路也称反相器或倒相器。位相反。共射放大电路也称反相器或倒相器。上一页返回第29页/共109页5.4 5.4 放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态 5.4.1 5.4.1 共射极放大器共射极放大器 1.1.电路基本组成及各元件作用电路基本组成及各元件作用 实用的共射放大电路如实用的共射放大电路如图图5-18(5-18(a a)所示，为了分析动态性能指标，所示，为了分析动态性能指标，首先画出放大电路的交流通路，如首先画出放大电路的交流通路，如图图5-18(5-18(b b)所示。然后将电路中所示。然后将电路中的非线性元件的非线性元件-三极管用微变等效模型代换，得到三极管用微变等效模型代换，得到图图5-18(5-18(c c)所所示的放大电路的微变等效电路。示的放大电路的微变等效电路。1)1)电压放大倍数（有载），由电压放大倍数（有载），由图图5-18(5-18(c c)可得可得 (5-22)(5-22)(5-23)(5-23)(5-24)(5-24)得得 (5-25)(5-25)式中式中“-”-”表示输入信号与输出信号相位相反。表示输入信号与输出信号相位相反。返回下一页第30页/共109页5.4 5.4 放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态 2)2)输入电阻输入电阻r ri i (5-26)(5-26)当当R Rbbr rbebe时，时，(5-27)(5-27)3)3)输出电阻输出电阻r ro o 在在图图5-18(5-18(c c)中，根据戴维南定理等效电阻的计算方法，将信号中，根据戴维南定理等效电阻的计算方法，将信号源源u us=0s=0，则，则i ib=0b=0，iib=0b=0，可得输出电阻，可得输出电阻 (5-28)(5-28)5.4.2 5.4.2 共集电极放大电路共集电极放大电路 1.1.电路基本组成及各元件作用电路基本组成及各元件作用 电路如电路如图图5-19(5-19(a a)所示，所示，图图5-19(5-19(b b)、(c c)分别是它的直流通路和分别是它的直流通路和交流通路。由交流通路可以看到，信号从基极输入、发射极输出，交流通路。由交流通路可以看到，信号从基极输入、发射极输出，集电极是交流接地，是输入回路和输出回路的公共端，故该集电极是交流接地，是输入回路和输出回路的公共端，故该上一页返回下一页第31页/共109页5.4 5.4 放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态 电路称为共集电极电路。由于共集电极电路的输出信号取自发射电路称为共集电极电路。由于共集电极电路的输出信号取自发射极，故该电路又称为射极输出器。极，故该电路又称为射极输出器。2.2.静态分析静态分析 1)1)共集电极放大电路的直流通路如图共集电极放大电路的直流通路如图5-19(5-19(b b)所示。所示。2)2)静态工作点的估算静态工作点的估算 (5-29)(5-29)(5-30)(5-30)(5-31)(5-31)3.3.动态分析动态分析 共集电极放大电路的交流通路如共集电极放大电路的交流通路如图图5-19(5-19(c c)所示，微变等效电路如所示，微变等效电路如图图5-19(5-19(d d)所示。所示。1)1)电压放大倍数电压放大倍数AuAu的估算的估算 (5-32)(5-32)（其中（其中 ）上一页返回下一页第32页/共109页5.4 5.4 放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态 (5-33)(5-33)则则 (5-34)(5-34)由于由于(1+(1+)R RLLr rbebe，所以，所以AuAu11，但略小于，但略小于1 1。AuAu为正值，为正值，所以所以u uo o与与u ui i同相。由此说明同相。由此说明u uoou ui i，即输出信号的变化跟随，即输出信号的变化跟随输入信号的变化，故该电路又称为射极跟随器。输入信号的变化，故该电路又称为射极跟随器。2)2)输入电阻输入电阻r ri i的估算。由的估算。由图图5-19(5-19(d d)可得可得 （5-5-3535）则则 （5-5-3636）R RLL上流过的电流是上流过的电流是i ib b的的(1+(1+)倍，为了保证等效前后的电倍，为了保证等效前后的电压不变，故把压不变，故把R RLL折算到基极回路时应扩大折算到基极回路时应扩大(1+(1+)倍。由式倍。由式（5-365-36）可见，共集电极电路的输入电阻比共发射极放大）可见，共集电极电路的输入电阻比共发射极放大上一页返回下一页第33页/共109页5.4 5.4 放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态 电路的输入电阻大得多，对信号源影响程度小，这是射极输出器的电路的输入电阻大得多，对信号源影响程度小，这是射极输出器的特点之一。特点之一。3)3)输出电阻输出电阻r ro o的估算的估算图图5-20 5-20 求求r ro o的微变等效电路的微变等效电路 根据放大电路输出电阻的定义，在根据放大电路输出电阻的定义，在图图5-19(5-19(d d)中，令中，令u us=0s=0，并去掉，并去掉负载负载R RL L，在输出端外加一测试电压，在输出端外加一测试电压u uP P，可得如，可得如图图5-205-20所示的微变等所示的微变等效电路。效电路。由图可得由图可得 (5-37)(5-37)由式由式(5-37)(5-37)可知，基极回路的总电阻可知，基极回路的总电阻r rbe+be+r rs/s/R Rb b折算到发射极回路，折算到发射极回路，需除以需除以(1+(1+)。射极输出器的输出电阻由较大的。射极输出器的输出电阻由较大的R Re e和很小的和很小的r roo并并联，因而联，因而r ro o很小，射极输出器带负载能力比较强。很小，射极输出器带负载能力比较强。上一页返回下一页第34页/共109页5.4 5.4 放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态 综上所述，射极输出器是一个具有高输入电阻、低输出电阻、电综上所述，射极输出器是一个具有高输入电阻、低输出电阻、电压放大倍数近似为压放大倍数近似为1 1的放大电路。射极输出器在多级放大电路中常的放大电路。射极输出器在多级放大电路中常用作输入级，提高电路的带负载能力，也可作为缓冲级，用来隔用作输入级，提高电路的带负载能力，也可作为缓冲级，用来隔离前后两级电路的相互影响。离前后两级电路的相互影响。例例5-3 5-3 放大电路如放大电路如图图5-19(5-19(a a)所示，已知所示，已知R Rb=240kb=240k，R Re=5.6ke=5.6k，R RL=5.6kL=5.6k，V VCC=10VCC=10V，r rs=10ks=10k，硅三极管的，硅三极管的=40=40，U UBE=0.