電工學(下冊第七版)電子技術模擬部分.ppt

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1、下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 電 子 技 術 基 礎 模擬部分 1419章 數字部分 2023章 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 1 緒 論 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 信號： 信息的載體，隨時間變化的某種物理量。 電 子 信 號 對于信號我們并不陌生，如剛才鈴聲 聲信號，表示該上課 了；十字路口紅綠燈 光信號，指揮交通；電視機天線接收 的聲音，圖像信息 電信號； 信號 按物理屬性分為：電信號和非電信號。它們可以相互轉 換。電信號容易產生，便于控制，易于處理。本課程僅討論電 信號 簡稱“信號”。 電信號的基本形式 ：隨時間變化的電壓或電流。

2、 描述信號的常用方法： （ 1）表示為時間的函數 （ 2）信號的圖形表示 --波形 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 t V 信號的波形： 電 子 信 號 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 v(t)=Vmsin(t+) / T=2/ =1/f Vm 2/ t V 信號的數學表達式： 電 子 信 號 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 信號的頻譜： 信號幅值隨頻率變化的分布。 方波波形 t V 方波頻譜 V f f0 3f0 5f0 電 子 信 號 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 信號幅度 0 t 信號的頻譜： 信號幅值隨頻率變化的分布。 電

3、子 信 號 方波波形 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 信號按時間和幅度是否連續(xù)分為： 模擬信號：時間和數值都連續(xù) 數字信號：時間和數值不一定連續(xù) t V 電 子 信 號 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 信號按時間和幅度是否連續(xù)分為： 模擬信號：時間和數值都連續(xù) 數字信號：時間和數值不一定連續(xù) t V 電 子 信 號 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.3 二極管 14.4 穩(wěn)壓二極管 14.5 雙極型晶體管 14.2 PN結及其單向導電性 14.1 半導體的導電特性 14.6 光電器件 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 本章

4、要求： 1. 理解 PN結的單向導電性，三極管的電流分配和 電流放大作用； 2. 了解二極管、穩(wěn)壓管和三極管的基本構造、工 作原理和特性曲線，理解主要參數的意義； 3. 會分析含有二極管的電路。 第 14章 半導體器件 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 學會用工程觀點分析問題，就是根據實際情況， 對器件的數學模型和電路的工作條件進行合理的近 似，以便用簡便的分析方法獲得具有實際意義的結 果。 對電路進行分析計算時，只要能滿足技術指標， 就不要過分追究精確的數值。 器件是非線性的、特性有分散性、 RC 的值有誤 差、工程上允許一定

5、的誤差、采用合理估算的方法。 對于元器件，重點放在特性、參數、技術指標和 正確使用方法，不要過分追究其內部機理。討論器 件的目的在于應用。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.1 半導體的導電特性 半導體的導電特性： (可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻 )。 摻雜性 ： 往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電 能力明顯改變 (可做成各種不同用途的半導 體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。 光敏性： 當受到光照時，導電能力明顯變化 (可做 成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極 管、光敏三極管等 )。 熱敏性： 當環(huán)境溫度升高時，導電能

6、力顯著增強 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.1.1 本征半導體 完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征 半導體。 晶體中原子的排列方式 硅單晶中的共價健結構 共價健 共價鍵中的兩個電子，稱為 價電子 。 Si Si Si Si 價電子 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 Si Si Si Si 價電子 價電子在獲得一定能量 （溫度升高或受光照）后， 即可掙脫原子核的束縛，成 為 自由電子 （帶負電），同 時共價鍵中留下一個空位， 稱為 空穴 （帶正電） 。 本征半導體的導電機理 這一現象稱為本征激發(fā)。 空穴 溫度愈高，晶體中產 生的自

7、由電子便愈多。 自由電子 在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的 價電子 來填補，而在該原子中出現一個空穴，其結果相當 于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出 現兩部分電流 (1)自由電子作定向運動 電子電流 (2)價電子遞補空穴 空穴電流 注意： (1) 本征半導體中載流子數目極少 , 其導電性能很差， 在半導體中，同時存在電子導電和空穴導電，這是與 金屬導電的本質區(qū)別； (2) 溫度愈高， 載流子的數目愈多 ,半導體的導電性 能也就愈好。 所以，溫度對半導體器件性能影響很大。

8、 自由電子和 空穴都稱為載流子。 * 自由電子和 空穴成對地產生的同時，又不斷 復合 。 在一定溫度下，載流子的產生和復合達到動態(tài)平衡， 半導體中載流子便維持一定的數目。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.1.2 N型半導體和 P 型半導體 摻雜后自由電子數目 大量增加，自由電子導電 成為這種半導體的主要導 電方式，稱為電子半導體 或 N型半導體。 摻入五價元素 Si Si Si Si p+ 多 余 電 子 磷原子 在常溫下即可 變?yōu)樽杂呻娮? 失去一個 電子變?yōu)?正離子 在本征半導體中摻入微量的雜質（某種元素） , 形成雜質半導體。 在 N

9、型半導體 中 自由電子 是多數載流子，空穴是少數 載流子。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.1.2 N型半導體和 P 型半導體 摻雜后空穴數目大量 增加，空穴導電成為這 種半導體的主要導電方 式，稱為空穴半導體或 P型半導體。 摻入三價元素 Si Si Si Si 在 P 型半導體 中 空穴是多 數載流子，自由電子是少數 載流子。 B 硼原子 接受一個 電子變?yōu)?負離子 空穴 無論 N型或 P型半導體都是中性的，對外不顯電性。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 1. 在雜質半導體中多子的數量與 （ a. 摻雜濃度、 b.溫度）有

10、關。 2. 在雜質半導體中少子的數量與 （ a. 摻雜濃度、 b.溫度）有關。 3. 當溫度升高時，少子的數量 （ a. 減少、 b. 不變、 c. 增多）。 a b c 4. 在外加電壓的作用下， P 型半導體中的電流 主要是 ， N 型半導體中的電流主要是 。 （ a. 電子電流、 b.空穴電流） b a 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.2 PN結及單向導電特性 14.2.1 PN結的形成 多子的擴散運動 內電場 少子的漂移運動 濃度差 P 型半導體 N 型半導體 內電場越強，漂移

11、運 動越強，而漂移使空間 電荷區(qū)變薄。 擴散的結果使 空間電荷區(qū)變寬。 空間電荷區(qū)也稱 PN 結 擴散和漂移 這一對相反的 運動最終達到 動態(tài)平衡，空 間電荷區(qū)的厚 度固定不變。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 形成空間電荷區(qū) 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.2.2 PN結的單向導電性 1. PN 結加正向電壓 （正向偏置） PN 結變窄 P接正、 N接負 外電場 IF 內電場被 削弱，多子

12、 的擴散加強， 形成較大的 擴散電流。 PN 結加正向電壓 時， PN結變窄，正向電流較 大，正向電阻較小， PN結處于導通狀態(tài)。 內電場 P N + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 2. PN 結加反向電壓 （反向偏置） 外電場 P接負、 N接正 內電場 P N + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 下一頁 返回

13、上一頁 退出 章目錄 PN 結變寬 2. PN 結加反向電壓 （反向偏置） 外電場 內電場被加 強，少子的漂 移加強，由于 少子數量很少， 形成很小的反 向電流。 IR P接負、 N接正 溫度越高少子的數目越多，反向電流將隨溫度增加。 + PN 結加反向電壓 時， PN結變寬，反向電流較小， 反向電阻較大， PN結處于截止狀態(tài)。 內電場 P N + + + + + + + + + + + + + + + + + + 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.3 二極管 14.3.1 基本結構

14、 (a) 點接觸型 (b)面接觸型 結面積小、 結電容小、正 向電流小。用 于檢波和變頻 等高頻電路。 結面積大、 正向電流大、 結電容大，用 于工頻大電流 整流電路。 (c) 平面型 用于集成電路制作工藝中。 PN結結面積可大可 小，用于高頻整流和開關電路中。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 陰極引線 陽極引線 二氧化硅保護層 P 型硅 N 型硅 ( c ) 平面型 金屬觸絲 陽極引線 N 型鍺片 陰極引線 外殼 ( a ) 點接觸型 鋁合金小球 N 型硅 陽極引線 PN 結 金銻合金 底座 陰極引線 ( b ) 面接觸型

15、 圖 1 12 半導體二極管的結構和符號 14.3 二極管 二極管的結構示意圖 陰極 陽極 ( d ) 符號 D 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 常見的二極管 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 我國半導體器件型號命名方法 半導體器件的型號由五部分組成： 第一部分：用數字表示器件的電極數目 第二部分：用字母表示器件的材料和極性 第三部分：用字母表示器件的類型 第四部分：用數字表示器件的序號 第五部分：用字母表示規(guī)格號 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 二極管的型號 2AP7的含義： N型鍺材料普通二極管 半導體器件的型號命名： 2 A P 7

16、下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 2CW56A的含義： N型硅材料穩(wěn)壓二極管 二極管的型號 半導體器件的型號命名： 2 C W 56 A 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.3.2 伏安特性 硅管 0.5V 鍺管 0.1V 反向擊穿 電壓 U(BR) 導通壓降 外加電壓大于死區(qū) 電壓二極管才能導通。 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿， 失去單向導電性。 正向特性 反向特性 特點：非線性 硅 0.60.8V 鍺 0.20.3V U I 死區(qū)電壓 P N + P N + 反向電流 在一定電壓 范圍內保持 常數。 下一頁 返

17、回 上一頁 退出 章目錄 14.3.3 主要參數 1. 最大整流電流 IOM 二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向 平均電流。 2. 反向工作峰值電壓 URWM 是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓， 一般是二極管反向擊穿電壓 UBR的一半或三分之二。 二極管擊穿后單向導電性被破壞，甚至過熱而燒壞。 3. 反向峰值電流 IRM 指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反 向電流大，說明管子的單向導電性差， IRM受溫度的 影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小 ， 鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 二極管 的單向

18、導電性 1. 二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰 極接負 ）時， 二極管處于正向導通狀態(tài)，二極管正 向電阻較小，正向電流較大。 2. 二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負、陰 極接正 ）時， 二極管處于反向截止狀態(tài)，二極管反 向電阻較大，反向電流很小。 3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失 去單向導電性。 4.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反 向電流愈大。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 二極管電路分析舉例 定性分析： 判斷二極管的工作狀態(tài) 導通截止 否則，正向管壓降 硅 0.60.8V鍺 0.20.3V 分析方法： 將二極管斷開，分析

19、二極管兩端電位 的高低或所加電壓 UD的正負。 若 V陽 V陰 或 UD為正 ( 正向偏置 )，二極管導通 若 V陽 V陰 二極管導通 若忽略管壓降，二極管可看作短路， UAB = 6V 否則， UAB低于 6V一個管壓降，為 6.3或 6.7V 例 2： 取 B 點作參考點， 斷開二極管 ，分析二 極管陽極和陰極的電 位。 在這里，二極管起鉗位作用。 D 6V 12V 3k B A UAB + 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 兩個二極管的陰極接在一起 取 B 點作參考點， 斷開二極 管，分析二極管陽極和陰極 的電位。 V1陽 = 6 V， V2陽 =0 V，

20、 V1陰 = V2陰 = 12 V UD1 = 6V， UD2 =12V UD2 UD1 D2 優(yōu)先導通， D1截止。 若忽略管壓降，二極管可看作短路， UAB = 0 V 例 3: D1承受反向電壓為 6 V 流過 D2 的電流為 mA43122D I 求： UAB 在這里， D2 起 鉗位作用， D1起 隔離作用。 B D1 6V 12V 3k A D2 UAB + 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 ui 8V，二極管導通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二極管截止，可看作開路 uo = ui 已知： 二極管是理想的，試畫 出 u

21、o 波形。 V s i n18i tu 8V 例 4： 二極管的用途： 整流、檢波、 限幅、鉗位、開 關、元件保護、 溫度補償等。 ui t 18V 參考點 二極管陰極電位為 8 V D 8V R uo ui + + 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.4 穩(wěn)壓二極管 1. 符號 UZ IZ IZM UZ IZ 2. 伏安特性 穩(wěn)壓管正常工作 時加反向電壓 使用時要加限流電阻 穩(wěn)壓管反向擊穿 后，電流變化很大， 但其兩端電壓變化 很小，利用此特性， 穩(wěn)壓管在電路中可 起穩(wěn)壓作用。 _ + U I O

22、下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 3. 主要參數 (1) 穩(wěn)定電壓 UZ 穩(wěn)壓管正常工作 (反向擊穿 )時管子兩端的電壓。 (2) 電壓溫度系數 環(huán)境溫度每變化 1C引起 穩(wěn)壓值變化的 百分數 。 (3) 動態(tài)電阻 Z Z Z I Ur (4) 穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流 IZM (5) 最大允許耗散功率 PZM = UZ IZM rZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。 P15例題 14.4.1 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.5 雙極型晶體管（半導體三極管） 14.5.1 基本結構 晶體管的結構 (a)平面型； (b)合金型

23、B E P型硅 N型硅 二氧化碳保護膜 銦球 N型鍺 N型硅 C B E C P P 銦球 (a) (b) 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 晶體管的三位發(fā)明人：巴丁、肖克萊、布拉頓 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 1947年 12月 23日 第一個晶體管 NPN Ge晶體管 獲得 1956年 Nobel物理獎 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 半導體三極管圖片 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 晶體管的結構示意圖和表示符號 (a)NPN型晶體管； (a) N N C E B P C E T B IB IE IC (b) B E C P

24、 P N E T C B IB IE IC (b)PNP型晶體管 C E 發(fā)射區(qū) 集電區(qū) 基區(qū) 集電結 發(fā)射結 N N P 基極 發(fā)射極 集電極 B C E 發(fā)射區(qū) 集電區(qū) 基區(qū) P 發(fā)射結 P 集電結 N 集電極 發(fā)射極 基極 B 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 基區(qū)：最薄， 摻雜濃度最低 發(fā)射區(qū)：摻 雜濃度最高 發(fā)射結 集電結 B E C N N P 基極 發(fā)射極 集電極 結構特點： 集電區(qū)： 面積最大 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14. 5. 2 電流分配和放大原理 1. 三極管放大的外部條件 B E C N N P 發(fā)射結正

25、偏、集電結反偏 PNP 發(fā)射結正偏 VB

26、 IB(mA) IC(mA) IE(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95 0, UBC UBE。 Q2 Q1 大 放 區(qū) 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 IC/mA UCE/V 100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 12 4 2.3 1.5 3 2 1 IB =0 (2) 截止區(qū) 對 NPN型硅管 ， 當 UBE<0.5V時 , 即已 開始截止 , 為使晶體 管可靠截止 , 常使 UBE 0。 截止時 ,

27、集 電結也處于反向偏 置 (UBC< 0),此時 , IC 0, UCE UCC 。 IB = 0 的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。 IB = 0 時 , IC = ICEO(很小 )。 (ICEO<0.001mA) 截止區(qū) 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 IC/mA UCE/V 100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 12 4 2.3 1.5 3 2 1 IB =0 (3) 飽和區(qū) 在飽和區(qū)， IB IC， 發(fā)射結處于正向偏置， 集電結也處于正 偏。 深度飽和時， 硅管 UCES 0.3V，

28、 鍺管 UCES 0.1V。 IC UCC/RC 。 當 UCE 0)， 晶體管工作于飽和狀態(tài)。 飽 和 區(qū) 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 晶體管三種工作狀態(tài)的電壓和電流 (a)放大 + UBE 0 IC IB + UCE UBC < 0 + (b)截止 IC 0 IB = 0 + UCE UCC UBC 0 IB + UCE 0 UBC 0 + C CCC RUI 當晶

29、體管飽和時 ， UCE 0， 發(fā)射極與集電極之 間如同一個開關的接通 ， 其間電阻很??；當晶體管 截止時 ， IC 0 ， 發(fā)射極與集電極之間如同一個開關 的斷開 ， 其間電阻很大 ， 可見 ， 晶體管除了有放大 作用外 ， 還有開關作用 。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 0 0.1 0.5 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.3 0.1 0.7 0.3 硅管 (NPN) 鍺管 (PNP) 可靠截止 開始截止 UBE/V U BE/V UCE/V UBE/V 截 止 放大 飽和

30、 工 作 狀 態(tài) 管 型 晶體管結電壓的典型值 14.5.4 主要參數 表示晶體管特性的數據稱為晶體管的參數，晶 體管的參數也是設計電路、選用晶體管的依據。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當 USB = -2V， 2V， 5V時， 晶體管的靜態(tài)工作點 Q位 于哪個區(qū)？ 當 USB =-2V時： IC UCE IB USC RB USB C B E RC UBE mA2612m a x C SC C R UI IB=0 ， IC=0 IC最大飽和電流：

31、 Q位于截止區(qū) 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當 USB = -2V， 2V， 5V時， 晶體管的靜態(tài)工作點 Q位 于哪個區(qū)？ IC E1 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 14.6.2 光電晶體管 光電晶體管用入射光照度 E的強弱來控制集電極 電流。 當無光照時 , 集電極電流 ICEO很小 , 稱為暗 電流。當有光照時 , 集電極電流稱為光電流。一般 約為零點幾毫安到幾毫安。 常用的光電晶體管有 3AU, 3DU等系列。 (b) 輸出特性曲線 (a) 符號 E=0 E1 E

32、3 E4 iC uCE O E2 ICEO PCM C E 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 第 15章 基本放大電路 15.1 共發(fā)射極放大電路的組成 15.2 放大電路的靜態(tài)分析 15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 15.6 射極輸出器 15.9 互補對稱功率放大電路 15.10 場效應管及其放大電路 15.3 放大電路的動態(tài)分析 15.5 放大電路中的頻率特性 15.8 差動放大電路 15.7 多級放大電路及其級間耦合方式 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 本章要求： 1. 理解單管交流放大電路的放大作用和共發(fā)射極、 共集電極放大電路的性能特點； 2.

33、掌握靜態(tài)工作點的估算方法和放大電路的微變等 效電路分析法； 3. 理解放大電路輸入、輸出電阻，理解多級放大的 概念，了解放大電路的頻率特性、理解互補功率放 大電路的工作原理； 4. 理解差動放大電路的工作原理和性能特點； 5. 了解場效應管的電流放大作用、主要參數的意義。 第 15章 基本放大電路 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 放大的概念 : 放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。 放大的實質 : 用小能量的信號通過三極管的電流控制作用，將放 大電路中直流電源的能量轉化成交流能量輸出。 對放大電路的基本要求 ： 1. 要有

34、足夠的放大倍數 (電壓、電流、功率 )。 2. 盡可能小的波形失真。 另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術 指標。 本章主要討論電壓放大電路，同時介紹功率放大 電路。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 15.1 基本放大電路的組成 15.1.1 共發(fā)射極基本放大電路組成 共發(fā)射極基本電路 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 15.1 基本放大電路的組成 15.1.2 基本放大電路各元件作用 晶

35、體管 T--放大元 件 , iC= iB。要保 證集電結反偏 ,發(fā) 射結正偏 ,使晶體 管工作在放大區(qū) 。 基極電源 EB與基極 電阻 RB--使發(fā)射結 處于正偏，并提供 大小適當的基極電 流。 共發(fā)射極基本電路 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 15.1 基本放大電路的組成 15.1.2 基本放大電路各元件作用 集電極電源 EC --為 電路提供能量。并 保證集電結反偏。 集電極電阻 RC--將 變化

36、的電流轉變?yōu)?變化的電壓。 耦合電容 C1 、 C2 --隔離輸入、輸出 與放大電路直流的 聯(lián)系，同時使信號 順利輸入、輸出。 信 號 源 共發(fā)射極基本電路 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 負載 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 信號源的兩種形式 VS RS IS RS 電壓源： 電流源： 理想電壓源與 內阻相串聯(lián)。 理想電流源與 內阻相并聯(lián)。 戴 維 寧 諾 頓 S S S R VI 轉換 下一頁 返回 上一頁 退出 章目

37、錄 IB 大寫字母、大寫下標，表示 直流分量 。 iB 小寫字母、大寫下標，表示總量（ 瞬時值 ）。 ib 小寫字母、小寫下標，表示 交流分量 。 符號規(guī)定 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 iB t 直流分量 IB 交 流分量 ib 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 iB t 瞬時值 iB 0 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 15.1 基本放大電路的組成 單電源供電時常用的畫法 共發(fā)射極基本電路 +UCC RS es RB RC C1 C2 T + + + RL ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE EC RS e

38、s RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 15.1.3 共射放大電路的電壓放大作用 UBE IB IC UCE 無輸入信號 (ui = 0)時 uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE uBE t O iB t O iC t O uCE t O +UCC RB RC C1 C2 T + + ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 IC UCE O IB UBE O 結論

39、： (1) 無輸入信號電壓時，三極管各電極都是恒定的 電壓和電流 :IB、 UBE和 IC、 UCE 。 (IB、 UBE) 和 (IC、 UCE)分別對應于輸入、輸出特 性曲線上的一個點，稱為靜態(tài)工作點。 Q IB UBE Q UCE IC 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 UBE IB 無輸入信號 (ui = 0)時 : uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE ？ 有輸入信號 時 uCE = UCC iC RC uo 0 uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo IC 15.1.3. 共射放大電路的電壓放大作用 ui + +U

40、CC RB RC C1 C2 T + + uo + + + uBE uCE iC i B iE uBE t O iB t O iC t O uCE t O ui t O U CE uo t O 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 Rb Rc C1 C2 ui iB uCE uo iC +VCC 放 大 電 路 各 點 的 波 形 + + 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 結論： (2) 加上輸入信號電壓后，各電極電流和電壓的大 小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎上疊加了 一個交流量，但方向始終不變。 + 集電極電流 直流分量 交流分量 動態(tài)分析 iC t O

41、iC t IC O iC t ic O 靜態(tài)分析 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 結論： (3) 若參數選取得當，輸出電壓可比輸入電壓大， 即電路具有電壓放大作用。 (4) 輸出電壓與輸入電壓在相位上相差 180 ， 即共發(fā)射極電路具有反相作用。 ui t O uo t O 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 1. 實現放大的條件 (1) 晶體管必須工作在放大區(qū)。發(fā)射結正偏，集 電結反偏。 (2) 正確設置靜態(tài)工作點，使晶體管工作于放大區(qū)。 (3) 輸入回路將變化的電壓轉化成變化的基極電流。 (4) 輸出回路將變化的集電極電流轉化成變化的 集電極電壓

42、，經電容耦合只輸出交流信號。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 2. 直、流通路和交流通路 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： 無信號時電流（直流電流）的通路， 用來計算靜態(tài)工作點。 交流通路： 有信號時交流分量（變化量）的通路， 用來計算電壓放大倍數、輸入電阻、 輸出電阻等動態(tài)參數。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 +UCC RS es RB RC C1 C2 T + + + RL

43、 ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 例： 畫出下圖放大電路的直流通路 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 +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB IE 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 RB RC ui uO RL RS es + + + 對交流信號 (有輸入信號 ui時的交流分量 ) XC 0， C 可看作 短路。忽略電源的 內阻，電源的端電 壓恒定，直流電源 對交流可看作短路。 交流通路 用來計算

44、電壓 放大倍數、輸入 電阻、輸出電阻 等動態(tài)參 數。？？？ +UCC RS es RB RC C1 C2 T + + + RL ui + uo + + + uBE uCE iC i B iE 短路 短路 對地短路 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 微弱信號 放大電路的表示方法 放大電路 RL Ii Vi VS RS IO VO 信號源 負載 數伏量級 數百毫伏量級 放大： 放大的兩個要求：信號增強、波形不失真 放大電路模型 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 1. 輸入電阻： Ri=Vi/Ii

45、 Ri的大小決定放大電 路從信號源吸取信號 幅值的大小 R s + V s V i + R i I i 放 大 電 路 + V T R i I T 放 大 電 路 T T i I V R 放大電路的主要性能指標 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 2. 輸出電阻： Ro=Vo/Io Ro的大小決定放大電路帶負載的能力 帶負載能力：放大電路輸出量隨負載變化的程度。 LRVI VR ，0 T T o s R s 放大電路 I T + V T R o + V s =0 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄

46、 四種增益： AV、 AI 功 率： P=UI =U2/ R = I2/ R 功率增益 =10 lg|AP| dB 3. 增益： 反映放大電路在輸入信號控制下 ， 將供 電電源能量轉換為輸出信號能量的能力 。 用分貝表示的電壓增益和電流增益： 電壓增益 =20 lg|AV| dB 電流增益 =20 lg|AI| dB 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 15.2 放大電路的靜態(tài)分析 靜態(tài)： 放大電路無信號輸入（ ui = 0）時的工作狀態(tài)。 分析方法： 估算法、圖解法。 分析對象： 各極電壓電流的直流分量。 所用電路： 放大電路的直流通路。 設置

47、 Q點的目的： (1) 使放大電路的放大信號不失真； (2) 使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，靜態(tài)是 動態(tài)的基礎。 靜態(tài)工作點 Q： IB、 IC、 UCE 。 靜態(tài)分析： 確定放大電路的靜態(tài)值。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 15.2.1 用估算法確定靜態(tài)值 1. 直流通路估算 IB B BECC B R UUI 所以 B CC B R UI 根據電流放大作用 C E OBC III BB II 2. 由直流通路估算 UCE、 IC 當 UBE<< UCC時， 由 KVL: UCC = IB RB+ UBE 由 KVL: UCC = IC RC+ UCE

48、 所以 UCE = UCC IC RC +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 例 1： 用估算法計算靜態(tài)工作點。 已知： UCC=12V， RC=4k， RB=300k， =37.5。 解： 注意： 電路中 IB 和 IC 的數量級不同 mAmA B CC B 0403 00 12 . R UI mAmABC 51040537 ... II VV CCCCCE 645112 . RIUU +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 例

49、 2： 用估算法計算圖示電路的靜態(tài)工作點。 )( ECCCC EECCCCCE RRIU RIRIUU EB BECC B ) 1( RR UUI BC II EEBEBBCC RIURIU EBBEBB ) 1( RIURI 由例 1、例 2可知，當電路不同時，計算 靜態(tài) 值的公式也不同。 由 KVL可得出 由 KVL可得： IE +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 15.2.2 用圖解法確定靜態(tài)值 用作圖的方法確定靜態(tài)值 步驟： 1. 用估算法確定 IB 優(yōu)點： 能直觀地分析和

50、了解靜 態(tài)值的變化對放大電路 的影響。 2. 由輸出特性確定 IC 和 UCC 常數 B)( CEC IUfI UCE = UCC ICRC 直流負載線方程 +UCC RB RC T + + UBE UCE IC IB 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 UCE /V IC/mA O 15.2.2 用圖解法確定靜態(tài)值 B BECC B R UUI C t an R1 直流負載線斜率 ICQ UCEQ C CC R U UCC 常數 B)( CEC IUfI UCE =UCCICRC 直流負載線 Q 由 IB確定的那 條輸出特性與 直流負載線的 交點就是 Q點

51、 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 15.3 放大電路的動態(tài)分析 動態(tài)： 放大電路有信號輸入（ ui 0）時的工作狀態(tài)。 分析方法： 微變等效電路法，圖解法。 所用電路： 放大電路的交流通路。 動態(tài)分析 : 計算電壓放大倍數 Au、輸入電阻 ri、輸出電阻 ro 等。 分析對象： 各極電壓和電流的交流分量。 目的： 找出 Au、 ri、 ro與電路參數的關系，為設計 打基礎。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 15.3.1 微變等效電路法 微變等效電路： 把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一 個線性電路。即把非線性的晶

52、體管線性化，等效為 一個線性元件。 線性化的條件： 晶體管在小信號（微變量）情況下工作。因此， 在靜態(tài)工作點附近小范圍內的特性曲線可用直線近 似代替。 微變等效電路法： 利用放大電路的微變等效電路分析計算放大電路 電壓放大倍數 Au、輸入電阻 ri、輸出電阻 ro等。 (小信號模型法） 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。 當信號很小時，在靜態(tài)工作點 附近的輸入特性在小范圍內可近 似線性化。 1. 晶體管的微變等效電路 UBE IB 對于小功率三極管： )mA( )mV(26)1()(200 E be Ir rbe一般

53、為幾百歐到幾千歐。 CE B BE be UI Ur 15.3.1 微變等效電路法 (1) 輸入回路 Q CE b be Ui u 輸入特性 晶體管的 輸入電阻 晶體管的輸入回路 (B、 E之間 ) 可用 rbe等效代替，即 由 rbe來確 定 ube和 ib之間的關系， rbe是一 個對交流信號而言的動態(tài)電阻 。 IB UBE O 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 (2) 輸出回路 CE B C U I I rce愈大，恒流特性愈好 因 rce阻值很高，一般忽 略不計。 晶體管的 輸出電阻 輸出特性 輸出特性在線性工作區(qū)是 一組近似等距的平

54、行直線。 CE b c U i i 晶體管的電 流放大系數 晶體管的輸出回路 (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之間的關系。 一般在 20 200之間，在手冊中常用 hfe表示。 B C CE ce II Ur B c ce I i u IC UCE Q O 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 ib ic ic B C E ib ib 晶體三極管 微變等效電路 ube + - uce + - ube + - uce + - 1. 晶體管的微變等效電路 rbe B E C 晶體管的 B、 E之間 可用 rb

55、e等效代替。 晶體管的 C、 E之間可用一 受控電流源 ic=ib等效代替。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 復習： 受控源 獨立電源： 指電壓源的電壓或電流源的電流不受 外電路的控制而獨立存在的電源。 受控源的特點： 當控制電壓或電流消失或等于零時， 受控源的電壓或電流也將為零。 受控電源： 指電壓源的電壓或電流源的電流受電路中 其它部分的電流或電壓控制的電源。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 U1 + _ U1 U2 I2 I1=0 (a)VCVS + - + - I1 (b)CCVS

56、 + _ U1=0 U2 I2 I1 + - + - 四種理想受控電源的模型 (c) VCCS gU1 U1 U2 I2 I1=0 + - + - (d) CCCS I1 U1=0 U2 I2 I1 + - + - 電 壓 控 制 電 壓 源 電 流 控 制 電 壓 源 電 壓 控 制 電 流 源 電 流 控 制 電 流 源 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 2. 放大電路的微變等效電路 將交流通路中的晶 體管用晶體管微變等 效電路代替即可得放 大電路的微變等效電 路。 ib ic eS rbe ib RB RC RL E B C ui + - uo + - +

57、 - RS ii 交流通路 微變等效電路 RB RC ui uO RL + + - - RS eS + - ib ic B C E ii 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 分析時假設輸入為 正弦交流，所以等效 電路中的電壓與電流 可用 相量 表示。 微變等效電路 2. 放大電路的微變等效電路 將交流通路中的晶 體管用晶體管微變等 效電路代替即可得放 大電路的微變等效電 路。 ib ic eS rbe ib RB RC RL E B C ui + - uo + - + - RS ii iU iI bI cI oU bI SE rbe RB RC RL E B C

58、+ - + - + - RS 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 )(s i nm tUu 設正弦量 : 相量 : 表示正弦量的復數稱相量 電壓的有效值相量 rrrjrbaA jes i nc o sj 相量表示 : 相量的模 =正弦量的有效值 相量輻角 =正弦量的初相角 UUeU j +j +1 A b a r 0 復習： 正弦量的相量表示 實質：用復數表示正弦量 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 電壓的幅值相量 (1)相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。 注意 : )(s i nm tIi ？ = (2)只有正弦量才能用相量表示， 非正弦量不能用相量

59、表示。 (3)只有 同頻率 的正弦量才能畫在同一相量圖上。 相量的模 =正弦量的最大值 相量輻角 =正弦量的初相角 UeUU mjmm 或： IeI mjm 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 3.電壓放大倍數的計算 bebi rIU Lco RIU be L r RA u LCL // RRR i o : U UA u 定義 當放大電路輸出端開路 (未接 RL)時 Lb RI 因 rbe與 IE有關，故放大倍數與靜 態(tài) IE有關。 （ P45例題 15.3.1略） 負載電阻愈小，放大倍數愈小。 be C r RA u 式中的負號表示

60、輸出電壓的相位 與輸入相反。 例 1： iU iI bI cI oU bI SE rbe RB RC RL E B C + - + - + - RS 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 3.電壓放大倍數的計算 Lco RIU LCL // RRR i o : U UA u 定義 Lb RI rbe RB RC RL E B C + - + - + - RS iU iI bI cI oU bI SE eI RE Eebebi RIrIU Ebbeb ) 1( RIrI Ebe L ) 1( Rr RA u 例 2： 由例 1、例 2可知，當電路不同時，

61、計算 電壓放大 倍數 Au 的公式也不同。 要根據微變等效電路找出 ui 與 ib的關系、 uo與 ic 的關系。 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 4.放大電路輸入電阻的計算 放大電路對信號源 (或對前級放大電路 )來說，是 一個負載，可用一個電阻來等效代替。這個電阻是信 號源的負載電阻 ,也就是放大電路的輸入電阻。 定義： 輸入電阻是對 交流信號而言的， 是動態(tài)電阻。 i i i I Ur 輸入電阻 + - 信號源 Au 放大電路 SE SR iI iU + - 輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大 小的參數。 電路的輸入電阻愈大，從信號源取得的 電流愈小，因

62、此 一般總是希望得到較大的輸入電阻 。 放大 電路 ir 信號源 SE SR iI iU + - + - 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 i i I Ur i beB // rR 時，當 beB rR bR i B II U Eebebi RIrIU Ebbeb )1( RIrI Ebe i b )1( Rr UI EbeBi )1(// RrRr bei rr rbe RB RC RL E B C + - + - + - RS iU iI bI cI oU bI SE eI RE 例 2： iU iI bI cI oU bI SE rbe

63、RB RC RL E B C + - + - + - RS 例 1： ri ri BRI BRI 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 5. 放大電路輸出電阻的計算 放大電路對負載 (或對后級放大電路 )來說，是 一個信號源，可以將它進行 戴維寧 等效，等效電 源的內阻即為放大電路的輸出電阻。 + _ RL oUoE ro + _ 定義： o o o I Ur 輸出電阻： 輸出電阻是 動態(tài)電阻，與 負載無關。 輸出電阻是表明放大電路帶負載能力的參數。 電路 的輸出電阻愈小，負載變化時輸出電壓的變化愈小， 因此 一般總是希望得到較小的輸出電阻。 RS RL oU + _

64、Au 放大 電路 + _ SE 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 復習 戴維寧定理 任何一個有源二端 線性 網絡都可以用一個電動勢 為 E的理想電壓源和內阻 R0 串聯(lián)的電源來等效代替。 有源 二端 網絡 RL a b + U I E R0 + _ RL a b + U I 等效電源的內阻 R0等于有源二端網絡中所有電源 均除去（理想電壓源短路，理想電流源開路）后所 得到的無源二端網絡 a 、 b兩端之間的等效電阻。 等效電源的電動勢 E 就是有源二端網絡的開路電 壓 U0，即將 負載斷開后 a 、 b兩端之間的電壓 。 等效電源 下一頁 返回 上

65、一頁 退出 章目錄 （ P47例題 15.3.2） + _ RL oUoE ro + _ 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 rbe Rb Rc ii bi ci bi t oc t vRR i 計算輸出電阻的一般方法： 加壓求流法 1、所有獨立電源置零，保留受控源 ; 2、斷開負載，加壓求流。 ti tv Rs 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 iU iI bI cI oU bI SE rbe RB RC RL E B C + - + - + - RS 共射極放大電路特點： 1. 放大倍數高； 2. 輸入電阻低； 3. 輸出電阻高。 C o o o RI Ur

66、例 3： 求 ro的步驟： (1) 斷開負載 RL oU (3) 外加電壓 oI (4) 求 or 外加 oI CRco III bc II C o R C R UI 0 0 cb II 所以 (2) 令 或 0 i U 0S E 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 rbe RB RL E B C + - + - + - RS iU bI c I oU bI SE eI RE iI ERbbo IIII E o SBbe o SBbe o R U R//Rr U R//Rr U ESbe o 1 // 1 1 RRRr r 外加 例 4： oI or 求 ro的步驟： 1) 斷開負載 RL oU 3) 外加電壓 oI 4) 求 2) 令 或 0 i U 0S E ERI 下一頁 返回 上一頁 退出 章目錄 Rb +VCC Rc C1 C2 (課堂練習 )綜合例題：已知 VCC=12V， Rc=3K， Rb=470K ， =100 , 試求： （ 1）靜態(tài)工作點 （ 2） Av （ 3） Ri、