三极管及基本放大电路-课件.ppt

1、项目项目7三极管及基本放大电路三极管及基本放大电路项目项目7三极管及基本放大电路三极管及基本放大电路1掌握三极管的特性。掌握三极管的特性。2了解放大电路的基本知识。了解放大电路的基本知识。3能够完成放大电路的静态分析和动态分析。能够完成放大电路的静态分析和动态分析。4能够分析各种功率放大电路。能够分析各种功率放大电路。任务目标任务目标任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.1认识三极管的基本结构和分类认识三极管的基本结构和分类7.1.1.1三极管的结构三极管的结构图图7-1几种三极管的外形几种三极管的外形任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.1认识三极管的基本结构和分类认识三极管

2、的基本结构和分类7.1.1.1三极管的结构三极管的结构图图7-2三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.1认识三极管的基本结构和分类认识三极管的基本结构和分类7.1.1.2三极管的分类三极管的分类(1)按材料和极性分为含硅材料的按材料和极性分为含硅材料的NPN与与PNP三极管和含锗材料的三极管和含锗材料的NPN与与PNP三极管。三极管。(2)按用途分为高频放大管、中频放按用途分为高频放大管、中频放大管、低频放大管、低噪声放大管、大管、低频放大管、低噪声放大管、光电管、开关管、高反压管、达林顿光电管、开关管、高反压管、达林顿管和带阻尼的三极管等。

3、管和带阻尼的三极管等。任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.1认识三极管的基本结构和分类认识三极管的基本结构和分类7.1.1.2三极管的分类三极管的分类(3)按功率分为小功率三极管、中功按功率分为小功率三极管、中功率三极管和大功率三极管。率三极管和大功率三极管。(4)按工作频率分为低频三极管、高按工作频率分为低频三极管、高频三极管和超高频三极管。频三极管和超高频三极管。任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.1认识三极管的基本结构和分类认识三极管的基本结构和分类7.1.1.2三极管的分类三极管的分类(5)按制作工艺分为平面型三极管、按制作工艺分为平面型三极管、合金型三极管和扩散型

4、三极管。合金型三极管和扩散型三极管。(6)按外形封装的不同可分为金属封按外形封装的不同可分为金属封装三极管、玻璃封装三极管、陶瓷封装三极管、玻璃封装三极管、陶瓷封装三极管和塑料封装三极管等。装三极管和塑料封装三极管等。任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.2分析三极管的电流放大作用分析三极管的电流放大作用发射区向基区注入电子。发射区向基区注入电子。1电子在基区的扩散与复合。电子在基区的扩散与复合。2集电区收集扩散过来的电子。集电区收集扩散过来的电子。3任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.2分析三极管的电流放大作用分析三极管的电流放大作用图图7-3电子运动方向和电流方向电子运动

5、方向和电流方向任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.3分析三极管的伏安特性分析三极管的伏安特性图图7-4NPN三极管共发射极接法特性曲线测试电路三极管共发射极接法特性曲线测试电路任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.3分析三极管的伏安特性分析三极管的伏安特性三极管输入特性是指集电极和发射极之间电压三极管输入特性是指集电极和发射极之间电压uCE为为某一个常数时，输入回路的基极与发射极之间的电某一个常数时，输入回路的基极与发射极之间的电压压uBE与基极电流与基极电流iB的关系。其函数式为的关系。其函数式为i iB B=f f(u uBEBE)|)|u uCECE=常数常数图图7-5

6、NPN三极管共发射极输入特性曲线三极管共发射极输入特性曲线任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.3分析三极管的伏安特性分析三极管的伏安特性7.1.3.2输出特性输出特性三极管的共发射极输出特性曲线是指三极管的共发射极输出特性曲线是指iB一定时，输出一定时，输出电流电流iC和输出电压和输出电压uCE的关系曲线，其函数表示式为的关系曲线，其函数表示式为iC=f(uCE)iB=常数常数图图7-6NPN三极管共发射极输出特性曲线三极管共发射极输出特性曲线任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.3分析三极管的伏安特性分析三极管的伏安特性7.1.3.3半导体三极管的主要参数半导体三极管的主要

7、参数(1)电流放大系数。电流放大系数。CFEBIhICFEBIhI任务任务7.1半导体三极管半导体三极管7.1.3分析三极管的伏安特性分析三极管的伏安特性7.1.3.3半导体三极管的主要参数半导体三极管的主要参数(2)极间反向电流。极间反向电流。2)集电极集电极-发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流ICEO。1)集电极集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO。3)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM。任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.1了解放大电路的基本知识了解放大电路的基本知识在生产中，常常把温度、压力、在生产中，常常把温度、压力、流量等的变化，通过

8、传感器变换流量等的变化，通过传感器变换成微弱的电信号，要实现对这些成微弱的电信号，要实现对这些信号的传输或控制，就需要一定信号的传输或控制，就需要一定的电路使微弱的电信号不失真或的电路使微弱的电信号不失真或在规定的失真量范围内将其放在规定的失真量范围内将其放大。实现这一功能的电路称为放大。实现这一功能的电路称为放大电路。大电路。任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.2认知共发射极基本放大电路的组成认知共发射极基本放大电路的组成7.2.2.1共发射极基本放大电路的组成共发射极基本放大电路的组成晶体管晶体管VT集电极电源集电极电源VCC集电极电阻集电极电阻RC 基极电源基极

9、电源VBB4123任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.2认知共发射极基本放大电路的组成认知共发射极基本放大电路的组成7.2.2.1共发射极基本放大电路的组成共发射极基本放大电路的组成基极电阻基极电阻RB(基极偏置电阻基极偏置电阻)耦合电容耦合电容C1和和C2 负载电阻负载电阻RL567任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.2认知共发射极基本放大电路的组成认知共发射极基本放大电路的组成7.2.2.2放大电路的习惯画法放大电路的习惯画法图图7-8单电源共发射极放大电路单电源共发射极放大电路任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2

10、.2认知共发射极基本放大电路的组成认知共发射极基本放大电路的组成7.2.2.2放大电路的习惯画法放大电路的习惯画法图图7-9习惯画法习惯画法任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.2认知共发射极基本放大电路的组成认知共发射极基本放大电路的组成7.2.2.3放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标图图7-10放大电路组成框图放大电路组成框图任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.2认知共发射极基本放大电路的组成认知共发射极基本放大电路的组成7.2.2.3放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标(1)放大倍数。放大倍数。(2)输入电阻输入电阻Ri

11、。(3)输出电阻输出电阻Ro。(4)非线性失真。非线性失真。任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.3共发射极放大电路的静态分析共发射极放大电路的静态分析7.2.3.1静态工作点静态工作点静态时，电路中晶体管的静态时，电路中晶体管的IB、IC、UCE的数值的数值可用晶体管特性曲线上的一个确定的点表可用晶体管特性曲线上的一个确定的点表示，习惯上称它为静态工作点，用示，习惯上称它为静态工作点，用Q表示。表示。正确设置静态工作点是很重要的，它决定晶正确设置静态工作点是很重要的，它决定晶体管的工作状态。为了保证不失真地放大，体管的工作状态。为了保证不失真地放大，必须正确地设置静态

12、工作点。必须正确地设置静态工作点。任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.3共发射极放大电路的静态分析共发射极放大电路的静态分析7.2.3.2直流通路及画法直流通路及画法图图7-11放大电路的直流通路放大电路的直流通路任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.3共发射极放大电路的静态分析共发射极放大电路的静态分析7.2.3.3静态工作点的估算静态工作点的估算(1)静态基极电流静态基极电流IBQ。由输入回路得：。由输入回路得：CCBEQBQBVUIR(7-8)(2)集电极电流集电极电流ICQ。由晶体管电流放大特性可知：。由晶体管电流放大特性可知：(7-9

13、)CQBQCEQBQIIII任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.3共发射极放大电路的静态分析共发射极放大电路的静态分析7.2.3.3静态工作点的估算静态工作点的估算(3)集射极之间电压集射极之间电压UCEQ。由输出回路得：。由输出回路得：(7-1 0)(7-1 0)CEQCCCQCUVIR任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.3共发射极放大电路的静态分析共发射极放大电路的静态分析7.2.3.4图解法静态分析图解法静态分析图图7-12图解法确定静态工作点图解法确定静态工作点任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.3共发射极放

14、大电路的静态分析共发射极放大电路的静态分析7.2.3.4图解法静态分析图解法静态分析图解法求静态工作点图解法求静态工作点Q的步骤如下：的步骤如下：(1)按直流通路求静态电流按直流通路求静态电流IBQ。(2)确定确定IC=IBQ的曲线。的曲线。任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.3共发射极放大电路的静态分析共发射极放大电路的静态分析7.2.3.4图解法静态分析图解法静态分析图解法求静态工作点图解法求静态工作点Q的步骤如下：的步骤如下：(3)在给定输出特性上作出直流负载线。在给定输出特性上作出直流负载线。(4)上述两条线的交点即为静态工作点上述两条线的交点即为静态工作点Q

15、。任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.4共发射极放大电路的动态分析共发射极放大电路的动态分析当有交流输入信号当有交流输入信号(ui0)时，放大电路的工作状态称为时，放大电路的工作状态称为动态。在如图动态。在如图7-12所示的放大电路中，电压、电流都所示的放大电路中，电压、电流都是脉动量，包含直流分量是脉动量，包含直流分量(静态值静态值)和交流分量。即和交流分量。即iB=IBQ+ib iC=ICQ+iCuCE=UCEQ+uce uBE=UBEQ+ui式中式中iB、iC、uCE、uBE为脉动直流，为脉动直流，ib、ic、uce、ui为为交流分量。交流分量。IBQ、ICQ、

16、UCEQ、UBEQ为直流分量。为直流分量。任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.4共发射极放大电路的动态分析共发射极放大电路的动态分析7.2.4.1交流通路交流通路CLLCLCL/R RRRRRR 图图7-13交流通路交流通路任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.4共发射极放大电路的动态分析共发射极放大电路的动态分析7.2.4.2作交流负载线作交流负载线当输入信号的瞬时值为零时当输入信号的瞬时值为零时(ui=0)，电路状态，电路状态相当于静态，所以交流负载线一定经过静态相当于静态，所以交流负载线一定经过静态工作点工作点Q。交流通路中的负载线斜率由

17、交流通路中的负载线斜率由RC与与RL并联的等效并联的等效电阻电阻 决定。在晶体管输出特性上过静态工作点决定。在晶体管输出特性上过静态工作点Q作斜率为作斜率为 的斜线，即为交流负载线，如图的斜线，即为交流负载线，如图7-14所示。所示。任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.4共发射极放大电路的动态分析共发射极放大电路的动态分析7.2.4.2作交流负载线作交流负载线图图7-14交流负载线与直流负载线交流负载线与直流负载线任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.4共发射极放大电路的动态分析共发射极放大电路的动态分析7.2.4.3输入正弦信号的工作情况输入

18、正弦信号的工作情况图图7-15晶体管输入特性曲线相应变化波形晶体管输入特性曲线相应变化波形任务任务7.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路7.2.4共发射极放大电路的动态分析共发射极放大电路的动态分析7.2.4.3输入正弦信号的工作情况输入正弦信号的工作情况图图7-16晶体管输入特性曲线相应变化波形晶体管输入特性曲线相应变化波形任务任务7.3多级放大电路多级放大电路图图7-17多级放大电路的组成框图多级放大电路的组成框图任务任务7.3多级放大电路多级放大电路7.3.1多级放大电路的级间耦合方式多级放大电路的级间耦合方式(1)阻阻容容耦耦合合图图7-18两级阻容耦合共射放大电路图两级阻容耦

19、合共射放大电路图任务任务7.3多级放大电路多级放大电路7.3.1多级放大电路的级间耦合方式多级放大电路的级间耦合方式(2)直直接接耦耦合合图图7-19两级直接耦合放大电路图两级直接耦合放大电路图任务任务7.3多级放大电路多级放大电路7.3.2多级放大电路的参数多级放大电路的参数整个放大电路的电压放大倍数为整个放大电路的电压放大倍数为oo1o2ouu1u2uniii2inuuuuAAAAuuuu(7-11)(7-11)多级放大电路的电压总的增益等于各级电压增益之和多级放大电路的电压总的增益等于各级电压增益之和(7-12)(7-12)uu1u2un(dB)(dB)(dB)(dB)AAAA 任务任务

20、7.4功率放大电路功率放大电路7.4.1功率放大电路概述功率放大电路概述(1)功率放大器的特点。功率放大器的特点。2134输出功率尽可能大。输出功率尽可能大。非线性失真要小。非线性失真要小。要考虑功放管的散热和保护问题。要考虑功放管的散热和保护问题。效率要高。效率要高。任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.1功率放大电路概述功率放大电路概述(2)功率放大器的分类。功率放大器的分类。图图7-22功率放大器的分类功率放大器的分类任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.1功率放大电路概述功率放大电路概述(2)功率放大器的分类。功率放大器的分类。1)1)甲类功率甲类功率放大器。放大器。2

21、)2)乙类功率乙类功率放大器。放大器。3)3)甲乙类功甲乙类功率放大器。率放大器。任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.2分析乙类双电源互补对称功率放大电路分析乙类双电源互补对称功率放大电路7.4.2.1电路组成电路组成图图7-23乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.2分析乙类双电源互补对称功率放大电路分析乙类双电源互补对称功率放大电路7.4.2.2工作原理工作原理 (1)静态时，静态时，ui=0，两管均处于零偏置，两管均处于零偏置，IBQ、ICQ均为零，输出电压均为零，输出电压uo=0，电路，电路不消耗功率。不消耗功率。(2)

22、当有正弦信号当有正弦信号ui输入时，在输入时，在ui的正半的正半周，周，VT1正偏导通，正偏导通，VT2则因反偏截止，则因反偏截止，电流电流iC1流过负载流过负载RL，RL两端获得的为两端获得的为uo正半周；在正半周；在ui的负半周，的负半周，VT1截止，截止，VT2导通，电流导通，电流iC2流过负载流过负载RL，RL两端获得两端获得的为的为uo负半周。负半周。任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.2分析乙类双电源互补对称功率放大电路分析乙类双电源互补对称功率放大电路7.4.2.3输出功率、效率和管耗输出功率、效率和管耗图图7-24乙类功放电路图解分析乙类功放电路图解分析任务任务7.4

23、功率放大电路功率放大电路7.4.2分析乙类双电源互补对称功率放大电路分析乙类双电源互补对称功率放大电路7.4.2.3输出功率、效率和管耗输出功率、效率和管耗(1)输出功率。输出功率。2CEMCMCEMOOOL1222UIUPU IR(7-14)最大不失真输出电压幅值为最大不失真输出电压幅值为CEM(max)CCCE(sat)CCUVUV(7-15)最大不失真输出功率为最大不失真输出功率为(7-16)22CEM(max)CCO(max)LL11=22UVPRR任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.2分析乙类双电源互补对称功率放大电路分析乙类双电源互补对称功率放大电路7.4.2.3输出功率

24、、效率和管耗输出功率、效率和管耗(2)直流电源的供给功率直流电源的供给功率PE。(7-17)CCCEMECMCCCMCC 0L22sind()VUPIttVIVR(3)效率效率。(7-18)OCEMECC4PUPV任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.2分析乙类双电源互补对称功率放大电路分析乙类双电源互补对称功率放大电路7.4.2.3输出功率、效率和管耗输出功率、效率和管耗(4)管耗管耗PV。(7-19)2CCCEMCEMVEOLL22V UUPPPRR任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.2分析乙类双电源互补对称功率放大电路分析乙类双电源互补对称功率放大电路7.4.2.4功放

25、管的技术指标与使用功放管的技术指标与使用功放管的技术指标有集电极最大允许功耗功放管的技术指标有集电极最大允许功耗PCM、最大耐压、最大耐压U(BR)CEO和最大集电极电流和最大集电极电流ICM，为确保其安全工作，使用，为确保其安全工作，使用时功放管应满足下列条件：时功放管应满足下列条件：(1)功放管集电极的最大允许功耗：功放管集电极的最大允许功耗：PCMPV1(max)=0.2O(max)P(7-26)任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.2分析乙类双电源互补对称功率放大电路分析乙类双电源互补对称功率放大电路7.4.2.4功放管的技术指标与使用功放管的技术指标与使用(2)功放管的最大耐

26、压：功放管的最大耐压：U(BR)CEO2VCC (7-27)(3)功放管的最大集电极电流：功放管的最大集电极电流：ICMVCC/RL (7-28)任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.3分析甲乙类互补对称功率放大电路分析甲乙类互补对称功率放大电路图图7-25交越失真波形交越失真波形任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.3分析甲乙类互补对称功率放大电路分析甲乙类互补对称功率放大电路图图7-26偏置电路偏置电路任务任务7.4功率放大电路功率放大电路7.4.3分析甲乙类互补对称功率放大电路分析甲乙类互补对称功率放大电路(1)利用二极管上压降产生偏置电压。利用二极管上压降产生偏置电压。(2)利用倍增电路产生偏置电压。利用倍增电路产生偏置电压。