电子科大课堂讲义模拟电路第3章.PPT

第三章 晶体管放大电路基础 3-1 实用放大电路工作原理及分析方法 1、放大的概念,（1）放大的本质是能量的控制作用； （2）“放大”是针对变化量而言的。 即：小能量控制大能量，放大的对象是变化量。 故：放大电路必然包括有源器件（BJT或FET）,2、放大电路的特点 （1）放大电路核心元件器件伏安特性的非线性 （2）电路中电压、电流交、直流并存 （3）受控源特点 （4）温度对电路有影响,3、对放大电路基本要求 （1）能放大 a、外加直流电源极性正确： 对BJT，保证e结正偏，c结反偏； b、在输入端，信号能送入器件； 放大后， 信号能送出给负载。 （2）不失真：对器件设置合适的直流电压、电 流（静态工作点），以保证在输入信号整 个周期内，管子始终工作在放大区。 要求：电路参数、元件参数设置合理。,作业：P86 3-1,例题 判断下列各电路是否具有放大作用 解： 根据放大应满足(1)直流偏置正确； (2)信号能送入管子； (3)放大后信号能送到负载；,Ce使信号不能输出 电路应改动(去掉Ce)。,EB使信号不能输入 电路应改动Rb位置。,EC使信号不能输出 电路应改动(加RC)。,4、实用共射放大电路,直流分量表示为 大写大写，如IE，IB，UCE 交流分量表示为 小写小写， 如ie，ib，uce 交直流叠加量表示为小写大写，如iE，iB，uCE 交流量有效值表示为大写小写，如Ie，Ib，Uce,约定：,iB=IB+ib，iC=IC+ic，iE=IE+ie uBE=UBE+ube，uCE=UCE+uce,各电压、电流波形： 1、电压、电流均为叠加量； 2、管子各极电流方向、 各极间电压方向始终不 变（同直流方向），只 是大小变化； 3、uCE中的交流分量uce 即是uo，对ce电路uo 与ui反向。,采用单电源的实际放大电路,例 判断下列电路能否正常放大,电源极性错,E结无偏置,信号不能送入,分析放大电路要分别进行静态分析（直流分析） 动态分析（交流分析） 静态：电路在不加输入信号（Ui=0）时的工作状态 动态：电路加入输入信号后的工作状态。 按照先静态分析后动态分析进行。,5、放大电路的分析方法,(1)静态分析即求解电路静态工作点Q(Quiescent)： 是指静态时管子各极电流和电压， 即求解IBQ、ICQ、UCEQ这三个量。 由于是直流分析，故在放大电路的直流通路中求解。,直流通路： 直流分量的通路（电容开路，电感短路）,例1：,R,（2）动态分析即求解电路交流指标Au、Aus、Ri、 Ro 等，求解需要用到交流通路。 交流通路：交流信号通过的路径（电容和直流电压源均 对交流信号短路）。,例：,-VCC,例3：分别画出下列电路直流通路和交流通路， 并说明 电路组态。,3-2 BJT偏置电路 偏置电路即放大电路的直流通路。,BJT的偏置电路分为 一、固定偏置电路（固定基流偏置电路）,电路形式,1、计算法（IBICUCE） （1）按真实方向标出IB、IC、UCE （2）由输入回路KVL求出IB,（3）由 ICIB ，求得IC （4）由输出回路KVL求出UCE,例1 （例3-1）估算PNP管偏置电路静态工作点,解：PNP管。按实际方向标出各电压、电流,例2 求电路静态工作点,解：由输入回路,由输出回路,解：由输入回路KVL：,例3 求静态Q点,由输出回路KVL：,2、图解法求静态Q点 已知BJT的输入、输出特性曲线，利用作图的方法也可求出静态Q点。,(a)对输入回路 AA右边是BJT输入端， iB、uBE关系应满足BJT 输入特性曲线； AA左边是线性电路，UCC=iBRB+uBE （直线方程）,直流通路,两点定出该直线：UCC=iBRB+uBE 横轴点（UCC；0） 纵轴点（0；UCC/RB）,Q点对应的纵坐标即IBQ。,静态Q点必在两线的交点上，如图。,（b）对输出回路 BB左边是BJT的输出端，iC、uCE应满足BJT输出特性曲线，且为iB=IBQ那条曲线； BB右边是线性电路，方程为：UCC=iCRC+uCE （直线方程）,两点定出直线：横轴点（UCC；0） 纵轴点（0；UCC/RC） 输出端的这条直线称为直流负载线，,Q点必在两线交点上，Q点对应的横坐标即UCEQ； 纵坐标即ICQ。,斜率 ：,如图所示,（1）RBIBQ（如RBIBQ） （2）RC直负线斜率Q （如RC斜率Q左移） （3）UCC直负线平移Q （如UCC直负线平右移Q右移） （4） Q（如 曲线Q）,电路参数对Q点的影响,如图,例：已知=50，UBE=0.7V, RB=510k, RC=10k VCC=10V （1）求静态Q点，并分析Q点设得是否合适； （2）当VCC和BJT不变时，为使UCE=5V，可改变哪些参数？如何变？,UCE偏小，Q点靠近饱和区。,解（1）：,（2） （a）RC不变，改变RB值：,即提高RB，以减小IB，从而降低Q点。,即减小RC（提高负载线斜率）以调整Q点。,（b）RB不变，改变RC值： RB不变，ICIB =0.9mA （不变）,3、固定偏置电路的缺点 静态工作点受温度的影响较大，即Q点的温度稳定性差。 二、基极分压式偏置电路(基极分压射极偏置电路),电路形式,直流通路,电路特点：具有自动稳定Q点的作用。,静态工作点估算法：,低频小信号放大电路的交流指标主要为： 输入电阻 Ri；输出电阻 Ro； 电压增益（电压放大倍数）Av； 源电压增益（源电压放大倍数）Avs；,3-3 BJT放大电路交流指标求解,各定义式如下：,1、画出放大电路的交流通路； 2、用 参数简化模型（h参数简化模型）取代交流通 路中的BJT，得到其小信号等效电路； 3、由各交流指标定义式，利用线性电路的分析方法求解。,求解步骤：,一、共射（共e、ce）放大电路 1、交流指标的求解 例1、求电路的Av，Avs，Ri，Ro表达式,解：,交流通路,小信号等效电路,求Ro电路如下：,例2（例3-3） 求共射放大电路中频段Ri、Av、Ro表达式和值。,解：,RB=R1/R2,对电路直流求解求出IE，以确定rbe。,2、共射放大电路动态范围分析 在动态情况下，电路负载电阻应为：RL=RC/RL，,交流负载线： a、斜率为-1/RL b、横轴上截距 vCC=UCE+ICRL,确定交流负载线： 1、两点式 利用两特殊点（Q点；横轴截距UCE+ICRL点） 连线确定交流负载线。,证明：交流负载线在横轴截距为UCE+IC(RC/RL) 方法1: 列出交流负载线方程 uCE=VCC-iC(RC/RL) 并令 iC=0 得横轴上截距 VCC 。 其中 VCC=UCE+IC(RC/RL),uCE=UCE+uce 而uce=-ic(RC/RL) , ic=iC-IC 故uce=-(iC-IC)(RC/RL) uCE=UCE-(iC-IC)(RC/RL) 当iC=0(叠加量) , （纵坐标值） uCE=UCE+IC(RC/RL) (横坐标值),方法2: 列出uCEiC关系式,（1）先作一条斜率为-1/RL的辅助线； a、在iC轴上选一合适的值，并标出； b、算出对应的iCRL，在uCE轴上找到对应的点； c、两点连线得辅助线； （2）通过Q点作平行于辅助线的直线即为交流负载线。,放大电路工作时，Q点沿交流负载线上下移动； R为临界饱和点，对应的横坐标为UCES S为临界截止点，对应的横坐标近似为vcc,最大不饱和失真幅度由RQ在横轴距离确定， 即：UCEQ-UCES 最大不截止失真幅度由QS在横轴距离确定， 即vcc-UCEQ=ICQRL,当静态工作点Q设置在交流负载线中点时，输出电压动态范围最大， 即：UCEm=UCEQ-UCES=ICQRL,若UCEQ-UCESICQRL时（静态Q点偏高）， 最大无削波失真的最大输出电压由UCEQ-UCES确定； 当增加 ui 先出现饱和失真； 若ICQRLUCEQ-UCES 时（静态Q点偏低）， 最大无削波失真的最大输出电压由ICQRL确定； 当增加 ui 先出现截止失真。,正弦信号输入时，管子输入、输出完整工作波形：,例1（98级正考）,1、估算静态工作点，IC，UCE； 2、画出放大器中频段小信号简化模型（微变等效电路），计算Ri，Ro，Aus=uo/us； 3、在iCuCE坐标平面上绘出该放大器的直流负载线和交流负载线； 4、如果增大us的振幅，首先出现何种类型的削波失真？,已知晶体管参数为：,例2（98级补考 五题）,4、将R1减小，最后将出现削波失真，这是截止失真还是饱和失真？,例3（单选）Ui为正弦信号，若由NPN管构成的共射电 路出现饱和失真，Uo波形应为（ ）；若出现截 止失真，则Uo波形应为（ ）。,例4（题3-6） 将题3-5中管子改为PNP管（电源改为负电源）若增大us，uo出现同一波形失真，这是什么失真？,二、共集（共c、cc）放大电路 共集放大电路又称射极输出器。 交流指标的分析、计算仍按前面三个步骤进行。,由定义式,共集电路无电压放大作用(Au1)，Uo与Ui同相(射随器)。 Ri称为管端输入电阻， 共c电路的Ri 共e电路的Ri。,求 Ro 电路：,c,方法1：,方法2：,可见共集电路Ro很小。,1、计算静态Q点 2、计算Ri；Ro；Av；Avs 3、计算电路最大输出幅度Uomax 4、当Us时，输出端首先出现什么失真？Uo的波形？如何消除失真？,例 共c电路如图,2、由小信号等效电路,3、最大不饱和失真幅度=UCE-UCES =6.4-0.7=5.7V； 最大不截止失真幅度=ICRL =1.4×4/6=3.36V； Uomax=3.36V,4、首先出现截止失真，即uce上平顶（削顶）， 由共集电路交流通路，uo与uce反相（uo=-uce) 故uo为下平顶（削底）。 消除失真的方法：提高IC（RbIBIC）。,三、共基（共b、cb）放大电路 （以b极为交流输入、输出公共端） 共基电路的交流指标计算仍按前述三个步骤进行。,两种实际电路,电流方向按实际方向。,可见共基电路输入电阻很小；Uo与Ui同相；有电压放大作用。,求Ro： 由小信号等效电路Ro=Ro/RCRC,受控电流源开路，Ro=,求Ro电路如下：,四、BJT三种基本组态（ce、cc、cb电路）比较 交流参数 Av Ri Ro Ai Uo与Ui相位 电路组态 ce电路 大 中 中 大 反相 cc电路 1 大 小 大 同相 cb电路 大 小 中 小 同相,五、放大电路其它几种增益 增益：衡量放大电路放大能力的指标。 1、Auo：负载开路电压增益 其中Uo开路输出电压，,定义为：,Auo与Au的关系：,Aus与Au的关系：,2、Aus：源电压增益 定义为：,3、Ai：电流增益,定义为：,4、Ap：功率增益 定义为：,定义,5、增益的分贝表示法,六、放大电路通用小信号模型 无论何种组态的放大电路，放大电路的输入端对信号源均可等效为一个输入电阻Ri；输出端对负载可等效为一个电压源Uo（=AuoUi）与一个电阻Ro的串联支路，该等效电路称为放大电路通用小信号模型.,例3-4 求Auo、Ri、Ro，并画出放大器通用模型。,Ri=76.45k Ro=29.63 Auo=0.9935,3-4 多级放大电路,多级放大电路由若干个单级放大电路级联而成。 一、耦合方式 信号源与放大电路 放大电路级与级 之间的联接方式称为耦合方式 放大电路与负载 三种耦合方式：阻容耦合 变压器耦合 直接耦合,1、阻容耦合（电容耦合）,特点： 各级直流通路独立，各级静态Q点的计算同单级放大电路； 只能放大交流信号；,2、变压器耦合,特点：各级静态Q点独立； 可实现阻抗变换功率匹配； 大、重、频率特性差；,特点：低频特性好； 易于集成； 各级静态Q点相互影响； 零点漂移问题；,3、直接耦合,零点漂移：Ui=0时输出端静态电压的波动。 现象 危害 产生原因,在直接耦合放大电路中抑制零点漂移是电路设计主要考虑的问题，零漂大小是衡量直接耦合放大电路性能的一个重要指标。,1、多级放大电路前后级的关系 后级是前级的负载：即 Ri后=RL前 前级是后级的信号源：即Ro前=RS后；Uo前=Us后 2、多级放大电路输入、输出电阻Ri、Ro 一般情况下，Ri=Ri1 ；Ro=Ro末,二、多级放大电路交流指标的计算,3、多级放大器总电压增益Au的求解 有两种方法： 方法一：先求出各级电压增益Au1，Au2，Aun， （1）Au=Au1·Au2···Aun （用倍数表示时） （2）Au（dB）=Au1（dB）+Au2（dB）+···+Aun（dB） （用分贝表示时）,计算单级Auj时，要考虑级与级之间的相互影响 常用的方法是： 将后级作为前级负载带入Auj计算中去。并且前、后级相互影响只计入一次。,例1 求两级放大电路的电压增益Au,例2 ：写出Au表达式,小信号等效电路为：,例3 共射-共基（ce-cb）组合电路,小信号等效电路为：,例4 共集-共基（cc-cb）组合电路,小信号等效电路为：,方法2：由观察法直接写出Uo求出Au。,由输出输入：,例3,移项：,或：从输入输出,例4 从源输入输出,例5（p86）cc-ce组合电路 由方法1得：,由方法2得：,（Ib1) (Ie1) (Ib2） (Ic2) (Uo),练习题： 1、判断下列组合电路的各级组态,2、写出（1）T1、T2组态， （2）Au、Ri、Ro表达式（a电路）,练习与复习：确定下列各电路的组态。,共b组态,共e组态,共c组态,共e组态,共b组态,