chp_15(预览版)

(15-0)第十五章基本放大电路(15-1)第十五章基本放大电路§15.1共发射极放大电路的组成§15.2放大电路的静态分析§15.3放大电路的动态分析§15.4静态工作点的稳定§15.5放大电路的频率特性§15.6射极输出器§15.7差分放大电路§15.8互补对称功率放大电路§15.9场效应管及其放大电路(15-2)放大概念:把微弱变化的信号放大成较大变化的信号放大电路实质:用小能量信号，借助于晶体管的电流控制作用，把放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。对放大电路的基本要求：1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。2.尽可能小的波形失真。放大对象:变化的量(15-3)IIIIIIIIIEEEBBBCCC共射接法共集接法共基接法以共射放大器为例讲解工作原理放大电路的三种接法(15-4)输入输出参考点-+RB一、基本放大电路的组成放大元件，工作在放大区。iC=iB-+uiuo+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-§15.1共发射极放大电路的组成(15-5)集电极电源，为电路提供能量，并保证集电结反偏。-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集电极电源：一般为几伏到几十伏(15-6)-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。集电极电阻：一般为几千欧到几十千欧(15-7)作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-基极电阻：一般为几十千欧到几百千欧(15-8)-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-作用：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。耦合电容：常为电解电容，有极性。大小为几F到几十F+--+(15-9)-+uiuo+UCCRCC1C2TRses+-RL+-RBRBEB可以省去电路改进：采用单电源供电(15-10)输入电阻：ri=Ui/Ii输出电阻：内阻ro电压放大倍数：Au=Uo/Ui放大电路示意图放大电路中电压和电流的符号：P39二、基本放大电路的工作原理总瞬时值ua交流分量UA直流分量uAt0uA全量UA直流分量ua交流分量(15-12)二、基本放大电路的工作原理ui=0时由于电源UCC的存在IB0IBQICQRB+UCCRCC1C2TUBEQUCEQ(15-13)ui=0时ui=0时，各点波形RB+UCCRCC1C2TiCiB(15-14)(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点,称为静态工作点。iBuBEQIBQUBEQiCuCEQUCEQICQ(15-15)RB+UCCRCC1C2Tui≠0时iBuBEQuBE有一微小的变化ibtuit(15-16)iCuCEuCE怎么变化ibtictRB+UCCRCC1C2Tui≠0时沿一条直线变化ucetuCE=UCC-iCRC(15-17)ui≠0时，各点波形RB+UCCRCC1C2uituiiCuCEuoiBuo与ui反相！iCtiBtuCEtuot(15-18)ui=0→uBE=UBE，uCE=UCE，uo=0？uCE=UCC－iCRCui0→uBE=UBE+ui，uCE=UCE+uo，uo0uitOUBEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOUCEuotO共射电路工作原理小结若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，且两者相位相差1800(15-19)外加输入信号输入后，各电流和电压的大小均发生了变化，但均是在直流量的基础上变化。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtICOiCticO静态分析iCtO共射电路工作原理小结(15-20)放大电路的分析方法放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法计算机仿真静态：放大电路无输入信号时的工作状态动态：放大电路有输入信号时的工作状态分析对象：各电极电压电流的直流分量设置Q点的目的：使放大电路的放大信号不失真静态分析：确定放大电路静态工作点Q即IBQ、ICQ、UCEQ所用电路：放大电路的直流通路15.2.1用放大电路的直流通路确定静态值§15.2放大电路的静态分析(15-22)直流通路：只考虑直流信号的分电路交流通路：只考虑交流信号的分电路直流通路和交流通路如果电容容量足够大，可以认为它对交流信号不起作用，即对交流信号相当于短路，对直流信号相当于开路。放大电路中的电容对交、直流信号的作用不同!交、直流信号所走的通路是不同的。(15-23)直流通路画法：令输入信号为零，电容相当于开路。开路开路RB+UCCRCC1C2T直流通路RB+UCCRC(15-24)估算电路的静态工作点：IBQ、ICQ、UCEQIBQIBQUBEBBECCQBRUUIBCCRU7.0BCCRURB称为偏置电阻IBQ称为偏置电流+UCC直流通路RBRC(15-25)估算UCEQ、ICQICQUCEQQBQCβIICQCCCCEQRIUU直流通路RBRC+UCC根据电流放大作用(15-26)例：用估算法计算静态工作点已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。P39例15.2.1解答，请上课仔细听！(15-27)步骤：1.用估算法确定IBQ直观地分析静态值的变化对放大电路的影响2.由输出特性曲线确定ICQ和UCEQ15.2.2用图解法确定静态值(15-28)ICUCEUCE~IC满足什么关系？1.三极管的输出特性2.UCE=UCC–ICRCUCCCCCRU直流负载线IBQ直流通路RB+UCCRCiCuCE0BBECCBQRUUIBQBIICECUfI)(QUCEQICQ(15-29)所用电路：放大电路的交流通路。动态分析：计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象：各电极电压和电流的交流分量。目的：分析Au、ri、ro与电路参数的关系，为电路的设计打基础。§15.3放大电路的动态分析动态是建立在静态的基础之上!(15-30)§15.3.1微变等效电路法微变等效电路：将非线性的晶体管进行线性化，从而将由其组成的放大电路等效为一个线性电路。线性化的条件：晶体管工作于小信号（微变量）情况等效的依据：晶体管特性曲线在静态工作点附近的小范围内，可用直线近似代替。(15-31)一、晶体管的微变等效电路1.输入回路iBuBE当输入信号很小时，可将三极管输入特性在Q点附近近似线性化。uBEiB对输入的交流小信号而言，晶体管的输入回路可用电阻rbe等效。(mA)(mV))('EbbbeIβ1rr26rbe值约几百欧到几千欧，手册中常用hie表示对于小功率三极管：输入电阻CECEUbbeUBBEbeiuiurΔΔ200'一般取bbr(15-32)2.输出回路iCuCE输出端相当于一个受ib控制的电流源。近似平行等距考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。晶体管的输出电阻：iCuCEBBIcceICCEceiuiurrce约几十千欧到几百千欧CECEUbcUBCiiiiβrce很大，一般忽略晶体管微变等效电路icubeucerbeibibrcecbubeibuceice简化的h参数等效模型rbeibibbce等效cbubeibuceice简化的h参数等效模型rbeibibbce等效晶体管的b、e之间可用rbe等效代替晶体管的c、e之间可用一受控电流源ic=ib等效代替(mA)(mV))(200EbeIβ1r26等效弄清楚等效的概念：对谁等效?怎么等效?ebcbec(15-36)短路短路置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路二、放大电路的微变等效电路交流通路画法：令直流电源为零，电容相当于短路RLuoui(15-37)放大电路的微变等效电路：将交流通路中的三极管用微变等效电路代替交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL(15-38)iouUUAAu是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。三、电压放大倍数的计算1.电压放大倍数的定义：电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示如图：uiuoAu(15-39)2、电压放大倍数的计算bebirIULboR'IUbeLurR'ALCLRRR'//放大倍数和负载电阻有关：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI(15-40)Au~iiiIUr1、输入电阻的定义iIiU四、输入电阻的计算对于信号源来说，放大电路是负载，其等效电阻可以用输入电阻来表示。SU(15-41)2、输入电阻的计算rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbebeBiiirrRIUr//(15-42)Au~US放大电路对其负载而言，相当于信号源，其内阻就是放大电路的输出电阻。~roUS'五、输出电阻的计算1、输出电阻的定义戴维南等效(15-43)1.去掉负载电阻，令电路中所有的独立电源为零。2.在输出端加电压求电流。IUroa：计算方法（加压求流法）UI2、放大电路输出电阻的一般求解方法(15-44)Uo1.测量负载电阻开路时的开路电压。~roUs'2.测量接入负载后的输出电压。LOSoRUUr)1(~roUs'RLUo'步骤：3.计算b：测量方法SLoLoURrRU(15-45)rbeRBRCiIbIcIbIRL003、从等效电路计算放大电路的输出电阻在放大电路的微变等效电路中，去掉负载电阻，令ui=0，并在输出端加电压求电流。oUoI加压求流法oooIUrCR(15-46)icLcecRui1其中：CLLRRR//uceRBRCRLuiuo交流通路§15.3.2图解法一、交流负载线：反映动态时ic和uce的变化关系(15-47)交流分量ic和uce与总的瞬时值iC和uCE有如下关系：CciiCEceuu所以：LCECRui1即：1、交流信号沿着斜率为LR1的直线变化。2、此直线通过Q点，称为交流负载线(15-48)交流负载线的画法ICUCEUCCCCCRUQIB过Q点作一条直线，斜率为：LR1交流负载线直流负载线(15-49)QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQiCQ1Q2ibuiuo由uO和ui的峰值(或峰峰值)之比可得放大电路的电压放大倍数。二、图解分析交流负载线(15-50)三、放大电路的非线性失真在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。(15-51)iCuCEuo可输出最大不失真信号1、静态工作点Q在交流负载线的中间ib(15-52)iCuCEuo2、Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ib削顶适当增加基极电流可消除失真。(15-53)iCuCE3、Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形削底适当减小基极电流可消除失真(15-54)具有合适的静态工作点Q应大致选在交流负载线的中心输入信号ui的幅值不能太大放大电路不产生非线性失真条件合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动温度变化、三极管老化、电源电压波动等§15.4静态工作点的稳定温度对IBQ的影响iBuBE25ºC50ºCTIBQICQBBECBRUEIRB+ECRCQQ一、温度对Q点的影响温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´输出特性曲线上移，Q点上移容易使晶体管进入饱和区造成