基本放大电路

第2章基本放大电路§2.1放大的概念与放大电路的性能指标§2.2基本共射放大电路的工作原理§2.3放大电路的分析方法§2.4静态工作点的稳定§2.5晶体管放大电路的三种接法§2.6场效应管及其基本放大电路§2.7基本放大电路的派生电路§2.1放大的概念与放大电路的性能指标一、放大的概念二、放大电路的性能指标一、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电二、性能指标ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1.放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。2.输入电阻和输出电阻将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。Lo'oLoo'oo)1(RUURUUUR空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值iiiIUR输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻3.通频带4.最大不失真输出电压Uom：交流有效值。由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率LHbwfff5.最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数§2.3基本共射放大电路的工作原理一、电路的组成及各元件的作用二、设置静态工作点的必要性三、波形分析四、放大电路的组成原则一、电路的组成及各元件的作用VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB。VCC：使UCE≥UBE，同时作为负载的能源。Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo)。)(oCEcbIcuuuiiuR动态信号作用时：输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。共射输入回路二、设置静态工作点的必要性输出电压必然失真！设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？三、基本共射放大电路的波形分析tuCEUCEQVCCOtuCEUCEQVCCO饱和失真底部失真截止失真顶部失真输出和输入反相！动态信号驮载在静态之上与iC变化方向相反要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！四、放大电路的组成原则•静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。•动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。•对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。两种实用放大电路：（1）直接耦合放大电路问题：1.两种电源2.信号源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，b1BEQRUU动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失－＋UBEQ两种实用放大电路：（2）阻容耦合放大电路耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。静态时，C1、C2上电压？CEQC2BEQC1UUUU，动态时，C1、C2为耦合电容！＋－UBEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。练习：判断下面的电路有无放大作用？§2.4放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路二、图解法三、等效电路法一、放大电路的直流通路和交流通路1.直流通路：①Us=0，保留Rs；②电容开路；③电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。2.交流通路：①大容量电容相当于短路；②直流电源相当于短路（内阻为0）。通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。cCQCCCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRUVI－＝基本共射放大电路的直流通路和交流通路列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQ＝βIBQ，可估算出静态工作点。VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQRIVUIIRUVI－＝当VCCUBEQ时，bCCBQRVI已知：VCC＝12V，Rb＝600kΩ，Rc＝3kΩ，β＝100。Q＝？直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路二、图解法应实测特性曲线bBBBBERiVucCCCCERiVu输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线1.静态分析：图解二元方程2.电压放大倍数的分析符号为“－”。反相，与给定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(bBIBBBERiuVuIuBBQBiIICiCEu斜率不变（二）图解分析动态1.分析的目的2.步骤：1）根据输入信号ui在输入特性曲线上求iB在上图所示放大电路中，加上输入电压ui=0.02sinωt的交流信号则此三极管基-射间的总电压为)(sin02.07.0VtuUuiBEQBE根据输入特性曲线，可对应画出iB的波形，如图：从图上读出电流值，得到)(sin2040AtiIibBQB0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB/µAuBE/ViBUBE图2.4.5（a)输入回路工作情况交流负载线直流负载线4.57.5uCE912t0ICQiC/mA0IB=40µA2060804Q260uCE/ViC/mA0tuCE/VUCEQiC图2.4.5(b)输出回路工作情况分析MN3.失真分析•截止失真t截止失真是在输入回路首先产生失真！消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。NPN管截止失真时的输出uo波形－顶部失真问题：对于右图，如何消除截止失真？•饱和失真•饱和失真''Q'''QRb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑：饱和失真是输出回路产生失真。(二)用图解法估算最大输出幅度输出波形没有明显失真时能够输出最大电压。即输出特性的A、B所限定的范围。22omDECDUQ尽量设在线段AB的中点。则AQ=QB，CD=DEOiB=0QuCE/ViC/mAACBDE交流负载线（问题：CD和DE的电压值是什么？）2•最大不失真输出电压Uom：比较UCEQ与（VCC－UCEQ），取其小者，除以。(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响1.改变Rb，保持VCC，Rc，不变；OIBiCuCEQ1Rb增大，Rb减小，Q点下移；Q点上移；Q2OIBiCuCEQ1Q32.改变VCC，保持Rb，Rc，不变；升高VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。Q2图2.4.9(a)图2.4.9(b)bBEQCCBQRUVIUCE=VCC–ICRc3.改变Rc，保持Rb，VCC，不变；4.改变，保持Rb，Rc，VCC不变；增大Rc，直流负载线斜率改变，则Q点向饱和区移近。OIBiCuCEQ1Q2OIBiCuCEQ1Q2增大，ICQ增大，UCEQ减小，则Q点移近饱和区。图2.4.9(c)图2.4.9(d)UCE=VCC–ICRc讨论一1.用NPN型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路（习题2-5）。2.用PNP型晶体管组成一个共射放大电路。3.画出图示电路的直流通路和交流通路。讨论二1.在什么参数、如何变化时Q1→Q2→Q3→Q4？2.从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？3.设计放大电路时，应根据什么选择VCC？2.4.4微变等效电路法晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。微变等效条件研究的对象仅仅是变化量信号的变化范围很小一、简化的h参数微变等效电路(一)三极管的微变等效电路iBuBE晶体管的输入特性曲线常数CEBBEbeUiurrbe：晶体管的输入电阻。在小信号的条件下，rbe是一常数。晶体管的输入电路可用rbe等效代替。1.输入电路Q点附近的工作段近似地看成直线可认为uBE与iB成正比QOiBuBE图2.4.10(a)2.输出电路假设在Q点附近特性曲线基本上是水平的(iC与uCE无关)，数量关系上，iC比iB大倍；iBiB从三极管输出端看，可以用iB恒流源代替三极管；该恒流源为受控源；为iB对iC的控制。uCEQiCO图2.4.10(b)3.三极管的简化参数等效电路注意：这里忽略了uCE对iC与输出特性的影响，在大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说误差很小。图2.4.11三极管的简化h参数等效电路cbe+uBE+uCEiCiB简化的h参数等效电路－交流等效模型EQTbb'eb'bb'bbebe)1(IUrrrIUr查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结的电流方程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！(二)rbe的近似估算公式rbb：基区体电阻。reb：基射之间结电阻。　　欧姆，可忽略。只有几：发射区体电阻，一般erEQEQbe26IIUrTEQbbBBEbe26)1(ddIriur低频、小功率管rbb约为300。UT：温度电压当量。cbeiBiCiEbbrberereb图2.4.134.电压放大倍数Au；输入电阻Ri、输出电阻ROC1RcRb+VCCC2RL+++VT+iUOUbeLiorRUUAu所以Ri=rbe//Rb，Ro=Rc图2.4.12单管共射放大电路的等效电路输入电阻中不应含有Rs!输出电阻中不应含有RL!C1RcRb+VCCC2RL+++VT+iUOUuuARRRUUUUUUAisiiosisos5.源电压放大倍数60)(120)(beLcisiiosisosbeLcrRRRRRUUUUUUArRRAuu∥∥例题1：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析k180ber，V2.7mA6.1μA20cCQCCCEQBQCQbCCbBEQCCBQRIVUIIRVRUVI3k1kcobebebiRRrrRR∥2.空载和带载两种情况下Uom分别为多少？3.增强电压放大能力的方法？讨论三beLc)(rRRAu∥已知ICQ＝2mA，UCES＝0.7V。1.在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？EQTbb'be)1(IUrr电流放大倍数与电压放大倍数之间关系讨论1.当IEQ一定时，愈大则rbe也愈大，选用值较大的三极管其Au并不能按比例地提高；EQbeL26)1(300beIrrRAu因：2.当值一定时，IEQ愈大则rbe愈小，可以得到较大的Au，这种方法比较有效。讨论四：基本直接耦合放大电路的静态分析和动态分析11)(bebLcrRRRAu∥k3coRR20080bb'rQIBQ≈35μAUBEQ≈0.65VV8.3mA8.2'cCQ'CCCEQBQCQRIVUII为什么用图解法求解IBQ和UBEQ？k11bebirRR952)1(EQTbb'beIUrr验证讨论五：波形分析失真了吗？如何判断？原因？饱和失真二、微变等效电路法的应用uA.1计算电压放大倍数例：接