模拟电子技术基础-第4章三极管基本放大电路3.3

模拟电子技术——电子技术基础精品课程第4章半导体三极管及放大电路武汉理工大学信息工程学院电子技术基础课程组上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础4双极型三极管及放大电路基础•4.1半导体BJT•4.2基本共射极放大电路•4.3放大电路的分析方法•4.4放大电路的工作点稳定问题•4.5共集电极电路和共基极电路•4.6组合放大电路•4.7放大电路的频率响应上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB4.3放大电路的分析方法上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础实现放大的条件1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。4.3放大电路的分析方法上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法小信号模型分析法图解法计算机仿真4.3放大电路的分析方法上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础4.3放大电路的分析方法•4.3.1放大电路的两种工作状态•①静态：–当放大电路没有输入信号（υi=0）时，电路中各处的电压电流都是不变的直流，这种状态称为直流工作状态或静态。–在静态工作情况下，三级管各电极的直流电压和直流电流的数值，将在管子的特性曲线上确定一点，这点常称为静态工作点。（Q点）–为什么要设置静态工作点呢？因为发射结是单向导电的，而且具有一定的门坎电压，如直接输入交流信号将产生严重失真。•②动态：–当放大电路加入输入信号（υi≠0）时，电路中各处电流电压便处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础4.3放大电路的分析方法•4.3.2两种工作状态分析•静态分析–画直流通路•原则是大电容开路，大电感短路，直流电源不变–估算法或图解法求出静态工作点Q。•动态分析–画交流通路•原则是大电容短路，大电感开路；直流电源是恒压源其内阻为零，直流电源短路；直流恒流源内阻大，开路–微变等效电路求出Av、Ri、Ro。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础4.3.2直流通路和交流通路放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通路是不同的。交流通路：只考虑交流信号的分电路。直流通路：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。4.3放大电路的分析方法上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础4.3估算法和图解分析法•4.3.2两种工作状态分析•静态分析——求解IBQ、ICQ、UCEQ–画直流通路•原则是大电容开路，大电感短路，直流电源不变–估算法或图解法求出静态工作点Q。ov2CivCCVbRCR1CTLR直流通路CCVCEVbRCRBEVCIBIT上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法•3.3.2两种工作状态分析•动态分析–画交流通路•原则是大电容短路，大电感开路；直流电源是恒压源其内阻为零，直流电源短路；直流恒流源内阻大，开路–微变等效电路求出Av、Ri、Ro。ov2CivCCVbRCR1CTLRLR交流通路ivovCRTbR上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法•3.3.3静态分析估算法–静态分析——就是通过放大电路的直流通路求解静态工作点值IBQ、ICQ、UCEQ。直流通路CCVCEVbRCRBEVCIBIT输入方程VCC=IBRb+VBEVCC=ICRC+VCE输出方程Ak.RVVIbBECCB403007012VCE=VCC–ICRC=12–1.6×4=5.6(V)mA.IIBC614040上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法•3.3.3静态分析估算法–静态分析——求解直流通路静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ。直流通路CCVCEVbRCRBEVCIBITAIB40VCE=5.6(V)Q点mA.IC61上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法•3.3.4静态分析图解分析法•将直流通路分为两个部分：–非线性部分——非线性元件（三极管）和直流偏置电阻Rb、Vcc–线性部分——线性元件Rc和电源Vcc直流通路CCVCEVbRCRBEVCIBITCCV电路的线性与非线性两条伏安曲线交点即为所求静态工作点Q非线性部分线性部分上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法•3.3.4静态分析图解分析法CCVCEVbRCRBEVCIBITCCV两条伏安曲线交点即为Q非线性部分线性部分非线性元件三极管和偏置回路Rb、Vcc线性元件Rc、Vcc作出非线性部分伏安曲线（三极管输出特性）作出线性部分伏安曲线（直流负载线）上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础例：利用图解法求解下图共射放大电路的静态工作点。（在用图解法解题时，题目须给定T管的输出特性曲线）3.3估算法和图解分析法ov2CivCCVbRCR1CTLRiC(mA)vCE(V)0iB=20A0A40608010012693321上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础iC(mA)vCE(V)0iB=20A0A406080100126933211.非线性回路输入方程VCC=IBRb+VBE3.3估算法和图解分析法例：利用图解法求解下图共射放大电路的静态工作点。（在用图解法解题时，题目须给定T管的输出特性曲线）解：直流通路为ARVVIbBECCB40CCVCEVbRCRBEVCIBITCCV确定输出特性曲线上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础CCVCEVbRCRBEVCIBITCCV3.3估算法和图解分析法例：利用图解法求解下图共射放大电路的静态工作点。（在用图解法解题时，题目须给定T管的输出特性曲线）解：直流通路为iC(mA)vCE(V)0iB=20A0A406080100126933212.线性回路——直流负载线方程VCE=VCC–ICRC直线方程两点（12V,0mA）（0V,3mA）静态工作点Q斜率为CR1上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法CQI3.确定交点Q电路的电流电压即满足非线性的输出特性曲线，又满足线性部分的直流负载线；所以两者交点为电路的静态工作点。iC(mA)vCE(V)0iB=20A0A40608010012693321斜率为CR1mA.IAICQBQ3140VCEQ=7(V)Q点CEQV静态工作点Q上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法4.讨论——工作点和元件参数iC(mA)vCE(V)0iB=20A0A40608010012693321静态工作点Q斜率为CR1若增大Rc↑，则工作点左移；CR1当Rc↑↑，Q点会进入饱和区，三极管电流控制作用失效Ic≠βIB，结论：电路元件参数对工作点有很大影响。因为直流负载线的斜率为上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法课堂练习：以下电路能不能放大？PNPov2CivCCVCR1CLRCCVovivbRTCRBBV(a)(b)判断方法1.直流通路：有没有合适的静态工作点，（是否满足发射结正偏，集电结反偏）2.交流通路：信号能否顺畅的输入与输出。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法课堂练习：以下电路能不能放大？PNPov2CivCCVCR1CLRCCVovivbRTCRBBV(a)(b)能不能上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法课堂练习：以下电路能不能放大？(c)(d)不能Tov2CivCCVeR1CbRTCRov2CivCCVbR1CLR3C不能上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法课堂练习：以下电路能不能放大？(e)(f)能不能cRbRTov2CivCCVeR1CeCCCVovivbRTCRBBV上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法•3.3.5动态工作情况图解分析法•当输入端接入正弦信号时，电路将处于动态工作状态；由输入信号vi的波形，通过图解法确定输出电压vo的波形，称为动态工作情况图解分析法。•它是在Q点上叠加交变信号的工作过程–vivBEiBiCvCE|-vo|•图解分析步骤：–①由vi波形在输入特性上画出iB波形；–②由iB的波形在输出特性上画出iC和vCE的波形；–③在vCE波形中滤去直流电压得到vo波形。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法•3.3.5动态工作情况图解分析法例：用图解法分析基本共射放大电路的动态工作情况。画工作波形，计算电压放大倍数。设输入信号vi=Vimsinwt=0.02sinwtVov2CivCCVbRCR1CTLR0tiv0.02V上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础1．当RL=∞时在输入回路vBE=VBE+vit0ivBEQVBEvcRCEvBEvCiBioviv2CCCVbR1CTLRvBE波形图3.3.5动态工作情况图解分析法3.3估算法和图解分析法ivovCRTbR上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础iQBQIBQIB2iB1iBEQUiB的波形图工作点的移动uBE波形图（1）iB的形成过程已知Qabt0BEv0tBiBi0BEv3.3估算法和图解分析法上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础abBQBIioQtMNCCCR/VCCV0CEuCi0tCEvCEQVCEQVCQICQIiB1iB2(2)输出波形已知Q已知iB工作点的移动vCE波形图iC波形图输出电压vo0Ci3.3估算法和图解分析法上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.3估算法和图解分析法+3v-3vt20mvtivtBiBItCiCItCEVCEvov结论：1.电流、电压=直流分量+交流分量；说明在放大器中电量既有直流又有交流，电量是交直流共存的——反映了模拟电子技术的特点。3.vo比vi幅度大得多，频率相同，相位差180∘。∵当iC增大时，vCE却减小。2.电量的瞬时值是变化的，但方向不变（都在横轴以上）|交流分量||直流分量|，即电量的最终方向由直流决定。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础结论：输出电压vo与输入电压vi相位相反0tov0tiv3.vo比vi幅度大得多，频率相同，相位差180∘。∵当iC增大时，vCE却减小。3.3估算法和图解分析法1501800203sin.sinAV输入信号的复数值输出信号的复数值上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础2．当RL=4k≠∞时RL=4k的交流通路cRCEvBEvCiBioviv2CCCVbR1CTLRLRivovCRTbR直流通路没有变，Q点不变交流通路改变，动态工作轨迹变化3.3估算法和图解分析法输入回路不变，但输出回路改变了，集电极电流的交流分量ic不仅要通过Rc，也要流过RL，这样在输出回路中Rc和RL是并联的。ic上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子