模拟电路—三极管放大电路附例题ppt课件.ppt

第三章晶体管放大电路基础 全书重点 3 1放大电路的工作原理及分析方法3 2BJT偏置电路 直流通路 提供合适的静态工作点Q点 保证BJT发射结正偏 集电结反偏 放大信号始终处在放大工作区 避免出现截止及饱和失真 介绍固定基流电路 基极分压射极偏置电路 1 第三章晶体管放大电路基础 全书重点 3 3放大电路的技术指标及基本放大电路本节讨论小信号放大器的基本指标 电压放大倍数 电压增益 源电压放大倍数 源电压增益 交流输入电阻 交流输出电阻 功率增益等 第五章将讨论大信号放大器的非线性失真 输出功率和效率等指标 第六章将讨论放大器的上 下限频率 通频带 频率失真等频率指标 基本放大电路 共射 共基 共集 3 4多极放大电路 自学 2 练习 固定基流偏置电路如图所示 已知 BJT的 1 计算静态工作点Q 并分析Q点设置的是否合适 2 当 和BJT不变时 要使 可以改变哪些参数 3 解 1 由于 偏小 Q点靠近饱和区 因此Q点设置的不合适 4 解 2 若RB保持不变 仅改变RC 则IB和IC保持不变 若RC保持不变 仅改变RB 则 5 图解法 6 3 1放大电路的工作原理及分析方法 1放大的概念 所谓 放大 是指将一个微弱的交流小信号 叠加在直流工作点上 通过一个装置 核心为三极管 场效应管 得到一个波形相似 不失真 但幅值却大很多的交流大信号的输出 这个装置通常就是晶体管 场效应管放大电路 因此 放大作用的实质是晶体管的电流 电压或功率的控制作用 电压放大电路可以用有输入口和输出口的双端口网络表示 如图 Au 7 1 放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号 输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大 输出信号的能量得到了加强 基本放大电路 一般是指由一个三极管或场效应管 第四章介绍 组成的放大电路 可以将基本放大电路看成一个双端口网络 2 输出信号的能量实际上是由直流电源提供的 只是经过三极管的控制 使之转换成信号能量 提供给负载 3 晶体管为耗能元件 8 2放大器的组成原则 直流偏置电路 即直流通路 要保证器件工作在放大模式 交流通路要保证信号能正常传输 即有输入信号ui时 应有uo输出 9 2放大器的组成原则 判断一个电路是否具有放大作用 关键就是看它的直流通路与交流通路是否合理 若有任何一部分不合理 则该电路就不具有放大作用 元件参数的选择要保证信号能不失真地放大 即电路需提供合适的Q点及足够的放大倍数 10 1 基本放大电路的组成 放大器的工作原理 基本组成如下 三极管T负载电阻RL偏置电路VCC RC Rb耦合电容C1 C2 起放大作用 将变化的集电极电流转换为电压输出 使三极管工作在线性区给输出信号提供能量 起隔直作用 对交流起耦合的作用 11 3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 小信号 等效电路法 图解法 计算机仿真 12 静态 时 放大电路的工作状态 也称直流工作状态 放大管的直流电流电压称为放大器的静态工作点Q 静态工作点Q由直流通路求解 动态 时 放大电路的工作状态 也称交流工作状态 放大器工作时 信号 电流 电压 均叠加在静态工作点上 只反映信号电流 电压间关系的电路称为交流通路 13 基本思想 非线性电路经适当近似后可按线性电路对待 利用叠加定理 分别分析电路中的交 直流成分 分析三极管电路的基本思想和方法 直流通路 ui 0 分析静态 交流通路 ui 0 分析动态 只考虑变化的电压和电流 14 直流通路 只考虑直流信号的分电路 求静态工作点Q IBQ ICQ UCEQ 画直流通路时应将电容开路 电容不通直流 电感短路 电感上直流电压为零 15 交流通路 只考虑交流信号的分电路 请同学画 画交流通路时应将电压源短路 无交流电压 电流源开路 无交流电流 耦合 傍路电容短路 无交流电压 16 工作原理 放大电路的交流通路 交流通路 只考虑交流信号的分电路 画交流通路时应将恒压源短路 无交流电压 恒流源开路 无交流电流 耦合 傍路电容短路 无交流电压 17 一 放大电路的静态分析 工作原理 静态 i 0时 放大电路的工作状态 也称直流工作状态 静态分析 确定放大电路的静态值IBQ ICQ UCEQ 即静态工作点Q 静态工作点的位置直接影响放大电路的质量 静态分析方法 计算法 图解分析法 1 计算法 借助于放大电路的直流通路来求 直流通路是能通过直流的通道 将电路中的耦合电容和旁路电容开路 即可得到 18 放大电路的静态分析 工作原理 1 估算法 重点 Si管 UBEQ 0 7V Ge管 UBEQ 0 3V 2 求静态值IBQ ICQ和UCEQ 1 首先画出直流通路 求解顺序是先求IBQ ICQ UCEQ 19 1 直流通路 用估算法分析放大器的静态工作点 IBQ ICQ UCEQ 20 2 估算IBQ UBEQ 0 7V Rb称为偏置电阻 IBQ称为偏置电流 21 3 估算UCEQ ICQ ICQ UCEQ ICQ IBQ 22 放大电路的静态分析 工作原理 2 图解法 P74 P86 放大电路的输入和输出直流负载线 三极管的输入和输出特性曲线 确定静态工作点 1 由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ UBEQ UBE VCC IBRb 直流负载线 VCC Rb VCC IBQ Q 1 Rb 作出直流负载线 直流负载线和输入特性曲线的交点即是静态工作点Q 由Q可确定IBQ UBEQ 23 UCE VCC ICRc 直流负载线 1 由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ UBEQ 放大电路的静态分析 工作原理 2 图解法 2 由输出特性曲线和输出直流负载线求ICQ UCEQ 求两点 IC 0UCE VCC UCE 0IC VCC Rc 作出直流负载线 直流负载线和输出特性曲线的有多个交点 只有与iB IBQ对应的那条曲线的交点才是静态工作点Q 24 1 由直流负载列出方程UCE UCC ICRc2 在输出特性曲线上确定两个特殊点 即可画出直流负载线 关键 直流负载线的确定方法 3 在输入回路列方程式UBE UCC IBRb 4 在输入特性曲线上 作出输入负载线 两线的交点即是Q 5 得到静态工作点Q点的参数IBQ ICQ和UCEQ 放大电路的静态分析 2 图解法 工作原理 VCC VCC Rc 25 放大电路的图解分析方法 通过作图的方法求AU AI及放大电路的最大不失真电压 交流负载线 放大器工作时动态工作点的运动轨迹 交流负载线确定方法 1 通过输出特性曲线上过Q点做一条斜率为1 RL 直线 2 交流负载电阻RL RL Rc 3 交流负载线是有交流输入信号时 放大器工作时动点 vCE iC 的运动轨迹 比直流负载线要陡 26 图解分析方法 图解分析 确定放大器的最大工作范围 最大不失真电压 Ucm min Ucm1 Ucm2 通过图解分析 可得如下结论 1 可确定输出信号的动态范围 2 可以计算出放大电路的电压放大倍数 3 可以确定最大不失真输出幅度 27 Rb 为什么要设置静态工作点Q 放大电路建立正确的静态工作点 是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真 28 A合适的静态工作点Q 图解分析 不截止Ucm1 不饱和Ucm2 29 B Q点过高 信号进入饱和区 放大电路产生饱和失真 30 C Q点过低 信号进入截止区 放大电路产生截止失真 31 D双向失真 不截止Ucm1 不饱和Ucm2 32 饱和失真 截止失真 由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真 由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真 波形的失真 双向失真 放大电路要想获得大的不失真输出幅度 需要 1 工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位 2 要有合适的交流负载线 3 输入信号的幅度不能太大 工作点位置合适信号过大而引起的非线性失真 4 放大倍数不能太大 33 厄利电压当这些曲线外插到零电流之数值时 他们会相交于负电压轴上之一点 基极宽度的减少导致少数载子浓度的梯度增加 故而增大了流经基极的扩散电流 所以当集一射极电压增加时 集极电流随之增加 此即厄利效应的成因 34 3 2BJT偏置电路 设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路 对偏置电路的要求 提供合适的Q点 保证器件工作在放大模式 例如 偏置电路须保证三极管E结正偏 C结反偏 当环境温度等因素变化时 能稳定电路的Q点 例如 温度升高 三极管参数 ICBO VBE on 而这些参数的变化将直接引起Q点发生变化 当Q点过高或过低时 输出波形有可能产生饱和或截止失真 35 实用放大电路 双电源供电电路如图所示的原理电路在实际应用时存在什么问题 36 实用放大电路 双电源供电电路如图所示的原理电路在实际应用时存在以下几个问题 1 交流信号源与直流电源共用一个回路 相互影响 2 信号源经Rb才加到发射极两端 使发射极两端的信号大大减小 导致放大电路的放大性能的下降 3 输出电压uO中含有直流成分 37 为解决上述问题 可将阻容耦合交直流叠加 或分离 电路引入到放大电路中来 如图2所示 图2 双电源供电电路 图1原理电路 38 由于该放大电路使用了两组电源 所以称为双电源供电电路 C1 C2称为耦合电容或隔直电容 该电路又称为阻容耦合放大电路 图2 双电源供电电路 39 a 双电源供电电路 b 单电源供电电路 实用放大电路 单电源供电电路 40 a 单电源供电电路 b 习惯画法 41 三极管偏置电路 介绍两种基本偏置电路 一 固定 稳 基流电路 最简单的偏置电路 静态工作点Q点估算 注意保证放大的条件 电路优点 电路简单 IBQ随温度变化小 Q点设计方便 计算简单 电路缺点 工作点Q随温度变化大 不具有稳定Q点的功能 基本稳定 42 温度对工作点的影响 1 温度变化对输出特性曲线的影响 2 温度变化对输入特性曲线的影响 温度T 输出特性曲线上移 温度T 输入特性曲线左移 3 温度变化对 的影响 温度每升高1 C 要增加0 5 1 0 温度T 输出特性曲线族间距增大 43 这三个参数均与温度有关 随温度每升高1 相对值增加 0 5 1 0 间距加大 所以讨论偏置电路热稳定性实际上就是讨论这三个参数随温度变化而引起ICQ变化的特性 UCEQ UCC ICQRC T 时 ICQ Q点升高 44 例2在稳基流偏置电路中 假设晶体管为锗NPN管 室温时 50 UBE 0 25V ICBO 1 A 偏置电路的UCC 6V RB 180k RC 2k 试计算Q及温度由室温升高30 时ICQ和UCEQ的变化情况 45 解 室温时可求得 IBQ 32 A ICQ 1 6mA UCEQ 2 7V 50 UBE 0 25V ICBO 1 A 偏置电路的VCC 6V RB 180k RC 2k 基本稳定 46 解 室温时可求得 IBQ 32 A ICQ 1 6mA UCEQ 2 7V当温度升高30 后 65 那么I CQ 2 08mA 集电极静态电流变化的相对值为 随温度每升高1 相对值增加 0 5 1 0 间距加大 47 由上例可以知道 温度升高30 后 ICQ将明显增大 而UCEQ则明显减小 原本处于放大区中心的静态工作点如图所示 将沿直流负载线上升到靠近饱和区 这时 加上基极输入正弦信号电流 当它变化到正半周期间 晶体三极管就会进入饱和区 使得集电极电流ICQ和电压UCE的波形产生严重的失真 48 由上例可以知道 温度升高30 后 ICQ将明显增大 而UCEQ则明显减小 原本处于放大区中心的静态工作点如图所示 将沿直流负载线上升到靠近饱和区 这时 加上基极输入正弦信号电流 当它变化到正半周期间 晶体三极管就会进入饱和区 使得集电极电流ICQ和电压UCE的波形产生严重的失真 因此 为了保证放大器在很宽的温度范围内正常工作 就必须采用热稳定性高的偏置电路 提高偏置电路热稳定性有许多措施 常采用分压式偏置电路和恒流源偏置电路 第六章介绍 49 小结 固定偏置电路的Q点是不稳定的 为此 需要改进偏置电路 当温度升高 IC增加时 能够自动减少IB 从而抑制Q点的变化 保持Q点基本稳定 常采用基极分压式偏置电路来稳定静态工作点 50 二 基极分压射极偏置电路 51 静态工作点Q ICQ IBQ UCEQ 二 基极分压射极偏置电路 基极分压射极偏置电路稳Q条件 Ib1 Ib2 IB工程上取 10倍 52 二 基极分压射极偏置电路 1 稳定工作点原理 目标 温度变化时 使IC维持恒定 如果温度变化时 b点电位能基本不变 则可实现静态工作点的稳定 T IC IE IC VE VB不变 VBE IB 电流取样直流负反馈控制 见第七章 53 用估算法确定静态值的方法 画放大电路的直流通路 原则 电容开路 电感短路 列输入回路电压方程列输出回路电压方程或联解方程组得 和 54 静态工作点稳定的放大器 请同学画直流通路 I2 10IB I1 I2 分压式偏置电路 Ce 交流旁路电容 55 直流通道及静态工作点Q估算 IBQ ICQ VCEQ VCC ICRC IERe ICQ IEQ UE Re VB VBE Re 基本不变 UBE 0 7V