放大电路基础资料PPT课件

1、三极管的三种组态基本放大电路共基极放大电路（CB）共发射极放大电路（CE）共集电极放大电路（CC）第1页/共62页输输入入电电流流输输入入电电压压: :iiIV信信号号源源内内阻阻信信号号源源电电压压: :ssRV输输出出电电流流输输出出电电压压: :ooIV负负载载电电阻阻:LR第2页/共62页说 明v 电路的放大作用是指：将小的变化量放大成大的变化量，是针对变化量而言的。v 放大的实质是利用三极管的电流控制和放大作用实现能量的转换，即：输入交流小信号，通过改变基极电流，控制集电极电流，将消耗在三极管上的一部分功率转换为负载上新获得的交流信号功率，而直流电源输出的平均功率始终保持不变。第3页

2、/共62页1. 共射极基本放大电路的组成 一般是指由一个三极管和相应元件组成的基本组态放大电路。电路有两个特点： 直流和交流同时存在 非线性3.2 共射极放大电路共射极放大电路放大区近似线性第4页/共62页共射极基本放大电路X 三极管TX 直流电源VBB和VCCX 基极偏置电阻RbX 集电极偏置电阻RcX 隔直或耦合电容Cb1和Cb2起放大作用给三极管提供合适的偏置电压，使其工作在线性放大区和VBB配合，在直流静态时供给三极管合适的基极电流将集电极电流iC的变化转换为输出电压的变化隔离直流，耦合交流，这种引入和引出交流信号的方式称为阻容耦合iBEBEvVv ceCECEvVv 第5页/共62页

3、放大电路电压、电流正方向的规定输入、输出信号及直流电源的共同端点(O点)称为“地”，用符号“”表示，电路中所有点的电位均以此点为“参考电位点”，即电压的正方向以O点为负端，其它各点为正端。电流的正方向：基极和集电极电流以流入电极为正，发射极电流以流出电极为正第6页/共62页放大电路的习惯画法第7页/共62页例 题 试分析右图中各电路对正弦交流信号有无放大作用无放大作用：电路缺少基极偏置电阻和耦合电容，导致交流输入信号和直流电压源直接并联；而且直流电压源的方向加反了有放大作用：此电路为正常的共射极放大电路。无放大作用：电路中耦合电容Cb1的位置不对，导致直流偏置电压无法加载在b、e电极间，管子不

4、能正常工作。无放大作用：直流偏置电压VCC的方向加反了，导致管子不能正常工作。第8页/共62页3.3.1 放大电路的静态和动态 (1) 静态 当放大电路没有交流输入信号时，电路中各处的电压和电流都是不变的直流，称为“直流工作状态”或“静态”。 分析放大电路的“静态”，需要绘出电路的“直流通路(道)”，此时保留直流电源，去除交流输入信号(交流电压源短路、交流电流源开路)，耦合电容作开路处理。3.3 放大电路的分析方法第9页/共62页1 共射极放大电路的直流通路:)(常常称称作作“偏偏流流”基基极极电电流流BI固定偏流电路bBEBBBRVVI bBBRV 定值定值第10页/共62页 当放大电路有交

5、流输入信号时，电路中各处的电压和电流处于变动状态，称为“交流工作状态”或“动态”。 分析放大电路的“动态”，需要绘出电路的“交流通路(道)”，此时保留交流输入信号，去除直流电源(直流电压源短路、直流电流源开路)，耦合电容作短路处理。(2) 动态第11页/共62页 2 共射极放大电路的交流通路第12页/共62页1. 静态工作情况分析 静态工作情况分析是要根据电路的直流通路，求出电路的IB、 IC、 VCE值。这三个值可以在BJT管的输出特性曲线上确定一点，该点称为放大电路的静态工作点(Q点)。3.3.3 放大电路的静态分析放大电路的静态分析第13页/共62页 例:下图为一共发射极放大电路正常工作

6、时,Q点在三极管输出特性曲线上的示意图,试说出此时电路的IB、 IC、 VCE值,并求出三极管的第14页/共62页(1) 近似估算分析bCCbBECCBRVRVVI BCII CCCCCERIVV 第15页/共62页40设AkVRVIbCCB 4030012 例:试计算下图电路的Q点参数mAAIIBC6 . 14040VkmAVRIVVcCCCCE6 . 546 . 112 第16页/共62页(2) 图解分析法BEbbCCbBECCBVRRVRVVI 1:输入回路线性方程直流负载线CEccCCCCCCCCEVRRVIRIVV 1:输出回路线性方程P42例3.1第17页/共62页v 写出输入回路

7、的线性方程，根据该方程在三极管输入特性图上作一条直线，由直线和输入特性曲线的交点确定IBQv 写出输出回路的线性方程，根据该方程在三极管输出特性图上作一条直线(直流负载线)，由直线和IB IBQ的输出特性曲线的交点确定ICQ、 VCEQ静态图解分析法步骤bCCBBQBERVIIV 定偏流电路有：固由计算法直接确定，对不用作图法确定，而是一般基本为恒定值，由于三极管正常工作时第18页/共62页 动态工作情况分析是根据输入信号vi，通过图解法确定输出电压vo，从而得出vo和vi之间的相位关系和动态范围。 (1) 交流负载线3.3.4 动态分析图解分析ceLcLcLLcccevRiRRRRRiv 1

8、/)/(，则：，令 ceCEQCEcCQCvVviIi CEQCEceCQCcVvvIii)(1CEQCELCQCVvRIi 第19页/共62页交流负载线示意图)(1CEQCELCQCVvRIi交流负载线方程：交流负载线方程：在输出特性图上过静态工作点Q作斜率为1/RL的直线，该直线为交流负载线， RL称为电路的等效交流负载电阻。CEccCCCVRRVI 1:直流负载线方程空载时的交流负载线和直流负载线重合。第20页/共62页(2) 图解分析法 用图解法进行动态分析时需要进行的准备工作： 要有BJT管的输入和输出特性曲线； 对电路进行静态分析，在输出特性曲线上确定静态工作点Q，并过Q点作出交流

9、负载线； 作出输入信号vi的波形图。第21页/共62页QQ直线段QQ是动态时工作点移动的轨 迹 ， 称 为 动 态 工 作 范 围共射极放大电路又称反相电压放大器iBEBEvVv 第22页/共62页可以看出vo(vce)和vi的幅度关系，即|vo|和 |vi|相比是放大还是缩小，并能测出电压放大倍数|vo|/|vi|。可以看出vo和vi的相位关系，是同相还是反相。可以观察电路的失真情况，确定vo的最大不失真幅度。用图解法进行动态分析可得到的结果第23页/共62页 (1) 失真情况分析(以电路空载为例)3. 电路的非线性失真和静态工作点选取放大电路的工作点均在放大区，电路正常工作。第24页/共6

10、2页(a) 饱和失真示意图放大电路的工作点进入饱和区，引起饱和失真(对NPN管输出波形出现削底现象)，其原因是静态工作 点 选 得 过 高第25页/共62页(b) 截止失真示意图放大电路的工作点进入截止区，引起截止失真(对NPN管输出波形出现削顶现象)，其原因是静态工作 点 选 得 过 低第26页/共62页(2) 静态工作点的选取 设 交 流 负 载 线分别与饱和区、截 止 区 的 分 界线交于Q1、Q2点 ， 将 静 态 工作点选在Q1、Q2点的中间，这 样 可 以 得 到最 大 不 失 真 输出 ， 但 这 也 需要 输 入 信 号 幅度较大，以使iB电 流 达 到 一 定幅度如果输入信号

11、的幅度较小，可将静态工作点设低，以减少直流电源功率损耗(此时iC低)。第27页/共62页图解法存在以下不足之处：v 需要厂家提供或实际测试晶体管的特性曲线v 作图的误差较大v 只适用于低频(高频时需考虑管子结电容的 影响，特性曲线不再适用)v 分析带反馈的电路不方便v 不能求取电路的某些参数，如输入、输出电阻等4. 图解法的应用范围图解法适用于输入信号幅度较大、频率较低以及放大电路不带反馈的场合。第28页/共62页 小信号模型分析法是在输入信号幅度不大的前提条件下，将BJT静态工作点附近的特性曲线用直线代替，从而将BJT由非线性器件转化为线性器件。3.3.5 放大电路的动态分析放大电路的动态分

12、析小信号模型法小信号模型法第29页/共62页 )()(21CEBCCEBBEvifivifv，1. BJT的小信号建模 (1) H参数的引出 CEICECBVBCCCEICEBEBVBBEBEdvvidiiididvvvdiivdvBCEBCE ceoebfeccerebiebevhihivhihv参数的称为、HBJToefereiehhhh第30页/共62页ceoebfeccerebiebevhihivhihv定 义：VCE恒定(VCE= VCEQ：输出端交流电压短路)时的输入电阻单 位：欧姆()惯用符号：rbe(2) H参数的定义和物理意义CEVBBEieivh 第31页/共62页ceoe

13、bfeccerebiebevhihivhihv定 义：IB恒定(IB= IBQ：输入端交流电流开路)时的反向电压传输比单 位：无量纲惯用符号：rBICEBErevvh 第32页/共62页ceoebfeccerebiebevhihivhihv定 义：VCE恒定(VCE= VCEQ：输出端交流电压短路)时的正向电流传输比或电流放大系数单 位：无量纲惯用符号：CEVBCfeiih 第33页/共62页ceoebfeccerebiebevhihivhihv定 义：IB恒定(IB= IBQ：输入端交流电流开路)时的输出电导单 位：西门子(S)惯用符号：1/rceBICECoevih 第34页/共62页(3

14、) H参数小信号模型ceoebfeccerebiebevhihivhihv第35页/共62页(4) 小信号模型的简化r很小，通常低于10-2，一般在10-3 10-4之间rc e很 大 ， 通 常 大 于 1 0 0 k 参见教材P50表3.2第36页/共62页思考题:小信号模型的建立和静态工作点有何关系?第37页/共62页关于小信号模型的说明X H参数均是针对变化量的，因此模型只能用来求动态变化量，不能用来求静态直流量(包括Q点)；X H参数均是在Q点附近确定的，因此只有在输入信号幅度不大，晶体管工作在线性区时应用此模型误差较小；X 模型中受控电流的方向不能随意假定，必须由ib的流向确定，当

15、ib流向基极时，受控电流从集电极流向发射极；X NPN管和PNP管的模型相同，而且受控电流方向和ib流向有相同的关系。第38页/共62页3.4 用小信号模型分析共射极基本放大电路(1) 分析步骤第一步：画出电路的直流通路，计算静态工作点参数，求出rbe第二步：画出电路的交流通路，并用H参数小信号模型代替电路中的晶体管，再根据此交流通路计算电路的动态性能参数AV、 Ri 、 Ro第39页/共62页(1) rbe的确定v 根据rbe的几何意义，通过BJT输入特性曲线确定v 理论计算ebberrr)1( 200: bbrr基区体电阻，EETeeImVIVrr)(26:常温下发射结电阻， mAImVr

16、Ebe)(26)1(200常温下 第40页/共62页(2) 例题40设AkVRVIbCCB 4030012 (a) 计算Q点参数EBCImAAII 6 . 14040 VkmAVRIVVcCCCCE6 . 546 . 112 8666 . 126)401(20026)1(200mAmVmAImVrEbe 第41页/共62页40设(b) 计算电压增益第42页/共62页:/LbLcoLcLRIRIVRRR ，则设(b) 计算电压增益92866. 0)4/4(40 kkbeLioVrRVVA bbeiIrV 负号表示输入电压与输出电压反相第43页/共62页(c) 计算输入电阻 kkkrRRbebi8

17、66. 0 866. 0/300 /第44页/共62页(d) 计算输出电阻0 sVTToIVR00 bsIV0 bcII kRRco4 第45页/共62页小信号模型分析共射极基本放大电路小结 1、画出电路的直流通路，计算静态工作点参数 求IBQ 、ICQ、 VCEQ 2、求出rbe 3、画出电路的交流通路，并用H参数小信号模型代替电路中的晶体管，再根据此交流通路计算电路的动态性能参数AV、 Ri 、 RomAImVrEbe)(26)1(200常温下 beLioVrRVVA P52例3.3第46页/共62页 1. 影响静态工作点的因素 电源电压的改变 晶体管老化引起管子参数变化 温度变化 2.

18、分压式偏置电路(射极偏置电路) 放大电路的Q点主要由IB确定，这个电流称为偏置电流，简称偏流，而获得偏流的电路叫做偏置电路。3.5 稳定静态工作点的放大电路稳定静态工作点的放大电路第47页/共62页(1) 分压式偏置电路电路图射极偏置电阻Rb 1、Rb 2构成分压器第48页/共62页(2) 稳定静态工作点的原理121112)105(IRRIIIIRbbBBb的电流均为的电流均为、过过，据此可认为流，据此可认为流，一般，一般的电流的电流设计电路时，确保流过设计电路时，确保流过VVVRRRVBCCbbbB53212为固定值，通常为 第49页/共62页v通过Rb1、 Rb2固定基极电位；v通过Re将

19、IC的变化反馈给基极发射极回路 温温度度 CI EeIR EI )(EeBBEIRVV BI CI第50页/共62页(3) 有关电路的计算 计算电路的Q点、电压增益、输入和输出电阻第51页/共62页CCbbbBBVRRRVII2121 (a) 计算Q点参数eBeBEBERVRVVI CBECIIII)( ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV 第52页/共62页(b) 计算电压增益/LbLcoLcLRIRIVRRR 令)1(ebebeebebiRrIRIrIV ebeLioVRrRVVA)1( 第53页/共62页(c) 计算输入电阻Re折算到rbe支路的等效电阻)1 (/21ebebbiRrRRR第54页/共62页(d) 计算输出电阻0 bI0 bI coRR 第55页/共62页分压式偏置电路求解电路参数小结 1、画出电路的直流通路，计算静