三极管电路放大电路及其分析方法

1、三极管电路放大电路及其分析方法一、教学要求1. 重点掌握的内容1放大、静态与动态、直流通路与交流通路、静态工作点、负载线、放 大倍数、输入电阻与输出电阻的概念；2用近似计算法估算共射放大电路的静态工作点；3用微变等效电路法分析计算共射电路、分压式工作点稳定电路的电压 放大倍数Au和Aus,输入电阻Ri和输出电阻R0。2. 一般掌握的内容1放大电路的频率响应的一般概念；2图解法确定共射放大电路的静态工作点,定性分析波形失真,观察电 路参数对静态工作点的影响,估算最大不失真输出的动态范围；3三种不同组态共射、共集、共基放大电路的特点；4多级放大电路三种耦合方式的特点,放大倍数的计算规律。3. 一般

2、了解的内容1共射放大电路 fL、fH 与电路参数间的定性关系,波特图的一般知识。 多级放大电路与共射放大电路频宽的定性分析；2用估算法估算场效应管放大电路静态工作点的方法。二内容提要1. 共射接法的两个根本电路共射放大电路 和分压式工作点稳定电路 是模拟电路中最根本的单元电路。 学 习这两种根本电路的分析方法是学习比拟复杂的模拟电路的根底。2. 两种根本分析方法图解法和微变等效电路法 在“模拟电路中,三极管是非线性元件,因此不能简单地采用“电路与磁路课中线性电路地分析方法。 图解法 和微变等效电路法 就是针对三极管非线性 的特点而采用的分析方法。3. 放大电路的三种组态共射组态、共集组态和共基

3、组态 由于放大电路输入、 输出端取自三极管三个不同的电极, 放大电路有三种组态共射组态、共集组态和共基组态。由于组态的不同, 其放大电路反映出的 特性是不同的。在实际中,可根据要求选择相应组态的电路。4. 两种放大元件组成的放大电路 双极型三极管放大电路 和场效应管放 大电路一般来说，双极性三极管是一种电流控制元件， 它通过基极电流iB的变化控 制集电极电流Ic的变化。而场效应管是一种电压控制元件，它通过改变栅源间的 电压ugs来控制漏极电流iD的变化；其次，双极性三极管的输入电阻较小，而场 效应管的输入电阻很高， 静态时栅极几乎不取电流。 由于它们性能和特点的不同， 可根据要求选用不同元件组

4、成的放大电路。5. 多级放大电路的三种耪合方式阻容耦合、直接耦合和变压器耦合 将多级放大电辟连接起来的时候， 就出现了级与级之间的耦合方式问题。 通过电阻和电容将两级放大电路连接起来的方式称为 阻容耦合 。由于电容的作用， 使各级放大电路的静态工作点互相独立， 分析估算比拟方便。 但它不能放大变化 缓慢的信号和直流信号， 也不便于集成化； 将前级输出与后级输入直接相连的方 式称为 直接耦合 。它能传递相放大变化缓慢的信号和直流信号， 便于集成， 但由 于是直接耦合，各级静态工作点互不独立，分析计算比拟麻烦。另外，还存在着 电平偏移 和零点漂移 现象；通过变压器的初级和次级把前级输出与后级输入连

5、接 起来的方式称为 变压器耦合 。它能够实现 阻抗变换 ，以便在负载上得到最大的功 率输出，各级静态工作点也互相独立。但由于变压器比拟笨重，消耗有色金属， 也不适于集成化。6. 放大电路的频率响应当将不同频率的信号输入放大电路时， 由于晶体管极间电容和电路中电抗性 元件的影响， 放大电路的放大倍数要随之变化并产生一定的相位移。 因此，放大 电路的电压放大倍数和相位是频率的函数， 称之为放大电路的 频率响应 。把放大 倍数与频率的关系称之为 幅频特性 ，相位与频率的关系称之为 相频特性 。三、重要概念本章涉及到的一些重要概念有： 放大的本质、 静态和动态、 直流通路和交流 通路、工作点、负载线、

6、非线性失真、放大倍数、输入电阻、输出电阻、频率特 性等。现简述如下：1. 放大 放大的实质可以从两个方面来看： 一是其能量的控制作用， 即用 一个能量比拟小的信号去控制另一个能量， 使负载上得到较大的能量； 二是放大 作用必须针对变化量而言， 即输入信号有一个比拟小的变化量， 那么在输出端得到 一个比拟大的变化量。2. 静态和动态 静态是指当放大电路没有输入信号 (Ui =0)时，仅在外电 源VCC作用下电路的工作状态。为了表示其工作状态，求出此时的IB、IC和UCE 值，它在特性曲线上是一个确定的点， 通常叫静态工作点。 动态是指放大电路加 入交流输入信号(Ui工0)时电路的工作状态。为了表

7、征动态特性，一般引用负载 线、动态范围、放大倍数、输入电阻和输出电阻等性能指标来表示。动态讨论的 变化量往往是在某个特定的静态根底上变化的， 因此可将它们两者的关系形象地 认为是在静态工作条件下“驮上了一个动态的工作信号。3. 直流通路和交流通路由于电路中存在着一些电抗性元件，故直流信号与交流信号的通路是不同的。 因此要相应地将电路区分为 直流通路和交流通路两 个方面。直流通路用以分析电路静态时的工作情况， 交流通路用以分析电路动态 时的工作情况。4. 静态工作点在电路参数一定的情况下， 三极管总有一个确定的静态工 作状态，我们用一个点来表示，叫 静态工作点。一般用|BQ、Icq和Uceq的数

8、值 来描述。5. 负载线在直流负载线和交流负载线。前者用于确定静态工作点， 后者 那么表示参加交流输入信号后，电路交流工作状态时的运动轨迹。6. 非线佳失真在放大电路的核心元件是双极型三极管或场效应管，由于它们本身是非线性元件，其输入、输出特性电压、电流间的关系都是 非线性的， 因此输出波形总会出现或多或少的失真， 尤其当工作点设置不合理或输入信号幅 度过大时，这种失真更为严重。7. 放大倍数、输入电阻和输出电阻它们是反映放大电路性能优劣的重要 指标。放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，定义为输出信号与输入信号的变 化量之比。它有电压放大倍数和电流放大倍数。当输入信号为正弦波时，电压放 大倍

9、数Au为输出电路的有效值U0与输入电压的有效值Ui之比，表示为Au=Uo/Ui电流放大倍数 Ai为输出电流约有效值Io输入电流|i的有效值之比，可表示Ai = |o/|i输入电阻Ri是衡量放大电路向信号源索取电流大小的指标。定义为输入电 压Ui与输人电流的有效值之比，可表示为Ri=Ui/h输出电阻Ro是衡量放大电路带负载能力的指标。定义为当输入端信号电压 Us等于零0 保存信号源内阻Rs、输出端开路Rl=x 时，外加输出电压Uo与输 出电流Io之比，可表示为Ro = ±|RL 复|o8. 频率特性随着输入信号频率的不同，放大电路电压放大倍数的模和相 角都要随之变比。把幅度随频度的变化

10、叫 幅频特性，相位随频率的变化叫相频特 性，统称为放大电路的频率特性。四、解题指导例1试判断图1中各电路能否对输入信号不失真地进行放大，并简述理 由。解 此题练习根据放大电路的组成原那么判断电路能否正常工作的方法。VTL亠d)UC图1图a电路无放大作用。静态基极电流Ibq= 0。图b电路无放大作甩。Vbb交流通路短路，输入信号送不进去，U= 0 图c电路有放大作用。符合组成原那么。图d电路无放大作用。三极管发射结反向偏置，|BQ= 0。图e电路有放大作用，三极管为PNP型，偏置符合要求，其它组成原那么 也符合要求。图f电路无放大作用。Cb将输入交流信号短路，Ui = 0。例2试画出图2中各电路

11、的直流通路和交流通路。设各电路中的电容足够 大，电路中的变压器为理想变压器。图2解 此题练习放大电路交直流通路的画法。电容足够大，在交流通路申可视为短路，直流开路。理想变压器绕组阻 抗可以忽咯，集电极电阻为0,在直流通路中可视为开路，交流通路中有阻抗变 换作用。另外，理想电压源可视为交流短路。根据以上原那么，可画出图3和图4中各电路的直流通路和交流通路。FrcZee图3电路的直流通路+4图4电路的交流通路例3共射放大电路如图5所示。给出三极管的输入、输出特性如图b 和图c。试用图解法Ibq用估算法确定静态工作点和求电压放大倍数Au的数值。解 此题练习用图解法确定静态工作点和进行动态分析的方法。

12、1作直流负载线如图根据 uce=VcccRc 可取两点：当 ic =0 时，uce=Vcc=12V，当 uce = 0 时, Vccic =4mA，连接这两点，作出直流负载线见图cAB直线。Rc12-0.70.04mA2802估算法求IbqVcc Ubeq I BQ =Rb可确定静态工作点Q，见图c3求 Icq 和 Uceq沿Q点作水平和垂直线可得到Icq = 2mA , Uceq=6V4作交流负载线11RlRcRl =1.5K，作斜率为-一 一的交流负载线的辅助线，Rl'1.5见图c直线CD所示。平移辅助线，使其交于 Q,便得到交流负载线EF。5求电压放大倍数Au在输入特性Q点附近取

13、厶iB,iB由20 4变化至60叭，相应就有一个厶ube, 见图b;在输出特性Q点附近根据 iB的范围就有一个对应的厶ic和厶ucE；根Uo:UCEUCE1 -UCE2 5-7据疋义Au10，见图"和c。也 W也 UBEUBE1UBE2 0.8 0.6图5三级管输入、输出特性例4在图1.413Q所示的单管共射放大电路中设三扱管的0=100* t/A =0* 7V, 3 = 2000,G 足够大，又知矿oc = 10V, &密490km 乩=忆严3k£L1估算静态时的BQ、丘0和口申值,2画出电屠的微变等效电路丰3计算鼻体管的亠值*W 求电踣中類电压放大倍数凡5班输入

14、电阻&和输出电阻6假设用示波U观索到的波形是底部失真,试问是截止失真还是惚和失真？欲 想改善输出波形，可改变电踣中哪垄蠢数？ M 大还是减小？(a)图6共射放大电路及其微变等效电路解斜?妹习时单聲矣*电黑餉球舍分析计算才SLrVccP瞬-lO-6 7“ A&=飞厂52血/cq=Jbq=100 X 0* O2=2mA几 eq=Vcc - &&=10-2X3=4V(2) 电路的微变等效电路见图6 Q)所乐*(3) 厲=咖+仃+P洋=200+(1+100)毀 1 5knEQ4 100X代一筑一坯如一竽尹=-讽 岳rt<1* 5尺=&伍花=1*5山(TRb

15、?“)R严艮=3册(6) 因是NPN僭，故为饱和失貝“宴设法使静杰工作点降低，增大弘可改 善输出波形。例 5放大电路如图7Q)所示。c=12V,E = 2km凡=O.3ka,丘严2kfh Ubeq = O7V 三极管的 0=100, r-200n.图7例5的电路及其微变等效电路(1)要便静态时f/c = 6V.底的阻億应为多少？画出电路的微变尊效电路f耳为上述阻值时，计算当屁=g和RiEkn时的电压放大倍数& a、Rb为上述阻值下，计算当输人端有信号源及信号源内阻时的电 压放大倍数九=#(/?i. = 2kQ)解 本悬擁习具有規射极电阻乩和僧号源内阻&的草鶯井射我大电路妁分 析

16、计鼻方法口(1报据口申=卩琲一心(丘+尺)可求出&=卑亍护=皋% = 26mA lg=Igi3=2* 6/100 = 0. 026mA12-0.7_(1 + 100)xa3根据 “CC= jftQRb + UBEQ +KlR* 可得0.026*s4Q0kn(2)画出电路的微变等效电路见图7所示*<3)当& = 8时伍=仏，十(1+0)尹=200+Q + 100)Qe. 2kflJEQ6100X2厂詠+仃+月&厂2十(1十1Q0) X (X 3叱一东3当J?-2kn时、佻.= RRima -二a ©XI比=4存务心諾才 从图的離变等效电路可以看出;&quo

17、t;ujv & _乩R卩s硏叭r石丙尺= R/m + (l +月)RJm+(l+0)& =li 2-h(i + ioo)XO. 3=3L 5kfi故几氓="島=(72川趕T1例6在图8所示的共源极放大电路中，场效应管的漏极特性见图(c)。(1) 画出电路的微变等效电路；(2) 用图解法求电路的静态工作点，Q点处的跨导gm。假设电路中 Rgi=30K Q , Rg2=560 KQ, Rg=1M Q , Rn=5 K Q , Rs=3 KQ, Vnn=20V。(3) 试求电路的Au, Ri和Ro；(4) 假设Gs开路，写出Au, Ri和Ro的表达式i f m A(6)图8

18、解此题练习分压一一自偏压式共源电路的综合分析方法。(1)放大电路的微变等效电路图9 电路的微变等效电路(2) 图解法求Q和弘：根据 “06 = 00 /D (R° + RJ当,D=o 时，"ds = Vdd=20V 当“ds = O时，心=巨早$ = 2. 5mA,连接这 心十他两点，得到直流负载线AB.见图8(c)。 作转移待性曲线：由输岀持性可以看岀，当，心=0时，人2.2mA(点C, 当 “gs= IV 时，Zol. 8mA (点 6),当 “gs= 1 5V 时，厶=1. 4mA (点 <), 连接a, b, c,各点得到转移持性曲线，见图8(历。 根据 “GS = UfM) x -pD Rs"g】i他2当= 0 时，Uqs = Hod X 录 心 1VIC，；，连接这两点，