第五讲--单管共射放大电路及其分析方法

1、o主要内容n放大电路概述放大电路概述n放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法n单管共射极放大电路单管共射极放大电路n分压式射极偏置放大电路分压式射极偏置放大电路o目的与要求n掌握放大电路主要技术指标的含义及其计算方法掌握放大电路主要技术指标的含义及其计算方法n了解单管共射放大电路的工作原理了解单管共射放大电路的工作原理n理解放大电路的组成原则理解放大电路的组成原则n了解放大电路的图解分析法了解放大电路的图解分析法n掌握放大电路的工程近似分析法和微变等效电路法掌握放大电路的工程近似分析法和微变等效电路法n掌握分压式射极偏置电路与固定偏置电路的区别掌握分压式射极偏置电路与固定偏置电路的区别o

2、重点：n放大电路的微变等效分析放大电路的微变等效分析o放大的概念o主要技术指标o单管共发射极放大电路o组成原则1、放大的概念o放大 输入为小信号，有源元件控制电源使负载获得大信号，并保持线性关系。o放大本质n能量的控制n在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动负载。o基本要求不失真o放大对象变化量，即输入信号的小变化输出信号的大变化o核心元件n三极管n场效应管2、主要技术指标技术指标测试示意图o放大倍数n含义描述放大电路的放大能力n定义式o电压放大倍数o电流放大倍数ioUUAu ioIIAi o输入电阻Rin从放大电路输入端看进去的等效电阻。n描

3、述放大电路从信号源索取电流的大小n定义式issRRUI.i.isisiURRRUiiiIUR o输出电阻n从放大电路的输出端看进去的等效电阻。n描述放大电路带负载能力的技术指标。n测量或计算方法/11oLoooLLoURRURRRU LS0oooRUIURLooo)1(RUUR +S+o负载LS+信号源-u-oiiiRR放大电路-+iuuRiRiouoRRo 输入电阻和输出电阻，都描述了电子电路相互连接时对信号所产生的影响。 输入电阻描述了放大电路对输入信号源的影响 输出电阻描述了放大电路的带负载能力（当负载变化时，输出信号保持稳定的能力）。 它们都是交流电阻，直接或间接地影响到放大电路的放大

4、能力。2、主要技术指标fAAm0.7AmfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fHfL放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线 3dB带宽2、主要技术指标o通频带2、主要技术指标o最大输出幅度o非线性失真系数n由元器件非线性特性引起的失真o最大输出功率与效率n o mVPP直 流 量：大写字母、大写脚码 如 IB、UCE交流瞬时量：小写字母、小写脚码 如 ib、uce交流有效量：大写字母、小写脚码 如 Ib、Uce交直流总量：小写字母、大写脚码 如 iB、uCEiB=ib+IB2、主要技术指标 附：电路中有关符号规定 OCCCEBCBBE )()(uRiuiiiuuo组成n晶体管VTn基极

5、电源VBBn基极偏流电阻Rbn集电极电源VCCn集电极负载电阻RC o工作原理 输入回路输入回路输出回路输出回路uIuoo电路结构缺点n双电源供电nui、uo不共地n阻容耦合单管共射放大电路 n 隔直通交o放大电路组成动画展示o放大电路放大原理动画展示4、组成放大电路的原则BCii o合理的偏置 外加直流电源使发射结正偏，集电结反偏，使三极管处于放大状态，则有：o有信号的输入回路 输入信号能有效地作用于放大电路的输入回路o有信号的输出回路 输出信号能有效地加到负载上。第1条是涉及放大电路的直流通路，第2、3条是放大电路的交流通路问题。 试分析下图所示各电路是否可能不失真地放大交流信号，简述理由

6、。设所有电容对交流信号均可视为短路。 (b) T VCC Cb1 Rc Cb2 T -VCC Cb1 Rc Cb2 T VCC Cb1 Rc Cb2 VBB Rb (a) (c) 4、组成放大电路的原则-举例o放大电路是交、直流共存n直流通路直流通路n交流通路交流通路o放大电路分析n静态分析o分析未加输入信号时的分析未加输入信号时的工作状态工作状态。o依据电路依据电路直流通路直流通路o分析目的分析目的求求静态工作点静态工作点（IBQ、ICQ、UCEQ）o分析方法分析方法工程近似分析法、图解法工程近似分析法、图解法n动态分析o在静态分析的基础上，分析加上交流输入信号时的在静态分析的基础上，分析加

7、上交流输入信号时的工作状态工作状态o依据电路依据电路交流通路交流通路o分析目的分析目的放大电路的放大电路的性能指标性能指标o分析方法分析方法图解法、微变等效电路法图解法、微变等效电路法iB=IB+ib ; uBE=UBE+ube 1、直流通路与交流通路o直流通路n直流电流流过的路径。n画法o输入信号为0，但保留信号源内阻RSo保留直流电源VCCo电容开路，隔直通交o电感短路1、直流通路与交流通路o交流通路n交流电流流过的路径。n画法o加信号源usoVCC自身短路o大容量电容短路bce2、静态分析工程近似分析法IBQICQ UCEQ其中，硅管 UBEQ = (0.6 0.8) V 锗管 UBEQ

8、 = (0.1 0.2) VbBEQCCBQRUVI ICQ IBQUCEQ = VCC ICQ RCo基本思路 先假定三极管工作在放大模式，再由分析结果进行验证、确定和计算o步骤n画直流通路n列输入、输出回路的电压、电流方程n求静态工作点n验证UBEQ= VCC IBQ RbUCEQ= VCC ICQ RCICQ = IBQ 求得静态工作点 若UCEQ0.7V，说明三极管处于放大状态，假设正确；否则，根据实际情况用另外的模型分析。【例】图示单管共射放大电路中，VCC = 12 V， Rc= 3 k ， Rb= 280 k ，NPN 硅管的 = 50，试估算静态工作点。解：设 UBEQ = 0

9、.7 VA 40mA )2807.012(bBEQCCBQ RUVIICQ IBQ = (50 0.04) mA = 2 mAUCEQ = VCC ICQ Rc = (12 - 2 3)V = 6 V2、静态分析工程近似分析法IBQICQ UCEQ若 Rb=100k ，试估算静态工作点。120.70.113100CCBEQBQbVUImAmAR(500.113)5.65CQBQIImAmA(125.65 3)4.95CEQCCcCQUVRIVV UCEQ不可能为负不可能为负，其最小值也只能为，其最小值也只能为0，三极管工作在，三极管工作在饱饱和区和区。1243C CC E SC MCVVVIm

10、 ARm A(0.113,4,0 )mA mA V2、静态分析图解法o在三极管的输出特性曲线上用作图的方法求放大电路的静态工作点。o步骤n画直流通路bceIBQICQ UCEQn近似估算IBQ、找到相应的输出特性曲线n列输出回路方程，作直流负载线iCuCEiB=IBQCECCCcuVi RVCCVCC /RC负载线UCEQICQQo与横坐标的交点o与纵坐标的交点n确定静态工作点Qo静态工作点在什么区域合理？3、动态分析图解法o交流通路 交流通路的输出回路是RC和RL的并联。o作交流负载线n通过静态工作点n斜率交流通路的输出回路LCLL/ 1RRRR ，其中，其中交流负载线交流负载线OIBiC

11、/ mAuCE /VQ3、动态分析图解法输入回路工作情况Q0.70t6040200uBE/ViB / At0uBE/ViBUBEuBE=UBE+ubeiB=IB+ib ube0.680.72 uBE iB交流负载线直流负载线4.57.5 uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQ iC输出回路工作情况3、动态分析图解法QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA2040

12、60QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线QQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uA3、动态分析图解法通过图解分析，可得如下结论： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失

13、真输出幅度。单管共射放大电路的电压电流波形3、动态分析图解法o交、直流并存o电压放大作用o倒相作用图解法的应用1分析非线性失真1、静态工作点过低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真ibui结论：iB 波形失真OQOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / AIBQ 截止失真OiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQuo = uce图解法的应用1分析非线性失真结论：iC 、uCE (uo )波形失真NPN 管截止失真输出uo波形 NPN 管uo波形Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真饱和失真图解法的应用1 分析非线性失真图解法的应用1 分析非线性失真 非线性失

14、真动画改变Rb，保持VCC Rc 不变OIBiCuCE Q1Rb 增大，Rb 减小，Q 点下移；Q 点上移；Q2OIBiCuCE Q1Q3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图解法的应用2分析参数对静态工作点的影响4、动态分析微变等效电路法 o三极管的微变等效电路o微变等效电路法指导思想条件 低频小信号(幅值和频率比较小) 把管子转化为电路,非线性转化为线性要解决的问题 已知电路元件、管子特性和参数求电路的动态参数注意： 反映Q点附近交流分量之间的关系4、动态分析微变等效电路法 BJT的小信号建模 三极管H参数微变

15、等效电路 H参数的物理意义 模型的简化 H参数的确定4、动态分析微变等效电路法 ),(CEBBEvifv 在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV 用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：),(CEBCvifi CECECBBCCBCEdvvidiiidiIV vBEvCEiBcebiCBJT双口网络CEBBEie Vivh 输出端交流短路时的输入电阻；输出端

16、交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEBCfe Viih BCEBEre Ivvh BCECoe Ivih 根据可得小信号模型BJT的H参数模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。h

17、feibicvceibvbehrevcehiehoe即 rbe= hie = hfe uT = hre rce= 1/hoe一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为 ibicvceibvbeuT vcerbercenuT很小，一般为10-3 10-4 ，nrce很大，约为105 。n故一般可忽略它们的影响， 得到简化电路 ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。 电流方向与ib的方向是关联的。 一般用测试仪测出； rbe 与Q点有关，如何求解？一般用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ ) re其中对于低频小功率管 rb300 )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIV

18、r26而 (T=300K) EQbbeImvrr26)1 ( 1. 电路如图所示。试画出其小信号等效电路。-VCCRcRLReRb2Rb1Cb2Cb1+-vo+-vi+ceb bI bI rbe e b c bI bI Re rbe e b c bI iI iV bI Rb2 Re rbe + - e b c bI iI iV bI Rb1 Rb2 Re rbe + - e b c bI iI iV bI Rb1 Rb2 Rc Re rbe + - e b c bI iI iV bI oV Rb1 Rb2 Rc Re RL rbe + - + - e b c 解：微变等效电路-例题（1）三极管

19、的微变等效电路 iB uBE晶体管的输入特性曲线晶体管的输入特性曲线 常数常数 CEBBEbeUiurrbe 晶体管的输入电阻 在小信号的条件下，在小信号的条件下，r rbebe是一常数。晶体管是一常数。晶体管的输入电路可用的输入电路可用r rbebe等效代替。等效代替。输入电路Q Q 点附近的工作段点附近的工作段近似地看成直线近似地看成直线 可认为可认为 u uBE BE 与与 i iB B 成正比成正比QOiB uBE EQbbbe)(26)1 (ImVrr低频、小功率管rbb 约为300 。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

20、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。uCE QiC O（1）三极管的微变等效电路o确定静态工作点Q o求静态工作点处三极管的微变参数rbe o画微变等效电路n画三极管的等效电路n其余部分的交流通路从三极管的三个电极出发，按画交流通路的方法把通向地的支路一一画出o列出电路方程并求解。微变等效电路法的步骤共射放大电路-微变等效电路法分析o步骤n求静态工作点Q n求微变参数rbe n画放大电路的微变等效电路n列电路方程并求解n步骤1：求静态工作点Q bBEQCCBQRUVI ICQ IBQUCEQ = VCC ICQ RCn步

21、骤2：求微变参数rbe )mA()mV(26)1 (300EQbeIrCQEQII其中o步骤n求静态工作点Q n求微变参数rbe n画放大电路的微变等效电路n列电路方程并求解n步骤3：画放大电路的微变等效电路o三极管的微变等效电路o电路其余部分的交流通路ebcrbe ib+ube +uce icibRc +ui +uo RL Rb 共射放大电路-微变等效电路法分析n步骤步骤4 4：列方程求性能指标：列方程求性能指标ebcrbe ib+ube +uce icibRc +ui +uo RL Rb o电压增益io UUAu bebirIU 而而bLco IRIU beLio rRUUAu 所所以以)

22、/(LcLRRR o输入电阻RiiiiIUR iiRi = rbe / Rb o输出电阻RoRo = Rc共射放大电路-微变等效电路法分析例1：电路如图，=40，计算放大倍数。(UBE=0)A4030012REIbCBQ mA6 . 14040IIBQCQ V6.546.112RIEUCCCCEQ 解：（解：（1）确定）确定Q（2）求）求rbe K966. 0)mA(ImV26)1(300EQber rRAbeLu 966.04/440 uA （3）求）求83 300K4K+uO+12Vui4K共射放大电路-举例分析 解：（1）4Vk4mA212cCCCCE RIVVmA2uA4050BC I

23、IuA40k300V12bCCbBECCB RVRVVI（2） 863)mA()mV(26)1(200)mA()mV(26)1(200CEbeIIr 87.115)/(beLcioV rRRVVA 863/bebebirrRRk4co RR36.73)87.115(500863863VsiiVS ARRRAioVVVA soVSVVA 2. 放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（2）、oi RR 、。已知 =50。共射放大电路-举例分析o主要内容n温度对静态工作点的影响n稳定静态工作点的原理n分压式射极偏置电路技术指标n固定偏流电路与分压式射极偏置电路的比较o目的与要求n了解温度对静态工作点的

24、影响n理解稳定静态工作点的原理n掌握分压式射极偏置电路技术指标n掌握固定偏流电路与分压式射极偏置电路区别o重点：n射极偏置电路技术指标o难点：n稳定静态工作点的原理1. 温度变化对ICBO的影响3. 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)()C25CBO(CBO00TTkTeII V102 . 2)(30)C25BE(BE0 TTVVT温度T 输入特性曲线左移2. 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QvCE/ViC/mAiB =0IBQ1一、温度对静态工作点的影响 ICBO ICEO T VBE IB IC QvCE/

25、ViC/mAiB =0IBQ1一、温度对静态工作点的影响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 稳定原理： IC IE IC VE 、VB不变 VBE IB （反馈控制）b点电位基本不变的条件：I1 IB ，CCb2b1b2BVRRRV 此时，不随温度变化而变化。VB VBE 且Re可取大些，反馈控制作用更强。 一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 二、分压式射极偏置电路o分压式射极偏置电路动画演示二、分压式射极偏置电路三、分压式射极偏置电路指标分析Q点、放大倍数、输入电阻、输出电阻静态工作点CCb2b1b2BVRRRVeBEBECRVVII CBII 若若I1 IB 若若V