《电工与电子学》课件：第3章分立元件基本电路第3版

1、3.1 3.1 共发射极放大电路共发射极放大电路3.2 3.2 共集电极放大电路共集电极放大电路3.3 3.3 共源极放大电路共源极放大电路3.4 3.4 分立元件组成的基本门电路分立元件组成的基本门电路第第3 3章章 分立元件基本电路分立元件基本电路3.1.1 电路组成3.1.2 静态分析3.1.3 动态分析3.1.4 静态工作点的稳定3.1.5 频率特性3.1 3.1 共发射极放大电路共发射极放大电路RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0直流直流电源电源集电极集电极电阻电阻输出输出电容电容晶体管晶体管基极基极 电阻电阻输入输入电容电容3.1.1 电路组成各元件的作用各元件的作用

2、晶体管：电流放大作用，发射极正偏，集电极反偏；晶体管：电流放大作用，发射极正偏，集电极反偏；直流电源直流电源U UCCCC：提供放大所需的能量；：提供放大所需的能量；偏置电阻偏置电阻R RB B：调节：调节R RB B ，可调节基极电流；，可调节基极电流；集电极负载电阻集电极负载电阻R RC C：将集电极电流的变化转换成电压：将集电极电流的变化转换成电压 的变化送到输出端；的变化送到输出端；耦合电容耦合电容C C1 1 、C C2 2：隔直，不适用于低频电路。：隔直，不适用于低频电路。 所谓静态是指当放大器没有输入信号（所谓静态是指当放大器没有输入信号（u ui i=0)=0)时，电路中各时，

3、电路中各处的电压电流都是直流恒定值，亦称为直流工作状态。处的电压电流都是直流恒定值，亦称为直流工作状态。静态分析内容：在直流电源作用下，确定三极管静态分析内容：在直流电源作用下，确定三极管 1 1）基极电流）基极电流I IB B ； 2 2）集电极电流）集电极电流I IC C； 3 3）集电极与发射极之间的电压值）集电极与发射极之间的电压值U UCECE。静态分析方法：静态分析方法：1 1）图解法；）图解法； 2 2）估算法。）估算法。3.1.2 3.1.2 静态分析静态分析1 1）图解法）图解法iBuBEUCCUCCRB0UBEQIBQQB输入回路输入回路BECCBBUUR I - -BBE

4、if u ()()UCCUCCUCEIC+IBUBE+RBRC线性线性非线性输出回路输出回路UCCUCCUCEIC+IBUBE+RBRCIB = IBQICQUCEQQUCCUCCRC直流负载线直流负载线uCE0iCCECCCCUUR ICCEB()If UI 常常量量2 2）估算法）估算法RBRCICIBUCEUBE+UCC直流通路直流通路BEBEB BB BCCU UI IR RU UC CC CCECECCI IR RU UU U B BCCCCB BBEBECCCCB BR RU UR RU U- -U UI IB BC C I II IC CC CCCCCCECEI IR R- -U

5、 UU U所谓动态是指放大电路有信号输入时，电路中各处的电压所谓动态是指放大电路有信号输入时，电路中各处的电压电流都处于变动工作状态电流都处于变动工作状态 。动态分析内容：输入信号变化时，电路中各种变动态分析内容：输入信号变化时，电路中各种变 化量的变动情况和相互关系。化量的变动情况和相互关系。 1 1）电压放大倍数）电压放大倍数A AU U； 2 2）输入电阻）输入电阻r ri i； 3 3）输出电阻）输出电阻r ro o 。动态分析方法：动态分析方法：1 1）图解法；）图解法； 2 2）微变等效电路分析方法。）微变等效电路分析方法。3.1.3 3.1.3 动态分析动态分析1 1）图解法）图

6、解法输入电路输入电路tBEBEiuUuBBbiIi输出电路输出电路1 1）图解法）图解法iC = IC + ic uCE = UCE + uce 经电容隔直后：经电容隔直后：uo= uCE -UCE =uce 工作点与工作点与波形失真波形失真1 1）图解法）图解法Q Q点过高点过高饱和失真饱和失真Q Q点过低点过低截至失真截至失真2 2）微变等效电路分析法）微变等效电路分析法+uiRBRCUCEUBE+UCC+C1C2+u0RLiBiCu0RB+ui+RLRCubeuceicibii交流通路交流通路交流通路：将电路中的电容和直流电源短路。交流通路：将电路中的电容和直流电源短路。bubebrbe

7、 ec ibibicuce_微变等效电路：将晶体管用小信号模型来代替。微变等效电路：将晶体管用小信号模型来代替。uceubeib ibceic晶体管的小信号模型晶体管的小信号模型ui_rbe ib ibicRCRBuo_RL微变等效电路微变等效电路+RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+u0RLiBiC（1 1）电压放大倍数）电压放大倍数带负载时带负载时 不带负载时不带负载时 _rbe RCRB_RLbebeC Ci io ou ur rR R U UU UA AbebeL LC Cb bbebeL LC Cb bi io ou ur r) )/R/R(R(R I Ir r) )/R/R(R

8、(RI I - -U UU UA AibebUr I oCbUR I iU bI cI bI oU 上式说明，选择适当的参数，可使信号得到放大。上式说明，选择适当的参数，可使信号得到放大。 Au为负值，说明输出信号与输入信号反为负值，说明输出信号与输入信号反相，即共射极放大电路具有倒相作用。相，即共射极放大电路具有倒相作用。 可见带负载使放大倍数下降。可见带负载使放大倍数下降。 （2 2）输入电阻）输入电阻ui_rbe ib ibicRCRBuo_RLri放大电路的输入电阻：放大电路的输入电阻：根据以上的微变等效电路：根据以上的微变等效电路： 对信号源而言，对信号源而言，放大电路相当于它放大电

9、路相当于它的负载，负载电阻的负载，负载电阻即为放大电路的输即为放大电路的输入电阻。入电阻。i ii ii iI IU Ur r bebeB Bi i/r/rR Rr r（2 2）输入电阻）输入电阻US_RSri_uiS Si iS Si ii iU Ur rR Rr rU Ur ri i是衡量放大电路对输入电压衰减程度的重要指标。是衡量放大电路对输入电压衰减程度的重要指标。如右图所示，把一个内阻为如右图所示，把一个内阻为R RS S ，源电，源电压为压为U US S的信号源加到放大电路的输入的信号源加到放大电路的输入端，由于端，由于r ri i的存在，实际的的存在，实际的U Ui i为：为：（

10、3 3）输出电阻）输出电阻对负载而言对负载而言, ,放大电路相当于一个具有內阻的信号源，放大电路相当于一个具有內阻的信号源，信号源的內阻就是放大电路的输出电阻。信号源的內阻就是放大电路的输出电阻。 rorbe IbRCRBUo_RLUS_RSC Co oR RI IU Ur r Uo_roRL_uOIOUS_RSri_uiIi放大电路放大电路L LO OO Oo o1)R1)RU UU U( (r rO OL Lo oL Lo oU UR Rr rR RU U（3 3）输出电阻）输出电阻（3 3）输出电阻）输出电阻RS放大电路放大电路IUS=0可用外加电压法可用外加电压法 求求roroU+对于

11、前面所述的共发射极放大电路对于前面所述的共发射极放大电路I IU Ur r o oC Co oR RI IU Ur r ICUCE0UCCUCCRCQ1IB = 80AIB = 60AIB = 40AIB = 20AQ2温度升高时，静态工作点将沿直流负载线上移。温度升高时，静态工作点将沿直流负载线上移。3.1.4 3.1.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定静态工作点稳定的放大电路静态工作点稳定的放大电路RB2+ui+RLRCIBTC2C1+RB1CERE+UCCICIEI1I2 R RU U- -U UR RU UI IE EBEBEB BE EE EE E CCCCB2B2 B1B1B2B

12、2B B U UR RR RR RU URB2RCICIBTRB1RE+UCCVBIE+_UEUBE+_BB _RBRCICIBRE+UCCIEUCE+_静态分析静态分析C CC CB B2 2 B B1 1B B2 2B B U UR RR RR RU UB2B2 B1B1B2B2B1B1B B R RR RR RR RR R R R 1 1R RU U- -U UI IE E B BBEBEBBBBB B rbe IbIbIcRCRB2RLUo_Ui_RB1bec动态分析动态分析bebeL LC Cu u r r/R/RR R A AbeBBrRR/21 i ir rCoRr 例题例题3.

13、1.33.1.3电路如右图所示，电路如右图所示，=80=80，U UBEBE=0.7V=0.7V试计算：试计算：（1 1）电压放大倍数）电压放大倍数（2 2）输入电阻）输入电阻 （3 3）输出电阻）输出电阻 静态工作点：静态工作点：3.83(V)3.83(V)1212101022）22）（47（47101022223 33 3CCCCB2B2 B1B1B2B2BBBB U UR RR RR RU U1 14 4. .9 99 9( (k k ) )2 22 24 47 72 22 24 47 7B B2 2 B B1 1B B2 2B B1 1B B R RR RR RR RR RBB _RB

14、RCICIBRE+UCCIEUCE+_直流等效电路直流等效电路 例题例题3.1.33.1.3例题例题3.1.33.1.3（mA)（mA)1.301.300.01620.01628080 B BC C I I I I)(k (k 1.811.811.311.31262680)80)(1 (1200200beber r(mA) 1.311.310.01620.01628181B BE E )I )I(1 (1I I(V) 4.834.83E EE EC CC CCCCCCECEI IR R- -I IR R- -U UU U0.0162(mA)0.0162(mA)10102.2)2.2)8181(

15、14.99(14.990.70.7- -3.833.83 3 3 R R 1 1R RU U- -U UI IE E B BBEBEBBBBB B 晶体管输入电阻晶体管输入电阻rbe IbIbIcRCRB2RLUo_Ui_RB1becRE例题例题3.1.33.1.3微变等效电路：微变等效电路：8.888.8810100.2)0.2)8181(1.81(1.8110102 280803 33 3E1E1b bb bbebeL LC Cb bi iO Ou u R RI I ) )(1 (1I Ir r/R/RR RI I U UU UA A（1 1）放大倍数）放大倍数例题例题3.1.33.1.3

16、微变等效电路：微变等效电路：18.01(k18.01(k ) )0.20.280)80)(1 (11.811.81E1E1bebeb bi i i i )R)R(1 (1r rI IU Ur rk 3.3C Co oR Rr r（2 2）输入电阻）输入电阻rbe IbIbIcRCRB2RLUo_Ui_RB1becREririrok 8.188.18i iB2B2B1B1 i ir r/R/RR Rr r（3 3）输出电阻）输出电阻3.1.5 3.1.5 频率特性频率特性|Aum|2|Au|fo|Aum|fLfHfBWf27001800900幅率特性幅率特性相频特性相频特性uS+RLiCiBTC

17、2C1+RBRE+UCCRS+uO静态分析：静态分析：3.2 3.2 共集电极放大电路共集电极放大电路 R R 1 1R RU U- -U UI IE E B BBEBEB B CCE EE EC CC CC CE EI IR RU UU UB ）I）I（1（1I IE E E EE EBEBEB BB BCCCC I IR RU UI IR RU URSuS+RLiCiBTC2C1+RBRE+UCC+uOcRS+uSRBRERL+uObe共集电极放大电路交流通路共集电极放大电路交流通路rbe IbIbIcRCRBRLUo_RSbecREUS_riri动态分析：动态分析：L LE Eb bb

18、bbebeL LE Eb bi iO Ou u /R/RR RI I ) )(1 (1I Ir r/R/RR RI I ）（1（1U UU UA A放大倍数放大倍数rbe IbIbIcRCRBRLUo_RSbecREUS_riri动态分析：动态分析：L LbebeB Bi i R R ) )(1 (1r r/R Rr rL Lbebeb bi ii i R R ) )(1 (1r rI I/ /U Ur r输入电阻输入电阻动态分析：动态分析： 1 1R Rr rR RR Rr r ) )(1 (1R R1 11 1I IU Ur rS SbebeE ES SbebeE Eo o /U U）R

19、Rr r ) )(1 (1R R1 1( (R Rr rU U ）（1（1R RU UI I I II II IS SbebeE ES SbebeE Eb bb bR RE E输出电阻输出电阻）（B BS SS SR RR RR R/ 求求r ro o的等效电路的等效电路例题例题3.2.13.2.1已知：已知：U US S= = 20mV20mV，U UBE1BE1=U=UBE2BE2= = 0.7V0.7V， 1 1=2 2= = 8080求求：1 1）第一级）第一级 A Au1u1、r ri1i1、r ro1o1; ; 2) U 2) Ui2i2； 3 3）若）若e e、d d与与a a、

20、b b直接相连，直接相连，U Ui2i2? ?R4+R3T2C3C2+C4+UCCRL.U0.Ui2R6R3例题例题3.2.13.2.1RS+ri2iC1T1C2C1+R1R2+UCC+.US.U01iB1例题例题3.2.13.2.10.0208（mA)0.0208（mA)10103）3）8181（300（3000.70.7- -12123 32 21 11 1BE1BE1CCCCB1B1）R）R （1（1R RU U- -U UI I1 1. .6 68 8（m mA A) )0 0. .0 02 20 08 88 81 1B B1 11 1E E1 1）I I （1 1I I)(45. 1

21、)68. 12681200()1 (2001k1 1E Ebe1be1I I2626r r（1 1）第一级静态电流）第一级静态电流第二级的输入电阻第二级的输入电阻r ri2i2即为第一级的负载电阻即为第一级的负载电阻1.05(k1.05(k ) )/r/rR RR R2 2i i2 2L LRS+ri2iC1T1C2C1+R1R2+UCC+.US.U01iB1例题例题3.2.13.2.1 0.9830.9831010）1 18181（1.45（1.4510101.051.0581813 33 305.)1 (A11LbeRrL L1 1u1u1R R) )(1 (1 5 5 6 . 31 1S

22、 Sbe1be12 2o1o1 1 1R Rr r/R Rr rk k R R) ) (1 (1r r/R Rr rL L1 1be1be11 1i1 i1 67.167.1电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻例题例题3.2.13.2.1 19.1(mV)19.1(mV)10102020101067.167.110103 3101067.167.13 33 33 33 3i1 i1S Si1 i1i1 i1r rR Rr rU U6.89(mV)6.89(mV)1010202010101.61)1.61)(3 (310101.611.613 33 33 3S Si2 i2S

23、 Si2 i2i2 i2U Ur rR Rr rU U18.8(mV)18.8(mV)19.119.10.9830.983i1 i1u1u1o1o1i2 i2U UA AU U U U（2 2）信号源输出电压）信号源输出电压 第二级输入电压第二级输入电压（3 3）若）若e e、d d与与a a、b b直接相连，则直接相连，则U Ui2i2就是信号源的输出电压就是信号源的输出电压共基极放大电路共基极放大电路电路只能放大电压信号，不能放大电流；电路只能放大电压信号，不能放大电流；输出与输入同相，输出与输入同相，r ri i小，小，r ro o大。大。基本放大电路基本放大电路交流通路交流通路3.3.

24、1 静态分析3.3.2 动态分析3.3 3.3 共源极放大电路共源极放大电路3.3.1 3.3.1 静态分析静态分析自给式偏置共源极放大电路自给式偏置共源极放大电路D DS SGSGSI I-R-RU U0 0U UG G仅适用于耗尽型场效应管仅适用于耗尽型场效应管分压式自偏置共源极放大电路分压式自偏置共源极放大电路D DS SDDDDG2G2G1G1G2G2S SG GGSGSI IR R- -U UR RR RR RU U- -U UU UDDDDG2G2G1G1G2G2G GG GU UR RR RR R U UU U2 2GS（off)GS（off)GSGSDSSDSSD D) )U

25、UU U- -（1（1I II I（耗尽型）（耗尽型）两方程联立求得两方程联立求得I ID D和和U UGSGS3.3.2 3.3.2 动态分析动态分析微变等效电路微变等效电路 L Lm mgsgsgsgsL Lm mi io oU UR R-g -gU UU UR Rg g- - U UU U A A G2G2G1G1G2G2G1G1G Gi ii ii iR RR RR RR RR R I IU U r rD Do oR Rr r电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻3.4.1 二极管与门电路3.4.2 二极管或门电路3.4.3 晶体管及场效晶体管非门电路3.4 3.4

26、分立元件组成的基本门电路分立元件组成的基本门电路基本门电路概述基本门电路概述 门电路是一种开关电路，其输入和输出之间存在一定门电路是一种开关电路，其输入和输出之间存在一定的因果关系即逻辑关系。的因果关系即逻辑关系。 正逻辑：正逻辑：1 1表示高电平，表示高电平，0 0表示低电平；表示低电平； 负逻辑：负逻辑：0 0表示高电平，表示高电平，1 1表示低电平。表示低电平。 在逻辑电路中，输入输出信号通常用高低电平来描述，在逻辑电路中，输入输出信号通常用高低电平来描述，用用0 0和和1 1来表示两种对立的逻辑状态。来表示两种对立的逻辑状态。基本的逻辑关系有：与逻辑、或逻辑、非逻辑；基本的逻辑关系有：

27、与逻辑、或逻辑、非逻辑；相对应的基本门电路有：与门、或门、非门。相对应的基本门电路有：与门、或门、非门。3.4.1 二极管与门电路工作原理：工作原理：（1 1）当）当U UA A=U=UB B=0V=0V时，时，D D1 1、D D2 2均导通，均导通，故故U UF F=0V=0V，即，即F F为低电平为低电平0 0；（2 2）当）当U UA A=0V=0V，U UB B=3V=3V时，时，D D1 1导通，导通，D D2 2截止，截止，故故U UF F=0V=0V，即，即F F为低电平为低电平0 0；（3 3）当）当U UA A=3V=3V，U UB B=0V=0V时，时，D D1 1截止，截止，D D2 2导通，导通，故故U UF F=0V=0