第四章三极管及放大电路43-44

1、4.3 图解分析法图解分析法 用近似估算法求静态工作点用近似估算法求静态工作点 用图解分析法确定静态工作点用图解分析法确定静态工作点 交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线 输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 BJT的三个工作区的三个工作区 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形 4.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析 4.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析 共射极放大电路共射极放大电路 4.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析1. 用近似估算法求静态工作点用近似估算法求静态工作点bBECCBRVVI根据直流通路可知：根据直流通路可知： 采用该方法，必须已知三

2、极管的采用该方法，必须已知三极管的 值值。一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V。直流通路直流通路+-BCIIcCCCCERIVV 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。管的输入输出特性曲线。 共射极放大电路共射极放大电路2. 用图解分析法确定静态工作点用图解分析法确定静态工作点 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 4.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析4.3 图解图解分析法分析法直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 列输入回路方程：列输入回路方程：VB

3、E =VCCIBRb 列输出回路方程（直流负载线）：列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 VBE =VCCIBRb，两，两线的交点即是线的交点即是Q点，得到点，得到IBQ。 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与与IBQ曲线的交点即为曲线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。vCEiC斜斜率率 -1RcRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQVC

4、EQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 4.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析由交流通路得交流负载线：由交流通路得交流负载线： 共射极放大电路共射极放大电路交流通路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL) 因为交流负载线必过因为交流负载线必过Q点，点，即即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令同时，令R L = Rc/RL1. 交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线则交流负载线为则交流负载线为vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) R L 即即 iC = (-1/R L

5、) vCE + (1/R L) VCEQ+ ICQ4.3 图解图解分析法分析法斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1Rc斜斜率率1Rc/ RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 过输出特性曲线上过输出特性曲线上的的 Q 点 做 一 条 斜 率 为点 做 一 条 斜 率 为 - -1/R L 直线，该直线即直线，该直线即为交流负载线。为交流负载线。 RL= RLRc， 是是交流负载电阻。交流负载电阻。 交流负载线是交流负载线是有交流输入信号时有交流输入信号时Q点的运动轨迹。点

6、的运动轨迹。 4.3 图解图解分析法分析法2. 输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 4.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析 共射极放大电路共射极放大电路 Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 交流负载线交流负载线 Q IBQ VBEQ vBE/V iB/ A t t vBE/V iB/ A Q Q Q IBQ VBEQ vBE/V iB/ A t t vBE/V iB/ A Q Q Q IBQ VBEQ vBE/V iB/ A t t vBE/V iB/ A 20 40 60 Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vC

7、E/V iC/mA t t 交流负载线交流负载线 20 A 40 A 60 A Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 交流负载线交流负载线 20 A 40 A 60 A Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 交流负载线交流负载线 20 A 40 A 60 A 通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论： 1. 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. 2. vo与与vi相位相反；相位相反； 3. 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；可以测量出放大电路的电压放大倍数；

8、4. 4. 可以确定最大不失真输出幅度可以确定最大不失真输出幅度。 4.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析3. BJT的三个工作区的三个工作区4.3 图解图解分析法分析法 Q Q1 Q2 vCE/V iC/mA 放大区放大区 0 iB=40 A 80 A 120 A 160 A 200 A 饱和区饱和区 截止区截止区 当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。饱和区特点：饱和区特点： iC不再随不再随iB的增加而线性增加，即的增加而线性增加，即BCii 此时此时CBii 截止区特点：截止区特点：iB=0， iC= ICEO 。vCE=

9、VCES ，典型值为，典型值为0.3V 。 4. 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形omomomomo2122IVIVP 要想要想Po大，就要使功率三角形的大，就要使功率三角形的面积大，即必须使面积大，即必须使Vom 和和Iom 都要大。都要大。功率三角形放大电路向电阻性负载提供的放大电路向电阻性负载提供的输出功率输出功率 在输出特性曲线上，正在输出特性曲线上，正好是三角形好是三角形 ABQ的面积，这的面积，这一三角形称为一三角形称为功率三角形功率三角形。 4.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析4.3 图解图解分析法分析法 共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电

10、路如图所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k ， Rc=2k ， VCC= +12V，求：求： （1）放大电路的）放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？（2）当）当Rb=100k 时，放大电路的时，放大电路的Q点。点。此时此时BJT工作在哪个区域？（忽略工作在哪个区域？（忽略BJT的的饱和压降）饱和压降）解：解：（1）A40300k2V1bBECCBQ RVVI（2）当）当Rb=100k 时，时，3.2mAA4080BQCQ II 5.6V3.2mA2k-V12CQcCCCEQ IRVV静态工作点为静态工作点为Q（40 A，3.2mA，5.6V），），BJT

11、工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即IC的最大电流为：的最大电流为：A120100k2V1bCCBQ RVImA6 . 9A12080BQCQ II V2 . 79.6mA2k-V12CQcCCCEQ IRVVmA62k2V1cCESCCCM RVVICMBQ II 由由于于，所以，所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，Q（120uA，6mA，0V），），斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC4.3 斜率斜率 -1RcQV

12、CEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC（2）增大）增大Rb时，负载线将如时，负载线将如何变化？何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC（3）减小）减小VCC时，负载线将时，负载线将如何变化？如何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 斜率斜率 - 1 Rc Q ICQ IBQ Rc VCC VCEQ vCE iC VCC 1. 试分析下列问题：试分析下列问题： 共射极放大电路共射极放大电路（1）增大）增大

13、Rc时，负载线将如时，负载线将如何变化？何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？（4）减小）减小RL时，负载线将如时，负载线将如何变化？何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？ 共射极放大电路共射极放大电路4.3 2. 放大电路如图所示。当测得放大电路如图所示。当测得BJT的的VCE 接近接近VCC的值时，问的值时，问管子处于什么工作状态？可能管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？的故障原因有哪些？截止状态截止状态答：答：故障原因可能有：故障原因可能有： Rb支路可能开路，支路可能开路，IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。 C1可能短路，可能短路， VBE=0， I

14、B=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。4.4 小信号模型分析法小信号模型分析法4.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模4.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小信号模型分析 H参数的引出参数的引出 H参数小信号模型参数小信号模型 模型的简化模型的简化 H参数的确定参数的确定 利用直流通路求利用直流通路求Q点点 画小信号等效电路画小信号等效电路 求放大电路动态指标求放大电路动态指标建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极

15、管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。电路来处理。 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。4.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模1. H参数的引出参数的引出),(CEB1BEvifv 在小信号情况下，对上两式取

16、全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEBBBEBEdddBCEvvviivvIV 用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce4.4.1 BJT的小信号的小信号建模建模 对于对于BJT双口网络，已知双口网络，已知输入输出特性曲线如下：输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以写成：可以写成：),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBCEvviiiiiIV vBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络4.4.1 BJT的小信号的小信号建模建模C

17、EBBEie Vivh 输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；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反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。输入端交流开路时的输出电导。其中：其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H H参数）。参数）。1. H参数的引出参数的引出vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEBCfe Viih BCEBEre Ivvh BCECoe Ivih 4.4.1 BJT

18、的小信号的小信号建模建模2. H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H H参数与工作点有关，在放大区基本不变。参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。4.4.1 BJT的小信号的小信号建模建模3. 模型的简化模型的简化hfeibicvc

19、eibvbehrevcehiehoe即即 rbe= hie = hfe T = hre rce= 1/hoe一般采用习惯符号一般采用习惯符号则则BJT的的H参数模型为参数模型为 ibicvceibvbeT vcerberce T很小，一般为很小，一般为10-3 10-4 。 rce很大，很大，约为约为100k 。故一故一般可忽略它们的影响，得到般可忽略它们的影响，得到简化电路简化电路 ib 是受控源是受控源 ，且为电流，且为电流控制电流源控制电流源(CCCS)。 电流方向与电流方向与ib的方向是关联的方向是关联的。的。 4.4.1 BJT的小信号的小信号建模建模4. H参数的确定参数的确定 一

20、般用测试仪测出；一般用测试仪测出； rbe 与与Q点有关，可用图点有关，可用图示仪测出。示仪测出。一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ ) re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rb200 则则 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV(26)mA()mV(EQEQeIIVrT 而而 (T=300K) 4.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小信号模型分析 共射极放大电路共射极放大电路1. 利用直流通路求利用直流通路求Q点点bBECCBRVVI 一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V， 已知已知

21、。BCII cCCCCERIVV bIcIbIbIcIbI2. 画小信号等效电路画小信号等效电路RbbIcIbIviRbiVbIcIOVbIRbviRciVbIcIOVbI 4.4.2 小小信号模型信号模型分析分析共射极放大电路共射极放大电路icvce+-交流通路交流通路RbviRcRLiVbIcIOVbIH参数小信号等效电路参数小信号等效电路3. 求放大电路动态指标求放大电路动态指标根据根据RbviRcRLiVbIcIOVbIbebirIV bcII )/(LccORRIV 则电压增益为则电压增益为beLcbebLcbbebLcciO)/()/()/(rRRrIRRIrIRRIVVAV 4.4.2 小小信号模型信号模型分析分析（可作为公式）（可作为公式）(1) (1) 求电压增益求电压增益(2)(2)求输入电阻求输入电阻 4.4.2 小小信号模型信号模型分析分析RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbebiii/rRIVR (3)(3)求输出电阻求输出电阻令令0i V0b I0b I Ro = Rc 所以所以3. 求放大电路动态指标求放大电路动态指标 1. 电路如图所示。电路如图所示。试画出试画出其小信号等效模型电路。其小信号等效模型电路。 -VCC Rc RL Re Rb2 Rb1 Cb2 Cb1 + - vo + - vi + + c e b bI