基本放大电路静态分析

1、基本放大电路静态分析第一页，共99页。放大的概念: 放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。 放大的实质: 用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。 对放大电路的基本要求 ： 1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。 2. 尽可能小的波形失真。 另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。 本章主要讨论电压放大电路。第二页，共99页。2.1 基本放大电路的组成2.1.1 共发射极基本交流放大电路组成 共发射极基本交流放大电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE第三页，共99页。2.1.2

2、基本放大电路各元件作用 晶体管T-放大元件, iC= iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区 。基极电源EB与基极电阻RB-使发射结 处于正偏，并提供大小适当的基极电流。共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE第四页，共99页。集电极电源EC -为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC-将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容C1 、C2 -隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。信号源负载共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE第五页，共9

3、9页。单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE第六页，共99页。2.1.3 共射放大电路的电压放大作用UBEIBICUCE无输入信号(ui = 0)时:uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO第七页，共99页。ICUCEOIBUBEO结论： (1) 无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE 。 (IB、UBE

4、) 和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。QIBUBEQUCEIC第八页，共99页。UBEIB无输入信号(ui = 0)时:？有输入信号(ui 0)时 uCE = UCC iC RC uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC2.2.3 共射放大电路的电压放大作用+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO第九页，共99页。结论：(2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大 小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了 一个交流量。+集电极电流直流分量交流分量动态分析

5、iCtOiCtICOiCticO静态分析第十页，共99页。结论：(3) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大， 即电路具有电压放大作用。(4) 输出电压与输入电压在相位上相差180， 即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO第十一页，共99页。例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 UCE )对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE第十二页，共99页。RBRCuiuORLRSes+对交流信号(有输入信号u

6、i时的交流分量) XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路 用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE第十三页，共99页。2.2 放大电路的静态分析静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。静态工作点Q：IB、IC、UCE 。静态分析：确定放大电路的静态值。第十四页，共99页。直流通路直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 U

7、CE )对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE2.2.1用估算法计算静态工作点第十五页，共99页。2.2.1用估算法计算静态工作点+UCCRBRCT+UBEUCEICIBUCC = UBE +I B RBI B = (UCC - UBE )/ RB UCC / RB 若UCC UBE I C I B UCE = UCC - I C RC第十六页，共99页。例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。解：注意：电

8、路中IB 和 IC 的数量级不同+UCCRBRCT+UBEUCEICIB第十七页，共99页。例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。 由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB第十八页，共99页。UCE = UCC RCICIB = IBQICQUCEQQUCCUCCRCiCuCE0IC = f（UCE）IB =常量翻页IC = ICQUCE = UCEQ直流负载线返回UCCUCCUCEIC+IBUBE+RBRC用图解法确定静态值第十九页，共99页。iCuCEIB =IBQICQUCEQQ UCCUCCRC0

9、输入、输出回路静态图解分析UBE = UBEQIB = IBQUCE = UCEQIC = ICQ翻页UCCUCCRBIBQiBuBEQUBEQ返回第二十页，共99页。 图(a)中，没有设置静态偏置，不能放大。图(b)中，有静态偏置,但ui被EB 短路，不能引起iB的变化，所以不能放大。翻页UCCRCC1C2TRLuoui(a)+_+_RBUCCRCC1C2TRLuouiEB(b)_+如图所示电路，能否放大交流信号？请说明理由。思考与练习+返回第二十一页，共99页。图(c)中，有静态偏置,有变化的iB和ic, 但因没有RC ，不能把集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端,所以不能放大交流电

10、压信号。翻页UCCC2TRLuouiRB(c)C1+_+_+返回第二十二页，共99页。动态 当放大电路输入信号ui后，电路中各电压、电流便在其静态值附近随信号变化的而做动态变化。动态分析 分析信号的传输情况，即计算放大电路的性能指标如Au、ri、ro等。2.3 放大电路的动态分析分析方法： 微变等效电路法，图解法。第二十三页，共99页。1. 微变等效电路法 分析思路：在变化量很小的情况下工作时，可在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。然后用线性电路的分析方法来计算放大电路的性

11、能指标。三极管的微变等效电路放大电路的微变等效电路计算放大电路的性能指标第二十四页，共99页。 晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。1) 晶体管的微变等效电路对于小功率三极管：rbe一般为几百欧到几千欧。(1) 输入回路晶体管的输入电阻+iBiCuBEuCErbeubeib+beoiB uBE UCEIB QIBUBE第二十五页，共99页。若是小信号微变量，可用电压和电流的交流量来代替。即 UBE = ube IB =i b UCE = uce IC =ic 第二十六页，共99页。(2) 输出回路 +iBiCuBEuCE ib+uceicceQiC uCE IBICICUCE输出特性曲

12、线在放大区域内可认为呈水平线。当 UCE 为常数时，集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源第二十七页，共99页。ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-3) 晶体管的微变等效电路rbeBEC 晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。 晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。第二十八页，共99页。RBRCuiuORLRSes+对交流信号(有输入信号ui时的交流分量) XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路 用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数

13、。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE第二十九页，共99页。2. 放大电路的微变等效电路 将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL+-RSeS+-ibicBCEii第三十页，共99页。 分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路2. 放大电路的微变等效电路 将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-u

14、o+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS第三十一页，共99页。1、电压放大倍数（1）带负载时的电压放大倍数=（RC/RL）Ib rbe Ib= （RC/RL）rbe（2）不带负载时的电压放大倍数Au=UiUoAu=UiUo= RCrbe翻页返回Ui_rbe IbIbIcRCRBUo_RL第三十二页，共99页。2、放大电路的输入电阻ri =RB / rbe 对基本放大电放大电路放大电路的输入电阻定义为：=IiriUi翻页返回riUi_rbe IbIbIcRCRBUo_RLIi第三十三页，共99页。3、放大电路的输出电阻 对负载而言,放大电路相当于一个具有內阻的信号源，信号源的內

15、阻就是放大电路的输出电阻。 RS放大电路IUS=0Uro=RCI可用外加电压法 求roro翻页roU+返回rbe IbIbIcRCRBUo_RLUS_IiRS第三十四页，共99页。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE 例2：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：riri第三十五页，共99页。 5. 放大电路输出电阻的计算放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。+_RLro+_定义： 输出电阻是动态电阻，与负载无关。 输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小

16、，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。RSRL+_Au放大电路+_第三十六页，共99页。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点： 1. 放大倍数高;2. 输入电阻低;3. 输出电阻高.例3：求ro的步骤：1) 断开负载RL3) 外加电压4) 求外加2) 令 或第三十七页，共99页。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例4：求ro的步骤：1) 断开负载RL3) 外加电压4) 求2) 令 或第三十八页，共99页。动态分析图解法QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoR

17、L= 由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。第三十九页，共99页。ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-1. 晶体管的微变等效电路rbeBEC 晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。 晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。第四十页，共99页。2. 放大电路的微变等效电路 将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。交流通路RBRCuiuORL+-RSeS+-ibicBCEiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS第四十一页，共99页。3.电压放大倍数的计算当放大电路输出端开

18、路(未接RL)时，因rbe与IE有关，故放大倍数与静态 IE有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。 式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS第四十二页，共99页。3.电压放大倍数的计算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2： 由例1、例2可知，当电路不同时，计算电压放大倍数 Au 的公式也不同。要根据微变等效电路找出 ui与ib的关系、 uo与ic 的关系。第四十三页，共99页。4.放大电路输入电阻的计算 输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。+-信号源Au放大电路+-放大电路信号源+-+-ri较小 1）Ii大，信号源的功率大，增加其负担。

19、的后果 2）Ui减小， ri 上分压小， Uo减小。 3） ri 为前级的负载 ri较小， A u 。第四十四页，共99页。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSriri第四十五页，共99页。 5. 放大电路输出电阻的计算+_RLro+_定义： 输出电阻是动态电阻，与负载无关。 输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。RSRL+_Au放大电路+_第四十六页，共99页。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点： 1. 放大倍数高;2. 输入电阻低

20、;3. 输出电阻高.例3：求ro的步骤：1) 断开负载RL3) 外加电压4) 求外加2) 令 或第四十七页，共99页。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例4：求ro的步骤：1) 断开负载RL3) 外加电压4) 求2) 令 或第四十八页，共99页。小结1.关于 A u 1)RC或 RL增大，A u也增大。2） rbe（1）IE 一定时，大，rbe大，但不是成线性比例 增加。（2）一定时， IE稍增加，rb rbe ，A u 。 （比 效果好， IE 受限制。第四十九页，共99页。3）uo与ui 反相4）考虑电源内阻（R S ）A u = U / ES = UO / Ui U/ES =

21、- 2.关于ri rO （ ri较大好， rO较小好）ri较小 1）Ii大，信号源的功率大，增加其负担。的后果 2）Ui减小， ri 上分压小， Uo减小。 3） ri 为前级的负载 ri较小，A u 。 rO作为后级的输入（相当于电源内阻）分压大，带载能力差。第五十页，共99页。2.3.5动态分析图解法QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL= 由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。第五十一页，共99页。 非线性失真 如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工

22、作，将造成非线性失真。若Q设置过高，动画 晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。Q2uo 适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1第五十二页，共99页。 若Q设置过低，动画 晶体管进入截止区工作，造成截止失真。 适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE 如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。第五十三页，共99页。2.4 静态工作点的稳定 合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条

23、件的变化而发生变动。 前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。第五十四页，共99页。2.4.1 温度变化对静态工作点的影响 在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBE、 、 ICBO 。 上式表明，当UCC和 RB一定时， IC与 UBE、 以及 ICEO 有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时， IC将增加，使Q点沿负载线上移。第五十五页，共99页。iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移Q 固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路

24、。当温度升高使 IC 增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。结论： 当温度升高时， IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管 T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。O第五十六页，共99页。2.4.2 分压式偏置电路1. 稳定Q点的原理 基极电位基本恒定，不随温度变化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+第五十七页，共99页。RB2RCICIBTRB1RE+UCCVBIE+_UEUBE+_ 直流通路第五十八页，共99页。VB 集电极电流基本恒定，不随温度变化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB

25、+UCCuiuo+ICRSeS+第五十九页，共99页。从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但 I2 越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。在估算时一般选取：I2= (5 10) IB，VB= (5 10) UBE， RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。2.参数的选择VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+第六十页，共99页。Q点稳定的过程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS

26、+TUBEIBICVEICVB 固定 RE：温度补偿电阻 对直流：RE越大,稳定Q点效果越好； 对交流：RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。第六十一页，共99页。估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+第六十二页，共99页。动态分析 对交流：旁路电容 CE 将RE 短路， RE不起作用， Au，ri，ro与固定偏置电路相同。如果去掉CE ，Au，ri，ro ？旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+第六十三页，共99页。RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+ 去掉CE

27、后的微变等效电路短路对地短路如果去掉CE ，Au，ri，ro ?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE第六十四页，共99页。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSrbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE 开路短路法求第六十五页，共99页。第六十六页，共99页。无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小分压式偏置电路ri 提高ro不变第六十七页，共99页。对信号源电压的放大倍数？信号源考虑信号源内阻RS 时RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+第六十八页，共99页。例1: 在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7

28、k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶体管=50， UBE=0.6V, 试求:(1) 静态工作点 IB、IC 及 UCE；(2) 画出微变等效电路；(3) 输入电阻ri、ro及 Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL+UCCuiuo+RE2第六十九页，共99页。解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+UCEIEIBICVB第七十页，共99页。(2) 由微变等效电路求Au、 ri 、 ro。微变等效电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE第七十一页，共99页。2.5 射极输出器 因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路

29、的公共端，所以是共集电极放大电路。 因从发射极输出，所以称射极输出器。RB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS第七十二页，共99页。求Q点：2.5.1 静态分析直流通路+UCCRBRE+UCE+UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS第七十三页，共99页。2.5.2 动态分析1. 电压放大倍数 电压放大倍数Au1且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。微变等效电路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE第七十四页，共99页。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2. 输入电阻 射极输出器的输入电阻高，对前级有利。 ri 与负载有关第七十五页

30、，共99页。3. 输出电阻射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE第七十六页，共99页。共集电极放大电路(射极输出器)的特点：1. 电压放大倍数小于1，约等于1;2. 输入电阻高；3. 输出电阻低；4. 输出与输入同相。第七十七页，共99页。射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。 1. 因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。 2. 因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。 3. 利用 ri 大、 ro小以及 Au 1 的特点，也可将射极输出器放在放大电路

31、的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。第七十八页，共99页。例1:. 在图示放大电路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 2k ，晶体管=60， UBE=0.6V, 信号源内阻RS= 100，试求:(1) 静态工作点 IB、IE 及 UCE；(2) 画出微变等效电路；(3) Au、ri 和 ro 。RB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS第七十九页，共99页。解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路+UCCRBRE+UCE+UBEIEIBIC第八十页，共99页。(2) 由微变等效电路求Au、 ri 、 ro。rbeRB

32、RLEBC+-+-+-RSRE微变等效电路第八十一页，共99页。2.6.2 阻容耦合第一级第二级负载信号源两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2第八十二页，共99页。1. 静态分析 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，每级的静态工作点互相独立，互不影响，可以各级单独计算。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2第八十三页，共99页。2. 动态分析微变等效电路第一级第二级rbeRB2RC1E

33、BC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB1第八十四页，共99页。例2: 如图所示的两级电压放大电路，已知1= 2 =50, T1和T2均为3DG8D。(1) 计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V);(2) 求放大电路的输入电阻和输出电阻； (3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k第八十五页，共99页。解: (1) 两级放大电路的静态值可分别计算。第一级是射极输出器: RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k第八十六页

34、，共99页。第二级是分压式偏置电路RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k解:第八十七页，共99页。第二级是分压式偏置电路RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k解:第八十八页，共99页。rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2) 计算 r i和 r 0 由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。微变等效电路第八十九页，共99页。rbe2RC2rbe1RB1RE1+_