三极管放大电路及分析演示文稿

三极管放大电路及分析演示文稿现在是1页\一共有76页\编辑于星期二优选三极管放大电路及分析现在是2页\一共有76页\编辑于星期二放大的概念本质：实现能量的控制。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。小能量对大能量的控制作用称为放大作用。放大的对象是变化量。元件：输出信号能受输入信号的控制，双极型三极管和场效应管。4.2基本共射极放大电路现在是3页\一共有76页\编辑于星期二放大原件的受控作用：1、三极管（BJT）的输出电流（如集电极电流IC受输入电流IB的控制），场效应管（FET、JFET、MOS）输出电流ID受输入电场UGS的控制。2、输出受输入控制，输入信号的微小变化都能在输出端有较大变换。3、输出信号的能量由另一个电源提供。现在是4页\一共有76页\编辑于星期二单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路的组成图1单管共射放大电路的原理电路VT：NPN型三极管，为放大元件；VCC：为输出信号提供能量；

RC：当iC通过Rc，将电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路的输出端；

VBB

、Rb：为发射结提供正向偏置电压。现在是5页\一共有76页\编辑于星期二组成放大电路的原则：

1.外加直流电源的极性必须使发射结正偏，集电结反偏。则有：

2.输入回路的接法应使输入电压

u

能够传送到三极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量

iB。

3.输出回路的接法应使变化量

iC能够转化为变化量

uCE，并传送到放大电路的输出端。原理电路的缺点：1.双电源供电；2.uI、uO

不共地。现在是6页\一共有76页\编辑于星期二单管共射放大电路图3单管共射放大电路C1、C2

：为隔直电容或耦合电容；RL：为负载电阻。该电路也称阻容耦合单管共射放大电路。现在是7页\一共有76页\编辑于星期二4.3放大电路的主要技术指标图4放大电路技术指标测试示意图1、放大倍数现在是8页\一共有76页\编辑于星期二2、输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。输出电阻Ro定义：输入端信号源短路();输出端负载开路()时外加一个正弦输出电压，得到相应的输出电流，二者的比值为输出电阻。现在是9页\一共有76页\编辑于星期二输入端正弦电压，分别测量空载和输出端接负载RL

的输出电压、。输出电阻愈小，带载能力愈强。输出电阻Ro的测量：图3放大电路技术指标测试示意图现在是10页\一共有76页\编辑于星期二4、最大输出幅度在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值表示，或有效值表示(Uom、Iom)。5、非线性失真系数D3、输入电阻Ri所有谐波总量与基波成分之比，即从放大电路输入端看进去的等效电阻。现在是11页\一共有76页\编辑于星期二Aum6、通频带BW7、最大输出功率与效率

输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号Pom表示。：效率PV：直流电源消耗的功率fL

fHfL：下限频率fH：上限频率图4现在是12页\一共有76页\编辑于星期二2.4放大电路的基本分析方法基本分析方法两种图解法微变等效电路法静态分析：电路中未施加输入信号，仅存在偏置电路直流作用时的电路工作状态，如输入、输出回路的电流及电压动态分析：当外加交流输入信号时，电路中存在直流、交流信号并存状态时的电路状态，如放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、最大输出功率等。基本分析思路：先静态，后动态现在是13页\一共有76页\编辑于星期二4.4放大电路的基本分析方法静态工作点：当外加输入信号为零时，在直流电源VCC的作用下，三极管的基极回路及集电极回路均存在直流电流及直流电压，这些值在三极管输入、输出特性曲线上对应一个点，该点称静态工作点。电路中电抗原件及电源的特点：电容对直流信号的阻抗无穷大，可以认为开路，但对交流信号，阻抗为1/wc,当电容足够大，可认为短路；电感对直流信号的阻抗很小，可认为短路，而对交流信号，感抗大小为wL;对理想电压源，由于电压变化为零，在交流通路中相当于短路；对理想电流源，由于电流变化为0，故在交流通路中相当于开路。现在是14页\一共有76页\编辑于星期二图5(b)4.4放大电路的基本分析方法直流通路与交流通路图5图5(a)现在是15页\一共有76页\编辑于星期二静态工作点的近似计算bceIBQICQUCEQ图6硅管UBEQ=(0.6~0.8)V锗管UBEQ=(0.1~0.2)VICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC现在是16页\一共有76页\编辑于星期二【例】图示单管共射放大电路中，VCC=12V，Rc=3k，Rb=280k，NPN硅管的=50，试估算静态工作点。图7解：设UBEQ=0.7VICQ

IBQ=(500.04)mA=2mAUCEQ=VCC–ICQ

Rc=(12-23)V=6V现在是17页\一共有76页\编辑于星期二图解法在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。一、图解法的过程(一)图解分析静态1.先用估算的方法计算输入回路IBQ、UBEQ。2.用图解法确定输出回路静态值方法：根据uCE=VCC

-

iCRc式确定两个特殊点现在是18页\一共有76页\编辑于星期二输出回路输出特性直流负载线Q图由静态工作点Q确定的ICQ、UCEQ

为静态值。现在是19页\一共有76页\编辑于星期二图8

【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知Rb=280k，Rc=3k

，集电极直流电源VCC=12V，试用图解法确定静态工作点。解：首先估算IBQ做直流负载线，确定Q

点根据UCEQ=VCC–ICQ

RciC=0，uCE=12V；uCE=0，iC=4mA.现在是20页\一共有76页\编辑于星期二0iB

=0µA20µA40µA60µA80µA134224681012MQ静态工作点IBQ=40µA，ICQ=2mA，UCEQ=6V.uCE

/V由Q

点确定静态值为：iC

/mA图(b)现在是21页\一共有76页\编辑于星期二(二)

图解分析动态1.交流通路的输出回路图8

输出通路的外电路是Rc和RL的并联。2.交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：OIBiC

/mAuCE

/VQ静态工作点图9现在是22页\一共有76页\编辑于星期二3.动态工作情况图解分析图10输入回路工作情况0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB/µAuBE/ViBUBE现在是23页\一共有76页\编辑于星期二交流负载线直流负载线4.57.5uCE912t0ICQiC

/mA0IB=40µA2060804Q260uCE/ViC

/mA0tuCE/VUCEQiC图11输出回路工作情况分析现在是24页\一共有76页\编辑于星期二4.电压放大倍数图12

【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如右图，RL=3k。uCE=(4.5–7.5)V=-3VuBE=(0.72–0.68)V=0.04V解：求确定交流负载线取iB=(60–20)A=40A则输入、输出特性曲线上有现在是25页\一共有76页\编辑于星期二

二、图解法的应用(一)用图解法分析非线性失真

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/µAuBE/ViB/µAIBQ

——截止失真现在是26页\一共有76页\编辑于星期二iC

、uCE

(uo

)波形失真NPN管截止失真时的输出uo波形。uo=

uceOiCtOOQ

tuCE/VuCE/ViC

/mAICQUCEQ现在是27页\一共有76页\编辑于星期二OIB=0QtOO

NPN管uo波形tiCuCE/VuCE/ViC

/mAuo=

uceib(不失真)ICQUCEQ2.Q点过高，引起

iC、uCE的波形失真—饱和失真现在是28页\一共有76页\编辑于星期二(二)用图解法估算最大输出幅度OiB=0QuCE/ViC

/mAACBDE交流负载线

输出波形没有明显失真时能够输出最大电压。即输出特性的A、B

所限定的范围。Q尽量设在线段AB的中点。则AQ=QB，CD=DE现在是29页\一共有76页\编辑于星期二(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响

1.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

2.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13(a)图13(b)现在是30页\一共有76页\编辑于星期二

3.改变Rc，保持Rb，VCC，不变；

4.改变，保持Rb，Rc，VCC

不变；增大Rc，直流负载线斜率改变，则Q点向饱和区移近。OIBiCuCE

Q1Q2OIBiCuCE

Q1Q2增大，ICQ增大，UCEQ减小，则Q点移近饱和区。图13(c)图13(d)现在是31页\一共有76页\编辑于星期二图解法小结

1.能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系；

2.方便估算最大输出幅值的数值；

3.可直观表示电路参数对静态工作点的影响；

4.有利于对静态工作点Q

的检测等。现在是32页\一共有76页\编辑于星期二微变等效电路法晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以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。微变等效条件研究的对象仅仅是变化量信号的变化范围很小现在是33页\一共有76页\编辑于星期二一、简化的

h参数微变等效电路(一)

三极管的微变等效电路iBuBE

晶体管的输入特性曲线rbe：晶体管的输入电阻。

在小信号的条件下，rbe是一常数。晶体管的输入电路可用rbe等效代替。1.输入电路Q点附近的工作段近似地看成直线可认为uBE与iB成正比QOiB

uBE

图14(a)现在是34页\一共有76页\编辑于星期二2.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大

倍；iBiB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图14(b)现在是35页\一共有76页\编辑于星期二3.三极管的简化参数等效电路

注意：这里忽略了uCE

对iC与输出特性的影响，在大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说误差很小。图15

三极管的简化h参数等效电路cbe+uBE+uCEiCiBebcrbe

iB+uBE+uCEiCiB现在是36页\一共有76页\编辑于星期二(二)

rbe的近似估算公式rbb：基区体电阻。reb：基射之间结电阻。低频、小功率管rbb

约为300。UT：温度电压当量。c

beiBiCiE图16现在是37页\一共有76页\编辑于星期二例.求电路电压放大倍数Au；输入电阻Ri、输出电阻ROC1RcRb+VCCC2RL+++VT+Ri=rbe//Rb，Ro=Rcrbe

ebcRcRLRb++图17

单管共射放大电路的等效电路现在是38页\一共有76页\编辑于星期二电流放大倍数与电压放大倍数之间关系讨论

1.当IEQ

一定时，愈大则

rbe

也愈大，选用值较大的三极管其Au

并不能按比例地提高；因：

2.当值一定时，IEQ愈大则rbe

愈小，可以得到较大的Au，这种方法比较有效。现在是39页\一共有76页\编辑于星期二(三)

等效电路法的步骤(归纳)

1.首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点Q

。

2.求出静态工作点处的微变等效电路参数

和rbe

。

3.画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流通路。

4.列出电路方程并求解。现在是40页\一共有76页\编辑于星期二*改进的引入发射级电阻的共发射极放大电路及分析如图所示接有发射极电阻的单管放大电路，计算电压放大倍数和输入、输出电阻。C1RcRb+VCCC2RL+++VT+Rerbe

bcRcRLRb+Ree+图18

接有发射极电阻的放大电路现在是41页\一共有76页\编辑于星期二rbe

bcRcRLRb+Ree+根据微变等效电路列方程引入发射极电阻后，降低了。若满足(1+)Re>>rbe

与三极管的参数、rbe

无关。现在是42页\一共有76页\编辑于星期二2.放大电路的输入电阻引入Re后，输入电阻增大了。3.放大电路的输出电阻rbe

ebcRcRLRb++Rerbe

bcRcRbRee将放大电路的输入端短路，负载电阻RL

开路，忽略c、e之间的内电阻rce。RL图19现在是43页\一共有76页\编辑于星期二4.5工作点的稳定问题温度对静态工作点的影响

三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现有：

1.UBE

改变。UBE

的温度系数约为–2mV/C，即温度每升高1C，UBE约下降2mV。

2.改变。温度每升高1C，值约增加0.5%~1%，温度系数分散性较大。3.ICBO改变。温度每升高10C，ICBQ

大致将增加一倍，说明ICBQ

将随温度按指数规律上升。现在是44页\一共有76页\编辑于星期二温度升高将导致IC

增大，Q上移。波形容易失真。iCuCEOiBQVCCT=20C

T=50C图20

温度对Q

点和输出波形的影响现在是45页\一共有76页\编辑于星期二静态工作点稳定电路一、电路组成——改进的分压式偏置电路C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB图21

分压式工作点稳定电路由于UBQ

不随温度变化，——电流负反馈式工作点稳定电路

T

ICQIEQUEQUBEQ

(=UBQ–UEQ)IBQICQ现在是46页\一共有76页\编辑于星期二说明：

1.Re

愈大，同样的IEQ产生的UEQ愈大，则温度稳定性愈好。但Re

增大，UEQ

增大，要保持输出量不变，必须增大VCC。

2.接入Re

，电压放大倍数将大大降低。在Re

两端并联大电容Ce，交流电压降可以忽略，则Au基本无影响。Ce

称旁路电容

3.要保证UBQ

基本稳定，IR>>IBQ，则需要Rb1、Rb2

小一些，但这会使电阻消耗功率增大，且电路的输入电阻降低。实际选用Rb1、Rb2

值，取IR

=(5~

10)IBQ，UBQ=(5~10)UBEQ。现在是47页\一共有76页\编辑于星期二二、静态与动态分析静态分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于IR>>IBQ，可得(估算)静态基极电流现在是48页\一共有76页\编辑于星期二动态分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe

ebcRcRL++Rb2Rb1RcRb2+VCCRL++uiuoRb1Re现在是49页\一共有76页\编辑于星期二4.6放大电路的三种基本组态三种基本接法共射组态共集组态共基组态共集电极放大电路C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~~++__+rbebec(b)等效电路——为射极输出器图22

共集电极放大电路(a)电路图现在是50页\一共有76页\编辑于星期二一、静态工作点C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~由基极回路求得静态基极电流则(a)电路图图22

共集电极放大电路现在是51页\一共有76页\编辑于星期二二、电流放大倍数所以三、电压放大倍数结论：电压放大倍数恒小于1，而接近1，且输出电压与输入电压同相，又称射极跟随器。~++__+rbebec(b)等效电路现在是52页\一共有76页\编辑于星期二四、输入电阻~++__+rbebec输入电阻较大。Ri现在是53页\一共有76页\编辑于星期二五、输出电阻+_rbebec~

输出电阻低，故带载能力比较强。Ro图23求射极输出器Ro

的等效电路现在是54页\一共有76页\编辑于星期二C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~Rc

该电路为何种组态放大电路？现在是55页\一共有76页\编辑于星期二共基极放大电路图24

共基极放大电路(a)原理电路

VEE

保证发射结正偏；VCC

保证集电结反偏；三极管工作在放大区。(b)实际电路实际电路采用一个电源VCC

，用Rb1、Rb2分压提供基极正偏电压。C1C2+++_+_ReVEEVCCRcRLVTC1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLRc现在是56页\一共有76页\编辑于星期二C1Rb1+VCCC2RL+Re++RS+~RcRb2Cb+

该电路为何种组态放大电路？现在是57页\一共有76页\编辑于星期二一、静态工作点(IBQ,ICQ,UCEQ)图24(b)实际电路C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLRc现在是58页\一共有76页\编辑于星期二二、电流放大倍数微变等效电路由图可得：所以由于小于1

而近似等于1，所以共基极放电电路没有电流放大作用。+_+_Rerbebec图25

共基极放大电路的等效电路现在是59页\一共有76页\编辑于星期二三、电压放大倍数+_+_Rerbebec图26由微变等效电路可得共基极放大电路没有电流放大作用，但是具有电压放大作用。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说明该电路输入、输出信号同相位。现在是60页\一共有76页\编辑于星期二四、输入电阻暂不考虑电阻Re

的作用五、输出电阻暂不考虑电阻Re

的作用Ro

=

rcb.

已知共射输出电阻rce

，而rcb

比

rce大得多，可认为rcb

(1+

)rce如果考虑集电极负载电阻，则共基极放大电路的输出电阻为Ro=Rc//rcb

Rc现在是61页\一共有76页\编辑于星期二三种基本组态的比较大(数值同共射电路，但同相)小(小于、近于

1)大(十几~一几百)

小

大(几十~一百以上)

大(几十~一百以上)电路组态性能共射组态共集组态共基组态C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLC1Rb+VCCC2RL+Re+++C1Rb+VCCC2RL++++Rc现在是62页\一共有76页\编辑于星期二三种基本组态的比较

频率响应大(几百千欧~几兆欧)大(几欧~几十欧)中(几十千欧~几百千欧)rce小(几欧

~几十欧)小(几十千欧以上)中(几百欧~几千欧)

rbe组态性能共射组态共集组态共基组态差较好好现在是63页\一共有76页\编辑于星期二4.7组合（多级）放大电路多级放大电路的耦合方式三种耦合方式阻容耦合直接耦合变压器耦合一、阻容耦合图27阻容耦合放大电路C1RC1Rb1+VCCC2RL++VT1++Rc2Rb2C3VT2+第一级第二级现在是64页\一共有76页\编辑于星期二优点：

(1)前、后级直流电路互不相通，静态工作点相互独立；

(2)选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。不足：

(1)不适合传送缓慢变化的信号；

(2)无法实现线性集成电路。现在是65页\一共有76页\编辑于星期二二、直接耦合Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Rb2VT2图28两个单管放大电路简单的直接耦合特点：

(1)

可以放大交流和缓慢变化及直流信号；

(2)

便于集成化。

(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；

(4)零点漂移。现在是66页\一共有76页\编辑于星期二1.解决合适静态工作点的几种办法改进电路—(a)电路中接入Re2，保证第一级集电极有较高的静态电位，但第二级放大倍数严重下降。

改进电路—(b)稳压管动态电阻很小，可以使第二级的放大倍数损失小。但集电极电压变化范围减小。VDZRc1Rb1+VCC+VT1+Rc2RVT2(b)Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Re2VT2(a)现在是67页\一共有76页\编辑于星期二改进电路—(c)+VCCRc1Rb1+VT1+Rc2Rb2VT2VDz改进电路—(d)

可降低第二级的集电极电位，又不损失放大倍数。但稳压管噪声较大。可获得合适的工作点。为经常采用的方式。(c)Rc1Rb1+VCC+VT1+Re2Rc2VT2-(d)图29直接耦合方式实例现在是68页\一共有76页\编辑于星期二2.零点漂移直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。原因：放大器件的参数受温度影响而使Q点不稳定。图30零点漂移现象uOtOuItO放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。现在是69页\一共有76页\编辑于星期二抑制零点漂移的措施：(1)

引入直流负反馈以稳定Q

点；(2)

利用热敏元件补偿放大器的零漂；图31利用热敏元件补偿零漂R2R1+VCC+VT2+RcVT1uIuOiC1ReRuB1(3)

采用差分放大电路。现在是70页\一共有76页\编辑于星期二三、变压器耦合选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输出功率。图32变压器耦合放大电路第二级VT2、VT3组成推挽式放大电路，信号正负半周VT2、VT3

轮流导电。现在是71页\一共有76页\编辑于星期二优点：(1)

能实现阻抗变换；(2)

静态工作点互相独立。缺点：(1)

变压器笨重；(2)

无法集成化