三极管放大电路分析基础

5三极管放大电路分析根底5.1根本放大电路工作原理和组成5.1.1共射放大电路根本组成5.1.2共射放大电路工作原理5.2放大电路的分析方法5.2.1根本放大电路5.2.2射极输出器5.2.3共基极放大电路5.3静态工作点的稳定

退出教学目的：1．掌握三极管输入、输出、转移特性曲线的使用，掌握半导体放大电路的分析方法〔即熟练应用复杂电路分析方法来分析电子电路〕；2．了解串联分压式三极管放大电路的结构，工作原理，以及分析方法。3．建立失真概念。教学内容：1．三极管简单偏置电路静态分析、动态分析。2．三极管简单偏置电路微变等效电路的画法，放大器交流放大特性电压放大倍数、输入阻抗、输出阻抗分析方法。§5.1根本放大电路的组成和工作原理三极管放大电路有三种形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器为例讲解工作原理5.1.1共射放大电路的根本组成放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出？参考点RB+ECEBRCC1C2T集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2T使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻RB+ECEBRCC1C2T耦合电容隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。RB+ECEBRCC1C2T可以省去电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T单电源供电电路+ECRCC1C2TRB5.1.2共射放大电路的工作原理ui=0时由于电源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、静态工作点RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ(

ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ

)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。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQIBUBEQICUCEuCE怎么变化？假设uBE有一微小的变化ibtibtictuituCE的变化沿一条直线uce相位如何？uce与ui反相！ICUCEictucet各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB实现放大的条件1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。§5.2放大电路的分析方法放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法计算机仿真1直流通道和交流通道放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。交流通道：只考虑交流信号的分电路。直流通道：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。5.2.1根本放大电路：对直流信号〔只有+EC〕开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路一、直流负载线ICUCEUCE~IC满足什么关系？1.三极管的输出特性。2.UCE=EC–ICRC。ICUCEECQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB直流通道RB+ECRC2直流负载线和交流负载线二、交流负载线ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路iC

和uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系所以：即：交流信号的变化沿着斜率为：的直线。这条直线通过Q点，称为交流负载线。交流负载线的作法ICUCEECQIB过Q点作一条直线，斜率为：交流负载线3静态分析一、估算法〔1〕根据直流通道估算IBIBUBERB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。+EC直流通道RBRC〔2〕根据直流通道估算UCE、IBICUCE直流通道RBRC二、图解法先估算IB，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IB对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。ICUCEQEC例：用估算法计算静态工作点。：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：请注意电路中IB和IC的数量级。4动态分析一、三极管的微变等效电路1.输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。uBEiB对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。rbe的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：2.输出回路iCuCE所以：(1)输出端相当于一个受ib控制的电流源。近似平行(2)考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。rce的含义iCuCEubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。3.三极管的微变等效电路rbeibib

rcerbeibibbce等效cbe二、放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL三、电压放大倍数的计算特点：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL四、输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：是动态电阻。rbeRBRCRL电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。五、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：(1)所有电源置零，然后计算电阻〔对有受控源的电路不适用〕。(2)所有独立电源置零，保存受控源，加压求流法。所以：用加压求流法求输出电阻：rbeRBRC005失真分析在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号〔即线性放大〕；如果两者不成比例，那么输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间局部。如果Q设置不适宜，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。iCuCEuo可输出的最大不失真信号选择静态工作点ibiCuCEuo1.Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ibiCuCE2.Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形§5.2.2射极输出器RB+ECC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道一、静态分析IBIE折算RB+ECRE直流通道二、动态分析RB+ECC1C2RERLuiuorbeRERLRB微变等效电路1.电压放大倍数rbeRERLRB1.所以但是，输出电流Ie增加了。2.输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。结论：2.输入电阻rbeRERLRB输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。3.输出电阻用加压求流法求输出电阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS电源置0一般：所以：射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出器的使用1.将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能。3.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。§5.2.3共基极放大电路

一静态工作点二交流分析1电压增益三种组态的比较电压增益：输入电阻：输出电阻：§5.3静态工作点的稳定为了保证放大电路的稳定工作，必须有适宜的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。对于前面的电路〔固定偏置电路〕而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要表达在这一方面。TUBEICEOQ一、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC二、温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。

UCE=EC–ICRC小结：TIC固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点根本稳定。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。分压式偏置电路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、静态分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路可以认为与温度无关。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路TUBEIBICUEIC本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反响过程I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2二、动态分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR'B微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路CE的作用：交流通路中，CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。问题1：如果去掉CE，放大倍数怎样？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo去掉CE后的交流通路和微变等效电路：rbeRCRLRER'BRB1RCRLuiuoRB2RERB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2问题2：如果电路如以下图所示，如何分析？I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+EC