第四章三極管及放大電路43-44

1、4.3 圖解分析法圖解分析法 用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn) 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn) 交流通路及交流負(fù)載線交流通路及交流負(fù)載線 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析 BJT的三個(gè)工作區(qū)的三個(gè)工作區(qū) 輸出功率和功率三角形輸出功率和功率三角形 4.3.1 靜態(tài)工作情況分析靜態(tài)工作情況分析 4.3.2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析 共射極放大電路共射極放大電路 4.3.1 靜態(tài)工作情況分析靜態(tài)工作情況分析1. 用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)bBECCBRVVI根據(jù)直流通路可知：根據(jù)直流通路可知： 采用該方法，必須已知三

2、極管的采用該方法，必須已知三極管的 值值。一般硅管一般硅管VBE=0.7V，鍺管，鍺管VBE=0.2V。直流通路直流通路+-BCIIcCCCCERIVV 采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。管的輸入輸出特性曲線。 共射極放大電路共射極放大電路2. 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn) 首先，畫出直流通路首先，畫出直流通路直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 4.3.1 靜態(tài)工作情況分析靜態(tài)工作情況分析4.3 圖解圖解分析法分析法直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 列輸入回路方程：列輸入回路方程：VB

3、E =VCCIBRb 列輸出回路方程（直流負(fù)載線）：列輸出回路方程（直流負(fù)載線）：VCE=VCCICRc 在輸入特性曲線上，作出直線在輸入特性曲線上，作出直線 VBE =VCCIBRb，兩，兩線的交點(diǎn)即是線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn)，得到點(diǎn)，得到IBQ。 在輸出特性曲線上，作出直流負(fù)載線在輸出特性曲線上，作出直流負(fù)載線 VCE=VCCICRc，與與IBQ曲線的交點(diǎn)即為曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，從而得到點(diǎn)，從而得到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 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析由交流通路得交流負(fù)載線：由交流通路得交流負(fù)載線： 共射極放大電路共射極放大電路交流通路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL) 因?yàn)榻涣髫?fù)載線必過因?yàn)榻涣髫?fù)載線必過Q點(diǎn)，點(diǎn)，即即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同時(shí)，令同時(shí)，令R L = Rc/RL1. 交流通路及交流負(fù)載線交流通路及交流負(fù)載線則交流負(fù)載線為則交流負(fù)載線為vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) R L 即即 iC = (-1/R L

5、) vCE + (1/R L) VCEQ+ ICQ4.3 圖解圖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 過輸出特性曲線上過輸出特性曲線上的的 Q 點(diǎn) 做 一 條 斜 率 為點(diǎn) 做 一 條 斜 率 為 - -1/R L 直線，該直線即直線，該直線即為交流負(fù)載線。為交流負(fù)載線。 RL= RLRc， 是是交流負(fù)載電阻。交流負(fù)載電阻。 交流負(fù)載線是交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)有交流輸入信號(hào)時(shí)Q點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。點(diǎn)

6、的運(yùn)動(dòng)軌跡。 4.3 圖解圖解分析法分析法2. 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析 4.3.2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析 共射極放大電路共射極放大電路 Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 交流負(fù)載線交流負(fù)載線 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 交流負(fù)載線交流負(fù)載線 20 A 40 A 60 A Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 交流負(fù)載線交流負(fù)載線 20 A 40 A 60 A Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 交流負(fù)載線交流負(fù)載線 20 A 40 A 60 A 通過圖解分析，可得如下結(jié)論：通過圖解分析，可得如下結(jié)論： 1. 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. 2. vo與與vi相位相反；相位相反； 3. 3. 可以測(cè)量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；可以測(cè)量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；

8、4. 4. 可以確定最大不失真輸出幅度可以確定最大不失真輸出幅度。 4.3.2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析3. BJT的三個(gè)工作區(qū)的三個(gè)工作區(qū)4.3 圖解圖解分析法分析法 Q Q1 Q2 vCE/V iC/mA 放大區(qū)放大區(qū) 0 iB=40 A 80 A 120 A 160 A 200 A 飽和區(qū)飽和區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生非線性失真當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生非線性失真。飽和區(qū)特點(diǎn)：飽和區(qū)特點(diǎn)： iC不再隨不再隨iB的增加而線性增加，即的增加而線性增加，即BCii 此時(shí)此時(shí)CBii 截止區(qū)特點(diǎn)：截止區(qū)特點(diǎn)：iB=0， iC= ICEO 。vCE=

9、VCES ，典型值為，典型值為0.3V 。 4. 輸出功率和功率三角形輸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積大，即必須使面積大，即必須使Vom 和和Iom 都要大。都要大。功率三角形放大電路向電阻性負(fù)載提供的放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率輸出功率 在輸出特性曲線上，正在輸出特性曲線上，正好是三角形好是三角形 ABQ的面積，這的面積，這一三角形稱為一三角形稱為功率三角形功率三角形。 4.3.2 動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)工作情況分析4.3 圖解圖解分析法分析法 共射極放大電路共射極放大電路 放大電路如圖所示。已知放大電

10、路如圖所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k ， Rc=2k ， VCC= +12V，求：求： （1）放大電路的）放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？工作在哪個(gè)區(qū)域？（2）當(dāng)）當(dāng)Rb=100k 時(shí)，放大電路的時(shí)，放大電路的Q點(diǎn)。點(diǎn)。此時(shí)此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？（忽略工作在哪個(gè)區(qū)域？（忽略BJT的的飽和壓降）飽和壓降）解：解：（1）A40300k2V1bBECCBQ RVVI（2）當(dāng)）當(dāng)Rb=100k 時(shí)，時(shí)，3.2mAA4080BQCQ II 5.6V3.2mA2k-V12CQcCCCEQ IRVV靜態(tài)工作點(diǎn)為靜態(tài)工作點(diǎn)為Q（40 A，3.2mA，5.6V），），BJT

11、工作在放大區(qū)。工作在放大區(qū)。其最小值也只能為其最小值也只能為0，即，即IC的最大電流為：的最大電流為：A120100k2V1bCCBQ RVImA6 . 9A12080BQCQ II V2 . 79.6mA2k-V12CQcCCCEQ IRVVmA62k2V1cCESCCCM RVVICMBQ II 由由于于，所以，所以BJT工作在飽和區(qū)。工作在飽和區(qū)。VCE不可能為負(fù)值，不可能為負(fù)值，此時(shí)，此時(shí)，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時(shí)，負(fù)載線將如時(shí)，負(fù)載線將如何變化？何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？點(diǎn)怎樣變化？斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC（3）減?。p小VCC時(shí)，負(fù)載線將時(shí)，負(fù)載線將如何變化？如何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？點(diǎn)怎樣變化？斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 斜率斜率 - 1 Rc Q ICQ IBQ Rc VCC VCEQ vCE iC VCC 1. 試分析下列問題：試分析下列問題： 共射極放大電路共射極放大電路（1）增大）增大

13、Rc時(shí)，負(fù)載線將如時(shí)，負(fù)載線將如何變化？何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？點(diǎn)怎樣變化？（4）減?。p小RL時(shí)，負(fù)載線將如時(shí)，負(fù)載線將如何變化？何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？點(diǎn)怎樣變化？ 共射極放大電路共射極放大電路4.3 2. 放大電路如圖所示。當(dāng)測(cè)得放大電路如圖所示。當(dāng)測(cè)得BJT的的VCE 接近接近VCC的值時(shí)，問的值時(shí)，問管子處于什么工作狀態(tài)？可能管子處于什么工作狀態(tài)？可能的故障原因有哪些？的故障原因有哪些？截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)答：答：故障原因可能有：故障原因可能有： Rb支路可能開路，支路可能開路，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 小信號(hào)模型分析法小信號(hào)模型分析法4.4.1 BJT的小信號(hào)建模的小信號(hào)建模4.4.2 共射極放大電路的小信號(hào)模型分析共射極放大電路的小信號(hào)模型分析 H參數(shù)的引出參數(shù)的引出 H參數(shù)小信號(hào)模型參數(shù)小信號(hào)模型 模型的簡(jiǎn)化模型的簡(jiǎn)化 H參數(shù)的確定參數(shù)的確定 利用直流通路求利用直流通路求Q點(diǎn)點(diǎn) 畫小信號(hào)等效電路畫小信號(hào)等效電路 求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)建立小信號(hào)模型的意義建立小信號(hào)模型的意義建立小信號(hào)模型的思路建立小信號(hào)模型的思路 當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)電壓很小時(shí)，就可以把三當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)電壓很小時(shí)，就可以把三極

15、管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來處理。電路來處理。 由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號(hào)模型，就是將非線性器件做分析非常困難。建立小信號(hào)模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。線性化處理，從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。4.4.1 BJT的小信號(hào)建模的小信號(hào)建模1. H參數(shù)的引出參數(shù)的引出),(CEB1BEvifv 在小信號(hào)情況下，對(duì)上兩式取

16、全微分得在小信號(hào)情況下，對(duì)上兩式取全微分得CECEBEBBBEBEdddBCEvvviivvIV 用小信號(hào)交流分量表示用小信號(hào)交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce4.4.1 BJT的小信號(hào)的小信號(hào)建模建模 對(duì)于對(duì)于BJT雙口網(wǎng)絡(luò)，已知雙口網(wǎng)絡(luò)，已知輸入輸出特性曲線如下：輸入輸出特性曲線如下：iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以寫成：可以寫成：),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBCEvviiiiiIV vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)雙口網(wǎng)絡(luò)4.4.1 BJT的小信號(hào)的小信號(hào)建模建模C

17、EBBEie Vivh 輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻；輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻；輸出端交流短路時(shí)的正向電流傳輸比或電輸出端交流短路時(shí)的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)；流放大系數(shù)；輸入端交流開路時(shí)的反向電壓傳輸比；輸入端交流開路時(shí)的反向電壓傳輸比；輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)。輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)。其中：其中：四個(gè)參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（四個(gè)參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（H H參數(shù)）。參數(shù)）。1. H參數(shù)的引出參數(shù)的引出vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEBCfe Viih BCEBEre Ivvh BCECoe Ivih 4.4.1 BJT

18、的小信號(hào)的小信號(hào)建模建模2. H參數(shù)小信號(hào)模型參數(shù)小信號(hào)模型根據(jù)根據(jù)可得小信號(hào)模型可得小信號(hào)模型BJT的的H參數(shù)模型參數(shù)模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)雙口網(wǎng)絡(luò) H H參數(shù)都是小信號(hào)參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。參數(shù)都是小信號(hào)參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。 H H參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。 H H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對(duì)交流信號(hào)的分析。參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對(duì)交流信號(hào)的分析。4.4.1 BJT的小信號(hào)的小信號(hào)建模建模3. 模型的簡(jiǎn)化模型的簡(jiǎn)化hfeibicvc

19、eibvbehrevcehiehoe即即 rbe= hie = hfe T = hre rce= 1/hoe一般采用習(xí)慣符號(hào)一般采用習(xí)慣符號(hào)則則BJT的的H參數(shù)模型為參數(shù)模型為 ibicvceibvbeT vcerberce T很小，一般為很小，一般為10-3 10-4 。 rce很大，很大，約為約為100k 。故一故一般可忽略它們的影響，得到般可忽略它們的影響，得到簡(jiǎn)化電路簡(jiǎn)化電路 ib 是受控源是受控源 ，且為電流，且為電流控制電流源控制電流源(CCCS)。 電流方向與電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的方向是關(guān)聯(lián)的。的。 4.4.1 BJT的小信號(hào)的小信號(hào)建模建模4. H參數(shù)的確定參數(shù)的確定 一

20、般用測(cè)試儀測(cè)出；一般用測(cè)試儀測(cè)出； rbe 與與Q點(diǎn)有關(guān)，可用圖點(diǎn)有關(guān)，可用圖示儀測(cè)出。示儀測(cè)出。一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ ) re其中對(duì)于低頻小功率管其中對(duì)于低頻小功率管 rb200 則則 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV(26)mA()mV(EQEQeIIVrT 而而 (T=300K) 4.4.2 共射極放大電路的小信號(hào)模型分析共射極放大電路的小信號(hào)模型分析 共射極放大電路共射極放大電路1. 利用直流通路求利用直流通路求Q點(diǎn)點(diǎn)bBECCBRVVI 一般硅管一般硅管VBE=0.7V，鍺管，鍺管VBE=0.2V， 已知已知

21、。BCII cCCCCERIVV bIcIbIbIcIbI2. 畫小信號(hào)等效電路畫小信號(hào)等效電路RbbIcIbIviRbiVbIcIOVbIRbviRciVbIcIOVbI 4.4.2 小小信號(hào)模型信號(hào)模型分析分析共射極放大電路共射極放大電路icvce+-交流通路交流通路RbviRcRLiVbIcIOVbIH參數(shù)小信號(hào)等效電路參數(shù)小信號(hào)等效電路3. 求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)根據(jù)根據(jù)RbviRcRLiVbIcIOVbIbebirIV bcII )/(LccORRIV 則電壓增益為則電壓增益為beLcbebLcbbebLcciO)/()/()/(rRRrIRRIrIRRIVVAV 4.4.2 小小信號(hào)模型信號(hào)模型分析分析（可作為公式）（可作為公式）(1) (1) 求電壓增益求電壓增益(2)(2)求輸入電阻求輸入電阻 4.4.2 小小信號(hào)模型信號(hào)模型分析分析RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbebiii/rRIVR (3)(3)求輸出電阻求輸出電阻令令0i V0b I0b I Ro = Rc 所以所以3. 求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo) 1. 電路如圖所示。電路如圖所示。試畫出試畫出其小信號(hào)等效模型電路。其小信號(hào)等效模型電路。 -VCC Rc RL Re Rb2 Rb1 Cb2 Cb1 + - vo + - vi + + c e b bI