晶體管放大電路基礎(chǔ)課件

1、晶體管放大電路基礎(chǔ)放大電路概述及性能指標(biāo)單管共射放大電路的組成放大電路的分析方法晶體管放大電路基礎(chǔ)放大電路概述及性能指標(biāo)放大電路是應(yīng)用最廣泛的一類電子線路。它的主要功能是將輸入電信號進行不失真的放大輸出。在廣播、通信、自動控制、電子測量等各種電子設(shè)備中，放大電路是必不可少的組成部分。1、概 述1.1 基本概念放大電路是應(yīng)用最廣泛的一類電子線路。它的主要功能是將輸入電信簡單的例子：揚聲器是怎樣工作的？ 話筒放大電路微弱的聲波放大的聲波弱電信號強電信號放大電路的作用： 輸入微弱電信號（變化的），輸出幅度被放大的電信號（且波形不失真）。 本質(zhì)：輸入信號的能量得到加強！簡單的例子：揚聲器是怎樣工作的？

2、 話筒放微弱的聲波放大的聲波1.2 放大電路的主要性能指標(biāo)1122+us放大電路RS+ui+uoRLioii電壓增益 Au (dB) = 20lg |Au| 放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) Au = uo/ui電流放大倍數(shù) Ai = io/ ii功率放大倍數(shù) Ap = po/ pi電流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai|功率增益 Ap (dB) = 10lg |Ap|1.2 放大電路的主要性能指標(biāo)12+放大RS+RLioi 輸入電阻1+usRS+uiiiRiRi 越大， ui 與 us 越接近例 us =20mV，Rs=600 ，比較不同 Ri 時的ii 、ui。Riuiii6 000 18 m

3、V3 A600 10 mV16.7 A60 1.82 mV30 A 輸入電阻+RS+iiRiRi 越大， ui 與 us 輸出電阻放大電路的輸出相當(dāng)于負載的信號源，該信號源的內(nèi)阻稱為電路的輸出電阻RO計算：i2211usRS+uot放大電路us= 0Ro測量：uot 開路時的輸出電壓；uo 負載上施加的電壓。2211+usRS+ui+uoRLRo+uotRiRo 越小， uot 與 uo 越接近 輸出電阻放大電路的輸出相當(dāng)于負載的信號源，該信號源的 通頻帶 放大電路對不同頻率輸入信號的放大能力不同，反映在：通頻帶寬度或帶寬（Bandwidth，BW)fAu(f)OAumfLfH下限頻率 上限頻

4、率 中頻段低頻段高頻段BW0.7BW0.7 = fH fL 通頻帶 放大電路對不同頻率輸入信號的放大能力不同， 噪聲和噪聲系數(shù) 放大電路在放大有用信號的同時，還會放大一些無用的信號，即噪聲。通常噪聲可分為兩類： 一類是通過適當(dāng)?shù)钠帘?、濾波或電路的合理設(shè)計可以消除或控制的，如外界磁場的感應(yīng)，整流濾波不良，接地不合理等引起的噪聲。 另一類是由于元件中帶電質(zhì)點雜亂的波動所造成的，不能完全控制或消除。這些噪聲有可能會淹沒掉有用信號，對信號的放大是十分有害的。 引入信噪比(signal to noise ratio，SNR)和噪聲系數(shù)（noise figure，NF）來表征放大電路的噪聲性能。 噪聲和噪

5、聲系數(shù) 放大電路在放大有用信 最大輸出幅度在輸出波形沒有明顯失真情況下，放大電路能夠提供給負載的最大輸出電壓(或電流)?？捎梅?峰值表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。 非線性失真系數(shù) D所有諧波總量與基波成分之比效率 =最大輸出功率Pom電源總功率PDC 最大輸出功率和效率 最大輸出幅度在輸出波形沒有明顯失真情況下，放大電路能2.1 晶體管工作原理：IBBECNNPVBRBVccIEICIC 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏的晶體管實質(zhì)上是一個電流控制器 。2、晶體管放大電路的組成2.1 晶體管工作原理：IBBECNNPVBRBVccIEI晶體管的輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線2.2 晶體管放大

6、電路的組成基本條件： 晶體管要工作在放大區(qū)； 輸入信號加在晶體管發(fā)射結(jié)兩端； 具有交流信號輸入和輸出能力。2.2 晶體管放大電路的組成基本條件： 晶體管要RBVccVBRCC1C2Tuiuo核心元件iC= iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。典型的單管共發(fā)射極放大電路：RBVccVBRCC1C2Tuiuo核心元件iC= iB，電源的作用：RBVccVBRCC1C2Tuiuo集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點。電源的作用：RBVccVBRCC1C2Tuiuo集電極電源，RBVccVBRCC1C2Tuiuo電流電壓設(shè)置靜態(tài)工作點電阻的作

7、用：RBVccVBRCC1C2Tuiuo電流電壓設(shè)置靜態(tài)工作點RBVccVBRCC1C2Tuiuo隔直流，通交流。電容的作用：RBVccVBRCC1C2Tuiuo隔直流，通交流。電容的作電路的簡化：可以省去RB+VccVBRCC1C2T單電源供電+VccRCC1C2T零電位點RB電路的簡化：可以省去RB+VccVBRCC1C2T單電源供電工作原理簡述：+VccRCC1C2TRB工作原理簡述：+VccRCC1C2TRB3、晶體管放大電路分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法3、晶體管放大電路分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法3.1 靜態(tài)分析 放大電路沒有輸入

8、信號時的工作狀態(tài)稱為：直流工作狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，簡稱靜態(tài)。 靜態(tài)分析的目的就是確定放大電路的靜態(tài)（直流）值IB、IC和UCE。3.1 靜態(tài)分析 放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)開路開路RBVccRCC1C2T直流通路RBVccRC直流通路的確定：3.1.1 估算法計算靜態(tài)工作點RL開路開路RBVccRCC1C2T直流通路RBVccRC直流通直流通路RB+VccRC靜態(tài)點參數(shù)的計算公式如下：IBQICQ UCEQ直流通路RB+VccRC靜態(tài)點參數(shù)的計算公式如下：IBQICRBVccRCT例：電源Vcc=12V， 集電極電阻RC=3k， 基極電阻RB=280k， =50。求靜態(tài)工作點。解：請注意電路

9、中IB 和IC 的數(shù)量級！RLRBVccRCT例：電源Vcc=12V，解：請注意電路中IB3.1.2圖解法計算靜態(tài)工作點在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方法求解放大電路的工作情況。圖解分析步驟1. 先用估算的方法計算輸入回路 IBQ。2. 用圖解法確定輸出回路靜態(tài)值方法：根據(jù) UCE = VCC - ICRc 式確定兩個特殊點3.1.2圖解法計算靜態(tài)工作點在三極管的輸入、輸出特性輸出回路輸出特性直流負載線Q由靜態(tài)工作點 Q 確定的ICQ、UCEQ 為靜態(tài)值。UCE = VCC ICRC輸出回路輸出特性直流負載線Q由靜態(tài)工作點 Q 確定的ICQ、例：圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已

10、知 Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集電極直流電源 VCC = 12 V，試用圖解法確定靜態(tài)工作點。解：首先估算 IBQ做直流負載線，確定 Q 點根據(jù) UCEQ = VCC ICQ RcIC = 0，UCE = 12 V ；UCE = 0，IC = 4 mA 。RBVccRCTRL例：圖示單管共射放大電路及特性曲線中，解：首先估算 IB0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQ靜態(tài)工作點IBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由 Q 點確定靜態(tài)值為：iC /mA0iB = 0 A20 A40 A60 A80

11、3.2 動態(tài)分析 當(dāng)有交流信號輸入時放大器的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。 動態(tài)分析是在靜態(tài)值確定以后分析信號的傳輸情況，主要考慮靜態(tài)工作點附近變化的電流和電壓。3.2 動態(tài)分析 當(dāng)有交流信號輸入時放大器的短路短路置零RBVccRCC1C2T3.2.1圖解法分析動態(tài)特性直流通路的確定：RLRBRCRLuiuo交流通路icuo=-iC(RC/RL)短路短路置零RBVccRCC1C2T3.2.1圖解法分析動交流負載線交流負載線斜率為：OIBiC / mAuCE /VQ靜態(tài)工作點uo=-ic(RC/RL)=uce注意：交流負載線是動態(tài)工作點移動的軌跡。UCEQ = VCC ICQ Rc即：ic=uce /(-R

12、C/RL) 交流負載線交流負載線斜率為：OIBiC / mAuCE 輸入回路工作情況分析0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUiEF輸入回路工作情況分析0.680.72uBEiBtQ000交流負載線直流負載線4.57.5uCE912t0iCQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQiC輸出回路工作情況分析MN交流負載線直流負載線4.57.5uCE912t0iCQiC電壓放大倍數(shù)例 用圖解法求圖示電路電壓放大倍數(shù)。輸入、輸出特性曲線如右圖，RL = 3 k ，uI = (0.7

13、20.68)V=0.04 V 。uCE = (4.5 7.5) V = - 3 V解：求 確定交流負載線則輸出特性曲線上有電壓放大倍數(shù)例 用圖解法求圖示電路電壓放大倍數(shù)。輸入、輸單管共射放大電路當(dāng)輸入正弦波 uI 時，放大電路中相應(yīng)的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。單管共射放大電路各點的電壓電流波形：單管共射放大電路輸出信號與輸入信號反相。單管共射放大電路當(dāng)輸入正弦波 uI 時，放大電路中相應(yīng)的3.2.2微變等效電路法 晶體管在小信號(微變量)情況下工作時，可以在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以等效為一個線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所

14、組成的放大電路等效為一個線性電路。微變等效條件研究的對象僅僅是變化量信號的變化范圍很小3.2.2微變等效電路法 晶體管在小信號(微變量)情況3.2.2.1 晶體管微變等效電路iBuBE 晶體管的輸入特性曲線 rbe ：晶體管的輸入電阻。 在小信號的條件下，rbe是一常數(shù)。晶體管的輸入電路可用 rbe 等效代替。（1） 輸入端Q 點附近的工作段近似地看成直線 可認為 uBE 與 iB 成正比QOiB uBE 3.2.2.1 晶體管微變等效電路iBuBE rbe 的近似估算公式：rbb ：基區(qū)體電阻。reb ：基射之間結(jié)電阻。低頻、小功率管 rbb 約為 300 。c beiBiCiErbe 的近

15、似估算公式：rbb ：基區(qū)體電阻。reb （2） 輸出端假設(shè)在 Q 點附近特性曲線基本上是水平的(iC 與 uCE無關(guān))，數(shù)量關(guān)系上， iC 是 iB 的 倍；iB iB從三極管輸出端看，可以用 iB 恒流源代替三極管；該恒流源為受控源；為 iB 對 iC 的控制。uCE QiC O（2） 輸出端假設(shè)在 Q 點附近特性曲線基本上是水平的(（3）微變等效電路cbe +uBE +uCE iCiBebcrbe iB+uBE +uCE iCiBrce（3）微變等效電路cbe + +iCiBebc3.2.2.2 微變等效電路求解Au、Ri、ROC1RcRb+VCCC2RL+T+Ri = rbe / Rb ，Ro = Rcrbe ebcRcRLRb+ui=ibrbeuO=-