簡(jiǎn)明電路分析第11章

第十一章小信號(hào)放大器11.1

基本交流放大電路11.2

放大電路的微變等效電路分析法11.3

靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定電路11—1增益計(jì)量如果輸入信號(hào)為1V，輸出信號(hào)為10V，增益為：通常字母A用來(lái)標(biāo)記增益或電子學(xué)中的放大倍數(shù)。加一個(gè)下標(biāo)說(shuō)明增益的類型11－2共發(fā)射極放大器（Common-EmitterAmplifier）1.合理的直流偏置電路：發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。直流電源翻頁(yè)返回2.能使交流信號(hào)有效的輸入、輸出。組成原則基極電阻

輸入電容RBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0集電極電阻

三極管：電流放大輸出電容

C1、

C2

同時(shí)又起到耦合交流的作用，其電容值應(yīng)足夠大，以保證在一定的頻率范圍內(nèi)，耦合電容上的交流壓降達(dá)到可以忽略不計(jì)，即對(duì)交流信號(hào)可視為短路。耦合電容的作用

C1

用來(lái)隔斷放大電路與信號(hào)源之間的直流通路。

翻頁(yè)返回

C2

用來(lái)隔斷放大電路與負(fù)載之間的直流通路。負(fù)載信號(hào)源RBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RL11.2.2共發(fā)射極放大器性能分析

靜態(tài)分析內(nèi)容：在直流電源作用下，確定三極管基極電流、集電極電流和集電極與基極之間的電壓值（IB、IC、UCE）。

當(dāng)放大器沒(méi)有輸入信號(hào)（ui=0)時(shí)，電路中各處的電壓電流都是直流恒定值，稱為直流工作狀態(tài)，簡(jiǎn)稱靜態(tài)。靜態(tài)分析方法：估算法圖解法翻頁(yè)返回RBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RLiBiC1靜態(tài)分析直流通路電容開路直流通路翻頁(yè)返回RBRCICIBUCEUBE+－－++UCCRBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RL靜態(tài)估算法：翻頁(yè)直流通路（求解IB、IC

UCE、）返回UCC

=RB

IB+UBEUCC

=UCE

+RCICIB

=————RBUCC－UBEIC

=βIBUCE

=UCC－RC

ICUCCRBRBRCICIBUCEUBE+－－++UCCRBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RLiBiC[例1]

在圖示放大電路中，已知UCC=12V，RC=3KΩ，

RB=240kΩ，β=40。試求放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。解：根據(jù)直流通路可得出：IB≈——=——=50μA

UCCRB12240IC=βIB=40×50=2mAUCE=UCC－RCIC=12－3×2=6V翻頁(yè)返回RBRCICIBUCEUBE+－－++UCCRBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RLiBiC靜態(tài)圖解法UBE=UCC

-

RBIBIB=IBQ下頁(yè)輸入回路靜態(tài)圖解：翻頁(yè)iB=?（uBE）UBE=UBEQ線性部分非線性部分線性部分UCCUCCRBUBEQIBQiBuBE返回RBRCICIBUCEUBE+－－++UCCUCCUCCUCEIC+－IBUBE+RBRC－QB0UCE=UCC－RCICIB=IBQICQUCEQQUCC——UCCRCiCuCE0IC=f（UCE）IB=常量輸出回路靜態(tài)圖解翻頁(yè)IC=ICQUCE=UCEQ直流負(fù)載線返回UCCUCCUCEIC+－IBUBE+RBRC－iCuCEIB=IBQICQUCEQQ

UCC——UCCRC0輸入、輸出回路靜態(tài)圖解分析UBE=UBEQIB=IBQUCE=UCEQIC=ICQ翻頁(yè)UCCUCCRBIBQiBuBEQUBEQ返回11.2.3直流工作點(diǎn)與放大器失真靜態(tài)工作點(diǎn)在負(fù)載線的中心放大器工作動(dòng)態(tài)范圍大，不易產(chǎn)生失真。如果靜態(tài)工作點(diǎn)不合理容易產(chǎn)生失真。輸入信號(hào)過(guò)大，削波失真飽和

大基極電流，集電極電壓接近0V，晶體管基-發(fā)結(jié)、基-集結(jié)都正向偏置。截止

無(wú)基極電流,集電極電壓接近電源電壓。放大

合適的基極電流，集電極接近電源電壓一半。三極管的工作狀態(tài)：飽和、截止、放大

當(dāng)放大器有輸入信號(hào)（ui

0)時(shí)，電路中各處的電壓電流都處于變動(dòng)工作狀態(tài)，簡(jiǎn)稱動(dòng)態(tài)。＝動(dòng)態(tài)分析任務(wù)：在靜態(tài)值確定后，當(dāng)接入變化的輸入信號(hào)時(shí)，分析電路中各種變化量的變動(dòng)情況和相互關(guān)系。動(dòng)態(tài)分析方法：圖解法微變等效電路分析翻頁(yè)2動(dòng)態(tài)分析

返回RBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RLiBiCIB，IC，UBE，UCE

直流分量ib，iC，ube，uce

交流分量iB，iC，uBE，uCE

總量Ib，IC，Ube，Uce

交流分量有效值0iBtIBibIbm各種符號(hào)關(guān)系：翻頁(yè)符號(hào)含義：RBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RL返回RBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RL交流通路電容短路直流電源短路翻頁(yè)返回RB+－－++－ui+－u0RLRCubeuceicibiiuBE=UBE+UimsinωtUimωtUBEuBE輸入電路的動(dòng)態(tài)圖解在輸入特性曲線上uBE和iB是如何變化呢？翻頁(yè)返回RBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RLiBiC輸出回路的動(dòng)態(tài)圖解uCE=UC2+u0=UCEQ+u0uO

=－（RC//RL）ic

翻頁(yè)RBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RLiBiCRB+－－++－ui+－u0RLRCubeuceicibii返回604020負(fù)載線uBE(V)ic(mA)(mAiB(μA)uCE

(V)(ic)ωt(u。)UCE

080IB=20μAuCE

(V)0

Q2QQ1ωt0ic(mA)(mA)0uBE(V)Q2QQ1ibωt0(ui

)ωtUBEIBiB(μA)小結(jié)當(dāng)輸入交流信號(hào)時(shí)，iB、ic、uCE都含有交、直流兩個(gè)分量，分別由輸入信號(hào)ui和直流電源UCC引起。從波形圖可以看出動(dòng)態(tài)分量是在靜態(tài)基礎(chǔ)上疊加上去的,所以各個(gè)量的瞬時(shí)值大小在變化，但極性不變。僅分析動(dòng)態(tài)信號(hào)：從相位上看，ui

、

ib、

ic

同相

,

ui與

uo反相,且輸出電壓uo的幅度比輸入電壓ui大得多。從瞬時(shí)極性看，如設(shè)晶體管的發(fā)射極電位為零，則b與c電位一正一負(fù)或一高一低，兩者總是相反。必須選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，否則放大器將不能正常工作。翻頁(yè)返回N`uCEiCiBiBUCEUBEICEOICmICIBQQ0M`0uCEωtIB=03靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置翻頁(yè)返回Q點(diǎn)過(guò)低引起的截止失真OOuCEuBEuCEUCESUCEIBICQQM`N`iciciBUomωtuiOQ點(diǎn)過(guò)高引起的飽和失真翻頁(yè)返回圖(a)中，沒(méi)有設(shè)置靜態(tài)偏置，不能放大。圖(b)中，有靜態(tài)偏置,但ui被EB

短路，不能引起iB的變化，所以不能放大。翻頁(yè)UCCRCC1C2TRLuoui(a)+_+_RBUCCRCC1C2TRLuouiEB(b)__++如圖所示電路，能否放大交流信號(hào)？請(qǐng)說(shuō)明理由。思考與練習(xí)++返回圖(c)中，有靜態(tài)偏置,有變化的iB和ic,但因沒(méi)有RC

，不能把集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化送到輸出端,所以不能放大交流電壓信號(hào)。翻頁(yè)UCCC2TRLuouiRB(c)C1+_+_+++返回ic三極管的小信號(hào)模型uceubeibibcbe＋－－＋翻頁(yè)返回放大電路微變等效電路分析法uBEΔiB0ΔuBEQiBIBUBErbe稱為三極管輸入電阻三極管的微變等效電路只能用來(lái)分析放大電路變化量之間的關(guān)系。三極管的微變等效電路翻頁(yè)返回ubebrbe

ec

ibibicuce＋__＋

先畫出放大電路的交流通路。放大電路的微變等效電路將交流通路中的三極管用其微變等效電路來(lái)代替。

翻頁(yè)返回RBRCUCEUBE+－－++UCC++C1C2+－ui+－u0RLiBiCRB+－－++－ui+－u0RLRCubeuceicibiiui＋_rbe

ibibicRCRBuo_＋RL電壓放大倍數(shù)（1）帶負(fù)載時(shí)的電壓放大倍數(shù)=（RC//RL）Ib?–

rbe

Ib?=–（RC//RL）rbe（2）不帶負(fù)載時(shí)的電壓放大倍數(shù)Au=Ui?Uo?Au=Ui?Uo?=–RCrbe翻頁(yè)返回?Ui＋_rbe

IbIbIcRCRBUo_＋RL????輸入電阻和輸出電阻ri

=RB

//rbe

對(duì)基本放大電放大電路放大電路的輸入電阻定義為：=Ii?riUi?翻頁(yè)返回riUi＋_rbe

IbIbIcRCRBUo_＋RL?????Ii?輸入電阻ii放大電路ioriRLRSUS＋－Ui＋－ro＋－UOC＋－Uo輸出電阻

對(duì)負(fù)載而言,放大電路相當(dāng)于一個(gè)具有內(nèi)阻的信號(hào)源，信號(hào)源的內(nèi)阻就是放大電路的輸出電阻。U?ro==RCI?翻頁(yè)ro返回rbe

IbIbIcRCRBUo_＋RL??US＋_???Ii?RSii放大電路ioriRLRSUS＋－Ui＋－ro＋－UOC＋－Uo1.靜態(tài)工作點(diǎn)的漂移ICUCE0UCC——UCCRCQ1IB=40μAIB=60μAIB=80μAIB=20μAIB=80μAIB=60μAIB=40μAIB=20μAQ2Q1為25?C時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)Q2為65?C時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定翻頁(yè)返回溫度升高時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)將沿直流負(fù)載線上移。穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的物理過(guò)程：溫度升高ICIEUE（=VB－UE）IBIC2.分壓式偏置電路UBEI1>>IBVB>>UBE翻頁(yè)I1=（5~10）IB，VB=3~5V（硅管）I1=（10~20）IB，VB=1~3V（鍺管）返回RB2+－ui+－RLRCicibTC2C1++RB1CERE+UCCRB2RCICIBTRB1RE+UCCVBIE+_UEUBE+_I1靜態(tài)工作點(diǎn)的估算VB=————UCCRB1+RB2RB2VB－UBEIC≈IE=—————REUCE

≈UCC－RC

IC

－

IEREIB=——

βIC翻頁(yè)返回RB2+－ui+－RLRCicibTC2C1++RB1CERE+UCCRB2RCICIBRB1RE+UCCVBIEUBE+_+_UCE[例]

用估算法計(jì)算圖示電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。20+10RB1+RB2VB=————UCC=——×12=4VRB210解：靜態(tài)工作點(diǎn)為：IC≈IE=————=————=1.65mAREVB－UBE24－0.7UCE=UCC－IC

RC－REIE≈12－（2+2）1.65=5.4VIB

=—=——=0.044mA1.65β37.5IC翻頁(yè)返回RB2+－ui+－RLRCicibTC2C1++RB1CERE+UCC10KΩ12V2KΩ20KΩ10KΩ2KΩB[例

]

已知

UCC=20V，RC=5.1kΩ，RL=5.1kΩ,β=80

(1)

放大電路的電壓放大倍數(shù)Au,輸入電阻ri和輸出電阻ro

(2)如果無(wú)旁路電容CE，求電壓放大倍數(shù)Au

,輸入電阻ri和輸出電阻ro

解：晶體管的靜態(tài)基極電位為VB=————UCC=————×20=4.62VRB230RB1+RB2100+30

設(shè)靜態(tài)時(shí)晶體管基極發(fā)射極間電壓為0.7V，則發(fā)射極電流為IE=————=————=1.96mA

VB－UBE4.62－0.7RE

2翻頁(yè)返回+－RB2ui+－RLRCicibTC2C1++RB1CERE+UCC30KΩ100kΩ2KΩB試求:rbe=300+（1+β）——=300+（1+80）×——=1.27kΩIE26261.96Au=－——=－————————=－148.9β

R`Lrbe80×（5.1//5.1）1.27ri

=RB1//RB2//rbe

=100//30//1.27=1.29kΩrO

=RC

=5.1kΩ翻頁(yè)返回rbe

IbIbIcRCRB2RL?Uo_＋?Ui＋_???RB1bec（2）如果無(wú)旁路電容CE，求電壓放大倍數(shù)Au

,

輸入電阻ri和輸出電阻ro

解：如圖（a）所示，因?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)無(wú)變化，所以rbe=1.27kΩ。翻頁(yè)Au=—=－———————=－————————=－1.25β（RC//RL）rbe

+（1+β）RE

80×（5.1//5.1）1.27+（1+80）×2Ui.UO.返回rbe

IbIbIcRCRB2RL?Uo_＋?Ui＋_???RB1becRE由圖可得：r'i=—=rbe

+（1+β）RE.Ui.Ib=1.27+（1+80）×2=163.37kΩ輸入電阻ri=RB1//RB2//r`i=100//30//163.37=20.22kΩ

翻頁(yè)返回rbe

IbIbIcRCRB2RL?Uo_＋?Ui＋_???RB1becREr'iri輸出電阻ro=RC=5.1kΩrO11.4.2共集電極放大器射極輸出器UCC=RBIB+UBE+RE(1+β）IBIB=———————UCC－UBERB+（1+β）REIE=（1+β）IBUCE=UCC－RE

IE靜態(tài)分析翻頁(yè)返回uS+－RLiCiBTC2C1++RBRE+UCCRS+－uO射極輸出器動(dòng)態(tài)分析翻頁(yè)交流通路返回RSuS+－RLiCiBTC2C1++RBRE+UCC+－uOcRS+－uSRBRERL+－uObe電壓放大倍數(shù)=————————（1+β）RL'rbe

+（1+β）RL'ri'=——=————————=rbe+（1+β）RL'Ib.UirbeIb+（1+β）IbRL'...Ib..UO.AU=——=.Ui（1+β）RL'Ibrbe

Ib

+（1+β）RL'Ib..翻頁(yè)RL`=RE//RLri

==RB//ri'=RB

//［rbe+（1+β）RL'］IiUi..返回輸入電阻...UO

RSRERLeb

c

Ib

Ie

.IC

rberir'iUS

.Ii

.βIb

RB+－+－...Uo

.+－Ui.輸出電阻US

0，=.當(dāng)輸出端外加電壓U時(shí).翻頁(yè)返回RSRBIb'Ie'I.REcbe.βIb'rbe.+－U..RSRBRERLbecIe

.Ib

.rbeUS

.Uo

..βIb

++－－輸出電阻U.U.I=Ie'+—=（1+β）Ib'+—...REREU=———————+——rbe

+（RS//RB）RE..U——————1+β∴—=————————+——rbe

+（RS//RB）111.I.UrO—————1+βRErbe

+（RS//RB）rO=RE//——————1+β計(jì)算rO的等效電路∴I=———————+——rbe

+（RS//RB）（1+β）U.REU..

Ib'=———————.Urbe

+（RS//RB）.翻頁(yè)返回RSRBIb'Ie'I.REcbe.βIb'rbe.+－U..翻頁(yè)返回射極輸出器的基本特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)Au＜≈1輸入電阻ri

大輸出電阻

rO

小[例]在射極輸出器中

已知UCC=12V，

RB=240kΩ，

RE=3kΩ，

RL=6kΩ，

RS=150Ω，

β=50。

試求（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）Au、ri

和rO

。翻頁(yè)返回RSuS+－RLiCiBTC2C1++RBRE+UCC+－uO（1）靜態(tài)工作點(diǎn)IB=————————=—————————=0.029mAUCC－UBE12－0.7RB+（1+β）RE240+（1+50）×3IE=（1+β）IB=（1+