第二章基本放大電路共射、共集、共基.ppt

1、,2.1 共射極放大電路,2.2 放大電路分析,2.3 共集電極電壓放大電路,2.5 多級放大電路,2.6 差分放大電路, 2.7 放大器的頻響特性, 2.8 場效應(yīng)管基本放大電路,2.4 共基極電壓放大電路,第二章 基本放大電路,一、放大的概念,放大電路的本質(zhì)：用較小能量控制較大能量。（用一個能量較小的輸入信號對直流電源的能量進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)換成較大的交流電能輸出，以便驅(qū)動負(fù)載。）,放大電路作用：通過晶體管和場效應(yīng)管組成的放大電路，在保證輸出和輸入信號波形基本相同的前提下，將微弱的電信號增強到需要的強度輸出。,放大電路的基本特征：功率放大。 轉(zhuǎn)換、控制能量的元件（有源元件）-晶體管和場

2、效應(yīng)管。放大前提：信號不失真。,1、放大倍數(shù),電壓放大倍數(shù)：輸出電壓比輸入電壓。 電流放大倍數(shù)：輸出電流比輸入電流。,二、放大電路主要性能指標(biāo),2、輸入電阻ri -輸入電壓有效值Vi和輸入電流Ii有效值之比。,從輸入端看進(jìn)去的 等效電阻,3、輸出電阻ro -從放大電路輸出端看見去的等效電阻。,它反映放大電路帶負(fù)載能力，輸出電阻越小，放大電路帶負(fù)載能力越強。,從輸出端看進(jìn)去等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻即輸出電阻。,空載時輸出電壓有效值,帶RL時的輸出電壓有效值,4、頻率響應(yīng)：,反映放大電路放大能力隨信號頻率變化的特性,5、最大輸出范圍與非線性失真,放大電路只適用于放大某一特定頻率范圍（通頻帶）內(nèi)的

3、信號。,非線性失真-輸出信號與輸入信號產(chǎn)生明顯的差別，這種差別體現(xiàn)為一種非線性。,三極管有三個電極，對小信號實現(xiàn)放大時在電路中可有三種連接方式（或稱三種組態(tài)）。,共(發(fā))射極接法 共基極接法 共集電極接法,2.1 共發(fā)射極放大電路,2.2.1、電路組成及各元件作用,信號源,信號源內(nèi)阻,輸入電壓,輸出電壓,直接耦合放大電路,1、電路組成,vs,電路改成電位畫法,一、電路特點,1、直流量、交流量共存于放大電路，前者是直流電源作用的結(jié)果，后者是輸入的交流信號作用的結(jié)果； 2、由于電感、電容元件的存在，直流量和交流量流經(jīng)的通路不同。,2.2.2、放大電路的直流通路和交流通路,（3）靜態(tài)-沒有交流信號輸

4、入，即vi=0時，電路中只有直流電源在工作的狀態(tài)。,（4）靜態(tài)工作點-靜態(tài)時晶體管各電極直流電流和極間直流電壓稱為靜態(tài)工作點，簡稱Q點。 Q點：IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ,二、幾個概念,（1）直流通路-在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路。（用于確定靜態(tài)工作點。） （2）交流通路-輸入信號作用下交流信號流經(jīng)的通路。（用于研究動態(tài)參數(shù)和性能。）,（5）動態(tài)-輸入交流信號vi0時，電路中各處電壓、電流處于交變狀態(tài)，電路處于動態(tài)工作狀態(tài)，簡稱動態(tài)。,vBE,iB,iC,vCE,放大電路的組成原則,靜態(tài)工作點合適：合適的直流電源、合適的電路參數(shù)。 動態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)載上能夠

5、獲得放大了的動態(tài)信號。 對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負(fù)載上無直流分量。,1、繪制放大電路的直流通路原則： 信號源視為短路，保留內(nèi)阻； 電容視為開路； 電感線圈視為短路，忽略線圈內(nèi)阻。,三、繪制直流、交流通路原則：,直流通路用于分析放大電路的靜態(tài)工作點,2、繪制放大電路的交流通路的原則： 無內(nèi)阻的直流電源（如VCC可看作電容）視為短路； 容量大的耦合電容容抗可忽略，視為短路。,交流通路用于分析放大電路的動態(tài)參數(shù),若去掉基極電源，輸入回路沒有VCC，靜態(tài)時此處相當(dāng)于短路，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。,四、設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性,vCE,為什么放大的對象是動態(tài)信號，卻要晶體管在信號為零

6、時有合適的直流電流和極間電壓？,放 大 電 路 分 析,靜態(tài)分析（確定放大器件工作狀態(tài)）,圖解分析,等效電路分析,動態(tài)分析（分析放大電路性能）,圖解分析,等效電路分析,計算機仿真,IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ,Av、ri、ro,2.1.3 放大電路的分析方法,第一、靜態(tài)分析 靜態(tài)分析的目的-確定晶體管靜態(tài)工作點（Q點），判斷晶體管是否工作于放大狀態(tài)。,2、等效電路法-利用晶體管直流工作狀態(tài)下的等效模型，對線性化后的器件用電路分析方法來確定電壓、電流。,1、圖解法-利用晶體管（非線性元件）的輸入、輸出特性曲線和外接線性電路特性曲線，通過作圖尋找它們的交點（靜態(tài)工作點、Q點），來確定相應(yīng)的電

7、壓和電流，從而分析放大器工作狀態(tài)的方法。,IBQ、 VBEQ 、 ICQ、VCEQ,圖解法分析前提-必須知道放大器件的特性曲線。,第二、動態(tài)分析。 動態(tài)分析的目的-分析放大電路的性能指標(biāo)（放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等）。 1、圖解法-在已知放大器件特性曲線的前提下，通過作圖分析放大器基本性能的方法。 2、等效電路法-利用晶體管在交流工作情況下的等效模型，對線性化后的器件模型用電路分析方法來確定放大器性能指標(biāo)。,微變等效電路法,線性化近似的前提-輸入變化幅度不大的小信號。,分析放大電路遵循的原則：“先靜態(tài)、后動態(tài)”,一、放大電路的靜態(tài)分析,利用直流通路,靜態(tài)分析等效電路法歸納,（2）放大狀態(tài)晶

8、體管等效電路,（1）直流通路,（3）放大電路靜態(tài)等效電路,近似條件：VBE 0.7V(硅管),或 0.3V(鍺管),（4）近似估算,IBQ =(VCC VBEQ)/RB,ICQ =IBQ,VCEQ = VCC ICQRC,IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ,B,C,E,VBE 0.7V(硅管),二、放大電路的動態(tài)分析,動態(tài)分析目的：確定放大電路的性能指標(biāo)。包括放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出等。,當(dāng)輸入信號vi0，電路中各處電壓、電流在靜態(tài)工作點基礎(chǔ)上疊加一個隨vi變化的交流分量。,三極管基極的電流波形 (a)直流分量； (b)交流分量； (c)總變化量,利用交流通路,1、晶體管的

9、微變等效電路,（1）考察輸入回路,對小輸入信號，輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。,B、動態(tài)分析的等效電路法,vi,理論計算：,rbb 和re僅與雜質(zhì)濃度及制造工藝有關(guān),VT : 溫度電壓當(dāng)量.常溫(27C), VT =26mV,基區(qū)體電阻。 小功率管幾十到幾百歐姆。（常取300）,發(fā)射區(qū)體電阻。很小只有幾歐姆，忽略不計。,發(fā)射結(jié)電阻rbe,（2）考察輸出回路,所以：,輸出端相當(dāng)于一個受 ib控制的電流源,方向：ib為be ic為ce,vbe,vbe,rbe,ib,e,b,c,e,b,c,弄清楚等效的概念：,1、對誰等效。 2、怎么等效。,b) 晶體管的微變等效電路,模型適用：只用于動態(tài)參數(shù)分析，不

10、用于靜態(tài)參數(shù)求解；只適用于低頻小幅信號。,a)交流通路,c) 放大電路的微變等效電路,（3）動態(tài)分析微變等效電路法歸納步驟,（1）電壓放大倍數(shù)-輸出電壓與輸出電流的相量之比。,負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。,2、放大電路的動態(tài)參數(shù)分析,（2）輸入電阻ri-從放大電路輸入端往放大器內(nèi)部看除源后的等效電阻。（除源-電壓源短路、電流源斷路）,（3）輸出電阻ro-對負(fù)載而言，從放大電路輸出端往放大電路內(nèi)部看，除源后的等效內(nèi)阻。,ro=Rc,除源（電壓源短路、電流源斷路）,第一種方法：分析法。 將信號源短路，令vs=0，保留信號源內(nèi)阻Rs。將負(fù)載開路RL=，從輸出端加交流電壓VO，在輸出端產(chǎn)生電流Io。,

11、ro,通過計算獲得：,第二種方法：實驗法。 在輸入端加固定電壓Vi，先測量輸出端負(fù)載開路時的電壓Vo，再接入負(fù)載電阻RL（阻值已知），測輸出端電壓Vo。,.,.,（4）電源電壓放大倍數(shù)-輸出電壓與源電壓相量之比。,當(dāng)需要考慮信號源內(nèi)阻Rs的對放大器電壓放大倍數(shù)的影響：,考慮信號源內(nèi)阻時，電壓放大倍數(shù)下降。,ro,例題1：共射放大電路如圖所示。 設(shè)：VCC12V，Rb=300k， Rc=3k，RL=3k， RS=200， BJT的=50。,（1）試求電路的靜態(tài)工作點Q。,解：靜態(tài)分析,（2）估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻 ri和輸出電阻ro。,ri=rbe/Rbrbe=991,ro=Rc=3k

12、,（3）估算電路源電壓放大倍數(shù),（4）若將Rb改為50k，再計算（1）（2）（3）的值。,求電路的靜態(tài)工作點Q,解：（靜態(tài)分析）,-晶體管工作于飽和區(qū)，靜態(tài)工作點設(shè)置不合適,例題2：若輸出電壓的波形出現(xiàn)如下失真，判斷是截止還是飽和失真？應(yīng)調(diào)節(jié)哪個元件？如何調(diào)節(jié)？,解：截止失真。 應(yīng)增大VBB或減小Rb，,使Q點上移,t,例題3：畫出圖示電路的直流通路和交流通路。,將vS短路，即為直流通路。,2-2 靜態(tài)工作點穩(wěn)定的共射放大電路,2.2.1 溫度對靜態(tài)工作點的影響及穩(wěn)定Q點的重要性,(1）溫度對VBE導(dǎo)通電壓的影響 相同VBE下，IB上升 (2）溫度對ICBO 、 ICEO的影響,IC=ICN+

13、ICBO,(3）溫度對的影響,IC=ICN+ICBO,溫度升高，VCEQ降低，Q點沿直流負(fù)載線上移，向飽和區(qū)變化； 溫度降低Q點沿直流負(fù)載線下移，向截止區(qū)變化。,VCEQ= VCC-/ICQRC,靜態(tài)工作點的設(shè)置決定信號是否會產(chǎn)生失真，工作點變動還會引起晶體管參數(shù)變化，使放大器性能和指標(biāo)下降。,穩(wěn)定靜態(tài)工作點是指在環(huán)境溫度變化時靜態(tài)集電極電流ICQ和VCEQ基本不變。,反饋是把輸出信號的一部分或全部回送到輸入端，對輸入信號進(jìn)行調(diào)控，以達(dá)到改善電路性能的控制過程。 如果反饋到輸入端的信號對輸入信號的調(diào)控結(jié)果，是使放大器輸入信號增強，這種反饋稱為正反饋。 如果使放大器輸入信號減弱，這種反饋稱為負(fù)反

14、饋。,2.2.2 靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路 分壓式偏置電路、分壓式電流負(fù)反饋偏置電路、串聯(lián)電流直流負(fù)反饋電路。,1、電路基本特點和工作原理,（1）上偏置電阻RB1和下偏置電阻RB2組成分壓器供給三極管正向直流電壓。,I2IB的條件下，基極電位VB只取決于RB1、RB2、電源電壓VCC，不受環(huán)境溫度影響。,I2IB,I2,IB,I1,（2）發(fā)射極電阻RE。,VE = IERE = (IB+IC) RE ICRE,VBE = VB-VE = VB - IERE,IE=(VB-VBE) / RE,設(shè)VBVBE,IE=(VB-VBE) / RE ,VB / RE IC,因VB 不受溫度變化影響， IC

15、也不受溫度變化影響。,分壓式偏置電路穩(wěn)定工作點的物理過程：,RB1,+VCC,RC,C1,C2,RB2,CE,RE,RL,vi,vo,I1,I2,IB,+,+,電路特點： 利用分壓電路取得穩(wěn)定的電壓VB，再通過發(fā)射極反饋電阻RE實現(xiàn)電流負(fù)反饋作用。,3、電路靜態(tài)和動態(tài)分析,（1）靜態(tài)分析,VBQ RB2VCC / (RB1+RB2),IEQ=(VBQ-VBEQ) / RE ICQ,IBQ=ICQ / IEQ / （1+）,VCEQ VCC-ICQ (RC+RE),（2）動態(tài)分析,反饋電阻RE因旁路電容CE的存在對交流信號沒起作用，故RE也叫直流反饋電阻。,？為改善放大器交流特性-串聯(lián)電流交直流

16、負(fù)反饋放大器,（1）靜態(tài)分析,VBQ RB2VCC / (RB1+RB2),IEQ=(VBQ-VBEQ) / RE ICQ,IBQ=ICQ / IEQ / （1+）,VCEQ VCC-ICQ (RC+RE),（2）動態(tài)分析,與沒有交流反饋電阻電路比較，電壓放大倍數(shù)下降。,例題1：分析分壓偏置共射放大電路。 VBEQ=0.7V，rbe=1.5K， （1）計算靜態(tài)工作點Q。 （2）分別求出有、無CE兩種情況下電壓放大倍數(shù)和輸入電阻。,VCC,RL,RC,RB1,C1,C2,vi,vo,RB2,CE,RE,+12V,5.1k,5.1k,15k,5k,2.3k,=100,VBQ RB2VCC / (R

17、B1+RB2) =512/(5+15)=3V,VBQ0.7V，發(fā)射結(jié)正向設(shè)置,IBQ=ICQ / IEQ / （1+）=10A,VCEQ0.3V飽和電壓，靜態(tài)工作點設(shè)置合適。,解：（1）靜態(tài)分析,ICQ IEQ=(VBQ-VBEQ) / RE = (3-0.7) / 2.3=1mA,VCEQ VCC-ICQ (RC+RE)=12-1(5.1+2.3)=4.6V,（2）動態(tài)分析,A、當(dāng)有CE時,= ,100(5.15.1),5.1+5.1,= 170,ro =RC = 5.1K,B、當(dāng)無CE時,vo,vi,RE,RB2,RB1,RL,RC,VCC,RL,RC,RB1,C1,C2,vi,vo,RB

18、2,CE,RE,+12V,5.1k,5.1k,15k,5k,2.3k,=100,vo,vi,rbe,RE,RB2,RB1,RL,RC,Ib,.,b,c,e,b,c,e,Ib,.,沒有旁路電容時， 電壓放大能力很差,.,ro =RC,=3.75K,vo,vi,rbe,RE,RB2,RB1,RL,RC,有發(fā)射極反饋電阻而沒有旁路電容輸入電阻提高,1、電路組成,共集電極電路-在交流情況下集電極是輸入、輸出的公共端。,發(fā)射極接輸出負(fù)載-射極輸出器。,集電極電阻RC沒有,vo,vs,vi,+VCC,2-3 基本共集電極放大電路,利用直流通路計算靜態(tài)工作點 。,2、靜態(tài)分析,VCC=IBQRB+VBEQ+

19、IEQRE=IBQRB+VBEQ+(1+) IBQRE,ICQ=IBQ,VCEQ=VCC IEQRE,3、動態(tài)分析 利用交流通路的微變等效電路。微變等效電路要記住三個點：B、C、E。be間接rbe，ce間是個受控Ib控制的電流源。,（1）電壓放大倍數(shù),射極輸出器、電壓跟隨器,注意： 1、分母比分子多一項，電壓放大倍數(shù)小于1。 rbe與RE/RL相比可以忽略，電壓放大倍數(shù)約等于1。 2、輸出電壓和輸入電壓同相位。,（2）輸入電阻,輸入電阻很高,接負(fù)載時的輸入電阻,空載時的輸入電阻,(3)輸出電阻 假如信號源vS=0，RL=開路，輸出端加電壓V，產(chǎn)生電流I。,輸出電阻很低,（4）源電壓放大倍數(shù),共集電極電路放大對象不是電