三極管基本放大電路.ppt

1、第二章 三極管及放大電路基礎(chǔ),1.晶體三極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào),2個(gè)PN結(jié)：集電結(jié)、發(fā)射結(jié) 3個(gè)區(qū)：集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū) 3個(gè)引腳：集電極（c)、基極(b)、發(fā)射極(e),有箭頭的一側(cè)為發(fā)射極，箭頭方向表示發(fā)射極正向電流方向用V表示,第2節(jié) 三極管基本放大電路,1.放大電路的基本知識(shí) 放大電路也稱放大器，收音機(jī)、電視機(jī)、擴(kuò)音機(jī)都是放大電路的典型應(yīng)用，下圖所示為擴(kuò)音機(jī)結(jié)構(gòu)和外型示意圖。首先話筒把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后經(jīng)擴(kuò)音機(jī)內(nèi)部的放大電路對(duì)其放大后，送給揚(yáng)聲器，最后揚(yáng)聲器又把被放大的電信號(hào)還原成了聲音信號(hào)。,【放大電路的概念】 能把外界送入微弱的電信號(hào)不失真地放大至所需數(shù)值并送給負(fù)載的電路就稱為放

2、大電路。 【放大電路的分類】 按信號(hào)的大小分，可分為小信號(hào)放大器和大信號(hào)放大器；按信號(hào)的頻率分，可分為直流放大器、低頻放大器、中頻放大器、視頻放大器、高頻放大器等；按放大器的構(gòu)成形式分，可分為分立元件放大器和集成電路放大器；按用途分，可分為電壓放大器、電流放大器和功率放大器。本章所學(xué)的是低頻小信號(hào)放大器。 【放大器的方框圖】 實(shí)際放大器的類型各種各樣，但都可以用以下的框圖來表示。放大器由信號(hào)源、放大電路、直流電源和負(fù)載四部分組成。其中信號(hào)源代表被放大的弱小電信號(hào)；負(fù)載代表實(shí)際用電設(shè)備(例如揚(yáng)聲器、顯像管等)。,（a）組成框圖 (b)內(nèi)部結(jié)構(gòu),2.基本共射放大電路,特點(diǎn) 1 只有一個(gè)三極管作為放

3、大元件 2 輸入回路和輸出回路的公共端是發(fā)射極,（a）原理電路 （b）實(shí)物圖,發(fā)射極單管放大電路各組成元件的作用,電路中各電流、電壓的符號(hào)規(guī)定,電路中既包含輸入信號(hào)所產(chǎn)生的交流量，又包含直流電源所產(chǎn)生的直流量。為了區(qū)分不同分量，通常做了以下規(guī)定,放大電路原理圖的畫法,1.直流通路和交流通路 【直流通路】指靜態(tài)時(shí)放大電路直流電流通過的路徑。 畫直流通路原則 ：將電容視為開路。,（a）單管共射放大電路 （b）直流通路,【交流通路】指輸入交流信號(hào)時(shí)放大電路交流信號(hào)流通的路徑。 畫交流通路的原則：直流電源、電容視作短路 仍以共射放大電路為例，其交流通路如下圖所示。,共射放大電路的交流通路,【例2-5】

4、畫出下面圖放大電路的直流通路和交流通路。,【解析】畫直流通路的原則是交流信號(hào)視為零、電容視作開路，畫交流通路的原則是直流電源電源、電容視作短路。畫法如圖所示,(a)放大電路,(b)直流通路,(c) 交流通路,電路的工作原理,（1）放大器的靜態(tài)工作點(diǎn),靜態(tài)是指放大器沒有交流輸入信號(hào)時(shí)放大電路的直流工作狀態(tài)。 動(dòng)態(tài)是指放大器有交流信號(hào)輸入時(shí)放大電路的工作狀態(tài)。 靜態(tài)工作點(diǎn)是指在靜態(tài)情況下，放大器輸入端的電流IBQ和電壓UBEQ及輸出端的電流ICQ和電壓UCEQ在三極管輸入輸出特性曲線族上所確定的點(diǎn)，用表示。如下圖所示:,（2）設(shè)置合適靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性,放大器只有當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)在放大區(qū)時(shí)，三極管才能

5、不失真地對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。放大器的點(diǎn)設(shè)置不合適，將導(dǎo)致放大輸出的信號(hào)產(chǎn)生失真。例如，在音頻放大中表現(xiàn)為聲音失真，在電視掃描放大電路中將表現(xiàn)為圖像比例失真。由點(diǎn)設(shè)置不合適引起的失真主要有截止失真和飽和失真兩類。一般來說，點(diǎn)總是設(shè)在三極管輸出特性曲線放大區(qū)的中央。點(diǎn)過高或過低都將造成輸出信號(hào)產(chǎn)生失真，可以通過調(diào)節(jié)電阻Rb來解決,如下表所示：,注意：當(dāng)輸入信號(hào)幅度過大時(shí)，即使設(shè)置了合適靜態(tài)工作點(diǎn)，輸出波形仍然會(huì)產(chǎn)生失真。因此共發(fā)射極放大電路一般在小信號(hào)下工作。,（3）放大器的工作原理,在單管共射放大電路中，如下圖所示，輸入弱小的交流信號(hào)ui通過電容Cl的耦合送到三極管的基極和發(fā)射極，相當(dāng)于基-射極間電

6、壓uBE發(fā)生了變化，于是引起iB、iC、uCE隨之發(fā)生變化。uCE通過電容C隔離了直流成分，輸出的只是放大信號(hào)的交流成分uo，而且uo與ui反相。,歸納：在單管共射放大電路中，輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓頻率相同，相位相反，幅度被放大，所有這種電路除了有電壓放大作用還有電壓倒相作用。,3.放大電路的偏置電路,放大電路的偏置電路是為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。偏置電路不僅關(guān)系到放大電路對(duì)輸入信號(hào)能否不失真地放大，還對(duì)放大電路的性能指標(biāo)有重大影響。 常用的偏置電路包括射極偏置電路、集電極-基極偏置電路、溫度補(bǔ)償偏置電路等。射極偏置電路在較寬的溫度變化范圍內(nèi)都能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，而且更換值不同的三極管也具有穩(wěn)定靜

7、態(tài)工作點(diǎn)的效果；集電極-基極偏置電路能夠克服三極管的ICBO和UBE的溫度特性對(duì)ICQ的影響，但不利于克服變化對(duì)ICQ的影響；采用熱敏電阻補(bǔ)償，需通過實(shí)驗(yàn)來選配合適的RT值及特性，也可使靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定；二極管補(bǔ)償，可在一定程度上進(jìn)一步提高靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性。,*4、放大電路三種組態(tài)的特點(diǎn),三極管在電路中的三種基本連接方式 如下：,（a）共射級(jí)接法 (b)共基極接法 (c)共集電極接法,【共基極放大電路】 輸入信號(hào)是由三極管的發(fā)射極與基極兩端輸入的，再由三極管的集電極與基極兩端獲得輸出信號(hào)因?yàn)榛鶚O是共同接地端，所以稱為共基極放大電路。,【共集電極放大電路】 輸入信號(hào)是由三極管的基極與集電極兩端輸

8、入的，再由三極管的發(fā)射極與集電極兩端獲得輸出信號(hào)。因?yàn)榧姌O是共同接地端，所以稱為共集電極放大電路。,三種組態(tài)放大電路的比較,2.靜態(tài)工作點(diǎn)的近似計(jì)算,靜態(tài)時(shí)，放大電路中各處的電壓、電流均為直流量。對(duì)直流通路作電路分析，求解輸入、輸出電路的電流、電壓即放大電路的靜態(tài)分析，從而確定出靜態(tài)工作點(diǎn)Q。,以單管共射放大電路為例，其直流通路如右下圖所示。設(shè)電路參數(shù)VCC、Rb、RC和三極管放大倍數(shù)已知，忽略三極管的UBEQ（硅管UBEQ0.7V，鍺管UBEQ0.3V）,可以推導(dǎo)得：,ICQIBQ UCEQ VCCICQ RC,由上述公式求得的IB、 IC和UCE值即是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。,【例2-5】用估算法

9、計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：VCC12V，RC=4k， Rb=300k，=37.5，忽略UBEQ。 【解析】,第4節(jié) 放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,在前面學(xué)到，放大電路要想實(shí)現(xiàn)放大不失真，必須設(shè)置合理的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。在共發(fā)射極基本放大電路中，可以通過VCC、Rb 、Rc等參數(shù)來確定靜態(tài)工作點(diǎn)。但是由于這種電路的基極電流是基本固定的，當(dāng)環(huán)境溫度變化（或更換管子）引起管子參數(shù)變化時(shí)，會(huì)造成靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定，從而引起放大信號(hào)失真。 由于溫度的變化是影響靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的主要因素，下面我們就來討論溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響。,1.溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,實(shí)驗(yàn)表明，溫度升高會(huì)造成三極管的特性參數(shù)的變化，主要會(huì)引起ICQ增

10、大，造成靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定。溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，如右下圖所示。,具體過程 （1）溫度升高，特性參數(shù)ICBO增大，使ICQ增大； （2）溫度升高，特性參數(shù)值增大，即使IB不變，由于IC=IB，則ICQ增大； （3）溫度升高，特性參數(shù)UBEQ下降，由于 ，則ICQ增大。 可見，共發(fā)射極基本放大電路受溫度影響極易造成靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定，因此，在實(shí)際應(yīng)用中很少采用。為了能自動(dòng)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，常采用分壓式偏置放大電路和射極偏置放大電路。,2.分壓式偏置放大電路,分壓式偏置放大電路及實(shí)物圖如下。其中，基極下偏置電阻Rb2可以使電源電壓Vcc經(jīng)Rb1與Rb2串聯(lián)分壓后為基極提供穩(wěn)定電壓UB，發(fā)射極電阻Re的

11、作用是穩(wěn)定靜態(tài)電流IE（IC），發(fā)射極旁路電容Ce的作用是提供交流信號(hào)的通道，減少信號(hào)的損耗，使放大器放大能力不會(huì)因?yàn)镽e而降低。,(a)電路圖 (b)連線圖,穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理,(1)溫度升高，則引起ICQ增大，則IEQ流經(jīng)Re產(chǎn)生的電壓UEQ也隨之增大； (2)而UEQ=UBQ-UBEQ，因?yàn)閁BQ是電源電壓Vcc經(jīng)Rb1、Rb2串聯(lián)分壓后得到的穩(wěn)定值，所以UBEQ將減小。此時(shí)，IBQ減小，ICQ也將減小。 上述過程可表示為： 所以，分壓式偏置放大電路具有自動(dòng)調(diào)整功能，當(dāng)ICQ要增加時(shí)，電路不讓其增加；當(dāng)ICQ要減小時(shí)，電路不讓其減??；從而迫使ICQ穩(wěn)定。所以該電路具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作

12、用。 【穩(wěn)定條件】IRb2IBQ ； UBUBEQ,靜態(tài)工作點(diǎn)的估算,分壓式偏置放大電路的直流通路如右下圖，則有：,*第5節(jié) 多級(jí)放大器,實(shí)際應(yīng)用中，放大電路的輸入信號(hào)通常很微弱（毫伏或微伏數(shù)量級(jí)），為了使放大后的信號(hào)能夠驅(qū)動(dòng)負(fù)載，僅僅通過單管放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，很難達(dá)到實(shí)際要求，常常需要采用多級(jí)放大電路。采用多級(jí)放大電路可有效地提高放大電路的各種性能，如提高電路的電壓增益、電流增益、輸入電阻、帶負(fù)載能力等,1.多級(jí)放大器的組成,【定義】多級(jí)放大電路是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的單級(jí)放大電路所組成的電路。,【各級(jí)作用】通常稱多級(jí)放大電路的第一級(jí)為輸入級(jí)。對(duì)于輸入級(jí)，一般采用輸入阻抗較高的放大電路，以便

13、從信號(hào)源獲得較大的電壓輸入信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。中間級(jí)主要實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的放大，一般要用幾級(jí)放大電路才能完成信號(hào)的放大。通常把多級(jí)放大電路的最后一級(jí)稱為輸出級(jí)，主要用于功率放大，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。 【多級(jí)放大電路的耦合方式】在多級(jí)放大電路中，各級(jí)放大電路輸入和輸出之間的連接方式稱為耦合方式。常見的連接方式有三種：阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合。,2.多級(jí)放大器的簡單分析 【電壓放大倍數(shù)Au】多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)等于各單級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)的乘級(jí)。即: Au=Au1Au2Au3Aun 【輸入電阻Ri】多級(jí)放大電路的輸入電阻Ri等于從第一級(jí)放大電路的輸入端所看到的等效輸入電阻Ri1即： Ri=Ri1 【輸出電阻Ro】多級(jí)放大電路的輸出電阻Ro等于從最后一級(jí)（末級(jí)）放大電路的輸出端所看到的等效電阻Ron即： Ro=Ron,多級(jí)放大電路的耦合方式,多級(jí)放大電路中每個(gè)單管放大電路稱為“級(jí)”，級(jí)與級(jí)之間的連接方式叫耦合。下表為三種常用耦合方式的比較。,本章小結(jié),1.三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，按結(jié)構(gòu)分為NPN和PNP兩類。三極管的集電極電流受基極電流的控制，所以三極管是一種電流控制器件。在滿足發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的條件下，具有電流放大的作用。三極管的輸出特性曲線可分成截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)。 2.單管發(fā)射放大電路是學(xué)習(xí)其他電路的基礎(chǔ)，