基本放大电路静态分析

第2章基本放大电路1.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点。2.掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法。3.了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念，了解放大电路的频率特性。•放大的概念:放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。放大的实质:用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。对放大电路的基本要求：1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。2.尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。本章主要讨论电压放大电路。2.1基本放大电路的组成2.1.1共发射极基本交流放大电路组成共发射极基本交流放大电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2.1.2基本放大电路各元件作用晶体管T--放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。基极电源EB与基极电阻RB--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE集电极电源EC--为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。信号源负载共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2.1.3共射放大电路的电压放大作用UBEIBICUCE无输入信号(ui=0)时:uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO结论：(1)无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和IC、UCE。(IB、UBE)和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。QIBUBEQUCEICUBEIB无输入信号(ui=0)时:？有输入信号(ui≠0)时uCE=UCC－iCRCuBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC2.2.3共射放大电路的电压放大作用+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO结论：(2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析结论：(3)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。(4)输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB、IC、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERBRCuiuORLRSes++–+––对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2.2放大电路的静态分析静态：放大电路无信号输入（ui=0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。——静态工作点Q：IB、IC、UCE。静态分析：确定放大电路的静态值。直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB、IC、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2.2.1用估算法计算静态工作点2.2.1用估算法计算静态工作点+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBUCC=UBE+IBRBIB=(UCC-UBE)/RB≈UCC/RB若UCC＞＞UBEIC≈IBUCE=UCC-ICRC例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意：电路中IB和IC的数量级不同mAmABCCB04030012.RUImAmABC51040537...IIVVCCCCCE645112.RIUU+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。EECCCCCERIRIUUEBBECCB)1(RβRUUIBCIβIEEBEBBCCRIURIUEBBEBB)1(RIβURI由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBUCE=UCC－RCICIB=IBQICQUCEQQUCC——UCCRCiCuCE0IC=f（UCE）IB=常量IC=ICQUCE=UCEQ直流负载线返回UCCUCCUCEIC+－IBUBE+RBRC－2.2.2用图解法确定静态值iCuCEIB=IBQICQUCEQQUCC——UCCRC0输入、输出回路静态图解分析UBE=UBEQIB=IBQUCE=UCEQIC=ICQUCCUCCRBIBQiBuBEQUBEQ返回图(a)中，没有设置静态偏置，不能放大。图(b)中，有静态偏置,但ui被EB短路，不能引起iB的变化，所以不能放大。UCCRCC1C2TRLuoui(a)+_+_RBUCCRCC1C2TRLuouiEB(b)__++如图所示电路，能否放大交流信号？请说明理由。思考与练习++返回图(c)中，有静态偏置,有变化的iB和ic,但因没有RC，不能把集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端,所以不能放大交流电压信号。UCCC2TRLuouiRB(c)C1+_+_+++返回•动态当放大电路输入信号ui后，电路中各电压、电流便在其静态值附近随信号变化的而做动态变化。•动态分析分析信号的传输情况，即计算放大电路的性能指标如Au、ri、ro等。2.3放大电路的动态分析分析方法：微变等效电路法，图解法。1.微变等效电路法分析思路：在变化量很小的情况下工作时，可在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。然后用线性电路的分析方法来计算放大电路的性能指标。三极管的微变等效电路放大电路的微变等效电路计算放大电路的性能指标晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。1)晶体管的微变等效电路对于小功率三极管：)mA()mV(26)1()(200EbeIβrrbe一般为几百欧到几千欧。CEBBEbeUIUr(1)输入回路CEbbeUiu晶体管的输入电阻++−−iBiCuBEuCErbeubeib+−beoiBuBEUCEIBQIBUBE若是小信号微变量，可用电压和电流的交流量来代替。即△UBE=ube△IB=ib△UCE=uce△IC=ic(2)输出回路CEBCUIIβCEbcUii++−−iBiCuBEuCEib+−uceicceQiCuCEIBICICUCE输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线。当UCE为常数时，集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-3)晶体管的微变等效电路rbeBEC晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。RBRCuiuORLRSes++–+––对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2.放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路2.放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiiiUiIbIcIoUbIβSErbeRBRCRLEBC+-+-+-RS1、电压放大倍数（1）带负载时的电压放大倍数=（RC//RL）Ib•–rbeIb•=–（RC//RL）rbe（2）不带负载时的电压放大倍数Au=Ui•Uo•Au=Ui•Uo•=–RCrbe返回•Ui＋_rbeIbIbIcRCRBUo_＋RL••••2、放大电路的输入电阻ri=RB//rbe对基本放大电放大电路放大电路的输入电阻定义为：=Ii•riUi•返回riUi＋_rbeIbIbIcRCRBUo_＋RL•••••Ii•3、放大电路的输出电阻对负载而言,放大电路相当于一个具有內阻的信号源，信号源的內阻就是放大电路的输出电阻。RS放大电路I•US•=0U•ro==RCI•可用外加电压法求rororoU•+－返回rbeIbIbIcRCRBUo_＋RL••US＋_•••Ii•RSiiIUribeB//rR时，当beBrRbRiBIIUEebebiRIrIUEbbeb)1(RIβrIEbeib)1(RβrUIEbeBi)1(//RβrRrbeirrrbeRBRCRLEBC+-+-+-RSiUiIbIcIoUbIβSEeIRE例2：iUiIbIcIoUbIβSErbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：ririBRIBRI5.放大电路输出电阻的计算放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。+_RLoUoEro+_定义：oooIUr输出电阻：输出电阻是动态电阻，与负载无关。输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。RSRLoU+_Au放大电路+_SEiUiIbIcIoUbIβSErbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.CoooRIUr例3：求ro的步骤：1)断开负载RLoU3)外加电压oI4)求or外加oICRcoIIIbcIβICoRCRUI00cbII所以2)令或0iU0SErbeRBRLEBC+-+-+-RSiUbIcIoUbIβSEeIREiIERbboIIIIEo