单级交流放大电路.

第2章单级交流放大电路理解共发射极单管放大电路的基本结构和工作原理掌握放大电路静态工作点的估算和微变等效电路的分析方法了解放大电路输入电阻和输出电阻的概念理解射极输出器的电路结构、性能特点及应用了解场效应管共源极放大电路的结构和性能特点学习要点2.1放大电路的组成和工作原理2.2放大电路的静态分析2.3放大电路的动态分析2.4静态工作点的稳定2.5射极输出器2.6场效应晶体管放大电路第2章单级交流放大电路2.1放大电路的组成和工作原理2.1.1共发射极放大电路的组成根据放大电路连接方式的不同，可分为共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路3种，其中共发射极放大电路应用最广。Rsus+－+ui－RL+uo－+UCCRCC1C2VRB++（1）晶体管V。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。（2）电源UCC和UBB。使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。（3）偏置电阻RB。用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。（4）集电极负载电阻RC。将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。（5）电容Cl、C2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。2.1.2共发射极放大电路的工作原理ui→ΔuBE→ΔiB→ΔiC=βΔiB→ΔuCE→uo如果电路的参数选择适当，uo的幅度将比ui大得多，从而达到放大的目的。1、工作原理2、放大电路的组成原则（1）外加直流电源的极性必须使晶体管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，以保证晶体管工作在放大区。（2）输入回路的接法，应该使输入电压的变化量能传送到晶体管的基极回路，并使基极电流产生相应的变化量。（3）输出回路的接法，应该使集电极电流的变化量能转化为集电极电压的变化量，并传送到放大电路的输出端。（4）要合理地设置放大电路的静态工作点。2.2.1估算法静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。RC+UCCVRB+UCEQ－+UBEQ－ICQIBQBBEQCCBQRUUIBQCQIICCQCCCEQRIUU直流通路：耦合电容可视为开路。2.2放大电路的静态分析图解步骤：（1）用估算法求出基极电流IBQ（如40μA）。（2）根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。（3）作直流负载线。根据集电极电流IC与集、射间电压UCE的关系式UCE=UCC－ICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为UCC/RC，在横轴上的截距为UCC，其斜率为－1/RC，只与集电极负载电阻RC有关，称为直流负载线。（4）求静态工作点Q，并确定UCEQ、ICQ的值。晶体管的ICQ和UCEQ既要满足IB=40μA的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ和UCEQ。2.2.2图解法IB=00UCE/V20μA40μA60μA80μAIC/mAQICQUCEQUCCRCUCCIB=40μA的输出特性曲线由UCE=UCC－ICRC所决定的直流负载线两者的交点Q就是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为ICQ动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。RsRBus+－+ui－RL+uo－VRCibic交流通路：（ui单独作用下的电路）。由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源UCC去掉（短接）。2.3放大电路的动态分析图解步骤：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据ui在输入特性上求uBE和iB。（3）作交流负载线。（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。0(a)输入回路(b)输出回路uCEiCQICQUCCuBEiB0uBEtiBt0iCt0t①②③④Q'Q'QQQIBQUBEQuCEUCEQ直流负载线交流负载线002.3.1图解法从图解分析过程，可得出如下几个重要结论：（1）放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相。（3）放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小，交流负载电阻RL'也越小，交流负载线就越陡，使Uom减小，电压放大倍数下降。（4）静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q'进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。(a)饱和失真0uCEiCQICQiCt0tQ'QuCEUCEQ0(b)截止失真0uCEiCQICQiCt0tQ'QUCEQ0uCE把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。等效的条件是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。（1）基本思路（2）晶体管微变等效电路UBEIB0ΔIBΔUBEQ输入特性曲线在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。当uBE有一微小变化ΔUBE时，基极电流变化ΔIB，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，用rbe表示，即：bbeBBEbeiuIUr2.3.2微变等效电路法+ube－+uce－icibCBErbe+uce－icibCBE+ube－βib(a)三极管(b)三极管的微变等效电路)mA(mV)(26)1(300EQbeIr0UCEICΔIBΔICQ输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化ΔIC仅与基极电流的微小变化ΔIB有关，而与电压uCE无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源，即：bciirbe+oU－cIbICBE+iU－bIRCRLRBRs+sU－（3）放大电路微变等效电路RsRBus+－+ui－RL+uo－VRCibic①电压放大倍数beLbbebLbbecLorRIrIRIrIRUUAiu式中RL'=RC//RL。当RL=∞（开路）时beCrRAurbe+oU－cIbICBE+iU－bIRCRLRBRs+sU－②输入电阻beB//rRIURiiirbe+oU－cIbICBE+iU－bIRCRLRBRs+sU－iIRi输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。③输出电阻rbe+U－cIbICBEbIRCRBRsICoRIURRo的计算方法是：信号源sU短路，断开负载RL，在输出端加电压U，求出由U产生的电流I，则输出电阻Ro为：对于负载而言，放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。例：图示电路，已知V12CCU，300BRkΩ，3CRkΩ，3LRkΩ，3sRkΩ，50，试求：（1）RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数uA；（2）输入电阻Ri和输出电阻Ro；（3）输出端开路时的源电压放大倍数susUUAo。Rsus+－+ui－RL+uo－+UCCRCC1C2VRB++解：先求静态工作点40A30012BCCBBEQCCBQRURUUIμAmA204.050BQCQIIV63212CCQCCCEQRIUU再求三极管的动态输入电阻963)mA(2mV)(26)501(300)mA(mV)(26)1(300EQbeIrΩ963.0kΩRC+UCCVRB+UCEQ－+UBEQ－ICQIBQ（1）RL接入时的电压放大倍数uA为：78963.0333350beLrRAuRL断开时的电压放大倍数uA为：156963.0350beCrRAu（2）输入电阻Ri为：96.0963.0//300//beBrRRikΩ输出电阻Ro为：3CoRRkΩ（3）39)156(131oouisiisisusARRRUUUUUUA2.4.1温度对静态工作点的影响温度升高UBE减小ICBO增大β增大IC增大2.4静态工作点的稳定Rsus+－+ui－RL+uo－+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE++++UCCRCVRB1RB2REUBI1I2ICQIBQUE+UCEQ－+UBEQ－条件：I2IB，则CCB2B1B2BURRRU与温度基本无关。温度t↑→IC↑→IE↑→UE(=IERE)↑→UBE(=UB－IERE)↓→IB↓IC↓调节过程：2.4.2静态工作点稳定的放大电路（1）静态分析)(CQBQEBEQBEQCCB2B1B2BECCQCCCEQCQRRIUUIIRUUIIURRRU（2）动态分析CbeBBiuRRrRRRrRAo21beL////例：图示电路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。Rsus+－+ui－RL+uo－+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+++解：（1）用估算法计算静态工作点V75.3)23(65.112)(A33mA5065.1mA65.127.04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2BRRIUUIIRUUIIURRRUCQ（2）求电压放大倍数681.1333350k1.1110065.126)501(30026)1(300beLEQberRAIru（3）求输入电阻和输出电阻k3k994.01.1//10//20////obeB2B1CiRRrRRRECQCCEEQCCCEQBQCQEBBEQCCBQEBQBEQBBQEEQBEQBBQCC)1()1(RIURIUUIIRRUUIRIURIRIURIU2.5.1静态分析Rsus+－+ui－RL+uo－+UCCC1C2VRBRE+++UCCVRB1REICQIBQ+UCEQ－+UBEQ－2.5射极输出器rbe+oU－cIbICBE+iU－bIRERLRBRs+sU－射极输出器的微变等效电路1IeIiILbeLoLbbebobebLbLo)1()1()1()1(