(下册)第2章基本放大电路.

第2章基本放大电路了解放大电路静态分析的意义，熟悉动态指标的实际意义。了解单管放大电路的静动态分析方法，熟悉共射极放大电路和共集电极放大电路的特点及适用场合。难点：动态指标（输入阻抗、输出阻抗、放大倍数）的实际意义，动态指标的求解，微变等效电路法了解放大电路的基本结构和基本工作原理一、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电2.1晶体管放大电路放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：uiuoAu二、性能指标ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1.放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成四端口网络。2.输入电阻和输出电阻将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。Lo'oLoo'oo)1(RUURUUUR空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值iiiIUR输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻3.通频带4.最大不失真输出电压Uom：交流有效值。由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率LHbwfff5.最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数三种三极管放大电路共射极放大电路共基极放大电路共集电极放大电路以共射极放大电路为例讲解工作原理NPN型共发射级放大电路VBB、Rb：使发射结正偏，且有合适的IB。VCC：使集电结反偏，同时作为负载的能源。Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo)。共射电路的组成及各元件的作用：)(oCEcbIcuuuiiuR动态信号作用时：2.1.1基本放大电路的组成1.共发射极基本放大电路组成共发射极基本电路(实用电路)ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RB+ECEBRCC1C2T基本放大电路的组成作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻RB+ECEBRCC1C2T集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2T耦合电容：电解电容，有极性。大小为10F~50F作用：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。RB+ECEBRCC1C2T可以省去电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T单电源供电电路+ECRCC1C2TRB2.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电位参考点集电极电源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–iCiBiE电源供电的简化3.共射放大电路的电压放大作用UBEIBICUCE（1）无输入信号(ui=0)时:uo=0uBE=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:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号(ui≠0)时uCE=UCC－iCRCuo0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO（2）输入信号(ui≠0)时: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，但方向始终不变。+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基本共射放大电路的波形分析符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示交直流量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua交直流量交流分量tUA直流分量实现放大的条件:(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结反偏。(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。设置静态工作点的必要性！输出电压必然失真！设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？清华大学华成英[e-mail]讨论1.用NPN型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路。2.用PNP型晶体管组成一个共射放大电路。照葫芦画瓢！直流通路和交流通路放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。直流通路：只考虑直流信号的分电路。用来计算静态工作点。交流通路：只考虑交流信号的分电路。用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。放大电路的分析方法2.1.2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。设置Q点的目的：(1)使放大电路的放大信号不失真；(2)使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。——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)断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE直流通路无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。直流通路的画法：将交流电压源短路，将电容开路。1.用估算法确定静态值(1)直流通路估算IBBBECCBRUUI所以BCCBRUI根据电流放大作用CEOBCIIIBBIβIβ(2)由直流通路估算UCE、IC当UBEUCC时，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+UBE由KVL:UCC=ICRC+UCE所以UCE=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–ICIB+Cb1300kRbviVBB12VVCC12V4kRc+vCECb2+v0iBiC20F20F非线性电路部分线性电路部分2.用图解法确定静态值显然，既满足特性曲线，又要满足直线，曲线和直线的交点即Q点。思路：左边为IB=40A的一条特性曲线。iC与vCE是非线性关系。右边iC与vCE是直线关系。VCE=VCCiCRC直流负载线方程vCE(V)024681012100iC(mA)8060201432直流负载线步骤：a.作三极管的输出特性曲线b.作直流负载线vCE=124iCc.计算IBμA40bCCBRVId.确定Q点IB=40A所对应的特性曲线和直流负载线的交点即Q点。6v1.5mAAμ40CECBVIIQ点为：IB=40(A)QIC=1.5MN用图解法确定静态值BBECCBRUUICtanR1直流负载线斜率ICQUCEQCCCRUUCC常数B)(CECIUfIUCE=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点O讨论一画出图示电路的直流通路。将uS短路，即为直流通路。例画出图示电路的直流通路解：(a)+RLRcRb1+VCC–sV+oVRb2Cb2Cb1TRe+VCCRcRb1Rb2TRe(b)+VCC+RcRb1–sV+oVTCb2Cb1Rb2ceb(b)+VCCRcRb1TRb2eb(c)+Rb1+VCC–iV+oVTCb2Cb1Rb3Rb2Re2Re1Rb1TRb3Rb2Re2Re1+VCC(d)+Rb1Rc+VCC–+oVTC3C1Rb2ReC2iVRb1Rc+VCCTRb2Re+Rb1+VCC–oVTCb2Rb3Rb2Re2Re1RsVs(e)Rb1TRb3Rb2Re2Re1+VCCRs2.1.3放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入（ui0）时的工作状态。分析方法：微变等效电路法，图解法。所用电路：放大电路的交流通路。动态分析:计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象：各极电压和电流的交流分量。目的：找出Au、ri、ro与电路参数的关系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–iCiBiE交流通路++VCC+12V4kRLCb2+iC20FCb120FRc4kRb300kiBviv0Rb+ibviRLRc+v0ic短路短路与地短路置零例（a）(b)+RLRcRb1+VCC–sV+oVRb2Cb2Cb1TRe+RLRcRb1–sV+oVRb2TRe(c)+VCC+RcRb1–sV+oVTCb2Cb1Rb2ceb+