(第五讲)半导体三极管及放大电路基础(2)

第五讲3半导体三极管及放大电路基础（续）3.1半导体三极管（BJT）3.2共射极放大电路3.3图解分析法3.4小信号模型分析法3.5放大电路的工作点稳定问题3.6共集电极电路和共基极电路3.7放大电路的频率响应3.2共射极放大电路电路组成简化电路及习惯画法简单工作原理放大电路的静态和动态直流通路和交流通路分析要点3.2共射极放大电路1.电路组成输入回路（基极回路）输出回路（集电极回路）各元件的作用习惯画法共射极基本放大电路3.2共射极放大电路2.简化电路及习惯画法Vi=0Vi=Vsint3.2共射极放大电路3.简单工作原理静态：输入信号为零（vi=0或ii=0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。电路处于静态时，三极管个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、IC、和VCE（或IBQ、ICQ、和VCEQ）表示。#放大电路为什么要建立合适的静态工作点？3.2共射极放大电路4.放大电路的静态和动态3.2共射极放大电路交流通路直流通路耦合电容：通交流、隔直流直流电源：内阻为零直流电源和耦合电容对交流相当于短路共射极放大电路（思考题）5.直流通路和交流通路3.2共射极放大电路分析要点1、隔直电容的耦合作用关键：电容电压的确定由于电容的值足够大，无论是静态还是动态，其电压基本不变。2、电流、电压波形的分析关键：vBE(t)的确定CEQ2CBEQ1CVVVV)t(vV)t(vV)t(viBEQi1CBECEQCE2CCEoV)t(vV)t(v)t(v用估算法求静态工作点用图解分析法确定静态工作点交流通路及交流负载线输入交流信号时的图解分析BJT的三个工作区输出功率和功率三角形3.3.1静态工作情况分析3.3.2动态工作情况分析3.3图解分析法共射极放大电路cCCCCEBCbBECCBRIVVIβIRVVI根据直流通路可知：采用该方法，必须已知三极管的值。一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。直流通路+-3.3.1静态工作情况分析1.用估算法求静态工作点采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。共射极放大电路首先，画出直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-3.3图解分析法3.3.1静态工作情况分析（续）2.用图解分析法确定静态工作点直流通路IBVBE+-ICVCE+-列输入回路方程：VBE=VCC－IBRb列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCC－ICRc在输入特性曲线上，作出直线VBE=VCC－IBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。在输出特性曲线上，作出直流负载线VCE=VCC－ICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ和ICQ。vCEiC斜率-1RcRcVCCVCCvCEiC斜率-1RcIBQRcVCCVCCvCEiC斜率-1RcQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率-1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率-1RcQICQIBQRcVCCVCCvCEiC由交流通路得纯交流负载线：共射极放大电路交流通路icvce+-vce=-ic(Rc//RL)因为交流负载线必过Q点，即vce=vCE-VCEQic=iC-ICQ同时，令RL=Rc//RL则交流负载线为vCE-VCEQ=-(iC-ICQ)RL即iC=(-1/RL)vCE+(1/RL)VCEQ+ICQ3.3图解分析法斜率-1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率-1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率-1Rc斜率1Rc//RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL直线，该直线即为交流负载线。R'L=RL∥Rc，是交流负载电阻。交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。3.3.2动态工作情况分析1.交流通路及交流负载线交流负载线补充说明1)交流负载线方程输出回路交流负载线方程的推导用电压源替代输出耦合电容然后用戴维南定理进行等效变换，求出集电极电流电压关系'LCQCEQLLCCEQCCCEQ'CCRIVRRRVVVVCL'L//RRR'LcCEQ'LC'LCQCEQ'LC'CCCERiVRiRIVRiVV交流负载线补充说明（续）2)交流负载线的作法步骤：①作出静态工作点Q；②作出开路电压点VCC′；③连接VCC′Q并延长至IC′。'LCQCEQ'CCRIVVCL'L//RRR'LC'CCCERiVV3.3图解分析法3.3.2动态工作情况分析共射极放大电路QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线QQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uA#动态工作时，iB、iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？2.输入交流信号时的图解分析通过图解分析，可得如下结论：1.vivBEiBiCvCE|-vo|2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。3.3图解分析法QQ1Q2vCE/ViC/mA放大区0iB=40uA80uA120uA160uA200uA饱和区截止区当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。饱和区特点：iC不再随iB的增加而线性增加，即BCii此时CBii截止区特点：iB=0，iC=ICEOvCE=VCES，典型值为0.3V3.3.2动态工作情况分析（续）3.BJT的三个工作区3.3图解分析法3.3.2动态工作情况分析（续）3.BJT的三个工作区（续）①波形的失真饱和失真截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。#放大区是否为绝对线性区？图解分析）非线性失真波形失真的实际测量②放大电路的动态范围放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：•工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；3.3图解分析法•要有合适的交流负载线。3.3.2动态工作情况分析（续）3.BJT的三个工作区（续）输出电压最大正峰值：3.3图解分析法3.3.2动态工作情况分析（续）最大不失真输出电压的确定'LCQomRIV输出电压最大负峰值：CESCEQomVVV最大不失真输出电压峰值：omomomV,VMinVomomomomo2122IVIVP要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom和Iom都要大。功率三角形放大电路向电阻性负载提供的输出功率在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。3.3图解分析法（思考题）3.3.2动态工作情况分析（续）4.输出功率和功率三角形共射极放大电路放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）uA40300k2V1bBECCBRVVI（2）当Rb=100k时，3.2mAuA4080BCII5.6V3.2mA2k-V12CcCCCEIRVV静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。IC的最大电流为：uA120100k2V1bCCBRVImA6.9uA12080IBmA62k2V1cCESCCCMRVVICMBII由于所以BJT工作在饱和区。例题此时，Q（120uA，6mA，0V）课外作业PP.140~1423.2.2,3.3.3,3.3.6end