第3章 三极管放大电路基础

第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/181第三章三极管放大电路基础第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/182本章基本要求•1）熟悉晶体三极管结构、工作原理及特性曲线；•2）掌握由BJT、FET组成的基本放大电路的静态和动态分析，即静态工作点和交流性能参数（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）的计算；多级放大电路的分析和计算；•关键是掌握等效电路分析法的思路和方法。•3）了解放大电路的频率特性等。第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/1833.1放大电路的基本概念“放大”是最基本的模拟信号处理功能。这里的“放大”是指把微小的、微弱的信号不失真地进行放大。以小能量对大能量的控制作用称为放大作用。所谓“不失真”就是保证原信号波形的形状、基本参数等不变。具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、手机、扩音器等等。第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/184“放大”的表现形式是将信号的幅度增大若干倍，但在电子技术中，放大的本质并非能量的改变，而是能量的控制与转换，即通过放大器输入信号(如麦克风输出的微弱能量的信号)的控制，使放大器将直流电源提供的能量转换成(较大能量的)交流输出信号。这种以小能量对大能量的控制作用就是放大作用。第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/185模拟放大电路学习方法•本课程讨论的核心是放大电路对电信号的“放大”作用，其实质就是能量的控制与转换功能。•本课程的难点是理论性、工程性和实践性并重。在本课程的理论学习方面，需要具备电路分析基础中的欧姆定律、戴维南定理、若顿定理、KVL、KCL及线性电路的几种分析方法等基本电路理论，这是分析电子电路的基础。第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/186模拟放大电路学习方法•模拟电路中关键点•1、器件的工作原理及特性•2、放大电路的基本原理•3、放大电路的基本分析思路和方法•4、简单电路的设计与计算第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/187电子系统举例:收音机接收广播信号广播电台电磁感应前置放大器电压放大中间放大器（（功率放大器天线扬声器属于交流放大！第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/188一般来说，放大电路就是一个双端口网络。Su信号源电压iu输入电压ou输出电压Rs信号源内阻RL负载电阻ii输入电流oi输出电流第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/1893.1.2放大器的主要性能指标放大器的增益也称为放大倍数，定义为输出变化量的幅度与输入变化量的幅度的比。1．电压增益uAiouuuAiouUUA或(3-1)2．电流放大增益iAioiiiAioiIIA或(3-2)3.1.2.1放大器的增益第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18103.1.2.1放大器的增益4．互阻增益rAioriuAiorIUA或(3-4)5．互导增益gAioguiAiogUIA或(3-5)3.功率增益PAioPPPA(3-3)第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/1811放大电路的其他性能指标：输入电阻输出电阻最大不失真输出幅度非线性失真iiiIUR(3-6)Ls0oRUIUR(3-7)最大输出功率与效率EoPP(3-8)通频带LH7.0BWff(3-9)第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18121.输入电阻Ri放大电路（放大器）ouoI+-RLiI-iuSu+-Rs+RiiiiiuR＝Ri决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小，即它决定了放大电路对信号源的要求。一般情况下，要求RiRs第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18132.输出电阻RoRo的求法：将信号源短路，即=0，但保留Rs；且负载RL两端开路，即RL=∞时SuiuouoI放大电路（放大器）Su+-Rs+-+-RLiIRo××短路开路Ls0oRUIUR第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18143.增益实质上就是输出对输入的放大倍数。ioIIA＝i②——电流增益无量纲①——电压增益无量纲iouUUA量纲:Ω③——互阻增益iorIUA④——互导增益量纲:SiogUIA第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/1815在工程上常用以10为底的对数增益表达，其基本单位为B（贝尔，Bel），平时用它的十分之一单位dB（分贝，decibel的缩写）。由于功率与电压（或电流）的平方成比例，因此功率增益表示为：dBlog20][uuAAdBlog20][iiAAdBlog10][ppAA第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18164.频率响应)()(uuAA指在输入正弦信号情况下，输出随频率连续变化的稳态响应。式中：ω——信号的角频率；Au(ω)——幅频响应；——相频响应；)(第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/1817波特图：uAulg20Algf20f/Hz600fLfH带宽BWfL——下限频率fH——上限频率带宽LH7.0BWff(1-10)通常fL«fH∴有H7.0BWf第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18183.2放大电路及其基本分析方法3.2.1三极管放大电路的3种组态由BJT构成的放大器3种组态：共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路，如图3-4所示。基极输入集电极输出基极输入发射电极输出发射极输入集电极输出第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18193.2.2共发射极放大电路的组成1.三极管的放大作用在实际应用中利用三极管放大电路放大微弱信号，其原理电路如图3-5a所示，实际电路中常取，于是常采用习惯画法的共射极放大电路图。iu1CbR+-BEubici+-CEu+2C+ou-BBUCCU+-CR+-T+-susR原理电路图2k300k++ou+-bRcR2C1Ciu+-+-susRT放大器的习惯画法CCUBEu+-+-CEu300k2kCCBBUU第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/1820放大的原理输入电压iu为微弱变化的电压信号，它引起三极管基极电流的变化，其变化量为bi，若输入交流电压iu变化量为mV40iu，使bi变化μA20bi，使集电极电流ci变化mA2bcii，其中)100(称为共发射极交流电流放大系数(其数值和共发射极直流电流放大系数接近，即在几十至上百倍之间)，则在集电极电阻cR两端产生的交流电压为(V)422ccoRiu，于是该放大器的电压放大系数100404000iouuuA。第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18212．放大电路的组成原则为了使放大电路正常工作，其组成要满足下面的条件。（1）晶体三极管工作在放大区，要求使管子的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置；（2）由于三极管的各极电压和电流均有直流分量(0iu时)，也称为静态值或静态工作点，而被放大的交流信号叠加在直流分量上，要使电路能不失真地放大交流信号，必须选择合适的静态值，可以通过选用合适的电阻Rb和Rc和三极管参数来实现。（3）要使放大电路能不失真地放大交流信号，放大器必须有合适的交流信号通路，以保证输入、输出信号能有效、顺利地传输。（4）放大电路必须满足一定的性能指标要求。第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/1822iu1CbRk30012V+-BEuBiCi+-CEu.6k312V+2C+ou-图3-5共射极基本放大电路BBUCCU+-CRT(a)共射极放大电路LR.1k5OtBIBiiu电路与波形tCiOCItOCEUCEutOou(b)共射极放大电路工作波形第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18233.各元器件的作用a.三极管T：是放大电路的核心器件，其作用是利用输入信号产生微弱的电流bi，控制集电极ci变化，ci由直流电源UCC提供并通过电阻cR(或带负载LR时的Lc/L//RRR)转换成交流输出电压。b.基极极直流电源UBB：通过bR为为晶体三极管发射结提供正偏置电压；c.基极偏置电阻bR：UBB通过它给三极管发射结提供正向偏置电压以及合适的基极直流偏置电流，使放大电路能正常工作在放大区，因此，bR也称偏置电阻。第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/1824d.集电极直流电源UCC：通过cR为为晶体三极管的集电结提供反偏电压，也为整个放大电路提供能量。通常UBB和UCC为同一个电源，于是，该放大电路常画成图3-7(a)所示电路。e.集电极负载电阻cR：作用是将放大的集电极电流转换成电压信号。f.耦合电容C1和C2：对于直流信号起到隔直作用，视为开路。C1是防止直流电流进入信号源，C2是防止直流电流流到负载中。而对于交流信号，起到耦合作用，对于中频段的输入信号，视为短路，即交流信号可以顺利通过C1和C2，耦合电容一般取电容量较大的电解电容。对于NPN管和PNP管，要注意电容极性的正确连接，应该将电容的正极连在直流电位较高的一端。第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18254.基本放大电路中电压和电流的表示方法由于放大电路中既有需要放大的交流信号iu，又有为放大电路提供能量的直流电源CCU，所以三极管的各极电压和电流中都是直流分量与交流分量共存，如图3-6所示。第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18263.2.3共发射极放大电路的分析三极管放大电路的分析包括静态(直流)分析和动态(交流)分析，其分析方法有图解法和微变等效分析法。图解法主要用于大信号放大器分析，微变等效分析法用于低频小信号放大器的动态分析。第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18273.2.3.1图解法•1.直流通路和交流通路•当时，放大电路处于静态，直流电路流经的通路称为放大电路的直流通路。通过直流通路为放大电路提供直流偏置，建立合适的静态工作点。画直流通路时应令交流信号源为零(交流电压源短路，交流电流源开路)，保留其内阻；相关电容器开路，电感短路。•当时，放大电路处于动态工作状态，交流电流流经的通路称为放大器的交流通路。•画交流通路时，令直流电源为零(直流电压源短路，直流电流源开路)，保留其内阻；令电抗很小的大容量电容和小电感短路；令电抗很大的小容量电容和大电感开路；保留电抗不可忽略的电容或电感。0iu0iu第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18282．静态分析第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18292．静态分析•在时，放大电路只有直流电源作用，放大电路的这种状态称为静态，对直流通路的分析称为静态分析。用作图的方法求得Q点的值。其步骤如下：•1）给定晶体三极管的输入特性和输出特性，由放大电路的直流通路求得IB和UBE的方程，并在输入特性上作出这条直线。根据图3-7(b)由KVL得0iuBEbBCCURIUbCCbBEBRURUI则0μA/BiQBIBEUV/BEuB1RBCCRVA第3章三极管放大电路基础模拟电子技术2020/1/18302）由直流通路得到直流负载线IC＝f（UCE），并在晶体管的输出特性上作出这条直线。根据图3-7(b)，由KVL得CCCCCERIUU10)-(3CCCCCECRURUIBICICEU--+BEU+bRcRT＋Ucc(b)3.6k300k令UCE＝0，求得cCCRUIC，与纵轴相交于M点；令IC＝0，求得UCE＝UCC，则在横轴上得到N点。连接M、N两点，与晶体管输出特性相交于多点，其中与IB对应的点就是所求放大电路的静态工作点Q(UCE，IC)，如图3-7(b)所示，则可求得相应的IC和UCE的值。这条直线的斜率为c1R，故称为直流负载线。第3