电工学简明教程(秦曾煌)第10章--基本放大电路

第10章基本放大电路第10章基本放大电路10.1共发射极放大电路的组成10.2共发射极放大电路的分析10.3静态工作点的稳定10.4射极输出器*10.5差分放大电路10.6互补对称放大电路*10.7场效晶体管及其放大电路10.1共发射极放大电路的组成10.1共发射极放大电路的组成电路中各元件的作用：C1RS+uiRCRB+UCCC2RL+es+uo++iB+uBEiC+uCET晶体管T晶体管是电流放大元件，在集电极电路获得放大了的电流iC，该电流受输入信号的控制。集电极电源电压UCC电源电压UCC除为输出信号提供能量外，它还保证集电结处于反向偏置，以使晶体管具有放大作用。C1RS+uiRCRB+UCCC2RL+es+uo++iB+uBEiC+uCET集电极负载电阻RC将iC的变化变换为uC的变化，实现电压放大。偏置电阻RB它的作用是提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。耦合电容C1和C21．起隔直作用；2．起交流耦合的作用，即对交流信号可视为短路。10.2共发射极放大电路的分析10.2共发射极放大电路的分析10.2.1静态分析放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态分析是要确定放大电路的静态值(直流值)IB，IC，UBE和UCE。1.用放大电路的直流通路确定静态值RCRB+UCCIB+UBEIC+UCET可用右图所示的直流通路来计算静态值RCRB+UCCIB+UBEIC+UCETBCCBBECCBRURUUIBCIICCCCCEIRUU硅管的UBE约为0.6V，比UCC小得多，可以忽略不计。[例1]在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=4k，RB=300k，。试求放大电路的静态值。5.37[解]mA5.1mA04.05.37BCII6VV)105.110412(33CCCCCEIRUUCCB3B12A40μA30010UIR2．用图解法确定静态值根据直线方程UCE=UCCRCIC可得出：IC=0时，UCE=UCCCCCCCE0RUIU时，　图解过程说明:在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直流负载线，与晶体管的某条(由IB确定)输出特性曲线的交点Q称为放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电压和电流的静态值。基极电流IB的大小不同，静态工作点在负载线上的位置也就不同，改变IB的大小，可以得到合适的静态工作点，IB称为偏置电流，简称偏流。通常是改变RB的阻值来调整IB的大小。0IB=0µA20µA40µA60µA80µA123UCCRCN24681012UCCMQ直流负载线图解过程:IC/mAUCE/VQ1Q2IC=0时，UCE=UCCCCCCCE0RUIU时，mA5.1CI6VCEU[例2]在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=4k，RB=300k，晶体管的输出特性曲线如上图。(1)作出直流负载线，(2)求静态值。[解](1)由IC=0时，UCE=UCC=12V，和UCE=0时，mA3A104123CCCCRUI可作出直流负载线(2)由CCB3B12A40μA30010UIR得出静态工作点Q，静态值为IB=40AIC=1.5mAUCE=6V0IB=0µA20µA40µA60µA80µA1231.524681012MQ静态工作点求得静态值为：IB=40µA，IC=1.5mA，UCE=6VIC/mAUCE/V10.2.2动态分析放大电路有输入信号时的工作状态称为动态。动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情况。确定放大电路的电压放大倍数Au；输入电阻ri；输入电阻ro。动态分析的两种基本分析方法：微变等效电路法和图解法。1．微变等效电路法1．微变等效电路法晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以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，晶体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。(1)晶体管的微变等效电路IBUBE在晶体管的输入特性曲线上，将工作点Q附近的工作段近似地看成直线，当UCE为常数时，UBE与IB之比CECEbbeBBEbeUUiuIUr称为晶体管的输入电阻，在小信号的条件下，rbe是一常数，由它确定ube和ib之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用rbe等效代替。OIBUBEUCEIBQ低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算)mA()mV(26)1()(200EbeIrRbe是对交流而言的一个动态电阻。动态IBICQICUCEICUCE晶体管输出特性曲线是一组近似等距离的平行直线，当UCE为常数时，IC与IB之比为。CECEbcBCUUiiII即为晶体管的电流放大系数，在小信号的条件下，是一常数，由它确定ic受ib的控制关系。因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源ic=ib等效代替。UCEICUCEQICIBICUCE晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行。BBcceCCEceIIiuIUr在小信号的条件下，rce也是一常数，在等效电路中与ib并联，由于rce的阻值很高，可以将其看成开路。当IB为常数时，UCE与IC之比称为晶体管的输出电阻。由以上分析可得出晶体管的简化微变等效电路CBE+ube+uceicibTibibBECicrbe+uce+ube(2)放大电路的微变等效电路对交流(动态)分量而言，电容、直流电源也可以认为是短路。C1RS+uiRCRB+UCCC2RL+es+uo++iBiCT基本放大电路可画出放大电路的交流通路。+ubeTRCiiibicRLRSRBEBC+ui+es+uo+uce将交流通路中的晶体管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效电路。交流通路rbeEBCRCRLRBRSiiib+ui+es+uoui=ubeuo=uceicib基本放大器的微变等效电路当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。(3)电压放大倍数的计算rbeEBCRCRLRBRSoUbIcIbIβiI++sE+LR由上图可列出bbeiIrUbLcLoIRIRU式中LCL//RRRiU故放大电路的电压放大倍数oLibeuURAUr当放大电路输出端开路(未接RL)时CbeuRAr可见，接入RL，电压放大倍数降低。[例3]在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=4k，RB=300k，。试求电压放大倍数Au。5.37[解]在例10.2.1中已求出ECmA1.5IIbe26(mV)200()(37.51)0.867k1.5(mA)rLCL//2kRRR所以Lbe237.586.50.867uRAr(4)放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻ri，即iUrI它是对交流信号而言的一个动态电阻。如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻Rs和ri的分压，使实际加到放大电路的输入电压ui减小，从而减小输出电压；第三，后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放大倍数。因此，通常希望放大电路的输入电阻能高一些。以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为bebeBi//rrRr共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的。注意：ri与rbe意义不同不能混淆。(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。其内阻即为放大电路的输出电阻ro，它也是一个动态电阻。如果放大电路的输出电阻较大(相当于信号源的内阻较大)。当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻小一些。CoRrRC一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。放大电路的输出电阻可在信号源短路和输出端开路的条件下求得。从基本放大电路的微变等效电路看，当，电流源相当于开路，故)(0iUibcb000UIII，时，*2．图解法首先在输入特性上作图，由输入信号ui确定基极电流的变化量ib，再在输出特性上作图，得到交流分量ic和uce即(uo)。由图解分析可得出：(1)交流信号的传输情况：ibebcoce()()uuiiuu即即0uBE/VQ1QQ2604020006040200.580.60.62UBEttiB/µA在输入特性上作图(ui)uBE/ViB/µAIB(ib)0IB=40µA2060803Q1.5612N0Mt00Q22.250.752.251.50.75IC39369交流负载线接负载后，Uom减小，Au下降。tQ1空载输出电压iC/mAuCE/VuCE/ViC/mA(ic)UCEuo=uce直流负载线1Q2Q(2)电压和电流都含有直流分量和交流分量，即bBBiIibeBEBEuUuceCECEuUucCCiIi(3)输入信号电压ui和输出电压uo相位相反。(4)失真现象失真是指输出信号的波形不像输入信号的波形。原因：1．静态工作点不合适：Q点过低，截止失真；Q点过高，饱和失真。2．信号太大，超出了特性曲线上的线性范围。称为非线性失真。作业10.3静态工作点的稳定10.3静态工作点的稳定由于某种原因，例如温度的变化，将使集电极电流的静态值IC发生变化，从而影响静态工作点的稳定。上一节所讨论的基本放大电路偏置电流BCCBBECCBRURUUI当RB一经选定后，IB也就固定不变，称为固定偏置放大电路，它不能稳定Q点。+UCCRCC1C2TRLRE+CE++RB1RB2RS+ui+es+uoiBiC+uCE+uBE分压式偏置放大电路放大电路不仅要有合适的静态工作点Q，而且要保持Q点的稳定。为此，常采用分压式偏置放大电路。+UCCRCTRERB1RB2IBIC+UCE+UBEI1I2IE直流通路由直流通路可列出B21III若使B2II则B2B1CC21RRUII基极电位CCB2B1B22B2BURRRIRV可认为VB与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为RB1和RB2的分压电路所固定。EEBEBBEIRVVVU若使VBUBE则EBEBEBECRVRUVII因此，只要满足I2IB和VBUBE两个条件，VB和IE或IC就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，使静态工作点能得以基本稳定。对硅管而言，在估算时一般可取I2=(5~10)IB和VB=(5~10)UBE。这种电路稳定工作点的实质是：当温度升高引起IC增大时，发射极电阻RE上的电压降增大，使UBE减小，从而使IB减小，以限制IC的增大，工作点得以稳定。电容CE的作用是使交流旁路，防止RE上产生交流电压降降低电压放大倍数，CE称为交流旁路电容。[例1]在分压式偏置放大电路中，已知UCC=12V，RC=2k，RE=2k，RB1=20k，RB2=10k，RL=6k，晶体管的。(1)试求静态值；(2)画出微变等效电路；(3)计算该电路的Au，ri和ro。37.5β[解](1)B2BCCB1B21012V4V2010RVURRmA7.1A1026.043EBEBECRUVIIV2.5V]107.110)22(12[)(33CECCCCEIRRUU(2)rbeEBCRCRLRB2RSoUbIcIbIiI++sE+RB1iUB2BCCB1B21012V4V2010RVURR