第五讲--单管共射放大电路及其分析方法

第5讲单管共射极放大电路及其分析方法主要内容放大电路概述放大电路的基本分析方法单管共射极放大电路分压式射极偏置放大电路目的与要求掌握放大电路主要技术指标的含义及其计算方法了解单管共射放大电路的工作原理理解放大电路的组成原则了解放大电路的图解分析法掌握放大电路的工程近似分析法和微变等效电路法掌握分压式射极偏置电路与固定偏置电路的区别重点：放大电路的微变等效分析一、放大电路概述放大的概念主要技术指标单管共发射极放大电路组成原则1、放大的概念放大——输入为小信号，有源元件控制电源使负载获得大信号，并保持线性关系。放大本质能量的控制在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动负载。基本要求——不失真放大对象——变化量，即输入信号的小变化→输出信号的大变化核心元件三极管场效应管2、主要技术指标技术指标测试示意图放大倍数含义——描述放大电路的放大能力定义式电压放大倍数电流放大倍数ioUUAuioIIAi输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻。描述放大电路从信号源索取电流的大小定义式issRRUI.i.isisiURRRUiiiIUR输出电阻从放大电路的输出端看进去的等效电阻。描述放大电路带负载能力的技术指标。测量或计算方法''/11oLoooLLoURRURRRULS0oooRUIURLooo)1(RUUR++++S+o负载LS+信号源-u-oiiiRR放大电路-+iuuRiRiouoRRo输入电阻和输出电阻，都描述了电子电路相互连接时对信号所产生的影响。输入电阻描述了放大电路对输入信号源的影响输出电阻描述了放大电路的带负载能力（当负载变化时，输出信号保持稳定的能力）。它们都是交流电阻，直接或间接地影响到放大电路的放大能力。2、主要技术指标fAAm0.7AmfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线3dB带宽2、主要技术指标通频带2、主要技术指标最大输出幅度非线性失真系数由元器件非线性特性引起的失真最大输出功率与效率omVPP直流量：大写字母、大写脚码如IB、UCE交流瞬时量：小写字母、小写脚码如ib、uce交流有效量：大写字母、小写脚码如Ib、Uce交直流总量：小写字母、大写脚码如iB、uCEiB=ib+IB2、主要技术指标附：电路中有关符号规定OCCCEBCBBEΙΔ)Δ(Δ)Δ(ΔΔΔΔuRiuiiiuu3、单管共发射极放大电路组成晶体管VT基极电源VBB基极偏流电阻Rb集电极电源VCC集电极负载电阻RC工作原理输入回路输出回路uIuo电路结构缺点双电源供电ui、uo不共地阻容耦合单管共射放大电路隔直通交3、单管共发射极放大电路放大电路组成动画展示3、单管共发射极放大电路放大电路放大原理动画展示4、组成放大电路的原则BCΔΔii合理的偏置——外加直流电源使发射结正偏，集电结反偏，使三极管处于放大状态，则有：有信号的输入回路——输入信号能有效地作用于放大电路的输入回路有信号的输出回路——输出信号能有效地加到负载上。第1条是涉及放大电路的直流通路，第2、3条是放大电路的交流通路问题。试分析下图所示各电路是否可能不失真地放大交流信号，简述理由。设所有电容对交流信号均可视为短路。(b)TVCCCb1RcCb2T-VCCCb1RcCb2TVCCCb1RcCb2VBBRb(a)(c)4、组成放大电路的原则-举例二、放大电路的分析方法放大电路是交、直流共存直流通路交流通路放大电路分析静态分析分析未加输入信号时的工作状态。依据电路——直流通路分析目的——求静态工作点（IBQ、ICQ、UCEQ）分析方法——工程近似分析法、图解法动态分析在静态分析的基础上，分析加上交流输入信号时的工作状态依据电路——交流通路分析目的——估算放大电路的性能指标分析方法——图解法、微变等效电路法iB=IB+ib;uBE=UBE+ube……1、直流通路与交流通路直流通路直流电流流过的路径。画法输入信号为0，但保留信号源内阻RS保留直流电源VCC电容开路，隔直通交电感短路1、直流通路与交流通路交流通路交流电流流过的路径。画法加信号源usVCC自身短路大容量电容短路bce2、静态分析——工程近似分析法IBQICQUCEQ其中，硅管UBEQ=(0.6~0.8)V锗管UBEQ=(0.1~0.2)VbBEQCCBQRUVIICQIBQUCEQ=VCC–ICQRC基本思路——先假定三极管工作在放大模式，再由分析结果进行验证、确定和计算步骤画直流通路列输入、输出回路的电压、电流方程求静态工作点验证UBEQ=VCC–IBQRbUCEQ=VCC–ICQRCICQ=βIBQ求得静态工作点若UCEQ≥0.7V，说明三极管处于放大状态，假设正确；否则，根据实际情况用另外的模型分析。【例】图示单管共射放大电路中，VCC=12V，Rc=3k，Rb=280k，NPN硅管的=50，试估算静态工作点。解：设UBEQ=0.7VA40mA)2807.012(bBEQCCBQRUVIICQIBQ=(500.04)mA=2mAUCEQ=VCC–ICQRc=(12-23)V=6V2、静态分析——工程近似分析法IBQICQUCEQ若Rb=100k，试估算静态工作点。120.70.113100CCBEQBQbVUImAmAR(500.113)5.65CQBQIImAmA(125.653)4.95CEQCCcCQUVRIVVUCEQ不可能为负，其最小值也只能为0，三极管工作在饱和区。1243CCCESCMCVVVImARmA(0.113,4,0)mAmAV2、静态分析——图解法在三极管的输出特性曲线上用作图的方法求放大电路的静态工作点。步骤画直流通路bceIBQICQUCEQ近似估算IBQ、找到相应的输出特性曲线列输出回路方程，作直流负载线iCuCEiB=IBQCECCCcuViRVCCVCC/RC负载线UCEQICQQ与横坐标的交点与纵坐标的交点确定静态工作点Q静态工作点在什么区域合理？3、动态分析——图解法交流通路——交流通路的输出回路是RC和RL的并联。作交流负载线通过静态工作点斜率交流通路的输出回路LCLL//1RRRR，其中交流负载线OIBiC/mAuCE/VQ静态工作点3、动态分析——图解法输入回路工作情况Q0.70t6040200uBE/ViB/µAt0uBE/ViBUBEuBE=UBE+ubeiB=IB+ibube0.680.72uBEiB交流负载线直流负载线4.57.5uCE912t0ICQiC/mA0IB=40µA2060804Q260uCE/ViC/mA0tuCE/VUCEQiC输出回路工作情况3、动态分析——图解法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20uA40uA60uA3、动态分析——图解法通过图解分析，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。单管共射放大电路的电压电流波形3、动态分析——图解法交、直流并存电压放大作用倒相作用#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？图解法的应用1——分析非线性失真1、静态工作点过低，引起iB、iC、uCE的波形失真ibui结论：iB波形失真OQOttOuBE/ViB/µAuBE/ViB/µAIBQ——截止失真OiCtOOQtuCE/VuCE/ViC/mAICQUCEQuo=uce图解法的应用1——分析非线性失真结论：iC、uCE(uo)波形失真NPN管截止失真输出uo波形NPN管uo波形Q点过高，引起iC、uCE的波形失真—饱和失真图解法的应用1——分析非线性失真图解法的应用1——分析非线性失真非线性失真动画改变Rb，保持VCCRc不变OIBiCuCEQ1Rb增大，Rb减小，Q点下移；Q点上移；Q2OIBiCuCEQ1Q3改变VCC，保持Rb，Rc，不变升高VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。Q2图解法的应用2——分析参数对静态工作点的影响4、动态分析——微变等效电路法三极管的微变等效电路微变等效电路法指导思想条件低频小信号(幅值和频率比较小)把管子转化为电路,非线性转化为线性要解决的问题已知电路元件、管子特性和参数求电路的动态参数注意：反映Q点附近交流分量之间的关系4、动态分析——微变等效电路法BJT的小信号建模三极管H参数微变等效电路H参数的物理意义模型的简化H参数的确定4、动态分析——微变等效电路法三极管H参数微变等效电路),(CEBBEvifv在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：),(CEBCvifiCECECBBCCBCEdvvidiiidiIVvBEvCEiBcebiCBJT双口网络CEBBEieVivh输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。H参数的物理意义vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevceCEBCfeViihBCEBEreIvvhBCECoeIvih根据可得小信号模型BJT的H参数模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevceH参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。三极管H参数微变等效电路模型的简化hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即rbe=hie=hfeuT=hrerce=1/hoe一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为ibicvceibvbeuTvcerberceuT很小，一般为10-310-4，rce很大，约为105。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路ib是受控源，且为电流控制电流源(CCCS)。电流方向与ib的方向是关联的。H参数的确定一般用测试仪测出；rbe与Q点有关，如何求解？一般用公式估算rberbe=rb+(1+)re其中对于低频小功率管rb≈300)mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而(T=300K)EQbbeImvrr26)1(1.电路如图所示。试画出其小信号等效电路。-VCCRcRLReRb2Rb1