分压偏置式放大电路

课题项目:音频功率放大器的制作任务：分压偏置式放大电路课程名称实用模拟电子电子技术项目教程授课类型新授班级13应用电子3+2班日期2014.4.8课时6教学目标知识目标：掌握放大器满足的电路类型，温度对放大的影响，，直流工作对放大器影响，放大电路失真。能力目标：培养学生的理解能力，分析能力，动手能力情感目标：放大电路分析问题教学重点射极偏置电路的稳定性教学难点射极偏置电路的稳定性教学方法讲述法；演示法；案例教学法课前准备1.相关项目模块2.参考教材3.教案教学后记及改进措施课堂教学安排一．稳定静态工作点的电路-----射极偏置电路1.温度对静态工作点的影响工作点不稳定的原因很多，例如电源电压的变化，电路参数的变化，管子老化等等。但主要是由于三极管的特性参数（CBOI、BEU、等）随温度变化而造成的。1）温度对反响饱和电流CBOI的影响CBOI是集电区和基区的少数载流子在集电结反向电压的作用下形成的漂移电流。CBOI对温度变化十分敏感，温度每升高10°C时，CBOI约增大一倍。由于穿透电流CEOI约为CBOI的倍，所以，温度升高CEOI上升更显著，CEOI的增加，表现为输出特性曲线向上平移。2）温度对发射结电压BEU的影响当温度升高时，由于管内载流子运动加剧，发射结的电流随温度的升高而增加。换句话说，如果对应于同样的BI，当温度升高后，三极管的发射结电压BEU将减小，三极管的输入特性曲线会相应地向左移动，如图2.2.29（a）所示。在固定偏流电路中，bBECCBRUUI，因而BEU的减小，意味着BI的增大。由此可见，温度增加时，BEU是通过BI的变化影响放大电路工作点的。3）温度对电流放大倍数的影响三极管的电流放大倍数会随着温度升高而增大，这是因为温度升高后，加快了基区载流子的扩散速度，这样，在基区电子和空穴的复合数目减小，因而增大。三极管的输出特性因的变化而随之变化，当增加时，输出特性曲线族的间隔变宽，当减小时，输出特性曲线族的间隔将变窄。由于固定偏流式共射放大电路中的bR、CR、CCU基本不随温度的变化而变化，所以直流负载线不变。当温度升高时，随着输出特性曲线的向上平移和各条曲线间的间隔的增大，以及BEU的减小引起的BI的增大，均导致静态电流CI的增大，静态工作点Q沿直流负载线上移至'Q，如图，从而导致三极管产生饱和失真。反之，若温度降低，静态工作点将下移，可能导致三极管产生截止失真。（1）针对CBOI的影响，可设法使基极电流BI随温度的升高而自动减小，集电极电流CI也会减小，可维持CI基本不变。（2）针对BEU的影响，可设法使发射结的外加电压随温度的升高而自动减小，可使基极电流BI基本不变，集电极电流CI也就基本不变。（1）电路的基本特点1）利用1bR和2bR组成的分压器以固定基极电位。适当选择1bR和2bR，使满足条件2IBI时，则BIII+=21≈2I，就可认为基极电位BU不随温度改变，即BU≈CCbbbURRR2122）利用发射极电阻Re将电流EI的变化（△EU=△ReIE），回送到输入回路，因BEUU=-BEU，当BUBEU时，就可认为EU也基本上是固定的，因此发射极电流EI基本恒定，即ReUReUUIBBEBE≈-子时，工作点也可近似不变，而只决定于外电路参数，这对于电子设备的批量生产是很有利的。（2）稳定工作点的物理过程从物理过程来看，如温度上升，CI(EI)将要增加，由于EI的增加，在Re上产生的电压ReIE也要增加，由于BU基本固定，所以管子的BEU（BEU=BU-ReIE）减小，使BI自动减小，结果牵制了CI的增加，从而使CI基本恒定。这个过程可简单表述如下：T°C↑→CI↑→EI↑→EU(ReIE)↑→BEU=BU-ReIE↓→BI↓→CI↓可见这种电路能稳定工作点的实质是利用EI的小变化在电阻Re上产生压降，回送到输入回路来抑制CI的大变化。Re越大，对CI变化的抑制能力越强，电路稳定性能越好。二．交流负载线放大器工作时输出端总要接上一定的负载，如图2.2.19（a）所示。放大电路接入负载后，电路的工作情况会受到怎样的影响呢?在静态时，由于LR是接在隔直电容2C的右边，由于电容的隔直作用，放大器的静态工作点不会因为LR的接入而发生变化。在动态时由于LR的接入，工作情况就与直流时的情况不同了。为了搞清交流电流通过的路径，可画出放大电路的交流通路。画交流通路的原则：①直流电源CCU内阻很小，交流信号经过内阻时压降很小，可忽略不计，所以对交流信号而言，可将直流电源作短路处理②由于电容1C、2C容量足够大，交流阻抗很小，对交流可视为短路。根据上述原则我们可画出图2.2.19（a）共射放大电路的交流通路，由交流通路可见，在放大电路的输入回路中，输入电压iu直接加到管子的发射结上；在输出回路中，集电极电流中的交流分量ci不仅流过CR也流过LR，CR和LR是并联的，即LcLCcceRiRRiu')//(式中LCLCLCLRRRRRRR//'，称放大器的交流负载电阻。由于放大电路在动态时，三极管各极电流和极间电压都在静态的基础上叠加一个交流分量，所以cCCiIiceCECEuUuceCECEuUu=LCCCELcCERIiURiU')('或)'('1'1LCCELCELCRIURuRi便是共发射极放大电路动态时，输出端接有负载的情况下，输出回路外部电压CEu和电流Ci的关系。在静态工作点确定的情况下，LCCERIU'是一常量，是一直线方程，直线的斜率为-LR'1，由交流负载电阻LR'所决定，故该直线称为交流负载线，如图2.2.20所示，式（2.2.23）也称为交流负载线方程。当Bi变动时，Ci和CEu的变化轨迹在交流负载线上。应当指出的是，当放大电路不带负载LR时，交流负载线与直流负载线是重和的。交流负载线和直流负载线必然在Q点相交。由交流负载线方程可知，当Ci=CI时，CEu=CEU，点（CI，CEU）就是静态工作点Q，这说明交流负载线是通过Q点的。由于交流负载线通过Q点，所以做交流负载线时，不必像作直流负载线那样确定两个点，而只需另外确定一个点即可。交流负载线的作法：令Ci=0，根据式（2.2.23）得CEu=CCEIU+LR'，于是在横坐标轴上得到点C（CCEIU+LR'，0），将C点与静态工作点Q相连，并延长至纵轴交与D点，则直线CD为交流负载线，斜率为-LR'1，如图2.2.20所示。三．失真现象1)静态工作点对波形失真的影响对一个放大电路来说，我们除了希望得到所要的放大倍数外，还要求输出电压波形失真小，否则就失去放大的意义。所谓失真，是指输出信号的波形与输入信号的波形不一致。从下面的分析可知，输出电压波形与电路的静态工作点有密切的关系，如果静态工作点选择不当，就可能引起波形失真，失真分为截止失真和饱和失真两种。①截止失真放大器的静态工作点在Q点（40BIµA），当Bi以40µA为中心，在60µA与20µA之间变动时，Ci和CEu的波形都不失真，这在图2.2.15中已经讨论过了。如果把静态工作点取在Q点，当输入电压iu加入后，Ci和CEu的波形都产生严重失真，通过图的输入特性可看出，在输入信号iu的正半周，三极管工作在输入特性的弯曲部分，而在iu的负半周的部分时间内出现BEu小于发射结的死区电压，使三极管截止，结果造成Bi严重失真,相应的Ci和CEu也产生了严重失真。这种失真情况是由于工作点太低，使三极管截止而引起的，所以称为截止失真。如果用示波器观察波形时，会看到Ci的负半周出现了平顶，CEu的正半周出现平顶。要避免截止失真，必须增加偏流BI，以提高工作点的位置，一般要使BI大于bi的幅值，也就是说，要保证在输入电压的整个周期内，三极管都工作在输入特性的线性部分，在本例中BI＞20µA便可避免截止失真。②饱和失真如果把静态工作点选在Q点，如图2.2.18所示。当输入电压加入后，Bi将以60µA为中心，在80µA与60µA之间变动，这时Ci和CEu的波形产生了严重失真。这种失真是由于工作点太高引起的，在Bi的正半周已工作在输出特性的弯曲部分，这时集电极电流已接近最大值CCCRU，所以不服从Ci=Bi的规律了。尽管Bi在增加，但Ci已接近最大值而不能按比例再增加。这种由于Ci达到饱和，使Ci和CEu的波形产生的失真，称为饱和失真。如果用示波器观察波形，会发现Ci的正半周出现平顶，相应的CEu的负半周出现了平顶。要避免饱和失真，一种方法是降低偏流BI，使工作点下移，保证Bi在正半周时三极管不会工作在输出特性的弯曲部分。解决饱和失真的另一种方法是减少集电极电阻CR，使直流负载线的斜率增大，饱和失真将减小。假若输入信号的幅度过大，可能同时出现截止失真和饱和失真。上面波形失真和工作点位置的关系同样适用于PNP管。但是对于PNP管在示波器中看到的失真波形与NPN管的失真波形不同，PNP管的饱和失真出现在CEu正半周，而截止失真出现CEu负半周。