J--《电工电子技术基础》电子教案-电工电子技术课件-第7章---基本放大电路

2004年10月制作曾令琴主编曾令琴第二篇7.2共集电极放大电路(射极跟随器)7.3放大电路中的负反馈7.1分压式偏置共发射极电压放大器第二篇学习基本放大电路学习目的与要求1.掌握基本放大电路的组成及工作原理，了解放大电路的一些基本概念；2.掌握基本放大电路的图解分析法和微变等效电路分析法；3.熟练掌握分压式偏置共发射极放大电路的静态分析和动态分析及其特点。第二篇基极电源7.1共发射极电压放大器双电源共发射极单管放大电路ECC2+RCRB+C13DG6ICIBIE＋－EB＋RL输入回路输出回路集电极电阻，约为几至几十欧NPN型管耦合电容耦合电容基极电阻，约几十至几百千欧集电极电源，约为几至几十伏负载电阻电路中发射极是输入、输出回路的公共支路，而且放大的是电压信号，因此称之为共发射极电压放大器。电路各部分作用：晶体管T：放大器的核心部件，在电路中起电流放大作用；电源EC：为放大电路提供能量和保证晶体管工作在放大状态；电源EB和电阻RB：使管子发射结处于正向偏置，并提供适当的基极电流IB；耦合电容C1和C2：一般为几微法至几十微法，利用其通交隔直作用，既隔离了放大器与信号源、负载之间的直流干扰，又保证了交流信号的畅通；电阻RC：将集电极的电流变化变换成集电极的电压变化，以实现电压放大作用。第2页单电源共发射极单管放大电路+UCCC2+RCRB+C1RL实用中，一般都采用单电源供电，而且把发射极的公共端作为“地”点，并按习惯画法把集电极电源以电位形式标在图中。放大电路的直流通道晶体管放大电路实际上是一个交、直流共存的电路。当交流信号ui=0时，电路所处的工作状态称为“静态”，静态时等效电路称为它的直流通道。+UCCRCRBUCEICIEIBUBE直流通道中耦合电容相当于开路，电路中的各电压、电流都是直流量。电路中仅有直流量时的工作状态称为“静态”。放大电路的直流通道第2页静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。BBEQCCBQRUUIBQCQIICCQCCCEQRIUU放大电路的静态分析+UCCRCRBUCEICIEIBUBE由直流通道可对Q点进行估算：静态工作点Q例：已知图中UCC=10V，RB=250KΩ，RC=3KΩ，β=50，求放大电路的静态工作点Q。解：V42.4386.110mA86.10372.0502.372507.010CEBUIAIC；；所以，Q=｛IB=37.2μA，IC=1.86mA，UCE=4.42V｝。第2页)mA(mV26)1(300EbeIr由于放大器一般都工作在小信号状态，即工作点在特性曲线上的移动范围很小。因此晶体管虽然工作在非线性状态下，但采用它的等效线性模型微变等效电路所分析得出的结果，与其真实状况相比仅有微小误差，可运用线性电路模型分析问题则带给我们极大的方便。RL＋uS－RSuiRCRBu0uceiciiieib仅有交流信号作用下，电容相当于短路，UCC=0相当于“地”电位，因此电路为左图所示。放大电路的动态分析（交流通道）＋uS－RSuiRCRBu0iciiβibibrbe上述微变等效电路中：第2页把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，这个线性电路就是放大器的微变等效电路，对该线性电路进行分析的方法称为微变等效电路分析法。等效的条件是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能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。UBEIB0ΔIBΔUBEQ右图所示为晶体管的输入特性曲线。在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。当uBE有一微小变化ΔUBE时，基极电流变化ΔIB，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，即rbe。微变等效电路的基本思路0UCEICΔIBΔICQ输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化ΔIC仅与基极电流的微小变化ΔIB有关，而与电压uCE无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源，即：bcii第2页①电压放大倍数：rbe+oU－cIbICBE+iU－bIRCRLRBRs+sU－对上述微变等效电路进行分析：beLbbebLbbecLu0rRIrIRIrIRUUAi式中RL'=RC//RLbeCurRA共发射极放大电路的微变等效电路。②输入电阻Ri：当RL=∞（开路）时：beB//rRIURiii③输出电阻R0：CoRIUR共射极电压放大器由于rbe较小而使输入电阻Ri不大；而输出电阻R0=RC，显然不够小。第2页输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻RS的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在共发射极放大电路中，由于RB比rbe大得较多，Ri近似等于rbe，一般在在几百欧至几千欧，因此是比较低的，即共射放大器输入电阻不理想。输入、输出电阻对放大器有何影响？对负载而言，总希望放大电路的输出电阻越小越好。因为放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，使得放大器带负载能力越强。共发射极放大电路中的输出电阻Ro在几千欧至几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。共发射极电压放大器的电压放大倍数与晶体管的电流放大倍数β、动态转入电阻rbe及集电极电阻RC、负载电阻RL均有关。由计算式可看出，当rbe和RL一定时，Au与β成正比。共发射极电压放大器的电压放大倍数与哪些参数有关？与晶体管的β值成正比吗？第2页共发射极单管放大器的电压放大倍数较高。放大电路分析综合有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。＋uS－RS放大电路输入加ui后，晶体管的UBE就变成了ui+UBE；同时iB=ib+IB；iC=ic+IC，晶体管输出电压uCE=UCC-ICRC;经电容C2滤波后得到放大器输出电压：u0=UCC-iCRC由于iCRC是随ui的增加而增加，因此u0随ui增加而减小，即输出、输入电压是反相关系，因此共发射放大电路也称为反相器。+UCCuiC2+RCRBRB2+C1RLu0uCEiCiiiEiBIB第2页图解步骤：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据ui在输入特性上求uBE和iB。（3）作交流负载线。（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。放大电路静态工作点的图解法0(a)输入回路(b)输出回路uCEiCQICQUCCuBEiB0uBEtiBt0iCt0t①②③④Q'Q'QQQIBQUBEQuCEUCEQ直流负载线交流负载线00第2页1.由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCE被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相。2.放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小，交流负载电阻RL‘也越小，交流负载线就越陡，使Uom减小，电压放大倍数Au下降。3.静态工作点Q设置得不合适时，将对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q'进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。从图解分析过程中可得出如下重要结论：u0上削波出现截止失真u0下削波出现饱和失真第2页即：温度对静态工作点的影响问题讨论温度升高UBE减小ICBO增大β增大IC增大对于固定偏置式共发射极放大电路而言，静态工作点由UBE、和ICEO、ICB0决定，这几个参数均随温度的变化而发生变化。Q变UBEICEO变T变IC变ICEO增大第2页与温度基本无关具有工作点稳定的放大电路条件：I1≈I2IBCCB2B1B2BURRRU温度T↑→IC↑→IE↑→UE(=IERE)↑→UBE(=UB－IERE)↓↓IC←↓IB←调节过程：则+UCCCERE＋uS－RSuiC2+RCRB1RB2+C1RLu0uCEiCiiiEiBI2I1第2页动态分析：分压式偏置共发射极电压放大器的分析静态分析：)(CQBQEBEQBEQCCB2B1B2BECCQCCCEQCQRRIUUIIRUUIIURRRUCbeBBiuRRrRRRrRAo21beL////第2页讨论题静态情况下，放大电路中C1、C2有无端电压？极性如何？若静态工作点Q较高时，输出易进入饱和区，输出波形将出现下削波；Q点设置较低时，输出又易进截止区，输出波形则出现上削顶。显然无论是上削顶还是下削顶，都造成了输出波形的失真，为消除这些失真，应将Q点下移或上移。上、下削波同时出现时，说明静态工作点设置的比较合理，只是输入信号太强不能完全通过，应减小输入信号。发生饱和失真和截止失真的原因是什么？其输出波形有何特点？如何消除上述失真？两种失真同时出现，是否Q点不合适？放大电路总是希望输入电阻高些，Ri越大，流入放大器的信号电流衰减越小，电路输入特性越好；放大电路总是希望输出电阻低些，R0越低，负载对放大倍数的影响越小，放大器的带负载能力越强。为什么放大器的输入电阻尽量大些？输出电阻尽量小些呢？共发射极放大电路的输入输出电压的相位如何？反相！+UCCUC2=UCE+RCRB+UC1=UBEUCEUBEui=0u0=0第2页电容CE的作用：第2页第2页第2页V75.3)23(65.112)(A33mA5065.1mA65.127.04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2BRRIUUIIRUUIIURRRUCQRsus+－+ui－RL+uo－+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+++例题：解：图示电路，已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。（1）用估算法计算静态工作点第2页（2）求电压放大倍数681.1333350k1.1110065.126)501(30026)1(300beLEQberRAIru（3）求输入电阻和输出电阻k3k994.01.1//10//20////obeB2B1iCRRrRRR共发射极电压放大器的特点可以大致归纳为：具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，同时输入电阻和输出电阻又比较适中，在对输入电阻、输出电阻和频率响应没有特殊要求的场合，一般均可采用。共发射极电压放大器是目前应用最广泛的基本放大电路。第2页ECQCCEEQCCCEQBQCQEBBEQCCBQEBQBEQBBQEEQBEQBBQCC)1()1(RIURIUUIIRRUUIRIURIRIURIURsus+－+ui－RL+uo－+UCCC1C2VRBRE+++UCCVRB1REICQIBQ+UCEQ－+UBEQ－（1）静态分析7.2共集电极放大电路（射极输出器）第2页（2）动态分析rbe+oU－cIbICBE+iU－bIRERLRBRs+sU－射极输出器的微变等效电路1IeIiILbeLoLbbebobebLbLo)1()1()1()1(RrRUUARIrIUrIURIRIUiuie①求电压放大倍数第2页②求输入电阻])1(//[)1(LbeBLbeBb1RrRIURRrURUIIIiiiiii