三极管放大电路工作原理及功能分析

第二章BJT放大电路基础§2.1放大电路的工作原理和图解分析§2.2三种基本组态放大电路的特性与分析§2.3BJT组合放大电路§2.1放大电路的工作原理和图解分析2.1.1放大电路的工作原理和图解分析2.1.2图解法与动态工作分析2.1.1共射放大电路的组成及其交、直流通路1电路基本组成：1）入信号源：uS，RS2）负载：RL3）射极基本放大器：（1）输入回路：C1：输入耦合电容，隔直Rb1,Rb2基极偏置电阻Re射极偏置电阻（直流负反馈）(稳定工作点)Ce射极旁路电容1电路基本组成：（2）输出回路：RC：集电极偏置电阻，具有把集电极电流iC转化成集电极电压Ec输出。C2：输出耦合电容，（隔直）使放大器与负载之间直流隔离，而交流耦合。2.1.1共射放大电路的组成及其交、直流通路一共射放大电路的组成及其交、直流通路1电路基本组成：4）直流电源EC：为放大器提供直流偏置提供能量，即在uS的控制下把直流能量通过T转换成交流能量放大输出。另外，电路中含有两个独立电源直流电源EC交流信号源uS在两电源共同作用下，由线性网络的选加原理电路中各支路上的电压和电流应等于每个独立电源单独作用于网络时产生的电压和电流之和，即：iB=IB+ibiC=IC+icuCE=UCE+uce电路仿真127345返回A：直流偏置问题：待求问题：Q（IB、IC、UCE）分析方法：估算法等效电源法直流通道图解法B：交流传输问题：待求问题：输入、输出电阻：Ri、Ro电流、电压、功率增益：Ai、Au、Ap分析方法：图解法交流通道等效电路法5）放大器有两类基本的问题：2直流通道（直流等效电路）(1)直流通道画法:原则：放大电路中所有电容开路，电感短路，变压器初级和次级之间开路，所剩电路即为直流通道交流信号源取零值原因：当0时cj10Lj(2)静态工作点Q的估算法估算步骤：A：计算UB：一般有I1IB,I1≥(5~10)IB而：Si:UBE=0.6-0.7（V）Ge:UBE=0.2-0.3（V）2b2b1bcBRRREUB：cBeBEBEEcIIRUUIIIC：eCCCeECCCCERRIERIRIEU2直流通道（直流等效电路）UBIBI1IC+UCE-+UBE-I2IE休息1休息2返回A：利用戴文宁定律简化基极偏置电路其中：221bbbCBBRRREURb=Rb1//Rb2B：列出输入回路偏置方程：UBB＝IBRb+UBE+(IB+IC)ReebBEBBBR1RUUI(IC≈βIB)，UBE:si:0.6-0.7VGe:0.2VC:∵Ic=βIB输出回路偏置方程：UCE=Ec-IcRC-IERe≈Ec-Ic(Rc+RE)(Ic=αIE≈IE)(3)等效电源法：休息1休息2返回（1）交流通道画法：耦合、旁路电容短路直流电源对地短路扼流电感开路输入回路利用戴文宁原理可以简化：Rb’=Rs∥Rb1∥Rb2sbbsbbsuR//RRR//Ru21213：交流通道休息1休息2返回2.1.2图解法与动态工作分析图解法：利用晶体管的特性曲线和外电路特性经作图,分析放大器工作状态：静态分析：特性曲线直流负载线：输入回路直流负载线――确定静态工作点Q输出回路直流负载线动态分析：特性曲线交流负载线：输入回路交流负载线――输入信号和输出信号的关系输出回路交流负载线休息1休息2返回1作直流负载线――图解Q点（1）输入回路直流负载线beBBEBBRR1IUU可得回路直流负载线：ebBEBBBR1RUUI直流负载线BEBUfi输入特性曲线输入回路的静态工作点Q（UBE.IB）；就是直流负载线与输入特性曲线的交点。②输入回路直流负载线的画法：利用截距式确定两点：B点坐标：(0,ebBBR1RU)A点坐标：（UBB，0）BIBUBEAiBBEuICIEIBICICIEIEIE·Q休息1休息2IBIBIBIB返回iCuCEICUCEGFIBQ(2)输出回路直流负载线：①由输出回路偏置方程：EC＝UCE＋ICRC+IeRe=UCE+IC(RC+Re)可得输出回路直流负载线：IC=(EC-UCE)/(RC+Re)直流负载线iC=f(IBQ,uCE)输出特性曲线②输出直流负载线的画法：利用截距式确定两点：G点：（0，EC／（RC＋Re））F点：（EC，0）1作直流负载线――图解Q点Q·IEIC+UCE-休息1休息2返回(1)输入回路的动态特性方程与交流负载线①输入回路外电路动态方程：ube=us’-ibRb’总瞬态电流:iB=IB+ib=IB+(us’-ube)/Rb’而总瞬态电压：uBE=UBE+ube得ube=uBE-UBE代入上式所以交流负载线：BEBEsbBBUuuR1IiBiBIBUBEABEu•H2作交流负载线――交流动态分析Q·②交流负载线的画法：a:交流负载线一定过静态工作点Q（因为当us’=0时，uBE=UBE,iB=IB)b:利用截距式：当us’=0，令iB＝0，得uBE=UBE+IBRb’,可得点H（0，UBE＋IBRb’）c:连接Q、H两点即为输入回路交流负载线+ube-ib休息1休息2返回+ube-ibiC①输出回路动态方程：ic=-uce/RL’总瞬态电流：iC=IC+ic=IC-uce/R’L总瞬态电压：uCE=UBE+uce得uce=uCE-UCE交流负载线所以iC=IC-(uCE-UCE)/RL’ICUCEGFIBQ•D②交流负载线的画法：a：交流负载线一定过静态工作点：即当，uCE=UCEiC=IC得Q(2)输出回路的动态方程与交流负载线+uce-b：利用截距式：令iC=0得：uCE=UCE+ICRL’可得D点：（0，UCE＋ICRL’）c:连接Q、D两点即为输出回路交流负载线iCuCE·Q休息1休息2返回二图解法与动态工作分析：3动态工作状况分析①设加入小信号正弦电压：us=Usmsinωt②利用输入特性曲线加在发射结的总瞬时电压：BEu=UBE+Ubemsinωt③而产生的总瞬时基极电流：iB=IB+Ubmsinωt/(rbb’+rπ)④经BJT放大后的集极总电流：iC=IC+ic=IC+βIbmsinωt=IC+IcmsinωtBJTC－E极电压为:tsinRIURiIEuLCmCECRCCCECBIBUBEAiBBEv·QUBBDUCEFIBQUCC•DICGiCuCE·Q休息1休息2返回§2．2三种基本组态放大电路的特性与分析2.2.1共射放大电路的特性与动态分析2.2.2共集电极电路（射随器）2.2.3共基极（CB）放大电路返回2.2.1共射放大电路的特性与动态分析三种基本组态：共射：CE共集：CC共基：CB休息1休息2返回1大信号特性（静态传输特性）输出回路直流负载线：u0=uCE=EC-iCRC（1）当ui=uBE=0~几十mV,iC=0,u0=EC时BJT截至(2)当ui=uBE=几十mU~几百mU,TiSTBESCUuexpIUuexpIiTiSCC0UuexpIREu(3)当ui0.6~0.7V之后继续增大，BJT由放大区进入饱合区，进入饱合区后u0=uCE(sat)=0.2~0.3V,0．5uOECUCEUBEuCE（sat）ui（u）1．01．5·Q2.2.1共射放大电路的特性与动态分析（4）在工作点Q的附近电压增益为：CmTCCTBESTCQiouRgURIUuexpIURuuAiC+uo-休息1休息2返回RsusRbRCRL+u1-rb‘e⚀u1gmrcerbb'2交流小信号（微变动态）分析：(1)交流等效电路(2)微变等效电路（混合π型等效电路）利用简化BJT混合π型等效模型（不计Cb'e、Cb'c、rb'c→）可得放大电路的微变等效电路（混合π型等效电路）休息1休息2rb‘e⚀u1gm+u1-rbb'rce返回RsusRbRCRL+u1-rb‘e⚀u1gmrcerbb'hiehfeib1/hieRbRsRCRLus注意：ebbbierrh,bfe1mihug,ceoerh1而300~50rIUrUIg,gIUrbbCAceTCmmCTeb2交流小信号（微变动态）分析：(3)h参数等效电路利用简化h参数等效模型。（忽略hre→0）可得放大电路的h参数等效电路。休息1休息2hiehfeib1/hierb‘e+u1-rbb'u1gmrce返回hiehfeib1/hieRbRsRCRLus3共射放大器的动态（交流）参数RiR’iR’oiuoiCibiii(1)输入电阻：Ri定义：ibebbbbiebiiebiiiiR//Rrr//Rh//Rih//RiiuR其中：ieebbbihrrR(2)输出电阻R0:定义:C0ceCce000uR000R//Rr//Rr//RuuiuRSL其中:cerR0休息1休息2ouRo返回RsusRihiehfeib1/hieRbRsRCRLusRiR’iR’ooiCibiiiRo3共射放大器的动态（交流）参数(3)电压增益定义:i0vuuA源电压增益:iosiS0usuuuuuuA其中:ieLceebbbbLccebfeiovh)'R//r()rr(i)R//R//r(ihuuA而其中：uiSiuSiSiiARRRAuRRRuS而rbb’+rb'e=rbe=hie+ui_ouiu休息1休息2bfeih返回RsRsRiRiushiehfeib1/hieRbRsRCRLusRiR’iR’oCibiRo3共射放大器的动态（交流）参数(4)电流增益：定义：ioiiiAisisisois0isARRRiiiiiiA5．(5)功率增益：6．定义Ap=Po/Pi=(uoio)/(uiii)另外工程上增益常用dB表示：Ap(db)=10lgApAu(db)=20lgAuAi(db)=20lgAiiioi休息1休息2RsRsus返回放大器微变等效分析的步骤如下：4)利用线性电路计算：Ri,Ro,Au,Ai等(1)根据直流通道计算静态工作点Q（IC，UCE）2)根据交流通道，用简化的低频小信号混合π（或h参数）等效模型代替BJT，画出放大器微变等效电路。3)由静态工作点计算模型参数：gm=Ic/UT,rb'e=β/gm,rce=UA/IC，rbb'=50~200Ω休息1休息2返回例：右图所示放大电路（1）静态工作点VB=(Rb2Vcc)/(Rb1+Rb2)Ic≈(VB-VBE)/(Re1+Re2)VCE=Vcc-Ic(Rc+Re1+Re2)(2)微变等效电路休息1休息2返回例：右图所示放大电路(2)h微变等效电路①Ri=Rb//Ri’=Rb//(hie+(1+β)Re1)②Ro=Rc//Ro’而Ro’=vo/ic=((ic-hfeib)rce+ic(Re1//(Rs’+hie)))/ic而ib=(ic(Re1//(Rs’+hie)))/(Rs’+hie)=-Re1ic/(Rs’+hie+Re1)其中Rs’=Rs//Rb1eiesiesce1eceoRhRhRrRrR')'('ce1eies1ecerRhRRr'(一般βrce(Rs’+hie))R’oibRoR’oRiR’iibic(1+β)ib+uo_ic休息1休息2返回例：右图所示放大电路③visiisoivs1eielb1eieblciovARRRvvvvAR1hRiR1hiRivvA)(')('Riibic(1+β)iboviv继续返回usRsRbReRLECC1C2+ui-UBE+uo-2.2.2共集电极电路（射随器）1电路结构（1）发射极接负载，又称射极输出器（2）输入信号与输出信号同相，大小基本相等，又称射极跟随器（3）输