11秋 电子 第15章 基本放大电路1~3节

第15章基本放大电路15.1共发射极放大电路的组成掌握15.2放大电路的静态分析掌握15.3放大电路的动态分析掌握15.4静态工作点的稳定掌握15.6射极输出器掌握15.9场效晶体管及其放大电路了解第15章基本放大电路本章要求1.理解共发射极单管放大电路的基本结构和工作原理，理解输入电阻和输出电阻的概念。2.掌握静态工作点的估算和微变等效电路的分析方法；3.理解稳定静态工作点的意义，理解分压式偏置电路稳定静态工作点的原理。4.理解射极输出器的主要特点和用途；5.了解场效晶体管的基本结构、工作原理、主要特性和主要参数的意义。放大的概念:放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。放大的实质:用小能量的信号通过晶体管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。15.1共发射极放大电路的组成共发射极基本交流放大电路+ui–+–esiBRSC1+RBEBiCuBE+–iE+uCE–TRL+uo–C2ECRC+负载信号源晶体管T--放大元件，iC=iB。要保证发射结正偏，集电结反偏，使晶体管工作在放大区。集电极电源EC--为输出信号提供能量，并保证集电结反偏。集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。基极电源EB与基极电阻RB--提供大小适当的基极电流，并使发射结处于正偏。耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时起交流耦合作用。+ui–+–esiBRSC1+RBEBiCuBE+–iE+uCE–TRL+uo–C2ECRC++uCE–iC+ui–+–esiBRSC1+RBEBuBE+–iETRL+uo–C2ECRC+RBRS+–esC1+TRLC2ECRC+RBRS+–esC1+TRLC2RC++UCC单电源供电时常用的画法动放大电路的输入端用一个等效电阻ri表示，称为放大电路的输入电阻，也是信号源的负载。图15.1.3扩音机示意图图15.1.4放大电路示意图放大电路的输出端可用一个电压源表示，是负载电阻的电源，其内阻ro称为放大电路的输出电阻。话筒扬声器负载信号源放大电路RSEsEo.Ii+Ui–..riro..IoRL+Uo–.+–+–iiiUrIoiuUAU放大电路的电压放大倍数放大电路的三个性能指标15.2放大电路的静态分析静态：放大电路无输入信号（ui=0）时的工作状态。静态分析：确定放大电路的静态值。分析方法：估算法、图解法。表15.2.1放大电路中电压和电流的符号——静态工作点Q：IB、IC、UBE、UCE。名称静态值交流分量总电压或总电流瞬态值有效值瞬时值平均值基极电流IBibIbiBIB（AV）集电极电流ICicIciCIC（AV）发射极电流IEieIeiEIE（AV）集-射极电压UCEuceUceuCEUCE（AV）基-射极电压UBEubeUbeuBEUBE（AV）15.2.1用估算法确定静态值1.直流通路估算IB由KVL:UCC=RBIB+UBE所以+UCE–RBRCIBICUBE+–+UCCTCCBEBBUUIR当UBEUCC时，3.由直流通路估算UCECCBBUIR根据电流放大作用ICIBIB由KVL:UCC=RCIC+UCE所以UCE=UCC–RCIC共发射极基本交流放大电路的直流通路2.晶体管在放大区的特性估算IC例15.2.1图中已知UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5，试求放大电路的静态值。UCE=UCC–RCIC=12–1.54V=6V解：IBIC+UCE–UBE+–RBRC+UCCTUI.RCCBB12mA004mA300注意：电路中IB和IC的数量级不同。IC=IB=37.50.04mA=1.5mA例求图中放大电路的静态值。解：IC=IBIC–+UCE–RBRCIBUBE++UCCTREIE由上述2例题可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得UCE=UCC–RCIC–REIE由KVL:UCC=RBIB+UBE+REIECCBEBBE(1)UUIRβR=RBIB+UBE+(1+)REIB15.2.2用图解法确定静态值直流负载线斜率IB称为偏置电流，RB称为偏置电阻，通常改变RB的阻值来调整偏流的大小。UCE=UCC–RCICCCEB()IIfU常数CCECCCC11IUURRUCCOUCEICUCEQICQCCCUR直流负载线直流负载线与由IB确定的那条输出特性的交点就是Q点CCBEBBUUIRC1tanRQ例15.2.1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组如下图。(1)作直流负载线；(2)求静态值。IC=0时UCE=UCC=12V解：UCE=0时IC=UCC/RCOUCE/VIC/mA3691232180A60A40AIB=20AIB=0UCE=UCC–RCIC=12/(4103)A=310–3A=3mA(2)IBUCC/RB=12/(300103)A=0.0410–3A=0.04mA=40AQ静态值IB=40A，IC=1.5mA，UCE=6V。练习与思考：P38UCCOUCEICICQUCEQCCCURQ15.2.2分析下图，设UCC和RC为定值，（1）当IB增加时，IC是否成正比地增加？昀后接近何值？这时UCE的大小如何？（2）当IB减小时，IC作何变化？昀后达到何值？这时UCE约等于多少？+UCE–RBRCIBICUBE+–+UCCT15.2.4如上图所示的电路中，如果调节RB使基极电位升高，试问此时IC，UCE及集电极电位VC将如何变化？15.3放大电路的动态分析15.3.1微变等效电路法动态：放大电路有输入信号（ui0）时的工作状态。动态分析:计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro分析对象：各极电压和电流的交流分量。分析方法：微变等效电路法，图解法。目的：找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。微变等效电路：把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，也就是晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这才能在静态工作点附近小范围内用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。OUBEIB输入特性UCE1.晶体管的微变等效电路(1)输入回路IBUBE当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的工作段可认为是直线。晶体管的输入电阻CEBEbeBΔΔUUrICEbebUui晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。低频小功率晶体管：beE26(mV)200(Ω)(1)(mA)rβIrbe是一个动态电阻，一般为几百欧到几千欧。Q晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。(2)输出回路输出特性晶体管的电流放大系数晶体管的输出回路（C、E之间）可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由来确定ic和ib之间的关系。晶体管的输出电阻IBICOICUCEUCEQQICQICUCECECBΔΔUIβICEcbUiiBCEceCΔΔIUrIBcecIuirce愈大，恒流特性愈好。因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管ibicEBC+ube–+uce–ibrbe+ube–ibic+uce–EBC微变等效电路晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。+ui–+–esiBRSC1+RBiCuBE+–iE+uCE–TRL+uo–C2RC++UCCCBEibiiube+–+uce–+ui–+uo–ic+–esRSRBRCTRL+–esRSii+ui–RBRCibicRLCBEube+–+uce–+uo–T2.放大电路的微变等效电路画交流通路的原则：1.电容C1和C2可视作短路，2.直流电源可认为是短路的。交流通路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。交流通路ib+–esRSii+ui–ibicCBRBrbeRCRLE+uo–+–esRSii+ui–RBRCibicRLCBEube+–+uce–+uo–T+ui–+–esiBRSC1+RBiCuBE+–iE+uCE–TRL+uo–C2RC++UCC微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。+ui–+–esiBRSC1+RBiCuBE+–iE+uCE–TRL+uo–C2RC++UCC...Ib+–EsRSIi+Ui–IbIcCBRBrbeRCRLE+Uo–....分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。ib+–esRSii+ui–ibicCBRBrbeRCRLE+uo–微变等效电路例画出右图的微变等效电路。iCC2+uCE–T+ui–+UCCRL+uo–+–esRSC1+RB1RB2iBRC+REuBE+–iE+Ui–+Uo–+–Es..RSIi..IbRB1BIbrbe.E.IcCRCRL..IeRERB23.电压放大倍数的计算...Ib+–EsRSIi+Ui–IbIcCBRBrbeRCRLE+Uo–....定义：oiuUAUUi=rbeIb..Uo=–RL'Ic..RL'=RC//RL当放大电路输出端开路（未接RL）时，=–RL'Ib.LbeuRAr式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。CbeuRAr负载电阻愈小，放大倍数愈小。3.电压放大倍数的计算定义：oiuUAUUo=–RL'Ic..RL'=RC//RL=–RL'Ib.当电路不同时，计算电压放大倍数Au的公式也不同。要根据微变等效电路找出ui与ib的关系、uo与ic的关系。Ui=rbeIb+REIe...=rbeIb+(1+)REIb..=[rbe+(1+)RE]Ib.LbeE(1)uβRArβR+Ui–+Uo–+–Es..RSIi..IbRB1BIbrbe.E.IcCRCRL..IeRERB2例15.3.1图示共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5，RL=4k，试求电压放大倍数Au。解：例15.2.1中已求出IC=1.5mAIE。+ui–+–esiBRSC1+RBiCuBE+–iE+uCE–TRL+uo–C2RC++UCC...Ib+–EsRSIi+Ui–IbIcCBRBrbeRCRLE+Uo–....26(mV)200(137.5)1.5(mA)0.867kLbeuRAβr237.586.50.867RL'=RC//RL=2kbeE26(mV)200(Ω)(1)(mA)rβI4.放大电路输入电阻的计算输入电阻是对交流信号而言的一个动态电阻。+–信号源+Ui–.RSEs..IiAu放大电路+–信号源RSEs..Ii放大电路+Ui–.ri第一、将从信号源取用较大电流，增加信号源的负担；第二、经过信号源内阻RS和ri的分压，减小输出电压；第三、后级放大电路的输入电阻是前级放大电路的负载电阻，从而降低前级放大电路的电压放大倍数。因此通常希望放大电路的输入电阻能高些。如果输入电阻较小，...Ib+–EsRSIi+Ui–IbIcCBRBrbeRCRLE+Uo–....riiiiUrI=RB//rbe求放大电路的输入电阻。当RBrbe时，rirbe。Ui=rbeIb+REIe...=rbeIb+(1+)REIb..ri=RB1//RB2//[rbe+(1+)RE]=[rbe+(1+)RE]Ib.riri'ri'=rbe+(1+)RE+Ui–+Uo–+–Es..RSIi..IbRB1BIbrbe.E.IcCRCRL..IeRERB25.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，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻