电工与电子技术基础第06章基本放大电路

第6章基本放大电路主讲教师：刘洪臣远程教育学院§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述放大器的目的是将微弱的变化电信号转换为较强的电信号。放大器实现放大的条件：1)晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2)正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。返回§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述三极管放大电路有三种形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器为例讲解工作原理§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述RB+ECEBRCC1C2T共射放大电路uiuo输入输出参考点§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述T为控制元件。从能量守恒观点看，能量较小的输入信号，通过晶体管的控制作用，在输出端得到一个能量较大的信号，增大的能量来自EC。放大元件iC=βiB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。晶体管T的作用：§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述共射放大电路集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述共射放大电路RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻,将变化的电流转变为变化的电压,实现电压放大。RC=几KΩ∼几十KΩ共射放大电路使发射结正偏，并提供适当的静态工作点,RB为几十KΩ至几百KΩ。基极电源与基极电阻RB+ECEBRCC1C2T§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述共射放大电路耦合电容隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。C1、C2值较大,几uF至几十uF的电解电容.RB+ECEBRCC1C2T§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述RB单电源供电+ECRCC1C2T§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述放大电路的性能指标电压放大电路可以用有输入口和输出口的二端口网络表示，如图。uiuoAu(1)电压放大倍数AuUi和Uo分别是输入和输出电压的有效值。其中ouiUAAUφ==∠&&oiUAU=φoU&iU&是和的相位差§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述(2)输入电阻riiiui输入电阻：ri~uSRS信号源一般来说，ri越大越好。ri越大，ii就越小，ui就越接近uSAu输入端输出端输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻iiiUrI=&&§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述(3)输出电阻ro放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。输出端Au输入端输出端oroE&如何确定输出电阻ro？戴维南等效电阻§6.1交流电压放大电路的组成和信号放大概述§6.2放大电路的静态分析放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法主要内容：掌握放大电路静态分析的估算法和图解法§6.2放大电路的静态分析静态是放大电路没有输入信号时的工作状态,静态分析所要确定是放大电路的静态值IB、IC、UBE、UCE,其值直接影响放大电路的质量。动态分析是要确定放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro。§6.2放大电路的静态分析RB+ECRCC1C2开路开路1、用放大电路的直流通路确定静态值原则:对直流信号电容可是作开路§6.2放大电路的静态分析CBEBB-EUIR=CB-0.7ER≈CBER≈RB+ECRCIBUBEICUCECBCEOIIIβ=+CECCC-UEIR=CIβ≈直流通道§6.2放大电路的静态分析先估算IB，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IB对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。CBEBB-EUIR=QEC由直流通路列出:UCE=EC-ICRC或CCCCECRERUI+−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=CRtg1αICUCECCER2、用图解法确定静态值：§6.2放大电路的静态分析例6.2.1：用图解法确定静态工作点。已知：EC=12V，RC=4KΩ，RB=300KΩ，β=37.5。解：CBB120.04mA40μA300EIR≈===CB37.50.041.5mAIIβ≈=×=CECCCC-12-1.546VUUIR==×=请注意电路中IB和IC的数量级§6.2放大电路的静态分析(1)作直流负载线UCE=EC-ICRC所以IC=0时,UCE=EC=12VUCE=0时,(2)由CBB120.04mA40μA300EIR≈===得出交点QICUCEECCCER36912123020uA406080100做出直流负载线QIB1.56IC=EC/RC=3mA其静态值为IB=40uA,IC=1.5mA,UCE=6VRB成为偏置电阻。Q'Q''RB+ECRCIBUBEICUCE若改变RB,则IB随之改变,Q点一在直流负载曲线上移动,如图所示CBB()EIR≈ICUCEECCCER36912123020uA406080100QIB成为偏置电流，简称偏流。§6.2放大电路的静态分析图解法求Q点的一般步骤：给出晶体管的输出特性曲线→作出直流负载线→由直流通路求出偏流IB→得出合适的静态工作点→找出静态值§6.2放大电路的静态分析思考1：若改变RC和EC对放大电路的直流负载线有什么影响？ICUCEECCCER36912123020uA406080100Q例6.2.2：图示放大电路，已知§6.2放大电路的静态分析1U+−B1RTCRCCU1C2CLRoU+−&SE&SRPRCCCL12V,2k,2kURR==Ω=ΩB1PBE180k,2MΩ,40,0.6VRRUβ=Ω===(1)调节RP到RP=0时，求静态工作点的值，并判定三极管工作在什么区域？(2)调节RP到昀大时，求静态工作点的值，并判定三极管工作在什么区域？(3)若UCE=6V，问RP应调节到多少值？§6.2放大电路的静态分析解：(1)调节RP到RP=0时BB1180kRR==ΩCCBEBB120.6mA63.3uA180UUIR−−===CCCECC120.3mA5.85mA2UUIR−−===则基极电流为：临界饱和时集电极电流为：1U+−B1RTCRCCU1C2CLRoU+−&SE&SRPR临界饱和时基极电流为：CB5.85mA0.15mA40IIβ′==≈由于BBII′三极管处于放大区，集电极电流为CB4063.3uA2.53mAIIβ==×=CECCCC(122.532)V6.94VUURI=−=−×=1U+−B1RTCRCCU1C2CLRoU+−&SE&SRPR(2)调节RP到昀大时BB1P2180kRRR=+=ΩCCBEBB120.6mA5.23uA2180UUIR−−===集电极电流CB405.23uA0.2mAIIβ==×=CECCCC(120.22)V11.6VUURI=−=−×=§6.2放大电路的静态分析(3)若UCE=6V，则集电极电流为CCCECC126mA3mA2UUIR−−===CB3mA60uA50IIβ==≈CCBEB6B120.6190k6010UURI−−−==Ω≈Ω×则基极电流为：偏置电阻RB为：此时，P10kR=Ω1U+−B1RTCRCCU1C2CLRoU+−&SE&SRPR§6.2放大电路的静态分析§6.3放大电路的动态分析动态分析是在静态值确定后分析信号的传输情况，考虑的是交流信号。所要确定的参数为Au、ri、ro。方法有图解法和微变等效电路法。1、微变等效电路法将晶体管线性化，把放大电路等效为线性电路。线性化条件：就是晶体管在小信号(微变量)情况下工作。这样在Q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。主要内容：熟练掌握放大电路动态分析的图解法、微变等效电路法、动态参数的计算及失真分析晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。当信号很小时，在静态工作点当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近附近的输入特性在小范围内可近似线性化。似线性化。ΔΔUUBEBECEBBEbeUIUrΔΔ=(1)(1)输入回路输入回路CEbbeUiu=晶体管的晶体管的输入电阻输入电阻输入特性输入特性晶体管的输入回路晶体管的输入回路((BB、、EE之间之间))可用可用rrbebe等效代替，即由等效代替，即由rrbebe来来确确定定uubebe和和iibb之间的关系。之间的关系。ΔΔIIBBQQIIBBUUBEBEO在小信号的情况下，rrbebe是一个常数是一个常数§6.3放大电路的动态分析)mA()mV(26)1()(200EbeIβr++Ω≈对于小功率三极管：对于小功率三极管：式中，IE：发射极电流的静态值;β：晶体管的放大倍数；rbe：输入电阻，其值一般为几百欧到几千欧(动态电阻)。BErbeibubeBECubeib§6.3放大电路的动态分析(2)(2)输出回路输出回路输出特性输出特性输出特性在线性工作区是一组近似输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。等距的平行直线。CEBCUIIβΔΔ=CEbcUii=晶体管的电流放大系数晶体管的电流放大系数晶体管的输出回路晶体管的输出回路(C(C、、EE之间之间))可可用一受控电流源用一受控电流源iicc==ββiibb等效代替，等效代替，即由即由ββ来来确定确定iicc和和iibb之间的关系。之间的关系。在小信号情况下，在小信号情况下，ββ是常数，是常数，一般在一般在2020～～200200之间。之间。IICCUUCECEQQOCIΔBIΔ§6.3放大电路的动态分析在小信号情况下，在小信号情况下，rrcece也是一个常数，如果把晶体管的输出看成是电流源，rrcece就是电源的内阻，故在等效电路就是电源的内阻，故在等效电路中与受控电流源并联，中与受控电流源并联，rrcece愈大，恒流特性愈好，因愈大，恒流特性愈好，因rrcece阻阻值很高，一般忽略不计。值很高，一般忽略不计。此外，由输出特性曲线可看出，晶体管的输出特性曲此外，由输出特性曲线可看出，晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当线不完全与横轴平行，当IIBB为常数时，晶体管的输出为常数时，晶体管的输出电阻电阻BCCEceIIUrΔΔ=BcceIiu=§6.3放大电路的动态分析ubeibuceicuberbeβibibrceuceic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=βib等效代替。(3)三极管的微变等效电路§6.3放大电路的动态分析RB+ECRCC1C2对交流信号(输入信号ui)短路短路置零(4)放大电路的交流通道RLuiuo1/ωC≈0§6.3放大电路的动态分析(5)(5)放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路将交流通路中的晶体管用晶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体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeβibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiieS交流通路交流通路微变等效电路微变等效电路RBRCuiuoRL++--RS+-ibicBCEii§6.3放大电路的动态分析ibiceSrbeβibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiiiU&iI&bI&cI&oU&bIβ&SE&rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS分析时假设输入分析时假设输入为正弦交流，所以为正弦交流，所以等效电路中的电压等效电路中的电压与电流可用相量表与电流可用相量表示。示。ibbeUIr=&&obLUIRβ′=−&&LCL//RRR=′§6.3放大电路的动态分析(6)电压放大倍数的计算ibebUrI=&&QoLCLURIRIβb′′=−=−&&LCL//&式中RRR′=故放大电路的电压放大倍数oLuibeURAUrβ′==−&&输出端开路时beCurRA−=以上图微变等效电路来计算。式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。显然负载电阻RL越小，放大倍数越低。Au还与β和rbe有关。因因rbe与与IIE