共射极基本放大电路

基本放大电路1共射放大电路2共集电极电路与共基极电路3场效应管基本放大电路4多级放大电路5放大电路的频率特性6小信号调谐放大器三极管对信号实现放大作用时在电路中可有三种不同的连接方式（或称三种组态），即共（发）射极、共集电极和共基极接法，这三种接法分别以发射极、集电极、基极作为输入回路和输出回路的交流公共端，而构成不同组态的放大电路，如图1所示。共射放大电路下一页返回图1放大电路中三极管的三种连接方式返回一、共射放大电路的组成及放大作用1.电路基本组成及各元件作用共发射极基本放大电路的组成如图2所示，本电路采用的是NPN管。为保证放大电路能够不失真地放大交流信号，放大电路的组成应遵循以下原则：共射放大电路下一页返回图2共（发）射极放大电路返回1)保证三极管工作在放大区2)保证信号有效的传输2.放大电路中电压、电流的方向及符号规定1)电压、电流正方向的规定为了便于分析，规定：电压的正方向都以输入、输出回路的公共端为负，其他各点均为正；电流方向以三极管各电极电流的实际方向为正方向。共射放大电路下一页返回上一页图3共（发）射极放大电路的简化画法返回图4三极管集电极的电流波形返回3.静态分析1）直流通路及静态工作点所谓直流通路，是指当输入信号ui=0时，电路在直流电源VCC的作用下，直流电流所流过的路径。在画直流通路时，将电路中的电容开路，电感短路。图2-3所对应的直流通路如图5(a)所示。共射放大电路下一页返回上一页2)放大电路静态工作点的估算由图5(a)所示的直流通路，直流电源+VCC经基极偏置电阻Rb为三极管发射结提供正向偏置电压，共射放大电路下一页返回上一页图5基本共射放大电路的静态情况返回经集电极电阻Rc为三极管集电结提供反向偏置电压。由直流通路得基极静态电流IBQ：根据三极管的电流放大特性，得集电极静态电流ICQ：共射放大电路下一页返回上一页bBEQCCBQRUVIBQCQII共射放大电路再根据集电极回路可求出集电极-发射极之间的电压UCEQ：当三极管处于临界饱和状态时，仍然满足IC=βIB，此时的基极电流称为基极临界饱和电流，用IBS表示，则下一页返回上一页cCCCSBSRVIIcCQCCCEQRIVU4.动态分析所谓动态，是指放大电路输入信号ui不为零时的工作状态。当放大电路中加入正弦交流信号ui时，电路中各极的电压、电流都是在直流量的基础上发生变化，即瞬时电压和瞬时电流都是由直流量和交流量叠加而成的。共射放大电路下一页返回上一页在图3中，输入信号ui通过耦合电容C1传送到三极管的基极与发射极之间，使得基极与发射极之间的电压为输入信号ui变化时，会引起uBE随之变化，相应的基极电流也在原来IBQ的基础上叠加了因ui变化产生的变化量ib。共射放大电路下一页返回上一页iBEQBEuUu当放大电路中在交流输入信号ui的作用下，只有交流电流所流过的路径，称为交流通路。画交流通路时，放大电路中的耦合电容短路；由于直流电源VCC的内阻很小（理想电压源内阻近似为零），对交流变化量几乎不起作用，所以直流电源对交流视为短路。图3所示基本共射放大电路的交流通路如图6所示。共射放大电路下一页返回上一页图6共射放大电路的交流通路返回这时，基极的总电流则为直流和交流的叠加，即经三极管放大后得集电极电流集电极-发射极之间的电压共射放大电路下一页返回上一页bBQBiIicCQbBQBCiIiIiiceCEQccCEQccCQCCcCCCCE)(uURiURiIVRiVu二、放大电路图解分析法由于三极管属于非线性器件，故用图解法进行分析比较直观。1.静态图解法以图7(a)所示共射放大电路为例，分析静态时，电容C1和C2视为开路，这时电路可画成图7(b)所示的直流通路。三极管的静态工作点的四个量，在基极回路中有IBQ和UBEQ，在集电极回路中有ICQ和UCEQ，下面分别进行讨论。共射放大电路下一页返回上一页图7图解法分析静态返回1)基极回路如图7(b)示的直流通路，由电源VCC、电阻Rb和发射结构成基极回路，VCC和Rb是线性电路部分，而发射结的伏安特性是非线性部分，如图7(c)所示。由图7(c)的三极管输入特性曲线可解出UBEQ和IBQ。UBEQ为发射结正向电压，三极管导通时，uBE=UBEQ变化很小，硅管UBEQ=0.6～0.8V，取0.7V；锗管UBEQ=0.1～0.3V，取0.3V。共射放大电路下一页返回上一页2)集电极回路对于集电极回路，三极管的管压降UCEQ与集电极电流ICQ的关系符合三极管自身的输出特性，即IBQ=40µA的那条曲线，如8所示。电源VCC和Rc的关系是线性关系，即满足利用上式在三极管输出特性曲线上作一直线，如图8所示，它与横轴和纵轴分别相交于M(12V，0mA)和N(0V，3mA)两点，其斜率为-1/Rc，是由集电极电阻Rc决定的。由于所讨论的是静态工作情况，电路中的电压、电流都是直流量，所以直线MN称为直流负载线。共射放大电路下一页返回上一页CcCCCEiRVu图8直流负载线返回2.动态图解法1)输入回路的动态图解分析以基本共射放大电路为例，其输入特性如9所示。当输入端加入信号ui=20sinωt(mV）时，由于有隔直电容C1的存在，加在三极管发射结上的电压就是静态值UBEQ与ui的叠加值，即利用uBE值在三极管输入特性曲线上可对应作出iB值，iB是静态电流IBQ与交流电流ib的叠加值，即共射放大电路下一页返回上一页iBEQBEuUubBQBiIi图9图解法分析动态返回2)输出回路的动态图解分析随着iB的变动iC也相应的变动，放大电路的工作点以Q点为中点，在直流负载线上变动。当输入信号ui为正半周，iB由40μA向60μA变动时，放大电路的工作点先由Q移动到Q1，再回到Q。当输入信号ui负半周，iB由40μA向20μA变动时，放大电路的工作点先由Q移动到Q2，再回到Q。即放大电路的工作点随着iB的变动将沿着直流负载线在Q1与Q2之间移动，因此，直线段Q1Q2是工作点移动的轨迹，通常称为动态工作范围。共射放大电路下一页返回上一页3.交流负载线放大电路在工作时，输出端总要接上一定的负载，如图(a)所示电路，这时放大电路的工作情况是否会因为RL的接入而受到影响呢？在静态时，由于隔直电容C2的作用，RL对直流通路无影响，故电路的直流负载线同前面的空载情况一样。对交流来说，电容C2可看作短路，直流电源VCC内阻近似为零，也可看作短路，这时输出回路的交流等效电路如图(b)所示。如果输入信号不变，仍为ui=20sinωt(mV)，则ib也不变，经过三极管的电流放大，ic和负载开路时相同。共射放大电路下一页返回上一页图10图解法分析放大电路(有载)返回(a)基本共射电路(b)交流通路这时电流的关系仍然满足iC=ICQ+ic。其中直流ICQ只流经Rc支路，而交流分量ic流经Rc和RL的并联支路。这时的管压降满足下式经C2的隔直作用，输出交流电压uo为共射放大电路下一页返回上一页'LccCQCCLcccCQCCCE)//(RiRIVRRiRIVu'LcoRiu4．图解法分析静态工作点的位置对放大质量的影响1)非线性失真因为三极管是非线性器件，当静态工作点Q定得偏低，也就是IBQ和ICQ偏小时，会导致不能正常放大输入信号ui。共射放大电路下一页返回上一页图11静态工作点对波形失真的影响返回如图11(a)所示，输入信号ui负半周会使工作点进入三极管输出特性曲线的截止区，从而不能被正常放大，此种失真称为截止失真。由于输入信号和输出信号是反相的，由图也可观察到，输出信号uo的正半周产生失真，截止失真也称顶部失真。共射放大电路下一页返回上一页2)选择静态工作点的原则(1)若使放大电路的输出电压不失真，并且尽可能地大，静态工作点Q应设在交流负载线的中点附近。(2)如果输入信号幅值很小，在保证波形不失真的前提下，静态工作点应选低些，可减少电路的功耗。共射放大电路下一页返回上一页3)温度对静态工作点的影响在实际工作中，由于半导体材料的热敏性，三极管的参数几乎都与温度有关，从而导致放大电路的静态工作点Q不稳定，影响放大电路的正常工作。共射放大电路下一页返回上一页5.静态工作点稳定电路1)分压式偏置电路分压式偏置电路如图a)所示，与固定偏置式电路不同的是：基极直流偏置电位UBQ是由基极偏置电阻Rb1和Rb2对VCC分压来取得的，故称这种电路为分压式偏置电路；电路中增加了发射极电阻Re，用来稳定电路的静态工作点。共射放大电路下一页返回上一页(2)静态工作点的估算直流通路如图(b)所示。当三极管工作在放大区时，IBQ很小。当满足I1IBQ时，I1≈I2，则有：共射放大电路CCb2b1b2BQVRRRUeBEQBEQRUUIEQCQIICQBQII)(ecCQCCCEQRRIVU(3)Q点的稳定过程当满足I1IBQ时，UBQ固定，假如温度上升，2)带有发射极电阻Re的固定偏置电路(1)电路组成电路如图2-16所示。(2)静态工作点的估算根据电路有共射放大电路下一页返回上一页CQBQBEQEQEQCQIIUUIITebBEQCCBQ)1(RRUVIBQCQII)(ecCQCCCEQRRIVU图12带有发射极电阻Re的固定偏置式直流电路返回三、微变等效电路法1.放大电路的动态性能指标放大电路放大的对象是变化量，研究放大电路除了要保证放大电路具有合适的静态工作点外，更重要的是研究其放大性能。衡量放大电路性能的主要指标有放大倍数、输入电阻ri和输出电阻ro。共射放大电路下一页返回上一页图13放大电路四端网络表示返回1)放大倍数放大倍数是指输出信号与输入信号之比,有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数等表示方法，其中电压放大倍数最常用。共射放大电路下一页返回上一页io/uuAuio/iiAiio/PPAp2)输入电阻ri它等于放大电路输出端接实际负载电阻RL后，输入电压ui与输入电流ii之比，即对于信号源来说，ri就是它的等效负载共射放大电路下一页返回上一页iii/iurisisirrruu图14放大电路输入等效电路返回3)输出电阻ro等效输出电阻用戴维南定理分析：将输入信号源us短路（电流源开路），但要保留其信号源内阻rs，用电阻串并联方法加以化简，计算放大电路的等效输出电阻。共射放大电路下一页返回上一页oooiur图15放大电路输出等效电路返回2.三极管的微变等效模型当三极管的静态工作点正常，并且输入微小变化的交流信号时，三极管的电压和电流近似为线性关系，为计算方便，将三极等效为一个线性元件，称为三极管的微变等效模型；将放大电路等效为线性电路，通常称为微变等效电路。共射放大电路下一页返回上一页1)三极管基极与发射极间的等效放大电路正常工作时，基极与发射极之间相当于一个导通的PN结。三极管的输入二端口等效为一个交流电阻rbe，它是三极管输入特性曲线上工作点Q附近的电压微小变化量与电流微小变化量之比。根据三极管输入回路结构分析，rbe的数值可以用下列公式计算：共射放大电路下一页返回上一页'bebbEQ26mV(1)(mA)rrIr’bb是基区体电阻，对低频小功率管，r’bb’约为100～500Ω，如无特别说明，一般取r’bb=300Ω。2)三极管集电极与发射极间的等效当三极管工作在放大区时，ic=βib即实现了三极管的受控恒流特性，所以，三极管集电极与发射极间可等效为一个理想受控电流源，大小为βib，如图(c)所示。将图(b)和图(c)组合，即可得到三极管的微变等效模型，如图(d)所示。共射放大电路下一页返回上一页图16三极管微变等效过程返回3.利用微变等效电路分析放大电路的动