戴蓓倩《电子线路》-11

1第四章晶体管及其小信号放大(2)电子电路基础2§2单级小信号放大电路§2.1放大电路的性能指标Rs放大电路IoIi+–Vo+–Vs+–ViRL信号源负载放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。3电压增益（电压放大倍数）电流增益ioIIAi互阻增益)(ioIUAR互导增益)S(ioUIAG一、电压放大倍数AuioUUAu4二、输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIi~USUiiiiIUR5三、输出电阻roAu~US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。~roUS'6输出电阻Ro的获得步骤：1.所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。UIIURo方法一：计算0S,L.oo=URoIUR7方法二：测量。Uo1.测量开路电压。~roUs'2.测量接入负载后的输出电压。LoooRUUR)1(~roUs'RLUo'步骤：3.计算。8四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线9注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。10符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量11§2.2单级晶体管共射放大电路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122.2.1共射放大电路的基本组成放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RB+ECEBRCC1C2T13集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T14集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2T15使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻RB+ECEBRCC1C2T16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。RB+ECEBRCC1C2T17可以省去电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T18单电源供电电路+ECRCC1C2TRB192.2.2简单工作原理静态——时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。0iv放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。动态——时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。0iv20ui=0时由于电源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQRB+ECRCC1C2T21各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB22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.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.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。23§2.3放大电路的分析方法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计算机仿真242.3.1直流通道和交流通道放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。交流通道：只考虑交流信号的分电路。直流通道：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。25例：对直流信号（只有+EC）开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC26对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路27一、近似估算ICUCE直流通路RB+ECRC2.3.2放大电路的静态分析cCCCEBCbBECBRIEUIβIRUEIIB、IC和VCE这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。IB28二、图解分析291.由直流负载列出方程UCE=EC－ICRc2.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线。直流负载线的确定方法：EC、EC/Rc3.在输入回路列方程式UBE=EC－IBRb4.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。5.得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。302.3.3放大电路的交流分析一、图解法交流分析共射极放大电路31QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA2040601、接入正弦信号的工作情况（a）输入特性上求iB32斜率-1Rc斜率1Rc//RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiCR'L=RL∥Rc，是交流负载电阻。过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL直线，该直线即为交流负载线。（b）交流负载线的确定33QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线QQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uA（c）输出特性上求iC和uCE34通过图解分析，可得如下结论：1.vivBEiBiCvCE|-vo|2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。352、图解法分析波形的非线性失真为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。36iCuCEuo可输出的最大不失真信号ib37iCuCEuoaQ点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ib38iCuCEbQ点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形391晶体管的低频小信号模型a输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。uBEiBbbeBBEbeiuiur对输入的交流小信号而言，晶体管相当于电阻rbe。)mA()mV(26)1()(300EbeIrrbe的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：二、等效电路法交流分析40b输出回路iCuCE)(bBcCCiIiIibBiI所以：bcii(1)输出端相当于一个受ib控制的电流源。近似平行(2)考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。cceceiurrce的含义iCuCE41ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。c晶体管的低频小信号模型rbeibibrcerbeibibbcecbe422放大电路的交流等效电路将交流通道中的晶体管用其低频模型代替交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL433电压放大倍数的计算bebirIULboR'IUbeLurR'ALCLRRR'//特点：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI44sousUUA放大电路RLRSoUiUsUsousUUASiSiiUrRrUuiSiusArRrA源增益454输入电阻的计算rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbeBrR//beriiiIUr电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。46CoooRIUr所以：oUrbeRBRCiIbIcIbI00oI5输出电阻的计算47§2.3.4工作点稳定的偏置电路为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBEICEOQ48温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBICBBECBRUEI49温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。50小结：TIC固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点51分压式偏置电路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo52TUBEIBICUEIC本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2一、稳定工作点原理53BII22121BBCRREII22BBRIUCBBBERRR212EEBEBBERIUUUUEBEBEBECRURUUIII1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路二、静态分析54EBCRUI可以认为与温度无关。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路55三、交流分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLoUiUiIbIcIbIR'B交流等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路bebeBirr||'RrCoRrbeLurR'A56CE的作用：交流通路中，CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo问题1：如果去掉CE，放大倍数怎样？57去掉CE后的交流通路和交流等效电路：})1(//{EbeBiRrRrCoRrrbeRCRLoUREiUiIbIcIbIR'BEbbebiRIrIU)1(LboRIUEbeLuRrRA)1(RB1RCRLuiuoRB2RE58RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2问题2：如果电路如下图所示，如何分析？59I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2静态分析：直流通路60RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2交流分析：交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE161交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1交流等效电路：rbeRCRLoURE1iUiIbIcIbIR'B