[工学]45三极管单极放大器.ppt

4.5 简单放大器 固定偏置共射放大器 分压式偏置共射放大器 射极输出器 4.5.1 共射极放大器 共射放大器的组成 放大器电路的静态分析 放大器电路的动态分析 例题分析 共射放大器的组成 放大的外部条件是：发射结正向偏置，集电 结反向偏置。 放大电路的简化 u0 +UCC 放大电路中各元件的作用 晶体管T：晶体管T是放 大电路的核心元件。 电源UCC：是整个放大电 路的能量来源，同时能 保证E结正偏，C结反偏 。 RC：将放大了的电流信 号转换成电压信号输出 。 RB：提供大小适当的基 极偏置电流IB。 耦合电容C1 、 C2 ：通 交隔直的作用，常用 极性电容。 放大电路中各电压、电流符号 名 称静态值 交流分量 瞬时值有效值 总电压或电流 瞬时值 平均值 直 流 电 源 基极电流 集电极电流 发射极电流 集射极电压 基射极电压 集电极电源 基极电源 发射极电源 放大电路的静态分析 静态工作点的设置 静态工作点的计算 静态计算 静态工作点的设置 什么是静态工作点 静态工作点的作用 静态工作点的设置 什么是静态工作点 当ui=0时，即只有直流 电源UCC作用在电路中, 此时电路工作在静态 ，对应的IB、IC、UCE 的值，称为静态值。 这组静态值在三极管 的输入、输出特性曲 线上对应了一个点， 即为静态工作点，用 字符Q表示。 ui u0 静态工作点的作用 三极管是一个非线性元件，其输入特性与 二极管的正向特性相同，输出特性的放大 区具有恒流特性。 为了讨论静态工作点的作用，我们先看若 不设置静态工作点，放大电路的工作将会 出现什么问题。 不设置静态工作点的工作情况 ui 所以ic 、u0均失真。 由此可见，在交流放大电路中，如果不设 置合适的静态工作点，就不能正常放大交流 信号（失真）。 交流放大电路的工作特点 交流放大电路中既有直流电源，又有交流信 号源。当交流信号电压ui0时，电路中只有 直流电流流通。当ui0时，电路中各个电量 （电流或电压）既有直流分量，又有交流分 量，它们是一个交、直流并存的电量。 静态工作点的计算 由于没有交流信号输入，C1和C2具有隔离直 流的作用，因此，放大电路的静态分析 直流通路。 确定输入回路静态工作点 静态工作点的计算 确定输出回路的静态工作点 这是一直线方程，当 UCE=0时， IC=UCC/RC；IC=0 时， UCE=UCC。这条直线称为直流负载线。 因为 IBQ已经求出 静态工作点的计算 静态值的计算 由直流通路直接求出： 放大器电路的动态分析 非线性电路线性化处理 放大电路的动态分析与计算 放大电路的波形失真分析 非线性电路线性化处理 三极管是一个非线性元件，由它构成的放大 电路实际上是一个非线性电路，为了能直接 使用前面所学过的分析计算线性电路的各种 方法，首先须对三极管进行线性化处理。 输入特性的线性化处理 输出特性的线性化处理 输入特性的线性化处理 在Q点处作曲线的切线，则当电压有一个增量UBE时 ，其电流也有一个相应的增量IB。由于在工作点附近 输入特性与切线基本重合，因此可用切线代替曲线， 其切线斜率为： 也就是说， 在工作点附近可 用相应的切线代 替曲线。于是， 电压和电流增量 之间就有了线性 关系。所以，当 电压增量UBE 按正弦量变化时 ，电流增量IB 也按正弦规律变 化。 可见，放大电路中的电压和电流是交直流共存的量， 但在做理论分析时，我们可以将直流、交流分开考虑。 所以，仅就交流输入电压而言，三极管的 输入端可等效为： 称为三极管的动态输入电阻。 在小信号时，rbe是一常数，低频小功率管可用 下式估算 其值一般为几百几 千欧姆 输出特性的线性化处理 如果同样对输出特性采用对输入特性的小增 量法，从图中可见,输出特性近似水平直线， 也就是说，当电压uce发生变化时，电流ic近 似不变，即具有恒流特性。 只有当ib发生变化 时， ic才会发生变化 。且ic= ib，只受ib的 控制，于是，三极管 的输出端可用一个受 控电流源来等效。 IC UCE 三极管的输出电阻： 由于处于放大区的输出 特性曲线很平坦，所以 rce很大,在实际应用中 常忽略不计。 放大电路的动态分析与计算 画出放大电路的交 流通路-将放大 电路中的电容C1和 C2视为短路，令 UCC=0（将UCC对地 短接），可得到放 大电路的交流通路 如下： 再将三极管用等效 电路代替得： 微变等效电路 放大电路动态性能指标及计算 电压放大倍数Au不失真输出正弦信号 的相量与输入正弦信号的相量之比。 放大电路的输入电阻ri放大电路的输入 电压与输入电流的比值。 放大电路的输出电阻ro放大电路从输出 端看进去的戴维南等值电阻ro 。 C D A B 输出电阻r0是从C、D端口往左边看进去 的戴维南等效电阻。 电压放大倍数 设输入信号为 正弦交流信号 负载开路 带负载 带负载的放大倍数 空载放大倍数 负号表示输出电压与输入电压反相 可见，带负载后，放大电路的放大倍数将降低。负载越大 ，即RL越小，等效电阻RL也越小，放大倍数下降越多。 输入电阻 由于RBrbe，所以， 因为rbe一般为几百欧几千欧，所以，其输入电阻较低。 对信号源或前级放大器来说， ri相当于信 号源或前级放大器带的负载电阻，为了不加重 信号源的负担或使前一级放大倍数下降不多， 通常希望ri大一些好。 输出电阻 因为RC一般为几千欧，所以，其输出电阻 较高，带负载能力不强。 对负载电阻而言，放大电路就是其信号源， rO电阻相当于负载的信号源内阻。为了增强放大 电路带负载的能力，通常希望rO小一点好。 输出电阻ro可 在没有信号源作用 （将信号源短路） 时求得。 放大电路的波形失真分析 当放大电路的静态工作点设置在输出特性的 放大区时，放大器工作在放大状态，输出量 完全不失真的反映输入量的变化。 当工作点设置得不合适时，输出信号就不能真 实的反应输入信号。这时，放大电路出现了失 真，如果工作点太低，靠近截止区使输出产生 的失真叫截止失真。如果工作点太高，靠近饱 和区使输出产生的失真叫饱和失真。 直流通路 交流通路 u u BEBE i i B B (uA(uA) ) 0 0 0 0 t t u u BEBE u u BEQBEQ i i BQBQ uCE (V) iC (mA) 0 0 0 0 t t u u CECE 1、根据ui的波形通过输入特性画出iB波形2、画出输出回路的交流负载线3、通过交流负载线画出iC和uCE的波形 u0 ui Q Q 交流负载线的另一种绘制法 工作点适 合，输出 完全复现 输入。 工作点过 低，产生 截止失真 。 工作点过 高，产生 饱和失真 。 由此可见， 放大电路要 正常工作， 必须设置一 个合适的静 态工作点。 uCE (V) ic (mA) 0 0 0 0 t t u u CECE Q uCE (V) ic (mA) 0 0 0 0 t t u u CECE Q uCE (V) ic (mA) 0 0 0 0 t t u u CECE Q” 例1：图示电路中，已知 =50， (1)计算放大电路 的静态工作点； (2)计算 负载电阻RL断开和接入 时，放大电路的电压放大 倍数Auo ， Au； (3)计算 放大电路的输入电阻ri、 输出电阻ro；（4）如果 信号源内阻RS=200，试 求RL断开或接入时，放 大电路对S的电压放大倍 数。 解：（1）计算放大电路的静态工作点 画出放大电路的直流通路 求出静态工作点如下 RE （2）计算电压放大倍数Auo ，Au 画出放大电路的交流通路 画出放大电路的微变等效电路 计算电压放大倍数 空载放大倍数Au0 带负载的放大倍数Au 可见接入负载后，放大器的电压放大倍数降低了。 （3）计算放大电路的输入电阻ri、 输出电阻ro； 要注意：ro是放大器本身的输出电阻，其大 小与外接负载电阻的大小无关。 （4）计算放大电路对S的电压放大倍数 Aus0 , AusL 考虑信号源内阻时， ui 与es信号电压不等，放 大器微变等效电路的输 入电阻ri就是信号源的 负载电阻。 这时，放大电路的电压 放大倍数表示为： 输入信号U i与信号源电 动势 S 的关系为： 空载放大倍数 带负载时的放大倍数 与(2)中的计算结果比较，可见考虑信号源 内阻时，亦将降低放大电路的电压放大倍数。 4.5.2 分压式偏置共射放大器 CE 直流通路 静态值计算： CE 直流通路 用戴维南定理计算： 戴维南等效电路 由等效电 路求出IB 、IC、UCE 。 CE 此电路具有稳定静态 工作点的作用 CE 动态性能指标计算： 若取掉CE，如何影 响ri和Au值？ CE ri增大 Au减小 分压式偏置放大 器具有稳定静态 工作点的作用。 电路构成 4.5.3 射极输出器(共集电极电路） 静态分析由直流通路求取 静态工作值（点）计算 动态分析 交流通路微变等效电路 动态参数的计算 交流电压放大倍数 可见：射极输出器的电压放大倍数略小于1，且输入 输出电压同相，所以，也称射极输出器为电压跟随器。 射极输出器虽然不具有电压放大能力，但仍具有电 流放大作用ie=(1+)ib，以及功率放大作用。 射极输出器虽然不具有电压放大能力，但由于其输 入电阻大，输出电阻小，因而获取信号的能力以及带负 载的能力都很强。 动态参数的计算 输入电阻ri 所以，在多级放大电路中，射极输出器往往用做输 入级，以提