《基本放大电路》PPT课件.ppt

,基本放大电路, 放大要求：幅度放大，波形不失真, 放大实质：实现能量转换与控制, 放大对象：交流量(即变化量),第二章,2.1 共射基本放大电路的组成,一、电路,VCC, VBB ：直流电源,RC, RB ：分别为集电极负载电阻、基极偏置电阻,Cb1, Cb2 ：耦合电容。（隔直滤交）,极性：把交流短路，直流电位高的端接电容之正极,：“ 地”。vi. v0. VBB. VCC之公共端，又叫参考点，此点电位为0。,二、简化电路, 取VBB = VCC。见图22(a), 省略电源VCC的符号，只标出VCC的非接地端的电压数值及极性。见图22(b),图22,2.2 图解分析法,一、静态工作情况分析,静态：当放大电路vi=0时，电路中各处的电压、电流都为直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。,静态工作点：静态下，IB、 IC、 VCE在管子特性曲线上有一确定的点，此点为静态工作点，又叫Q点。,动态：当放大电路输入信号后（vi0），电路中各处的电压、电流处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。,1. 估算法确定静态工作点,见图22(b),VBE：硅管约为0.7V。 锗管约为0.2V。,一般 VCC VBE,图22 (b),2. 图解法确定静态工作点,图23 (a),显然， 既满足特性曲线，又要满足直线， 曲线和直线的交点即Q点。,思路：,左边为 IB= 40A的一条特性曲线。iC与 vCE是非线性关系。,右边iC与 vCE是直线关系。 VCE = VCCiC RC,直流负载线, 步骤：,a. 作三极管的输出特性曲线,图23,b. 作直流负载线,vCE =12 4 iC,c. 计算IB,d. 确定Q点,IB =40A所对应的特性曲线和直流负载线的交点即Q点。,IB = 40(A),Q,IC=1.5,二、动态工作情况分析,目的：得出v0与vi的相位关系和动态范围。,1. 放大电路接入正弦信号时的工作情况,设 vi = 0.02sint (V), 依vi 在输入特性上求 iB。,图25,Q,Q,Q,v0 = 3sint (V), 依iB在输出特性上求iC 和vCE,图25,总结：,a. iB = IB + ib iC = IC + ic vCE = VCE + vce,它们为脉动直流；（在直流量的基础上迭加了 一个交流量）,b. v0是与vi同频率的正弦波；,c. v0与vi反相，此为共射电路特有的倒相作用。,2. 交流负载线,输出端接负载，由于Cb2的隔直作用，不影响静态工作点，但动态工作情况会发生变化。, 交流通路：,不考虑直流，交流信号通过的路径。,原则：a. 隔直电容视为短路；,b. VCC视为短路。,图26 (a),Rc和 RL并联，此并联值为交流负载电阻,图26 (b), 作交流负载线,由图26(b)可见 交流 v0 = vce,vce = ic RL,交流量等于脉动直流量减直流量。,vCE VCE = (iC Ic ),此交流负载线一定过Q点。,Q,1.5,交流负载线,直流负载线,图27,斜率为 定出的负载线为直流负载线。, Q点的选择：,Q点应选在交流负载线的中央,Q点选得太低，出现截止失真；,Q点选得太高，出现饱和失真。,3. 三极管的三个工作区域,图28, 截止区：,IB= 0以下部分为截止区,发射结零偏或反偏,IC = ICEO = 0 VCE =VCC,管子c、e间如同断开, 放大区：(线性区),平坦部分,发射结正偏，集电结反偏,IC = IB VCE = VCC IC RC,图28, 饱和区：,输出特性的上升和弯曲部分,发射结正偏，集电结正偏, IB IC VCE = VCES = 0.3V(硅) VCE = VCES = 0.1V(锗),管子c、e间如同短接,图28,例21 判断下列管子的工作状态,0,2V,3V,(a),0,0.7V,3V,(b),2.3V,3V,2.6V,(c),0,3V,(d),0.2V,解： (a) 发射结反偏 管子截止,(b) 发射结正偏，集电结反偏， 管子放大,(c) 发射结正偏，集电结正偏， 管子饱和,(d) 发射结正偏，集电结反偏， 管子放大,图解法优点：,直观、全面了解放大器工作情况；,大致估算动态范围。,能合理安排Q点；,缺点：费事、不精确，除能分析出电压放大倍数外，分析其他指标有困难。,2.3 微变等效电路分析法,一、三极管的混合参数及其等效电路,三极管是非线性元件，只能用图解法分析；但如果满足条件： 信号为微变量,管子工作在线性区. 则管子可用线性元件代替，此为三极管的微变等效电路。,1. H参数的引出,三极管是一个双口网络,vBE = f1(iB, vCE) ,iC = f2(iB, vCE) ,式对应着三极管的输入特性,式对应着三极管的输出特性,可依电压、电流关系导出其微变量的关系,式求全微分,式求全微分,管子工作在线性区，无限小变量可用电压、电流的交流分量代替；若是正弦量，亦可用相量代替。,vbe= hie ib + hre vce ,ic= hfe ib + hoe vce ,输出交流短路时的输入电阻,习惯符号：rbe,单位： 约1k左右,输入交流开路时的反向电压传输比,习惯符号: r,无量纲,104级,输出交流短路时的正向电流传输比,此即共射电流放大系数,输入交流开路时的输出电导,习惯符号,单位(s),105级,2. 三极管的H参数微变等效电路,把式用习惯符号代替,vbe= rbe ib + ur vce,依上式得图210(a), r很小，rbeib rvce 可忽略urvce, 输出端接Rc, 而Rcrce. 可忽略rce的影响。,可画成简化电路如图 (b),满足以下条件：,图210,注： ib为受控源，ib=0, 它即不存在；, 注意电流源ib的极性(ib由be, ib由ce)与三极管的类型(PNP, NPN)无关；, 不能利用微变等效电路求Q点。,3. H参数的确定,求rbe,图211,其中：,rbb： 基区体电阻 (),rD ：发射结结电阻,代入,环境温度下VT = 26mV,IE的范围: 0.1 5mA,图211,二、用H参数等效电路分析共射极放大电路,图212(a),步骤：,1. 画微变等效电路, 画三极管的微变等效电路，标出e, b, c；, 按电压源短路、隔直电容短路的原则画其他元件；, 用相量标出各电压、电流 (测试时常用正弦波作输入信号),图212(b),2. 求电压放大倍数,3. 计算输入电阻和输出电阻, 输入电阻和输出电阻的概念,a. 对信号源而言，放大器为它的负载，这个负载即放大器的输入电阻Ri (从11 看进去的等效电阻),图213,它是衡量放大器对信号源衰减程度的重要指标,Ri越大，衰减越小，,b. 对负载而言，放大器可等效为一个内阻为Ro, 大小为 的电压源，这个Ro即放大器的输出电阻 ( 为输出空载电压),图213,R0越小，在R0上损失的电压越小。,它是衡量放大器带负载能力的重要指标,相差越小，带负载能力越强，,当R0 =0, 则,c. 求Ri、R0,用外施电压法, 利用H参数等效电路计算共射电路的Ri, Ro,a. 求Ri,图214,b. 求R0,图215,例 22 T为3DG6，已知工作点处的 = 40,(1) 求,(2) 若Rs= 500, 求源电压放大倍数,解：(1),求rbe:,题目未告知rbb，小功率管约取200,(2) 求Ri: Ri=rbe=0.866k,由于信号源内阻Rs的存在，输入信号在Rs上损失了一部分，使 ， 从而使放大倍数下降。,2.4 放大器的工作点稳定问题,一、温度对工作点的影响,三个因素:,1. ICBO: T ，电子空穴对， ICBO ， ICEO,2. VBE: T ，载流子运动加快，PN结的阻档减弱，正向结电阻 VBE.,VBE具有负温系数2.2mV/C,总之，由于三个因素的影响，T, IC , Q点上移，硅管受VBE， 影响大，锗管受ICB0影响大。,解决办法： 保持温度不变；, 采取技术措施，减小温度影响，以稳定Q点。,3. : T ，注入到基区载流子运动加快，复合少，扩散多， ,结温每升高1， 增加0.5% 1%,图217,二、射极偏置电路,稳定Q点的过程,T IC IE IERe VE 选择参数使I1 IB, VB一定，VBE IB IC.,电路中电量取值：,硅： VB=(35)V,锗： VB= (13)V,硅： I1=(510) IB,锗： I1=(1020) IB,例23 已知，估算射极偏置电路的Q点，并计算,解：(1) 求Q点,(2) 画微变等效电路,图218,+,RL,rbe,+,Rb2,b,e,c,Rc,Rb,Rb1,Re,(3) 求,(4) 求Ri, R0,图218,三、分压式偏置电路,射极偏置电路Re的接入，虽稳定了Q点，但使 下降，为了两全其美，在Re两端并一个电容Ce, 称之为旁路电容。,图219,1. 求Q：与射极偏置电路相同,2. 求,3. 求Ri, R0,Ri = Rb1 / Rb2 / rbe,R0= Rc,例24 在如图所求的电路中，设信号源内阻Rs=600, 三极管的 =50.,(1) 画微变等效电路；,(2) 当 =15mv时，求,(3) 求放大器的Ri和R0.,图220,解：(1),+,rbe,+,b,e,c,33K,10K,600,200,3.3K,5.1K,(2) a. 求IE,本电路的直流通路,33K,10K,3.3K,1.3K,200,IE,12V,b. 求rbe:,c. 求Ri:,d. 求 ：,+,rbe,+,b,e,c,33K,10K,600,200,3.3K,5.1K,e. 求,f. 求,(3) Ri= 4.6k,R0=RC=3.3 k,2.5 共集电极电路和共基极电路,一、共集电极电路 (射极输出器),图221 (a),1. 求Q点：RbIB + VBE + ReIE = Vcc,IC = IB,VCE= VCC IC Re,2. 画微变等效电路,图222,e,+,Ri,b,c,Rs,+,Rb,Re,RL,rbe,+,3. 求, Ri = rbe+(1+)RL,Ri=Rb/Ri=Rb/rbe+(1+ )RL, 求R0,断开RL, 短接 , 先求R0,特点：Ri大R0小，,用途：Ri大常用作多级放大器的第一级,R0小常用作多级放大器的最后一级,也可作中间级，以隔离前后级的影响。,二、共基极电路,图223, 求静态工作点Q,Q的求法同射极偏置电路,图224,直流通路：, 微变等效电路图,图225, 求,2.7 多级放大器,图226,Rs,+,+,rbe1,Rc1,+,rbe2,RL,+,Rb1/Rb2,Rb3/Rb4,I,II,图227, 第二级的输入电阻为第一级的负载电阻 RL1=Ri2。,第一级的输出电阻为第二级的信号源内阻R01=RS2, 多级放大器的输出电阻为最后一级的输出电阻。, 多级放大器的输入电阻为第一级的输入电阻Ri=Ri1。,解：,例26 放大电路如下图，两管=79, rbe=1k, 计算电压放大倍数,解：,例27 画出图示电路的微变等效电路，图中设各电容的容抗均可忽略(注意标出电压电流的正方向)。,解：(a),+,RL,rbe,+,Rb2,b,e,c,Rc,Rb1,+,RL,Rc,Rb1,+VCC,+,Rb2,Cb2,Cb1,T,(b),+,RC,rbe,+,Rb2,b,e,c,Rb1,+,Rc,Rb1,+VCC,+,T,Cb2,Cb1,Rb2,c,e,b,(b),(c),+,rbe,Rb3,b,e,c,Re1,Rb2,Rb1,+,Rb1,+VCC,+,T,Cb2,Cb1,Rb3,Rb2,Re2,Re1,+,RC,rbe,+,Re,e,b,c,(d),+,Rb1,Rc,+VCC,+,T,C3,C1,Rb2,Re,C2,例28 求图示电路的输入电阻的表达式。,解：(a),(b),(c),(d),(d),例2