晶体管放大电路基础.ppt

晶体管放大电路基础,放大电路概述及性能指标 单管共射放大电路的组成 放大电路的分析方法,放大电路是应用最广泛的一类电子线路。它的主要功能是将输入电信号进行不失真的放大输出。 在广播、通信、自动控制、电子测量等各种电子设备中，放大电路是必不可少的组成部分。,1、概 述,1.1 基本概念,简单的例子：扬声器是怎样工作的？,话筒,放 大 电 路,弱电信号,强电信号,放大电路的作用： 输入微弱电信号（变化的），输出幅度被放大的电信号（且波形不失真）。 本质：输入信号的能量得到加强！,1.2 放大电路的主要性能指标,电压增益 Au (dB) = 20lg |Au|, 放大倍数,电压放大倍数 Au = uo/ui,电流放大倍数 Ai = io/ ii,功率放大倍数 Ap = po/ pi,电流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai|,功率增益 Ap (dB) = 10lg |Ap|, 输入电阻,Ri 越大， ui 与 us 越接近,例 us =20mV，Rs=600 ，比较不同 Ri 时的ii 、ui。, 输出电阻,放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻RO,计算：,us= 0,测量：,uot 开路时的输出电压；,uo 负载上施加的电压。,Ro 越小， uot 与 uo 越接近, 通频带,放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反映在：,通频带宽度或带宽（Bandwidth，BW),BW0.7 = fH fL, 噪声和噪声系数,放大电路在放大有用信号的同时，还会放大一些无用的信号，即噪声。通常噪声可分为两类： 一类是通过适当的屏蔽、滤波或电路的合理设计可以消除或控制的，如外界磁场的感应，整流滤波不良，接地不合理等引起的噪声。 另一类是由于元件中带电质点杂乱的波动所造成的，不能完全控制或消除。这些噪声有可能会淹没掉有用信号，对信号的放大是十分有害的。 引入信噪比(signal to noise ratio，SNR)和噪声系数（noise figure，NF）来表征放大电路的噪声性能。, 最大输出幅度,在输出波形没有明显失真情况下，放大电路能够提供给负载的最大输出电压(或电流)。可用峰-峰值表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。, 非线性失真系数 D,所有谐波总量与基波成分之比, 最大输出功率和效率,2.1 晶体管工作原理：,VB,RB,Vcc,发射结正偏，集电结反偏的晶体管实质上是一个电流控制器 。,2、晶体管放大电路的组成,晶体管的输出特性曲线,2.2 晶体管放大电路的组成,基本条件： 晶体管要工作在放大区； 输入信号加在晶体管发射结两端； 具有交流信号输入和输出能力。,核心元件iC= iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,典型的单管共发射极 放大电路：,电源的作用：,电阻的作用：,电容的作用：,电路的简化：,可以省去,零电位点,工作原理简述：,+Vcc,RC,C1,C2,T,3、晶体管放大电路分析方法,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,3.1 静态分析,放大电路没有输入信号时的工作状态称为：直流工作状态或静止状态，简称静态。 静态分析的目的就是确定放大电路的静态（直流）值IB、IC和UCE。,直流通路的确定：,3.1.1 估算法计算静态工作点,RL,直流通路,静态点参数的计算公式如下：,例：电源Vcc=12V， 集电极电阻RC=3k， 基极电阻RB=280k， =50。求静态工作点。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级！,RL,3.1.2 图解法计算静态工作点,在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。,图解分析步骤,1. 先用估算的方法计算输入回路 IBQ。,2. 用图解法确定输出回路静态值,方法：根据 UCE = VCC - ICRc 式确定两个特殊点,输出回路,输出特性,由静态工作点 Q 确定的ICQ、UCEQ 为静态值。,UCE = VCC ICRC,例：图示单管共射放大电路及特性曲线中， 已知 Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集电极直流电源 VCC = 12 V，试用图解法确定静态工作点。,解：首先估算 IBQ,做直流负载线，确定 Q 点,根据 UCEQ = VCC ICQ Rc,IC = 0，UCE = 12 V ；,UCE = 0，IC = 4 mA 。,RL,0,iB = 0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,3,4,2,2,4,6,8,10,12,M,IBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.,uCE /V,由 Q 点确定静态值为：,iC /mA,3.2 动态分析,当有交流信号输入时放大器的工作状态称为动态。 动态分析是在静态值确定以后分析信号的传输情况，主要考虑静态工作点附近变化的电流和电压。,3.2.1 图解法分析动态特性,直流通路的确定：,RL,uo=-iC(RC/RL),交流负载线斜率为：,uo=-ic(RC/RL)=uce,注意：交流负载线是动态工作点移动的轨迹。,UCEQ = VCC ICQ Rc,即：ic=uce /(-RC/RL),输入回路工作情况分析,E,F,输出回路工作情况分析,M,N,电压放大倍数,例 用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如右图，RL = 3 k ，uI = (0.720.68)V=0.04 V 。,uCE = (4.5 7.5) V = - 3 V,解：,求 确定交流负载线,则输出特性曲线上有,单管共射放大电路当输入正弦波 uI 时，放大电路中相应的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。,单管共射放大电路各点的电压电流波形：,单管共射放大电路输出信号与输入信号反相。,3.2.2 微变等效电路法,晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。,微变等效条件,研究的对象仅仅是变化量,信号的变化范围很小,3.2.2.1 晶体管微变等效电路,晶体管的输入特性曲线 ,rbe ：晶体管的输入电阻。,在小信号的条件下，rbe是一常数。晶体管的输入电路可用 rbe 等效代替。,（1） 输入端,Q 点附近的工作段,近似地看成直线 ,可认为 uBE 与 iB 成正比,rbe 的近似估算公式：,rbb ：基区体电阻。,reb ：基射之间结电阻。,低频、小功率管 rbb 约为 300 。,（2） 输出端,假设在 Q 点附近特性曲线基本上是水平的(iC 与 uCE无关)，数量关系上， iC 是 iB 的 倍；,从三极管输出端看，可以用 iB 恒流源代替三极管；,该恒流源为受控源；,为 iB 对 iC 的控制。,（3）微变等效电路,3.2.2.2 微变等效电路求解Au、Ri、RO,Ri = rbe / Rb ，Ro = Rc,ui=ibrbe,uO=-iC(RC/RL)=-ib(RC/RL),Au=uo/ui=-(