共集电极放大电路和共基极放大电路.ppt

4 双极结型三极管及放大电路基础,电 子 技 术 DianZi,本章内容,4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路 4.6 组合放大电路 4.7 放大电路的频率响应,4 双极结型三极管及放大电路基础,本章要求,1. 了解双极结型三极管 (BJT) 的结构、工作原理、温度对参数及特性的影响，掌握其符号、电流关系、特性曲 线、参数、使用和应用，三种工作状态 ( 区 ) 的条件、特点 和判断。,2. 掌握基本共射极放大电路的组成、工作原理、静态 分析和动态分析。 3. 熟悉放大电路的图解分析法、静态工作点对波形失真的影响，掌握基本共射极放大电路的动态分析、性能特 点和用途。,4. 了解温度对静态工作点的影响，熟悉稳定静态工作 点的措施，掌握基极分压式射极偏置放大电路的组成、工,电 子 技 术 DianZi,4 双极结型三极管及放大电路基础,5. 掌握共集电极放大电路和共基极放大电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。 6. 熟悉组合放大电路的特点及分析方法、复合管的特 点和判断。,7. 了解放大电路的频率响应，幅度失真、相位失真、 频率失真、线性失真、产生频率响应的原因、上限频率、 下限频率、通频带。,作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。,电 子 技 术 DianZi,4 双极结型三极管及放大电路基础,重点难点,重点：双极结型三极管 (BJT) 的符号、电流关系、特 性曲线、参数、使用和应用；三种基本放大电路 ( 共射、 共集和共基 ) 的组成、工作原理、静态分析 ( 估算法 )、动态分析 ( 小信号模型分析法 ) 、性能特点和用途；稳定静态工作点的措施，基极分压式射极偏置电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。,难点：双极结型三极管(BJT)的工作原理和特性曲线, 放大电路的工作原理、静态分析 ( 图解分析法、估算法 ) 和 动态分析 ( 图解分析法、小信号模型分析法 )，放大电路的 频率响应。,电 子 技 术 DianZi,本节内容,电 子 技 术 DianZi,4.5.1 共集电极放大电路 0. 电路结构 1. 静态分析 2. 动态分析 3. 电阻的折算 4. 共集放大电路特点 5. 共集放大电路用途 6. 多级放大电路参数,4.5.2 共基极放大电路 0. 电路结构 1. 静态分析,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,电 子 技 术 DianZi,4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较 1. 三种组态的判别 2. 三种组态的特点及用途 3. 三种组态的主要性能 4. 三种组态的放大原理,2. 动态分析 3. 共基放大电路特点 4. 共基放大电路用途,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,本节要求,电 子 技 术 DianZi,1. 掌握共集电极放大电路的组成、工作原理、静态分析方法和动态分析方法。,3. 掌握三种组态的判别、性能特点和用途。,2. 掌握共基极放大电路的组成、工作原理、静态分析方法和动态分析方法。,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,重点难点,电 子 技 术 DianZi,重点：共集电极放大电路及共基极放大电路的静态分析方法和动态分析方法，三种组态的判别。,难点：共集电极放大电路及共基极放大电路的静态分析方法和动态分析方法。,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,三极管放大电路有哪些组态？,电 子 技 术 DianZi,1. 共发射极电路 2. 共集电极电路 3. 共基极电路,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,电 子 技 术 DianZi,双极结型三极管有三个极：发射极 (e)、集电极(c)、 基极 (b)，相应地三极管基本放大电路有三种组态(接法):,1. 共发射极电路：输入回路与输出回路以发射极为 公共点，发射极接地，信号从基极输入、从集极输出，简 称共射极、共射电路，CE。,2. 共集电极电路：输入回路与输出回路以集电极为 公共点，集电极接地，信号从基极输入、从射极输出，简 称共集极、共集电路，CC。,3. 共基极电路：输入回路与输出回路以基极为公共点，基极接地，信号从射极输入、从集极输出，简称共基 电路，CB。,共什么极电路就是以什么极为公共点。,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,0. 电路结构 1. 静态分析 2. 动态分析 3. 电阻的折算 4. 共集放大电路特点 5. 共集放大电路用途 6. 多级放大电路参数,4.5.1 共集电极放大电路,怎样分析共集电路？,电 子 技 术 DianZi,集电极对交流 接地，输入与输出 回路以集电极为公 共点。信号从基极,4.5.1 共集电极放大电路,0. 电路结构,电 子 技 术 DianZi,输入，从集电极输 出，又称为射极输 出器。VCC为能源，,交流接地,与 Rb、Re 配 合为 T 提供合适的 Q 点，Cb1 和 Cb2 起 隔 直 通交作用。,4.5.1 共集电极放大电路,1. 静态分析 (1) 直流通路,电 子 技 术 DianZi,思路：输入为 0、电容 开路、其它照画标出直流。,看作将发射极电阻Re折算到基极：,VEQ = (1+ ) IBQRe = IBQ(1+ ) Re,4.5.1 共集电极放大电路,(2) 静态工作点,电 子 技 术 DianZi,VCC = IBQRb +VBEQ + IEQRe = IBQRb + VBEQ + (1+ )IBQRe,ICQ = IBQ,VCEQ =VCC IEQ Re VCC ICQ Re,已知VCC =12V，Re = 2k，Rb = 200k，RL = 2 k， = 60，VBEQ = 0.6 V，RS = 100 。(1) 画直流通路；(2) 求Q。,4.5.1 共集电极放大电路,例1,电 子 技 术 DianZi,解：(1) 画直流通路,(2) 求Q,ICQ = IBQ = 600.035mA = 2.1mA,VCEQ =VCC IEQ Re 12V 2.1mA2k = 7.8V,4.5.1 共集电极放大电路,2. 动态分析 (1) 交流通路,电 子 技 术 DianZi,思路：电源短路、电容 短路、其它照画标出交流。,交流 接地,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,元件连接关系不够 清晰，改画。,4.5.1 共集电极放大电路,(2) 小信号等效电路,电 子 技 术 DianZi,思路：交流通路 be 间为电阻rbe、ce间为受控 电流源 ib 标出交流。,ib、ie别标错位置。, 1,4.5.1 共集电极放大电路,(3) Av,电 子 技 术 DianZi,设,折算, vi, vi,e极到b极,=(1+ ) ib,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,一般 ，所以 Av 1。,vovi，即 vo、vi 大小 近似相等、相位相同，输出电 压跟随输入电压变化，故又称 为电压跟随器。,1. 共集放大电路Av1，不能放大电压，哪有何用？,4.5.1 共集电极放大电路,思考题,电 子 技 术 DianZi,电流放大：,2. 画出vo、vi的波形。,4.5.1 共集电极放大电路,(4) Ri,电 子 技 术 DianZi,Ri =Rb/Ri =Rb/rbe+(1+)RL,Ri与RL有关，rbe没折算。,折算,e极到b极,4.5.1 共集电极放大电路,(5) Ro,电 子 技 术 DianZi,0,折算,b极到e极,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi, Ro 与 Rs 有关，Re 没有折算。,已知VCC=12V，Rb=570k，Re=5.6k，RS =1k， =100。(1) 画出小信号等效电路；(2) 求 RL=1k 、5.6k和时 Av、Avs、Ri和Ro。,4.5.1 共集电极放大电路,例2,电 子 技 术 DianZi,解：(1) 画出小信号等效电路,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,(2) 求RL=1k、5.6k和时 Av、Ri和Ro。,求RL=1k时的 Av、Avs、Ri和Ro,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,Avs = Ri / (Rs + Ri) Av = 77.61/(1+77.61)0.968 = 0.956,求RL=5.6k时的 Av、Avs、Ri和Ro,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,稍大,增大,不变,Avs = Ri / (Rs + Ri) Av = 190.3/(1+190.3)0.990 = 0.985,求RL=时的 Av、Avs、Ri和Ro,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,稍大,增大,不变,Avs = Ri / (Rs + Ri) Av = 284.6/(1+284.6)0.995 = 0.992,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,三种情况比较,负载变化时电压放大倍数较 稳定，说明射极输出器带负载能 力强，这与输出电阻小是对应的。,输入电阻 Ri 与负载 RL 有关。,已知RL=1k，其余参数同例2(VCC=12V，Rb = 570k，Re = 5.6k， =100)。求Rs =1k、10k和 20k时 Av、Avs、Ri及Ro。,4.5.1 共集电极放大电路,例3,电 子 技 术 DianZi,解：Av 与Rs无关,Ri 与Rs无关,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,Avs 与Rs有关,Ro 与Rs有关,Rs越大，Avs越小，Vs 相同时Vo=AvsVs越小。,Rs 越大，Ro 越大，Voo 相同时Vo = RL/(Ro+RL)Voo 越小。,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,三种情况比较,输出电阻越大，负载变化时 电压放大倍数变化越大，带负载 能力越弱。,输出电阻 Ro 与内阻 Rs 有关。,4.5.1 共集电极放大电路,3. 电阻的折算,电 子 技 术 DianZi,(1) 从发射极折算到基极,(2) 从基极折算到发射极,电阻增大到(1+ )倍。,电阻减小到1/(1+ )倍。,已知 VBEQ = - 0.7V， = 50。求Q、Av、 Ri、Ro，说明是什么组态。,4.5.1 共集电极放大电路,例4.5.1,电 子 技 术 DianZi,解：(1) 画直流通路，求Q,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,i b、 i b、i c、i e 等 是交流电流，两个方向都 可流通，P N P 管、N P N 管的参考方向可以一样。,对交流来说，Rc串 联了电流源 ib， ib只 受ib控制，与Rc无关， Av、Ri 和 Ro 的计算公 式与没有Rc时一样 。,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,(2) 画小信号等效电路，求 Av、Ri、Ro,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,(3) 说明组态,虽然集电极没直接接地，但还是从基极输入、从射极 输出，与集电极直接接地有相同特性，仍归为共集电路。,限流电阻Rc的作用：防止Re短路时VCC全加到c极和e极之间使发射结和集电结过载被烧坏。,4.5.1 共集电极放大电路,4. 共集放大电路特点,电 子 技 术 DianZi,(1) vo 与vi 同相，电压增益小于 1 而接近 1，没电压放大作用，但有电流放大和功率放大作用。,几十 几百 k,几十 几百 ,0.95 0.99,Ri = Rb/rbe + (1+ )RL,(2) 输入电阻大(信号源提供的电流小，对电压信号源 衰减小)，与负载有关。,(3) 输出电阻小(负载变化时输出电压较稳定，电压放大倍数变化较小，带负载能力强)，与信号源内阻有关。,4.5.1 共集电极放大电路,5. 共集放大电路用途,电 子 技 术 DianZi,(1) 利用输 入电 阻高的 特点，用在多级 放 大电 路 的 第 一级，可提高输入电阻，减轻信号源负担(减小输入电流),增大输出电压和源电压放大倍数 ( 增大输入电压 )，提高测量精度 (输入电压接近信号源电压)。,主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。,总输入电阻为第一级的输入电阻。,Ri = Ri1,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,(2) 利用输出电阻低的特点，用在多级放大电路的末级，可降低输出电阻，稳定输出电压，提高带负载能力。,总输出电阻为最后一级的输出电阻。,Ro = Ron,Rs =1k，Ri = 1k、100k。,Ro =1k、100， RL =1k 2k。,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,(3) 利用 输入电 阻 高、输出电 阻 低 的 特点，用在 两 级放大电路之间，起阻抗转换 ( 匹配 ) 作用，减小两级之间的相互影响，称为缓冲级或中间隔离级。,缓冲级,输入级,输出级,Ri2 vi2 vo2 (=vi3) ,Ro2 vi3 ,本身没电压放大，但可提高整个放大电路的 Av。,在例4.3.2(P131)中负载直接接在共射放大电路 的输出端，若在共射放大电路和负载之间接一共集放大电 路， 1 = 40， 2 = 50，求Q1、Q2、Av、Ri、Ro。,4.5.1 共集电极放大电路,例4,电 子 技 术 DianZi,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,解：(1)画直流通路，求Q1、Q2,由于电容的隔直作用，各级放大电路的静态工作点相互独立，分别估算。,Q1变动会引起Q2变动吗?,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,在例4.3.2已求得：,VCEQ1=VCC-ICQ1Rc =12V-1.6mA4k = 5.6V,IBQ1 = 0.04mA ICQ1 = 1.6mA,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,(2) 画小信号等效电路，求Av、Ri、Ro。,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,先画交流通路。,前一级的输出电压是后一级的输入电压。,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,根据交流通路画小信号等效电路。,前一级的负载电阻是后一级的输入电阻。,总输入电阻为第一级的输入电阻，Ri = Ri1。,总输出电阻为最后一级的输出电阻，Ro = Ro2。,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,在例4.3.2已求得：rbe1 = 866,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,例4.3.2中：Av = -92.4，为什么？,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,例4.3.2,本例,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,Av = vo/vi = (vo1/vi)(vo/vi2) = Av1Av2 = -173.40.990 = -171.7,本身没放大，提高前级电压增益，总电压增益增大。,多级放大电路总电压增益为各级电压增益乘积。,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,总输入电阻为第一级的输入电阻，Ri = Ri1。,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,前级的开路电压是下级的信号源电压。,前级的输出电阻是下级的信号源电阻。,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,两例比较,共集电极放大电路本身没电压放大，但提高了前级电 压增益，使总电压增益增大；本身输出电阻低，可稳定输 出电压，提高带负载能力。,4.5.1 共集电极放大电路,6. 多级放大电路参数,电 子 技 术 DianZi,总电压增益为各级电压增益乘积。,总输入电阻为第一级的输入电阻。,总输出电阻为最后一级的输出电阻。,Ro = Ron,Ri = Ri1,要注意级间影响：前级是下级的信号源，下级是前级 的负载。,用射极输出器作为输入级，构成两级放大器, 性能参数有何变化？,4.5.1 共集电极放大电路,电 子 技 术 DianZi,思考题,4.5.2 共基极放大电路,怎样分析共基极电路？,电 子 技 术 DianZi,0. 电路结构 1. 静态分析 2. 动态分析 3. 共基放大电路特点 4. 共基放大电路用途,交流 接地,基极对交流接 地，输入回路与输 出回路以基极为公 共点。信号从发射,4.5.2 共基极放大电路,0. 电路结构,电 子 技 术 DianZi,极输入，从集电极 输出。VCC为能源， 与Rb1、Rb2、Rc、,Re配合为T提供合 适 的 Q 点，C b 1、 C b 2 和 C b 起 隔 直 通交作用。,4.5.2 共基极放大电路,共基极放大电路另外画法：,思路：输入为 0、电容开 路、其它照画标出直流。,4.5.2 共基极放大电路,1. 静态分析 (1) 直流通路,电 子 技 术 DianZi,与4.4.2节基极分压式射极偏置电路相同。,4.5.2 共基极放大电路,(2) 静态工作点,电 子 技 术 DianZi,IBQ = ICQ /,VCEQ =VCC - ICQRc - IEQRe VCC - ICQ (Rc + Re) VCC - IEQ (Rc + Re),温度变化时，Q点基本稳定。,思路：直流通路 VBQ IEQ (ICQ) IBQ VCEQ。,思路：电源短路、电容 短路、其它照画标出交流。,4.5.2 共基极放大电路,2. 动态分析 (1) 交流通路,电 子 技 术 DianZi,Rb1被Cb和VCC短路,Rb2被Cb短路,交流 接地,4.5.2 共基极放大电路,(2) 小信号等效电路,电 子 技 术 DianZi,思路：交流通路 be 间为电阻rbe、ce间为受控 电流源 ib 标出交流。,ib、ic、ie 别标错位置。,Av = vo/vi,vi、vo通过哪个变 量联系起来？,4.5.2 共基极放大电路,(3) Av,vi = f i( ib ),vo = fo(ib),vi = f i( ib ) = -ib rbe,vo = fo( ib ) = -ic(Rc/RL) = - ib RL,思路：,vo与vi反相,vo与vi同相,比较：基本共射电路,4.5.2 共基极放大电路,(4) Ri,电 子 技 术 DianZi,折算,思路：,vi = f ( ii ),Ri = vi / ii,b极到e极,思路：令vs = 0，RL = 加vt求 it = f (vt)求 Ro = vt /it,4.5.2 共基极放大电路,(5) Ro,电 子 技 术 DianZi,=0,=0,Ro =,Ro = Ro /Rc = vt /it = Rc,it = vt /RC,4.5.2 共基极放大电路,(6) Ai,电 子 技 术 DianZi,ioii，即 io、ii 大小近似相等、相位相同，输出电流 跟随输入电流变化，故又称为电流跟随器。,1而1,几k 几几十,已知VCC=15 V，Rc=2.1k，Re=2.9k, Rb1=Rb2=60k，RL=1k， =100，VBEQ=0.7V。求 (1) 静态工作点；(2) Av、Ri和Ro。,4.5.2 共基极放大电路,例4.5.2,电 子 技 术 DianZi,思路：直流通路 (输入为 0，电容开路，其它照画，标 出直流 ) VBQ IEQ IBQ VCEQ。,解：(1) 求静态工作点,(2) 求Av、Ri和Ro。,思路：交流 通 路 ( 电源 短 路，电容 短 路，其它照画，标出交流)等效电路 ( b e间为电阻rbe、ce间为受控电流源 ib ) rbe；vi = f i (ib)，vo = fo (ib) Av = vo/vi ；vi = f i (ii) Ri = vi /ii ( 不含信号源内阻 RS )；vs = 0，RL = ，vt，it = f (vt)Ro = vt /it ( 不含负载 RL )。,4.5.2 共基极放大电路,3. 共基放大电路特点,电 子 技 术 DianZi,Ro = Ro/Rc = Rc,几十 几百 ,几十 几百,几 k,(1) vo 与 vi 同相，电压增益较大，电流增益小于而 接近1，没电流放大作用，但有电压和功率放大作用。 (2) 输入电阻小(向信号源索取的电流大，对电压信号源衰减大) 。,(3) 输出电阻大(负载变化时输出电压变化较大，电压放大倍数变化较大，带负载能力较差) 。 (4) 允许的工作频率较高，高频特性较好。,4.5.2 共基极放大电路,4. 共基放大电路用途,电 子 技 术 DianZi,(1) 高频响应较好、频带宽，常用于高频电子电路，如宽带放大电路、无线电通讯。,(2) 三极管的输出电阻很大，可作恒流源(ic恒定)。,不考虑 rce 时，Ro = ,恒流,4.5.2 共基极放大电路,电 子 技 术 DianZi,由,得,考虑 rce (1/hoe)时,很大(几M),恒流,ib = ?,参数同例4.5.2：VCC=15 V，Rc=2.1k，Re= 2.9k，Rb1= Rb2 = 60k，RL=1k， =100，VBEQ = 0.7V。求Rs =1、10和100时 Av、Avs、Ri和Ro。,4.5.2 共基极放大电路,例5,电 子 技 术 DianZi,解：Av 与 Rs 无关,Ri 与 Rs 无关,4.5.2 共基极放大电路,电 子 技 术 DianZi,Avs 与 Rs 有关,Ro 与 Rs 无关,Ro =Rc = 2.1k,Rs 越大，Avs 越小，Vs 相同时Vo = AvsVs 越小。,= 0.013 k = 13 ,三种情况比较,4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较,怎样判别三种组态，它们有何特点和作用?,电 子 技 术 DianZi,1. 三种组态的判别 2. 三种组态的特点及用途 3. 三种组态的主要性能 4. 三种组态的放大原理,4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较,1. 三种组态的判别,电 子 技 术 DianZi,判别方法：输入信号从哪个极(b或e)(与地之间)加入,输出信号从哪个极(c或e)(与地之间)取出。,(1) 共射电路：信号由基极输入，集电极输出。,(2) 共集电路：信号由基极输入，发射极输出。,(3) 共基电路：信号由发射极输入，集电极输出。,4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较,2. 三种组态的特点及用途,电 子 技 术 DianZi,(1) 共射放大电路,特点：反相，电压放大能力较强，又有电流放大和 功率放大作用；输入电阻较小；输出电阻大。,用途：常作为多级放大电路中间级做电压放大用。,(2) 共集放大电路,特点：同相，电 压 增 益小于 1 而 接 近 1，没有电 压放大作用，但有电流放大和功率放大作用；输入电阻大,与负载有关；输出电阻小，与信号源内阻有关。,用途：用在多级放大电路的输入级，提高输入电阻,减轻信号源负担，提高测量精度；用在多级放大电路的输出级，降低输出电阻，稳定输出电压，提高负载能力；,4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较,电 子 技 术 DianZi,用在两级放大电路之间，作为缓冲级或中间隔离级，起 阻抗转换(匹配)作用，减小两级之间的相互影响。,(3) 共基放大电路,特点：同相，电压增益较大，电流增益小于而接近 1，没电流放大作用，但有电压放大和功率放大作用；输入电阻小；输出电阻大；允许的工作频率较高，高 频特性较好。,用途：常用于高频电子电路，如宽带放大电路、无线电通讯；用作恒流源。,4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较,3. 三种组态的主要性能,电 子 技 术 DianZi,表4.5.1,=0,=0,4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较,三种组态主要性能数量级,电 子 技 术 DianZi,按下列要求组成两级放大电路： (1) Ri = 1 2k，Ro = 2 3k，Av2000； (2) Ri = 1 2k，Ro100，Av = 100 150； (3) Ri = 50 100k，Ro = 3 4k，Av100； (4) Ri50，Ro = 2 3k，Av = 1500。,4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较,例6,电 子 技 术 DianZi,答：(1) 共射共射； (2) 共射共集； (3) 共集共射； (4) 共基共射。,4.5.3 BJT放大电路三种组态的比较,4. 三种组态的放大原理,电 子 技 术 DianZi,(1) 共射放大电路,vivbeibic = ib ib, vo = - icRLVo Vi,电流放大,电压放大,通过基极电流 ib 控制 集电极电流 ic，进行能量 转换，把直