《基本放大电路》PPT课件.ppt

第九章 基本放大电路,9.1共发射极放大电路 9.1.1共发射极放大电路的组成和特点 9.1.2共发射极放大电路的工作原理,9.1.1共发射极基本放大电路的组成 一、电路的结构 图9.1 这是一最简单、最基本的共发射极放大电路。它是由信号源、直流电 源、三极管、电阻、电容等元件组成，其中uS和RS串联表示输入端加的 交流信号源，ui是输入电压，uo是输出电压，RL是输出端的负载。为了 保证三极管处于 放大状态，所以要求所加的直流电源使发射结正偏，集 电结反偏。,二、各元件的作用 1. T： 它是NPN型管，主要起放大作用，是一核心元件。它是用 直流电源提供的能量去控制输出的交流能量，并使uO的变 化和ui的变化相同，所以T是一电流控制元件。 2. UCC：a.给发射结提供正偏电压、集电结提供反偏电压； b.给整个电路提供能量。其值一般为几伏至几十伏。 3. RC：集电极负载电阻。其作用是把电流的放大作用转换成电压 放大的形式输出。其值一般为几千欧至几十千欧。 4. RB： 基极偏置电阻。它和电源UCC一起给基极提供一个合适的 基极电流IB（常称为偏流），调节RB的大小可以保证三极 管不失真地放大。其值一般为几千欧至几百千欧。 5. C1、C2：耦合电容。起隔直、通交作用。即对直流相当于开路、 对交流相当于短路。其中C1：切断ui和放大电路之间的 直流通道，但把输入信号ui送到放大电路的输入端；C2： 切断放大电路和输出端的直流通道，但把放大了的信号送 到负载上。所以要求电容的容量较大，一般为几微法至几 十微法，这里采用极性电容。,三、共发射极放大电路的工作原理 从图9.1中看到，电路中即有直流电源，又有交流电源。属于交、直 流共存的电路。当信号没输入时，在直流电源的作用下，电路中有了 直流分量（直流电流和直流电压）。然后，在此基础上，输入交流信 号。在交流信号作用下，电路中产生了交流分量。显然，这交流分量 是叠加在直流分量的基础上。所以，此时电路中的电量都是由两个分 量合成的（交流分量和直流分量）。但是，由于电容C2的隔直作用， 所以，负载上得到的输出电压只是通过放大了的交流量。因此，放大 电路放大的实质是将直流电源提供的能量转换为交流电能的输出。 各个电量的符号规定： 直流分量：物理量及下标都用大写字母表示。如：基极电流IB。 交流分量：物理量及下标都用小写字母表示。如：基极电流ib. 总的瞬时值：物理量用小写字母表示，下标用大写字母表示。如：总 的基极电流为iB=IB+ib 。,9.2 共发射极放大电路的静态分析 9.2.1 直流通路及静态工作点 9.2.2 静态工作点的估算,9.2.1 直流通道及静态工作点 一、直流通道 所谓静态指无输入信号（ui=0），此时，电路中只有直流电源作用，对应的电路称直流通道，如图9.2所示。对应的直流量也称静态值。 二、静态工作点 在直流电源作用下，产生的电流及电压 均为直流量，也称静态值。当电路的结构 和参数一定时，对应的IB、IC、UCE三个量 在输出特性上确定了一点，该点称为静态 工作点，简称Q点。 9.2.2 静态工作点的确定 一、估算法确定静态工作点 在图 9.2所示的直流通道中 图9.2 输入回路：IB= T的控制：IC=IB+ICEOIB 输出回路：UCE=UCC-ICRC 说明：a.各量均为直流量，用大写字母表示；,b.这三个静态值在输出特性上对应着某一点，该点称静态工作点，用 Q表示。它确定了放大电路开始工作的状态。 c.电路中，当UCC、RB一定，则IB也一定，所以该电路称为固定偏置 电路。 二、图解法确定静态值 图9.3 借助输出的直流通道，如图9.3， 从图中看到，左边为非线性电路，当 IB一定时，IC和VCC的关系符合管子的输出特性；右边为线性电路，借助KVL列出电压方程,UCE=VCC-ICRC 它是一直线方程，根据两点：当IC=0、 UCE=VCC； 当UCE=0、IC= ； 即可以画出一条直线。而我们所求的IC、UCE既要满足左边的非线性关 系，还要满足右边的线性关系。所以，我们把该直线画在相应的输出特 性上，因这直线是借助直流通道求出，并和集电极电阻有关，其斜率为 。所以，该直线称为直流负载线。其IB的值可以根据估算法求出。当 IB一定，该直线和输出特性的交点即为放大电路的静态工作点。而Q点 所对应的IC、UCE就是我们所要求的静态值。如改变RB时，Q点沿该直线 上下移动。 3.电路参数对静态工作点的影响 在电路中，当我们改变RB、RC或VCC时，即可改变工作点Q点。通常， 都是改变RB来调整静态工作点的。,9.3 共发射极放大电路的动态分析 9.3.1动态分析 9.3.2 微变等效电路法,9.3.1 动态分析 所谓动态分析，就是指在静态直流电源作用的同时，在放大电路的输入端加上交流信号ui，这时候去分析电路的工作状态，称之为动态 分析。 当输入端加上交流信号后，放大电路中对应的各个量都是由两部分 组成，一部分是直流分量，另一部分是交流分量。 即： uBE=UBE+ube iB=IB+ib iC=IC+ic uCE=UCE+uce 在放大电路中，直流分量是基础，而交流分量是载在直流分量上。即 动态分析就是分析信号的传输和放大，主要指标有电压放大倍数、输 入电阻和输出电阻等。,9.3.2 微变等效电路法 动态分析的一种方法：微变等效电路法。 需满足的条件：（1）输入信号很小； （2）静态工作点选得合适，这样可以在Q点附近的小范围内用直线来近似代替曲线。 满足了这两个条件后的电路称为微变等效电路。 一、三极管的简化微变等效电路 图9.4 1. 输入回路 当在T的输入端加一交流信号ube后，在输入回路中产生一电流ib。所 以，从B、E两端看进去，可以用一等效电阻rbe代替。,如图9.5所示。其中 rbe= 称为三极管的输入电阻，它是一动态电阻。 其估算方法：rbe300+（1+） （） （2）输出回路 在放大区，IC只受IB的控制，且和UCE的大 小无关。所以，从E、C这两端看进去，可 以用一受控的恒流源代替。 图9.5 从而得到T的简化微变等效电路。如图9.4 所示。由于rce很大，因此在实际分析时可 忽略。 二、放大电路的微变等效电路 该微变等效电路是建立在交流通路上。由于耦合电容C1、C2的容抗很小 对交流而言，可看成短路；另外，直流电源UCC的内阻很小，对交流来 说，也可看成短路。从而得到放大电路的微变等效电路，如图9.6所示。 由于，放大电路的输入信号是正弦信号，因此，等效电路中的电压、电 流均采用相量表示，其方向为参考方向。 1.电压放大倍数 （1）有载时的电压放大倍数,图9.6 =İbrbe ； =-İc（RCRL）=-İbRL Au= =- 式中：表示T本身的放大能力；而Au表示整个放大电路的放大能力； “-”号说明输入、输出为反相的关系。 （2）空载时的放大倍数 =İbrbe； =-İcRC=-İbRC Au= =- 显然，带上负载后使得放大倍数下降。,（3）考虑信号源内阻时的电压放大倍数 = ； =-İC（RCRL）=-İCRL AuS= = =- 即考虑信号源内阻时，放大倍数也要下降。 2.输入、输出电阻 （1）输入电阻ri 对信号源而言，放大电路相当于它的负载，用ri表示，即从输入端往里 看的电阻。它是一动态电阻。从微变等效电路中可得到： ri= =RBrberbe 在实际中，一般情况下希望输入电阻要大一些。 （2）输出电阻rO 对负载而言，放大电路相当于它的信号源，而信号源的内阻，称为放 大电路的输出电阻，用rO表示，即从输出端往里看（不包括负载电阻） 的电阻。它也是一动态电阻。从微变等效电路中得到： rORC 在实际中，一般情况下希望输出电阻要小一些。,9.4 静态工作点的设置和稳定 9.4.1 放大电路的非线性失真 9.4.2 温度变化对静态工作点的影响 9.4.3 稳定静态工作点的放大电路,9.4.1 放大电路的非线性失真 放大电路的性能好坏，包含两个方面：一方面要求能起到放大作用 另一方面要求输出波形不能失真，即要求输出能反映输入的变化。引 起失真的原因很多，其中一个主要原因，即Q点选择的不合适或者ui太 大，使其工作范围超出了管子的线性范围，这种失真称之为非线性失 真。非线性失真有两种：饱和失真和截止失真。 一、饱和失真 当静态工作点设置的过高，靠近饱和区时，如图9.7中的Q1点，这时 在输入信号ui的正半周，由于iB、iC的变化将进入管子的饱和区，从而 导致输出电压uo波形的底部被削，产生了失真。这种失真称为饱和失 真。 二、截止失真 当静态工作点设置的过低，靠近截止区时，如图9.7中的Q2点，这时 在输入信号ui的负半周，由于iB、iC的变化将进入管子的截止区，从而 导致输出电压uo波形的顶部被削，产生了失真。这种失真称为截止失 真。,因此，要使放大电路正常工作，必须要有合适的工作点。为了避免出 现非线性失真，应尽量将静态工作点设置在直流负载线的中部或者UCE 的值大致为电源电压的一半。这样，一方面使波形不失真，另一方面 有比较宽的工作范围。 图9.7,9.4.2 温度变化对静态工作点的影响 通过讨论，知道设置合适的Q点可以防止输出波形失真。但是，在 实际中，Q点要受到温度以及外界因素的影响，如管子的老化、电源 电压的波动等等，都会使Q点的位置发生移动。在这些因素中，温度 的影响最为突出。 首先，温度的变化要影响到ICBO。因为ICBO是集电区中的少数载流子产生漂移运动而形成，温度越高，少数载流子的数目越多，导致 ICBO增加，而ICEO=（1+）ICBO增加的更多。虽然IB不变，但是 由于ICEO增加，所以IC=IB+ICEO也增加，曲线上移，Q点发生变化，如图9.8所示， 有可能进入饱和区。 除此之外，温度升高时，载流子的运动加剧，使半导体的导电能力 加强，即值增大，使三极管输出特性的间距变宽，静态工作点 的位 置也会随之上移。 同时，温度升高时，载流子运动加剧，半导体的导电能力加强，所 以发射结的导通压降UBE要减少，IB=（UCC-UBE）RB,导致IB增大， IC也增大，Q点位置发生移动。,因此，要使放大电路正常工作，也就希望温度变化时，想办法使IC基 本不变，这样才能保证Q点不变。而对于固定偏置放大电路来说，显然 无法做到这一点。 图9.8,9.4.3 稳定静态工作点的放大电路 一、电路的结构 图9.9 电路如图9.9（a）所示。该电路称为分压式偏置放大电路。和固定偏置放大电路相比，增加了两个电阻和一个电容。 二、工作原理 1.Q点的稳定 我们讨论Q点的稳定，主要抓住直流通道，如图9.9（b）所示。 要使Q点稳定，满足两个条件：,(1) I2IB 根据直流通道分析得到： I1=I2+IBI2= ；UB= I2RB2= 上式说明了基极电位由电源电压UCC和分压电阻决定，而UCC本身和温度无关，R和温度关系也不大。因此，UB的大小和温度无关 ，它不受温度的影响。 (2) UBUBE UB=UBE+IERE ； IC IE= UBUBE IC 从而得到：IC也不受温度影响，保证了Q点稳定。 但IC、UB也不能太大，一般取 硅管：I2=（510）IB ; UB=(510)UBE (3) RE的作用 Q点稳定的过程： 如：T() ICIEUE(IERE) UBEIBIC,本来，温度T() ICUB不变IC,把不稳定的结果通过RE上的压降送回到输入端和UB比较后再去控制输入端，从而使Q点稳定。这一过程实际是一负反馈的过程。 发射极电阻RE只对直流起作用，而对交流不起作用。因为在RE两端并联了一个容量较大的电容(对交流相当于短路)，该电容称为发射极交流旁路电容。 2.电路的计算 (1) 静态分析 先求基极电位：UB= ICIE= IB= UCE=UCC IC(RC+RE) (2) 动态分析 a.微变等效电路,图9.10 b.电压放大倍数 =İbrbe = - İcRL= - İbRL AU= = - 当输出端开路时：AU= -,c.输入电阻 从图9.10中得到：ri= =RB1RB2rbe d. 输出电阻 从图9.10中得到：ro=RC,9.5 射极输出器 9.5.1 静态工作点的计算 9.5.2 动态指标的计算 9.5.3射极输出器在电路中的应用,9.5.1 静态工作点的计算 一、电路的组成 图9.11 该放大电路也是由两个电阻、两个电容和三极管及电源组成，但和前 面的放大电路不同的是，从图9.11（b）中看到，它是以集电极为公共端 的，所以，属于共集电极电路。由于从射极输出，又称射极输出器。 二、静态分析 根据直流通道得到：IB= IC=IB UCE