特性说明它有放大作用如何将晶体管接入电路才能使其起.ppt

什么是放大？放大电路放大电信号与放大镜放大物体的意义相同吗？放大的特征是什么？ 为什么晶体管的输入输出特性说明它有放大作用？如何将晶体管接入电路才能使其起放大作用？ 组成放大电路的原则是什么？有几种接法？ 如何评价放大电路的性能？有哪些主要指标？有什么方法分析这些参数？ 晶体管的三种基本放大电路各有什么特点？,本节讨论的问题,一、放大的概念,放大是基本放大电路最重要的功能之一。,第二节 放大器的工作原理,放大现象存在于各种场合： 例如：利用放大镜放大微小物体，这是光学中的放大； 利用杠杆原理用小力移动重物，这是力学中的放大； 利用变压器将低电压变换为高电压，这是电学中的放大。 它们的共同点: 都是将“原物”形状或大小按一定比例放大了。 放大前后能量守恒。 例如：杠杆原理中前后端做功相同，理想变压器的原、副边功率相同等。,1.放大电路的功能： 是把微弱的电信号，增大到所需的数值。输出量在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。,放大概念示意图,二 基本放大电路的工作原理,(一). 共射极接法交流基本放大电路的组成 (二). 放大器的静止工作状态 (三). 放大器的交流工作状态 (四). 放大器的放大倍数,1.电源的设置： 2.结构安排： 3.元件参数设置：,基本组成如下： 三 极 管T起放大作用 负载电阻RC 、RL将变化的集电极电流转换为电压输出。 偏置电路EC、Rb使三极管有一个合适的静态工作点，从而工作在线性放大区。 耦合电容C1 、C2隔直，通交。,共射极基本放大电路,(一) 共射极基本放大电路的组成,三极管是放大元件，但不能单独使用，要按一定的原则组成放大电路：,要满足三极管的放大 条件。射极正偏，集 电极反偏。,使放大器有合适的 静态工作点,使信号有一定的传输 路径。UiUo,(二) 放大电路的静止工作状态,静态: Ui=0 时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,放大电路建立合适的静态值，是保证动态工作的前提。 正确地区分静态和动态，是分析放大电路得关键。,1.静态工作点的解析法计算,IB、IC和UCE代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。 测试基本放大电路时，测量UB、UE和UC三个电极对地的电位即可确定三极管的工作状态。,利用直流通路可对放大电路进行静态分析:,静态工作状态的图解分析,静态：,Ui=0时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,静态分析：,确定放大电路的静态值IBQ、ICQ、UCEQ，即静态工作点Q。 静态工作点的位置直接影响放大电路的质量。,1.解析法：,利用直流通路来求解。,直流通路：是能通过直流的通道。 将电路中的耦合电容和旁路电容开路，即可得到。,静态分析方法：,解析法,图解分析法,工作原理,(二) 放大电路的静止工作状态,工作原理,用解析法分析,Si管：UBEQ=0.6V0.7V,Ge管:UBEQ=0.2V0.3V,（2）求静态值：,（1） 首先画出直流通路,求解顺序是先求IBQICQUCEQ,UCEQ=EC-ICQRC,工作原理,2. 图解法：,放大电路的输入和输出直流负载线,三极管的输入和输出特性曲线,确定静态工作点,（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQ,UBE=EC-IBRb, 直流负载线,Ec/Rb,Ec,IBQ,Q,- 1/Rb,作出直流负载线，曲线的交点即是静态工作点Q。 由Q可确定IBQ、UBEQ,UCE=EC-ICRc, 直流负载线,（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQ, 放大电路的静态分析：,工作原理,（2）由输出特性曲线和输出直流负载线求ICQ、UCEQ,求两点,IC=0 UCE=EC,UCE=0 IC=EC/Rc,作出直流负载线，直流负载线和输出特性曲线的有多个交点。,只有与iB=IBQ对应的那条曲线的交点才是静态工作点, 放大电路的静态分析,工作原理,由图可见：,如改变Ib的数值，便可改变静态工作点的位置。,3.由直流负载列出方程 UCE=UCCICRc 4.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可 画出直流负载线。,关键：直流负载线的确定方法：,1.在输入回路列方程式：UBE =UCCIBRb,2.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。,5.得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。, 用图解法放大电路的静态分析：,工作原理,EC 、 EC /Rc,3.交流通路的画法： (1).直流电源视为对地短路。,(2).耦合电容对交流相当于短路。,2.交流通道：交流信号流过的路径。如图,1.交流工作状态:有输入信号时的工作状态。,（三） 放大器的交流工作状态,(3). RL= RLRc为交流负载电阻,RL,（四）. 放大器的放大倍数,放大倍数也称之为增益，用来表示一个放大器的放大能力。,4.放大原理,(1). 输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结有下列过程：,三极管放大作用,变化的 通过 转变为 变化的电压输出,Ui,C1,Ube,ib,ic(ib),icRc,Uce,Uo,C2,当交流信号ui加到输入端时： 晶体管各点的电压和电流将在静态值基础上叠加一交流分量。 此时电路中的信号即有直流，又有交流。,ui,uo,(2).电路参数：在放大电路的放大过程中，各电路参数均具有两种信号叠加：,uBE=UBEQ+ui,iB=IBQ+ib,iC=ICQ+ic=IQ+ib,uCE=EC-ICQRC-icRL,uO=-icRL,直流分量：大写字母大写下标表示。 交流分量：小写字母小写下标表示。 交直流叠加：大写字母大写下标表示。,其中：, 若放大的交流信号，交流分量幅值应小于直流分量。, 输入输出反相。,1.什么是放大？放大电路放大电信号与放大镜放大物体的意义相同吗？电子电路放大的特征是什么？ 2.为什么晶体管的输入输出特性说明它有放大作用？ 3.如何将晶体管接入电路才能使其起放大作用？ 4.组成放大电路的原则是什么？有几种接法？,回答问题,3.交流通路的画法： (1).直流电源视为对地短路。,(2).耦合电容对交流相当于短路。,2.交流通道：交流信号流过的路径。如图,1.交流工作状态:有输入信号时的工作状态。,（三） 放大器的交流工作状态,(3). RL= RLRc为交流负载电阻,RL,第三节 双极型三极管放大电路的分析方法,一 放大电路的动态图解分析 二 三极管的低频小信号模型 三 共射放大器h参数微变等效电路法 四 放大器的工作点稳定问题,一 放大电路的动态图解分析,1 交流负载线 2 交流工作状态的图解分析 3 最大不失真输出幅度,1 交流负载线,交流负载线确定方法： 1. 通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为1/RL。,2. RL= RLRc 是交流负载电阻。,3. 交流负载线是有交流输 入信号时，工作点 Q 的 运动轨迹。,4. 交流负载线与直流负载线相交于 Q 点。,ICQRL,2 交流工作状态的图解分析,Ui UBE iB iC UCE |-Uo| ,动画3-1,1.UO与Ui相位相反; 2.由图中可测量出放大电路的电压放大倍数； 3.可确定最大不失真输出幅度。,结论：,波形的失真,饱和失真,截止失真,3 最大不失真输出幅度,放大电路的工作点达到了三极管 的饱和区而引起的非线性失真。,放大电路的工作点达到了三极管 的截止区而引起的非线性失真。,(a) 截止失真和饱和失真(动画3-2),放大电路的最大不失真输出幅度,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：,1. 工作点 Q 要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,图 03.14 最大不失真输出幅度 （动画3-4）,2. 要有合适的交流负 载线。,二. 晶体管的低频小信号模型,1.低频模型可以不考虑结电容的影响。 2.小信号意味着三极管在线性条件下工作，,晶体管h参数模型是分析低频小信号放大器的 重要工具。 其应用条件为：,（一）. 共射h参数等效电路,三极管可看成是二端口网络如图所示:,三极管的模型可以用网络方程导出。,讨论共射极电路的输入输出时,已知三极管的电压电流之间的函数关系：,输出交流短路 时的输入电阻。,输出交流短路时 共射交流电流 放大系数,输入交流开路时的 反向电压传输系数,输入交流开路时 的传输电导,取全微分,得： Ube =hie Ib+ hre Uce Ic =hfe Ib+ hoe Uce 根据此式可画出h参数等效电路,画出输入回路,画出输出回路,（二）共基共集参数,1.采用同样的方法可推导出共基共集连接时的h参数:,共基：hib hfb hrb hob ;,共集：hic hfc hrc hoc,例题2-1：试将晶体管的共射参数换算为共基h参数，已知：hie(rbe)=1.4k ; hre(r)=3.3710-4 ; hfe()=44; hoe=27 10-6 s。,2.各组态的h参数之间的变换关系，按书中P38.表2-1换算。,三. 共射基本放大电路的h参数等效电路分析法,（一）采用完整参数等效电路分析：,分析放大器的几个性能指标： Ri ，Ro ，AU ，AI,首先根据交流通路画等效电路：,若：Rbhie 则：Rb可视为开路,把三极管用h等效电路代替，可得放大器的等效电路。如图：,动画3-7,1.输入电阻Ri：,Ri=Ui/Ii= hie+ hre Uo/ Ii,Ui= Ii hie+ hre Uo Uo= -Io RL=-( hie Ii+ hie Uo) RL,联立求得,带入上式得：,Ri= hie+ hfe hre/(1/ RL+ hoe),输入阻抗是放大器的个 重要指标。,Ri的值越大越好。,2.电流增益AI：,3.电压增益AU：,前面求过,4.输出阻抗Ro：,输出阻抗可按下图求解，图中作如下处理：,(1).将输入信号Us短路，保留 Rs。,(2).将负载RL开路，外加激励 Uo ，产生电流Io。,则：,输入：RsIi+hieIi+hreUo=0可得：,(二) 简化h参数模型微变等效电路,图中作了两处忽略： hre反映管子内部反馈，因数量很小，可以忽略。,三极管简化h参数模型,1. h参数微变等效电路简化模型:,hoe =1/rce为电导量纲，与电 流源并联时分流极小，可作开路处理。,h参数等效电路,(1).输入电阻Ri：,Ri=Ui/Ii= hie; Ri= RbRi,(2).电流增益AI：,(3).电压增益AU：,(4).输出电阻Ro:,Ro= Ro Rc = Rc; Ro =,2.用简化h参数模型分析共射电路：,3.模型中的主要参数的估算：, hie 三极管的交流输入电阻,根据二极管的方程式,对于三极管的发射结,求发射结的动态电导，b相当基区内一个点，b是基极。,reVT /IEQ=26mV/ IEQ (在工作点附近) hie= rbb +(1+ hfe) VT / iE300+ (1+ hfe) 26mV/ IEQ 对于小功率三极管rbb 300，相当于基区的体电阻。,结论：,(1)输入电阻hie随hfe增大而增大，所以增大hfe的不一定有效地增大AU；,(2)输入电阻hie与Ie有关，通过降低Re增大Ie，从而降低hie，可提高AU 。,hfeIb输出电流源,表示三极管的电流放大作用。反映了三极管具有电流控制电流源CCCS的特性。,hie300+ (1+ hfe) 26mV/ IEQ,四.放大器工作点稳定问题,由于温度变化管子参数发生变化 Q漂移，称为温漂。,(一).晶体管参数的温度漂移：,(1)晶体管的门限电压Ube的温漂：,温度系数 Ube/ t: 锗：-2.1mv/oc; 硅：-2.3mv/oc,T载流子扩散速度 基区电流(复和机会) ICQ,(2)晶体管 的温漂：,T禁带宽度空间电荷区 Ube(IBQ= ( Ec-Ube)/ Rb)ICQ,(3)晶体管Icbo 的温漂：,T少子运动ICBQ ICQ(= IBQ +(1+ ) Icbo ),温度系数 / ( t )=(0.51)/oc,任意温度时Icbo (toc)= Icbo (20oc)2(t-20)/10,(二) 共射偏置电路,分压式电流负反馈稳定偏置电路如图所示:（稳定工作点）,共射偏置电路,（动画3-5）,UB,图中作如下假设：,(2). UB 为Rb1. Rb2分压而得 此电路具有稳定工作点的作用。,(1).设I1 IbQ， IbQ=0。,Rb1和Rb2系偏置电阻。 C1 、C2是耦合电容。,RC是集电极负载电阻。 Re是发射极电阻， Ce是Re的旁路电容。,组成：,1.静态分析,电路的直流通路如图所示：,基本放大电路的直流通路,UCE=UccICRcIERe= UccIC(Rc+Re),静态计算如下：,IeQ=(UB UBE)/ Re,UB= Ucc Rb2 / (Rb1+Rb2),IBQ= IeQ /,ICQ IeQ,UB,2. 动态分析,根据图画微变等效电路，有:,输入电阻：,电压增益：,根据求输出电阻的原理，应将微变等效电路的输入端短路，将负载开路。 在输出端加一个等效的输出电压。,输出电阻Ro:,Ro = rceRCRC,于是:,(a)共集组