放大电路静态工作点的稳定问题.ppt

4 双极结型三极管及放大电路基础,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,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。,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。,4.4.1 温度对静态工作点的影响 1. 影响Q的原因 2. 抑制温度影响Q的措施,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,本节内容,4.4.2 射极偏置电路 1. 基极分压式射极偏置电路 2. 含有双电源的射极偏置电路 3. 含有恒流源的射极偏置电路 4. 温度补偿法,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,本节要求,1. 了解温度对静态工作点的影响的原因和危害，熟悉稳定静态工作点的措施。,2. 掌握基极分压式射极偏置电路稳定静态工作点的原理，静态分析方法 ( 画直流通路、估算静态工作点 ) 及动态分析方法(画交流通路、画等效电路、计算动态性能指标),熟悉含有双电源的射极偏置电路、含有恒流源的射极偏置电路稳定静态工作点的原理、特点，了解温度补偿法的原理、特点。,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,重点难点,重点：基极分压式射极偏置电路稳定静态工作点的原理，静态分析方法 (画直流通路、估算静态工作点) 及动态分析方法(画交流通路、等效电路，计算动态性能指标)。,难点：基极分压式射极偏置电路静态分析方法 ( 画直流通路、估算静态工作点 ) 及动态分析方法 ( 画交流通路、等效电路，计算动态性能指标)。,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,为什么要稳定Q？,A. 不稳定的危害 B. 对Q的要求,4.4.2 射极偏置电路,射极偏置电路为何能稳定Q？,1. 基极分压式射极偏置电路 2. 含有双电源的射极偏置电路 3. 含有恒流源的射极偏置电路 4. 温度补偿法,前述的固定偏置放大电 路，简单、易调整，但温度 变化会引起静态工作点变动，,4.4.2 射极偏置电路,TICQ 某种作用 IBQ ,ICQ,自动调节,严重时将使放大电路不能正 常工作。为此，需要改进偏 置电路，当温度升高使ICQ,增加时，希望能够自动减少 IBQ，从而抑制Q点的变化， 保持Q点基本稳定。,固定偏置电路,直流电源 VCC，基极 电阻Rb1、Rb2，射极电阻 Re 组成分压式偏置电路， 为三极管提供合适的Q点。,基极电阻Rb1、Rb2的 取值使 I1 IBQ。,4.4.2 射极偏置电路,1. 基极分压式射极偏置电路 (1) 电路结构,射极电阻Re与Rb1和 Rb2配合，使 I1 IBQ。,虽然射极没直接接地，但还是从基极输入、从集极输 出，与共射电路有相同特性，仍归为共射电路。,4.4.2 射极偏置电路,(2) 静态工作点的估算 画直流通路,思路：输入为 0、电容开路、其它照画标出直流。,设计时取I1 IBQ，Rb1 和Rb2可近似看作串联。,4.4.2 射极偏置电路, 估算Q,电阻Rb1、Rb2，直流电源 VCC 受温度影响很小，基极电 位 VBQ 基本不随温度变化，保 持恒定。,或分压,4.4.2 射极偏置电路,设计时取VBQVBEQ,VEQ = VBQ - VBEQ,VBEQ 受温度影响变化时， 射极电位 VEQ 基本恒定。,集电极电流 ICQ 基本恒定。,IBQ = ICQ /,VCEQ =VCC - ICQRc - IEQRe VCC - ICQ (Rc + Re) VCC - IEQ (Rc + Re),温度变化时，静态工作点基本稳定。,解：画出直流通路,已知 =100，VCC=12V，Rb1=75k，Rb2=25 k，Rc=2k，Re=1k。画直流通路，求Q点。,4.4.2 射极偏置电路,例1,4.4.2 射极偏置电路,估算静态工作点,IBQ = ICQ / = 2.3mA/100 = 23A,：换一个 = 80的管子，Q点有何变化?,4.4.2 射极偏置电路,思考题,23A,ICQ = (VBQ - VBEQ) /Re = 2.3mA,IBQ = ICQ / = 2.3mA / 80 = 29A,VCEQ =VCC - ICQ (Rc + Re) = 5.1V,29A,在输出特性上， 静态工作点稳定,4.4.2 射极偏置电路,(3) 稳定静态工作点的原理 更换管子,更换 不同的管子，Q点有何变化?,ICQ = (VBQ - VBEQ) /Re,VCEQ =VCC - ICQ (Rc + Re),IBQ = ICQ /,不变。,不变。,随 不同而变化， 增大时IBQ 减小， 减小时IBQ 增大。,更 换 不同的管 子，在 输出 特 性上Q点(VCEQ，ICQ)位置不变。,4.4.2 射极偏置电路, 温度变化,T,ICQ,IEQ,VEQ, VBEQ,IBQ,ICQ,自动调节,温度变化时，Q点有何变化?,VEQ = IEQ Re ，VBEQ = VBQ - VEQ 。,温度变化时， 在 输出 特性上Q 点(VCEQ，ICQ) 位置不变。,B. Re 把 输出 直 流 电 流 ICQ 的 变化返送回输入端，转换成直流电 压VEQ = IEQ Re 的变化，影响输入 直 流电 压 VBEQ = VBQ VEQ 向 相,4.4.2 射极偏置电路, 原因,A. I1IBQ，使基极电位 基本 恒定。,反方向变化，从而使 IBQ 产生相反 的变化以抵消 ICQ 的变化，称为直 流电流负反馈 ( 详见第 7 章 )，Re 称 为负反馈电阻、温度补偿电阻。,4.4.2 射极偏置电路,稳定静态工作点，是指静态集电极电流 ICQ 和管压降 VCEQ 基本不变，在输出特性上 Q点 (VCEQ，ICQ) 位 置 基 本不变，IBQ是会产生相反变化的，以抵消ICQ的变化。,如例1， =100时ICQ=2.3mA，VCEQ=5.1V，IBQ= 23A；,23A,29A, =80时ICQ=2.3mA，VCEQ=5.1V，IBQ=29A,4.4.2 射极偏置电路,(4) 参数的选择,I1、VBQ 越大 Q点会越稳定。但 Rb1、Rb2 就 越 小, 将 增 加损耗、降低输入电阻。VBQ过高使VEQ 增高，VCEQ 减小，易饱和，减小最大不失真输出电压。,工程上一般选取：,Rb1、Rb2一般取几十 k。,4.4.2 射极偏置电路,Re 越大，VEQ = IEQ Re 受 温度影响变化越大，稳定Q点效 果越好；VCEQ = VCC - ICQ Rc - IEQRe越小，越易进入饱和区, 使输出电压的动态范围减小。,Re = 几百几千 (小电流)、几几十 (大电流),IBQ恒定, ICQ随 变化。,固定偏置电路和基极分压式射极偏置电路更换 大的三极管后 IBQ、ICQ、VCEQ 是否改变？,4.4.2 射极偏置电路,思考题,ICQ恒定, IBQ随 变化。,4.4.2 射极偏置电路,(5) 动态性能分析 画交流通路,思路：电源短路、电容短路、其它照画标出交流。,4.4.2 射极偏置电路,b,c,e,b,c,e, 画小信号等效电路,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 别标错位置。,Re能稳定静态工作点，但使放大倍数大大下降。,4.4.2 射极偏置电路,折算, 求电压增益Av,ve = (1 + ) ib Re = ib(1 + ) Re,Re使输入电阻增大。,4.4.2 射极偏置电路,Ri =Rb1/Rb2/Ri =Rb1/Rb2/rbe+(1+)Re,折算, 求输入电阻 Ri,在输出端加测试电压vt，产生测试电流,4.4.2 射极偏置电路,令信号源置零(保留其内阻和受控源)，负载开路,it = vt /Rc。,Ro = vt /it = Rc,= 0, 求输出电阻Ro,Re 不影响输出电阻。,= 0,4.4.2 射极偏置电路,0,若考虑三极管输出电阻 rce (1/hoe), ib,得,由,ib = ?,4.4.2 射极偏置电路,实际上 rce ( 100k ) Re ( 几k ),所以,很大( 几M),4.4.2 射极偏置电路,一般,所以,Re使三极管部分的输出电阻 Ro 增大，恒流性好 ( ic 恒定 )。,4.4.2 射极偏置电路,(6) 与基本共射电路比较,电路,不能,4.4.2 射极偏置电路,VCC - IBQ Rb = VBEQ,= VBEQ + IEQ Re,VCC - ICQ (Rc + Re),VCC - ICQ Rc, IBQ,静态工作点,不同的电路Q点的计算式可能不同。,能,不同的电路动态性能指标的计算式可能不同。,4.4.2 射极偏置电路,动态性能,= 几十 几百,Rb1/Rb2/ rbe+(1+ )Re = 十几 几十k,Rc = 几k,大,小,低,高,高,高,Rc = 几k,Rb/rbe = 几百 几千,= 0.几 几,已知VCC = 12V， Rb1 = 20k，Rb2 =10k， Rc = 2k，Re = 2k，RL = 6k， = 40。画小信号 等效电路，求Av、Ri、Ro。,+VCC,4.4.2 射极偏置电路,例2,解：求IEQ、rbe,4.4.2 射极偏置电路,画小信号等效电路,求Av、Ri、Ro,很小,Re能稳定静态工作点，但使放大倍数大大下降。,4.4.2 射极偏置电路,Ri = Rb1/Rb2/rbe+(1+ )Re = 20/10/0.846+(1+40)2=6.17k,Ro = Rc = 2k,接入 Re 能稳定静态工作点，增大输入电阻，但使放大倍数大大下降。如何解决这个矛盾？,较大,4.4.2 射极偏置电路,(7) 有旁路电容时,Re并联电容Ce。, 静态分析,B. 静态工作点,A. 直流通路,与Re没有并联电容 Ce时相同。,C. 稳定静态工作点,与Re没有并联电容Ce时一样可以稳定静态工作点。,电容Ce对直流开路。,与Re没有并联电容 Ce时相同。,4.4.2 射极偏置电路, 动态分析,Ce 对交流短路，Re 被旁路，对交流相当于 Re = 0。,A. 交流通路,与固定偏置 电路类似,4.4.2 射极偏置电路,B. 小信号等效电路,根据交流通路画小信 号等效电路。,b,c,e,b,c,e,与固定偏置电路类似,4.4.2 射极偏置电路,C. 动态性能指标,Ri = Rb1/Rb2/rbe = Rb/rbe,Ro = Rc,电路参数同例2： VCC = 12V，Rb1 = 20k， Rb2 = 10 k，Rc = 2 k， Re = 2k，RL = 6k， = 40。求 Av、Ri、Ro。,4.4.2 射极偏置电路,例3,解：例2已求得 IEQ = 1.65mA，rbe=0.846k。,Ri =Rb1/Rb2/rbe=20/10/0.846=0.75k,Ro =Rc = 2k,旁路电容使Av不减小，但又使Ri下降。怎样改进?,4.4.2 射极偏置电路,(8) Re部分旁路,Re分为两部分，Re1 不旁路、Re2旁路。, 静态分析,直流通路、静态工作 点、稳定静态工作点与Re 没有并联电容 Ce 时相同， 令 Re = Re1 + Re2 即可。, 动态分析,交流通路、小信号等 效电路、Av、Ri、Ro 与 Re 没有并联电容 Ce 时相同，令 Re = Re1 即可。,Re1=0.2k，Re2 = 1.8 k，电路其它参数同 例2，求Av、Ri、Ro。,4.4.2 射极偏置电路,例4,解：例2已求得IEQ = 1.65mA，rbe=0.846k。,Ri = Rb1/Rb2/rbe + (1 + ) Re1 = 20/10/0.846+(1+40)0.2 = 3.84k,Ro = Rc = 2k,4.4.2 射极偏置电路,(9) 三种电路比较,4.4.2 射极偏置电路,Re 除了引入直流电 流负反馈，可稳定静态工作点外，没被交流旁路时还引入交流电流串联负反,关于负反馈的内容详 见第7章。,馈，可降低放大倍数、提高反馈环内输入电阻、提 高反馈环内输出电阻以及 改变其他动态指标。,前述的单电源射极偏置电 路中 Re 越大，VEQ = IEQ Re 受温度影响变化越大，稳定 Q 点效果越好；但 VCEQ = VCC,4.4.2 射极偏置电路,2. 含有双电源的射极偏置电路,- ICQ RC- IEQ Re 越小，越易 进入饱和区，使最大不失真输 出电压减小。为此，在发射极,接上负电源，把VEQ拉低，从 而使VCEQ =VCQ -VEQ不会太 小，既有好的稳定 Q 点效果又 有较大的最大不失真输出电压。,4.4.2 射极偏置电路,A. 静态工作点,VEE = IBQ Rb +VBEQ+ (1+ )IBQ (Re1 + Re2),VCC = ICQ Rc +VCEQ + IEQ (Re1 + Re2) -VEE,(1) 阻容耦合,VCEQ = VCC + VEE - ICQ Rc - IEQ (Re1 + Re2) = VCC + VEE - ICQ (Rc + Re1 + Re2),ICQ = IBQ,4.4.2 射极偏置电路,B. 小信号等效电路,思路：交流通路 (电源短 路、电容短路、其它照画) b e 间为电阻 rbe、c e 间为受 控电流源 ib 标出交流。,VEE = IBQ RS + VBEQ + (1 + )IBQ Re,4.4.2 射极偏置电路,(2) 直接耦合,A. 静态工作点,VCC = IRc Rc + VCEQ + IEQ Re - VEE,ICQ = IBQ,VCEQ =,VCEQ + IEQ Re - VEE = (IRc-ICQ) RL,4.4.2 射极偏置电路,B. 小信号等效电路,思路：交流通路(电源短 路、其它照画) b e 间为电 阻 rbe、c e 间为受控电流源 ib 标出交流。,4.4.2 射极偏置电路,3. 含有恒流源的射极偏置电路,A. 静态工作点,发射极静态电流由恒流源Io 提 供。ICQ IEQ = Io 很 稳 定， 静态工作点也就很稳定。,B. 小信号等效电路,二极管反向电流随温度变化，升高10约增加1倍。,Rb、VCC受温度影响很 小，电阻电流 IRb 基本恒定。,4.4.2 射极偏置电路,4. 温度补偿法 (1) 利用二极管反向电流,T, IR ,IBQ ,ICQ ,取 VCCVBEQ。,IBQ = IRb - IR,自动调节,4.4.2 射极偏置电路,(2)