第8章晶体管放大电路ppt课件.ppt

8.1单管放大电路的工作原理,1.输入回路信号源es和信号源内阻RS给放大电路的输入端提供ui。耦合电容C1起隔直流通交流的作用。常取(几几十)F有极性电容,8.1.1放大电路的组成,基极电源UBB和基极偏置电阻RB给BE结提供正向偏置电压与偏置电流IB，使V有合适的静态工作点。RB的取值通常为(几十几百)k。,1,2.输出回路集电极电源UCC和集电极负载电阻RCUCC为uo提供能量和经RC给集电结提供反偏，使V处于放大状态。UCC一般为(几几十)V。RC可将ic变换为uce，实现电压放大。RC的一般为(几几十)k。耦合电容C2C2的作用同C1相似。负载电阻RL放大电路所提供有对象如扬声器、继电器线圈等，一般为(几百几k)。3.三极管VT放大电路中的核心器件，三极管V具有电流放大作用，实现用能量较小的信号去控制UCC供给的能量，输出一个能量较大的信号，还可看成是一个控制元件。,2,4.放大电路的简化,图8-1电路中，用了UBB和UCC。实际电路中用UCC代替UBB，把RB改接到UCC上，选择合适的RB，仍可保证BE结正偏、BC结反偏，使V处于放大状态。,在放大电路中，通常将公共端接“地”，即为零电位，把UCC用VCC表示，如图8-2所示。,3,5.放大电路中电压和电流符号的规定,表8.1.1放大电路中电压和电流的符号,4,8.1.2静态工作点的设置在图8-2中，如果去掉RB断开BE结直流偏压，如图8-3所示。在输入端加上ui(C1视为短路)，只有在ui的正半周，且uiBE结的死区电压时，BE结才正偏导通，产生ib。在ui的负半周，BE结反偏截止，无ib，于是得到图8-4的电流波形。显然此时ib的波形和ui的波形相比，产生了严重失真。可见，不设置静态工作点，放大电路的波形失真很大。主要由BE结的单向导电性和输入特性的非线性产生。,5,为消除上述失真，必须在未加入ui前先给BE结加上偏压UBEQ，而且大于死区电压，产生一个起始的IBQ。然后输入ui，使ui和UBEQ一块叠加到BE结，由ui引起的ib也叠加到IBQ上，如图8-5所示。可见设置静态工作点Q，使UBEQui成为脉动直流电压，由输,入特性得到iB与uBE的变化规律，为IBQ+ib的叠加。在ui的整个周期内，V都不会进入截止区，保证三极管始终处于放大状态，并由iB控制集电极电流iCiB，从而避免了波形失真。,6,8.1.3共射极放大电路的工作原理1.静态分析ui0时的工作状态称静态，这时电路中只有直流值，故C1、C2开路，图8-2电路可画成如图8-6所示的直流通路。其直流值为输入回路中,IBQ,VT的放大作用ICQIBQ+ICEOIBIBQ输出回路UCEQVCCICQRC由静态值IBQ、ICQ和UCEQ可分别在V输入、输出特性曲线上确定出相应的静态工作点Q。,7,【例8-1】在图8-6所示电路中，已知VCC12V，RC4k，RB300k，37.5。估算放大电路的静态值，并判断管子是否处于放大状态。解：IBQ40AICQIBQ37.50.04mA1.5mAUCEQVCCICQRC121.54V6V集基极电压UCBUCEQUBEQ60.7V5.3V，说明BC结反偏，而BE结正偏，因此V处于放大状态。,8,2.动态工作情况分析,动态时，交流信号电压uiUimsint(V)，图8-7a,9,基极总电压uBE图8-7buBEUBEQuiUBEUimsint基极总电流iB图8-7ciBIBQibIBQIbmsint当VT在放大状态时，集电极电流，图8-7diCiB(IBQib)IBQibICQicICQIcmsint集射极之间的电压uCE图8-7euCEUCCiCRCUCC(ICQic)RC(UCCICQRC)icRCUCEQuce由于C2的隔直通交，输出uouce图8-7fuouceicRCIcmsintRCIcmRCSin(t)Ucemsin(t),10,可归纳出以下结论：放大电路输入交流信号ui时，uBE、iB、iC和uCE都是由静态直流分量和交流分量叠加而成的。由于各直流分量的值大于各交流分量的值，因而保证三极管在整个交流信号周期内都处于线性放大状态。在共射极放大电路中，ui、ib与ic相位相同，而uo则与ui相位相反，这就是共射极放大电路的倒相作用。且uoui。通过V的电流放大作用icib和RC，将电流变换为电压，实现了放大电路的电压放大作用。,11,8.2放大电路的图解法,利用三极管的输入输出特性曲线，通过作图的方法，直观地分析放大电路工作性能的方法，称为图解分析法，简称图解法。应用图解法可直观地看到交流信号的放大传输过程，正确地选择静态工作点Q和确定动态工作范围，估算电压放大信数。,8.2.1静态分析,12,从图8-8可知：由于VCC=12V，大于UBEQ0.7V，故晶体管V工作在放大状态，于是由式(8.1.1)得IBQ40A在输入特性曲线可确定出静态工作点Q和UBEQ0.7V，如图8-8b所示。由图可知，工作点Q位于输入曲线的线性段。,1.从输入特性曲线确定UBEQ与IBQ,13,2从输出特性曲线确定ICQ与UCEQ由于IBQ40A，则IC和UCE按IBQ40A的那一条输出特性曲线变化，而V的外部电路方程则为UCEVCCICRC由上式得：当IC=0时，UCEVCC12V，在横轴上的截距12V；当UCE=0时，ICVCCRC3mA，在纵轴上的截距3mA。并连接图中该两点，即为放大电路的直流负载线。直流负载线与晶体管该条输出特性曲线(IBQ40A)的交点Q，称为放大电路的静态工作点。对应的静态值ICQ1.5mAUCEQ6V,14,8.2.2动态分析1.从输入特性曲线找iB的变化规律设输入信号ui0.02sintV，则三极管发射结上的总电压uBEUBEQui0.7+0.02sintV，在0.680.72(V)之间变化，如图8-9a所示，由于三极管工作在输入特性曲线的线性区，随着uBE的变化，工作点沿着QQ1QQ2Q往复变化，故ib随ui按正弦规律变化，变化范围为2060(A)之间，即ib20sint(A)，如图8-9b所示。,15,16,2.从输出特性曲线找iC和uCE的变化规律当iB在20A到60A之间变化时，在IC=f(UCE)曲线也从20A到60A之间变化。当输出端开路时，V外部电路的uCEUCCiCRC其变化轨迹与直流负载线重合。在iB20A时，V工作于Q2点；iB60A时，V工作于Q1点。随ui变化，工作点沿QQ1QQ2Q的轨迹往复变化。即iC与uCE的变化规律。把Q1Q2之间的范围称为动态工作范围。由此，我们可画出相应的iC和uCE的波形，如图8-9c。由图可得，iC在0.752.25(mA)之间范围变化，故ic0.75sintmA。uCE在39(V)之间范围变化，如图8-9d。故uouce3sin(t)V。此时，放大电路对ui的电压放大倍数为Au150式中负号说明uo与ui相位相反。,17,图8-10aQ点过高引起的饱和失真,1.饱和失真图8-8a中RB过小时，使IBQ很大，UCE0，ICVCCRCIB，静态工作点在负载线上的Q1，如图8-10a所示。在ui的正半周，V进入饱和区，iC接近最大值，且iCiB，uo的负半周的顶部被削平，造成uo波形严重失真，称为饱和失真。,8.2.3非线性失真对放大电路的基本要求是输出信号尽可能不失真。但由于Q点设置不合适或者ui幅度过大，使放大电路的工作范围超出了特性曲线的线性范围，造成各种非线性失真。,18,2.截止失真当图8-8a中RB很大或断开时，IB很小，导致IC很小，而UCEVCCICRCVCC，这时Q点在负载线上的Q2，如图8-10b。在ui的正半周，V工作在特性曲线的线性部分，uo不失真；ui负半周时，V进入截止区，使uo的正半周顶部被削平，波形的严重失真，称为截止失真。,要使放大电路不产生非线性失真，就必须有一个合适的Q点，它应大致选在负载线的中点或UCEQUCC/2。可见，图解法可以直观形象地反映出放大电路的过程，但作图麻烦、不适用于复杂电路的分析计算。,19,8.3微变等效电路法,在定量分析放大电路的工作性能时，除图解法外，还可采用微变等效电路法。它是把非线性元件晶体管在微小信号情况下线性化、等效为一个线性元件后，求解晶体管放大电路的方法。它可分析电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等参数。,8.3.1晶体管的微变等效电路,1.晶体管输入端的等效晶体管的输入特性曲线图8-11a是非线性的。当ui很小时，在Q点附近工作段可视为直线，图8-11b，当UCE为常数时，UBE与IB的比值,20,rbe(8.3.1),rbe称为晶体管的输入电阻低频小功率晶体管的输入电阻rbe可用下式估算rbe300(1),在小信号情况下，rbe是常数。因此，V的输入端可用rbe代替，如图8-11c。,21,图8-12a的IC=f(UCE)曲线图8-12b中，当V工作在放大区时，其输出特性曲线近似为一组与横轴平行和等间隔的直线。当UCE为常数时，即忽略UCE对的影响，则IC与IB的比值为,2.晶体管输出端的等效,称为晶体管的电流放大系数。在小信号条件下，为常数。故，V的输出端用icib代替，如图8-12c。,22,8.3.2放大电路的微变等效电路,放大电路的微变等效电路由晶体管的微变等效电路和放大电路的动态电路构成。画该电路原则是：(1)C1和C2，因XC很小，可视为短路；