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第四章双极结型三极管及放大电路基础 P101 185 基本要求 了解 理解 掌握 1 了解BJT的放大原理及输入输出的特性曲线 上学期 2 掌握BJT放大电路的三种组态的组成 工作原理及特点 3 掌握静态 动态性能指标的分析计算 包括图解分析法和小信号模型分析法 4 掌握多级放大电路的分析计算 5 掌握放大电路频率响应的分析方法 4 3放大电路的分析方法 4 3 1图解分析法 静态动态分析均可 4 3 2小信号模型分析法 仅动态分析 1 静态工作点的图解分析 2 动态工作情况的图解分析 3 非线性失真的图解分析 4 图解分析法的适用范围 4 3 1图解分析法 定义 广义 利用器件的伏安特性曲线 和其他条件 通过作图 分析电路中电压电流大小的方法 简单举例 1 R Us 伏安特性方程 ix与vx的关系应该既满足右边电路的伏安特性 又满足左边电路的伏安特性 即为两条伏安特性的交点 ix vx ix vx 图解分析法定义 BJT 利用BJT的特性曲线 和管外电路的特性曲线 通过作图 分析放大电路静动态压流的方法 已知 BJT的特性曲线 电路参数和输入信号vi待求 静态分析 确定直流压流 IBQ ICQ VCEQ 动态分析 确定交流压流 放大倍数 增益 及讨论电路参数对放大电路性能的影响 1 R Us 共射放大电路的图解分析 分成三部分 BJT 输入回路管外部分 输出回路管外部分 列输入回路伏安特性方程 输入直流负载线方程 列输出回路伏安特性方程 输出直流负载线方程 vCE VCC iCRc 画出直流通路 1 静态工作点的图解分析 1 输入部分图解分析 BJT输入特性曲线复习 在输入特性曲线上 作出直线 两线的交点称为输入部分的静态工作点 即Q点 得到IBQ 在输出特性曲线上 作出直线vCE VCC iCRc 与IBQ曲线的交点称为输出部分的静态工作点 Q点 从而得到VCEQ和ICQ 2 输出部分图解分析 BJT输出特性曲线复习 列输入回路伏安特性方程 输入交流负载线方程 2 动态工作情况的图解分析 静态分析后 电路加上待放大的交流信号 假定为正弦信号 则 总的电压电流关系方程如下 列输出回路伏安特性方程 输出交流负载线方程 vCE VCC iCRc输出回路的直流和交流负载线方程完全相同 为什么 在BJT的输入特性曲线图上画出vBE iB的波形 在输入特性曲线的线性区内 iB和vBE以Q点坐标为中心 随vs以正弦规律变化 根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE的波形 相位相反 在输出特性曲线的平行等距区内 iC和vCE以Q点坐标为中心 随iB以正弦规律变化 2 动态工作情况的图解分析 共射极放大电路中的电压 电流波形 画在互相对应的时间轴上 输出压流的形状与输入压流的形状相同 不失真 3 静态工作点对波形失真的影响 工作点的位置是以静态工作点为中心 随vs的幅值变化上下移动 所以为了使工作点一直保持在放大区内 必须使静态工作点处于合适的位置 如果位置不合适 则会产生波形失真 不失真前提 工作点始终处于输入特性曲线的线性区 输出特性曲线的放大区 截止失真的波形 如果位置偏下 接近截止区 VBEQ IBQ ICQ太小 则 截止失真 iB iC vCE均失真 电流负半周失真 电压正半周失真 受其限制 最大不失真输出电压幅值Vom ICQRC 如果位置偏上 接近饱和区 VBEQ IBQ ICQ太大 则 饱和失真 iC vCE均失真 电流正半周失真 电压负半周失真 受其限制 最大不失真输出电压幅值Vom VCEQ VCES 输入信号过大 即使Q点设置合理 上下同时失真 概念 非线性失真 由于BJT特性曲线的非线性引起的失真 截止失真 饱和失真 饱和失真的波形 一般 Q点设置应满足 vs较大时 选取在输出交流负载线的中点 vs较小时 为降低功率损耗 选取在输出交流负载线的中点偏下一些 举例4 3 1 P 123 阻容耦合放大电路 1 画出直流通路 交流通路 2 静态分析 估算IBQ 并用图解法求出ICQ VCEQ 3 动态分析 说明 本电路中1 交流信号源接地 不易被干扰 2 vBB与vCC合为一个电源 3 输入与输出回路中接有大电解电容 注意极性 称为耦合电容 分别在信号源 放大电路 负载之间连接交流信号 分隔直流信号 称为阻容耦合方式 解 1 直流通路 与直接耦合共射放大电路直流通路相同 交流通路 与直接耦合共射放大电路交流通路不同 输入输出回路均不相同 交流通路 2 静态分析 输出直流负载线方程vCE VCC iC Rc 12 4k iC RC RL RL vce ic RC RL vCE VCEQ ic RC RL VCEQ ICQRL iCRL 其中 ic iC ICQ 3 动态分析 回顾直接耦合电路 由交流通路可得 vCE VCEQ vce 输出回路交 直流通路不同 从而交 直流负载线方程不同 交流负载线方程 vCE VCEQ ICQRL iCRL 交流负载线的出现是否影响最大不失真输出电压幅值 交流负载线与直流负载线交于Q点 其斜率为 而在横轴上的截距为 电路不带负载时 交流负载线与直流负载线重合 4 图解分析法的适用范围 幅度较大而工作频率不太高的情况 优点 直观 形象 a有助于建立和理解交 直流共存 静态和动态等重要概念 b有助于理解正确选择电路参数 合理设置静态工作点的重要性 c能全面地分析放大电路的静态 动态工作情况 缺点 不能分析信号幅度太小或工作频率较高时的电路工作状态 也不能用来分析放大电路的输入电阻 输出电阻等动态性能指标 作业 P1884 3 5 例 Q点位置与电路参数的关系 设工作点原为Q2 若VCC RC不变 设Rb IB Q点沿直流负载线上移 从Q2 Q3 若VCC Rb不变 设RC 直流负载线斜率 Q点沿IB 常数的出特曲线左移 从Q2 Q1 例 Q点位置与电路参数的关系 设工作点原为Q2 设Rb RC不变 设VCC IB 直流负载线向上平移 Q点向上方移动 从Q2 Q4 例 Q点位置与电路参数的关系 设工作点原为Q2 BJT的伏安特性曲线 直观的描述各极间电压与各极间电流之间的关系 对于任何组态 均可将BJT视为二端口网络 输入回路 输出回路 要完整的描述BJT的伏安特性 应选用两组曲线 1 输出端条件一定时 输入端的电压电流关系曲线 2 输入端条件一定时 输出端的电压电流关系曲线 显然 不同的组态 输入输出端口不同 特性曲线也不同 其中 共集与共射组态的特性曲线类似 复习 BJT的V I特性曲线 复习 BJT的V I特性曲线 iB f vBE vCE const 2 vCE增大时 特性曲线右移 当vCE 1V后 特性曲线右移很少 可以认为重合 所以常用vCE 1V的任意一条特性曲线代表全部输入特性曲线 1 当vCE 0V时 相当于发射结的正向伏安特性曲线 1 输入特性曲线 以共射极放大电路为例 共射极连接 iC f vCE iB const 2 输出特性曲线 输出特性曲线的三个区域 放大区 1 vBE vth vCE vBE iB 0发射结正偏 集电结反偏或零偏 2 iC iB iC基本恒定 随vCE增大略微增大 iC基本平行于vCE轴 曲线基本平行等距 复习 BJT的V I特性曲线 共射极连接 图中所示两条曲线之间是否有曲线 饱和区 1 vBE vth vCE0发射结正偏 集电结正偏 2 iC iB iC明显随vCE的增大 减小 而增大 减小 区内vCE很小 称为BJT饱和压降vCES 其值随iB iC的变化而变化 3 vCE vBE 临界饱和 临界放大 iC f vCE iB con