共射极放大电路的分析解读

2007年全国职业培训 参评组别：B016优秀教研成果评选活动参评教案 专业分类：电工电子课程名称：电子技术基础共射极放大电路的分析近似估算法共射极放大电路的分析近似估算法教学目的通过利用放大电路的直流通路和交流通路，推导出放大器静态和动态的近似计算公式，并利用公式对放大器进行定量分析。教学重点放大器直流通路和交流通路的画法。 利用公式计算放大电路中的相关量。 教学难点利用直流通路和交流通路推导计算公式。教学时间 90分钟。 课前复习1、静态和动态。2、共射极放大电路的基本组成。 3、共射极放大电路的基本工作原理。 授课内容在实践中，放大电路的用途是非常广泛的，它能够利用三极管的电流控制作用把微弱的电信号增强到要求的数值，以满足实际的要求。为了进一步理解放大电路的性能，需要对放大电路进行必要的定量分析。由于交流放大电路中同时存在着直流分量和交流分量，为了分析方便，常将二者分开来研究。本次内容首先介绍直流、交流通路的基本概念，然后再对近似估算法进行讲解。一、直流通路和交流通路 图21 共射极放大电路的直流通路和交流通路a）电路 b）直流通路 c）交流通路1、直流通路 定义直流通路是放大电路的直流等效电路，是在静态时放大电路的输入回路和输出回路的直流电流流通的路径。画法画直流通路时，把有电容器的支路断开，其他不变。（如图21b 所示） 2、交流通路： 定义交流通路是放大电路的交流等效电路，是动态时放大电路的输入回路 和输出回路的交流电流流通的路径。画法画交流通路时，可将电容器和电源都简化成一条直线。（如图21c 所示）二、近似估算法近似估算法，就是利用直流通路和交流通路推导出电路的计算公式，以计算电路中的静态、动态量。1、近似估算静态工作点估算静态工作点时可利用图21b 的直流通路，由图可知： BEQ B BQ CC U R I U += 经整理可得： BBEQCC BQ RU U I -=由于三极管BEQ U 为其管压降，硅管0.7v ，锗管0.3v ，与CC U 相比可忽 略不计 ，则上式可写为： BCC BQ RU I 根据三极管的电流关系CEO B C I I I +=，忽略CEO I 有： BQ CQ I I 由图21b 中集电极回路可得：C CQ CEQ CC R I U U +=则：C CQ CC CEQ R I U U -=根据上面的公式就可以计算出静态工作点对应的BQ I ，CQ I 和CEQ U 。 例21，设在图21单级小信号放大电路中，V 6U CC=，=K 200R B ，=K 2R C，50=，试图近似估算法计算放大电路的静态 工作点。分析：该题较为简单，可直接利用前面的公式进行直接计算。解:mA 03. 0102006R U I 3BCC BQ =mA 5. 103. 050I I BQ CQ = v 325. 16R I U U C CQ CC CEQ =-=-=注意:计算时要先进行单位换算, 否则容易出现错误。 2、近似估算放大电路的输入和输出电阻 输入电阻（iR ） 图22 放大器的输入和输出电阻输入电阻等于输入电压与输入电流的比值，即ii i I U R。如图22所示。输入电阻的大小影响到实际加在放大器输入端信号的大小，iR 越大，信号源提供的信号电流越小，从信号源吸取的能量就越少，所以在实际应用时要求输入电阻大一些。输出电阻（0R ）放大器的输出回路可看成一个具有一定内阻0R 的“电源”，这个内阻即为放大器的输出电阻，如图22。由图可知，0R 越小，放大器带负载能力越强，所以在实际中要求输出电阻小一些。估算输入和输出电阻 输入电阻iR从放大器输入端看进去时，放大器的输入电阻就是BR 和be r 的并联值，如图23所示 ： 图23 放大器的输入电阻所以iR 为 ：be B i /rR R =由于 BR 常为几十到几百千欧，而be r 约为一千欧，即BR be r ，故上式可写为：be i r R be r 为基极与发射极之间的等效电阻，可由经验公式计算得到：mAI mV26 1(300r EQ be +=+=其中CQ BQ CQ EQ I I I I +=式中的26mV 是一个与温度有关的电压值，只需记忆。 输出电阻0R从输出端看进去，输出电阻0R 等于集射极等效电阻ce r 和集电极负载电阻CR 的并联值，如图24 图24 放大器的输出电阻即：C ce 0R / r R =由于ce r 数值较大，一般为几十至几百千欧，而CR 一般为几千欧，即ce r CR ，故上式可写为：C 0R R 例22 如图21所示，若三极管的50=，mA 2. 1I CQ =，mA 3. 0I BQ =，=K 1R C ，试求放大器的输入和输出电阻。分析：要想计算输入电阻，必须先计算出be r 的数值，那么必须知道EQ I的数值，此题中给出了 I CQ 和 I BQ 的值，所以可以直接计算出 I EQ 的数值， 输入电阻就可以利用公式求解了，输出电阻也可直接利用公式求解。 解： 先求解 I EQ ： I EQ = ICQ + I BQ = 1.2 + 0.3 = 1.5mA 则 rbe 为： rbe = 300 + (1 + 26mV 26mV = 300 + (1 + 50 1. 2 k I EQ mA 1.5mA R i rbe = 1.2K 输出电阻为： R 0 R C = 1K 3、放大器的电压放大倍数 A U 定义 放大器输出电压变化量（交流成分）uo（或有效值 UO）与输入电压变 化量（交流成分）ui（或有效值 Ui）之比称为电压放大倍数，即： AU = 或： u0 ui AU = U0 Ui 电压放大倍数反映了放大器的放大能力。 估算电压放大倍数 由于放大器的输出端在空载和有载时其输出电压有所变化，因此对放 大器的放大倍数就有一定影响，下面分别讨论这两种情况下的电压放大倍 数。 输出端不带负载时 放大器的交流通路如图 25a 所示，此时输出电压 u o 就是集电极电流 i c 和集电极负载 R C 的乘积，由于输出电压 u o 和集电极电流 i c 相位相反。 -5- 图 25 放大线路的交流通路 a）不带负载时的交流通路 b）带上负载时的交流通路 故有： u o = i c R c 而输入信号电压 u i 为 i i 和放大器输入电阻 R i 的乘积： u i = ii R i 由于 R i rbe ， i i i b 故有： u i i b rbe 根据定义公式可得： AU = 由于 = u 0 icR C = ui i b rbe ic ，故上式可写为： ib u i R R A U = 0 = c C = C ui i b rbe rbe u 0 icR C R = = C ui i b rbe rbe 注意：书中式 225，式 228 均有错误。 式 225 改为 u 0 = i C R C （将 i C 的下标 C 改为小写字母 c） 式 228 改为 A U = 输出端带上负载 放大器带上负载后， 输出端的交流等效电阻变为 R L ( R L = R L /R C , 如图 25b 所示，这时输出电压变为： u 0 = i c R L ui 保持不变，则电压放大倍数为： -6- AU = u 0 icR L R = = L ui i b rbe rbe 三极管电流放大系数为 = 45 ，试求：输出端不带负载时的电压放大倍 数； 输出端带负载电阻 R L1 = 6K 时的电压放大倍数； 输出端带负载 注意：书中的式 229，式 230 中也有错误，应将 i C 的下标 C 改为 小写字母 c。 例 23 在图 25 所示的电路中，设 R C = 3K ， I EQ = 2.6mA ， 电阻 R L 2 = 3K 时的电压放大倍数。 分析：求解电压放大倍数时必须看清楚放大器带不带负载，然后再选 择正确的公式进行计算。本题目的在于比较放大器不带负载和带上负载以 及带上不同负载时电压放大倍数有什么区别。 解： 先求解电阻 rbe ，根据前面公式可得： rbe = 300 + (1 + 26mV 26mV = 300 + (1 + 45 = 760 I EQ mA 2.6mA 由于不带负载，则放大倍数为 3 103 RC A U = = 45 = 178 rbe 760 R R L1 3 6 由于 R L1 = R C /R L1 = C = = 2K R C + R L1 3 + 6 则此时的电压放大倍数为： 2 103 R L1 A U1 = = 45 = 118 760 rbe R R L2 3 3 由于 R L 2 = R C /R L 2 = C = = 1.5K R C + R L2 3 + 3 则此时的电压放大倍数为： AU2 R L2 1.5 103 = = 45 = 89 rbe 760 从这道题中我们可以看出