三种基本放大电路及静态工作点

三种接法的比较,1.共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻居中，输出电阻较大，常用于低频放大电路的单元电路。常做为低频放大电路的单元电路。2.共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大，输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点，常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。3.共基电路只能放大电压而不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当，频率特性最好，常用于宽频带放大电路。,2.2基本共射极放大电路,电路组成,简化电路及习惯画法,简单工作原理,放大电路的静态和动态,直流通路和交流通路,书中有关符号的约定,2.2共射极放大电路,1.电路组成,输入回路（基极回路）,输出回路（集电极回路）,2.简化电路及习惯画法,习惯画法,共射极基本放大电路,3.简单工作原理,Vi=0,Vi=Vsint,4.放大电路的静态和动态,静态：输入信号为零（vi=0或ii=0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,电路处于静态时，三极管个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、IC、和VCE（或IBQ、ICQ、和VCEQ）表示。,#放大电路为什么要建立正确的静态？,2.3图解分析法,用近似估算法求静态工作点,用图解分析法确定静态工作点,交流通路及交流负载线,输入交流信号时的图解分析,BJT的三个工作区,输出功率和功率三角形,2.3.1静态工作情况分析,2.3.2动态工作情况分析,共射极放大电路,2.3.1静态工作情况分析,1.用近似估算法求静态工作点,根据直流通路可知：,采用该方法，必须已知三极管的值。,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。,采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。,共射极放大电路,2.用图解分析法确定静态工作点,首先，画出直流通路,2.3.1静态工作情况分析,列输入回路方程：VBE=VCCIBRb,列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc,在输入特性曲线上，作出直线VBE=VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。,在输出特性曲线上，作出直流负载线VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ和ICQ。,2.3.2动态工作情况分析,由交流通路得纯交流负载线：,共射极放大电路,vce=-ic(Rc/RL),因为交流负载线必过Q点，即vce=vCE-VCEQic=iC-ICQ同时，令RL=Rc/RL,1.交流通路及交流负载线,则交流负载线为,vCE-VCEQ=-(iC-ICQ)RL,即iC=(-1/RL)vCE+(1/RL)VCEQ+ICQ,2.输入交流信号时的图解分析,2.3.2动态工作情况分析,共射极放大电路,通过图解分析，可得如下结论：1.vivBEiBiCvCE|-vo|2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。,#动态工作时，iB、iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？,2.3.2动态工作情况分析,3.BJT的三个工作区,当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。,饱和区特点：iC不再随iB的增加而线性增加，即,此时,截止区特点：iB=0，iC=ICEO,vCE=VCES，典型值为0.3V,波形的失真,饱和失真,截止失真,由于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。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。,由于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。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。,2.3.2动态工作情况分析,3.BJT的三个工作区,放大电路的动态范围,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：,工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,2.3.2动态工作情况分析,3.BJT的三个工作区,要有合适的交流负载线。,4.输出功率和功率三角形,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom和Iom都要大。,功率三角形,放大电路向电阻性负载提供的输出功率,在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。,2.3.2动态工作情况分析,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：,（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）,解：（1）,（2）当Rb=100k时，,静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。,其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：,所以BJT工作在饱和区。,VCE不可能为负值，,此时，Q（120uA，6mA，0V），,例题,end,？,思考题,1.试分析下列问题：,共射极放大电路,（1）增大Rc时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,（2）增大Rb时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,（3）减小VCC时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,共射极放大电路,？,思考题,2.放大电路如图所示。当测得BJT的VCE接近VCC的值时，问管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？,截止状态,答：,故障原因可能有：,Rb支路可能开路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-ICRc=VCC。,C1可能短路，VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC-ICRc=VCC。,end,2.4放大电路的工作点稳定问题,温度变化对ICBO的影响,温度变化对输入特性曲线的影响,温度变化对的影响,稳定工作点原理,放大电路指标分析,固定偏流电路与射极偏置电路的比较,2.4.1温度对工作点的影响,2.4.2射极偏置电路,2.4.1温度对工作点的影响,1.温度变化对ICBO的影响,2.温度变化对输入特性曲线的影响,温度T输出特性曲线上移,温度T输入特性曲线左移,3.温度变化对的影响,温度每升高1C，要增加0.5%1.0%,温度T输出特性曲线族间距增大,5.直流通路和交流通路,交流通路,直流通路,共射极放大电路,end,此时，,不随温度变化而变化。,一般取I1=(510)IB，VB=3V5V,2.4.2射极偏置电路,1.稳定工作点原理,目标：温度变化时，使IC维持恒定。,如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。,T,IC,IE,IC,VE、VB不变,VBE,IB,（反馈控制）,静态工作点稳定的放大器,UBE=UB-UE=UB-IERE,I2=（510）IBI1=I2+IBI2,IE=IC+IBIC,分压式偏置电路,RE射极直流负反馈电阻,CE交流旁路电容,静态工作点稳定过程,UB,UBE=UB-UE=UB-IERE,UB被认为较稳定,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,E,C,B,直流通道及静态工作点估算,IB=IC/,UCE=EC-ICRC-IERE,ICIE=UE/RE=（UB-UBE）/RE,UBE0.7V,电容开路,画出直流通道,电容短路,直流电源短路，画出交流通道,交流通道及微变等效电路,B,E,C,交流通道,微变等效电路,微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算,ri=RB1/RB2/rbe,ro=RC,例：上述静态工作点稳定的放大器，各参数如下：RB1=100k，RB2=33k，RE=2.5k，RC=5k，RL=5k，=60。求：（1）估算静态工作点；（2）空载电压放大倍数、带载电压放大倍数、输入电阻、输出电阻；（3）若信号源有RS=1k的内阻，带载电压放大倍数将变为多少？,RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V,解：(1)估算静态工作点,ICIE=UE/RE=(UB-UBE)/RE=(3.7-0.7)/2.5=1.2mA,IB=IC/=1.2/60=0.02mA=20A,UCE=EC-ICRC-IERE=12-1.2(5+2.5)=6V,RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V,解：(2)空载电压放大倍数、带载电压放大倍数、输入电阻、输出电阻,ri=RB1/RB2/rbe=100/33/1.62=1.52k,ro=RC=5k,2.放大电路指标分析,静态工作点,2.放大电路指标分析,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,画小信号等效电路,确定模型参数,已知，求rbe,增益,2.放大电路指标分析,输入电阻,根据定义,由电路列出方程,则输入电阻,放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻,2.放大电路指标分析,输出电阻,输出电阻,求输出电阻的等效电路,网络内独立源置零,负载开路,输出端口加测试电压,对回路1和2列KVL方程,rce对分析过程影响很大，此处不能忽略,其中,则,当,时，,3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较,共射极放大电路,3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较,固定偏流共射极放大电路,Ro=Rc,end,2.4.3稳定静态工作点的措施,采用温度补偿的方法稳定Q点,2.5共集电极电路和共基极电路,静态工作点,动态指标,三种组态的比较,2.5.1共集电极电路,2.5.2共基极电路,2.5.1共集电极电路,1.电路分析,共集电极电路结构如图示,该电路也称为射极输出器,求静态工作点,由,得,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,画小信号等效电路,确定模型参数,已知，求rbe,增益,1.电路分析,其中,一般,，则电压增益接近于1，,即,电压跟随器,输入电阻,根据定义,由电路列出方程,则输入电阻,当,，,时，,1.电路分析,输入电阻大,输出电阻,由电路列出方程,其中,则输出电阻,当,，,时，,输出电阻小,#既然共集电极电路的电压增益小于1（接近于1），那么它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？,例子2.5.1，VBB=6V，VCC=12V，RB=15千欧，RE=5千欧，UBEQ=0.7V,rbb=100欧，B=50，求Q点，Au,Ri,Ro.,2.5.2共基极电路,1.静态工作点,直流通路与射极偏置电路相同,2.动态指标,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,2.动态指标,输入电阻,输出电阻,例：2.5.2电路见下图，RE=3000欧，Rc=5K欧，B=100，rbe=1K欧，试估算Au,Ri,Ro,3.三种组态的比较,三种接法的比较,1.共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻居中，输出电阻较大，常用于低频放大电路的单元电路。常做为低频放大电路的单元电路。2.共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大，输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点，常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。3.共基电路只能放大电压而不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当，频率特性最好，常用于宽频带放大电路。,2.6.1复合管放大电路,复合管的组成原则1.在正确的外加电压下每只管子的各极电流均有合适的通道，且均工作在放大区。2.为实现电流的放大，应将第一只管的集电极或发射极电流作为第二只管的基极电流。3.只要很小的驱动电流iB，就能获得很大的输出集电极电流ic，需要提高电源电压。,答疑,1.线形电阻的伏安特性曲线,U/I=RU/I=R,2.晶体管BE结微变等效电路,UBEQ/IBQ=R非线性,UBE/IB=rbe在Q点处近似线性,答疑,3.电流源及其特性曲线,I1=IS+Ir1=IS+U1/r,I2=IS+Ir2=IS+U2/r,I=I2-I1=（U2-U1）/r=U/r,r=U/I,如何求r？,答疑,4.晶体管CE间的微变等效电路,流控电流源,在线性放大区，rce很大，可忽略,2.7场效应管放大电路,2.7.1电路的组成原则及分析方法,(1).静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区,(2).动态:能为交流信号提供通路,组成原则,分析方法,2.7.1场效应管放大电路的三种接法共源放大电路共漏放大电路共栅放大电路,图2.7.2基本共源放大电路,将漏极电流iD的变化转换成电压UGS的变化，从而实现电压放大UGSQ=VGG，然后作负载线UDS=VDD-iDRd,得到交点Q，读出坐标值IDQ和UDSQ,N沟道耗尽型绝缘栅场效应管符号及特性曲线,2.7.3场效应管的微变等效电路,跨导gm=ID/UGS,id=gmugs,场效应管的微变等效电路,压控电流源,2.7.3静态分析,无输入信号时（ui=0），估算：UDS和ID。,R1=150kR2=50kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20V,设：UGUGS,则：UGUS,而：IG=0,+UDD+20V,直流通道,2.7.4动态分析,微变等效电路,动态分析：,电压放大倍数,负号表示输出输入反相,电压放大倍数估算,R1=150kR2=50kRG=1MRS=10kRD=10kRL