三种基本放大电路及静态工作点教程

1、三种基本放大电路及静态工作点教程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3.2 共射极放大电路3. 简单工作原理Vi=0Vi=Vsint3.2 共射极放大电路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、

2、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？3.2 共射极放大电路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。直流通路+- 采

3、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，画出直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 2.3.1 静态工作情况分析2.3 图解分析法直流通路IBVBE+-ICVCE+- 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

4、： 共射极放大电路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL) 因为交流负载线必过Q点，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令RL = Rc/RL1. 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+ ICQ2.3 图解分析法 过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL 直线，该直线即为交流负载线。 RL= RLRc， 是交流负载电阻。 交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。 2.3 图解分析法2. 输入交流信号时的图解分析 2.3.2

5、 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. vi vBE iB iC vCE |-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2.3 图解分析法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= ICEOvCE= 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

6、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2.3 图解分析法 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2.3 图解分析法 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

7、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2.3 图解分析法（思考题） 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（120

8、uA，6mA，0V）， 例题end2.3 ？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2.3 ？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 - IC Rc= VCC 。 C1可能短路， VBE=0， IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc=

9、VCC 。end2.4 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1 C ， 要增加0.5%1.0%温度T 输出特性曲线族间距增大总之： ICBO ICEO T VBE IB IC 3.2 共射极放大电路5. 直流通路和交流通路交流通路 直流通

10、路 耦合电容：通交流、隔直流 直流电源：内阻为零 直流电源和耦合电容对交流相当于短路 共射极放大电路end（思考题）此时，不随温度变化而变化。一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V b点电位基本不变的条件：I1 IB ，VB VBE 且Re可取大些，反馈控制作用更强。 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 稳定原理： IC IEIC VE、VB不变 VBE IB（反馈控制）I1I2IB静态工作点稳定的放大器UBE=UB-UE =UB - IE REI2=（510）IBI1=

11、 I2 + IB I2RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoBECIE = IC +IB IC分压式偏置电路RE射极直流负反馈电阻CE 交流旁路电容ICIERB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB静态工作点稳定过程TUBEICICIEUEUBUBE=UB-UE =UB - IE REUB被认为较稳定ICIEIB由输入特性曲线本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程ECB直流通道及静态工作点估算UBIB=IC/UCE = EC - ICRC - IEREIC IE =UE/RE = （UB- UBE）/ RE UBE 0.7V +ECRB1RCRB2R

12、EICIEIBUCE电容开路,画出直流通道RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo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BEC交流通道RB1RCRB2RLuiuoBECibiciii2i1微变等效电路rbeRCRLRB1RB2BECI1I2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/ rbero= RCrbeRCRLRB1RB2BECI1I2RL= RC / RL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； （

13、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=1 k 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UB=（3315）/（100+33）=3.7VIC IE =UE/RE = (UB- UBE)/ RE = (3.7-0.7)/2.5 =1.2mAIB=IC/=1.2/60=0.02mA=20AUCE = EC - ICRC - IERE =12-1.2 (5+2.5)=6VRB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V解

14、：(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=300+61 (26/1.2)=1622 =1.62 kri= RB1/ RB2/ rbe =100/33/1.62=1.52 kro= RC =5kAu空= - RC /rbe=-60 5/1.62=-186 Au载= - RL /rbe=-60 (5/5)/1.62=-93 2.4.2 射极偏置电路2. 放大电路指标分析静态工作点 2.4.2 射极偏置电路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 2.4.2 射极偏置电路2. 放大电路指标分析输入电阻根据定义由

15、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 2.4.2 射极偏置电路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，一般（） 2.4.2 射极偏置电路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较 共射极放大电路静态： 2.4.2 射极偏置电路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电压增益：输入电阻：输出电阻：Ro = Rc 2.4.2 射极偏置电路end2.4.3 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

16、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 2.5.1 共集电极电路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， 2.5.1 共集电极电路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，输出电阻小共集电极电路特点： 电压增益小于1但接近于1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，

17、带负载能力强# 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 2.5.2 共基极电路2. 动态指标电压增益输出回路：输入回路：电压增益： 2.5.2 共基极电路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,Ro3. 三种组态的比较电压增益：输

18、入电阻：输出电阻： 2.5.2 共基极电路三种接法的比较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

19、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UIRUIU/I=RU/ I=R2. 晶体管BE结微变等效电路IBUBEQUBEQ / IBQ =R非线性 UBE / IB =rbe在Q点处近似线性 UBE IB rbe答疑3.电流源及其特性曲线UIISISUIUIIrISrUIISI1=IS+Ir1 =IS+U1/rI2=IS+Ir2 =IS+U2/rI= I2 -I1 =（ U2 - U1 ）/r = U/rr= U/ I如何求r？答疑4. 晶

20、体管CE间的微变等效电路 iCuCEiCuCErbeibib rce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静态分析：估算法、图解法。动态分析：微变等效电路法。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UDSQN沟道耗尽

21、型绝缘栅场效应管 符号及特性曲线GSDIDUDSUGSGSD2.7.3 场效应管的微变等效电路GSDSGDrDSidrDS = UDS / ID 很大，可忽略。UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨导gm = ID / UGS ID = gm UGSid=gmugsID = gm UGS场效应管的微变等效电路压控电流源SGDid2.7.3 静态分析无输入信号时（ui=0），估算：UDS和 ID。+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KIDUDSR1=150kR

22、2=50kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm =3mA/VUDD=20V设：UGUGS则：UGUS而：IG=0+UDD+20VR1RDRGR2150K50K1M10KRS10KGDS所以：=直流通道IDUDSIG2.7.4 动态分析微变等效电路+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KSGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDid 动态分析：UgsUiUgsgmIdriroUoSGR2R1RGRLDRLRD= gm UiRL 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=10kgm =3mA/VUDD=20V=-3（10/10）=-15RL=RD/RLro=RD =10K SGR2R1RGRLDRLRD输入电阻、输出电阻=1+0.15/0.05=1.0375M R1=150kR2=50kRG=1MRD=10kRS=10k