4-晶体三极管及其基本放大电路(下).ppt

1、4.3 放大电路的分析方法,一、放大电路的直流通路和交流通路,二、等效电路法,三、图解法,一.静态分析（求静态工作点Q点）,二. 动态分析,求放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,（1）近似估算,（2）图解法,（1）等效电路法,（2）图解法,4.3.1 放大电路的直流通路和交流通路,通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。,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。 直流通路：是指静态（ui=0）时，电路中只有直流量流过的通路。 画直流通路有三个要

2、点： 电容视为开路 电感视为短路 信号源视为短路,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。 交流通路：它是指动态（ui0）时，电路中交流分量流过的通路。 画交流通路时有两个要点： 耦合电容视为短路。 直流电压源视为短路。,直流通路,交流通路,直流通路,交流通路,4.3.2 图解法,在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路各元件参数的情况下，利用作图的方法对放大电路进行分析就叫图解分析法。 图解分析法的基本思路是： 先找出电路中电压和电流的一般关系； 由这些关系定出使用什么曲线； 分别分析无输入信号（静态）和有输入信号（动态）时的情况。,利用晶体管的输入、输出特性曲线求

3、解静态工作点的方法称为图解法。其分析步骤一般为：,(1)按已选好的管子型号在手册中查找、或从晶体管图示仪上描绘出管子的输入、输出特性如下图所示：,直流负载线以及静态工作点的图解分析,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。,iC=f(uCE) iB=40A,M(VCC,0),(12 , 0),(0 , 3),UCEQ 6V,ICQ

4、1.5mA,Q,用图解法分析放大器的静态工作点,通过图解分析，可得如下结论： 1. vo与vi相位相反； 2. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 3. 可以确定最大不失真输出幅度。,输入交流信号时的图解分析,共射极放大电路,交流负载线以及动态图解分析,放大电路带上负载RL后，在输入信号ui不变的情况下，输出电压uo的幅值变小,直流负载线和交流负载线,最大不失真输出电压 (1)Q点若本来就处于截止区或饱和区，则输入正弦波信号时， 一定会失真； (2)即使Q点处于放大区，当信号幅度比较大时，也会出现失真。 因此，为了减小非线性失真，必须合理地选择静态工作 点的位置，并适当限制输入信号的幅度。,图

5、解法求放大倍数：从图中读出,为了保证输出电压的幅度尽可能大，尽量要把Q点放置在放大区的负载线的中点位置。其横坐标值为：,或,最大不失真输出电压为：,波形非线性失真分析,（1）RB的影响 若改变RB ，就会改变偏流IB RBVCC/RBIBQ RBVCC/RBIBQ,（2）RC的影响 若改变RC，直流负载线的斜率会发生变化 RCVCC/RCQ右移,（3） 源VCC的影响 改变VCC，直流负载线发生平移 VCCQ右移,RB、RC、VCC的改变都对Q点的位置有影响，但RB的影响最大，故为了得到合适的Q点，常常调节RB。,Q,u0,Q点的上移造成放大过程中信号的一部分进入饱和区，发生饱和失真，集电极电

6、流上削波。,放大电路输出电压同样产生饱和失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈下削波。,结论：,输入信号波形,iC,VB值大Q点高，饱和失真！,当RB1变小时，引起静态工作点Q上行：,当RB1变大时，引起静态工作点Q下行：,Q,输入信号波形,Q点下行造成放大过程中信号的一部分进入截止区，发生截止失真，集电极电流呈下削波。,iC,u0,放大电路输出电压同样产生截止失真。由于共射电路输入、输出反相，因此输出电压呈现上削波。,结论：,VB值小Q点低，截止失真！,图解分析法的适用范围,1、图解分析法的优点：可直观、全面地了解放大器的工作情况能在曲线上合理安排工作点帮助理解电路参数对工作点的影

7、响，正确选择电路参数能估计动态工作范围,2、图解分析法的缺点： 比较烦琐 精度低 不能用于高频 不能分析输入电阻、输出电阻以及带反馈的电路 3、适用范围： 图解分析法适用于输入信号大、频率低、不带反馈的场合。,例: 电路如图。由于电路参数的变化使静态工作点产生如图所示的变化。 静态工作点从Q1移到Q2、从Q2移到Q3、从Q3移到Q4时，分别是哪个电路参数变化造成的？ 当电路的静态工作点分别为Q1-Q4时，哪种情况下最易产生截止失真？哪种情况下最易产生饱和失真？哪种情况下最大不失真输出电压最大？其值约为多少？ 电路的静态工作点为Q4时，集电极电源VCC为多少伏？集电极电阻RC为多少千欧？,解：静

8、态工作点从Q1移到Q2、从Q2移到Q3、从Q3移到Q4时，分别是哪个电路参数变化造成的？ 从Q1移到Q2由于RC减小 从Q2移到Q3由于Rb减小或VBB增大 从Q3移到Q4时由于VCC增大,、当电路的静态工作点分别为Q1-Q4时，哪种情况下最易产生截止失真？哪种情况下最易产生饱和失真？哪种情况下最大不失真输出电压最大？其值约为多少？,电路的静态工作点为Q4时，集电极电源VCC为多少伏？集电极电阻RC为多少千欧？ 集电极电源为12VRC=VCC/IC=(12/4)=3K,Q2最易产生截止失真 Q3最易产生饱和失真 Q4最大不失真输出电压最大：,二、等效电路法,半导体器件的非线性特性使放大电路的分

9、析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。,1. 直流模型：适于Q点的分析,利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。,输入回路等效为恒压源,输出回路等效为电流控制的电流源,2. 晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）,在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。,低频小信号模型,在低频、小信号作用下的关系式,交流等效模型（按式子画模型）,电阻,无量纲,无量纲,电导,h参数的物理意义,b-e间的 动态电阻,内反馈系数,电流放大系数,c-e间的电导,简化的h参数等效电路交流等效模型,查阅手册,利用PN结的电流方程可求得,在输入特性曲线上，Q点越

10、高，rbe越小！,3. 基于小信号等效模型的放大电路的动态分析,1. 利用直流通路求Q点,2. 画出小信号等效电路,3. 求增益,4. 求输入电阻,5. 求输出电阻,放大电路分析的基本步骤如下,放大电路的 交流等效电路,阻容耦合共射放大电路的分析,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。,1.利用直流通路求Q点,小信号等效电路,2. 画出小信号等效电路,3. 求增益,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,4. 求输入电阻,输入电阻中不应含有Rs!,5. 求输出电阻,所以：,根据定义：,5. 求输出电阻,所以：,根据定义：,例1 共射放

11、大电路如图所示。设：VCC15V，Rb=750k,Rc=RL=3k,BJT的b =150，,1、试求电路的静态工作点Q。,解：,2、估算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。,解：画微变等效电路,Ri=rbe/Rbrbe=1.5K,Ro=Rc=3k,例2 在图示电路中。设：VCC12V，Rb=510k,Rc=3k, 晶体管的 ， b =80 ， UBEQ0.7V ；RL=3k。,（1）求出电路的Q点、,（2）若所加信号源内阻Rs为2k，求出 。,解：（1）,（2）,4.4 晶体管放大电路的三种接法,一、静态工作点稳定的共射放大电路,二、基本共集放大电路,三、基本共基放大电路,四、三种

12、接法的比较,一、静态工作点稳定的共射放大电路,对于放大电路而言，Q点是至关重要的。Q点设置的好坏，对波形的失真、电压增益有很大的影响。例如当晶体管所处环境温度升高时，晶体管内部载流子运动加剧，因此将造成放大电路中的各参量将随之发生变化。,1、温度对UBE的影响,2、温度对值及ICQ的影响,若 温度上升，将造成输出特性曲线上移。,静态工作点Q 随之上移,温度TQ点ICUCEVC,如果VCVB，则集电结就会由反偏变为正偏，当两个PN结均正偏时，电路出现“饱和失真”。,为不失真地传输信号，实用中需对,上述电路进行改造。分压式偏置的共,发射极放大电路可通过反馈环节有效,地抑制温度对静态工作点的影响。,

13、静态工作点稳定的典型电路,（1）电路组成,分压式偏置的共发射极放大电路由于设置了反馈环节，因此当温度升高而造成IC增大时，可自动减小IB，从而抑制了静态工作点由于温度而发生的变化，保持Q点稳定。,对固定偏置的放大电路进行改造。,RB,RB1,分压电阻,射极反馈电阻,射极旁路滤波电容,为稳定工作点Q而添加的负反馈环节,分压电阻,（2）稳定原理,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，则可通过Re的反馈作用使IC保持相对恒定，实现静态工作点的稳定。,静态工作点稳定过程：,Re 的作用：,T()ICUE UBE（UB基本不变） IB IC,Re起直流负反馈作用，其值越

14、大，反馈越强，Q点越稳定。,关于反馈的一些概念： 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。,（3） Q 点分析,（4）动态分析,将电容短路,直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路。,电压放大倍数：,输出电阻：,输入电阻：,问题：如果去掉CE，放大倍数怎样？,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,二、基本共集放大电路,共集电极放大电路的特点是：晶体管的集电极直接与直流电源UCC相接，负载接在发射极电阻两端。显然，电路的输入极仍为基极，输出极却是发射极，公用一个集电极。,1. 静态

15、分析,2. 动态分析：电压放大倍数,射极跟随器,Ri与负载有关！,带负载电阻后,例 在阻容耦合共射极放大电路中： 已知 UCC = 12V， RB = 240k， RE = 3k， RL = 6k， RS = 150， = 50 。,试求（1）静态工作点；（2）Au、ri 和 ro 。,（1）静态工作点,直流通路,（2）Au、Ri 和 Ro,小信号等效模型,（2）Au、Ri 和 Ro,小信号等效模型,（2）Au、Ri 和 Ro,小信号等效模型,Ri=Rb /rbe +(1+)RL ) RL = RL / Re,Io,VO,三、基本共基放大电路,1. 静态分析,2. 动态分析,3. 特点：,只放

16、大电压，不放大电流！ 输入电阻小，输出电阻大。 频带宽！适合于宽带放大。,Rs,4.5 放大电路的频率响应,一、频率响应的有关概念,二、晶体管的高频等效电路,三、单管共射放大电路的频率响应,一、频率响应的有关概念,放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。 在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。,1. 要研究的问题,2. 高通电路和低通电路,（2）低通电路:信号频率越低，输出电压越接近输入电压。,使输出电压幅值下降到70.7%，相位为45的

17、信号频率为截止频率。,（1）高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。,3. 放大电路中的频率参数,在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。,高通电路,低通电路,在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。,下限频率,上限频率,结电容,(1)模型的建立：由结构而建立，形状像，参数量纲各不相同。,gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。,连接了输入回路和输出回路,二、晶体管的高频等效电路1. 混合模型,（2）混合模型的单向化（使信号单向传递）,等效变换后电流不变,（

18、3）晶体管简化的高频等效电路,？,2、电流放大倍数的频率响应,为什么短路？,（1）适于频率从0至无穷大的表达式,（2）电流放大倍数的频率特性曲线,（3）电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系,采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为 单位为“分贝” （dB），使得 “ ” “ ” 。,lg f,注意折线化曲线的误差,20dB/十倍频,折线化近似画法,3.晶体管的频率参数,共射 截止频率,共基 截止频率,特征频率,集电结电容,通过以上分析得出的结论： 低频段和高频段放大倍数的表达式； 截止频率与时间常数的关系； 波特图及其折线画法； C的求法。,讨论一,1. 若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？ 2. 为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？,讨论二,电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电极电流ICQ2mA；晶体管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。,三、单管共射放大电路的频率响应,适用于信号频率从0的交流等效电路,中频段：C 短路， 开路。,低频段：考虑C 的影响， 开路。,高频段：考虑 的影响，C 开路。,1. 中频电压放大倍数,带负载时：,空载时：,2.