第二章基本放大电路共射、共集、共基.ppt

1、,2.1 共射极放大电路,2.2 放大电路分析,2.3 共集电极电压放大电路,2.5 多级放大电路,2.6 差分放大电路, 2.7 放大器的频响特性, 2.8 场效应管基本放大电路,2.4 共基极电压放大电路,第二章 基本放大电路,一、放大的概念,放大电路的本质：用较小能量控制较大能量。（用一个能量较小的输入信号对直流电源的能量进行控制和转换，使之转换成较大的交流电能输出，以便驱动负载。）,放大电路作用：通过晶体管和场效应管组成的放大电路，在保证输出和输入信号波形基本相同的前提下，将微弱的电信号增强到需要的强度输出。,放大电路的基本特征：功率放大。 转换、控制能量的元件（有源元件）-晶体管和场

2、效应管。放大前提：信号不失真。,1、放大倍数,电压放大倍数：输出电压比输入电压。 电流放大倍数：输出电流比输入电流。,二、放大电路主要性能指标,2、输入电阻ri -输入电压有效值Vi和输入电流Ii有效值之比。,从输入端看进去的 等效电阻,3、输出电阻ro -从放大电路输出端看见去的等效电阻。,它反映放大电路带负载能力，输出电阻越小，放大电路带负载能力越强。,从输出端看进去等效成有内阻的电压源，内阻即输出电阻。,空载时输出电压有效值,带RL时的输出电压有效值,4、频率响应：,反映放大电路放大能力随信号频率变化的特性,5、最大输出范围与非线性失真,放大电路只适用于放大某一特定频率范围（通频带）内的

3、信号。,非线性失真-输出信号与输入信号产生明显的差别，这种差别体现为一种非线性。,三极管有三个电极，对小信号实现放大时在电路中可有三种连接方式（或称三种组态）。,共(发)射极接法 共基极接法 共集电极接法,2.1 共发射极放大电路,2.2.1、电路组成及各元件作用,信号源,信号源内阻,输入电压,输出电压,直接耦合放大电路,1、电路组成,vs,电路改成电位画法,一、电路特点,1、直流量、交流量共存于放大电路，前者是直流电源作用的结果，后者是输入的交流信号作用的结果； 2、由于电感、电容元件的存在，直流量和交流量流经的通路不同。,2.2.2、放大电路的直流通路和交流通路,（3）静态-没有交流信号输

4、入，即vi=0时，电路中只有直流电源在工作的状态。,（4）静态工作点-静态时晶体管各电极直流电流和极间直流电压称为静态工作点，简称Q点。 Q点：IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ,二、几个概念,（1）直流通路-在直流电源作用下直流电流流经的通路。（用于确定静态工作点。） （2）交流通路-输入信号作用下交流信号流经的通路。（用于研究动态参数和性能。）,（5）动态-输入交流信号vi0时，电路中各处电压、电流处于交变状态，电路处于动态工作状态，简称动态。,vBE,iB,iC,vCE,放大电路的组成原则,静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够

5、获得放大了的动态信号。 对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。,1、绘制放大电路的直流通路原则： 信号源视为短路，保留内阻； 电容视为开路； 电感线圈视为短路，忽略线圈内阻。,三、绘制直流、交流通路原则：,直流通路用于分析放大电路的静态工作点,2、绘制放大电路的交流通路的原则： 无内阻的直流电源（如VCC可看作电容）视为短路； 容量大的耦合电容容抗可忽略，视为短路。,交流通路用于分析放大电路的动态参数,若去掉基极电源，输入回路没有VCC，静态时此处相当于短路，晶体管处于截止状态。,四、设置静态工作点的必要性,vCE,为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零

6、时有合适的直流电流和极间电压？,放 大 电 路 分 析,静态分析（确定放大器件工作状态）,图解分析,等效电路分析,动态分析（分析放大电路性能）,图解分析,等效电路分析,计算机仿真,IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ,Av、ri、ro,2.1.3 放大电路的分析方法,第一、静态分析 静态分析的目的-确定晶体管静态工作点（Q点），判断晶体管是否工作于放大状态。,2、等效电路法-利用晶体管直流工作状态下的等效模型，对线性化后的器件用电路分析方法来确定电压、电流。,1、图解法-利用晶体管（非线性元件）的输入、输出特性曲线和外接线性电路特性曲线，通过作图寻找它们的交点（静态工作点、Q点），来确定相应的电

7、压和电流，从而分析放大器工作状态的方法。,IBQ、 VBEQ 、 ICQ、VCEQ,图解法分析前提-必须知道放大器件的特性曲线。,第二、动态分析。 动态分析的目的-分析放大电路的性能指标（放大倍数、输入电阻、输出电阻等）。 1、图解法-在已知放大器件特性曲线的前提下，通过作图分析放大器基本性能的方法。 2、等效电路法-利用晶体管在交流工作情况下的等效模型，对线性化后的器件模型用电路分析方法来确定放大器性能指标。,微变等效电路法,线性化近似的前提-输入变化幅度不大的小信号。,分析放大电路遵循的原则：“先静态、后动态”,一、放大电路的静态分析,利用直流通路,静态分析等效电路法归纳,（2）放大状态晶

8、体管等效电路,（1）直流通路,（3）放大电路静态等效电路,近似条件：VBE 0.7V(硅管),或 0.3V(锗管),（4）近似估算,IBQ =(VCC VBEQ)/RB,ICQ =IBQ,VCEQ = VCC ICQRC,IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ,B,C,E,VBE 0.7V(硅管),二、放大电路的动态分析,动态分析目的：确定放大电路的性能指标。包括放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出等。,当输入信号vi0，电路中各处电压、电流在静态工作点基础上叠加一个随vi变化的交流分量。,三极管基极的电流波形 (a)直流分量； (b)交流分量； (c)总变化量,利用交流通路,1、晶体管的

9、微变等效电路,（1）考察输入回路,对小输入信号，输入特性在小范围内近似线性。,B、动态分析的等效电路法,vi,理论计算：,rbb 和re仅与杂质浓度及制造工艺有关,VT : 温度电压当量.常温(27C), VT =26mV,基区体电阻。 小功率管几十到几百欧姆。（常取300）,发射区体电阻。很小只有几欧姆，忽略不计。,发射结电阻rbe,（2）考察输出回路,所以：,输出端相当于一个受 ib控制的电流源,方向：ib为be ic为ce,vbe,vbe,rbe,ib,e,b,c,e,b,c,弄清楚等效的概念：,1、对谁等效。 2、怎么等效。,b) 晶体管的微变等效电路,模型适用：只用于动态参数分析，不

10、用于静态参数求解；只适用于低频小幅信号。,a)交流通路,c) 放大电路的微变等效电路,（3）动态分析微变等效电路法归纳步骤,（1）电压放大倍数-输出电压与输出电流的相量之比。,负载电阻越小，放大倍数越小。,2、放大电路的动态参数分析,（2）输入电阻ri-从放大电路输入端往放大器内部看除源后的等效电阻。（除源-电压源短路、电流源断路）,（3）输出电阻ro-对负载而言，从放大电路输出端往放大电路内部看，除源后的等效内阻。,ro=Rc,除源（电压源短路、电流源断路）,第一种方法：分析法。 将信号源短路，令vs=0，保留信号源内阻Rs。将负载开路RL=，从输出端加交流电压VO，在输出端产生电流Io。,

11、ro,通过计算获得：,第二种方法：实验法。 在输入端加固定电压Vi，先测量输出端负载开路时的电压Vo，再接入负载电阻RL（阻值已知），测输出端电压Vo。,.,.,（4）电源电压放大倍数-输出电压与源电压相量之比。,当需要考虑信号源内阻Rs的对放大器电压放大倍数的影响：,考虑信号源内阻时，电压放大倍数下降。,ro,例题1：共射放大电路如图所示。 设：VCC12V，Rb=300k， Rc=3k，RL=3k， RS=200， BJT的=50。,（1）试求电路的静态工作点Q。,解：静态分析,（2）估算电路的电压放大倍数、输入电阻 ri和输出电阻ro。,ri=rbe/Rbrbe=991,ro=Rc=3k

12、,（3）估算电路源电压放大倍数,（4）若将Rb改为50k，再计算（1）（2）（3）的值。,求电路的静态工作点Q,解：（静态分析）,-晶体管工作于饱和区，静态工作点设置不合适,例题2：若输出电压的波形出现如下失真，判断是截止还是饱和失真？应调节哪个元件？如何调节？,解：截止失真。 应增大VBB或减小Rb，,使Q点上移,t,例题3：画出图示电路的直流通路和交流通路。,将vS短路，即为直流通路。,2-2 静态工作点稳定的共射放大电路,2.2.1 温度对静态工作点的影响及稳定Q点的重要性,(1）温度对VBE导通电压的影响 相同VBE下，IB上升 (2）温度对ICBO 、 ICEO的影响,IC=ICN+

13、ICBO,(3）温度对的影响,IC=ICN+ICBO,温度升高，VCEQ降低，Q点沿直流负载线上移，向饱和区变化； 温度降低Q点沿直流负载线下移，向截止区变化。,VCEQ= VCC-/ICQRC,静态工作点的设置决定信号是否会产生失真，工作点变动还会引起晶体管参数变化，使放大器性能和指标下降。,稳定静态工作点是指在环境温度变化时静态集电极电流ICQ和VCEQ基本不变。,反馈是把输出信号的一部分或全部回送到输入端，对输入信号进行调控，以达到改善电路性能的控制过程。 如果反馈到输入端的信号对输入信号的调控结果，是使放大器输入信号增强，这种反馈称为正反馈。 如果使放大器输入信号减弱，这种反馈称为负反

14、馈。,2.2.2 静态工作点稳定的典型电路 分压式偏置电路、分压式电流负反馈偏置电路、串联电流直流负反馈电路。,1、电路基本特点和工作原理,（1）上偏置电阻RB1和下偏置电阻RB2组成分压器供给三极管正向直流电压。,I2IB的条件下，基极电位VB只取决于RB1、RB2、电源电压VCC，不受环境温度影响。,I2IB,I2,IB,I1,（2）发射极电阻RE。,VE = IERE = (IB+IC) RE ICRE,VBE = VB-VE = VB - IERE,IE=(VB-VBE) / RE,设VBVBE,IE=(VB-VBE) / RE ,VB / RE IC,因VB 不受温度变化影响， IC

15、也不受温度变化影响。,分压式偏置电路稳定工作点的物理过程：,RB1,+VCC,RC,C1,C2,RB2,CE,RE,RL,vi,vo,I1,I2,IB,+,+,电路特点： 利用分压电路取得稳定的电压VB，再通过发射极反馈电阻RE实现电流负反馈作用。,3、电路静态和动态分析,（1）静态分析,VBQ RB2VCC / (RB1+RB2),IEQ=(VBQ-VBEQ) / RE ICQ,IBQ=ICQ / IEQ / （1+）,VCEQ VCC-ICQ (RC+RE),（2）动态分析,反馈电阻RE因旁路电容CE的存在对交流信号没起作用，故RE也叫直流反馈电阻。,？为改善放大器交流特性-串联电流交直流

16、负反馈放大器,（1）静态分析,VBQ RB2VCC / (RB1+RB2),IEQ=(VBQ-VBEQ) / RE ICQ,IBQ=ICQ / IEQ / （1+）,VCEQ VCC-ICQ (RC+RE),（2）动态分析,与没有交流反馈电阻电路比较，电压放大倍数下降。,例题1：分析分压偏置共射放大电路。 VBEQ=0.7V，rbe=1.5K， （1）计算静态工作点Q。 （2）分别求出有、无CE两种情况下电压放大倍数和输入电阻。,VCC,RL,RC,RB1,C1,C2,vi,vo,RB2,CE,RE,+12V,5.1k,5.1k,15k,5k,2.3k,=100,VBQ RB2VCC / (R

17、B1+RB2) =512/(5+15)=3V,VBQ0.7V，发射结正向设置,IBQ=ICQ / IEQ / （1+）=10A,VCEQ0.3V饱和电压，静态工作点设置合适。,解：（1）静态分析,ICQ IEQ=(VBQ-VBEQ) / RE = (3-0.7) / 2.3=1mA,VCEQ VCC-ICQ (RC+RE)=12-1(5.1+2.3)=4.6V,（2）动态分析,A、当有CE时,= ,100(5.15.1),5.1+5.1,= 170,ro =RC = 5.1K,B、当无CE时,vo,vi,RE,RB2,RB1,RL,RC,VCC,RL,RC,RB1,C1,C2,vi,vo,RB

18、2,CE,RE,+12V,5.1k,5.1k,15k,5k,2.3k,=100,vo,vi,rbe,RE,RB2,RB1,RL,RC,Ib,.,b,c,e,b,c,e,Ib,.,没有旁路电容时， 电压放大能力很差,.,ro =RC,=3.75K,vo,vi,rbe,RE,RB2,RB1,RL,RC,有发射极反馈电阻而没有旁路电容输入电阻提高,1、电路组成,共集电极电路-在交流情况下集电极是输入、输出的公共端。,发射极接输出负载-射极输出器。,集电极电阻RC没有,vo,vs,vi,+VCC,2-3 基本共集电极放大电路,利用直流通路计算静态工作点 。,2、静态分析,VCC=IBQRB+VBEQ+

19、IEQRE=IBQRB+VBEQ+(1+) IBQRE,ICQ=IBQ,VCEQ=VCC IEQRE,3、动态分析 利用交流通路的微变等效电路。微变等效电路要记住三个点：B、C、E。be间接rbe，ce间是个受控Ib控制的电流源。,（1）电压放大倍数,射极输出器、电压跟随器,注意： 1、分母比分子多一项，电压放大倍数小于1。 rbe与RE/RL相比可以忽略，电压放大倍数约等于1。 2、输出电压和输入电压同相位。,（2）输入电阻,输入电阻很高,接负载时的输入电阻,空载时的输入电阻,(3)输出电阻 假如信号源vS=0，RL=开路，输出端加电压V，产生电流I。,输出电阻很低,（4）源电压放大倍数,共集电极电路放大对象不是电