第6章基本放大电路.ppt

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1、6.1 基本放大电路的组成6.2 放大电路的静态分析6.3 放大电路的动态分析6.4 共射放大电路6.5 共集放大电路,第6章 基本放大电路,一、基本放大器：a 电路结构 b 元件作用,二、分析简单的放大电路：a 静态分析 b 动态分析,重点内容：,第6章 基本放大电路,共发射极交流放大电路的组成,6.1 基本放大电路的组成,共发射极基本电路,6.1.1 放大电路的组成,电路组成：晶体管T 基极电源EB与基 极电阻RB 集电极电源EC 集电极电阻RC 耦合电容C1、C2,（1）晶体管V。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。（2）电源UCC和UBB。使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体

2、管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，UCC一般在几伏到几十伏之间。（3）偏置电阻RB。用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的静态工作点，一般为几十千欧到几百千欧。（4）集电极负载电阻RC。将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以实现电压放大，一般为几千欧到几十千欧。（5）电容Cl、C2。用来传递交流信号，起到交流耦合的作用；同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，采用的是极性电容，联结时要注意其极性。,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,6.1.2 放大电路的简化,共发射极放大

3、电路的实用电路,(1)放大电路的输入电阻 ri,(2)放大电路的输出电阻 r0,(3)电压放大倍数 Au,放大电路的动态性能指标,1、放大电路的输入电阻,放大电路对信号源来说，是一个负载，可用一个电阻等效代替，这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻ri。,2、放大电路的输出电阻,对于负载而言，放大电路相当于信号源(可以将它进行戴维宁定理等效），等效电路的内阻就是输出电阻r0。,3.电压放大倍数,放大电路的工作特点,1、无输入信号(ui=0)时:,uo=0uBE=UBEuCE=UCE,结论：,无输入信号时，三极管各极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE。,(IB、UB

4、E)和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。,UBE,无输入信号(ui=0)时:,？,有输入信号(ui 0)时,uCE=UCC iC RC,uo 0uBE=UBE+uiiB=IB+ibiC=IC+icuCE=UCE+uo,2、有输入信号(ui 0)时:,交直流信号共存,结论：,加上输入信号后，各极电流和电压的大小均发生了变化，即在直流量的基础上叠加了一个交流量。,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,静态分析,结论：,若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。,输出电压与输入电压在相位上相差180，即共发射极电路具有反相作用。,3

5、.实现放大的条件,(1)晶体管必须工作在放大区：发射结正偏，集 电结反偏。(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大 区。(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。,4.直流通路和交流通路,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。,直流通路：无交流信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。,交流通路：有交流信号时交流分量（变化量）的通 路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出

6、电阻等动态参数。,6.2 放大电路的静态分析,静态：放大电路无信号输入(ui=0)时的工作状态。,静态分析的目的：确定放大电路的静态值。静态工作点Q：IB、IC、UCE。,分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压、电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。,设置Q点的目的：保证被放大的信号不失真，使放大电路工作在较佳的工作状态。,静态工作情况分析静态是动态的基础,放大电路中的电压和电流符号表,6.2.1 用直流通路确定静态值（估算法）,1.画放大电路的直流通路,直流通路,对直流信号而言，电容 C 可看作开路。,断开,断开,基极电流,集电极电流,IC=IB,集-射极电压,UCE=UCC-

7、RCIC,2.静态值的计算,IC=IB=37.5 0.04=1.5 mA,例1：已知UCC=12V,RC=4k,RB=300k,=37.5,试求放大电路的静态值。,注意：电路中IB 和 IC 的数量级不同,例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。,由例1、例3可知，当电路不同时，计算静态值的公式也会有所不同。,由KVL可得：,由KVL可得：,RE,UCEQ,如图所示，(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点Q。,6.2.2 用图解法确定静态值,UCE=UCC ICRC,IB,直流负载线,直流负载线斜率,由IB确定的那条输出特性与直流负载线

8、的交点就是Q点,给出晶体管的输出特性曲线；作直流负载线：由直流通路求出偏置电流 IB；交点即为静态工作点Q；找出对应的静态值：IB、IC、UCE。,6.2.2 用图解法确定静态值,：一般步骤,UCE=UCC ICRC；,（1）作直流负载线,解,根据 UCE=UCC-RCIC,例：已知UCC=12V,RC=4k,RB=300k,=37.5。作直流负载线；求静态值。,（2）求IB,静态工作点与电路参数关系的讨论,RB 的影响 若加大RB，则偏流IB会减小。由于直流负载线的位置未变，则工作点将沿着直流负载线从Q点下移到Q1点。反之，减小RB，工作点将上移至Q2点。,静态工作点与电路参数关系的讨论,R

9、C 的影响 若减小RC，则直流负载线的斜率增加，由图中的线移至线，Q点将移到Q点。,静态工作点与电路参数关系的讨论,UCC 的影响 若加大UCC，由于直流负载线的斜率未改变，则直流负载线将平行向右移动，即从线移到线；由于增加了UCC，所以偏流IB也会随之增加，因此Q点会移到Q点。,6.3 放大电路的动态分析,动态：放大电路有信号输入（ui 0）时的工作状态。,分析方法：微变等效电路法、图解法。所用电路：放大电路的交流通路。,分析对象：各极电压和电流的交流分量。,目的：找出Au、ri、ro与电路参数的关系，分析信号的失真情况。,UBE,无输入信号(ui=0)时:,？,有输入信号(ui 0)时,u

10、CE=UCC iC RC,uo 0uBE=UBE+uiiB=IB+ibiC=IC+icuCE=UCE+uo,有输入信号(ui 0)时各极电压、电流的波形图：,交直流信号共存,扩音机示意图,放大电路,话筒,信号源,负载,扬声器,放大电路的等效示意图,6.3.1 放大电路的动态性能指标,(2)放大电路的输入电阻 ri,(3)放大电路的输出电阻 ro,(1)电压放大倍数 Au,(1)电压放大倍数,反映的是放大电路的放大信号的能力，其大小应能满足工作的需要。,(2)放大电路的输入电阻交流动态电阻,放大电路对信号源来说，是一个负载，可用一个电阻等效代替，这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电

11、阻 ri，即,(3)放大电路的输出电阻,对于负载而言，放大电路相当于信号源(可以将它进行戴维宁定理等效），等效电路的内阻就是输出电阻 r0，它也是动态电阻。,6.3.2 放大电路的图解分析法,图解法就是利用晶体管的特性曲线，在静态分析的基础上，用作图的方法来分析各个电压和电流交流分量之间的传输情况和相互关系。,图解法的优点是直观、形象，便于对放大电路的工作原理的理解；缺点是不适用于分析复杂的电路，且作图过程麻烦，容易产生误差。,直流负载线反映静态时电流 IC 和 UCE 的变化关系,由于C2的隔直作用,不考虑负载电阻RL，因此，直流负载线的斜率为-1/RC。,6.3.2 放大电路的图解分析法,

12、1.交流负载线,交流负载线反映动态时电流 iC和uCE的变化关系,由于C2的交流耦合作用，可以视C2为交流短路，RL 与RC并联，所以交流负载线的斜率为-1/RL，比直流负载线要陡些。,交流负载RL,其中：,IB,交流负载线,交流负载线的作法,当输入信号为零时，放大电路仍工作在静态工作点Q，故交流负载线也通过静态工作点Q。,直流负载线,2.图解分析,Q,由图可见，电压和电流都含有直流分量和交流分量。,uo,Q,合适的静态工作点可输出最大的不失真信号，输出电压uo与输入电压ui信号反相。负载电阻RL越小，交流负载线愈陡，uo的幅值越小,电压放大倍数越低。,uo,称为截止失真,3.非线性失真,Q,

13、(1)Q点过低，信号进入截止区,上平：截止失真,uo,称为饱和失真,Q,(2)Q点过高，信号进入饱和区,下平：饱和失真,3.非线性失真,截止失真,饱和失真,小 结,（1）交流信号的传输情况：,ui(即ube),ib,ic,u0（即uce）,（2）电压和电流都既含有直流分量，又含有交流分量。,uBE=UBE+ube,uCE=UCE+uce,iB=IB+ib,iC=IC+ic,（3）输入电压信号ui和输出电压信号u0 相位相反。,（4）电压放大倍数等于输出正弦电压的幅值与输入 正弦电压的幅值之比；RL的阻值愈小，交流负 载线愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。,微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的

14、放大电路等效为一个线性电路，即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。,线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。,微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,6.3.3 微变等效电路法,1.晶体管的微变等效电路,UBE,Q,输入特性曲线,晶体管的输入电路,UBE,1.晶体管的微变等效电路,晶体管的输入电阻 rbe,Q,即晶体管的输入电路可以用rbe等效代替。,晶体管的输入电路,低频小功率晶体管的输入电阻估算为：,式中：IE发射极电流的静态值；晶体管的电流放大系

15、数。rbe的值一般为几百欧到几千欧。,1.晶体管的微变等效电路,Q,输出特性曲线,晶体管的输出电路,1.晶体管的微变等效电路,即晶体管的输出电路可以用一个受控源来等效代替，以表示晶体管的电流控制作用。,晶体管的输出电路,Q,输出特性曲线,ib,晶体管,微变等效电路,1.晶体管的微变等效电路,2.放大电路的微变等效电路,有信号源作用时的电路，称为放大电路的交流通路或信号通路，是只研究放大电路中交流分量时的电路。作交流通路的原则：电容短路；直流电源对地短路。在交流通路中，晶体管用它的微变等效电路模型替代，即为放大电路的微变等效电路。,短路,短路,对地短路,交流通路,2.放大电路的微变等效电路,+,

16、+,ube,uce,ib,ic,分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。,2.放大电路的微变等效电路,（1）当 RL时,分两种情况讨论：,3.电压放大倍数的计算,负载电阻RL越小，放大倍数 Au 越低。,（2）当 RL=（即输出端开路）,式中的负号表示输出电压与输入电压的相位相反。,（3）考虑信号源内阻的存在时的电压放大倍数,RS的存在使电压放大倍数减小。,解,已求得 IC=1.5mA IE,RL=RC RL=2k,已知UCC=12V,RC=4k,RB=300k,=37.5，RL=4k，试求电压放大倍数。,例题,4.放大电路输入电阻ri 的计算,放大电路对信号源来说，

17、是一个负载，可用一个电阻等效代替，这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻 ri，即,输入电阻对交流而言是动态电阻。,放大电路的输入电阻 ri,定义：,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，信号源的功耗越低，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,ri,较大的输入电阻也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在上式中，由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在几百欧到几千欧，较低，并不理想。,4.放大电路输入电阻ri 的计算,5.放大电路输出电阻 r0 的计算,对于负载而言，放大电路相当于信号源（可以将它用戴维宁定理等效），等效电路的内阻就是输出电阻r0

18、，它也是动态电阻。,输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，带负载能力越强，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。,5.放大电路输出电阻 r0 的计算,上式中，RC在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，是不理想的。,5.放大电路输出电阻 r0 的计算,1.对电压、电流和功率都有放大作用；2.电压放大倍数高，并且输出电压信号和 输入电压信号反相位；3.输入电阻比较小；4.输出电阻比较大。,共射放大电路小结,ri,ro;,直流通路,rbe:,ri,ri,ro,ro,ri,ri,6.4 共射放大电路,此电路的特点是：当电路参数一定时，偏流 IB 是固定

19、的，故称此电路为固定偏置放大电路。,固定不变，不能自动减少以限制IC的增加，从而不能自动稳定静态工作点。,6.4.1 固定偏置放大电路,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适而稳定的静态工作点。但是，温度的变化会严重影响静态工作点Q的位置。,对于固定偏置放大电路，和集射极反向截止电流ICEO易随温度而变化，所以温度对静态工作点Q位置的影响比较大。,温度对 值及ICEO的影响,总的效果是：,温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。,温度对静态工作点的影响,总之：,固定偏置电路的Q点是不稳定的。为此，需要改进电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB以限制IC的增加，从而抑制Q点的变化，保

20、持Q点基本稳定。,采用分压式偏置电路则可以自动稳定静态工作点。,6.4.2 分压式偏置电路 可自动稳定静态工作点,VB,可认为：VB与晶体管的参数无关，不受温度变化的影响。,+,+,+,静态工作点稳定的过程,直流通路,增设了偏置电阻RB2，使得静态基极电位VB基本固定；增设了发射极电阻RE，使得IC 基本固定。,分压式偏置放大电路的特点,（1）I2不能太大，否则RB1、RB2 ri 功率损耗增加。一般取 I2=(510)IB。（2）VB不能太高，否则 VEUCE(UCC一定)输出电压动态变化范围，一般取 VB=(510)UBE。,注意：,可认为IC不受温度变化的影响。RE 越大，稳定性越好。但

21、太大将使输出电压降低。一般取几百欧几千欧。,+,+,+,6.4.3 静态分析,估算法:,VB,6.4.4 动态分析微变等效电路,1.电压放大倍数,RL：,b.RL，考虑信号源内阻 Rs 时：,2.输入电阻 ri,3.输出电阻 ro,对交流信号：旁路电容 CE 将RE 短路，RE不起作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同。,旁路电容,例：图示电路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,解：（1）用估算法计算静态工作点,（2）求电压放大倍数,（3）求输入电阻和输出电阻,去

22、掉CE后的微变等效电路,如果去掉CE，Au，ri，ro?,去掉CE后的微变等效电路,去掉CE后的微变等效电路,无旁路电容CE,有旁路电容CE,分压式偏置电路,Au不变,ri 减小,ro不变,Au减小,ri 增大,ro不变,6.5 共集放大电路,信号是由基极输入，发射极输出，在接法上是一个共集电极电路，又称为射极输出器。,一.静态分析,1.电压放大倍数,二.动态分析,1,电压放大倍数接近于1但是小于1，说明输出电压和输入电压同相，且大小基本相等，故射极输出器又称为射极跟随器。,1,2.输入电阻,射极输出器的输入电阻高，对前级有利。ri 与负载有关。,3.输出电阻,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,共集放大电路主要特点,(1)电压放大倍数为1左右，所以无电压放大作用，但是有电流放大作用，因而也有功率放大作用。(2)由于具有恒压输出的特性，可以作简单的恒压装置。(3)输入电阻高，例如在测量仪器中，可以用于输入级，能减小信号源的负担，保证测量的精确度。(4)输出电阻低，可以用于输出级，以提高放大器的带负载能力。,第6章作业(第188190页）,6.2.1 6.3.1 6.3.2 6.4.1 6.4.2 6.5.1,E N D,第6章 基本放大电路,