三極管放大電路及其分析方法

1、三極管電路放大電路及其分析方法一、教學(xué)要求1. 重點(diǎn)掌握的內(nèi)容（1）放大、靜態(tài)與動態(tài)、直流通路與交流通路、靜態(tài)工作點(diǎn)、負(fù)載線、放 大倍數(shù)、輸入電阻與輸出電阻的概念；（2）用近似計(jì)算法估算共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；（3）用微變等效電路法分析計(jì)算共射電路、分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的電壓 放大倍數(shù)Au和Aus,輸入電阻R和輸出電阻R0o2. 一般掌握的內(nèi)容（1）放大電路的頻率響應(yīng)的一般概念；（2）圖解法確定共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，定性分析波形失真，觀察電 路參數(shù)對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，估算最大不失真輸出的動態(tài)范圍；（3）三種不同組態(tài)（共射、共集、共基）放大電路的特點(diǎn)；（4）多級放大電路三種耦合方式的特點(diǎn)，

2、放大倍數(shù)的計(jì)算規(guī)律。3. 一般了解的內(nèi)容（1）共射放大電路fL、fH與電路參數(shù)間的定性關(guān)系，波特圖的一般知識。 多級放大電路與共射放大電路頻寬的定性分析；（2）用估算法估算場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的方法。二內(nèi)容提要1. 共射接法的兩個基本電路共射放大電路和分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路 是模擬電路中最基本的單元電路。學(xué) 習(xí)這兩種基本電路的分析方法是學(xué)習(xí)比較復(fù)雜的模擬電路的基礎(chǔ)。2. 兩種基本分析方法圖解法和微變等效電路法 在“模擬電路”中，三極管是非線性元件，因此不能簡單地采用“電路與磁路”課中線性電路地分析方法。圖解法和微變等效電路法 就是針對三極管非線性 的特點(diǎn)而采用的分析方法。3. 放大電路的三

3、種組態(tài)共射組態(tài)、共集組態(tài)和共基組態(tài) 由于放大電路輸入、 輸出端取自三極管三個不同的電極， 放大電路有三種組態(tài)共射組態(tài)、共集組態(tài)和共基組態(tài)。由于組態(tài)的不同，其放大電路反映出的 特性是不同的。在實(shí)際中，可根據(jù)要求選擇相應(yīng)組態(tài)的電路。4. 兩種放大元件組成的放大電路 雙極型三極管放大電路 和場效應(yīng)管放 大電路一般來說，雙極性三極管是一種電流控制元件，它通過基極電流i B的變化控制集電極電流Ic的變化。而場效應(yīng)管是一種電壓控制元件，它通過改變柵源 間的電壓ugs來控制漏極電流i d的變化；其次，雙極性三極管的輸入電阻較小， 而場效應(yīng)管的輸入電阻很高，靜態(tài)時柵極幾乎不取電流。由于它們性能和特點(diǎn)的 不同，

4、可根據(jù)要求選用不同元件組成的放大電路。5. 多級放大電路的三種耪合方式阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合將多級放大電辟連接起來的時候，就出現(xiàn)了級與級之間的耦合方式問題。 通 過電阻和電容將兩級放大電路連接起來的方式稱為阻容耦合。由于電容的作用，使各級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立，分析估算比較方便。 但它不能放大變化緩慢的信號和直流信號， 也不便于 集成化；將前級輸出與后級輸入直接相連的方式稱為 直接耦合 。它能傳遞相放大 變化緩慢的信號和直流信號， 便于集成， 但由于是直接耦合， 各級靜態(tài)工作點(diǎn)互 不獨(dú)立，分析計(jì)算比較麻煩。另外，還存在著 電平偏移 和零點(diǎn)漂移 現(xiàn)象；通過變 壓器的初級和次級把前級

5、輸出與后級輸入連接起來的方式稱為 變壓器耦合 。它能 夠?qū)崿F(xiàn)阻抗變換 ，以便在負(fù)載上得到最大的功率輸出， 各級靜態(tài)工作點(diǎn)也互相獨(dú) 立。但由于變壓器比較笨重，消耗有色金屬，也不適于集成化。6. 放大電路的頻率響應(yīng)當(dāng)將不同頻率的信號輸入放大電路時， 由于晶體管極間電容和電路中電抗性 元件的影響， 放大電路的放大倍數(shù)要隨之變化并產(chǎn)生一定的相位移。 因此，放大 電路的電壓放大倍數(shù)和相位是頻率的函數(shù)， 稱之為放大電路的 頻率響應(yīng) 。把放大 倍數(shù)與頻率的關(guān)系稱之為 幅頻特性 ，相位與頻率的關(guān)系稱之為 相頻特性 。三、重要概念本章涉及到的一些重要概念有： 放大的本質(zhì)、 靜態(tài)和動態(tài)、 直流通路和交流 通路、工

6、作點(diǎn)、負(fù)載線、非線性失真、放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、頻率特 性等?，F(xiàn)簡述如下：1. 放大 放大的實(shí)質(zhì)可以從兩個方面來看： 一是其能量的控制作用， 即用 一個能量比較小的信號去控制另一個能量， 使負(fù)載上得到較大的能量； 二是放大 作用必須針對變化量而言， 即輸入信號有一個比較小的變化量， 則在輸出端得到 一個比較大的變化量。2. 靜態(tài)和動態(tài) 靜態(tài)是指當(dāng)放大電路沒有輸入信號 ( Ui =0)時，僅在外電 源VCC作用下電路的工作狀態(tài)。為了表示其工作狀態(tài)，求出此時的IB、IC和UCE值，它在特性曲線上是一個確定的點(diǎn)， 通常叫靜態(tài)工作點(diǎn)。 動態(tài)是指放大電路加 入交流輸入信號(Ui工0)時電路的工作

7、狀態(tài)。為了表征動態(tài)特性，一般引用負(fù)載 線、動態(tài)范圍、放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等性能指標(biāo)來表示。動態(tài)討論的 變化量往往是在某個特定的靜態(tài)基礎(chǔ)上變化的， 因此可將它們兩者的關(guān)系形象地 認(rèn)為是在靜態(tài)工作條件下“馱”上了一個動態(tài)的工作信號。3. 直流通路和交流通路由于電路中存在著一些電抗性元件，故直流信號與交流信號的通路是不同的。 因此要相應(yīng)地將電路區(qū)分為 直流通路和交流通路兩 個方面。直流通路用以分析電路靜態(tài)時的工作情況， 交流通路用以分析電路動態(tài) 時的工作情況。4. 靜態(tài)工作點(diǎn)在電路參數(shù)一定的情況下， 三極管總有一個確定的靜態(tài)工 作狀態(tài)，我們用一個點(diǎn)來表示，叫靜態(tài)工作點(diǎn)。一般用I BQ 20和

8、UCEQ的數(shù)值來 描述。5. 負(fù)載線在直流負(fù)載線和交流負(fù)載線。前者用于確定靜態(tài)工作點(diǎn)， 后者 則表示加入交流輸入信號后，電路交流工作狀態(tài)時的運(yùn)動軌跡。6. 非線佳失真在放大電路的核心元件是雙極型三極管或場效應(yīng)管，由于它們本身是非線性元件，其輸入、輸出特性電壓、電流間的關(guān)系都是 非線性的， 因此輸出波形總會出現(xiàn)或多或少的失真， 尤其當(dāng)工作點(diǎn)設(shè)置不合理或輸入信號幅 度過大時，這種失真更為嚴(yán)重。7. 放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻它們是反映放大電路性能優(yōu)劣的重要 指標(biāo)。放大倍數(shù)是衡量放大電路放大能力的指標(biāo)，定義為輸出信號與輸入信號的變 化量之比。它有電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)。當(dāng)輸入信號為正弦波時，電

9、壓放 大倍數(shù)Aj為輸出電路的有效值U0與輸入電壓的有效值U之比，表示為Au Uo/Ui(1.1.1)電流放大倍數(shù) A為輸出電流約有效值I o輸入電流Ii的有效值之比，可表示Ai 1。兒(1.1.2)輸入電阻R是衡量放大電路向信號源索取電流大小的指標(biāo)。定義為輸入電 壓U與輸人電流的有效值之比，可表示為Ri Ui/Ii(1.1.3)輸出電阻R0是衡量放大電路帶負(fù)載能力的指標(biāo)。定義為當(dāng)輸入端信號電壓 US等于零0 (保留信號源內(nèi)阻RS)、輸出端開路(RL=)時，外加輸出電壓d與輸 出電流I。之比，可表示為Ro |RL0(1.1.4)Io 18. 頻率特性隨著輸入信號頻率的不同，放大電路電壓放大倍數(shù)的

10、模和相 角都要隨之變比。把幅度隨頻度的變化叫 幅頻特性，相位隨頻率的變化叫相頻特 性，統(tǒng)稱為放大電路的頻率特性。四、解題指導(dǎo)例1試判斷圖1中各電路能否對輸入信號不失真地進(jìn)行放大，并簡述理由。解 本題練習(xí)根據(jù)放大電路的組成原則判斷電路能否正常工作的方法。圖1圖(a)電路無放大作用。靜態(tài)基極電流Ibx 0。圖(b)電路無放大作甩。Vbb交流通路短路，輸入信號送不進(jìn)去，U二0圖（c）電路有放大作用。符合組成原則。圖（d）電路無放大作用。三極管發(fā)射結(jié)反向偏置，Ibx 00圖（e）電路有放大作用，三極管為 PNP型，偏置符合要求，其它組成原則 也符合要求。圖（f）電路無放大作用Q將輸入交流信號短路,U

11、= 00例2 試畫出圖2中各電路的直流通路和交流通路設(shè)各電路中的電容足夠大，電路中的變壓器為理想變壓器圖2解 本題練習(xí)放大電路交直流通路的畫法。已知電容足夠大，在交流通路申可視為短路，直流開路。理想變壓器繞組阻 抗可以忽咯，集電極電阻為0,在直流通路中可視為開路，交流通路中有阻抗變 換作用。另外，理想電壓源可視為交流短路。根據(jù)以上原則，可畫出圖3和圖4中各電路的直流通路和交流通路。圖3 電路的直流通路圖4 電路的交流通路例3 共射放大電路如圖5所示。給出三極管的輸入、輸出特性如圖（b） 和圖（c）。試用圖解法（Ibq用估算法）確定靜態(tài)工作點(diǎn)和求電壓放大倍數(shù)A的數(shù)值。解 本題練習(xí)用圖解法確定靜態(tài)

12、工作點(diǎn)和進(jìn)行動態(tài)分析的方法。（1）作直流負(fù)載線（如圖）根據(jù)UCE Vcc icRc可取兩點(diǎn)：當(dāng)ic 0時，UCE Vcc 12V，當(dāng)UCE 0時，Vccic 4mA，連接這兩點(diǎn)，作出直流負(fù)載線見圖（c）AB直線Rc12 0.72800.04mA（2）估算法求IbqVcc U BEQ I BQRb可確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q,見圖（c）（3）求 I cq和 Udeq沿Q點(diǎn)作水平和垂直線可得到I CQ 2 mA，U CEQ6V（4）作交流負(fù)載線1已知Rl Rc/Rl 1.5K ，作斜率為 一Rl見圖（c）直線CD所示。平移輔助線，使其交于 Q,便得到交流負(fù)載線EFo（5）求電壓放大倍數(shù)Au在輸入特性Q點(diǎn)附近

13、取厶i b, （i b由20譏變化至60小，相應(yīng)就有一個 ube， 見圖（b）;在輸出特性Q點(diǎn)附近根據(jù) i b的范圍就有一個對應(yīng)的厶 山和厶uce；根1.5的交流負(fù)載線的輔助線,據(jù)定義 AuUOUCEUCE1 UCE25 7UiUBEUBE1UBE2 0.8 0.610，見圖（”和（c）圖5 三級管輸入、輸出特性例4在圖b4.13（a）所示的單管共射放大電路中設(shè)三極管的0POQ* UK =0. 7V, a = 2O（Xk C、G 足夠大，又知 Vcc = 10Vt &=490kfb &=懇.=310）.（1 AS算靜態(tài)時的/曲和“沖值,（2）硒出電II的微變籌效電路*3）計(jì)算鼻體管的e值*（4

14、）求電略中頻電壓放大倍ft5）求入電阻膨和輸出電阻R屛若用示fflUB規(guī)察到的潑形是底部矢真，試問是截止失真還渥遇和失真？飲 想改善輸出渡形可改變電踣中壟參數(shù)？昂堆大還是減??？p +U)圖6 共射放大電路及其微變等效電路水題絳習(xí)時單膏拱射電弟的就令分析計(jì)霧才法*, %Uheq 10-0.7A(4)/co = )?/bq = 100X0.02 = 2mA 丁g=y&iZ,nny3X35亠15R嚴(yán)&血亠=L 5kfl V /?bb)凡*R = 3k)(6)因是NPN管*故為tfi和失JL要設(shè)注使靜態(tài)工作點(diǎn)降低，增大鳥可改例 5放大電路如圖7)所示已知yoc = 12V,/tw2km R. = o3

15、kmRu 2kQ Ubeq=0* 7V * 二極管的 jJu 100 *圖7 例5的電路及其微變等效電路1)要使靜態(tài)時C7=6V.盡的阻值應(yīng)為多少？凡為上述阻值時，計(jì)算當(dāng)J?l = oo和R時的電壓放大倍數(shù)(R12kQ)凡為上述阻僵下，計(jì)算當(dāng)輸入端有信號源及倍號源內(nèi)ia/t=Lkn時的電 壓放大倍數(shù)人=層解 本遛穌習(xí)吳有岌抖鹹電阻&和需號源冉徂?的羊脅拱射連大電略妁分 析計(jì)畀方法.1根據(jù)l/g=%c-tRe+RJ可求出心與護(hù) N皋芻6mA= 6/100=0. 026mA根據(jù)卩區(qū)=訊尺卜十口喚+抵凡 可得& =尊如_(1 +小丘爭器71 + 100)73s400kn(2) 畫出尅路的微變奪效電路

16、見圖7 (廠所示n(3) 當(dāng) 2?i.-oo時亠=畑 + (1 + 0)尹匕 200 十(1 +100臭1. 2k(l* EQ* 6100X2/?；. = /?尸 3d!= +(1+月)圧=F+(i+io6xo產(chǎn) 一& 3當(dāng) ft-2kn 時沖嚴(yán) 0X1%十(1 + 小& L 2 (1 -100)X0.3 3 2 已知 = #=#x便X罩從圖(毎的微變等效電路可以看出局H&e十(1卄)&壓亠 +。+小& -1*2 + (1 + 100X0.3-=3L5kO故“Al島普一約例6 在圖8所示的共源極放大電路中，場效應(yīng)管的漏極特性見圖(c)。(1) 畫出電路的微變等效電路；(2) 用圖解法求電路的靜

17、態(tài)工作點(diǎn)，Q點(diǎn)處的跨導(dǎo)gm。若已知電路中 氐仁30, FG2=560 KQ, Rs=1血，Rn=5 KQ, Rs=3 KQ, Vnn=20V(3) 試求電路的Au, R和R);(4) 若Gs開路，寫出Au, R和R.的表達(dá)式。tu(inA)3一 2V20B10圖8解本題練習(xí)分壓一一自偏壓式共源電路的綜合分析方法。(1)放大電路的微變等效電路-o圖9 電路的微變等效電路根據(jù) Vo（）io （& + R、八當(dāng) g = 0 時.ns = Vrx）= 20V當(dāng)畑=0時，i產(chǎn)彩撫= 25mA,連接這兩點(diǎn).得到直流負(fù)載線AB.見圖8（f）e 作轉(zhuǎn)移特性曲線：由輸出持性可以看岀.當(dāng)心=0時./r2. 2mA （點(diǎn)G, 當(dāng) ugs IV 時 /ol. 8mA （點(diǎn) 6） 當(dāng) gs 1 5V 時厲 4mA （點(diǎn) “）$ 連接ab、c, “各點(diǎn)得到轉(zhuǎn)移特性曲