三種基本放大電路及靜態(tài)工作點教程

1、三種基本放大電路及靜態(tài)工作點教程2.2 基本共射極放大電路 電路組成 簡化電路及習慣畫法 簡單工作原理 放大電路的靜態(tài)和動態(tài) 直流通路和交流通路 書中有關(guān)符號的約定2.2 共射極放大電路1. 電路組成輸入回路（基極回路）輸出回路（集電極回路）2. 簡化電路及習慣畫法習慣畫法 共射極基本放大電路3.2 共射極放大電路3. 簡單工作原理Vi=0Vi=Vsint3.2 共射極放大電路4. 放大電路的靜態(tài)和動態(tài) 靜態(tài)：輸入信號為零（vi= 0 或 ii= 0）時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。 動態(tài)：輸入信號不為零時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。 電路處于靜態(tài)時，三極管個電極的電壓、

2、電流在特性曲線上確定為一點，稱為靜態(tài)工作點，常稱為Q點。一般用IB、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。# 放大電路為什么要建立正確的靜態(tài)？3.2 共射極放大電路2.3 圖解分析法 用近似估算法求靜態(tài)工作點 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點 交流通路及交流負載線 輸入交流信號時的圖解分析 BJT的三個工作區(qū) 輸出功率和功率三角形 2.3.1 靜態(tài)工作情況分析 2.3.2 動態(tài)工作情況分析 共射極放大電路 2.3.1 靜態(tài)工作情況分析1. 用近似估算法求靜態(tài)工作點根據(jù)直流通路可知： 采用該方法，必須已知三極管的 值。一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V。直流通路+- 采

3、用該方法分析靜態(tài)工作點，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。 共射極放大電路2. 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點 首先，畫出直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 2.3.1 靜態(tài)工作情況分析2.3 圖解分析法直流通路IBVBE+-ICVCE+- 列輸入回路方程：VBE =VCCIBRb 列輸出回路方程（直流負載線）：VCE=VCCICRc 在輸入特性曲線上，作出直線 VBE =VCCIBRb，兩線的交點即是Q點，得到IBQ。 在輸出特性曲線上，作出直流負載線 VCE=VCCICRc，與IBQ曲線的交點即為Q點，從而得到VCEQ 和ICQ。 2.3.2 動態(tài)工作情況分析由交流通路得純交流負載線

4、： 共射極放大電路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL) 因為交流負載線必過Q點，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同時，令RL = Rc/RL1. 交流通路及交流負載線則交流負載線為vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) RL 即 iC = (-1/RL) vCE + (1/RL) VCEQ+ ICQ2.3 圖解分析法 過輸出特性曲線上的Q點做一條斜率為-1/RL 直線，該直線即為交流負載線。 RL= RLRc， 是交流負載電阻。 交流負載線是有交流輸入信號時Q點的運動軌跡。 2.3 圖解分析法2. 輸入交流信號時的圖解分析 2.3.2

5、 動態(tài)工作情況分析 共射極放大電路通過圖解分析，可得如下結(jié)論： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo與vi相位相反； 3. 可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)； 4. 可以確定最大不失真輸出幅度。# 動態(tài)工作時， iB、 iC的實際電流方向是否改變，vCE的實際電壓極性是否改變？ 2.3.2 動態(tài)工作情況分析3. BJT的三個工作區(qū)2.3 圖解分析法當工作點進入飽和區(qū)或截止區(qū)時，將產(chǎn)生非線性失真。飽和區(qū)特點： iC不再隨iB的增加而線性增加，即此時截止區(qū)特點：iB=0， iC= ICEOvCE= VCES ，典型值為0.3V波形的失真飽和失真截止失真 由于放大電路的工作

6、點達到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。 由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。 2.3.2 動態(tài)工作情況分析3. BJT的三個工作區(qū)2.3 圖解分析法 放大電路的動態(tài)范圍 放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，要求： 工作點Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位； 2.3.2 動態(tài)工作情況分析3. BJT的三個工作區(qū)2.3 圖解分析法 要有合適的交流負載線。 4. 輸出功率和功率三角形 要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom 和Iom 都要大。功率三角形放大電路向電阻性負載提供的輸

7、出功率 在輸出特性曲線上，正好是三角形ABQ的面積，這一三角形稱為功率三角形。 2.3.2 動態(tài)工作情況分析2.3 圖解分析法（思考題） 共射極放大電路 放大電路如圖所示。已知BJT的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求： （1）放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（2）當Rb=100k時，放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）解：（1）（2）當Rb=100k時，靜態(tài)工作點為Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：所以BJT工作在飽和區(qū)。VCE不可能為負值，此時，Q（120

8、uA，6mA，0V）， 例題end2.3 ？思 考 題1. 試分析下列問題： 共射極放大電路（1）增大Rc時，負載線將如何變化？Q點怎樣變化？（2）增大Rb時，負載線將如何變化？Q點怎樣變化？（3）減小VCC時，負載線將如何變化？Q點怎樣變化？ 共射極放大電路2.3 ？思 考 題2. 放大電路如圖所示。當測得BJT的VCE 接近VCC的值時，問管子處于什么工作狀態(tài)？可能的故障原因有哪些？截止狀態(tài)答：故障原因可能有： Rb支路可能開路，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 放大電路的工作點穩(wěn)定問題 溫度變化對ICBO的影響 溫度變化對輸入特性曲線的影響 溫度變化對 的影響 穩(wěn)定工作點原理 放大電路指標分析 固定偏流電路與射極偏置電路的比較2.4.1 溫度對工作點的影響2.4.2 射極偏置電路2.4.1 溫度對工作點的影響1. 溫度變化對ICBO的影響2. 溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度T 輸出特性曲線上移溫度T 輸入特性曲線左移3. 溫度變化對 的影響溫度每升高1 C ， 要增加0.5%1.0%溫度T 輸出特性曲線族間距增大總之： ICBO ICEO T VBE IB IC 3.2 共射極放大電路5. 直流通路和交流通路交流通路 直流通

10、路 耦合電容：通交流、隔直流 直流電源：內(nèi)阻為零 直流電源和耦合電容對交流相當于短路 共射極放大電路end（思考題）此時，不隨溫度變化而變化。一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V b點電位基本不變的條件：I1 IB ，VB VBE 且Re可取大些，反饋控制作用更強。 2.4.2 射極偏置電路1. 穩(wěn)定工作點原理目標：溫度變化時，使IC維持恒定。 如果溫度變化時，b點電位能基本不變，則可實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。T 穩(wěn)定原理： IC IEIC VE、VB不變 VBE IB（反饋控制）I1I2IB靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器UBE=UB-UE =UB - IE REI2=（510）IBI1=

11、 I2 + IB I2RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoBECIE = IC +IB IC分壓式偏置電路RE射極直流負反饋電阻CE 交流旁路電容ICIERB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程TUBEICICIEUEUBUBE=UB-UE =UB - IE REUB被認為較穩(wěn)定ICIEIB由輸入特性曲線本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了RE形成了負反饋過程ECB直流通道及靜態(tài)工作點估算UBIB=IC/UCE = EC - ICRC - IEREIC IE =UE/RE = （UB- UBE）/ RE UBE 0.7V +ECRB1RCRB2R

12、EICIEIBUCE電容開路,畫出直流通道RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo電容短路,直流電源短路，畫出交流通道交流通道及微變等效電路BEC交流通道RB1RCRB2RLuiuoBECibiciii2i1微變等效電路rbeRCRLRB1RB2BECI1I2微變等效電路及電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計算ri= RB1/ RB2/ rbero= RCrbeRCRLRB1RB2BECI1I2RL= RC / RL例：上述靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器，各參數(shù)如下： RB1=100k， RB2=33k， RE=2.5k， RC=5k， RL=5k， =60。 求：（1）估算靜態(tài)工作點； （

13、2）空載電壓放大倍數(shù)、帶載電壓放大倍 數(shù)、輸入電阻、輸出電阻； （3）若信號源有RS=1 k 的內(nèi)阻，帶載電 壓放大倍數(shù)將變?yōu)槎嗌伲縍B1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V解：(1)估算靜態(tài)工作點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)空載電壓放大倍數(shù)、帶載電壓 放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻=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載= - RL /rbe=-60 (5/5)/1.62=-93 2.4.2 射極偏置電路2. 放大電路指標分析靜態(tài)工作點 2.4.2 射極偏置電路2. 放大電路指標分析電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：畫小信號等效電路確定模型參數(shù)已知，求rbe增益 2.4.2 射極偏置電路2. 放大電路指標分析輸入電阻根據(jù)定義由

15、電路列出方程則輸入電阻放大電路的輸入電阻不包含信號源的內(nèi)阻 2.4.2 射極偏置電路2. 放大電路指標分析輸出電阻輸出電阻求輸出電阻的等效電路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨立源置零負載開路輸出端口加測試電壓對回路1和2列KVL方程rce對分析過程影響很大，此處不能忽略其中則當時，一般（） 2.4.2 射極偏置電路3. 固定偏流電路與射極偏置電路的比較 共射極放大電路靜態(tài)： 2.4.2 射極偏置電路3. 固定偏流電路與射極偏置電路的比較 固定偏流共射極放大電路電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：Ro = Rc 2.4.2 射極偏置電路end2.4.3 穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施采用溫度補償?shù)姆椒ǚ€(wěn)定Q點2.5 共集電極電路和共基

16、極電路 靜態(tài)工作點 動態(tài)指標 三種組態(tài)的比較2.5.1 共集電極電路2.5.2 共基極電路2.5.1 共集電極電路1. 電路分析共集電極電路結(jié)構(gòu)如圖示該電路也稱為射極輸出器求靜態(tài)工作點由得電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：畫小信號等效電路確定模型參數(shù) 已知，求rbe增益 2.5.1 共集電極電路1. 電路分析其中一般，則電壓增益接近于1，即電壓跟隨器輸入電阻根據(jù)定義由電路列出方程則輸入電阻當，時， 2.5.1 共集電極電路1. 電路分析輸入電阻大輸出電阻由電路列出方程其中則輸出電阻當，時，輸出電阻小共集電極電路特點： 電壓增益小于1但接近于1， 輸入電阻大，對電壓信號源衰減小 輸出電阻小，

17、帶負載能力強# 既然共集電極電路的電壓增益小于1（接近于1），那么它對電壓放大沒有任何作用。這種說法是否正確？例子2.5.1，VBB=6V，VCC=12V，RB=15千歐，RE=5千歐，UBEQ=0.7V,rbb=100歐，B=50，求Q點，Au,Ri,Ro.2.5.2 共基極電路1. 靜態(tài)工作點 直流通路與射極偏置電路相同 2.5.2 共基極電路2. 動態(tài)指標電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益： 2.5.2 共基極電路2. 動態(tài)指標 輸入電阻 輸出電阻例：2.5.2電路見下圖，RE=3000歐，Rc=5K歐，B=100，rbe=1K歐，試估算Au,Ri,Ro3. 三種組態(tài)的比較電壓增益：輸

18、入電阻：輸出電阻： 2.5.2 共基極電路三種接法的比較1.共射電路既能放大電流又能放大電壓，輸入電阻居中，輸出電阻較大，常用于低頻放大電路的單元電路。常做為低頻放大電路的單元電路。2.共集電路只能放大電流不能放大電壓，是三種接法中輸入電阻最大，輸出電阻最小的電路，并具有電壓跟隨的特點，常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級，在功率放大電路中也常采用射極輸出的形式。3.共基電路只能放大電壓而不能放大電流，輸入電阻小，電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射電路相當，頻率特性最好，常用于寬頻帶放大電路。2.6.1 復(fù)合管放大電路復(fù)合管的組成原則1.在正確的外加電壓下每只管子的各極電流均有合適的通道，且均工作在放

19、大區(qū)。2.為實現(xiàn)電流的放大，應(yīng)將第一只管的集電極或發(fā)射極電流作為第二只管的基極電流。3.只要很小的驅(qū)動電流iB，就能獲得很大的輸出集電極電流ic，需要提高電源電壓。答疑1. 線形電阻的伏安特性曲線UIRUIU/I=RU/ I=R2. 晶體管BE結(jié)微變等效電路IBUBEQUBEQ / IBQ =R非線性 UBE / IB =rbe在Q點處近似線性 UBE IB rbe答疑3.電流源及其特性曲線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、體管CE間的微變等效電路 iCuCEiCuCErbeibib rce流控電流源在線性放大區(qū)，rce很大，可忽略 2.7 場效應(yīng)管放大電路2.7.1 電路的組成原則及分析方法(1).靜態(tài)：適當?shù)撵o態(tài)工作點，使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū) (2).動態(tài): 能為交流信號提供通路組成原則靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法2.7.1 場效應(yīng)管放大電路的三種接法共源放大電路共漏放大電路共柵放大電路圖2.7.2 基本共源放大電路將漏極電流iD的變化轉(zhuǎn)換成電壓UGS的變化，從而實現(xiàn)電壓放大UGSQ=VGG，然后作負載線UDS=VDD-iDRd,得到交點Q，讀出坐標值IDQ和UDSQN溝道耗盡

21、型絕緣柵場效應(yīng)管 符號及特性曲線GSDIDUDSUGSGSD2.7.3 場效應(yīng)管的微變等效電路GSDSGDrDSidrDS = UDS / ID 很大，可忽略。UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨導gm = ID / UGS ID = gm UGSid=gmugsID = gm UGS場效應(yīng)管的微變等效電路壓控電流源SGDid2.7.3 靜態(tài)分析無輸入信號時（ui=0），估算：UDS和 ID。+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KIDUDSR1=150kR

22、2=50kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm =3mA/VUDD=20V設(shè)：UGUGS則：UGUS而：IG=0+UDD+20VR1RDRGR2150K50K1M10KRS10KGDS所以：=直流通道IDUDSIG2.7.4 動態(tài)分析微變等效電路+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KSGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDid 動態(tài)分析：UgsUiUgsgmIdriroUoSGR2R1RGRLDRLRD= gm UiRL 電壓放大倍數(shù)負號表示輸出輸入反相電壓放大倍數(shù)估算R1=150kR2=50kRG=1MRS=10kRD=10kRL=10kgm =3mA/VUDD=20V=-3（10/10）=-15RL=RD/RLro=RD =10K SGR2R1RGRLDRLRD輸入電阻、輸出電阻=1+0.15/0.05=1.0375M R1=150kR2=50kRG=1MRD=10kRS=10k