晶體管放大電路基礎(chǔ)課件

1、晶體管放大電路基礎(chǔ)放大電路概述及性能指標(biāo)單管共射放大電路的組成放大電路的分析方法晶體管放大電路基礎(chǔ)放大電路概述及性能指標(biāo)放大電路是應(yīng)用最廣泛的一類電子線路。它的主要功能是將輸入電信號(hào)進(jìn)行不失真的放大輸出。在廣播、通信、自動(dòng)控制、電子測(cè)量等各種電子設(shè)備中，放大電路是必不可少的組成部分。1、概 述1.1 基本概念放大電路是應(yīng)用最廣泛的一類電子線路。它的主要功能是將輸入電信簡(jiǎn)單的例子：揚(yáng)聲器是怎樣工作的？ 話筒放大電路微弱的聲波放大的聲波弱電信號(hào)強(qiáng)電信號(hào)放大電路的作用： 輸入微弱電信號(hào)（變化的），輸出幅度被放大的電信號(hào)（且波形不失真）。 本質(zhì)：輸入信號(hào)的能量得到加強(qiáng)！簡(jiǎn)單的例子：揚(yáng)聲器是怎樣工作的？

2、 話筒放微弱的聲波放大的聲波1.2 放大電路的主要性能指標(biāo)1122+us放大電路RS+ui+uoRLioii電壓增益 Au (dB) = 20lg |Au| 放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) Au = uo/ui電流放大倍數(shù) Ai = io/ ii功率放大倍數(shù) Ap = po/ pi電流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai|功率增益 Ap (dB) = 10lg |Ap|1.2 放大電路的主要性能指標(biāo)12+放大RS+RLioi 輸入電阻1+usRS+uiiiRiRi 越大， ui 與 us 越接近例 us =20mV，Rs=600 ，比較不同 Ri 時(shí)的ii 、ui。Riuiii6 000 18 m

3、V3 A600 10 mV16.7 A60 1.82 mV30 A 輸入電阻+RS+iiRiRi 越大， ui 與 us 輸出電阻放大電路的輸出相當(dāng)于負(fù)載的信號(hào)源，該信號(hào)源的內(nèi)阻稱為電路的輸出電阻RO計(jì)算：i2211usRS+uot放大電路us= 0Ro測(cè)量：uot 開路時(shí)的輸出電壓；uo 負(fù)載上施加的電壓。2211+usRS+ui+uoRLRo+uotRiRo 越小， uot 與 uo 越接近 輸出電阻放大電路的輸出相當(dāng)于負(fù)載的信號(hào)源，該信號(hào)源的 通頻帶 放大電路對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的放大能力不同，反映在：通頻帶寬度或帶寬（Bandwidth，BW)fAu(f)OAumfLfH下限頻率 上限頻

4、率 中頻段低頻段高頻段BW0.7BW0.7 = fH fL 通頻帶 放大電路對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的放大能力不同， 噪聲和噪聲系數(shù) 放大電路在放大有用信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)放大一些無用的信號(hào)，即噪聲。通常噪聲可分為兩類： 一類是通過適當(dāng)?shù)钠帘?、濾波或電路的合理設(shè)計(jì)可以消除或控制的，如外界磁場(chǎng)的感應(yīng)，整流濾波不良，接地不合理等引起的噪聲。 另一類是由于元件中帶電質(zhì)點(diǎn)雜亂的波動(dòng)所造成的，不能完全控制或消除。這些噪聲有可能會(huì)淹沒掉有用信號(hào)，對(duì)信號(hào)的放大是十分有害的。 引入信噪比(signal to noise ratio，SNR)和噪聲系數(shù)（noise figure，NF）來表征放大電路的噪聲性能。 噪聲和噪

5、聲系數(shù) 放大電路在放大有用信 最大輸出幅度在輸出波形沒有明顯失真情況下，放大電路能夠提供給負(fù)載的最大輸出電壓(或電流)?？捎梅?峰值表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。 非線性失真系數(shù) D所有諧波總量與基波成分之比效率 =最大輸出功率Pom電源總功率PDC 最大輸出功率和效率 最大輸出幅度在輸出波形沒有明顯失真情況下，放大電路能2.1 晶體管工作原理：IBBECNNPVBRBVccIEICIC 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏的晶體管實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電流控制器 。2、晶體管放大電路的組成2.1 晶體管工作原理：IBBECNNPVBRBVccIEI晶體管的輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線2.2 晶體管放大

6、電路的組成基本條件： 晶體管要工作在放大區(qū)； 輸入信號(hào)加在晶體管發(fā)射結(jié)兩端； 具有交流信號(hào)輸入和輸出能力。2.2 晶體管放大電路的組成基本條件： 晶體管要RBVccVBRCC1C2Tuiuo核心元件iC= iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。典型的單管共發(fā)射極放大電路：RBVccVBRCC1C2Tuiuo核心元件iC= iB，電源的作用：RBVccVBRCC1C2Tuiuo集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)。電源的作用：RBVccVBRCC1C2Tuiuo集電極電源，RBVccVBRCC1C2Tuiuo電流電壓設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)電阻的作

7、用：RBVccVBRCC1C2Tuiuo電流電壓設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)RBVccVBRCC1C2Tuiuo隔直流，通交流。電容的作用：RBVccVBRCC1C2Tuiuo隔直流，通交流。電容的作電路的簡(jiǎn)化：可以省去RB+VccVBRCC1C2T單電源供電+VccRCC1C2T零電位點(diǎn)RB電路的簡(jiǎn)化：可以省去RB+VccVBRCC1C2T單電源供電工作原理簡(jiǎn)述：+VccRCC1C2TRB工作原理簡(jiǎn)述：+VccRCC1C2TRB3、晶體管放大電路分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法3、晶體管放大電路分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法3.1 靜態(tài)分析 放大電路沒有輸入

8、信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)稱為：直流工作狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，簡(jiǎn)稱靜態(tài)。 靜態(tài)分析的目的就是確定放大電路的靜態(tài)（直流）值IB、IC和UCE。3.1 靜態(tài)分析 放大電路沒有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)開路開路RBVccRCC1C2T直流通路RBVccRC直流通路的確定：3.1.1 估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)RL開路開路RBVccRCC1C2T直流通路RBVccRC直流通直流通路RB+VccRC靜態(tài)點(diǎn)參數(shù)的計(jì)算公式如下：IBQICQ UCEQ直流通路RB+VccRC靜態(tài)點(diǎn)參數(shù)的計(jì)算公式如下：IBQICRBVccRCT例：電源Vcc=12V， 集電極電阻RC=3k， 基極電阻RB=280k， =50。求靜態(tài)工作點(diǎn)。解：請(qǐng)注意電路

9、中IB 和IC 的數(shù)量級(jí)！RLRBVccRCT例：電源Vcc=12V，解：請(qǐng)注意電路中IB3.1.2圖解法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方法求解放大電路的工作情況。圖解分析步驟1. 先用估算的方法計(jì)算輸入回路 IBQ。2. 用圖解法確定輸出回路靜態(tài)值方法：根據(jù) UCE = VCC - ICRc 式確定兩個(gè)特殊點(diǎn)3.1.2圖解法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)在三極管的輸入、輸出特性輸出回路輸出特性直流負(fù)載線Q由靜態(tài)工作點(diǎn) Q 確定的ICQ、UCEQ 為靜態(tài)值。UCE = VCC ICRC輸出回路輸出特性直流負(fù)載線Q由靜態(tài)工作點(diǎn) Q 確定的ICQ、例：圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已

10、知 Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集電極直流電源 VCC = 12 V，試用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：首先估算 IBQ做直流負(fù)載線，確定 Q 點(diǎn)根據(jù) UCEQ = VCC ICQ RcIC = 0，UCE = 12 V ；UCE = 0，IC = 4 mA 。RBVccRCTRL例：圖示單管共射放大電路及特性曲線中，解：首先估算 IB0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQ靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由 Q 點(diǎn)確定靜態(tài)值為：iC /mA0iB = 0 A20 A40 A60 A80

11、3.2 動(dòng)態(tài)分析 當(dāng)有交流信號(hào)輸入時(shí)放大器的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。 動(dòng)態(tài)分析是在靜態(tài)值確定以后分析信號(hào)的傳輸情況，主要考慮靜態(tài)工作點(diǎn)附近變化的電流和電壓。3.2 動(dòng)態(tài)分析 當(dāng)有交流信號(hào)輸入時(shí)放大器的短路短路置零RBVccRCC1C2T3.2.1圖解法分析動(dòng)態(tài)特性直流通路的確定：RLRBRCRLuiuo交流通路icuo=-iC(RC/RL)短路短路置零RBVccRCC1C2T3.2.1圖解法分析動(dòng)交流負(fù)載線交流負(fù)載線斜率為：OIBiC / mAuCE /VQ靜態(tài)工作點(diǎn)uo=-ic(RC/RL)=uce注意：交流負(fù)載線是動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡。UCEQ = VCC ICQ Rc即：ic=uce /(-R

12、C/RL) 交流負(fù)載線交流負(fù)載線斜率為：OIBiC / mAuCE 輸入回路工作情況分析0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUiEF輸入回路工作情況分析0.680.72uBEiBtQ000交流負(fù)載線直流負(fù)載線4.57.5uCE912t0iCQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQiC輸出回路工作情況分析MN交流負(fù)載線直流負(fù)載線4.57.5uCE912t0iCQiC電壓放大倍數(shù)例 用圖解法求圖示電路電壓放大倍數(shù)。輸入、輸出特性曲線如右圖，RL = 3 k ，uI = (0.7

13、20.68)V=0.04 V 。uCE = (4.5 7.5) V = - 3 V解：求 確定交流負(fù)載線則輸出特性曲線上有電壓放大倍數(shù)例 用圖解法求圖示電路電壓放大倍數(shù)。輸入、輸單管共射放大電路當(dāng)輸入正弦波 uI 時(shí)，放大電路中相應(yīng)的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。單管共射放大電路各點(diǎn)的電壓電流波形：?jiǎn)喂芄采浞糯箅娐份敵鲂盘?hào)與輸入信號(hào)反相。單管共射放大電路當(dāng)輸入正弦波 uI 時(shí)，放大電路中相應(yīng)的3.2.2微變等效電路法 晶體管在小信號(hào)(微變量)情況下工作時(shí)，可以在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以等效為一個(gè)線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所

14、組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路。微變等效條件研究的對(duì)象僅僅是變化量信號(hào)的變化范圍很小3.2.2微變等效電路法 晶體管在小信號(hào)(微變量)情況3.2.2.1 晶體管微變等效電路iBuBE 晶體管的輸入特性曲線 rbe ：晶體管的輸入電阻。 在小信號(hào)的條件下，rbe是一常數(shù)。晶體管的輸入電路可用 rbe 等效代替。（1） 輸入端Q 點(diǎn)附近的工作段近似地看成直線 可認(rèn)為 uBE 與 iB 成正比QOiB uBE 3.2.2.1 晶體管微變等效電路iBuBE rbe 的近似估算公式：rbb ：基區(qū)體電阻。reb ：基射之間結(jié)電阻。低頻、小功率管 rbb 約為 300 。c beiBiCiErbe 的近

15、似估算公式：rbb ：基區(qū)體電阻。reb （2） 輸出端假設(shè)在 Q 點(diǎn)附近特性曲線基本上是水平的(iC 與 uCE無關(guān))，數(shù)量關(guān)系上， iC 是 iB 的 倍；iB iB從三極管輸出端看，可以用 iB 恒流源代替三極管；該恒流源為受控源；為 iB 對(duì) iC 的控制。uCE QiC O（2） 輸出端假設(shè)在 Q 點(diǎn)附近特性曲線基本上是水平的(（3）微變等效電路cbe +uBE +uCE iCiBebcrbe iB+uBE +uCE iCiBrce（3）微變等效電路cbe + +iCiBebc3.2.2.2 微變等效電路求解Au、Ri、ROC1RcRb+VCCC2RL+T+Ri = rbe / Rb ，Ro = Rcrbe ebcRcRLRb+ui=ibrbeuO=-