電子技術(shù)基礎(chǔ)

第二章內(nèi)容提要第二章根本放大電路內(nèi)容提要本章先以單管共射極放大電路為例，闡明放大電路的組成原那么以及實(shí)現(xiàn)放大作用的根本原理。然后引見電子電路的最常用的兩種分析方法—圖解法和微變等效電路法，并利用上述方法分析單管共射極放大電路的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)和動(dòng)態(tài)參數(shù)〔電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻〕。由于溫度變化將對(duì)半導(dǎo)體器件的參數(shù)產(chǎn)生影響，進(jìn)而引起放大電路靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)的變動(dòng)，為此，引見了一種分壓式靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)穩(wěn)定電路。此外，還引見了共集電極和共基極放大電路。在雙極型三極管放大電路的根底上，引見了場(chǎng)效應(yīng)管〔單極型三極管〕放大電路的特點(diǎn)和分析方法。2.3根本共射極放大電路2.5任務(wù)點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路2.8三種接法的比較2.6共集電極放大電路2.4放大電路的分析方法2.2放大電路的主要性能目的2.1放大的概念第二章目錄2.7共基極放大電路2.9復(fù)合管放大電路2.10場(chǎng)效應(yīng)管放大電路2.1放大的概念放大要求——變化量幅度增大、波形失真小對(duì)象——變化量本質(zhì)——能量轉(zhuǎn)換和控制放大作用涉及到變化量的概念。即輸入信號(hào)有個(gè)較小的變化量時(shí)，要求在負(fù)載上得到一個(gè)較大變化量的輸出信號(hào)。由此可見，所謂的放大作用，其放大的對(duì)象是變化量。放大電路的放大倍數(shù)就是輸出信號(hào)與輸入信號(hào)變化量之比。USUiUoRS+++___...RL放大電路信號(hào)源負(fù)載直流電源1、電壓放大倍數(shù)Au=UoUi...2、輸入電阻Ri=UiIi2.2放大電路的主要性能目的信號(hào)源負(fù)載一、小交流信號(hào)目的交流通路Ri與Rs有關(guān)?3、輸出電阻(1)Ro=UoIoUS=0RL=(2)Ro與RL有關(guān)?二、大交流信號(hào)目的最大不失真輸出電壓幅值有效值峰－峰值2.3.1電路的組成原那么一、電路構(gòu)造RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo偏置電阻集電極負(fù)載電阻耦合電容直流電源公共端放大元件2.3共射極放大電路二、電路元件作用1.T：放大元件，是電路的中心，任務(wù)在放大區(qū)。iC=iB2.VCC:為電路提供能量，并保證集電結(jié)反偏。普通為幾伏~幾十伏。3.RC：將變化的電流轉(zhuǎn)換為變化的電壓，以實(shí)現(xiàn)電壓的放大。普通為幾千歐~幾十千歐。4.VBB、RB：保證發(fā)射結(jié)正偏，并為電路提供大小適宜的靜態(tài)IB。RB普通為幾十千歐~幾百千歐。5.C1、C2：隔直通交。隔離輸入、輸出與電路直流的聯(lián)絡(luò)，同時(shí)能使交流信號(hào)順利輸入輸出。其為電解電容，有極性，普通為10F~50F。在一定的頻率范圍內(nèi)，C1、C2上的交流壓降小到可以忽略不計(jì)，即對(duì)交流信號(hào)可視為短路。三、電路主要特點(diǎn)(1)交直流共存(2)非線性直流通路交流通路圖解法(特性曲線)等效電路法〔直流模型＋交流模型〕RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo單電源供電+VCCRBRCC1C2Tuoui++2.3.2放大電路的直流通路和交流通路+VCCRBRCC1C2Tuoui+++VCCRBRCT直流通路交流通路uiuoRCRBTui=0C1、C2斷路VCC=0C1、C2短路2.3.３組成原那么1、必需有直流源，使Je正偏、Jc反偏；并與電阻配合，構(gòu)成適宜的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)2、交流信號(hào)必需：“加得進(jìn)〞〔ui導(dǎo)致ube〕“獲得出〞〔iC導(dǎo)致uo〕3、交直流配適宜當(dāng)，管子一直任務(wù)在放大區(qū)。直流通路交流通路Ｑ點(diǎn)要設(shè)置適宜，使得加上交流后，管子一直任務(wù)在放大區(qū)圖(a)中，沒(méi)有設(shè)置靜態(tài)偏置，即IBQ=0，不能放大課堂討論題：下面各電路能否放大交流電壓信號(hào)？uoVCCRCC1C2TRLui(a)+++RCT+VCCRBVCCRCC1C2TRLuouiEB(b)+++圖(b)中，有靜態(tài)偏置,但ui=0，ube=0，所以不能放大。RBRLuoui(b)RC圖(c)中，有靜態(tài)偏置,ube=ui,有ib和ic,但uo=0,所以不能放大交流電壓信號(hào)。+VCCC2TRLuouiRB(c)C1++RBRLuoui直接耦合共射放大電路阻容耦合共射放大電路直接耦合和阻容耦合用組成原那么判別?放大電路與信號(hào)源直接相連放大電路與負(fù)載直接相連放大電路與信號(hào)源經(jīng)過(guò)電容相連放大電路與負(fù)載經(jīng)過(guò)電容相連電路主要特點(diǎn)(1)交直流共存(2)非線性用直流通路作靜態(tài)分析用交流通路作動(dòng)態(tài)分析圖解法(非線性)等效電路法(線性化)直流模型特性曲線+直流負(fù)載線特性曲線+交流負(fù)載線交流模型先靜態(tài)分析后動(dòng)態(tài)分析2.4.1放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)分析的義務(wù)是根據(jù)電路參數(shù)和三極管的特性確定靜態(tài)值〔直流值〕UBEQ、IBQ、ICQ和UCEQ?？捎梅糯箅娐返闹绷魍穪?lái)分析。放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)(ui=0)時(shí)的任務(wù)形狀稱為靜態(tài)。放大電路建立適宜的靜態(tài)值，是為了使三極管在參與交流信號(hào)后也一直任務(wù)在放大區(qū)，以保證信號(hào)不失真。2.4放大電路的分析方法放大電路有輸入信號(hào)時(shí)的任務(wù)形狀稱為參與了動(dòng)態(tài)。參與輸入信號(hào)后，三極管的各個(gè)電壓和電流都含有直流分量和交流分量。動(dòng)態(tài)分析指交流分量的分析?？捎梅糯箅娐返慕涣魍穪?lái)分析。2.4.3放大電路的動(dòng)態(tài)分析1、用直流模型分析放大電路的靜態(tài)值RCICQUCEQUBEQRBIBQ+VCCIEQ+VCCRBRCC1C2Tuoui++RLRSus+

直流通路等效電路法ecbTIBQUDbeUBEQecICQIBQUCEQ+VCCRCICQUCEQUBEQRBIBQ+VCCIEQ替代ＴRCUCEQUBEQRB+VCCIEQBECIBQ=VCC–UBEQRBICQ=IBQUCEQ=VCCICQRCUBEQ=UD=0.7VUDIBQ估算法IBQICQ２．用交流模型分析放大電路的動(dòng)態(tài)目的交流通路TuiuoRCRBibicRSus+

RLBCE利用晶體管的交流模型分析其動(dòng)態(tài)目的的方法，稱微變等效電路法。+VCCRBRCC1C2Tuoui++RLRSus+

uberbeeibibicucebcecbTcbeTEUo?Ui?Us?RCRLRBRS+

BC微變等效電路TuiuoRCRBibicRSus+

RLBCE交流通路Ib?Ib?

Ic?1.電壓放大倍數(shù)rbeEUo?Ib?Ib?

Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+

BC假設(shè)輸出端開路(RL=)，那么RCrbeAu=?由此可見，帶負(fù)載后，電壓放大倍數(shù)|Au|。上式中的負(fù)號(hào)闡明Uo與Ui反相。???Au?=rbe〔RC//RL〕=Uo?Ui?Ib?–Ib?=–〔RC//RL〕rbe=–RLrbeRSuSRiui+

Aus=?Uo?Us?=AuRiRs+Ri?=Ui?Us?Uo?Ui?稱為源電壓放大倍數(shù)2.放大電路的輸入電阻假設(shè)RB>>rbe，那么RirbeRB//rbe=IiRi=UiRirbeEUo?Ib?Ib?

Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+

BCrbeEUo?Ib?Ib?

Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+

BCIi?3.放大電路的輸出電阻可用外加電壓法求RoRorbeEUo?Ib?Ib?

Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+

BCIo?Ro=UoIoUS=0RL==RC作業(yè):2.2,2.3(a),(b),(c),2.14講1.16(1.5V),1.19(e)１、用圖解法分析放大電路的靜態(tài)值+VCCRBRCTuＢE=VCCiＢRＢ輸入特性曲線直流負(fù)載線+VCCT+-uＢERＢiＢ圖解法0VCCRＢVCCQiＢ/AuＢE/V靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)直流負(fù)載線在三極管輸入特性曲線坐標(biāo)上畫直流負(fù)載線uＢE=VCCiＢRＢiＢ=1RＢuＢE+VCCRＢIＢQUＢEQ+VCCRBRCT+VCCRCTiC+-uCEuCE=VCCiCRC輸出特性曲線直流負(fù)載線0VCCRCVCCQiC/mAuCE/V靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)直流負(fù)載線1.找到IBQ那條曲線IBQ2.在三極管輸出特性曲線坐標(biāo)上畫直流負(fù)載線uCE=VCCiCRCiC=1RCuCE+VCCRCICQUCEQＤＣ負(fù)載線：過(guò)Ｑ點(diǎn)，斜率－１／ＲＣ一、Vcc和RC不變,RB增大為RB，IBQ減小為IBQ2.4.2.靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)與電路參數(shù)的關(guān)系0IB=0μAVCCRCVCCQiC/mAuCE/VIBQIBQ=VCC–UBEQRBIBQQ二、Vcc和RB不變,RC增大為RC0IB=0μAVCCRCVCCQiC/mAuCE/VIBQVCCRCQ三、RC和RB不變，VCC減小為VCC′0IB=0μAVCCRCVCCQiC/mAuCE/VIBQVCCRCQVCCIBQIBQ=VCC–UBEQRB1.輸出端開路VCCRBRCC1C2TuBEuCEiBiCuiuo++++

RSus２、用圖解法分析放大電路的動(dòng)態(tài)目的交流通路uce=uo=icRcTuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+

ube=ui=UimSintuBE=UBE+ube=UBEQUimsint+tuBE/V0UBEQube=UBE/V0UBEQt+0ube/VUimtui為一微小正弦信號(hào)ＡＣ負(fù)載線：過(guò)Ｑ點(diǎn)，斜率－１／ＲＣ0iBμAuBE/VQ00UBEQttμAiBibiB=IBQ+ib在輸入特性上作圖uBE/VIBQIBQUBEQube/V0Ibm12ibubeui畫DＣ負(fù)載線0Qt00ICQicUCEQUcemuce(uo)uCE/VuCE/V在輸出特性上作圖ic=ib先畫DＣ負(fù)載線iC/mAiC/mAtVCCRCVCC電壓放大倍數(shù)Au=－UcemUimuce/uo0IBQ+IbmIBQ-IbmIBQ再畫AＣ負(fù)載線ib0ic2.輸出端接負(fù)載交流通路TuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+

RL_icuce=1RL=–icuce(RC//RL)=–icRL=uoＡＣ負(fù)載線：過(guò)Ｑ點(diǎn)，斜率－１／帶載交流負(fù)載線帶負(fù)載后，Uom減小,｜Au｜下降作交流負(fù)載線帶載輸出電壓0Qt00ICQicUCEQuce(uo)uCE/VuCE/ViC/mAiC/mAtVCCRCVCCICQRLuce/uo0IBQIBQ+IbmIBQ－Ibmib00Q001.靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)偏高引起飽和失真ic正半周變平uCE/V

三、用圖解法分析非線性失真uo,uce波形uce負(fù)半周變平飽和失真uCE/ViC/mAiC/mAttuce0IBQ+IbmIBQ－IbmIBQ交流負(fù)載線ib0CC,CB?PNPuBE/V0Q00iB/μAiB/μAuBE/V2.靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)偏低引起截止失真ibtubeuitIBＱUBEＱIBＱ0ibIbm000Qic〔2〕任務(wù)點(diǎn)偏低引起ic、uce(uo)失真uCEuCE/V截止失真uo波形iC/mAiC/mAuce正半周變平ttIBQ+IbmIBQUCEQICQuce0交流負(fù)載線00ibCC,CB?PNP阻容CE:0Q1uCE/V

三、用圖解法分析非線性失真iC/mA交流負(fù)載線UCESUCEQ1Q2UCEQ2ICQQICQ2ICQ1四、結(jié)論一、為了不失真地放大交變電壓信號(hào),必需給放大電路設(shè)置適宜的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)。二、放大電路中的信號(hào)是交直流共存即：uCE=UCEQ+uceiC=ICQ+iciB=IBQ+ibuBE=UBEQ+ube雖然交流量可正負(fù)變化，但總量方向一直不變。三、輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反(CE).2.5.1溫度對(duì)靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)的影響由前面的分析可知，放大電路的多項(xiàng)重要技術(shù)目的均與靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)的位置親密相關(guān)，因此，如何使靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)穩(wěn)定是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。而使靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)不穩(wěn)定的要素很多，如：溫度的變化、管子的老化、電源電壓的動(dòng)搖等。其中，溫度對(duì)靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)的影響最為嚴(yán)重。2.5任務(wù)點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路溫度升高引起ICEO和添加,ＩB添加，從而引起IC添加，任務(wù)點(diǎn)Q上移，接近飽和區(qū)。反之，IC減小，任務(wù)點(diǎn)Q下移，接近截止區(qū)。2.5.2靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)穩(wěn)定電路射極旁路電容——分壓式偏置電路+VCCRCC1C2TRLRB2RECE++RB1uoRSus+

+uiI1I2IBBCE直流通路BRCICUCERB1IB+VCCIEI1I2RB2REUBE1.I2>>IB，即I1I22.VB>>UBE一、該電路穩(wěn)定任務(wù)點(diǎn)的條件：二、任務(wù)點(diǎn)穩(wěn)定原理溫度ICIEVEUBEIBICDC負(fù)反響直流通路BRCICUCERB1IB+VCCIEI1I2RB2RE三、靜態(tài)分析UBEICIE=VBUBERE

VBREICIB=

UCE=VCCIC〔RC+RE〕四、動(dòng)態(tài)分析rbeEUo?Ib?Ib?

Ui?Us?RCRLRB2RS+

BCRB1+VCCRCC1C2TRLRB2RECE++RB1uoRSus+

+uiI1I2IBBCErbeEUo?Ib?Ib?

Ui?Us?RCRLRB2RS+

BCRB11.電壓放大倍數(shù)Au?=rbe〔RC//RL〕=Uo?Ui?Ib?–Ib?=–〔RC//RL〕rbe=–RLrbe假設(shè)去掉電容CE,有RE:Ie?REAu?=rbe+〔1+〕RE〔RC//RL〕=Uo?Ui?Ib?–Ib?=–RLIb?rbe+〔1+〕RE分析可見，引入RE使|Au|，因此在RE兩端要并聯(lián)旁路電容CE。ErbeEUo?Ib?Ib?

Ui?Us?RCRLRB2RS+

RB1Ie?REE2.輸入電阻有CE,沒(méi)有RE：RB1//RB2//rbe=IiRi=Ui沒(méi)CE,有RE：BC=Ri=UiUiUiRB1//RB2+IiUirbe+(1+)RE=RB//[rbe+(1+)RE](RB=RB1//RB2)由此可見，引入RE使Ri。Ii?rbeEUo?Ib?Ib?

Ui?Us?RCRLRB2RS+

RB1Ie?REEBC3.輸出電阻Io?有CE,沒(méi)有RE：Ro=UoIoUS=0RL==RC沒(méi)有CE,有RE：Ro=UoIoUS=0RL==RC從發(fā)射極和地之間取輸出電壓，故又稱射極輸出器2.6共集電極放大電路2.6.1電路構(gòu)造usuoT++RSC1RBC2RERLVCC++

uiTRBREVCC+usRS+

uiTRBRERLuo直流通路交流通路對(duì)交流信號(hào)而言，集電極接地，故射極輸出器是共集電極放大電路。2.6.2靜態(tài)分析IB=VCC–UBERB+(1+)REUCE=VCC–IEREIC=IBUCEUBEIBICRBREVCC+VCC=IBRB+UBE+〔1+〕IBRE2.6.3動(dòng)態(tài)分析usRS+

uiTRBRERLuo微變等效電路一、電壓放大倍數(shù)Au?=Uo?Ui?rbe+=〔RE//RL〕Ib?〔1+〕Ib?(RE//RL)Ib?(1+)rbe+=〔RE//RL〕〔1+〕〔RE//RL〕〔1+〕〔1+〕〔RE//RL〕>>rbe所以Au1，但恒小于1。電壓未被放大。上式闡明uo與ui大小近似相等，且同相，所以該電路又稱電壓跟隨器。Ie=(1+)Ib，所以可放大電流，即可放大功率。??RS+

RBRERLrbeUs.Ui.Uo.Ib.

Ib.Ie.BEC二、輸入電阻與共射極放大電路相比，共集電極放大電路的輸入電阻大大提高了。Ib.Ii.RS+

RBRERLrbeUs.Ui.Uo.

Ib.RiIe.BEC〔RS=RS//RB〕三、輸出電阻RS+

RBRERLrbeUs.Uo.Ib.

Ib.Io.RoRoIo.Ro=UoIoUS=0RL==Uo〔1+〕Ib.=UoUo〔1+〕(RS//RB)+rbe=(RS//RB)+rbe〔1+〕〔1+〕RS+rbeRo=Ro//RE=//RE與共射極放大電路相比，共集電極放大電路的輸出電阻很低。BEC一、射極輸出器的特點(diǎn)1.電壓放大倍數(shù)近似等于1，但恒小于1。2.輸出電壓與輸入電壓同相，具有跟隨作用。3.輸入電阻高。4.輸出電阻低。2.6.4結(jié)論射極輸出器可作多級(jí)放大電路的輸入級(jí)、輸出級(jí)。作輸入級(jí)時(shí)，因其輸入電阻高，可以減小放大電路對(duì)信號(hào)源的影響；作輸出級(jí)時(shí)，利用它輸出電阻低的特點(diǎn)，可以穩(wěn)定輸出電壓，提高帶負(fù)載才干。二、射極輸出器的運(yùn)用2.7共基極放大電路2.7.1電路構(gòu)造+++RSRERB1RB2+RC+VCCusRLuouiC1C2CB

T+RSus

RERCRLuouiTRB1RB2RC+VCCRET直流通路交流通路2.7.2靜態(tài)分析RB1RB2RC+VCCRERC+VCCIEUCEBIB忽略IB，那么RB1+RB2VB=VCCRB1+RB2RB2IB=IE1+1+ICIE=VBUBEREUCE=VCCIC〔RC+RE〕2.7.2動(dòng)態(tài)分析+RSus

RERCRLuouiT微變等效電路Au?=Uo?Ui?=〔RC//RL〕Ib?

rbeIb?

=〔RC//RL〕rbeus+RS

RERCRLrbeUo.Ui.Ib.Ib.Ie..Ii電流未被放大BCE.+RSus

RERCRLrbeUo.Ui.Ib.Ib.IeRi.IiRi=UiIi=UiUiRE+UiRE(1+)rbe=RE//(1+)rbe輸入電阻BCEIb.Ie.Io.+RS

RERCRLrbeUo.Ui.Ib.RousRo=UoIoUS=0RL==RC輸出電阻BCE2.8三種接法的比較綜上所述，晶體管單管放大電路的三種根本接法的特點(diǎn)歸納如下：共射極電路既能放大電流又能放大電壓，輸入電阻在三種電路中居中，輸出電阻較大，頻帶較窄。常做為低頻電壓放大電路的單元電路。共集電極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(diǎn)。常用于電壓放大電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)，在功率放大電路中也常采用射極輸出的方式。共基極電路只能放大電壓不能放大電流，輸入電阻小，電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射極電路相當(dāng)，頻率特性是三種接法中最好的電路。常用于寬頻帶放大電路。2—6復(fù)合管及其放大電路〔達(dá)林頓管〕組成原那么：〔1〕兩管電流要通暢；〔2〕兩管都處于放大區(qū)。復(fù)合管的等效管類型由第一個(gè)管子決議復(fù)合管作用：提高電流放大系數(shù)，增大電阻rbeib=ib1ic1ic2iCie=ie2ie1=ib2ibiCieBCET1T2NPNBECic=ic1+ic2=β1ib1+β2ib2=β1ib1+β2(1+β1)ib1=(β1+β2+β1β2)ib1