晶体管放大电路基础课件.ppt

1、晶体管放大电路基础晶体管放大电路基础 放大电路是应用最广泛的一类电子线路。放大电路是应用最广泛的一类电子线路。它的主要功能是将输入电信号进行不失它的主要功能是将输入电信号进行不失真的放大输出。真的放大输出。在广播、通信、自动控制、电子测量等在广播、通信、自动控制、电子测量等各种电子设备中，放大电路是必不可少各种电子设备中，放大电路是必不可少的组成部分。的组成部分。1.1 1.1 基本概念基本概念简单的例子：扬声器是怎样工作的？简单的例子：扬声器是怎样工作的？话筒话筒放放大大电电路路微弱的声波微弱的声波放大的声波放大的声波弱电信号弱电信号强电信号强电信号放大电路的作用：放大电路的作用：输入微弱电

2、信号（变化的），输出幅度被输入微弱电信号（变化的），输出幅度被放大的电信号（且波形不失真）。放大的电信号（且波形不失真）。本质：输入信号的能量得到加强！本质：输入信号的能量得到加强！1.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标11 22+us放大放大电路电路RS+ui+uoRLioii电压增益电压增益 Au(dB)=20lg|Au|放大倍数放大倍数电压放大倍数电压放大倍数 Au=uo/ui电流放大倍数电流放大倍数 Ai=io/ii功率放大倍数功率放大倍数 Ap=po/pi电流增益电流增益 Ai(dB)=20lg|Ai|功率增益功率增益 Ap(dB)=10lg|Ap|输入电阻输入电阻1+

3、usRS+uiiiRiiSisiRRRuu Ri 越大，越大，ui 与与 us 越接近越接近iiiiuR 例例 us=20mV，Rs=600 ，比较比较不同不同 Ri 时时的的ii 、ui。R Ri iu ui ii ii i6 000 6 000 18 mV18 mV3 3 A A600 600 10 mV10 mV16.7 16.7 A A60 60 1.82 mV1.82 mV30 30 A A 输出电阻输出电阻放大电路的输出相当于放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻内阻称为电路的输出电阻RO计算计算：0Lso RuiuRi22 11

4、 usRS+uot放大放大电路电路us=0Ro测量测量：LoLotoRRRuu uot 开路时的输出电压；开路时的输出电压；uo 负载上施加的电压。负载上施加的电压。22 11+usRS+ui+uoRLRo+uotRiRo 越小，越小，uot 与与 uo 越接近越接近 通频带通频带 放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反映在：映在：通频带宽度通频带宽度或带宽（或带宽（BandwidthBandwidth，BW)BW)fAu(f)OAum2/muAfLfH下限下限频率频率 上上限限频率频率 中频段中频段低频段低频段高频段高频段BW0.7BW0.7

5、=fH fL 噪声和噪声系数噪声和噪声系数 放大电路在放大有用信号的同时，还会放大一些无用放大电路在放大有用信号的同时，还会放大一些无用的信号，即的信号，即噪声噪声。通常噪声可分为两类：。通常噪声可分为两类：一类是通过适当的屏蔽、滤波或电路的合理设计可以一类是通过适当的屏蔽、滤波或电路的合理设计可以消除或控制的，如外界磁场的感应，整流滤波不良，接地消除或控制的，如外界磁场的感应，整流滤波不良，接地不合理等引起的噪声。不合理等引起的噪声。另一类是由于元件中带电质点杂乱的波动所造成的，另一类是由于元件中带电质点杂乱的波动所造成的，不能完全控制或消除。这些噪声有可能会淹没掉有用信号，不能完全控制或消

6、除。这些噪声有可能会淹没掉有用信号，对信号的放大是十分有害的。对信号的放大是十分有害的。引入引入信噪比信噪比(signal to noise ratio(signal to noise ratio，SNR)SNR)和和噪声系噪声系数数（noise figurenoise figure，NFNF）来表征放大电路的噪声性能。）来表征放大电路的噪声性能。NsPPSNRioSNRSNRNFlog10 最大输出幅度最大输出幅度在输出波形没有明显失真情况下，放大电路能够提在输出波形没有明显失真情况下，放大电路能够提供给负载的最大输出电压供给负载的最大输出电压(或电流或电流)。可用峰可用峰-峰值表示，峰值表

7、示，或有效值表示或有效值表示(Uom、Iom)。非线性失真系数非线性失真系数 D所有谐波总量与基波成分之比所有谐波总量与基波成分之比12322UUUD 效率效率 =最大输出功率最大输出功率Pom电源总功率电源总功率PDC 最大输出功率和效率最大输出功率和效率2.1 2.1 晶体管工作原理：晶体管工作原理：IBBECNNPVBRBVccIEICICBCIIBBCEIIII)1(发射结正偏，集电结发射结正偏，集电结反偏的晶体管反偏的晶体管实质上是一实质上是一个电流控制器个电流控制器。2 2、晶体管放大电路的组成、晶体管放大电路的组成晶体管的输出特性曲线晶体管的输出特性曲线2.2 2.2 晶体管放大

8、电路的组成晶体管放大电路的组成基本条件：基本条件：晶体管要工作在放大区；晶体管要工作在放大区；输入信号加在晶体管发射结两端；输入信号加在晶体管发射结两端；具有交流信号输入和输出能力。具有交流信号输入和输出能力。RBVccVBRCC1C2Tuiuo核心元件核心元件iC=iB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。典型的单管共发射极典型的单管共发射极放大电路：放大电路：电源的作用：电源的作用：RBVccVBRCC1C2Tuiuo集电极电源，为电路提集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结供能量。并保证集电结反偏。反偏。使发射结正偏，使发射结正偏，并

9、提供适当的静并提供适当的静态工作点。态工作点。RBVccVBRCC1C2Tuiuo电流电流电压电压设置静态工作点设置静态工作点电阻的作用：电阻的作用：RBVccVBRCC1C2Tuiuo隔直流，通交流。隔直流，通交流。电容的作用：电容的作用：电路的简化：电路的简化：可以省去可以省去RB+VccVBRCC1C2T单电源供电单电源供电+VccRCC1C2T零电位点零电位点RB工作原理简述：工作原理简述：iniciniiou+VccRCC1C2TRBiuiBEinCinCECCO()()uuiiiui Ru3 3、晶体管放大电路分析方法、晶体管放大电路分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析

10、动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电微变等效电路法路法图解法图解法3.1 3.1 静态分析静态分析 放大电路没有输入信号时的工作状放大电路没有输入信号时的工作状态称为：态称为：直流工作状态或静止状态直流工作状态或静止状态，简，简称静态。称静态。静态分析的目的就是确定放大电路静态分析的目的就是确定放大电路的静态（直流）值的静态（直流）值IIB B、I IC C和和U UCECE。开路开路开路开路RBVccRCC1C2T直流通路直流通路RBVccRC直流通路的确定：直流通路的确定：3.1.1 3.1.1 估算法计算静态工作点估算法计算静态工作点RL直流直流通路通路RB+VccRCCC

11、BECCBQBBCQBQCEOBQCEOCCCQCVUVIRRIIIIUVIRIBQICQ UCEQRBVccRCT例：电源例：电源Vcc=12V，集电极电阻集电极电阻RC=3k，基极电阻基极电阻RB=280k，=50。求静态工作点。求静态工作点。解：解：120.04 mA40 A280CCBBVIRmA204.050BCII12 2 36VCECCCCUVI R 请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的数量级！的数量级！RL3.1.2图解法计算静态工作点图解法计算静态工作点在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。法求

12、解放大电路的工作情况。图解分析步骤图解分析步骤1.先用估算的方法计算输入回路先用估算的方法计算输入回路 IBQ。2.用图解法确定输出回路静态值用图解法确定输出回路静态值方法：方法：根据根据 UCE=VCC ICRc 式确定两个特殊点式确定两个特殊点CCECCCCCECc 0 0 IUVVUIR当时，当时，输出回路输出回路输出特性输出特性CCECCCCCECC 0 0IUVVUIR，直流负载线直流负载线Q由静态工作点由静态工作点 Q 确定的确定的ICQ、UCEQ 为静态值。为静态值。UCE=VCC ICRC例：图示单管共射放大电路及特性曲线中，例：图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知已知 Rb

13、=280 k，Rc=3 k ，集电极直流电源，集电极直流电源 VCC=12 V，试用图解法确定静态工作点。，试用图解法确定静态工作点。解：解：首先估算首先估算 IBQA 40mA)2807.012(bBEQCCBQ RUVI做直流负载线，确定做直流负载线，确定 Q 点点根据根据 UCEQ=VCC ICQ RcIC=0，UCE=12 V；UCE=0，IC=4 mA。RBVccRCTRL0iB=0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQIBQ=40 A，ICQ=2 mA，UCEQ=6 V.uCE /V由由 Q 点确定静态值为：点确定静态值为：iC /mA3.2 3.2 动态

14、分析动态分析 当有交流信号输入时放大器的工作当有交流信号输入时放大器的工作状态称为状态称为动态动态。动态分析是在动态分析是在静态值确定以后静态值确定以后分析分析信号的传输情况，主要考虑静态工作点信号的传输情况，主要考虑静态工作点附近附近变化变化的电流和电压。的电流和电压。短路短路短路短路置零置零RBVccRCC1C2T3.2.1图解法分析动态特性图解法分析动态特性直流通路的确定：直流通路的确定：RLRBRCRLuiuo交流通路交流通路icuo=-iC(RC/RL)交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：交流负载线斜率为：CL1/RROIBiC /mAuCE /VQuo=-ic(RC/RL)=uc

15、e注意：交流负载线是动态工作点移动的轨迹。注意：交流负载线是动态工作点移动的轨迹。UCEQ=VCC ICQ Rc即：即：ic=uce/(-RC/RL)输入回路工作情况分析输入回路工作情况分析0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB/AuBE/ViBUiEF交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线4.57.5 uCE912t0iCQiC/mA0IB =4 0 A2060804Q260uCE/ViC/mA0tuCE/VUCEQ iC输出回路工作情况分析输出回路工作情况分析MN电压放大倍数电压放大倍数OCEiBEuuuAuu例例 用图解法求图示电路电压放大倍数。输入

16、、输出特用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如右图，性曲线如右图，RL=3 k ，uI=(0.720.68)V=0.04 V。uCE=(4.5 7.5)V=3 V解：解：求求 确定交流负载线确定交流负载线LR k 5.1/LCLRRR则输出特性曲线上有则输出特性曲线上有7504.03BECE uuAu单管共射放大电路单管共射放大电路当输入正弦波当输入正弦波 uI 时，时，放大电路中相应的放大电路中相应的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。波形。单管共射放大电路各点的电压电流波形：单管共射放大电路各点的电压电流波形：单管共射放大电路输出单管共射放大电路输出信号与输入信号信号与

17、输入信号反相反相。3.2.2微变等效电路法微变等效电路法 晶体管在小信号晶体管在小信号(微变量微变量)情况下工作时，可以在静情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的用直线段近似地代替三极管的特性曲线特性曲线，三极管就可以，三极管就可以等效为一个线性元件等效为一个线性元件。这样就。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。线性电路。微变等效条件微变等效条件研究的对象仅仅是研究的对象仅仅是变化量变化量信号的信号的变化范围很小变化范围很小3.2.2.1 3.2.2.1 晶体管晶体

18、管微变等效电路微变等效电路 iB uBE 晶体管的输入特性曲线晶体管的输入特性曲线 常数常数 CEBBEbeUiurrbe：晶体管的输入电阻。：晶体管的输入电阻。在小信号的条件下，在小信号的条件下，rbe是一常是一常数。晶体管的输入电路可用数。晶体管的输入电路可用 rbe 等等效代替。效代替。（1）输入端输入端Q 点附近的工作段点附近的工作段近似地看成直线近似地看成直线 可认为可认为 uBE 与与 iB 成正比成正比QOiB uBE rbe 的近似估算公式：的近似估算公式：rbb ：基区体电阻。基区体电阻。re b ：基射之间结电阻。基射之间结电阻。欧姆，可忽略。欧姆，可忽略。只有几只有几：发

19、射区体电阻，一般：发射区体电阻，一般 er BEB bbBBbb(1)(1)ebebui riri rr 低频、小功率管低频、小功率管 rbb 约为约为 300 。c beiBiCiEbb rbe rer e b bbe bEQEQ(1),26beebTrrrUmVrII 其中,（2）输出端输出端假设在假设在 Q 点附近特性曲线基本上是水平的点附近特性曲线基本上是水平的(iC 与与 uCE无关无关)，数量关系上，数量关系上，iC 是是 iB 的的 倍；倍；iB iB从三极管输出端看，从三极管输出端看，可以用可以用 iB 恒流源代恒流源代替三极管替三极管；该恒流源为受控源；该恒流源为受控源；为为

20、 iB 对对 iC 的控制。的控制。uCE QiC O（3）微变等效电路）微变等效电路cbe +uBE +uCE iC iBebcrbe iB+uBE +uCE iC iBrce3.2.2.2 3.2.2.2 微变等效电路求解微变等效电路求解A Au u、R Ri i、R RO OC1RcRb+VCCC2RL+T+iuOuRi=rbe/Rb ，Ro=Rcourbe ebcRcRLRbbicibi+iuui=ibrbeuO=-iC(RC/RL)=-ib(RC/RL)Au=uo/ui=-(RC/RL)/rbe微变等效电路法的解题步骤微变等效电路法的解题步骤(归纳归纳)1.首先利用图解法或近似估算法确定放大电路首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点的静态工作点 Q。2.求出静态工作点处的微变等效电路参数求出静态工作点处的微变等效电路参数 和和 rbe。3.画出放大电路的微变等效电路。可先画出三画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流通路。流通路。4.列出电路方程并求解。列出电路方程并求解。