第六章晶体放大电路课件.ppt
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- 第六 晶体 放大 电路 课件
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1、第第6 6章章 晶体放大电路基础晶体放大电路基础1 1、概述、概述:放大电路(即放大器)是应用最为广泛的放大电路(即放大器)是应用最为广泛的一类电子线路,它的功能是一类电子线路,它的功能是:将输入信号不失真地放大。将输入信号不失真地放大。在通信、自动控制、电子测量及广播、电在通信、自动控制、电子测量及广播、电视等方面和电子设备中,放大器是必不可少视等方面和电子设备中,放大器是必不可少的组成部分。的组成部分。2、放大电路的分类:、放大电路的分类:1.1.根据非线性元件的数量分:根据非线性元件的数量分:*简单放大电路:简单放大电路:由一只晶体管(或由一只晶体管(或FETFET)组成。)组成。且有(
2、基本放大电路)共射极、共基极、且有(基本放大电路)共射极、共基极、共集电极、共源极、共漏极等。共集电极、共源极、共漏极等。*多级放大电路:多级放大电路:由两只以上晶体管(或由两只以上晶体管(或FETFET)组成,也可以有多种其他组合电路形式。)组成,也可以有多种其他组合电路形式。2.2.根据放大信号不同特征来分:根据放大信号不同特征来分:直流放大器:其工作信号(被放大的对象)直流放大器:其工作信号(被放大的对象)是缓慢变化的信号。是缓慢变化的信号。音频放大器:其工作信号(被放大的对象)音频放大器:其工作信号(被放大的对象)是语言信号的放大器。是语言信号的放大器。视频放大器:其工作信号(被放大的
3、对象)视频放大器:其工作信号(被放大的对象)是图像信号。是图像信号。高频放大器:其工作信号(被放大的对象)高频放大器:其工作信号(被放大的对象)是高频载波信号或已调制的信号。是高频载波信号或已调制的信号。3.3.根据工作信号的强弱分:根据工作信号的强弱分:小信号放大器小信号放大器工作信号幅度很小。工作信号幅度很小。大信号放大器大信号放大器工作信号幅度很大,常工作信号幅度很大,常用作功率放大。用作功率放大。三、在这一章里,我们将以几种基本放大电三、在这一章里,我们将以几种基本放大电路为例。介绍放大电路的组成原则、工作原路为例。介绍放大电路的组成原则、工作原理、性能指标、计算分析方法等;在此基础理
4、、性能指标、计算分析方法等;在此基础上再扩展到多级放大电路、差分放大电路、上再扩展到多级放大电路、差分放大电路、集成运算放大电路、功率放大电路等的工作集成运算放大电路、功率放大电路等的工作原理及其频率特性。原理及其频率特性。ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE6.1 基本放大电路的组成基本放大电路的组成ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBR
5、CC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiEio :UUAu 定义定义SESRiIiUoUoU iiiIUR 定义:oooIUR 0U SLR f|Au|0.707|Auo|Auo|2UBEIBICUCE无输入信号无输入信号(ui=0)时时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO结论:结论:QIBUBEQUCEIC+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析静态分析uitOuotO6.3.2 6.
6、3.2 放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法 三极管的输入特性和输出特性都是非线性三极管的输入特性和输出特性都是非线性的,因此对放大电路进行定量分析时,主要的,因此对放大电路进行定量分析时,主要矛盾是如何处理矛盾是如何处理三极管的非线性问题三极管的非线性问题。而要。而要解决这个问题,常用以下两种方法:解决这个问题,常用以下两种方法:1.1.图解法图解法 2.2.小信号等效电路法(又称微变等效电路小信号等效电路法(又称微变等效电路法)法)放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析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
7、解法计算机仿真计算机仿真E 所谓图解法:就是在承认三极管特性为所谓图解法:就是在承认三极管特性为非线性的前提下,在管子的特性曲线上用作非线性的前提下,在管子的特性曲线上用作图的方法求解。图的方法求解。E 而小信号等效电路法:而小信号等效电路法:(又称微变等效电路法)(又称微变等效电路法)E 其实质是在静态工作点附近一个比较小其实质是在静态工作点附近一个比较小的变化范围内,近似地认为三极管的特性是的变化范围内,近似地认为三极管的特性是线性的,由此导出三极管的等效电路以及一线性的,由此导出三极管的等效电路以及一系列小信号等效参数,从而将非线性问题转系列小信号等效参数,从而将非线性问题转化为线性问题
8、,这样我们就可以利用电路原化为线性问题,这样我们就可以利用电路原理中学过的有关线性电路的各种规律来求解理中学过的有关线性电路的各种规律来求解三极管放大电路。三极管放大电路。E 另一方面,在放大电路中我们要处理的信号另一方面,在放大电路中我们要处理的信号通常是交、直流的混合量,故在计算时可以将交通常是交、直流的混合量,故在计算时可以将交直流分开考虑;直流分开考虑;E 所谓对放大电路的分析,就是要确定外电路所谓对放大电路的分析,就是要确定外电路在晶体管或场效应管各极上产生的电压和电流值。在晶体管或场效应管各极上产生的电压和电流值。因此有两个工作要做:因此有两个工作要做:E(1)(1)直流分析直流分
9、析确定静态确定静态Q Q点;点;E(2)(2)交流分析交流分析计算电路的动态性能指标,如计算电路的动态性能指标,如AuAu、RiRi、RoRo等。等。一、直流通路和交流通路一、直流通路和交流通路 直流通路和交流通路的划分依据:叠加定理。直流通路和交流通路的划分依据:叠加定理。直流通路:在直流电源作用下,直流电流流经的直流通路:在直流电源作用下,直流电流流经的通路通路 交流通路:在输入信号作用下,交流信号流经的交流通路:在输入信号作用下,交流信号流经的通路通路 在分析放大电路时,应遵循在分析放大电路时,应遵循“先静态、后动态先静态、后动态”的原则,即:求解静态工作点时应利用直流通路。的原则,即:
10、求解静态工作点时应利用直流通路。求解交流动态参数时应利用交流通路。求解交流动态参数时应利用交流通路。直流量与交流量常必须共存于放大电路中,由于电抗元件存在,直流量与交流量常必须共存于放大电路中,由于电抗元件存在,使直流量与交流量所流经的通路不同,因此为了研究问题方便,使直流量与交流量所流经的通路不同,因此为了研究问题方便,将放大电路分为直流通路与交流通路:将放大电路分为直流通路与交流通路:直流通路用于分析放大电路的静态工作点;直流通路用于分析放大电路的静态工作点;交流通路用于分析放大电路的动态参数。交流通路用于分析放大电路的动态参数。1.1.直流通路:直流通路:E直流通路(实际就是放大电路的偏
11、置电路)直流通路(实际就是放大电路的偏置电路)E 当输入信号当输入信号Ui=0Ui=0时,电路中只有直流量,时,电路中只有直流量,我们就把我们就把Ui=0Ui=0时形成的电流通路称为直流通时形成的电流通路称为直流通路。路。E 直流通路画法原则:直流通路画法原则:(举例)(举例)对直流来讲,电容视为开路,电感视为短路。对直流来讲,电容视为开路,电感视为短路。令令Ui=0Ui=0(输入信号为(输入信号为0 0)耦合电容耦合电容C1C1、C2C2等开路,电感等短路等开路,电感等短路 保留直流电压源保留直流电压源VccVcc或或EcEc例例1:对直流信号(只有对直流信号(只有+EC)开路开路开路开路R
12、B+ECRCC1C2T直流通路直流通路RB+ECRC直流通路直流通路(IB、IC、UCE)对直流信号电容对直流信号电容 C 可看作开路(即将电容断开)可看作开路(即将电容断开)断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE练习:分析各图所示电路对正弦交流信号有无放大作用。分析各图所示电路对正弦交流信号有无放大作用。第一步:画直流通路,判断第一步:画直流通路,判断BJT静态工作点是否在放大静态工作点是否在放大区域;区域;如果未给出具体数值,则即定性判断是否发射结正偏集如果未给出具体数值,则即定性判断是否发射
13、结正偏集电结反偏。电结反偏。如果给出了具体数值,则即定量判断相应的电压和电流是如果给出了具体数值,则即定量判断相应的电压和电流是否符合要求。否符合要求。第二步:画出交流通路,从电路角度分析是否具有放大作用。第二步:画出交流通路,从电路角度分析是否具有放大作用。练习:(a)第一步:画直流通路;第一步:画直流通路;发射结反偏,不能工作在放发射结反偏,不能工作在放大区域。大区域。无放大作用无放大作用即使静态时,调整电源使三极即使静态时,调整电源使三极管满足放大时的偏置,也无放管满足放大时的偏置,也无放大作用,因为:大作用,因为:输入的交流信号短路没有加输入的交流信号短路没有加入放大电路中。入放大电路
14、中。练习:(b)如果如果Rb和和Rc满足偏置满足偏置要求则具有放大作用。要求则具有放大作用。练习:(c)第一步:画直流通路第一步:画直流通路无放大作用无放大作用练习:(d)VCC极性接反极性接反无放大作用无放大作用关于临界饱和关于临界饱和1、是饱和状态和放大状态的交界,既可用饱和时的条件又可应、是饱和状态和放大状态的交界,既可用饱和时的条件又可应用放大时的公式。用放大时的公式。bBEQBBBQRVVI CCESCCCSCCCESCCSRVVIVVRI CSBSBSCSIIII 2、如果求得实际的电流、如果求得实际的电流IB IBS,则工作在放大区域;否则工作在则工作在放大区域;否则工作在饱和区
15、域。饱和区域。练习2.2S S接通位置接通位置A:A:工作在饱和区域。工作在饱和区域。mAImARVIVVRIBSCCCCSCCCESCCS038.03 mAkVIB3.040)6.012(IBBSCSBECEiivv ;mAIC3 IB=IBS开关处在开关处在A,B,C位置,工作在什么状态?并求位置,工作在什么状态?并求Ic.练习2.2S S接通位置接通位置B:B:工作在放大区域。工作在放大区域。AmAkVIB 23023.0500)6.012(IBBSCSBECEiivv ;mAIIBC84.1 mAImARVIVVRIBSCCCCSCCCESCCS038.03 IB=IBS练习P186
16、4.2.2S S接通位置接通位置C C:发射结反偏。发射结反偏。工作在截止区域工作在截止区域。0,0 CBIICCCEVV 共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的=80,Rb=300k ,Rc=2k,VCC=+12V,求:,求:(1)放大电路的)放大电路的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域?工作在哪个区域?(2)当)当Rb=100k 时,放大电路的时,放大电路的Q点。此时点。此时BJT工工作在哪个区域?(忽略作在哪个区域?(忽略BJT的饱和压降)的饱和压降)解:解:(1)A40300k2V1bBECCBQ RVVI(2)当)当Rb=100k 时
17、,时,3.2mAA4080BQCQ II 5.6V3.2mA2k-V12CQcCCCEQ IRVV静态工作点为静态工作点为Q(40 A,3.2mA,5.6V),),BJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0,即,即IC的最大电流为:的最大电流为:A120100k2V1bCCBQ RVImA6.9A12080BQCQ II V2.79.6mA2k-V12CQcCCCEQ IRVVmA62k2V1cCESCCCM RVVICMBQ II 由由于于,所以,所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE不可能为负值,不可能为负值,此时,此时,Q(120uA,6mA,0V),),
18、仍设仍设BJT的的=80,电路中电路中VCC=+12V,求:,求:(3)当)当Rb=300k时,时,Rc=5k时放大电路时放大电路的的Q点。此时点。此时BJT工作在哪个区域?工作在哪个区域?解解:(3)当)当Rb=300k时,时,Rc=5k时,时,CMBQ II 由由于于所以所以BJT工作在饱和区。工作在饱和区。VCE最小为最小为0,此时,此时,Q(40uA,2.4mA,0V)A40300k2V1bBECCBQ RVVI3.2mAA4080BQCQ II V-3.2mA5k-VCQcCCCEQ412 IRVVmA5k2VcCESCCCM4.21 RVVI 放大电路如图所示。当测放大电路如图所示
19、。当测得得BJT的的VCE 接近接近VCC的值时,的值时,问管子处于什么工作状态?可问管子处于什么工作状态?可能的故障原因有哪些?能的故障原因有哪些?截止状态截止状态答:答:故障原因可能有:故障原因可能有:Rb支路可能开路,支路可能开路,IB=0,IC=0,VCE=VCC-IC Rc=VCC。C1可能短路,可能短路,VBE=0,IB=0,IC=0,VCE=VCC-IC Rc=VCC。当实际的基极电流 CSBSBIII 时三极管才工作在放大区。2.2.交流通路:交流通路:E 交流通路:在只考虑交流信号作用时,电交流通路:在只考虑交流信号作用时,电路中只有交流量,电路为动态的,此时凡是路中只有交流
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