电子科大课堂讲义模拟电路第3章课件.ppt
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1、 第三章第三章 晶体管放大电路基础晶体管放大电路基础 3-1 实用放大电路工作原理及分析方法实用放大电路工作原理及分析方法 1、放大的概念、放大的概念(1)放大的本质是能量的控制作用;)放大的本质是能量的控制作用;(2)“放大放大”是针对变化量而言的。是针对变化量而言的。即:小能量控制大能量,放大的对象是变化量。即:小能量控制大能量,放大的对象是变化量。故:放大电路必然包括有源器件(故:放大电路必然包括有源器件(BJT或或FET)2、放大电路的特点、放大电路的特点(1)放大电路核心元件)放大电路核心元件器件伏安特性的非线性器件伏安特性的非线性(2)电路中电压、电流)电路中电压、电流交、直流并存
2、交、直流并存(3)受控源特点)受控源特点(4)温度对电路有影响)温度对电路有影响 3、对放大电路基本要求、对放大电路基本要求(1)能放大)能放大 a、外加直流电源极性正确:、外加直流电源极性正确:对对BJT,保证,保证e结正偏,结正偏,c结反偏;结反偏;b、在输入端,信号能送入器件;、在输入端,信号能送入器件;放大后,放大后,信号能送出给负载。信号能送出给负载。(2)不失真:对器件设置合适的直流电压、电)不失真:对器件设置合适的直流电压、电 流(静态工作点),以保证在输入信号整流(静态工作点),以保证在输入信号整 个周期内,管子始终工作在放大区。个周期内,管子始终工作在放大区。要求:电路参数、
3、元件参数设置合理。要求:电路参数、元件参数设置合理。作业:作业:P86 3-1 例题例题 判断下列各电路是否具有放大作用判断下列各电路是否具有放大作用 解:解:根据放大应满足根据放大应满足(1)直流偏置正确;直流偏置正确;(2)信号能送入管子;信号能送入管子;(3)放大后信号能送到负载;放大后信号能送到负载;Ce使信号不能输出使信号不能输出电路应改动电路应改动(去掉去掉Ce)。EB使信号不能输入使信号不能输入电路应改动电路应改动Rb位置。位置。EC使信号不能输出使信号不能输出电路应改动电路应改动(加加RC)。4、实用共射放大电路、实用共射放大电路 直流分量表示为直流分量表示为 大写大写大写大写
4、,如,如IE,IB,UCE 交流分量表示为交流分量表示为 小写小写小写小写,如如ie,ib,uce 交直流叠加量表示为交直流叠加量表示为小写小写大写大写,如,如iE,iB,uCE 交流量有效值表示为交流量有效值表示为大写大写小写小写,如,如Ie,Ib,Uce约定:约定:iB=IB+ib,iC=IC+ic,iE=IE+ie uBE=UBE+ube,uCE=UCE+uce各电压、电流波形:各电压、电流波形:1、电压、电流均为叠加量;、电压、电流均为叠加量;2、管子各极电流方向、管子各极电流方向、各极间电压方向始终不各极间电压方向始终不 变(同直流方向),只变(同直流方向),只 是大小变化;是大小变
5、化;3、uCE中的交流分量中的交流分量uce 即是即是uo,对,对ce电路电路uo 与与ui反向。反向。采用单电源的实际放大电路采用单电源的实际放大电路 例例 判断下列电路能否正常放大判断下列电路能否正常放大电源极性错电源极性错E结无偏置结无偏置信号不能送入信号不能送入分析放大电路要分别进行静态分析(直流分析)分析放大电路要分别进行静态分析(直流分析)动态分析(交流分析)动态分析(交流分析)静态:电路在不加输入信号(静态:电路在不加输入信号(Ui=0)时的工作状态)时的工作状态动态:电路加入输入信号后的工作状态。动态:电路加入输入信号后的工作状态。按照先静态分析后动态分析进行。按照先静态分析后
6、动态分析进行。5、放大电路的分析方法、放大电路的分析方法(1)静态分析即求解电路静态工作点静态分析即求解电路静态工作点Q(Quiescent):是指静态时管子各极电流和电压,是指静态时管子各极电流和电压,即求解即求解IBQ、ICQ、UCEQ这三个量。这三个量。由于是直流分析,故在放大电路的直流通路中求由于是直流分析,故在放大电路的直流通路中求解。解。直流通路:直流通路:直流分量的通路(电容开路,电感短路)直流分量的通路(电容开路,电感短路)例例1:R(2)动态分析即求解电路交流指标)动态分析即求解电路交流指标Au、Aus、Ri、Ro 等,求解需要用到交流通路。等,求解需要用到交流通路。交流通路
7、:交流信号通过的路径(电容和直流电压源均交流通路:交流信号通过的路径(电容和直流电压源均 对交流信号短路)。对交流信号短路)。例:例:-+VCCUo-VCC 例例3:分别画出下列电路直流通路和交流通路,:分别画出下列电路直流通路和交流通路,并说明并说明 电路组态。电路组态。c1Rc2ReRL+VCC+Uo-+Ui-+VCCRLR1RC+Uo-+Ui-3-2 BJT偏置电路偏置电路 偏置电路即放大电路的直流通路。偏置电路即放大电路的直流通路。BJT的偏置电路分为的偏置电路分为 一、固定偏置电路(固定基流偏置电路)一、固定偏置电路(固定基流偏置电路)电路形式电路形式CCBEBBUURI1、计算法(
8、、计算法(IBICUCE)(1)按真实方向标出)按真实方向标出IB、IC、UCE(2)由输入回路)由输入回路KVL求出求出IBBBECCBRUUI(3)由)由 ICIB ,求得,求得IC(4)由输出回路)由输出回路KVL求出求出UCECECCCCURIUCCCCCERIUU例例1(例(例3-1)估算)估算PNP管偏置电路静态工作点管偏置电路静态工作点 mAkVRUVIRIUVBEBCCBBBEBCC0212.0)(250)7.06(解:解:PNP管。按实际方向标出各电压、电流管。按实际方向标出各电压、电流VRIVUmAIICCCCECBC82.25.112.2612.20212.0100BCE
9、BBECCBBBBEBBEEBEBBCCIIRRUVIRIURIRIURIV)1()1(例例2 求电路静态工作点求电路静态工作点 解:由输入回路解:由输入回路)()(ECCCCCECEECCEECECCCCRRIVUURRIRIURIV由输出回路由输出回路BCcbBECCBBEbBcBCCIIRRUUIURIRIU)1()1(解:由输入回路解:由输入回路KVL:例例3 求静态求静态Q点点由输出回路由输出回路KVL:CBCCCECECBCCRIUUURIU)1()1(2、图解法求静态、图解法求静态Q点点 已知已知BJT的输入、输出特性曲线,利用作图的方法也可的输入、输出特性曲线,利用作图的方法也
10、可求出静态求出静态Q点。点。(a)对输入回路对输入回路 AA右边是右边是BJT输入端,输入端,iB、uBE关系应满足关系应满足BJT输入特性曲线;输入特性曲线;AA左边是线性电路,左边是线性电路,UCC=iBRB+uBE (直线方程)(直线方程)直流通路直流通路两点定出该直线:两点定出该直线:UCC=iBRB+uBE 横轴点(横轴点(UCC;0)纵轴点(纵轴点(0;UCC/RB)Q点对应的纵坐标即点对应的纵坐标即IBQ。静态静态Q点必在两线的交点上,如图。点必在两线的交点上,如图。(b)对输出回路)对输出回路 BB左边是左边是BJT的输出端,的输出端,iC、uCE应满足应满足BJT输出特性输出
11、特性曲线,且为曲线,且为iB=IBQ那条曲线;那条曲线;BB右边是线性电路,方程为:右边是线性电路,方程为:UCC=iCRC+uCE (直线方程)(直线方程)两点定出直线:横轴点(两点定出直线:横轴点(UCC;0)纵轴点(纵轴点(0;UCC/RC)输出端的这条直线称为直流负载线,输出端的这条直线称为直流负载线,Q点必在两线交点上,点必在两线交点上,Q点对应的横坐标即点对应的横坐标即UCEQ;纵坐标即纵坐标即ICQ。CCECRui1斜率斜率:如图所示如图所示(1)RB IB Q (如(如RBIBQ)(2)RC 直负线斜率直负线斜率 Q (如(如RC斜率斜率Q左移)左移)(3)UCC 直负线平移直
12、负线平移Q (如(如UCC直负线平右移直负线平右移Q右移)右移)(4)Q (如(如 曲线曲线Q)电路参数对电路参数对Q点的影响点的影响如图如图 例:已知例:已知=50,UBE=0.7V,RB=510k,RC=10k VCC=10V (1)求静态)求静态Q点,并分析点,并分析Q点设得是否合适;点设得是否合适;(2)当)当VCC和和BJT不变时,为使不变时,为使UCE=5V,可改变哪些,可改变哪些参数?如何变?参数?如何变?UCE偏小,偏小,Q点靠近饱和区。点靠近饱和区。VRIUUmAIImARUUICCCCCEBCBBECCB1109.0109.0018.05107.010解(解(1):):(2
13、)(a)RC不变,改变不变,改变RB值:值:kIUVRmAIImARUVIVUBBECCBCBCCECCCCE930,01.05.0,5即提高即提高RB,以减小,以减小IB,从而降低,从而降低Q点。点。即减小即减小RC(提高负载线斜率)以调整(提高负载线斜率)以调整Q点。点。kIUVRCCECCC56.59.0510(b)RB不变,改变不变,改变RC值:值:RB不变,不变,ICIB=0.9mA(不变)(不变)3、固定偏置电路的缺点、固定偏置电路的缺点 静态工作点受温度的影响较大,即静态工作点受温度的影响较大,即Q点的温度稳定性点的温度稳定性差。差。二、基极分压式偏置电路二、基极分压式偏置电路(
14、基极分压射极偏置电路基极分压射极偏置电路)电路形式电路形式直流通路直流通路 电路特点:具有自动稳定电路特点:具有自动稳定Q点的作用。点的作用。CCBBBVRRRUIIII21221,CEBCEBUIIIU)(静态工作点估算法:静态工作点估算法:)(,1212ECCCCCEEBCEBEBECCBRRIVUIIIRUUIVRRRU低频小信号放大电路的交流指标主要为:低频小信号放大电路的交流指标主要为:输入电阻输入电阻 Ri;输出电阻;输出电阻 Ro;电压增益(电压放大倍数)电压增益(电压放大倍数)Av;源电压增益(源电压放大倍数)源电压增益(源电压放大倍数)Avs;3-3 BJT放大电路交流指标求
15、解放大电路交流指标求解放大电路放大电路信号源信号源负载负载Ro-+AuoUiRi信号源信号源负载负载usiiusiiosisousiouRUoiiiARRRAUUUUUUUUAUUAIURIURLi,;0各定义式如下:各定义式如下:1、画出放大电路的交流通路;、画出放大电路的交流通路;2、用、用 参数简化模型(参数简化模型(h参数简化模型)取代交流通参数简化模型)取代交流通 路中的路中的BJT,得到其小信号等效电路;,得到其小信号等效电路;3、由各交流指标定义式,利用线性电路的分析方法求解。、由各交流指标定义式,利用线性电路的分析方法求解。求解步骤:求解步骤:一、共射(共一、共射(共e、ce)
16、放大电路)放大电路 1、交流指标的求解、交流指标的求解 例例1、求电路的、求电路的Av,Avs,Ri,Ro表达式表达式解:解:交流通路交流通路小信号等效电路小信号等效电路beLCbebLCbioubeBiiirRRrIRRIUUArRIUR)/()/(/beLCSbeBbeBusiiusrRRRrRrRARRRA)/(/求求Ro电路如下:电路如下:LiRUoIUR,0RCrbe+IU-Ib=0RBCoRR 例例2(例(例3-3)求共射放大电路中频段求共射放大电路中频段Ri、Av、Ro表达式和值。表达式和值。解:解:RB=R1/R2biBiBiiiIURRRIUR/FbebFebebbiiRrI
17、RIrIIUR)1()1(/FbeBiRrRRFbeLCFebebLCciouRrRRRIrIRRIUUA)1()/()/(CRuoRIURLs,0对电路直流求解求出对电路直流求解求出IE,以确定,以确定rbe。2、共射放大电路动态范围分析、共射放大电路动态范围分析 在动态情况下,电路负载电阻应为:在动态情况下,电路负载电阻应为:RL=RC/RL,交流负载线:交流负载线:a、斜率为、斜率为-1/RLb、横轴上截距横轴上截距 vCC=UCE+ICRL确定交流负载线:确定交流负载线:1、两点式、两点式利用两特殊点(利用两特殊点(Q点;横轴截距点;横轴截距UCE+ICRL点)点)连线确定交流负载线。
18、连线确定交流负载线。证明:交流负载线在横轴截距为证明:交流负载线在横轴截距为UCE+IC(RC/RL)方法方法1:列出交流负载线方程列出交流负载线方程 uCE=VCC-iC(RC/RL)并令并令 iC=0 得横轴上截距得横轴上截距 VCC 。其中其中 VCC=UCE+IC(RC/RL)uCE=UCE+uce 而而uce=-ic(RC/RL),ic=iC-IC 故故uce=-(iC-IC)(RC/RL)uCE=UCE-(iC-IC)(RC/RL)当当iC=0(叠加量叠加量),(纵坐标值)(纵坐标值)uCE=UCE+IC(RC/RL)(横坐标值横坐标值)方法方法2:列出列出uCEiC关系式关系式2
19、、点斜式、点斜式点:点:Q点;点;斜率:斜率:LLCRRR1/1(1)先作一条斜率为)先作一条斜率为-1/RL的辅助线;的辅助线;a、在、在iC轴上选一合适的值,并标出;轴上选一合适的值,并标出;b、算出对应的、算出对应的iCRL,在,在uCE轴上找到对应的点;轴上找到对应的点;c、两点连线得辅助线;、两点连线得辅助线;(2)通过)通过Q点作平行于辅助线的直线即为交流负载线。点作平行于辅助线的直线即为交流负载线。放大电路工作时,放大电路工作时,Q点沿交流负载线上下移动;点沿交流负载线上下移动;R为临界饱和点,对应的横坐标为为临界饱和点,对应的横坐标为UCES S为临界截止点,对应的横坐标近似为
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