电子技术培训课件 ch2-2.ppt

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1、2.2 共射极放大电路,一、共射极放大电路的组成及工作原理,二、放大电路的图解分析法,三、微变等效电路法,四、中频段共射放大电路的分析和定量计算,五、静态工作点稳定电路,六、放大电路的频率响应特性分析,一、 共射极放大电路的组成及工作原理, 电路组成, 简化电路及习惯画法, 简单工作原理, 放大电路的静态和动态, 直流通路和交流通路,1. 电路组成,输入回路（基极回路）,输出回路（集电极回路）,一、 共射极放大电路的组成及工作原理,放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,2.单管共射极放大电路的结构及各元件的作用,各元件作用：,使发射结正偏，并提供适当的静IB和UBE

2、。,基极电源与基极电阻,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F50F,作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,+,+,各元件作用：,3. 简化电路及习惯画法,习惯画法,共射极基本放大电路,4. 放大电路的静态和动态,静态：输入信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,电路处于静态时，三极管个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用

3、IB、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。,# 放大电路为什么要建立正确的静态？,工作点合适,工作点偏低,5. 直流通路和交流通路,直流通路,共射极放大电路,对交流信号(输入信号ui),放大器的交流通路,交流通路分析动态工作情况交流通路的画法：,将直流电压源短路，将电容短路。,交流通路,6. 简单工作原理,Vi=0,Vi=Vsint,二、放大电路的图解分析法, 用近似估算法求静态工作点, 用图解分析法确定静态工作点, 交流通路及交流负载线, 输入交流信号时的图解分析, BJT的三个工作区, 输出功率和功率三角形,1. 静态工作情况分析,2. 动态工作情况分析,共射极放大电

4、路,静态工作情况分析,1. 用近似估算法求静态工作点,根据直流通路可知：,采用该方法，必须已知三极管的 值。,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。,采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。,共射极放大电路,2. 用图解分析法确定静态工作点, 首先，画出直流通路,静态工作情况分析, 列输入回路方程：VBE =VCCIBRb, 列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc, 在输入特性曲线上，作出直线 VBE =VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。, 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到V

5、CEQ 和ICQ。,动态工作情况分析,由交流通路得纯交流负载线：,共射极放大电路,vce= -ic (Rc /RL),因为交流负载线必过Q点，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令RL = Rc/RL,1. 交流通路及交流负载线,则交流负载线为,vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) RL,即 iC = (-1/RL) vCE + (1/RL) VCEQ+ ICQ,2. 输入交流信号时的图解分析,动态工作情况分析,共射极放大电路,通过图解分析，可得如下结论： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量

6、出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。,# 动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？,波形的失真,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。,由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。,注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,动态工作情况分析,3. 失真分析,# 放大区是否为绝对线性区？,放大电路的动态范围,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：,工作点Q要设置

7、在输出特性曲线放大区的中间部位；,动态工作情况分析,3. BJT的三个工作区,要有合适的交流负载线。,uo,可输出的最大不失真信号,（1）合适的静态工作点,.非线性失真与Q的关系,uo,（2）Q点过低信号进入截止区,称为截止失真,信号波形,uo,（3）Q点过高信号进入饱和区,称为饱和失真,信号波形,截止失真和饱和失真统称“非线性失真”,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：,（1）放大电路的Q点。,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）,解：（1）,（2）当Rb=1

8、00k时，,静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。,其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：,所以BJT工作在饱和区。,VCE不可能为负值，,此时，Q（120uA，6mA，0.3V），,例题,end,三、微变等效电路法,BJT的小信号建模, 三极管H参数微变等效电路, H参数的物理意义, 模型的简化, H参数的确定,（意义、思路）,指导思想,条件,低频小信号(幅值和频率比较小),把管子转化为电路,非线性转化为线性,BJT的小信号建模,要解决的问题,已知电路元件、管子特性和参数求电路的动态参数,注意：,反映Q点附近交流分量之间的关系,1.三极管H参数微变等效电路,

9、在小信号情况下，对上两式取全微分得,用小信号交流分量表示,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,可以写成：,根据,可得小信号模型, H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,1.三极管H参数微变等效电路,2. 模型的简化,即 rbe= hie = hfe uT = hre rce= 1/hoe,一般采用习惯符号,则BJT的H参数模型为

10、, uT很小，一般为10-310-4 ， rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路, ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。 电流方向与ib的方向是关联的。,输出端交流短路时的输入电阻；,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；,输入端交流开路时的反向电压传输比；,输入端交流开路时的输出电导。,其中：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,3. H参数的物理意义,4. H参数的确定, 一般用测试仪测出；, rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,一般也用公式估算 rbe,rbe= rb + (1+ ) re,其中对于低频小功率管 rb200,

11、则,四、中频段共射放大电路的分析和计算,共射极放大电路,1. 利用直流通路求Q点,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。,2. 画出小信号等效电路,共射极放大电路,H参数小信号等效电路,3. 求电压增益,根据,则电压增益为,（可作为公式）,定义：,当信号源有内阻时：,由图知：,所以：,4. 求输入电阻,令,1. 电路如图所示。试画出其小信号等效电路。,解：,例题,例题,解：,（1）,（2）,end,五、 静态工作点稳定电路, 稳定工作点原理, 放大电路指标分析, 固定偏流电路与射极偏置电路的比较,1. 温度对工作点的影响,2. 射极偏置电路,1. 温度对工作点的影响,2. 射

12、极偏置电路,稳定工作点原理,如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。,T , IC, IE,IC, VE、VB不变, VBE , IB,指标计算,静态工作点,若I1 IB,若VB VBE,工程上一般取 I1 =(510)IB VB =3V5V,指标计算,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,画小信号等效电路,确定模型参数,已知，求rbe,增益,输入电阻,根据定义,由电路列出方程,则输入电阻,放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻,指标计算,信号源短路(保留内阻),输出电阻,输出电阻,求输出电阻的等效电路,负载开路,输出端口加测试电压,对回路1和2列KVL方程,rce

13、对分析过程影响很大，此处不能忽略,其中,则,当,时，,指标计算,固定偏流电路与射极偏置电路的比较,共射极放大电路,静态：,固定偏流电路与射极偏置电路的比较,固定偏流共射极放大电路,Ro = Rc,# 射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？,end,六、放大电路的频率响应特性分析,一、三极管混合型微变等效电路和频率响应,二、单级共射极放大电路的频率响应,研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。,三极管混合型微变等效电路,三极管电流放大系数的频率响应,三极管的频率参数,低频段的频率响应,中频段的频率响应,高频段的频率响应,

14、1. BJT的混合型微变等效电路,模型的引出,rbe 发射结电阻re归算到基极回路的电阻,Cbe 发射结电容,rbc 集电结电阻,Cbc 集电结电容,rbb 基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点,互导,BJT的混合型微变等效电路,一、三极管混合型微变等效电路和频率响应,简化模型,混合形高频小信号模型,1. BJT的混合型微变等效电路,由三极管混合II型微变等效电路可求出电流放大系数与工作信号频率f间的关系。根据的定义，输出端交流短路时与之比，即,.三极管电流放大系数的频率响应,幅频特性和相频特性的频率特性曲线如下,的模为,.三极管电流放大系数的频率响应,的频率特性（波特图）,3. BJT的频

15、率参数,由H参数可知,即,根据混合模型得,低频时,所以,令, 的幅频响应,共发射极截止频率,特征频率,共基极截止频率,3. BJT的频率参数, 的相频响应,f(10)fffT,. 低频响应,低频等效电路,二、单级共射极放大电路的频率响应,. 低频响应,低频等效电路,Rb=（Rb1 | Rb2）远大于Ri,，CeCb2,中频区(即通常内)源电压增益,当,则,下限频率取决于,. 低频响应,低频响应,当,. 低频响应,低频响应,下限频率取决于,当 时，,相频响应 180arctan( fL1 / f) 180 arctan(fL1/f),幅频响应,. 低频响应,低频响应,包含fL2的幅频响应,. 中

16、频段的频率响应,中频率段，耦合电容的容抗很小，视为短路；而三极管的极间电容，容抗又很大，视为开路。于是中频段的等效电路如图所示,中频段的幅频特性和相频特性,共射放大电路频率响应波特图,二、单级共射极放大电路的频率响应,. 高频响应,形高频等效电路,. 高频响应,形高频等效电路,对节点 c 列KCL得,称为密勒电容,目标：断开输入输出之间的连接,二、单级共射极放大电路的频率响应,同理，在c、e之间也可以求得一个等效电容CM2，且,等效后断开了输入输出之间的联系,. 高频响应,形高频等效电路,二、单级共射极放大电路的频率响应,. 高频响应,形高频等效电路,目标：简化和变换,输出回路的时间常数远小于

17、输入回路时间常数，考虑高频响应时可以忽略CM2的影响。,二、单级共射极放大电路的频率响应,. 高频响应,形高频等效电路,目标：简化和变换,二、单级共射极放大电路的频率响应,. 高频响应,高频响应和上限频率,由电路得,电压增益频响,其中,中频增益或通带源电压增益,上限频率,. 高频响应,高频响应和上限频率,RC低通电路,共射放大电路,频率响应曲线变化趋势相同,幅频响应,增益-带宽积,BJT 一旦确定，,带宽增益积基本为常数,. 高频响应,当RbRs及Rbrbe时，有,例题,解：,模型参数为,低频电压增益为,又因为,所以上限频率为,1. 多级放大电路的增益, 前级的开路电压是下级的信号源电压, 前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗, 下级的输入阻抗是前级的负载,4.7.5 多级放大电路的频率响应,2. 多级放大电路的频率响应,（以两级为例）,4.7.5 多级放大电路的频率响应,end,