4-三极管及放大电路基础(2)共射放大电路及分析方法资料.ppt

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1、第三章(3-1)3.2共射极放大电路（共射极放大电路（commonemitter)高高输入输入阻抗级阻抗级电压放电压放大级大级(1)电压放电压放大级大级(2)功率放功率放大大器器扩音机的放大过程扩音机的放大过程:第三章(3-2)一、放大电路中三极管的三种连接方法一、放大电路中三极管的三种连接方法(三种组态）三种组态）ioe(iovvbca)(becvvc)(a)共共(发发)射极电路射极电路;(b)共集电极电路共集电极电路;(c)共基极电共基极电路路(iovvbeB)ciBiC输入输入回路回路输输出出回回路路iBiEiEiC第三章(3-3)二、共射极放大电路基本组成二、共射极放大电路基本组成图图

2、单管共射极放大电路单管共射极放大电路I IB B=(V=(VBBBB-V-VBEBE)/)/R Rb b VVBBBB/R Rb bVBB供给基极一个合适的供给基极一个合适的基极电流（偏流）基极电流（偏流）该该电路为电路为固定偏流电路固定偏流电路；R Rb b为为基极偏置电阻基极偏置电阻。C1，C2为为耦合电容耦合电容第三章(3-4)通常工程实际中通常工程实际中,为了简化电路为了简化电路,我们常采取我们常采取VBB=VCC,这时这时RBRC,RB为几十为几十几百几百K,RC为几为几K.第三章(3-5)RB+ECRCC1C2uiiBuCEuouo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反iC_

3、+_三、共射极三、共射极放大电路各放大电路各点电压电流点电压电流第三章(3-6)三、共射极三、共射极放大电路各放大电路各点电压电流点电压电流放大电路实质：放大电路实质：放大电路实质：放大电路实质：小能量控制大能量小能量控制大能量放大对象是变化量放大对象是变化量第三章(3-7)放大电路的分析方法BJT和场效应管是组成放大电路的主要器和场效应管是组成放大电路的主要器件，而它们的特性都是非线性的。因此，件，而它们的特性都是非线性的。因此，对放大电路进行定量分析时，对放大电路进行定量分析时，主要矛盾主要矛盾在于在于如何处理放大器件的非线性问题如何处理放大器件的非线性问题。对此问题，常用的方法有两个：对

4、此问题，常用的方法有两个：第一是第一是图解法图解法图解法图解法第二是第二是微变等效电路法（小信号模型法）微变等效电路法（小信号模型法）微变等效电路法（小信号模型法）微变等效电路法（小信号模型法）第三章(3-8)图解法图解法图解法图解法 是在承认放大器件的特性曲线为非线是在承认放大器件的特性曲线为非线性的前提下，在放大管的特性曲线上用作图的性的前提下，在放大管的特性曲线上用作图的方法求解。方法求解。微变等效电路法微变等效电路法微变等效电路法微变等效电路法的实质是在一个比较小的信号的实质是在一个比较小的信号变化范围内，近似认为变化范围内，近似认为BJT的特性曲线是线性的特性曲线是线性的，由此导出的

5、，由此导出BJT的等效模型和相应的微变等的等效模型和相应的微变等效参数，从而将非线性问题转化为线性问题。效参数，从而将非线性问题转化为线性问题。于是就可利用电路原理中介绍的适用于线性电于是就可利用电路原理中介绍的适用于线性电路的各种定律、定理来对放大电路进行求解。路的各种定律、定理来对放大电路进行求解。放大电路的分析方法第三章(3-9)放大器两放大器两种工作状种工作状态态静态静态：当放大电路没有输入信号：当放大电路没有输入信号时，电路中各处的电压、电流都时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，则称为直流工作是不变的直流，则称为直流工作状态或静止状态。状态或静止状态。动态动态：当放大电路有输入

6、信号时，：当放大电路有输入信号时，电路中各处的电压、电流都是变电路中各处的电压、电流都是变动状态，则称为电路处在动态工动状态，则称为电路处在动态工作情况或动态。作情况或动态。3.3图解分析法图解分析法第三章(3-10)“先先静态，后动态静态，后动态”放大电路的分析步骤对对一个放大电路进行分析时，首先要分析一个放大电路进行分析时，首先要分析未加输入信号是的工作状态，估算电路中未加输入信号是的工作状态，估算电路中各处的直流电压和直流。这就是各处的直流电压和直流。这就是静态分析静态分析静态分析静态分析。然后进行然后进行动态分析动态分析动态分析动态分析，即分析加上交流输入，即分析加上交流输入信号后电路

7、的工作状态，估算各项动态技信号后电路的工作状态，估算各项动态技术指标，如电压放大倍数、输入电阻、输术指标，如电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等等。出电阻等等。第三章(3-11)静态分析讨论的静态分析讨论的对象对象是信号的是信号的直流成分直流成分动态分析讨论的动态分析讨论的对象对象是信号的是信号的交流成分交流成分由于放大电路中存在着电抗性元件，所由于放大电路中存在着电抗性元件，所以直流成分和交流成分的信号通路是不以直流成分和交流成分的信号通路是不一样的。为了进行静态分析和动态分析，一样的。为了进行静态分析和动态分析，我们首先来看看放大电路的直流通路和我们首先来看看放大电路的直流通路和交流通路有何

8、不同交流通路有何不同放大电路的分析步骤第三章(3-12)分析静态时，通常用直流通路。分析静态时，通常用直流通路。直流通路直流通路:在直流电在直流电源作用下直流电流源作用下直流电流流经的通路，它用流经的通路，它用于研究静态工作点。于研究静态工作点。RbRCVCC画直流通路画直流通路电容视为开路；电容视为开路；电感线圈视电感线圈视为短路；为短路；信号源视为短路，但信号源视为短路，但应保留其内阻。应保留其内阻。第三章(3-13)分析动态时，通常用交流通路。分析动态时，通常用交流通路。交流通路交流通路:输入信号输入信号作用下交流信号流经作用下交流信号流经的通路，它用于研究的通路，它用于研究动态参数及性

9、能指标。动态参数及性能指标。画交流通路画交流通路容量大的电容视为短路，容量大的电容视为短路，直直流电压源视为短路。流电压源视为短路。第三章(3-14)静态工作点静态工作点Q点点：三极管各电极的直流电压和：三极管各电极的直流电压和电流数值在电流数值在T的特性曲线上确定的一点称为静的特性曲线上确定的一点称为静态工作点。态工作点。放在放在大器设置静态工作点的大器设置静态工作点的原因原因：发射结是：发射结是单向导电的，而且具有一定的门坎电压，如单向导电的，而且具有一定的门坎电压，如果直接输入交流信号将会产生严重失真。因果直接输入交流信号将会产生严重失真。因此设置静态工作点是为了保证放大电路的正此设置静

10、态工作点是为了保证放大电路的正常工作。常工作。一、静态工作情况分析一、静态工作情况分析第三章(3-15)画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路将电容开路，可画出电路的直将电容开路，可画出电路的直流通路如图所示。流通路如图所示。根据基极回路求根据基极回路求IB由由BJT的电流分配关系求的电流分配关系求IC由集电极回路求由集电极回路求VCE静态方程组：静态方程组：I IB B=(V=(VCCCC-V-VBEBE)/R)/RB B VccVcc/R/RB B I IC C=I=IB B V VCECE=V=VCCCC-IcRIcRC C 1、静态估算法的一般步骤如下：、静态估算法的一般步骤如下

11、：第三章(3-16)图解法图解法是依据电路中是依据电路中BJT的输入特性、输出特性曲线，在的输入特性、输出特性曲线，在已知电路各参数的情况下，通过作图分析放大电路工作情已知电路各参数的情况下，通过作图分析放大电路工作情况的一种工程处理方法。况的一种工程处理方法。非非线性部分线性部分线性部分线性部分特点：可分析大信号，但作图麻烦，误差大。特点：可分析大信号，但作图麻烦，误差大。第三章(3-17)VCC=12V，Rb=300kRc=4kIB=VCC/Rb=12V/300k=40A，非非线性部分的线性部分的V-I特性即为特性即为曲线曲线2、静态图解法分析步骤、静态图解法分析步骤：非非线性部分线性部分

12、线性部分线性部分（1）作出电路非线性部分作出电路非线性部分(包括包括BJT和确定其偏流的和确定其偏流的VBB和和Rb)的的V-I特性特性第三章(3-18)表示直流负载线表示直流负载线MNM（12V，0mA）N（0V，3mA）,其斜率为其斜率为1/Rc。（2）作出线性部分）作出线性部分(包括包括VCC和和Rc的串联电路的串联电路)的的V-I特特性性直流负载线直流负载线电路中有电路中有：V VCECE=V=VCCCC-IcRIcRC C非非线性部分线性部分线性部分线性部分第三章(3-19)电路的直流负载线和曲线电路的直流负载线和曲线的交点的交点Q点就是静态工作点就是静态工作点。点。（3）由电路的线

13、性与非线性两部分）由电路的线性与非线性两部分V-I特特性的交点确定性的交点确定Q点点可读出：可读出：IB=40A，IC=1.5mA，VCE=6V。第三章(3-20)（1）根据）根据vi的波形在三极管输入特性曲线的波形在三极管输入特性曲线上求上求iB（2）在输出特性曲线上作交流负载线，在输出特性曲线上作交流负载线，求求iC及及vCE的波形的波形（3）求电压增益）求电压增益二、动态工作情况图解分析二、动态工作情况图解分析二、动态工作情况图解分析二、动态工作情况图解分析1 1、动态分析步骤：、动态分析步骤：、动态分析步骤：、动态分析步骤：第三章(3-21)放大电路接入负载时（用交流负载线）放大电路接

14、入负载时（用交流负载线）当当放大电路接入负载时，放大电路接入负载时，输出回路中，输出回路中，RC和和RL是并是并联的。它们并联电阻值为联的。它们并联电阻值为交流负载线交流负载线交流负载线是一条过交流负载线是一条过Q点，点，斜率为斜率为-1/RL的直线的直线第三章(3-22)iBuBEQiCuCEuiibibicuCE怎么变化怎么变化假设假设uBE在静态工作点的在静态工作点的基础上有一微小的变化基础上有一微小的变化ui动态工作情况分析动态工作情况分析第三章(3-23)ICUCEicuCE的变化沿一的变化沿一条直线条直线交流负载线交流负载线uCE第三章(3-24)综上综上分析，可总结出如下几点（分

15、析，可总结出如下几点（P88-89）：）：.第三章(3-25)小结：小结：没有输入信号（没有输入信号（vi=0）时，时，BJT各电极都是恒各电极都是恒定的电流和电压（定的电流和电压（IB、IC、VCE）；当）；当vi0时，时，iB、iC、vCE都在原来的直流量上叠加了一个交都在原来的直流量上叠加了一个交流量流量iB=IB+ibiC=IC+icvCE=VCE+vcevCE中的交流分量中的交流分量vce（即（即vo）的幅度的幅度vi幅幅度，且同为正弦波电压，体现了放大作用。度，且同为正弦波电压，体现了放大作用。vce（vo）与）与vi相位相反相位相反反相电压放大作反相电压放大作用用虽然这些电流、虽

16、然这些电流、虽然这些电流、虽然这些电流、电压总量的瞬时值是变化的，电压总量的瞬时值是变化的，电压总量的瞬时值是变化的，电压总量的瞬时值是变化的，但它们的方向是但它们的方向是但它们的方向是但它们的方向是始终不变的始终不变的始终不变的始终不变的第三章(3-26)2 2、非线性失真、非线性失真、非线性失真、非线性失真三极管有三种工作状态：饱和、放大、截止。三极管有三种工作状态：饱和、放大、截止。如果静态工作点如果静态工作点Q的选择的选择不当不当，就会，就会使在一个输入信号使在一个输入信号周期内，三极管的周期内，三极管的工作状态进入饱和工作状态进入饱和或截止区，而产生或截止区，而产生波形失真波形失真（

17、非线性（非线性失真）失真）非线性失真包含非线性失真包含饱和失真和截止失真。饱和失真和截止失真。第三章(3-27)iCuCEuo可输出可输出的最大的最大不失真不失真信号信号合适的静态工作点合适的静态工作点ib第三章(3-28)iCuCEuoQ点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区称为截止失真称为截止失真信号波形信号波形第三章(3-29)iCuCEuoQ点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区称为饱和失真称为饱和失真信号波形信号波形第三章(3-30)第三章(3-31)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路法微变等效电路法图解法图解法计

18、算机仿真计算机仿真第三章(3-32)3.4小信号模型分析法小信号模型分析法小小信号模型分析法又称信号模型分析法又称微变等效电路微变等效电路分析法。分析法。微微变变：指变化量很小，即三极管工作在小信号下。：指变化量很小，即三极管工作在小信号下。微变等效电路微变等效电路分析法就是把非线性元件晶体管分析法就是把非线性元件晶体管组成的电路等效为一个线性电路，也就是把晶组成的电路等效为一个线性电路，也就是把晶体管线性化，等效为一个线性元件。体管线性化，等效为一个线性元件。只有在只有在“微变微变”的情况下，才能够实现从非线性的情况下，才能够实现从非线性到线性地转化。到线性地转化。第三章(3-33)三极管特

19、性曲线的局部线性化三极管特性曲线的局部线性化三极管特性曲线的局部线性化三极管特性曲线的局部线性化iBuBEQuBEiBQiBiB由于在一个微小的工作范围内，三极管由于在一个微小的工作范围内，三极管由于在一个微小的工作范围内，三极管由于在一个微小的工作范围内，三极管电压、电流变化量之间的关系基本上是电压、电流变化量之间的关系基本上是电压、电流变化量之间的关系基本上是电压、电流变化量之间的关系基本上是线性的，因此可以用一个等效的线性电线性的，因此可以用一个等效的线性电线性的，因此可以用一个等效的线性电线性的，因此可以用一个等效的线性电路来代替这个三极管。路来代替这个三极管。路来代替这个三极管。路来

20、代替这个三极管。第三章(3-34)一、三极管的微变等效电路一、三极管的微变等效电路一、三极管的微变等效电路一、三极管的微变等效电路1 1、三极管、三极管、三极管、三极管HH参数的推导参数的推导参数的推导参数的推导网络参数：网络参数：Z参数（开路阻抗参数，早期使用）参数（开路阻抗参数，早期使用）Y参数（短路导纳参数，高频使用）参数（短路导纳参数，高频使用）H参数（混合参数（混合hybrid参数，低频使用）参数，低频使用）第三章(3-35)BJT在共射极电路的输入回路和输出回路有在共射极电路的输入回路和输出回路有设设BJT在小信号下工作，对上两式取全微分，得在小信号下工作，对上两式取全微分，得将无

21、限小的信号增量用有限的增量来代替将无限小的信号增量用有限的增量来代替vBEcbe(a)i BvCEi C第三章(3-36)rbe输出端交流短路时的输入电阻，单位输出端交流短路时的输入电阻，单位为欧姆（为欧姆（W W）；）；输出端交流短路时的正向电流传输比或电输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数（无量纲）；流放大系数（无量纲）；r输入端交流开路时的反向电压传输比（无输入端交流开路时的反向电压传输比（无量纲）；量纲）；1/rce输入端交流开路时的输出电导，单位输入端交流开路时的输出电导，单位为西门子（为西门子（S）；）；hie，hre，hfe，hoe称为称为BJT在共射极接法下的在共射极

22、接法下的H参数参数第三章(3-37)2、三极管、三极管H参数的等效电路参数的等效电路其中其中,hie为电阻为电阻,hrevce为电压源为电压源,hfeib为电流源为电流源,hoe为电导为电导i bcbebi b(d)uceuberbei c1第三章(3-38)1、首先考察输入回路首先考察输入回路iBuBE当信号很小时，将输当信号很小时，将输入特性在小范围内近入特性在小范围内近似线性似线性。uBE iB对输入的小交流信对输入的小交流信号而言，三极管号而言，三极管BE间等效于电阻间等效于电阻rbe。第三章(3-39)对输入的小交流对输入的小交流信号而言，三极信号而言，三极管管BE间等效于电间等效于

23、电阻阻rbe。becrbeibbeubeubeib第三章(3-40)考察输出回路考察输出回路iCuCE所以：所以：输出端相当于一个受输出端相当于一个受ib控制的电流源。控制的电流源。近似平行近似平行且且电流源电流源两端还要并两端还要并联一个大电阻联一个大电阻rce。2、第三章(3-41)iCuCE iC uCErce的含义的含义第三章(3-42)ubeibuceicuberbe ibibrceuceicrce很大，一般忽略。很大，一般忽略。第三章(3-43)brbee(b)i bubei bcbebi b(d)uceuberbei cubecbe(a)i bucei cce(c)bi b uc

24、ei c第三章(3-44)3、rbe的推导的推导式中：式中：rb为基区体电阻，低频小功率管的为基区体电阻，低频小功率管的rb约为约为200左右。左右。re为发射结电阻。为发射结电阻。re的值为的值为VT（mV）/IE（mA）。）。在室温（在室温（300K）时，时，VT的值为的值为26mV。上式的适用范围为上式的适用范围为0.1mAIE求求第三章(3-53)2求求Ri3求求Ro第三章(3-54)思考思考思考思考 如欲提高如欲提高|AV|，可采取哪些措施？假如使可采取哪些措施？假如使用下面两种方法，是否有效？用下面两种方法，是否有效？保持电路其他参数不变，增大保持电路其他参数不变，增大BJT的的值

25、值保持电路其他参数不变，适当提高静态工作点保持电路其他参数不变，适当提高静态工作点分析：应从电路增益的计算式入手来考虑分析：应从电路增益的计算式入手来考虑两个主要公式：两个主要公式：第三章(3-55)微变微变等效电路法应用举例等效电路法应用举例RB+VCCRCC1C2RERLuiuoBEC+-+有些放大电路无有些放大电路无法利用图解法直法利用图解法直接求其电压放大接求其电压放大倍数，但可利用倍数，但可利用微变等效电路法微变等效电路法分析分析接有接有发射极电阻的单管放大电路发射极电阻的单管放大电路已知：已知：RC=3KRB=240KRE=820RL=3KVCC=12V=50求：求：AV、Ri、R

26、o第三章(3-56)小结小结适用范围适用范围适用范围适用范围优点优点优点优点缺点缺点缺点缺点图解图解图解图解法法法法静态分析、动态分静态分析、动态分析，尤适于分析具析，尤适于分析具有特殊输入输出特有特殊输入输出特性的管子以及工作性的管子以及工作在大信号状态下的在大信号状态下的放大电路放大电路直观、形象，便直观、形象，便于分析工作情况于分析工作情况（Q点、点、vo幅度、幅度、非线性失真等），非线性失真等），设置电路参数设置电路参数作图麻烦，误作图麻烦，误差较大；接差较大；接Re时不适用；信时不适用；信号频率太高时号频率太高时不适用不适用微变微变微变微变等效等效等效等效电路电路电路电路法法法法适用任何结构、工适用任何结构、工作在小信号下的放作在小信号下的放大电路。对于较大大电路。对于较大信号，只要非线性信号，只要非线性失真不严重或精度失真不严重或精度允许，亦可使用允许，亦可使用无须作图，简单、无须作图，简单、方便方便仅仅解决交流分解决交流分量的计算问题；量的计算问题；大信号下不精大信号下不精确确