4-2-4-3双极结型三极管及放大电路基础资料.ppt

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1、机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术第四章第四章 双极结型三极管双极结型三极管及放大电路基础及放大电路基础4.2 基本共射极放大电路4.3 放大电路的分析方法机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术4.2 基本共射极放大电路4.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路三极管三极管工作在放大工作在放大状态，即要保证发状态，即要保证发射结正偏、集电结射结正偏、集电结反偏。反偏。ui输入输入uo输出输出RBVCVBRCC1C2T机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术使发射结正偏，使发射结正偏

2、，并提供适当的基并提供适当的基极电流极电流IB。基极电阻与基极电阻与基极电源基极电源RBVCVBRCC1C2T机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术为输出放大的为输出放大的信号提供能量。信号提供能量。保证集电结保证集电结反偏反偏,使三极管使三极管处于放大状态处于放大状态.RBVCVBRCC1C2T集电极集电极电源电源机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术将集电极变化将集电极变化的电流转化为的电流转化为变化的电压。变化的电压。RBVCVBRCC1C2T集电极电阻集电极电阻机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术RBVCVBRCC1C2T耦合电容：耦合电容：隔离输入输出

3、与放大电路直流的联系，起交流耦合作用,能无损失的传递交流信号。C1和和C2容量较大，一般采用电解电容，使用时注意极性。容量较大，一般采用电解电容，使用时注意极性。机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术+VCCRBRCC1C2T+RLui+uo+VCRBVBRCC1C2T+RL+ui+uo+单单单单电电电电源源源源供供供供电电电电习习习习惯惯惯惯画画画画法法法法双电源供电双电源供电双电源供电双电源供电实际电路一般采用实际电路一般采用实际电路一般采用实际电路一般采用 单电源供电单电源供电单电源供电单电源供电机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术RB+VCCRCC1C2VT单电源

4、供电单电源供电基极电阻一般取几十千欧到几百千欧集电极电阻一般取几千欧到十几千欧 RB Rc 为什么？为什么？4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理 放大电路中既含有直流成分，又含有交流成分，放大电路中既含有直流成分，又含有交流成分，称为交直流共存称为交直流共存。交流电压放大器交流电压放大器:将小的电压信号放大成大的电压信号。将小的电压信号放大成大的电压信号。输入：交流小信号输入：交流小信号 ui输出：交流大信号输出：交流大信号 uouBE，iB，iC，uCE均为均为直流直流与与交流交流的叠加！的叠加！RB+VCRCC1C2uiuoiBiCuBEuCE机机电电工工程

5、程学学院院模模拟拟电电子子技技术术4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理静态和动态静态和动态 静态静态:时，放大电路的工作状态时，放大电路的工作状态称为称为直流或静态工作状态直流或静态工作状态。动态动态:时，放大电路的工作时，放大电路的工作状态。状态。机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术ui=0时时由于直流电由于直流电源的存在源的存在IB 0 IC 0 IE 0IBICIE=IB+ICRB+VCRCC1C2T1.1.静态：当放大电路中的输入信号静态：当放大电路中的输入信号 ui=0时，电路所处时，电路所处的工作状态。的工作状态。IB、UBE，IC、UC

6、E 称为静态工作点。称为静态工作点。机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术iBtIBuBEtUBEiCtICuCEtUCE均为直流均为直流！机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术(IB,UBE)和和(IC,UCE)这两组数据分别这两组数据分别对应于对应于输入输出特性曲线上一个点，称为输入输出特性曲线上一个点，称为静态工静态工作点，用作点，用Q表示表示。IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术2.2.动态：当输入信号动态：当输入信号ui0 时的工作状态时的工作状态 分析三极管极间电压和电流 直流通路与交流通路直流通路与交流通

7、路 在放大电路中在放大电路中在放大电路中在放大电路中,直流电源和交流信号源同时存在直流电源和交流信号源同时存在直流电源和交流信号源同时存在直流电源和交流信号源同时存在,因此电路因此电路因此电路因此电路中中中中同时存在同时存在同时存在同时存在直流直流直流直流和交流。为研究方便，常将直流和交流分开和交流。为研究方便，常将直流和交流分开和交流。为研究方便，常将直流和交流分开和交流。为研究方便，常将直流和交流分开考虑，分成考虑，分成考虑，分成考虑，分成直流通路直流通路直流通路直流通路和和和和交流通路交流通路交流通路交流通路。直流通路直流通路直流通路直流通路：在直流电源作用下直流电流流经的通路。在直流电

8、源作用下直流电流流经的通路。电容视为开路；电容视为开路；交流交流信号源视为短路信号源视为短路。交流通路交流通路交流通路交流通路：交流交流输入信号作用下交流信号流经的通路输入信号作用下交流信号流经的通路。容量大的电容视为短路；容量大的电容视为短路；直流电源视为短路。直流电源视为短路。4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术直流通路直流通路直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点Q Q(IB、IC、UCE)对于直流电源，电容对于直流电源，电容

9、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+UCCRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE计计计计算算算算 I IB B根据电流放大作用根据电流放大作用计算计算计算计算U UCECE、I IC C当当UBE UCC时，时，+UCCRBRCT+UBEUCEICIB由由由由KVL:KVL:U UCC CC=I IB B R RB B+U UBEBE由由由由KVL:KVL:U UCC CC=I IC C R RC C+U UCECEU UCE CE=U UCC CC I IC C R RC C 所以所以所

10、以所以机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术例例例例图中，图中，图中，图中，已知：已知：UCC=6V，RC=2k，RB=200k，硅管硅管硅管硅管 =50，试求放大电路的，试求放大电路的静态工作点。静态工作点。静态工作点。静态工作点。解：解：注意：注意：注意：注意：电路中电路中电路中电路中I IB B 和和和和 I IC C 的数量级不同的数量级不同的数量级不同的数量级不同+UCCRBRCT+UBEUCEICIB机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术交流通路交流通路Rc+VCCuiT+-+-uoRbRLC1+-+-C2Rb+-+-RLTRcic画出放大电路的交流通路画出放大

11、电路的交流通路容量大的电容视为短路；容量大的电容视为短路；直流电源视为短路。直流电源视为短路。机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术4.3 放大电路的分析方法一、一、静态工作点分析静态工作点分析IBQ、ICQ和和VCEQ 是是静态工作状态静态工作状态的三个量的三个量，用用Q表示。表示。(1)估算工作点估算工作点:(Q点点)硅:VBE=0.7V锗:VBE=0.2V(2)静态工作点的图解分析法静态工作点的图解分析法2.在输出特性曲线上也画出输出在输出特性曲线上也画出输出直流负载线直流负载线 VCE=VCCICRC 3.得到得到Q点的参数点的参数IBQ 、ICQ 和和VCEQ 。1.IB

12、和和UBE既应满足三极管的输入特性曲线，既应满足三极管的输入特性曲线，又应满足外电路的回路方程又应满足外电路的回路方程UBE=UCC-RBIB，该方程是一条斜率为该方程是一条斜率为-1/RB的直线，称为输入的直线，称为输入直流负载线。直流负载线。+UCCRBRCT+UBEUCEICIB机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术VBEIB无输入信号无输入信号(vi=0)时时:？有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号(v vi i 0)0)时时时时 vCE=VCC iC RC IC+VCCRBRCC1C2T+vi+vo+vBEvCE iCiBiEvBEtOiBtOiCtOvCEtOvitO

13、VCEvotO静态存在的必要性静态存在的必要性书本书本P1174.3 放大电路的分析方法二、二、动态工作情况图解分析动态工作情况图解分析QvCE/VttiB B/AIBtiC C/mAICiB B/AvBE/VtvBE/VVBEVCEiC C/mAvCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibvivo v vo o和和和和v vi i的峰值之比为放大电路的电压放大倍数。的峰值之比为放大电路的电压放大倍数。的峰值之比为放大电路的电压放大倍数。的峰值之比为放大电路的电压放大倍数。输出输出输出输出v vo o和和和和输入输入输入输入v vi i是同频率的正弦波，但相位相反。是同频率的正弦波，但相位相反。是

14、同频率的正弦波，但相位相反。是同频率的正弦波，但相位相反。机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术各点波形各点波形机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术iBtIBiCtICuCEtUCE均为直流均为直流+交流！交流！uBEtUBEiB=IB+ib uBE=UBE+ube iC=IC+ic uCE=UCE+uce 直流直流量量交流量交流量3.3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响iciBuoIBQQuCEiC0ICQUCEQt合适的工作点在负载合适的工作点在负载线的中间。正常工作线的中间。正常工作时不会产生失真。时不会产生失真。静态工作点的选择：静态工作点的选

15、择：如果如果如果如果Q Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成作，将造成作，将造成作，将造成截止失真或饱和截止失真或饱和截止失真或饱和截止失真或饱和失真。失真。失真。失真。机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术uCEiCQ0uBEiBttibuiQ0icuotibt基本共射放大电路的基本共射放大电路的截止失真截止失真Q Q点过低，信号进入截止区。点过低，信号进入截止区。产生截止失真的原因：产生截止失真的原因：机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术uC

16、EiCQIBQ0uBEiBttibuiUBEQQ0icuotibt消除消除截止失真的方法截止失真的方法工作点上移：工作点上移：ICQUCEQQQ-减小减小Rb机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术QuCEiC0ibuotQttibui基本共射放大电路的基本共射放大电路的饱和失真饱和失真0uBEiBQ Q点过高，信号进入饱和区。点过高，信号进入饱和区。产生饱和的原因：产生饱和的原因：消除饱和失消除饱和失真的方法？真的方法？ic机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术二、二、动态工作情况分析动态工作情况分析1.图解分析法图解分析法交流负载线的计算及作图方法交流负载线的计算及作图方

17、法+VCCRBRCC1C2T+vi+vo+vBEvCE iCiBiERBRCTvi+vo+vbevce iCibieRL直流负载线方程直流负载线方程:VCE=VCCICRC 机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术1.交交流流负负载载线线是是输输出出特特性性曲曲线线上上经经过过Q点点的的、斜斜率率为为-1/RL的的倾斜的直线。倾斜的直线。2.RL=RLRc，是交流负载电阻。是交流负载电阻。3.交流负载线是有交流负载线是有交流输入信号时交流输入信号时Q点的运动轨迹。点的运动轨迹。4.交流负载线与直流交流负载线与直流 负载线相交负载线相交Q点。点。二、二、动态工作情况分析动态工作情况分析机

18、机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术4.3 放大电路的分析方法4.3.2 小信号模型小信号模型 用解析法分析动态工作情况用解析法分析动态工作情况 可将晶体管看成为一个两端口网络，输可将晶体管看成为一个两端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。入回路、输出回路各为一个端口。4.3.2 小信号模型小信号模型 用解析法分析动态工作情况用解析法分析动态工作情况ibicicBCEib ib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路vbe+-vce+-vbe+-vce+-rbeBEC 晶体管的晶体管的B、E之间可用之间可用rbe等效代替。等效代替。晶体管的晶体管的C、E之间可用一受控之间可用

19、一受控电流源电流源 ic=ib等效代替。等效代替。4.3.2 小信号模型小信号模型 用解析法分析动态工作情况用解析法分析动态工作情况2.用小信号模型分析基本共射极放大电路用小信号模型分析基本共射极放大电路交流参数的计算：交流参数的计算：交流参数的计算：交流参数的计算：利用放大电路的微变等效利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电路分析计算放大电路电压电压放大倍数放大倍数（电压增益）（电压增益）Av、输入电阻输入电阻ri、输出电阻输出电阻ro等。等。(1)画小信号等效电路画小信号等效电路输入电阻输入电阻F 输入端口特性可以等效为一个输入电阻输入端口特性可以等效为一个输入电阻输输入入电电阻阻等

20、等于于输输入入电电压压vi与与输输入电流入电流ii的比值：的比值：输入电阻决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小。输入电阻决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小。机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术2.2.分析法分析法:机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术4.3 放大电路的分析方法4.3.2 小信号模型小信号模型 用解析法分析动态工作情况用解析法分析动态工作情况2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路(2)估算估算rbe由发射极静态电流来计算由发射极静态电流来计算机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术4.3 放大电

21、路的分析方法4.3.2 小信号模型小信号模型 用解析法分析动态工作情况用解析法分析动态工作情况2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路(3)求电压增益求电压增益Av机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术4.3 放大电路的分析方法4.3.2 小信号模型小信号模型 用解析法分析动态工作情况用解析法分析动态工作情况2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路(4)求输入电阻求输入电阻RiRi机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术4.3 放大电路的分析方法4.3.2 小信号模型小信号模型 用解析法分析动

22、态工作情况用解析法分析动态工作情况2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路(5)求输出电阻求输出电阻Ro机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术采用采用采用采用小信号模型小信号模型小信号模型小信号模型分析放大电路的步骤分析放大电路的步骤分析放大电路的步骤分析放大电路的步骤1、求解静态工作点、求解静态工作点Q；(包括包括IBQ、ICQ、VCEQ)2、求解求解rbe；3、画出交流等效电路；画出交流等效电路；4、根据定义求解动态参数、根据定义求解动态参数(Av、Ri、Ro)。注意：注意：n只有在只有在Q点正常的情况下，动态分析才有意义点正常的情况下，动态分析才有意义。nRi中不应含有中不应含有Rs，Ro中不应含有中不应含有RL。机机电电工工程程学学院院模模拟拟电电子子技技术术作作 业业解析法静态分析解析法静态分析:4.3.2,4.3.3图像法静态分析图像法静态分析:4.3.4共射静、动态分析共射静、动态分析:4.3.10，4.3.11，4.3.12