三极管的基本放大电路分析(ppt).ppt

第第7章章 基本放大电路基本放大电路放大电路的功能是利用三极管的电流控制作用，放大电路的功能是利用三极管的电流控制作用，或场效应管电压控制作用，把微弱的电信号（简称信或场效应管电压控制作用，把微弱的电信号（简称信号，指变化的电压、电流、功率）不失真地放大到所号，指变化的电压、电流、功率）不失真地放大到所需的数值，实现将直流电源的能量部分地转化为按输需的数值，实现将直流电源的能量部分地转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路的实质，是一种用较小的能量去控制较大能量转换的的实质，是一种用较小的能量去控制较大能量转换的能量转换装置。能量转换装置。放大电路组成的原则是必须有直流电源，而且电放大电路组成的原则是必须有直流电源，而且电源的设置应保证三极管或场效应管工作在线性放大状源的设置应保证三极管或场效应管工作在线性放大状态；元件的安排要保证信号的传输，即保证信号能够态；元件的安排要保证信号的传输，即保证信号能够从放大电路的输入端输入，经过放大电路放大后从输从放大电路的输入端输入，经过放大电路放大后从输出端输出；元件参数的选择要保证信号能不失真地放出端输出；元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，并满足放大电路的性能指标要求。大，并满足放大电路的性能指标要求。本章将依据上述原则，介绍几种常用的基本放大本章将依据上述原则，介绍几种常用的基本放大电路的组成，讨论它们的工作原理、性能指标和基本电路的组成，讨论它们的工作原理、性能指标和基本分析方法。掌握这些基本放大电路，是学习和应用复分析方法。掌握这些基本放大电路，是学习和应用复杂电子电路的基础。杂电子电路的基础。1.1.1.1.电路的组成电路的组成电路的组成电路的组成 7.17.1共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路7.1.1电路组成及各元作用电路组成及各元作用图图7.17.1共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路 2.2.各元件作用各元件作用(1)(1)三极管三极管V V：实现电流放大。：实现电流放大。(2)(2)集电极直流电源集电极直流电源U UCCCC:确保确保三极管工作在放大状态。三极管工作在放大状态。(3)(3)集电极负载电阻集电极负载电阻R RC C:将三极管集电极电流的将三极管集电极电流的变化转变为电压变化，以实现电压放大。变化转变为电压变化，以实现电压放大。(4)(4)基极偏置电阻基极偏置电阻R RB B:为放大电路提供静态工作点。为放大电路提供静态工作点。(5)(5)耦合电容耦合电容C C1 1和和C C2 2:隔直流通交流。隔直流通交流。3.3.工作原理工作原理(1)(1)u ui i直接加在三极管直接加在三极管V V的基极和发射极之间，引的基极和发射极之间，引起基极电流起基极电流i iB B作相应的变化作相应的变化。(2)(2)通过通过V V的电流放大作用，的电流放大作用，V V的集电极电流的集电极电流i iC C也将变化也将变化。(3)(3)i iC C的变化引起的变化引起V V的集电的集电极和发射极之间的电压极和发射极之间的电压u uCECE变化。变化。(4)u(4)uCECE中的交流分量中的交流分量u ucece经过经过C C2 2畅通地传送给负畅通地传送给负载载R RL L，成为输出交流电压，成为输出交流电压u uo,o,，实现了电压放大作用。实现了电压放大作用。静态分析就是要找出一个合适的静态工作点静态分析就是要找出一个合适的静态工作点,通常通常由放大电路的直流通路来确定。如图由放大电路的直流通路来确定。如图7.27.2所示。所示。图图7.27.2共发射极放大电路的直流通路和静态工作点共发射极放大电路的直流通路和静态工作点 7.1.2 静态分析静态分析 静态分析通常有两种方法静态分析通常有两种方法1.1.估算法估算法(7.1a)(7.1a)(7.1b)(7.1b)I IC C IIB B(7.2)(7.2)U UCECE=U UCCCC-I IC C R RC C(7.3)(7.3)2.2.图解法图解法(1)(1)作直流负载线作直流负载线 由由 u uCECE=U UCCCC-i iC C R RC C令令i iC C=0=0时，时，u uCECE=U UCCCC，在横轴上得，在横轴上得MM点点(U UCCCC，0)0)令令u uCECE=0=0时，时，在纵轴上得，在纵轴上得N N点点(0(0，)连接连接MNMN即直流负载线即直流负载线 (2)(2)求静态工作点求静态工作点 直流负载线与直流负载线与i iB B=I IB B对应的那条输出特性曲线的交对应的那条输出特性曲线的交点点QQ，即为静态工作点，如图，即为静态工作点，如图7.3(b)7.3(b)所示所示(a)(b)(a)(b)图图7.37.3静态工作点的图解静态工作点的图解 例例7.17.1 试用估算法和图解法求图试用估算法和图解法求图7.4(a)7.4(a)所示放大所示放大电路的静态工作点，已知该电路中的三极管电路的静态工作点，已知该电路中的三极管=37.5=37.5，直，直流通路如图流通路如图7.4(b)7.4(b)所示，输出特性曲线如图所示，输出特性曲线如图7.4(c)7.4(c)所示。所示。图图7.47.4例例7.17.1的图的图 解：解：1 10 0 用估算法求静态工作点用估算法求静态工作点由式由式(7.1)(7.1)(7.3)(7.3)得得I IB B0.04mA=40A0.04mA=40AI IC C IIB B=37.50.04mA=1.5mA=37.50.04mA=1.5mAU UCECE=U UCCCC-I IC CR RC C=12-1.54=6V=12-1.54=6V220 0 用图解法求静态工作点用图解法求静态工作点由由 u uCECE=U UCCCC-i iC CR RCC=12-4=12-4i iC C得得MM点点(12(12，0)0)；N N点点(0(0，3)3)MNMN与与i iB B=I IB B=40A=40A的的那那条条输输出出特特性性曲曲线线相相交交点点，即即是是静静态态工工作作点点QQ。从从曲曲线线上上可可查查出出：I IB B=40A=40A，I IC C=1.5mA=1.5mA，U UCECE=6V=6V。与估算法所得结果一致。与估算法所得结果一致。3.3.电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响 (1)(1)R RB B 增增大大时时，I IB B减减小小，QQ点点降降低低，三三极极管管趋趋向向于截止。于截止。(2)(2)R RB B 减减小小时时，I IB B 增增大大，QQ点点抬抬高高，三三极极管管趋趋向向于饱和。此时三极管均会失去放大作用。于饱和。此时三极管均会失去放大作用。1.1.图解法图解法(1)(1)负载开路时输入和输出电压、电流波形的分负载开路时输入和输出电压、电流波形的分析析根据根据u ui i波形，在输入特性曲线上求波形，在输入特性曲线上求i iB B和和u uBEBE的波的波形形 根据根据i iB B波形，在输出特性曲线和直流负载线上求波形，在输出特性曲线和直流负载线上求i iC C、u uRCRC和和u uCECE的变化的变化，如图，如图7.57.5所示。所示。7.1.3 动态分析动态分析 图图7.5(a)7.5(a)(2)(2)带负载时输入和输出电压、电流波形分析带负载时输入和输出电压、电流波形分析 作交流负载线：作交流负载线：1 10 0 先作出直流负载线先作出直流负载线MNMN，确定，确定QQ点。点。2 20 0 在在u uCECE坐标轴上，以坐标轴上，以U UCECE为起点向正方向取一段为起点向正方向取一段I IC C R R/L L 的电压值，得到的电压值，得到C C点。点。3 30 0 过过CQCQ作直线作直线CDCD，即为交流负载线，如图，即为交流负载线，如图7.57.5所示。所示。(3)(3)放大电路的非线性失真放大电路的非线性失真 截截止止失失真真:三三极极管管进进人人截截止止区区而而引引起起的的失失真真。通过减小基极偏置电阻通过减小基极偏置电阻R RB B的阻值来消除。的阻值来消除。图图7.5(b)7.5(b)饱饱和和失失真真：三三极极管管进进入入饱饱和和区区而而引引起起的的失失真真。通通过过增大基极偏置电阻增大基极偏置电阻R RB B的阻值来的阻值来 消除。消除。失真波形如图失真波形如图7.67.6所示。所示。图图 7.67.6截止失真截止失真 饱饱和和失失真真：三三极极管管进进入入饱饱和和区区而而引引起起的的失失真真。通通过增大基极偏置电阻过增大基极偏置电阻R RB B的阻值来的阻值来 消除。消除。失真波形如图失真波形如图7.77.7所示。所示。图图 7.77.7饱和失真饱和失真为了减小和避免非线性失真，必须合理地选择静为了减小和避免非线性失真，必须合理地选择静态工作点态工作点QQ的位置，并适当限制输入信号的位置，并适当限制输入信号u ui i 的幅度。一的幅度。一般情况下，般情况下，QQ点应大致选在交流负载线的中点，当输入点应大致选在交流负载线的中点，当输入信号信号u ui i 的幅度较小时，为了减小管子的功耗，的幅度较小时，为了减小管子的功耗，QQ点可适点可适当选低些。若出现了截止失真，通常采用提高静态工当选低些。若出现了截止失真，通常采用提高静态工作点的办法来消除，即通过减小基极偏置电阻作点的办法来消除，即通过减小基极偏置电阻R RB B的阻的阻值来实现；若出现了饱和失真，则反向操作，即增大值来实现；若出现了饱和失真，则反向操作，即增大R RB B。2 2.微变等效电路法微变等效电路法(1)(1)三极管微变等效电路三极管微变等效电路图图7.117.11三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路 r rbebe=300+(1+=300+(1+)(2)(2)放大电路微变等效电路放大电路微变等效电路放大电路的微变等效电路就是用三极管的微变等放大电路的微变等效电路就是用三极管的微变等效电路替代交流通路中的三极管。交流通路指：放大效电路替代交流通路中的三极管。交流通路指：放大电路中耦合电容和直流电源作短路处理后所得的电路。电路中耦合电容和直流电源作短路处理后所得的电路。因此画交流通路的原则是：将直流电源因此画交流通路的原则是：将直流电源U UCCCC短接；将输短接；将输入耦合电容入耦合电容C C1 1和输出耦合电容和输出耦合电容C C2 2短接。图短接。图7.17.1的交流的交流通路和微变等效电路如图通路和微变等效电路如图7.127.12所示。所示。(b)(b)交流通路交流通路(c)(c)微变等效电路微变等效电路 图图 7.127.12共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路(3)(3)动态性能分析动态性能分析 电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数A Au u 输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻R Ri i 输输入入电电阻阻指指从从放放大大电电路路输输入入端端AAAA/(如如图图7.13)7.13)看看进进去去的等效电阻，定义为：的等效电阻，定义为：R Ri i=由图由图7.127.12可知可知=r rbebe R RB B 若若考考虑虑信信号号源源内内阻阻(如如图图7.7.13)13)，则则放放大大电电路路输输入入电电压压U Ui i是信号源是信号源U Us s在输入电阻在输入电阻R Ri i 上的分压，即上的分压，即 输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻R Ro o 输输出出电电阻阻指指从从放放大大器器放放大大器器信信号号源源短短路路、负负载载开开路，从输出端看进去的等效电阻，定义为：路，从输出端看进去的等效电阻，定义为：R Ro o=图7.13放大电路的输入电阻和输出电阻由图由图7.127.12可知可知R Ro o=R RC C 工工程程中中，可可用用实实验验的的方方法法求求取取输输出出电电阻阻。在在放放大大电电路路输输入入端端加加一一正正弦弦电电压压信信号号，测测出出负负载载开开路路时时的的输输出出电电压压U U/o o；然然后后再再测测出出接接入入负负载载R RL L时时的的输输出出电电压压U Uo o，则有则有 式中：式中：U U/o o、U Uo o是用晶体管毫伏表测出的交流有效值。是用晶体管毫伏表测出的交流有效值。例例7.37.3 图图7.4(a)7.4(a)所所示示电电路路的的交交流流通通路路和和微微变变等等效效电电路如图路如图7.147.14所示，试用微变等效电路法求：所示，试用微变等效电路法求：1 10 0 动态性能指标动态性能指标、R Ri i、R Ro o。2 20 0 断开负载断开负载R RL L后，再计算后，再计算、R Ri i、R Ro o。图图7.147.14 例例7.37.3的图的图 解：解：1 10 0 由由 例例7.17.1可知可知 I IE E1.5mA1.5mA故故=967=967R Ri i=R RBB/r rbebe=300/0.9670.964k=300/0.9670.964kR Ro o=R RC C=4k=4k220 0 断开断开R RL L后后 R Ri i=R RBB/r rbebe=300/0.9670.964k=300/0.9670.964kR Ro o=R RCC=4k=4k 当当温温度度变变化化、更更换换三三极极管管、电电路路元元件件老老化化、电电源源电电压压波波动动时时，都都可可能能导导致致前前述述共共发发射射极极放放大大电电路路静静态态工工作作点点不不稳稳定定，进进而而影影响响放放大大电电路路的的正正常常工工作作。在在这这些些因因素素中中，又又以以温温度度变变化化的的影影响响最最大大。因因此此，必必须须采采取取措措施施稳稳定定放放大大电电路路的的静静态态工工作作点点。常常用用的的办办法法有有两两种，一是引入负反馈；另一是引入温度补偿。种，一是引入负反馈；另一是引入温度补偿。7.1.4 7.1.4 稳定工作点的电路稳定工作点的电路稳定工作点的电路稳定工作点的电路1.1.射极偏置电路射极偏置电路射极偏置电路射极偏置电路(a)(a)电电路路图图 (b)(b)微微变变等等效效电电路路 图图 7.157.15射极偏置电路射极偏置电路(1)(1)各元件作用各元件作用 基基极极偏偏置置电电阻阻R RB1B1、R RB2B2：R RB1B1、R RB2B2为为三三极极管管提提供供一一个个大大小小合合适适的的基基极极直直流流电电流流I IB B，调调节节RPRP的的阻阻值值，可可控控制制I IB B的的大大小小。R R的的作作用用是是防防止止RPRP阻阻值值调调到到零零时时，烧烧坏坏三三极极管管。一一般般R RB1B1的的阻阻值值为为几几十十千千欧欧至至几几百百千千欧欧；R RB2B2的阻值为几十千欧。的阻值为几十千欧。发发射射极极电电阻阻R RE E：引引入入直直流流负负反反馈馈稳稳定定静静态态工工作点。一般阻值为几千欧。作点。一般阻值为几千欧。发发射射极极旁旁路路电电容容C CE E：对对交交流流而而言言，C CE E短短接接R RE E,确确保保放放大大电电路路动动态态性性能能不不受受影影响响。一一般般C CE E 也也选选择择电电解解电容，容量为几十微法。电容，容量为几十微法。(2)(2)稳定工作点原理稳定工作点原理 利用利用R RB1B1和和R RB2B2的分压作用固定基极的分压作用固定基极U UB B。利利用用发发射射极极电电阻阻R RE E产产生生反反映映IcIc变变化化的的U UE E，再再引回到输入回路去控制引回到输入回路去控制U UBEBE，实现，实现I IC C基本不变。基本不变。稳定的过程是：稳定的过程是：T TI IccI IE EU UE EU UBEBEI IB BI IC C(3)(3)静态分析静态分析 该该电电路路的的静静态态工工作作点点一一般般用用估估算算法法来来确确定定，具具体体步骤如下：步骤如下：由：由：U UBBU UCCCC，求，求U UB B。由：由：I IEE，求，求I IC C、I IE E。由由I IC C=IIB B，求，求I IB B。由由 U UCECE=U UCCCC -I IC CR RCC-I IE ER RE E U UCCCC-I IC C(R(RC C+R+RE E)求求U UCECE。(4)(4)动态分析动态分析 该该电电路路动动态态性性能能指指标标一一般般用用微微变变等等效效电电路路来来确确定定，具体步骤为：具体步骤为：画出微变等效电路，如图画出微变等效电路，如图7.15(c)7.15(c)；求求电电压压放放大大倍倍数数、输输入入电电阻阻R Ri i、输输出出电电阻阻R Ro o。比比较较图图7.15(c)7.15(c)和和图图7.12(c)7.12(c)可可知知：射射极极偏偏置置放放大大电电路的动态性能与共发射极基本放大电路的动态性能一样。路的动态性能与共发射极基本放大电路的动态性能一样。图图 7.15(c)7.15(c)射极偏置电路的微变等效电路射极偏置电路的微变等效电路 例例7.47.4 在在图图7.167.16所所示示的的电电路路中中，三三极极管管的的=50=50，试求：，试求：1 100静态工作点。静态工作点。2 20 0 电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。3 300 不不接接C CE E 时时的的电电压压放放大大倍倍数数、输输入入电电阻阻、输输出出电电阻。阻。4 40 0 若若换换用用=100=100的的三三极极管管，重重新新计计算算静静态态工工作作点点和电压放大倍数。和电压放大倍数。图图 7.167.16 例例7.47.4 的电路的电路 解：解：1 10 0 求静工作点求静工作点U UB B=3.5V=3.5VI IC C1.4mA1.4mAI IB B0.028mA=28A0.028mA=28AU UCECE12-1.4(3+2)=5V12-1.4(3+2)=5V2 20 0 求求A Au u、R Ri i、R Ro or rbebe=300+(1+=300+(1+)=300+(1+50)=1.25k)=300+(1+50)=1.25kR R/L L=R RC C R RL L=0.75k=0.75k故故:A Au u=-50=-30=-50=-30R Ri i=r rbebe/R RB1B1/R RB2B2=1.25/6.5/6.2=0.97k=1.25/6.5/6.2=0.97kR Ro oR RCC=3k=3k 3 30 0 计算不接计算不接C CE E 时的时的A Au u、R R/i i、R R/o o 当射极偏置电路中当射极偏置电路中C CE E不接或断开时的交流通路如图不接或断开时的交流通路如图7.17(a)7.17(a)所示，图所示，图7.17(b)7.17(b)为对应的微变等效电路。为对应的微变等效电路。图图 7.177.17不接不接C CE E 时的电路时的电路 由图由图7.17(b)7.17(b)可得：可得：故：故：A A/u u=r ri i=r=rbebe+(1+)R+(1+)RE ER R/i i=r ri i/R RB1B1/R RB2B2=R RB1B1 R RB2B2 输出电阻可由图输出电阻可由图7.187.18求出，由图可知，所以求出，由图可知，所以 图图 7.187.18不接不接C CE E时求输出电阻的等效电路时求输出电阻的等效电路将有关数据分别代入上式得将有关数据分别代入上式得A A/u u=-0.36=-0.36R R/i i=103.25k=103.25k R R/o o=3k=3k 由由此此可可见见，电电压压放放大大倍倍数数下下降降了了很很多多，但但输输入入电电阻阻得到了提高。得到了提高。4 40 0当改用当改用=100=100的三极管后，其静态工作点为的三极管后，其静态工作点为I IEE=1.4mA1.4mAI IC C=1.4mA=1.4mA I IBB=14A=14AU UCECE=U UCCCC-I ICC(R RC C+R RE E)=12-1.4(3+2)=5V)=12-1.4(3+2)=5V可见，在射极偏置电路中，虽然更换了不同可见，在射极偏置电路中，虽然更换了不同 的管的管子，但静态工作点基本上不变。子，但静态工作点基本上不变。此时此时与与=50=50时的放大倍数差不多。时的放大倍数差不多。2.2.集集基耦合电路基耦合电路集集基耦合电路如图基耦合电路如图7.197.19所示，它引入了直流电所示，它引入了直流电压负反馈实现稳定静态工作点。压负反馈实现稳定静态工作点。图图7.197.19集集基耦合电路基耦合电路 静态工作点稳定过程如下：静态工作点稳定过程如下：T TI IC CU UC CU UB BU UBEBEI IB BI IC C 3.3.温度补偿电路温度补偿电路 温温度度补补偿偿电电路路如如图图7.207.20所所示示。图图7.20(a)7.20(a)为为：用用二二极极管管温温度度补补偿偿来来实实现现稳稳定定静静态态工工作作点点的的电电路路，图图7.20(b)7.20(b)为为：用用热热敏敏电电阻阻温温度度补补偿偿来来实实现现静静态态工工作作点点稳稳定定的的电电路路。图图7.20(b)7.20(b)中中R RB2B2为为负负温温度度系系数数的的热热敏敏电电阻阻。若若采采用用正正温温度度系系数数的的热热敏敏电电阻阻，只只需需将将R RB1B1和和R RB2B2位位置置对对调调一一下即可。下即可。图图7.207.20温度补偿电路温度补偿电路