由三極管特性曲線非線性引起的失真

第七章晶體管基本放大電路第一節(jié)放大電路的組成7.1.1放大電路的組成原則7.1.2直流通路和溝通通路其次節(jié)放大電路的靜態(tài)分析7.2.1圖解法確定靜態(tài)工作點7.2.2解析法確定靜態(tài)工作點7.2.3電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響第三節(jié)放大電路的動態(tài)分析7.3.1圖解法分析動態(tài)特性7.3.2放大電路的非線性失真7.3.3晶體管微變等效電路7.3.4三種基本組態(tài)放大電路的分析第四節(jié)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定及其偏置電路第一節(jié)放大電路的組成1.放大電路的組成原理①為保證三極管工作在放大區(qū)，放射結(jié)必需正偏，集電結(jié)反偏。②被放大信號加在放射結(jié)，以限制三極管基極電流，從而限制集電極電流，將受限制的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。③直流偏置僅設(shè)置靜態(tài)工作點，為了保證三極管工作在放大區(qū)，放大是對溝通信號放大，所以應(yīng)將直流和溝通隔離。電容對頻率較高的信號容抗很?。烧J為短路），對直流信號具有隔離作用（相當(dāng)于開路）。探討對象：放大電路的各種參數(shù)計算；關(guān)注焦點：放大電路的組成、直流通道和溝通通道畫法。依據(jù)放大電路的組成原理可以得到如下電路，三極管的外部電路應(yīng)滿足T處于放大狀態(tài)的外部條件的要求。UBB保證放射結(jié)正向偏置，UCC保證了集電結(jié)的反向偏置。C1和C2是隔直電容。

+C2-+-C1+Rc

T

RL

U0

Rs

Rb

Ui

UCC

+Us

UBB

--由圖可知放大電路須要兩個電源UBB和UCC，這會給運用帶來極大不便利，為了削減電源，可將電路改為下圖。在電子電路中常用的畫法是下右圖。+UCC

Rb

Rc+C2--

C1++

Rs

RL

Ui

Uo+Us

--

+C2-+-C1+Rc

RL

U0Rs

Rb

Ui

+Us

UCC

--2.直流通道和溝通通道由于在直流電路中，電容可以看作為開路，所以將電容斷開就得到直流通道。直流通道用于靜態(tài)分析溝通通道。由于電容C1和C2的值較大，對于溝通信號而言，容抗較小，可以視為短路。關(guān)鍵是如何理解電源的溝通通道，由于志向的直流電源的內(nèi)阻為零，對于溝通變更信號在直流電源上產(chǎn)生的壓降是為零。溝通通道用于動態(tài)分析。

+UCC

RbRc直流通路

+

RcRLUO

Rs

+Rb

Us

--交流通路+UCC

Rb

Rc+C2--

C1++

Rs

RL

Ui

Uo+Us

--其次節(jié)放大電路的靜態(tài)分析對放大電路的靜態(tài)分析，就是對放大電路的直流通道進行分析。這就是求放大電路的直流的直流工作點或稱為靜態(tài)工作點，放大電路的靜態(tài)工作點對放大電路的性能有很大影響。放大電路的分析可以用解析法，也可以用圖解法。1.解析法確定靜態(tài)工作點在解析法分析靜態(tài)工作點時，三極管的結(jié)壓降硅管：UBE=0.6~0.8V，通常取0.7V鍺管：UBE=0.1~0.3V，通常取0.3V靜態(tài)工作點通常須要確定IBQ、ICQ、UCEQ。下面以右圖為例計算。

+12V280k

3kΩ

β=50直流通路2.圖解法確定靜態(tài)工作點圖解法就是在特性曲線上干脆用作圖的方法確定靜態(tài)工作點的方法。

iC

UCC/RcN直流負載線

M

0UCCuCE

iC

iB5

iB4

iB3

iB2

iB1

iB0

0uCE

a

Rc

UCC

b

iC

iB5

iB4

iB3

iB2

iB1

iB0

0uCEUcc/Rc

NMUcc三極管特性曲線與直流負載線交點就是靜態(tài)工作點，交點有很多，原委是哪一條？只要知道IB就可以唯一確定。ICQUCQIBQ例：已知電路中Rb=280kΩ，Rc=3kΩ，Ucc=12V，試用圖解法確定靜態(tài)工作點？解：①直流負載線方程：+UCCRbRcui

RLUo②由輸入回路計算基極靜態(tài)電流IBQ

iC(mA)

4321

0

6

12uCE(V)iB4=80μAiB3=60μAiB2=40μAiB2=20μANMQ③直流負載線與特性曲線上iB=40μA相交的曲線就是靜態(tài)工作點。從圖上可以干脆讀出ICQ和UCEQ。由圖可知，ICQ為2mA，UCEQ位于UCC中點，大約是6V。③Ucc對Q點的影響

iC(mA)

4321

0uCE(V)iB4=80μAiB3=60μAiB2=40μAiB2=20μANMQ②Rc對Q點的影響

iC(mA)

4321

0uCE(V)iB4=80μAiB3=60μAiB2=40μAiB2=20μANMQ3.電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響①Rb對Q點的影響

iC(mA)

4321

0uCE(V)iB4=80μAiB3=60μAiB2=40μAiB2=20μANMQQ2Q1Q1Q2Q1Q2第三節(jié)放大電路的動態(tài)分析在放大電路的輸入端加入溝通信號后，三極管的基極電流就會在靜態(tài)電流IBQ旁邊變更，分析三極管后加入溝通信號的過程稱為動態(tài)分析。

+

RcRLUO

Rs

+Rb

Us

--交流通路1.圖解法分析動態(tài)特性就是利用三極管的特性曲線和負載線來確定信號的變更規(guī)律。①溝通負載線的作法a.溝通負載線通過靜態(tài)工作點。為什么？b.溝通負載線斜率由R’L=RL//Rc確定（由溝通通道確定uce與ic的關(guān)系）具體作法：過靜態(tài)工作點斜率為R’L=ΔU/ΔI的直線就是溝通負載線。交流負載線輔助線

iC(mA)

4321

0uCE(V)iB4=80μAiB3=60μAiB2=40μAiB2=20μANMQ直流負載線取ΔU=6V，則得ΔI=4mA，在特性曲線作溝通負載線幫助線，然后平行移動溝通幫助線使其通過靜態(tài)工作點即可。例：已知電路中Rb=280kΩ，Rc=3kΩ，RL=3kΩ，Ucc=12V，試作出溝通負載線。解：首先作直流負載線。由于+UCCRbRcui

RLUo

iC4N80μA

360μA

2Q40μA120μA

0MuCE

24681012UCEQU'CCUCC

交流負載線輔助線②溝通波形的畫法。設(shè)輸入信號為：ωtui/mV

0ωtuBE/mVUBEQ0iB/μAωt6040200iC/mAωt3210uCE/Vωt7.56.04.502.放大電路的非線性失真作為放大電路，應(yīng)使輸出電壓盡可能大，但受到三極管的非線性特性的限制，當(dāng)信號過大或靜態(tài)工作點不合適，輸出波形將會發(fā)生失真。輸入信號經(jīng)過放大后產(chǎn)生失真是我們不希望的，因此我們探討導(dǎo)致非線性失真產(chǎn)生的緣由。圖解法可以形象的說明非線性失真的產(chǎn)生。①由三極管特性曲線非線性引起的失真a.輸入特性非線性引起的失真b.輸出特性的間距不勻整引起的失真

iB

ibIBQ

ube

ui

iC

ibic

QIBQ0uCE

ucc②靜態(tài)工作點不合適引起的失真靜態(tài)工作點過高會引起飽和失真，靜態(tài)工作點過低會導(dǎo)致截止失真。

iC

交流負載線ic

ib0t0uCE0

uCE

t

iC

交流負載線ic

ib

0t0uCE0

uCE

t

iC/mA交流負載線

Q直流負載線Uces

uCE/V

UCEQICQR'L最大不失真輸出波形失真輸出波形3.三極管微變等效電路圖解法盡管直觀，但作圖麻煩，精確度較低，所以，對信號變更不大的放大電路分析，常接受微變等效電路的解析分析方法。①三極管h參數(shù)微變等效電路iB=IBQ+ib，而diB代表其變更量，故diB=ib。同理duBE=ube，diC=ic，duCE=ucebc++

ib

ic

h11+1/h22

h12uce

h21ib---

eubeuce四個參數(shù)的幾何意義：

iB

uCE=常數(shù)

Q

ΔiB0uBE

ΔuBE

iB

ΔuCEIB=常數(shù)Q

0uBE

ΔuBE

iC

IB=常數(shù)ΔiC0uCE

ΔUCE

iCΔiC

ΔiB0uCE

UCE=常數(shù)h12、h22是由于uCE變更通過基區(qū)寬度變更對iC和uBE產(chǎn)生影響，這種影響一般很小，可忽視不計，h參數(shù)方程可簡化為：

bc++

ib

ic

rbe

βib--

eubeuce【留意事項】①“等效”指的是只對微變量（溝通）的等效。三極管外部的直流重量應(yīng)視為零—直流電壓源短路、直流電流源開路；外電路與微變量（溝通）有關(guān)部分應(yīng)全部保留。但這并不意味著h參數(shù)的數(shù)值與直流重量無關(guān)，恰恰相反，h參數(shù)的數(shù)值與特性曲線上Q點位置有著親密的關(guān)系。不過只要把動態(tài)運用范圍限制在特性曲線的線性范圍內(nèi)，h參數(shù)近似保持常數(shù)。②等效電路中的電流源h21ib為一受控電流源，它的數(shù)值和方向都取決于基極電流ib，不能隨意改動。③微變等效電路只適合工作頻率在低頻、小信號狀態(tài)下的三極管等效。低頻通常是指頻率低于幾百千赫。在大信號工作時，不能用上述h參數(shù)等效電路來等效。簡化電路中rbe的計算：

Ib

βIbbb'cr'bb

Ie

re

Ube

e

c

rcbr'bb

b'

r'e

e因放射區(qū)重摻雜；r’e很??；結(jié)電阻是符合二極管特性對于小功率管，r’bb約為300Ω，因此4.三種基本組態(tài)放大電路的分析用微變等效電路對三種基本放大電路進行分析①放大電路的性能指標a.電壓放大倍數(shù)b.電流放大倍數(shù)c.輸入電阻d.輸出電阻放大電路Au

Ii+

Ui

–

riIo+

Uo

–I2+

U2

–

ro放大電路Au中頻段(通頻段)低頻段高頻段fLfHf|A||Am|0.707|Am|0e.通頻帶概念②共放射極放大電路電路與微變等效電路如圖所示

C2Rs

C1

ui

RLUoUs+UCC

RbRc

Ii

IbIcIo

b

c++Rs

UiRbrbeβIbRcRLUo

+Us

--e-

rir'iro探討：a.負號表示輸出電壓與輸入電壓相位相反。b.電壓放大倍數(shù)與β和靜態(tài)工作點關(guān)系靜態(tài)工作點較低時，r’bb較小。靜態(tài)工作點較高時，rbe≈r’bb。③共集電極放大電路(射極跟隨器）信號從基極輸入，射極輸出，集電極是輸入、輸出的公共端。

C1+C2Rs

++Ui

Us

Re

RL

Uo---+UCC

Rb+

Ib

rbe

βIbRs

Io

+Ui

Rb+Us

Re

RL

Uo---

rir'iro

b

rbe

e

I”

I2

I’

+Rs

Rb

I”’

βI”

Re

U2-

c該電路特點：電壓放大倍數(shù)近似為1、輸入電阻大、輸出電阻小

Ii

Io

e

c

Rs

Ie

βIb

+Ui

Re

rbeRcRLUoUs

Ib-b

rir'iro

C1

C2Rs

Rb1

Rc+Ui

Re

RL

UoUs

Rb2

Cb

Ucc-④共基極放大電路放射極作為輸入端，集電極作為輸出端，基極是輸入、輸出的公共端。+Uoc_Isc

接法參數(shù)共射極共集極共基極Ai表達式β-（1+β）-α數(shù)值50-51-0.98Au表達式數(shù)值-1360.993136ri表達式rberbe+（1+β）Rerbe/（1+β）數(shù)值1.1kΩ154kΩ21.6Ωro表達式RcRc數(shù)值3kΩ80.4Ω3kΩ用途及特點Ai和|Au|均較大；輸出電壓與輸入電壓反相；ri和ro適中，應(yīng)用廣泛。|Ai|較大，但Au<1，輸出電壓與輸入電壓同相；ri高；ro低?？捎米鬏斎爰?、輸出級以及起隔離作用的中間級。Ai<1，但Au較大，輸出電壓與輸入電壓同相；ri低；ro高。用于寬帶放大或作為恒流源。設(shè)β=50，rbe=1.1kΩ，rce=∞，Rc=3kΩ，Re=3kΩ，Rs=3kΩ，RL=∞

半導(dǎo)體器件是一種對溫度特殊敏感的器件，溫度上升時反映在如下幾個主要方面：①反向飽和電流ICBO增加，穿透電流ICEO=(1+β)ICBO也增加。反映在特性曲線上就是使特性曲線上移。②射—基電壓UBE下降，在外加電壓和電阻不變的狀況下，使基極電流Ib上升。③使三極管的電流放大倍數(shù)β增大，使特性曲線間距增大。綜合起來，溫度上升，將引起集電極電流IC增加，使靜態(tài)工作點隨之變更（提高）。靜態(tài)工作點提高會導(dǎo)致飽和失真。如何能做到溫度上升IC保持不變呢？接受電流負反饋穩(wěn)定電流。

iC

I'B2

IB2

Q'I'BQ

QIBQ

I'B1

IB1

0uCE飽和失真第四節(jié)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定及偏置電路

+UCC

Rc

IRb2C2

+

C1

UB+IB

UERLUo

Rs

+Ui

IRRb1

ReUs-IE

Ce--為了保證靜態(tài)點穩(wěn)定，應(yīng)滿足如下兩個條件：（1）保持UB不變（2）保持UE恒定TIEIEReUBEIE估算公式：精確計算，用戴維南等效電路計算輸入回路：

Rc

Rb

UCCUBB

Re++

Rs

Ib

rbe

βIb+Ui

Rb2Rb1

Rc

RL

UoUs---例：UCC=24V,Rb1=20kΩ,

Rb1=60kΩ,Re=1.8kΩ，Rc=3.3kΩ,β=50。估算工作點。

+UCC

Rc

IRb2C2