《電工與電子技術(shù)》課件 項(xiàng)目9 基本放大電路

項(xiàng)目9半導(dǎo)體晶體管及其基本放大電路放大”的實(shí)質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換，即在輸入小信號(hào)作用下，通過放大電路將電源的能量轉(zhuǎn)換成負(fù)載的能量，使輸出端負(fù)載獲得能量較大的信號(hào)。電子電路的基本特征是功率放大。能夠控制能量的元件稱為有源元件；放大的前提是不使放大的信號(hào)失真，

放大——是將電信號(hào)放大，即電壓放大或電流放大。一、放大的基本概念放大電路的主要性能指標(biāo)任何一個(gè)放大電路都可以看成一個(gè)兩端口網(wǎng)絡(luò)。左邊為輸入端口，當(dāng)內(nèi)阻為Rs的正弦波信號(hào)源Us作用時(shí)，放大電路得到輸入電壓Ui，同時(shí)產(chǎn)生輸入電流Ii，右邊為輸出端口，輸出電壓為Uo，輸出電流為Io，RL為負(fù)載電阻。1.放大倍數(shù)（1）電壓放大倍數(shù):輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之比，A

u=Uo/Ui（2）電流放大倍數(shù):輸出電流Io與輸入電流Ii之比，Ai=Io/Ii

（3）互阻放大倍數(shù):輸出電壓Uo與輸入電流Ii之比，Aui=Uo/Ii（4）互導(dǎo)放大倍數(shù):輸出電流Io與輸入電壓Ui之比，

Aiu=Io/Ui

放大倍數(shù)是直接衡量放大電路放大能力的重要指標(biāo)，其值為輸出量Xo（Uo或Io）與輸入量Xi（Ui或Ii）之比。2.輸入電阻Ri——從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻Ri=ui/ii一般來說，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號(hào)源索取的電流越小。（2）當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)，Ri越大，ui就越接近uS。3.輸出電阻Ro——任何放大電路的輸出都可以等效成一個(gè)有內(nèi)阻的電壓源，從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻

輸出電阻的定義：輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的，Ro越小，負(fù)載電阻RL變化時(shí)Uo的變化越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。4.最大輸出幅度

在輸出波形不失真的情況下，放大電路的最大輸出電壓或電流的大小，用Uomax和Iomax表示。一般電壓指有效值時(shí)，用Uom表示，正弦信號(hào)的峰-峰值等于其有效值的

倍。5.非線性失真系數(shù)晶體管的輸入、輸出特性曲線是非線性的，即使在放大區(qū)也不是完全的線性。因此，輸出波形不可避免地要發(fā)生失真。這種由于晶體管的非線性造成的輸出信號(hào)失真稱為非線性失真。6.通頻帶fAAm0.707AmfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線7、最大輸出功率與效率

最大輸出功率Pom:在輸出信號(hào)不失真的情況下，負(fù)載上能夠獲得的最大功率稱為最大輸出功率Pom

。此時(shí)，輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出電壓。

效率：直流電源能量的利用功率稱為效率η，設(shè)電源消耗的功率為Pv，則效率η等于最大輸出功率Pom與PV之比，即

η=Pom/Pv二、

共發(fā)射極放大電路的組成及工作原理三極管的放大原理三極管工作在放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏?！鱑CE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）電壓放大倍數(shù)：→uo

ui

基本共射放大電路放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏?！甬?dāng)ui=0時(shí)，稱放大電路處于靜態(tài)；當(dāng)ui不為0時(shí)，在輸入回路中在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)基極電流ib，在輸出回路中得到動(dòng)態(tài)電流ic。集電極電阻RC，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)IB和UBE

?；鶚O電源與基極電阻

基本共射放大電路1、常見共射放大電路的畫法由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，所以稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)？

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號(hào)不失真。2、靜態(tài)工作點(diǎn)3、波形分析（1）假設(shè)ui=0，可求出IB、IC、UCE=Vcc-IcRciBiCuCEuCEuo（2）在ui端加一個(gè)交流小信號(hào)，這時(shí)如果工作在輸入曲線的線性區(qū)iB跟隨uBE的變化，可以畫出iB、iC的波形；而UCE=Vcc-icRc可畫出UCE的波形，去掉管壓降的直流分量UCEQ，就可得到uo的波形。ui各點(diǎn)波形uo比ui幅度放大且相位相反

三、放大電路的直交流通路與圖解分析法

一般情況下，在放大電路中，直流量和交流信號(hào)總是共存的。直流通路是在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路，也就是靜態(tài)電流流經(jīng)的通路，用于研究靜態(tài)工作點(diǎn)。交流通路是輸入信號(hào)作用下交流信號(hào)流經(jīng)的通路。直流通路的畫法：

開路開路將交流電壓源短路，將電容開路。直流通路——分析靜態(tài)工作情況交流通路的畫法：

短路短路置零將直流電壓源短路，將電容短路。交流通路——分析動(dòng)態(tài)工作情況

注意：在分析放大電路時(shí)應(yīng)先遵循“先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)”的原則。求靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)利用直流通路。求解動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)應(yīng)利用交流通路。靜態(tài)工作點(diǎn)合適動(dòng)態(tài)分析才有意義。一、靜態(tài)分析

基本共射放大電路

輸入回路的圖解分析uBE=UCC－iBRBQUBEQIBQUCCVCC/RbiBuBE0放大電路的圖解分析法UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流負(fù)載線QIBUCEQICQ

基本共射放大電路由圖解法求出IB，IB對應(yīng)的輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是工作點(diǎn)Q輸出端接入負(fù)載RL：不影響Q，影響動(dòng)態(tài)！其中：uce=-ic（RC//RL）

=-ic

RL交流通路二.動(dòng)態(tài)分析交流量ic和uce有如下關(guān)系：即：交流負(fù)載線的斜率為：uce=-ic（RC//RL）=-ic

RL或ic=（-1/RL）uce交流負(fù)載線的作法：①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②經(jīng)過Q點(diǎn)。

交流負(fù)載線的作法：iCiCEVCCQIB交流負(fù)載線直流負(fù)載線①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②經(jīng)過Q點(diǎn)。

注意：（1）交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

（2）空載時(shí)，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合。iBuBEQuiibic假設(shè)在靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號(hào)uiib靜態(tài)工作點(diǎn)iCuCEuce注意：uce與ui反相！結(jié)論：（1）放大電路中的信號(hào)是交直流共存，可表示成：（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot

對于基本共射放大電路，只有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使交流信號(hào)馱載在直流分量之上，以保證晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出電壓波形才不會(huì)產(chǎn)生非線性失真。

為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把Q點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q點(diǎn)設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截至區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。3、波形的非線性失真（1）合適的靜態(tài)工作點(diǎn)（2）Q點(diǎn)過低→信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)稱為截止失真信號(hào)波形（3）Q點(diǎn)過高→信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)稱為飽和失真信號(hào)波形截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真”四、

放大電路的微變等效電路分析法思路：將非線性的BJT等效成一個(gè)線性電路條件：交流小信號(hào)2.4.1晶體管的低頻小信號(hào)微變等效模型下標(biāo)e表示共射接法，式中一.晶體管的H參數(shù)的引出對上邊兩式求全微分：

用取代duBE，取代diB，取代diC，取代duCE，可得出h參數(shù)方程二.晶體管的H參數(shù)小信號(hào)等效模型模型三極管簡化的h參數(shù)等效電路：iBuBE

uBE

iB三.H參數(shù)的物理意義——表示小信號(hào)作用下b-e間的動(dòng)態(tài)電阻，常記作rbe。iBuBE

uBE

uCE——描述了晶體管輸出回路電壓uCE對輸入回路電壓uBE的影響，故稱之為內(nèi)反饋系數(shù)。

iC

iBiCuCE——表示晶體管在Q點(diǎn)附近的電流放大系數(shù)β

。iCuCEiCuCE——表示c-e間的動(dòng)態(tài)輸出電導(dǎo)，用

1/rce表示。b-e間等效成一個(gè)電阻與一個(gè)電壓控制的電壓源串聯(lián)；c-e間等效成一個(gè)電流控制的電流源與一個(gè)電阻并聯(lián)。這樣，得到晶體管的等效模型如圖所示：四、H參數(shù)的模型化簡五、H參數(shù)的確定其中：rbb’=200Ω所以：一、靜態(tài)分析四、共射放大電路的分析ICQ≈βIBQUCEQ=UCC－ICQRC（1）畫出放大器的交流通路（2）將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路代替二、動(dòng)態(tài)分析1、電壓放大倍數(shù)基本共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析==2、輸入電阻Ri放大電路的輸入電阻Ri是從輸入端看進(jìn)去的等效電阻基本共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析3、輸出電阻Ro

基本共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析根據(jù)定義：所以：五、

分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)電路溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響一、溫度對UBE的影響溫度引起的UBE的變化不太明顯，大多數(shù)晶體管的UBE的溫度系數(shù)為－2mV/℃，也即是說，當(dāng)溫度每升高1℃時(shí)，UBE大約下降2mV。二、

溫度β的影響當(dāng)溫度升高時(shí)，加快了基區(qū)注入載流子的擴(kuò)散速度，這使基區(qū)中的自由電子與空穴的復(fù)合數(shù)目減小，從而導(dǎo)致β增大。由實(shí)驗(yàn)可得，溫度每升高1℃時(shí)，β的值要增加0.5％~1％。當(dāng)β增大時(shí)，輸出特性曲線的間距也會(huì)變寬，使靜態(tài)工作點(diǎn)Q上移，從而IC也增加。iCuCEQQ′溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移?？傊篢IC三、

溫度ICBO的影響分壓式射極偏置穩(wěn)定電路選I1＞＞IBQ∴I1

I2一、電路組成及Q點(diǎn)工作原理靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定過程：TUBEICICIEUE

UBEQ=UBQ-UEQ=UBQ-IEQ

ReUBQ穩(wěn)定IB由輸入特性曲線二、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算IBQ=ICQ/

UCEQ=VCC-ICQRC-IEQReICQ

IEQ=UEQ/Re

=（UBQ-UBEQ）/Re

電容開路,畫出直流通道

將電容短路,直流電源短路，畫出電路的交流小信號(hào)等效電路三、動(dòng)態(tài)分析電壓放大倍數(shù)：RL=RC//RLe輸入電阻：輸出電阻：e帶旁路電容的射極偏置穩(wěn)定電路一、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算IBQ=ICQ/

UCEQ=VCC-ICQRC-IEQReICQ

IEQ=UEQ/Re

=（UBQ-UBEQ）/Re

電容開路,畫出直流通道

將電容短路,直流電源短路，畫出電路的交流小信號(hào)等效電路二、動(dòng)態(tài)分析電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：輸出電阻：六、

共集電極放大電路

根據(jù)放大電路的組成原則，晶體管應(yīng)工作在放大區(qū)，即uBE>Uon，uCE>uBE，所以如圖所示。共集放大電路一、電路的組成二、靜態(tài)分析列出輸入回路的方程UCC－IBQ·RB－UBEQ－IEQ·RE=0ICQ=βIBQ≈IEQ

三、動(dòng)態(tài)分析共集放大電路的交流等效電路所以1、電流放大倍數(shù)共集放大電路的交流等效電路2、電壓放大倍數(shù)①Au<1即uo<ui

無電壓放大作用

當(dāng)(β+1)Re>>Rb+rbe時(shí)，uo≈ui②uo與ui同相位3、輸入電阻特點(diǎn)：輸入電阻比共射放大電路的輸入電阻大得多，可達(dá)幾千歐到幾百千歐Ri=RB//[rbe+(1+β)R′E]

因?yàn)楣布糯箅娐份斎腚娮璐蟆⑤敵鲭娮栊?，因而從信?hào)源索取的電流小而且?guī)ж?fù)載能力強(qiáng)，所以常用于多級放大電路的輸入級和輸出級；也可用它連接兩電路，減少電路間直接相連所帶來的影響，起緩沖作用。共集放大電路