三種基本放大電路及靜態(tài)工作點(diǎn).ppt

三種接法的比較 1 共射電路既能放大電流又能放大電壓 輸入電阻居中 輸出電阻較大 常用于低頻放大電路的單元電路 常做為低頻放大電路的單元電路 2 共集電路只能放大電流不能放大電壓 是三種接法中輸入電阻最大 輸出電阻最小的電路 并具有電壓跟隨的特點(diǎn) 常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級 在功率放大電路中也常采用射極輸出的形式 3 共基電路只能放大電壓而不能放大電流 輸入電阻小 電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射電路相當(dāng) 頻率特性最好 常用于寬頻帶放大電路 2 2基本共射極放大電路 電路組成 簡化電路及習(xí)慣畫法 簡單工作原理 放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 直流通路和交流通路 書中有關(guān)符號的約定 2 2共射極放大電路 1 電路組成 輸入回路 基極回路 輸出回路 集電極回路 2 簡化電路及習(xí)慣畫法 習(xí)慣畫法 共射極基本放大電路 3 簡單工作原理 Vi 0 Vi Vsin t 4 放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 靜態(tài) 輸入信號為零 vi 0或ii 0 時(shí) 放大電路的工作狀態(tài) 也稱直流工作狀態(tài) 動(dòng)態(tài) 輸入信號不為零時(shí) 放大電路的工作狀態(tài) 也稱交流工作狀態(tài) 電路處于靜態(tài)時(shí) 三極管個(gè)電極的電壓 電流在特性曲線上確定為一點(diǎn) 稱為靜態(tài)工作點(diǎn) 常稱為Q點(diǎn) 一般用IB IC 和VCE 或IBQ ICQ 和VCEQ 表示 放大電路為什么要建立正確的靜態(tài) 2 3圖解分析法 用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn) 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn) 交流通路及交流負(fù)載線 輸入交流信號時(shí)的圖解分析 BJT的三個(gè)工作區(qū) 輸出功率和功率三角形 2 3 1靜態(tài)工作情況分析 2 3 2動(dòng)態(tài)工作情況分析 共射極放大電路 2 3 1靜態(tài)工作情況分析 1 用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn) 根據(jù)直流通路可知 采用該方法 必須已知三極管的 值 一般硅管VBE 0 7V 鍺管VBE 0 2V 采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn) 必須已知三極管的輸入輸出特性曲線 共射極放大電路 2 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn) 首先 畫出直流通路 2 3 1靜態(tài)工作情況分析 列輸入回路方程 VBE VCC IBRb 列輸出回路方程 直流負(fù)載線 VCE VCC ICRc 在輸入特性曲線上 作出直線VBE VCC IBRb 兩線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn) 得到IBQ 在輸出特性曲線上 作出直流負(fù)載線VCE VCC ICRc 與IBQ曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn) 從而得到VCEQ和ICQ 2 3 2動(dòng)態(tài)工作情況分析 由交流通路得純交流負(fù)載線 共射極放大電路 vce ic Rc RL 因?yàn)榻涣髫?fù)載線必過Q點(diǎn) 即vce vCE VCEQic iC ICQ同時(shí) 令R L Rc RL 1 交流通路及交流負(fù)載線 則交流負(fù)載線為 vCE VCEQ iC ICQ R L 即iC 1 R L vCE 1 R L VCEQ ICQ 2 輸入交流信號時(shí)的圖解分析 2 3 2動(dòng)態(tài)工作情況分析 共射極放大電路 通過圖解分析 可得如下結(jié)論 1 vi vBE iB iC vCE vo 2 vo與vi相位相反 3 可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù) 4 可以確定最大不失真輸出幅度 動(dòng)態(tài)工作時(shí) iB iC的實(shí)際電流方向是否改變 vCE的實(shí)際電壓極性是否改變 2 3 2動(dòng)態(tài)工作情況分析 3 BJT的三個(gè)工作區(qū) 當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)時(shí) 將產(chǎn)生非線性失真 飽和區(qū)特點(diǎn) iC不再隨iB的增加而線性增加 即 此時(shí) 截止區(qū)特點(diǎn) iB 0 iC ICEO vCE VCES 典型值為0 3V 波形的失真 飽和失真 截止失真 由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真 對于NPN管 輸出電壓表現(xiàn)為底部失真 由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真 對于NPN管 輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真 2 3 2動(dòng)態(tài)工作情況分析 3 BJT的三個(gè)工作區(qū) 放大電路的動(dòng)態(tài)范圍 放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度 要求 工作點(diǎn)Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位 2 3 2動(dòng)態(tài)工作情況分析 3 BJT的三個(gè)工作區(qū) 要有合適的交流負(fù)載線 4 輸出功率和功率三角形 要想PO大 就要使功率三角形的面積大 即必須使Vom和Iom都要大 功率三角形 放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率 在輸出特性曲線上 正好是三角形 ABQ的面積 這一三角形稱為功率三角形 2 3 2動(dòng)態(tài)工作情況分析 共射極放大電路 放大電路如圖所示 已知BJT的 80 Rb 300k Rc 2k VCC 12V 求 1 放大電路的Q點(diǎn) 此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域 2 當(dāng)Rb 100k時(shí) 放大電路的Q點(diǎn) 此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域 忽略BJT的飽和壓降 解 1 2 當(dāng)Rb 100k時(shí) 靜態(tài)工作點(diǎn)為Q 40uA 3 2mA 5 6V BJT工作在放大區(qū) 其最小值也只能為0 即IC的最大電流為 所以BJT工作在飽和區(qū) VCE不可能為負(fù)值 此時(shí) Q 120uA 6mA 0V 例題 end 思考題 1 試分析下列問題 共射極放大電路 1 增大Rc時(shí) 負(fù)載線將如何變化 Q點(diǎn)怎樣變化 2 增大Rb時(shí) 負(fù)載線將如何變化 Q點(diǎn)怎樣變化 3 減小VCC時(shí) 負(fù)載線將如何變化 Q點(diǎn)怎樣變化 共射極放大電路 思考題 2 放大電路如圖所示 當(dāng)測得BJT的VCE接近VCC的值時(shí) 問管子處于什么工作狀態(tài) 可能的故障原因有哪些 截止?fàn)顟B(tài) 答 故障原因可能有 Rb支路可能開路 IB 0 IC 0 VCE VCC ICRc VCC C1可能短路 VBE 0 IB 0 IC 0 VCE VCC ICRc VCC end 2 4放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題 溫度變化對ICBO的影響 溫度變化對輸入特性曲線的影響 溫度變化對 的影響 穩(wěn)定工作點(diǎn)原理 放大電路指標(biāo)分析 固定偏流電路與射極偏置電路的比較 2 4 1溫度對工作點(diǎn)的影響 2 4 2射極偏置電路 2 4 1溫度對工作點(diǎn)的影響 1 溫度變化對ICBO的影響 2 溫度變化對輸入特性曲線的影響 溫度T 輸出特性曲線上移 溫度T 輸入特性曲線左移 3 溫度變化對 的影響 溫度每升高1 C 要增加0 5 1 0 溫度T 輸出特性曲線族間距增大 5 直流通路和交流通路 交流通路 直流通路 共射極放大電路 end 此時(shí) 不隨溫度變化而變化 一般取I1 5 10 IB VB 3V 5V 2 4 2射極偏置電路 1 穩(wěn)定工作點(diǎn)原理 目標(biāo) 溫度變化時(shí) 使IC維持恒定 如果溫度變化時(shí) b點(diǎn)電位能基本不變 則可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 T IC IE IC VE VB不變 VBE IB 反饋控制 靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大器 UBE UB UE UB IERE I2 5 10 IBI1 I2 IB I2 IE IC IB IC 分壓式偏置電路 RE射極直流負(fù)反饋電阻 CE交流旁路電容 靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定過程 UB UBE UB UE UB IERE UB被認(rèn)為較穩(wěn)定 本電路穩(wěn)壓的過程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過程 E C B 直流通道及靜態(tài)工作點(diǎn)估算 IB IC UCE EC ICRC IERE IC IE UE RE UB UBE RE UBE 0 7V 電容開路 畫出直流通道 電容短路 直流電源短路 畫出交流通道 交流通道及微變等效電路 B E C 交流通道 微變等效電路 微變等效電路及電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻的計(jì)算 ri RB1 RB2 rbe ro RC 例 上述靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大器 各參數(shù)如下 RB1 100k RB2 33k RE 2 5k RC 5k RL 5k 60 求 1 估算靜態(tài)工作點(diǎn) 2 空載電壓放大倍數(shù) 帶載電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻 3 若信號源有RS 1k 的內(nèi)阻 帶載電壓放大倍數(shù)將變?yōu)槎嗌?RB1 100k RB2 33k RE 2 5k RC 5k RL 5k 60EC 15V 解 1 估算靜態(tài)工作點(diǎn) IC IE UE RE UB UBE RE 3 7 0 7 2 5 1 2mA IB IC 1 2 60 0 02mA 20 A UCE EC ICRC IERE 12 1 2 5 2 5 6V RB1 100k RB2 33k RE 2 5k RC 5k RL 5k 60EC 15V 解 2 空載電壓放大倍數(shù) 帶載電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻 ri RB1 RB2 rbe 100 33 1 62 1 52k ro RC 5k 2 放大電路指標(biāo)分析 靜態(tài)工作點(diǎn) 2 放大電路指標(biāo)分析 電壓增益 輸出回路 輸入回路 電壓增益 畫小信號等效電路 確定模型參數(shù) 已知 求rbe 增益 2 放大電路指標(biāo)分析 輸入電阻 根據(jù)定義 由電路列出方程 則輸入電阻 放大電路的輸入電阻不包含信號源的內(nèi)阻 2 放大電路指標(biāo)分析 輸出電阻 輸出電阻 求輸出電阻的等效電路 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨(dú)立源置零 負(fù)載開路 輸出端口加測試電壓 對回路1和2列KVL方程 rce對分析過程影響很大 此處不能忽略 其中 則 當(dāng) 時(shí) 3 固定偏流電路與射極偏置電路的比較 共射極放大電路 3 固定偏流電路與射極偏置電路的比較 固定偏流共射極放大電路 Ro Rc end 2 4 3穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的措施 采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǚ€(wěn)定Q點(diǎn) 2 5共集電極電路和共基極電路 靜態(tài)工作點(diǎn) 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 三種組態(tài)的比較 2 5 1共集電極電路 2 5 2共基極電路 2 5 1共集電極電路 1 電路分析 共集電極電路結(jié)構(gòu)如圖示 該電路也稱為射極輸出器 求靜態(tài)工作點(diǎn) 由 得 電壓增益 輸出回路 輸入回路 電壓增益 畫小信號等效電路 確定模型參數(shù) 已知 求rbe 增益 1 電路分析 其中 一般 則電壓增益接近于1 即 電壓跟隨器 輸入電阻 根據(jù)定義 由電路列出方程 則輸入電阻 當(dāng) 時(shí) 1 電路分析 輸入電阻大 輸出電阻 由電路列出方程 其中 則輸出電阻 當(dāng) 時(shí) 輸出電阻小 既然共集電極電路的電壓增益小于1 接近于1 那么它對電壓放大沒有任何作用 這種說法是否正確 例子2 5 1 VBB 6V VCC 12V RB 15千歐 RE 5千歐 UBEQ 0 7V rbb 100歐 B 50 求Q點(diǎn) Au Ri Ro 2 5 2共基極電路 1 靜態(tài)工作點(diǎn) 直流通路與射極偏置電路相同 2 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 電壓增益 輸出回路 輸入回路 電壓增益 2 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 輸入電阻 輸出電阻 例 2 5 2電路見下圖 RE 3000歐 Rc 5K歐 B 100 rbe 1K歐 試估算Au Ri Ro 3 三種組態(tài)的比較 三種接法的比較 1 共射電路既能放大電流又能放大電壓 輸入電阻居中 輸出電阻較大 常用于低頻放大電路的單元電路 常做為低頻放大電路的單元電路 2 共集電路只能放大電流不能放大電壓 是三種接法中輸入電阻最大 輸出電阻最小的電路 并具有電壓跟隨的特點(diǎn) 常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級 在功率放大電路中也常采用射極輸出的形式 3 共基電路只能放大電壓而不能放大電流 輸入電阻小 電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射電路相當(dāng) 頻率特性最好 常用于寬頻帶放大電路 2 6 1復(fù)合管放大電路 復(fù)合管的組成原則1 在正確的外加電壓下每只管子的各極電流均有合適的通道 且均工作在放大區(qū) 2 為實(shí)現(xiàn)電流的放大 應(yīng)將第一只管的集電極或發(fā)射極電流作為第二只管的基極電流 3 只要很小的驅(qū)動(dòng)電流iB 就能獲得很大的輸出集電極電流ic 需要提高電源電壓 答疑 1 線形電阻的伏安特性曲線 U I R U I R 2 晶體管BE結(jié)微變等效電路 UBEQ IBQ R非線性 UBE IB rbe在Q點(diǎn)處近似線性 答疑 3 電流源及其特性曲線 I1 IS Ir1 IS U1 r I2 IS Ir2 IS U2 r I I2 I1 U2 U1 r U r r U I 如何求r 答疑 4 晶體管CE間的微變等效電路 流控電流源 在線性放大區(qū) rce很大 可忽略 2 7場效應(yīng)管放大電路 2 7 1電路的組成原則及分析方法 1 靜態(tài) 適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn) 使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū) 2 動(dòng)態(tài) 能為交流信號提供通路 組成原則 分析方法 2 7 1場效應(yīng)管放大電路的三種接法共源放大電路共漏放大電路共柵放大電路 圖2 7 2基本共源放大電路 將漏極電流iD的變化轉(zhuǎn)換成電壓UGS的變化 從而實(shí)現(xiàn)電壓放大UGSQ VGG 然后作負(fù)載線UDS VDD iDRd 得到交點(diǎn)Q 讀出坐標(biāo)值IDQ和UDSQ N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管符號及特性曲線 2 7 3場效應(yīng)管的微變等效電路 跨導(dǎo)gm ID UGS id gmugs 場效應(yīng)管的微變等效電路 壓控電流源 2 7 3靜態(tài)分析 無輸入信號時(shí) ui 0 估算 UDS和ID R1 150k R2 50k RG 1M RD 10k RS 10k RL 10k gm 3mA VUDD 20V 設(shè) UG UGS 則 UG US 而 IG 0 UDD 20V 直流通道 2 7 4動(dòng)態(tài)分析 微變等效電路 動(dòng)態(tài)分析 電壓放大倍數(shù) 負(fù)號表示輸出輸入反相 電壓放大倍數(shù)估算 R1 150k R2 50k RG 1M RS 10k RD 10k RL 10k gm 3mA VUDD 20V 3 10 10 15 ro RD 10K 輸入電阻 輸出電阻 1 0 15 0 05 1 0375M R1 150k R2 50k RG 1M RD 10k RS 10k RL 10k gm 3mA VUDD 20V ri RG R1 R2 2 7 5源極輸出器 R1 150k R2 50k RG 1M RS 10k RL 10k gm 3mA VUDD 20V 靜態(tài)工作點(diǎn) US UG UDS UDD US 20 5 15V 微變等效電路 微變等效電路 求ri ri RG R1 R2 求ro 加壓求流法 ri RG R1 R2 R1 150k R2 5