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晶体管及小信号放大器-2

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晶体管 信号 放大器
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第四章 晶体管及其小信号放大(2) 电子电路基础 1 §2 单级小信号放大电路 §2 .1 放大电路的性能指标 信号源 负载 放大电路是一个双口网络。从端口特性来 研究放大电路,可将其等效成具有某种端口特 性的等效电路。 2 电压增益(电压放大倍数) 电流增益 互阻增益 互导增益 一、电压放大倍数Au 3 二、输入电阻ri 放大电路一定要有前级(信号源)为其提供信号 ,那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放 大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越 大,从其前级取得的电流越小,对前级的影响越 小。 Au Ii ~USUi 4 三、输出电阻ro Au~US 放大电路对其负载而言,相当于信号源,我们 可以将它等效为戴维南等效电路,这个戴维南 等效电路的内阻就是输出电阻。 ~ ro US' 5 输出电阻Ro 的获得 步骤: 1. 所有的电源置零 (将独立源置零,保留受控源)。 2. 加压求流法。 U I 方法一:计算 6 方法二:测量。 Uo 1. 测量开路电压。 ~ ro Us' 2. 测量接入负载后的输出电压。 ~ ro Us'RL Uo' 步骤: 3. 计算。 7 四、通频带 f Au Aum 0.7Aum fL下限截 止频率 fH上限截 止频率 通频带:fbw=fH–fL 放大倍数 随频率变 化曲线 8 注意:放大倍数、输入电阻、输出电阻通常 都是在正弦信号下的交流参数,只有在放大电路 处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。 9 符号规定 UA大写字母、大写下标,表示直流量。 uA 小写字母、大写下标,表示全量。 ua 小写字母、小写下标,表示交流分量 。 uAua 全量 交流分量 t UA直流分量 10 § 2.2 单级晶体管共射放大电路 三极管放 大电路有 三种形式 共射放大器 共基放大器 共集放大器 以共射放 大器为例 讲解工作 原理 11 2.2.1 共射放大电路的基本组成 放大元件iC= iB ,工作在放大区 ,要保证集电结 反偏,发射结正 偏。 ui uo 输入 输出 参考点 RB +EC EB RC C1 C2 T 12 集电极电源, 为电路提供能 量。并保证集 电结反偏。 RB +EC EB RC C1 C2 T 13 集电极电阻, 将变化的电流 转变为变化的 电压。 RB +EC EB RC C1 C2 T 14 使发射结正偏 ,并提供适当 的静态工作点 。 基极电源与 基极电阻 RB +EC EB RC C1 C2 T 15 耦合电容 隔离输入输 出与电路直 流的联系, 同时能使信 号顺利输入 输出。 RB +EC EB RC C1 C2 T 16 可以省去 电路改进:采用单电源供电 RB +EC EB RC C1 C2 T 17 单电源供电电路 +EC RC C1 C2 T RB 18 2.2.2 简单工作原理 静态—— 时,放大电路的工作状态, 也称直流工作状态。 放大电路建立正确的静态,是保证动态工作 的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和 动态,正确地区分直流通道和交流通道。 动态—— 时,放大电路的工作状 态,也称交流工作状态。 19 ui=0时 由于电源的 存在IB0 IC0 IBQ ICQ IEQ=IBQ+ICQ RB +EC RC C1 C2 T 20 各点波形 RB +EC RC C1 C2 ui t iB t iC t uC t uo t ui iC uC uo iB 21 实现放大的条件 1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏,集电结 反偏。 2. 正确设置静态工作点,使整个波形处于放大区。 3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。 4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电 极电压,经电容滤波只输出交流信号。 22 §2.3 放大电路的分析方法 放大 电路 分析 静态分析 动态分析 估算法 图解法 微变等效电 路法 图解法 计算机仿真 23 2.3.1 直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直 流上附加了小的交流信号。 但是,电容对交、直流的作用不同。如果电 容容量足够大,可以认为它对交流不起作用,即 对交流短路。而对直流可以看成开路,这样,交 直流所走的通道是不同的。 交流通道:只考虑交流信号的分电路。 直流通道:只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。 24 例:对直流信号(只有+EC) 开路 开路 RB +EC RC C1 C2 T 直流通道 RB +EC RC 25 对交流信号(输入信号ui) 短路 短路 置零 RB +EC RC C1 C2 T RB RCRL ui uo 交流通路 26 一、近似估算 IC UCE 直流通路 RB +EC RC 2.3.2 放大电路的静态分析 IB、IC和VCE这些量代表的工作状 态称为静态工作点,用Q表示。 IB 27 二、图解分析 28 1. 由直流负载列出方程 UCE=EC-ICRc 2. 在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可 画出直流负载线。 直流负载线的确定方法: EC 、 EC /Rc 3. 在输入回路列方程式UBE =EC-IBRb 4. 在输入特性曲线上,作出输入负载线,两 线的交点即是Q。 5. 得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。 29 2.3.3 放大电路的交流分析 一、图解法交流分析 共射极放大电路 30 1、接入正弦信号的工作情况 (a) 输入特性上求iB 31 R'L= RL∥Rc, 是 交流负载电阻。 过输出特性曲线上 的Q点做一条斜率为- 1/RL 直线,该直线即为 交流负载线。 (b)交流负载线的确定 32 (c)输出特性上求iC和uCE 33 通过图解分析,可得如下结论: 1. vi vBE iB iC vCE |-vo|  2. vo与vi相位相反; 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数; 4. 可以确定最大不失真输出幅度。 34 2、图解法分析波形的非线性失真 为了得到尽量大的输出信号,要 把Q设置在交流负载线的中间部分。 如果Q设置不合适,信号进入截止区 或饱和区,造成非线性失真。 35 iC uCE uo 可输出的 最大不失 真信号 ib 36 iC uCE uo a Q点过低,信号进入截止区 放大电路产生 截止失真 输出波形 输入波形ib 37 iC uCE b Q点过高,信号进入饱和区 放大电路产生 饱和失真 ib输入波 形 uo 输出波形 38 1 晶体管的低频小信号模型 a 输入回路 iB uBE 当信号很小时,将输入特性 在小范围内近似线性。 uBE iB 对输入的交流小信号而言 ,晶体管相当于电阻rbe。 rbe的量级从几百欧到几千欧。 对于小功率三极管: 二、等效电路法交流分析 39 b 输出回路 iC uCE 所以: (1) 输出端相当于一个受ib 控制 的电流源。 近似平行 (2) 考虑 uCE对 iC的影响,输出 端还要并联一个大电阻rce。 rce的含义 iC uCE 40 ube ib uce ic ube uce ic rce很大, 一般忽略。 c 晶体管的低频小信号模型 rbe ib ib rce rbe ib ib b c e 等 效 c b e 41 2 放大电路的交流等效电路 将交流通道中的晶体管用其低频模型代替 交流通路 RB RCRL ui uo ui rbe ib ibiiic uo RB RC RL 42 3 电压放大倍数的计算 特点:负载电阻越小,放大倍数越小。 rbe RB RC RL 43 放 大 电 路 RL RS源增益 44 4 输入电阻的计算 rbe RB RC RL 电路的输入电阻越大,从信号源取得的电流越小 ,因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。 45 所以: rbe RB RC 00 5 输出电阻的计算 46 §2.3.4 工作点稳定的偏置电路 为了保证放大电路的稳定工作,必须有合适的 、稳定的静态工作点。但是,温度的变化严重影响 静态工作点。 对于前面的电路(固定偏置电路)而言,静态工 作点由UBE、 和ICEO 决定,这三个参数随温度而变 化,温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面 。 T UBE  ICEO Q 47 温度对UBE的影响 iB uBE 25ºC 50ºC TUBE IBIC 48 温度对 值及ICEO的影响 T、 ICEOIC iC uCE Q Q´ 温度上升时 ,输出特性 曲线上移, 造成Q点上 移。 49 小结: TIC 固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点不 稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截 止区,从而导致失真。为此,需要改进偏置 电路,当温度升高、 IC增加时,能够自动减 少IB,从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳 定。 常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点 50 分压式偏置电路: RB1 +EC RC C1 C2 RB2 CE RE RL uiuo 51 T UBEIB ICUE IC 本电路稳压的 过程实际是由 于加了RE形成 了负反馈过程 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2RE1 RE2 一、稳定工作点原理 52 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2RE1 RE2 直流通路 二、静态分析 53 可以认为与温度无关。 似乎I2越大越好, 但是RB1、RB2太小, 将增加损耗,降低输 入电阻。因此一般取 几十k。 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2RE1 RE2 直流通路 54 三、交流分析 +EC uo RB1RC C1 C2 RB2 CE RE RL ui rbe RC RL R'B 交流等效电路 uo RB1 RC RL ui RB2 交流通路 55 CE的作用:交流通路中, CE将RE短路, RE对交流不起作用,放大倍数不受影响 。 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 C2 RB2 CE RE RL uiuo 问题1:如果去掉CE ,放大倍数怎样? 56 去掉 CE 后的交流通路和交流等效电路: rbe RC RL RE R'B RB1 RC RL ui uo RB2 RE 57 RB1 +EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL uiuo RE2 问题2:如果电路如下图所示,如何分析? 58 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL uiuo RE2 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2RE1 RE2 静态分析: 直流通路 59 RB1 +EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL uiuo RE2 交流分析: 交流通路 RB1 RC RL ui uo RB2 RE1 60 交流通路: RB1 RC RL ui uo RB2 RE1 交流等效电路: rbe RC RL RE1 R'B 61
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