1、a,1,第三章 晶體管放大電路基礎(chǔ)(全書重點(diǎn)） 3.1 放大電路的工作原理及分析方法 3.2 BJT偏置電路 （直流通路：提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q 點(diǎn)，保證BJT發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，放大信號(hào)始終處在放大工作區(qū)，避免出現(xiàn)截止及飽和失真。介紹固定基流電路， 基極分壓射極偏置電路）,a,2,第三章 晶體管放大電路基礎(chǔ)(全書重點(diǎn)） 3.3 放大電路的技術(shù)指標(biāo)及基本放大電路 本節(jié)討論小信號(hào)放大器的基本指標(biāo):電壓放大倍數(shù)（電壓增益），源電壓放大倍數(shù)（源電壓增益），交流輸入電阻，交流輸出電阻，功率增益等； 第五章將討論大信號(hào)放大器的非線性失真，輸出功率和效率等指標(biāo)； 第六章將討論放大器的上，下限頻率，通頻

2、帶，頻率失真等頻率指標(biāo)； 基本放大電路：共射，共基，共集。 3.4 多極放大電路（自學(xué)）,a,3,練習(xí). 固定基流偏置電路如圖所示。已知： BJT的,(1)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q，并分析Q點(diǎn)設(shè)置的是否合適？ (2)當(dāng),和BJT不變時(shí)，要使,，可以改變哪些參數(shù)?,a,4,解：（1）,由于,偏小，Q點(diǎn)靠近飽和區(qū)，因此Q點(diǎn)設(shè)置的不合適。,a,5,解：,（2)若RB保持不變，僅改變RC，則IB和IC保持不變。,若RC保持不變，僅改變RB，則,a,6,圖解法：,a,7,3.1 放大電路的工作原理及分析方法,1 放大的概念,所謂“放大”，是指將一個(gè)微弱的交流小信號(hào)（疊加在直流工作點(diǎn)上），通過一個(gè)裝置（核心為三極

3、管/場(chǎng)效應(yīng)管），得到一個(gè)波形相似（不失真）、但幅值卻大很多的交流大信號(hào)的輸出。這個(gè)裝置通常就是晶體管/場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。 因此，放大作用的實(shí)質(zhì)是晶體管的電流、電壓或功率的控制作用。,電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的雙端口網(wǎng)絡(luò)表示，如圖：,Au,a,8,1 放大電路主要利用三極管或場(chǎng)效應(yīng)管的控制作用放大微弱信號(hào)，輸出信號(hào)在電壓或電流的幅度上得到了放大，輸出信號(hào)的能量得到了加強(qiáng)。,基本放大電路:一般是指由一個(gè)三極管或場(chǎng)效應(yīng)管（第四章介紹）組成的放大電路，可以將基本放大電路看成一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)。,2 輸出信號(hào)的能量實(shí)際上是由直流電源提供的，只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號(hào)能量，提供給負(fù)載。 3

4、. 晶體管為耗能元件。,a,9,2 放大器的組成原則：,直流偏置電路（即直流通路）要保證器件工作 在放大模式。,交流通路要保證信號(hào)能正常傳輸，即有輸入信 號(hào)ui時(shí)，應(yīng)有uo輸出。,a,10,2 放大器的組成原則：,判斷一個(gè)電路是否具有放大作用，關(guān)鍵就是看它的直流通路與交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，則該電路就不具有放大作用。,元件參數(shù)的選擇要保證信號(hào)能不失真地放大。 即電路需提供合適的Q點(diǎn)及足夠的放大倍數(shù)。,a,11, （1）基本放大電路的組成,放大器的工作原理,基本組成如下： 三 極 管T 負(fù)載電阻RL 偏置電路VCC 、 RC 、 Rb 耦合電容C1 、C2,起放大作用,將變化的集

5、電極電流 轉(zhuǎn)換為電壓輸出,使三極管工作在線性區(qū) 給輸出信號(hào)提供能量,起隔直作用,對(duì)交流起耦合的作用,a,12,3 放大電路的分析方法,放大電路分析,靜態(tài)分析,動(dòng)態(tài)分析,估算法,圖解法,微變（小信號(hào)）等效電路法,圖解法,計(jì)算機(jī)仿真,a,13,靜態(tài) 時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。放大管的直流電流電壓稱為放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。靜態(tài)工作點(diǎn)Q由直流通路求解。,動(dòng)態(tài) 時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。 放大器工作時(shí)，信號(hào)（電流、電壓）均疊加在靜態(tài)工作點(diǎn)上，只反映信號(hào)電流、電壓間關(guān)系的電路稱為交流通路。,a,14,基本思想,非線性電路經(jīng)適當(dāng)近似后可按線性電路對(duì)待， 利用疊加定理，分別分析

6、電路中的交、直流成分。,分析三極管電路的基本思想和方法,直流通路(ui = 0)分析靜態(tài)。,交流通路(ui 0)分析動(dòng)態(tài)，只考慮變化的電壓和電流。,a,15,直流通路：只考慮直流信號(hào)的分電路。(求靜態(tài)工作點(diǎn)Q:IBQ,ICQ,UCEQ) 畫直流通路時(shí)應(yīng)將電容開路（電容不通直流），電感短路（電感上直流電壓為零）。,a,16,交流通路：只考慮交流信號(hào)的分電路。（請(qǐng)同學(xué)畫） 畫交流通路時(shí)應(yīng)將電壓源短路（無交流電壓），電流源開路（無交流電流）；耦合、傍路電容短路（無交流電壓）。,a,17,工作原理,. 放大電路的交流通路,交流通路：只考慮交流信號(hào)的分電路。 畫交流通路時(shí)應(yīng)將恒壓源短路（無交流電壓），恒

7、流源開路（無交流電流）；耦合、傍路電容短路（無交流電壓）。,a,18,(一) 放大電路的靜態(tài)分析,工作原理,靜態(tài),i=0時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。,靜態(tài)分析,確定放大電路的靜態(tài)值IBQ、ICQ、UCEQ,即靜態(tài)工作點(diǎn)Q。靜態(tài)工作點(diǎn)的位置直接影響放大電路的質(zhì)量.,靜態(tài)分析方法,計(jì)算法,圖解分析法,1. 計(jì)算法,借助于放大電路的直流通路來求,直流通路是能通過直流的通道。將電路中的耦合電容和旁路電容開路，即可得到。,a,19, 放大電路的靜態(tài)分析,工作原理,1. 估算法（重點(diǎn)）,Si管：UBEQ=0.7V,Ge管:UBEQ=0.3V,（2）求靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ,（1） 首

8、先畫出直流通路,求解順序是先求IBQICQUCEQ,a,20,(1)直流通路,用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn) （ IBQ、ICQ、UCEQ）,a,21,（2）估算IBQ（ UBEQ 0.7V),Rb稱為偏置電阻，IBQ稱為偏置電流。,a,22,（3）估算UCEQ、ICQ,ICQ,UCEQ,ICQ= IBQ,a,23, 放大電路的靜態(tài)分析,工作原理,2. 圖解法(P74,P86),放大電路的輸入和輸出直流負(fù)載線,三極管的輸入和輸出特性曲線,確定靜態(tài)工作點(diǎn),（1）由輸入特性曲線和輸入直流負(fù)載線求IBQ、UBEQ,UBE=VCC-IBRb, 直流負(fù)載線,VCC/Rb,VCC,IBQ,Q,- 1/Rb

9、,作出直流負(fù)載線，直流負(fù)載線和輸入特性曲線的交點(diǎn)即是靜態(tài)工作點(diǎn)Q，由Q可確定IBQ、UBEQ,a,24,UCE=VCC-ICRc, 直流負(fù)載線,（1）由輸入特性曲線和輸入直流負(fù)載線求IBQ、UBEQ, 放大電路的靜態(tài)分析,工作原理,2. 圖解法,（2）由輸出特性曲線和輸出直流負(fù)載線求ICQ、UCEQ,求兩點(diǎn),IC=0 UCE=VCC,UCE=0 IC=VCC/Rc,作出直流負(fù)載線，直流負(fù)載線和輸出特性曲線的有多個(gè)交點(diǎn)。,只有與iB=IBQ對(duì)應(yīng)的那條曲線的交點(diǎn)才是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。,a,25,1.由直流負(fù)載列出方程 UCE=UCCICRc 2.在輸出特性曲線上確定兩個(gè)特殊點(diǎn),即可 畫出直流負(fù)載線。,

10、關(guān)鍵：直流負(fù)載線的確定方法：,3.在輸入回路列方程式UBE =UCCIBRb,4.在輸入特性曲線上，作出輸入負(fù)載線，兩 線的交點(diǎn)即是Q。,5.得到靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)的參數(shù)IBQ、ICQ和UCEQ。, 放大電路的靜態(tài)分析,2. 圖解法,工作原理,VCC 、 VCC /Rc,a,26,放大電路的圖解分析方法,通過作圖的方法求AU、AI及放大電路的最大不失真電壓, 交流負(fù)載線：放大器工作時(shí)動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。,交流負(fù)載線確定方法： 1. 通過輸出特性曲線上過Q點(diǎn)做一條斜率為1/RL直線。,2.交流負(fù)載電阻RL= RLRc,3.交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)，放大器工作時(shí)動(dòng)點(diǎn)(vCE , iC)的運(yùn)動(dòng)軌跡

11、。,比直流負(fù)載線要陡,a,27, 圖解分析方法,圖解分析,確定放大器的最大工作范圍-最大不失真電壓,Ucm=min(Ucm1,Ucm2),通過圖解分析，可得如下結(jié)論： 1.可確定輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍； 2.可以計(jì)算出放大電路的電壓放大倍數(shù)； 3.可以確定最大不失真輸出幅度。,a,28,Rb,為什么要 設(shè)置靜態(tài) 工作點(diǎn)Q？,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。,a,29, A 合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q,圖解分析,不截止 Ucm1,不飽和 Ucm2,a,30,B. Q點(diǎn)過高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū),放大電路產(chǎn)生 飽和失真,a,31,C. Q點(diǎn)過低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū),放大電路產(chǎn)生

12、 截止失真,a,32, D 雙向失真,不截止 Ucm1,不飽和 Ucm2,a,33,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。,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。,波形的失真,雙向失真,放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：,1.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.要有合適的交流負(fù)載線。,3. 輸入信號(hào)的幅度不能太大.,工作點(diǎn)位置合適 信號(hào)過大 而引起的非線性失真。,4. 放大倍數(shù)不能太大.,a,34,厄利電壓 當(dāng)這些曲線外插到零電流之?dāng)?shù)值時(shí)，他們會(huì)相交于負(fù)電壓軸上之一點(diǎn)。 基極寬度的減少導(dǎo)致少數(shù)載子濃

13、度的梯度增加，故而增大了流經(jīng)基極的擴(kuò)散電流。所以當(dāng)集一射極電壓增加時(shí)，集極電流隨之增加。此即厄利效應(yīng)的成因。,a,35,3.2 BJT偏置電路,設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的電路稱放大器的偏置電路。,對(duì)偏置電路的要求,提供合適的Q點(diǎn)，保證器件工作在放大模式。,例如：偏置電路須保證三極管E結(jié)正偏、C結(jié)反偏。,當(dāng)環(huán)境溫度等因素變化時(shí)，能穩(wěn)定電路的Q點(diǎn)。,例如：溫度升高，三極管參數(shù)、ICBO、VBE(on),而這些參數(shù)的變化將直接引起Q點(diǎn)發(fā)生變化。,當(dāng)Q點(diǎn)過高或過低時(shí)，輸出波形有可能產(chǎn)生飽和或截止失真。,a,36,實(shí)用放大電路雙電源供電電路 如圖所示的原理電路在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在什么問題？,a,37,實(shí)用放大電路雙電

14、源供電電路 如圖所示的原理電路在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在以下幾個(gè)問題： （1）交流信號(hào)源與直流電源共用一個(gè)回路，相互影響。 （2）信號(hào)源經(jīng)Rb才加到發(fā)射極兩端，使發(fā)射極兩端的信號(hào)大大減小，導(dǎo)致放大電路的放大性能的下降。 （3）輸出電壓 uO中含有直流成分。,a,38,為解決上述問題，可將阻容耦合交直流疊加（或分離）電路引入到放大電路中來，如圖2所示。,圖2. 雙電源供電電路,圖1原理電路,a,39,由于該放大電路使用了兩組電源，所以稱為雙電源供電電路。C1 、C2稱為耦合電容或隔直電容 。 該電路又稱為阻容耦合放大電路.,圖2. 雙電源供電電路,a,40,（a）雙電源供電電路 （b）單電源供電電路,實(shí)用

15、放大電路單電源供電電路,a,41,（a）單電源供電電路 （b）習(xí)慣畫法,a,42,三極管偏置電路(介紹兩種基本偏置電路),（一） 固定（穩(wěn)）基流電路（最簡(jiǎn)單的偏置電路）,靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)估算（注意保證放大的條件）,電路優(yōu)點(diǎn)：,電路簡(jiǎn)單，IBQ隨溫度變化??； Q點(diǎn)設(shè)計(jì)方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。,電路缺點(diǎn)：,工作點(diǎn)Q隨溫度變化大，不具有穩(wěn)定Q點(diǎn)的功能。,基本穩(wěn)定,a,43,溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響,1. 溫度變化對(duì)輸出特性曲線的影響,2. 溫度變化對(duì)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(duì) 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

16、距增大,a,44,這三個(gè)參數(shù)均與溫度有關(guān)。 隨溫度每升高1，相對(duì)值增加（0.51.0）%（間距加大）。 所以討論偏置電路熱穩(wěn)定性實(shí)際上就是討論這三個(gè)參數(shù)隨溫度變化而引起ICQ變化的特性。,UCEQ=UCC-ICQRC,T時(shí) ,ICQ,Q點(diǎn)升高,a,45,例2 在穩(wěn)基流偏置電路中， 假設(shè)晶體管為鍺NPN管， 室溫時(shí)=50，UBE=0.25V，ICBO=1A, 偏置電路的UCC=6 V，RB=180k，RC=2k。試計(jì)算Q及溫度由室溫升高30時(shí)ICQ和UCEQ的變化情況。 ,a,46,解: 室溫時(shí)可求得 IBQ=32A，ICQ=1.6mA, UCEQ=2.7V,=50，UBE=0.25V，ICBO

17、=1A, 偏置電路的VCC=6 V，RB=180k，RC=2k,基本穩(wěn)定,a,47,解: 室溫時(shí)可求得 IBQ=32A，ICQ=1.6mA, UCEQ=2.7V 當(dāng)溫度升高30后，=65, 那么 ICQ=2.08 mA 集電極靜態(tài)電流變化的相對(duì)值為,隨溫度每升高1，相對(duì)值增加（0.51.0）%（間距加大）。,a,48,由上例可以知道， 溫度升高30后，ICQ將明顯增大， 而UCEQ則明顯減小。原本處于放大區(qū)中心的靜態(tài)工作點(diǎn)如圖所示，將沿直流負(fù)載線上升到靠近飽和區(qū)。 這時(shí)，加上基極輸入正弦信號(hào)電流，當(dāng)它變化到正半周期間，晶體三極管就會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)， 使得集電極電流ICQ 和電壓UCE的波形產(chǎn)生嚴(yán)重

18、的失真。,a,49,由上例可以知道， 溫度升高30后，ICQ將明顯增大， 而UCEQ則明顯減小。原本處于放大區(qū)中心的靜態(tài)工作點(diǎn)如圖所示，將沿直流負(fù)載線上升到靠近飽和區(qū)。 這時(shí)，加上基極輸入正弦信號(hào)電流，當(dāng)它變化到正半周期間，晶體三極管就會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)， 使得集電極電流ICQ 和電壓UCE的波形產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。 因此， 為了保證放大器在很寬的溫度范圍內(nèi)正常工作，就必須采用熱穩(wěn)定性高的偏置電路。 提高偏置電路熱穩(wěn)定性有許多措施，常采用分壓式偏置電路和恒流源偏置電路(第六章介紹)。,a,50,小結(jié)：,固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、 IC增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少IB，從而

19、抑制Q點(diǎn)的變化。保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。,常采用基極分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。,a,51,(二) 基極分壓射極偏置電路,a,52,靜態(tài)工作點(diǎn)Q (ICQ,IBQ,UCEQ),(二) 基極分壓射極偏置電路,基極分壓射極偏置電路穩(wěn)Q條件： Ib1 Ib2IB 工程上取 10倍。,a,53,(二) 基極分壓射極偏置電路,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,（電流取樣直流負(fù)反饋控制，見第七章）,a,54,用估算法確定靜態(tài)值的方法：, 畫放大電路的直流通路（原則：電容開路，電感短路） 列輸入回路電壓方程 列輸出回路電壓方程 或 聯(lián)解方程組得 、 和,a,55,靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大器(請(qǐng)同學(xué)畫直流通路）,I210IB I1 I2,分壓式偏置電路,Ce :交流旁路電容,a,56,直流通道及靜態(tài)工作點(diǎn)Q估算,IBQ=ICQ/,VCEQ = VCC - ICRC - IERe,ICQ IEQ=UE/Re = （VB- VBE）/ Re (基本不變),UBE 0.7V,電容開路,畫出直流通路,基極分壓射極偏置電路穩(wěn)Q條