1、第2章 基本放大電路,課程構思：,BJT放大電路分析,物理模型及概念,典型放大電路分析,基本電路結構;,技術指標的物理概念;,1.分析方法及步驟; 2.直流分析; 3.交流分析; 4.典型電路分析; 5.改進電路分析；,6. 實際電路分析;,例題及小結,作業(yè)及網絡資源,2.3 放大電路的分析方法,放大電路分析,靜態(tài)分析,動態(tài)分析,估算法,圖解法,微變（小信號）等效電路法,圖解法,計算機仿真,基本思想,非線性電路經適當近似后可按線性電路對待， 利用疊加定理，分別分析電路中的交、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)分析動態(tài)，只考慮變化

2、的電壓和電流。,直流通路：只考慮直流信號的分電路。 畫直流通路時應將電容開路（電容不通直流），電感短路（電感上直流電壓為零）。,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。,直流通路：只考慮直流信號的分電路。 畫直流通路時應將電容開路（電容不通直流），電感短路（電感上直流電壓為零）。,直流通路：只考慮直流信號的分電路。(求靜態(tài)工作點Q:IBQ,ICQ,UCEQ) 畫直流通路時應將電容開路（電容不通直流），電感短路（電感上直流電壓為零）。,交流通路：只考慮交流信號的分電路。 畫交流通路時應將電壓源短路（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

3、電壓）。,工作原理,. 放大電路的交流通路,交流通路：只考慮交流信號的分電路。 畫交流通路時應將恒壓源短路（無交流電壓），恒流源開路（無交流電流）；耦合、傍路電容短路（無交流電壓）。,(一) 放大電路的靜態(tài)分析,工作原理,靜態(tài),i=0時，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Q。靜態(tài)工作點的位置直接影響放大電路的質量.,靜態(tài)分析方法,計算法,圖解分析法,1. 計算法,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。, 放大電路的靜態(tài)分析,工作原理,1. 估算法（重點）,S

4、i管：UBEQ=0.7V,Ge管:UBEQ=0.3V,（2）求靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ,（1） 首先畫出直流通路,求解順序是先求IBQICQUCEQ,(1)直流通路,用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點 （ IBQ、ICQ、UCEQ）,（2）估算IBQ（ UBEQ 0.7V),Rb稱為偏置電阻，IBQ稱為偏置電流。,（3）估算UCEQ、ICQ,ICQ,UCEQ,ICQ= IBQ,1.由直流負載列出方程 UCE=UCCICRc 2.在輸出特性曲線上確定兩個特殊點,即可 畫出直流負載線。,關鍵：直流負載線的確定方法.,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

5、載線，兩 線的交點即是Q。,5.得到靜態(tài)工作點Q點的參數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,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, 交流負載線：放大器工作時動態(tài)工作點的運動軌跡。,交流負載線確定方法： 1. 通過輸出特性曲線上過Q點做一條斜率為1/RL直線。,2.交流負載電阻RL= RLRc,3.交流負載線是有交流輸入信號時，放大器工作時動點(vCE , iC)的運動軌跡。,比直流負載線要陡,Rb,為什么要 設置靜態(tài) 工作點Q？,放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管工作在線性區(qū)以保

6、證信號不失真。, A 合適的靜態(tài)工作點Q,圖解分析,不截止 Ucm1,不飽和 Ucm2,B. Q點過高，信號進入飽和區(qū),放大電路產生 飽和失真,C. Q點過低，信號進入截止區(qū),放大電路產生 截止失真, D 雙向失真,不截止 Ucm1,不飽和 Ucm2,飽和失真,截止失真,由于放大電路的工作點 達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 達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Q要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；,2.要有合適的交流負載線。,3. 輸入信號的幅度不能太大.,工作點位置合適 信

7、號過大 而引起的非線性失真。,4. 放大倍數不能太大., 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，可得如下結論： 1.可確定輸出信號的動態(tài)范圍； 2.可以計算出放大電路的電壓放大倍數； 3.可以確定最大不失真輸出幅度。,三、等效電路法,半導體器件的非線性特性使放大電路的分析復雜化。所謂等效就是：基于線性元件建立器件模型，從而近似地描述非線性器件的特性。,1. 直流模型：適于Q點的分析,利用估算法求解靜態(tài)工作點，實質上是利用了直流模型。,輸入回路等效為恒壓源,輸出回路等效為電流控制的電流源,2.簡化的h參數等效電路交流

8、等效模型,查閱手冊,利用PN結的電流方程可求得,在輸入特性曲線上，Q點越高，rbe越?。?放大電路的直流通路 （a）共射基本放大電路 （b）直流通路,3、放大電路分析方法, 分析直流電路，求出“Q”，計算 rbe。,靜態(tài)工作點近似計算法,三極管的發(fā)射結導通時，B、E兩端的導通壓降UBE基本不變（硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V），因此有 ICQ =IBQ UCEQ = VCC ICQ Rc,圖 共射基本放大電路, 分析直流電路，求出“Q”，計算 rbe。,放大電路的交流通路 （a）基本放大電路 （b）交流通路, 畫電路的交流通路 。,三極管的微變等效電路,c,b,e, 在交流通路上把三極管畫

9、成 參數等效模型。,三極管的簡化微變等效電路（重點）,請注意如下問題： 電流源為一受控源，而不是獨立的電源。 電流源的流向不能隨意假定，而是由ib決定。 該模型僅適用于交流小信號，不能用于靜態(tài)分析和大信號。,放大電路的微變(交流)等效電路（小信號模型）,將交流通道中的三極管用微變(交流)等效電路代替:,交流等效電路:,對于小功率三極管(重點) ： rbe=rbb+(1+ ) VT/IEQ =rbb+VT/IBQ (靜態(tài)工作點) rbb=200/300歐（典型值） VT=26mV(常溫下）,rbe的量級從幾百歐到幾千歐。,（通常）,（1）電壓放大倍數定義為: Av=vo/vi（重點）,（2）電流

10、放大倍數定義為: Ai=io/ii,（3）互阻增益定義為: Ar=vo/ii,（4）互導增益定義為: Ag=io/vi,四種放大倍數:, 分析計算放大電路的主要技術參數。,共射基本放大電路的交流等效電路分析法,vi =ibrbe ，vo=ib(Rc /RL）= RL ib ，故電壓放大倍數, 分析計算放大電路的主要技術參數。,式中RL=RC RL，負號表示共射電路的倒相作用。,源電壓放大倍數（源電壓增益）Avs,Avs=vo/vs=（vo/vi）（vi/vs）AvRi /(Rs+Ri),. 輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進去的 等效電阻;,意義：,表征放大電路從信號源獲取信號的能力。,又由該圖

11、得：vi=ii (Rb/rbe )，故輸入電阻考慮到Rbrbe，則, 分析計算放大電路的主要技術參數。,. 輸出電阻Ro從放大電路輸出端看進去的等效電阻。,Av,vS,Ro,vso,意義：輸出電阻是一個表征放大器帶負載能力的參數。, 分析計算放大電路的主要技術參數。,輸出電阻Ro的求法：(外加電源法計算) 令us=0（電壓源置零）；移去RL （或開路） ； 在輸出端加一信號電壓vo，求io，再求Ro。, 分析計算放大電路的主要技術參數。,輸出電阻Ro的求法： 由于us=0，ib=0，因此ic=ib=0，于是vo=icRc，輸出電阻, 分析計算放大電路的主要技術參數。,共射交流等效電路,總結:

12、共射基本放大電路基本技術參數:,圖 共射基本放大電路,3. 放大電路的動態(tài)分析,放大電路的 交流等效電路,直流耦合電路,阻容耦合共射放大電路的動態(tài)分析,輸入電阻中不應含有Rs!,輸出電阻中不應含有RL!,交流等效電路,例（2.3.3）已知：,試求：,解：（1）由,（2）,可求得靜態(tài)Q點!,交流等效模型,2.4 放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,設置靜態(tài)工作點的電路稱放大器的偏置電路。,對偏置電路的要求,提供合適的Q點，保證器件工作在放大模式。,例如：偏置電路須保證三極管E結正偏、C結反偏。,當環(huán)境溫度等因素變化時，能穩(wěn)定電路的Q點。,例如：溫度升高，三極管參數、ICBO、VBE(on),而這些參數的變

13、化將直接引起Q點發(fā)生變化。,當Q點過高或過低時，輸出波形有可能產生飽和或截止失真。,實用放大電路雙電源供電電路 如圖所示的原理電路在實際應用時存在什么問題？,實用放大電路雙電源供電電路 如圖所示的原理電路在實際應用時存在以下幾個問題： （1）交流信號源與直流電源共用一個回路，相互影響。 （2）信號源經Rb才加到發(fā)射極兩端，使發(fā)射極兩端的信號大大減小，導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。,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,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。

14、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）雙電源供電電路 （b）單電源供電電路,實用放大電路單電源供電電路,（a）單電源供電電路 （b）習慣畫法,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（最簡單的偏置電路）,靜態(tài)工作點Q點估算（注意保證放大的條件）,電路優(yōu)點：,電路簡單，IBQ隨溫度變化小； Q點設計方便，計算簡單。,電路缺點：,工作點Q隨溫度變化大，不具有穩(wěn)定Q點的功能。,基本穩(wěn)定,溫度對工作點的影響,1. 溫度變化對輸出特性曲線的影響,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

15、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,我們知道這三個參數均與溫度有關。 隨溫度每升高1，相對值增加（0.51.0）%（間距加大）。 所以討論偏置電路熱穩(wěn)定性實際上就是討論這三個參數隨溫度變化而引起ICQ變化的特性。,UCEQ=UCC-ICQRC,T時 ,ICQ,Q點升高,例1. 固定基流偏置電路如圖所示。已知： BJT的,(1)計算靜態(tài)工作點Q，并分析Q點設置的是否合適。 (2)當,和BJT不變時，要使,，可以改變哪些參數?,解：（1）,由于,偏小，Q點靠近飽和區(qū)，因此Q點設置的不合適。,解：,（2)若RB保持

16、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,圖解法：,例2 在穩(wěn)基流偏置電路中， 假設晶體管為鍺NPN管， 室溫時=50，UBE=0.25V，ICBO=1A, 偏置電路的UCC=6 V，RB=180k，RC=2k。試計算Q及溫度由室溫升高30時ICQ和UCEQ的變化情況。 ,解: 室溫時可求得 IBQ=32A，ICQ=1.6mA, UCEQ=2.7V,=50，UBE=0.25V，ICBO=1A, 偏置電路的VCC=6 V，RB=180k，RC=2k,基本穩(wěn)定,解: 室溫時可求得 IBQ=32A，ICQ=1.6mA, UCEQ=2.7V 當溫度升高30后，=65,

17、那么 ICQ=2.08 mA 集電極靜態(tài)電流變化的相對值為,隨溫度每升高1，相對值增加（0.51.0）%（間距加大）。,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)工作點如圖所示，將沿直流負載線上升到靠近飽和區(qū)。 這時，加上基極輸入正弦信號電流，當它變化到正半周期間，晶體三極管就會進入飽和區(qū)， 使得集電極電流ICQ 和電壓UCE的波形產生嚴重的失真。,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)工作點如圖所示，將沿直流負載線上升到靠近飽和區(qū)。 這時，加上基極輸入正弦信號電流，當它變化

18、到正半周期間，晶體三極管就會進入飽和區(qū)， 使得集電極電流ICQ 和電壓UCE的波形產生嚴重的失真。 因此， 為了保證放大器在很寬的溫度范圍內正常工作，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4章介紹)。,小結：,固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。為此，需要改進偏置電路，當溫度升高、 IC增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化。保持Q點基本穩(wěn)定。,常采用基極分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。,(二) 基極分壓射極偏置電路,靜態(tài)工作點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。,(二) 基極分壓射極偏置電路,1. 穩(wěn)定工作點原理,目標：溫度變化時，使IC維持恒定。,如果溫度變化時，b點電位能基本不變，則可實現靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。,T , IC, IE,IC, VE、VB不變, VBE , IB,（電流取樣直流負反饋控制，見第6章）,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 聯解方程組得 、 和,靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器(請同學畫直流通路）,I210IB I1 I2,分壓式偏置電路,Ce :交流旁路