3.2 共射放大电路
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vi 由交流通路得: RB RC RL vo
′ vce = −ic (Rc // RL ) = −ic RL
其中: ′ 其中: RL = RL // RC
交流通路
又
iC = IC + ic
即
ic = iC − IC
所以: 所以:
′ vCE =VCE + vce =VCE − ic RL ′ = VCE − (iC − IC )RL
例: 对直流信号(只有 CC) 对直流信号(只有+V +VCC RB C1 RC T 开路 C2 RB 开路 RC 直流通路 +VCC
对交流信号(输入信号vi) 对交流信号 输入信号
+VCC RB C1 RC T
置零
C2
交流通路
vo
短路
vi RB RC RL
短路
2、 静态分析 、
1)估算法 )
VCC iC RC
直流 负载线
vCE VCC
直流通路
2)图解法 )
先估算 IB ,然后在输出特性曲线上作出直 流负载线, 流负载线,与 IB 对应的输出特性曲线与直流负 载线的交点就是Q点 载线的交点就是 点。 iC
VCC RC
Q vCE VCC
VCC −VBE IB = RB
例:用估算法计算静态工作点。 用估算法计算静态工作点。 已知:VCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ, 已知: , Ω Ω β=37.5。 。 解:
2、输出电阻 o 、输出电阻R
io
RS + +
vs
-
vi
-
线性 有源 四端 网络
Q
IB vCE
方法2: 方法 :令 iC = 0
′ 得 vCE = VCE + I C RL
A
VCC
即求得交流负载线与横轴相交A点的坐标。 即求得交流负载线与横轴相交 点的坐标。 点的坐标 连接A、 向上延长 即为交流负载线。 向上延长, 连接 、Q向上延长,即为交流负载线。
3)由输入、输出特性曲线及交 由输入、 由输入 流负载线, 流负载线,画出输出电压波形
1、三极管的微变等效电路 、
1) 输入回路 当信号很小时,将输入特性在小范 ) 当信号很小时, 围内近似线性。 围内近似线性。即对输入的小交流 信号而言,三极管相当于电阻r 信号而言,三极管相当于电阻 be。 iB ∆ iB ∆vBE vBE
∆vBE vbe rbe = = ∆iB ib
rbe = rbb′ + (1 + β )re 26(mV) = rbb′ + (1 + β ) I E (mA)
′ Vo max = I C RL
受饱和失真限制所能输出的最大电压幅值: 受饱和失真限制所能输出的最大电压幅值:
Vo max = VCE − VCES ≈ VCE
两者中小的值即为放大电路的最大输出电压幅值。 两者中小的值即为放大电路的最大输出电压幅值。
三、微变等效电路分析法
综述
当交流信号幅度较小时 当交流信号幅度较小时,放大电路在 较小 动态时的工作点只是在静态范围作微小 微小的 动态时的工作点只是在静态范围作微小的 变化。 变化。此时三极管的特性可以在小范围内 进行线性化 三极管可用小信号线性化模 线性化, 进行线性化,三极管可用小信号线性化模 代替。这样,在交流小信号的条件下, 型代替。这样,在交流小信号的条件下, 就可以建立放大电路的“微变”等效电路, 就可以建立放大电路的“微变”等效电路, 从而可以用处理线性交流电路的方法分析 放大电路。 放大电路。
RB VBB
+VCC
耦合电容
RC C1 T RB VBB
C2
隔离输入输 出与电路直 流的联系, 流的联系, 同时能使信 号顺利输入 输出。 输出。
电路改进: 电路改进:采用单电源供电 +VCC RC C1 T
可以省去
C2
RB VBB
+VCC RB C1 T RC C2
单电源供电电路
电压电流量的表示约定
选择静态工作点 iC ib
可输出的 最大不失 真信号
vCE vo
1)Q点过低,信号进入截止区 ) 点过低, 点过低
iC 放大电路产生 截止失真 输入波形 vCE ib
vo 输出波形
2)Q点过高,信号进入饱和区 ) 点过高 点过高, 放大电路产生 iC
放大电路产生 饱和失真 输入波 形
ib
vCE
VCC 12 IB ≈ = = 0.04 mA = 40 µ A RB 300
IC ≈ β I B = β I B = 37.5 × 0.04 = 1.5 mA
VCE = VCC − IC RC = 12 −1.5 × 4 = 6 V
请注意电路中I 的数量级。 请注意电路中 B 和IC 的数量级。
3、动态分析-图解分析法 、动态分析- 1)交流负载线 ) ic vce
在放大电路中, 在放大电路中,输出信号应该成比例地放大输入 信号(即线性放大);如果两者不成比例, );如果两者不成比例 信号(即线性放大);如果两者不成比例,则输出 信号不能反映输入信号的情况,放大电路产生非线 信号不能反映输入信号的情况,放大电路产生非线 性失真。 性失真。 为了得到尽量大的输出信号,要把Q设置在交流 为了得到尽量大的输出信号,要把 设置在交流 负载线的中间部分。如果Q设置不合适 设置不合适, 负载线的中间部分。如果 设置不合适,信号进入截 止区或饱和区,造成非线性失真。 止区或饱和区,造成非线性失真。
+VCC RB RC 首先根据直流通路估算I 首先根据直流通路估算 B
VCC − VBE IB = RB
VCC − 0.7 VCC ≈ ≈ RB RB
RB称为偏置电阻,IB称为偏 称为偏置电阻 偏置电阻, 称为偏 置电流。 置电流。
IB VBE
直流通路
再根据直流通路估算V 再根据直流通路估算 CE、IB
思 考
iB
1)Q点过低或过高,输出 ) 点过低或过高 点过低或过高, 号会怎样? 信 号会怎样? 2)电压v过大,输出信号会怎样? )电压 过大 输出信号会怎样? 过大,
iB
ib
iC
iC
ic
Q
IBQ
I Q B = I BQ
ICQ
O
vBE vBE
O
ωt
O
vCE
O
ωt
ωt
vbe
vce
ωt
vCE
5、失真分析 、
该方程所确定的直线称为交流负载线, 该方程所确定的直线称为交流负载线,它必 交流负载线
′ 通过Q点 斜率为: 通过 点,斜率为:−1 RL
2)交流负载线的作法 交流负载线的作法
VCC RC 方法1: 点作一条直线, 方法 :过Q点作一条直线, 点作一条直线 斜率为: 斜率为: −1 R′
L
iC
交流负载线
3.2 共发射极基本放大电路
共射放大器 三极管放 大电路有 三种形式 共基放大器 共集放大器 以共射放 大器为例 讲解工作 原理
一、共射放大电路的组成
+VCC RC C1 T 输入 vi RB VBB vo 输出 C2
放大元件i 放大元件 C=β iB, 工作在放大区, 工作在放大区,要 保证集电结反偏, 保证集电结反偏, 发射结正偏。 发射结正偏。
输出波形
vo
6、最大输出电压幅值的估算 、
最大输出电压幅值是指: 最大输出电压幅值是指:不产生饱和失真和 截止失真时,放大电路所输出的最大电压幅值。 截止失真时,放大电路所输出的最大电压幅值。 表示。 用VOmax表示。 受截止失真限制所能输出的最大电压幅值: 受截止失真限制所能输出的最大电压幅值:
vs = is Rs
1、输入电阻Ri 、输入电阻
ii
RS + +
是实际存 在的电阻 吗?
vs
-
vi
-
线性 有源 四端 网络
+ RL
vo
-
vi R = i ii
不是实在电阻
Ri
对信号源而言,放大器可以看作它的负载, 对信号源而言,放大器可以看作它的负载,用等 效电阻R 表示,称为放大器的输入电阻。 效电阻 i表示,称为放大器的输入电阻。 表示本级电路对输入信号源的影响程度, 表示本级电路对输入信号源的影响程度,输入电阻的 大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅度的大小。 大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅度的大小。
rce的含义: 的含义
∆vce rce = ∆ic
3)三极管的微变等效电路 ) c
ic vbe vce
ib
ic
β ib
ib
b
rbe
rce
vce
vbe
e ib
b
rbe
β ib
c
rce很大, 很大, 一般忽略。 一般忽略。
e
注意: 注意: 1、小信号电路模型是用来描述叠加在直流量上 、 的各交流量之间的依存关系, 的各交流量之间的依存关系 , 与直流量的极性 或流向无关。 因此无论NPN型或 型或PNP型 , 其小 或流向无关 。 因此无论 型或 型 信号电路模型是一样的。 信号电路模型是一样的。 2、 晶体三极管无论是何种连接方式 共发 、 共 、 晶体三极管无论是何种连接方式(共发 共发、 共基)其小信号电路模型是相同的 其小信号电路模型是相同的。 集、共基 其小信号电路模型是相同的。 3、晶体三极管小信号电路模型的参数都是针对 、晶体三极管小信号电路模型的参数都是针对 变化量( 交流量) 变化量 ( 交流量 ) 的 , 只能用来求解交流量之 间的关系, 不能用来求静态量( 直流量) 间的关系 , 不能用来求静态量 ( 直流量 ) 。 因 此要严格区分直流和交流,静态和动态。 此要严格区分直流和交流,静态和动态。
四、放大电路的性能指标
当三极管用小信号 电路模型表示时, 电路模型表示时, 各种小信号放大器 可统一表现为有源 四端网络。 四端网络。 ii
RΒιβλιοθήκη Baidu + +
io 线性 有源 四端 网络
+ RL
vs
-
vi
-
vo
-
1、输入电阻 i 、输入电阻R 2、输出电阻 o 、输出电阻R 3、增益 、
is
Ri
Ro
RS
晶体三极管各极电压和电流均为直流量 叠加交流量(或增量)组成,则有: 叠加交流量(或增量)组成,则有:
iC
iB
+ +
iB = I BQ + ib vBE = VBEQ + vbe iC = I CQ + ic v = V + v CEQ ce CE
vCE
_
vBE
_
约 定
直流量:大写字母、大写下标表示。 直流量:大写字母、大写下标表示。 交流量:小写字母、小写下标表示。 交流量:小写字母、小写下标表示。 总瞬时量:小写字母、大写下标表示。 总瞬时量:小写字母、大写下标表示。
二、放大电路的分析
估算法 静态分析 图解法 放大 电路 分析 图解法 动态分析 微变等效电路法 计算机仿真
1、直流通路和交流通路 、
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。 流上附加了小的交流信号。 但是,电容对交、直流的作用不同。 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, 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, 对交流短路。而对直流可以看成开路,这样,交 直流所走的路径是不同的。 直流所走的路径是不同的。 交流通路:只考虑交流信号的分电路。 交流通路:只考虑交流信号的分电路。 直流通路:只考虑直流信号的分电路。 直流通路: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路分析。 信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。
RB
RC
IC VCE
I C = βI B + I CEO ≈ βI B
VCE =VCC − ICRC
直流通路
2)图解法 ) 直流负载线 +VCC RB RC IC VCE
VCE~IC满足什么关系? 满足什么关系? 1. 三极管的输出特性 三极管的输出特性 2. 电路结构特性:vCE=VCC–iCRC 电路结构特性:
+VCC RC C1 T RB VBB C2
集电极电源, 集电极电源, 为电路提供能 量。并保证集 电结反偏。 电结反偏。
+VCC RC C1 T RB VBB C2
集电极电阻, 集电极电阻, 将变化的电流 转变为变化的 电压。 电压。
+VCC RC C1 T
基极电源与 基极电阻
C2
使发射结正偏, 使发射结正偏, 并提供适当的静 态工作点。 态工作点。
rbb '为基区体电阻,re为发射结电阻
rbe的量级从几百欧到几千欧。 的量级从几百欧到几千欧。
2) 输出回路 )
iC = I C + ic = β ( I B + ib )
= βI B + βib
iC近似平行 所以: 所以: c i
= β ib
输出端相当于一个受i ∆iC (1) 输出端相当于一个受 b 控制 的电流源。 的电流源。 ∆vCE vCE (2) 考虑 vCE对 iC的影响,输出 的影响, 端还要并联一个大电阻r 端还要并联一个大电阻 ce。
′ vce = −ic (Rc // RL ) = −ic RL
其中: ′ 其中: RL = RL // RC
交流通路
又
iC = IC + ic
即
ic = iC − IC
所以: 所以:
′ vCE =VCE + vce =VCE − ic RL ′ = VCE − (iC − IC )RL
例: 对直流信号(只有 CC) 对直流信号(只有+V +VCC RB C1 RC T 开路 C2 RB 开路 RC 直流通路 +VCC
对交流信号(输入信号vi) 对交流信号 输入信号
+VCC RB C1 RC T
置零
C2
交流通路
vo
短路
vi RB RC RL
短路
2、 静态分析 、
1)估算法 )
VCC iC RC
直流 负载线
vCE VCC
直流通路
2)图解法 )
先估算 IB ,然后在输出特性曲线上作出直 流负载线, 流负载线,与 IB 对应的输出特性曲线与直流负 载线的交点就是Q点 载线的交点就是 点。 iC
VCC RC
Q vCE VCC
VCC −VBE IB = RB
例:用估算法计算静态工作点。 用估算法计算静态工作点。 已知:VCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ, 已知: , Ω Ω β=37.5。 。 解:
2、输出电阻 o 、输出电阻R
io
RS + +
vs
-
vi
-
线性 有源 四端 网络
Q
IB vCE
方法2: 方法 :令 iC = 0
′ 得 vCE = VCE + I C RL
A
VCC
即求得交流负载线与横轴相交A点的坐标。 即求得交流负载线与横轴相交 点的坐标。 点的坐标 连接A、 向上延长 即为交流负载线。 向上延长, 连接 、Q向上延长,即为交流负载线。
3)由输入、输出特性曲线及交 由输入、 由输入 流负载线, 流负载线,画出输出电压波形
1、三极管的微变等效电路 、
1) 输入回路 当信号很小时,将输入特性在小范 ) 当信号很小时, 围内近似线性。 围内近似线性。即对输入的小交流 信号而言,三极管相当于电阻r 信号而言,三极管相当于电阻 be。 iB ∆ iB ∆vBE vBE
∆vBE vbe rbe = = ∆iB ib
rbe = rbb′ + (1 + β )re 26(mV) = rbb′ + (1 + β ) I E (mA)
′ Vo max = I C RL
受饱和失真限制所能输出的最大电压幅值: 受饱和失真限制所能输出的最大电压幅值:
Vo max = VCE − VCES ≈ VCE
两者中小的值即为放大电路的最大输出电压幅值。 两者中小的值即为放大电路的最大输出电压幅值。
三、微变等效电路分析法
综述
当交流信号幅度较小时 当交流信号幅度较小时,放大电路在 较小 动态时的工作点只是在静态范围作微小 微小的 动态时的工作点只是在静态范围作微小的 变化。 变化。此时三极管的特性可以在小范围内 进行线性化 三极管可用小信号线性化模 线性化, 进行线性化,三极管可用小信号线性化模 代替。这样,在交流小信号的条件下, 型代替。这样,在交流小信号的条件下, 就可以建立放大电路的“微变”等效电路, 就可以建立放大电路的“微变”等效电路, 从而可以用处理线性交流电路的方法分析 放大电路。 放大电路。
RB VBB
+VCC
耦合电容
RC C1 T RB VBB
C2
隔离输入输 出与电路直 流的联系, 流的联系, 同时能使信 号顺利输入 输出。 输出。
电路改进: 电路改进:采用单电源供电 +VCC RC C1 T
可以省去
C2
RB VBB
+VCC RB C1 T RC C2
单电源供电电路
电压电流量的表示约定
选择静态工作点 iC ib
可输出的 最大不失 真信号
vCE vo
1)Q点过低,信号进入截止区 ) 点过低, 点过低
iC 放大电路产生 截止失真 输入波形 vCE ib
vo 输出波形
2)Q点过高,信号进入饱和区 ) 点过高 点过高, 放大电路产生 iC
放大电路产生 饱和失真 输入波 形
ib
vCE
VCC 12 IB ≈ = = 0.04 mA = 40 µ A RB 300
IC ≈ β I B = β I B = 37.5 × 0.04 = 1.5 mA
VCE = VCC − IC RC = 12 −1.5 × 4 = 6 V
请注意电路中I 的数量级。 请注意电路中 B 和IC 的数量级。
3、动态分析-图解分析法 、动态分析- 1)交流负载线 ) ic vce
在放大电路中, 在放大电路中,输出信号应该成比例地放大输入 信号(即线性放大);如果两者不成比例, );如果两者不成比例 信号(即线性放大);如果两者不成比例,则输出 信号不能反映输入信号的情况,放大电路产生非线 信号不能反映输入信号的情况,放大电路产生非线 性失真。 性失真。 为了得到尽量大的输出信号,要把Q设置在交流 为了得到尽量大的输出信号,要把 设置在交流 负载线的中间部分。如果Q设置不合适 设置不合适, 负载线的中间部分。如果 设置不合适,信号进入截 止区或饱和区,造成非线性失真。 止区或饱和区,造成非线性失真。
+VCC RB RC 首先根据直流通路估算I 首先根据直流通路估算 B
VCC − VBE IB = RB
VCC − 0.7 VCC ≈ ≈ RB RB
RB称为偏置电阻,IB称为偏 称为偏置电阻 偏置电阻, 称为偏 置电流。 置电流。
IB VBE
直流通路
再根据直流通路估算V 再根据直流通路估算 CE、IB
思 考
iB
1)Q点过低或过高,输出 ) 点过低或过高 点过低或过高, 号会怎样? 信 号会怎样? 2)电压v过大,输出信号会怎样? )电压 过大 输出信号会怎样? 过大,
iB
ib
iC
iC
ic
Q
IBQ
I Q B = I BQ
ICQ
O
vBE vBE
O
ωt
O
vCE
O
ωt
ωt
vbe
vce
ωt
vCE
5、失真分析 、
该方程所确定的直线称为交流负载线, 该方程所确定的直线称为交流负载线,它必 交流负载线
′ 通过Q点 斜率为: 通过 点,斜率为:−1 RL
2)交流负载线的作法 交流负载线的作法
VCC RC 方法1: 点作一条直线, 方法 :过Q点作一条直线, 点作一条直线 斜率为: 斜率为: −1 R′
L
iC
交流负载线
3.2 共发射极基本放大电路
共射放大器 三极管放 大电路有 三种形式 共基放大器 共集放大器 以共射放 大器为例 讲解工作 原理
一、共射放大电路的组成
+VCC RC C1 T 输入 vi RB VBB vo 输出 C2
放大元件i 放大元件 C=β iB, 工作在放大区, 工作在放大区,要 保证集电结反偏, 保证集电结反偏, 发射结正偏。 发射结正偏。
输出波形
vo
6、最大输出电压幅值的估算 、
最大输出电压幅值是指: 最大输出电压幅值是指:不产生饱和失真和 截止失真时,放大电路所输出的最大电压幅值。 截止失真时,放大电路所输出的最大电压幅值。 表示。 用VOmax表示。 受截止失真限制所能输出的最大电压幅值: 受截止失真限制所能输出的最大电压幅值:
vs = is Rs
1、输入电阻Ri 、输入电阻
ii
RS + +
是实际存 在的电阻 吗?
vs
-
vi
-
线性 有源 四端 网络
+ RL
vo
-
vi R = i ii
不是实在电阻
Ri
对信号源而言,放大器可以看作它的负载, 对信号源而言,放大器可以看作它的负载,用等 效电阻R 表示,称为放大器的输入电阻。 效电阻 i表示,称为放大器的输入电阻。 表示本级电路对输入信号源的影响程度, 表示本级电路对输入信号源的影响程度,输入电阻的 大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅度的大小。 大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅度的大小。
rce的含义: 的含义
∆vce rce = ∆ic
3)三极管的微变等效电路 ) c
ic vbe vce
ib
ic
β ib
ib
b
rbe
rce
vce
vbe
e ib
b
rbe
β ib
c
rce很大, 很大, 一般忽略。 一般忽略。
e
注意: 注意: 1、小信号电路模型是用来描述叠加在直流量上 、 的各交流量之间的依存关系, 的各交流量之间的依存关系 , 与直流量的极性 或流向无关。 因此无论NPN型或 型或PNP型 , 其小 或流向无关 。 因此无论 型或 型 信号电路模型是一样的。 信号电路模型是一样的。 2、 晶体三极管无论是何种连接方式 共发 、 共 、 晶体三极管无论是何种连接方式(共发 共发、 共基)其小信号电路模型是相同的 其小信号电路模型是相同的。 集、共基 其小信号电路模型是相同的。 3、晶体三极管小信号电路模型的参数都是针对 、晶体三极管小信号电路模型的参数都是针对 变化量( 交流量) 变化量 ( 交流量 ) 的 , 只能用来求解交流量之 间的关系, 不能用来求静态量( 直流量) 间的关系 , 不能用来求静态量 ( 直流量 ) 。 因 此要严格区分直流和交流,静态和动态。 此要严格区分直流和交流,静态和动态。
四、放大电路的性能指标
当三极管用小信号 电路模型表示时, 电路模型表示时, 各种小信号放大器 可统一表现为有源 四端网络。 四端网络。 ii
RΒιβλιοθήκη Baidu + +
io 线性 有源 四端 网络
+ RL
vs
-
vi
-
vo
-
1、输入电阻 i 、输入电阻R 2、输出电阻 o 、输出电阻R 3、增益 、
is
Ri
Ro
RS
晶体三极管各极电压和电流均为直流量 叠加交流量(或增量)组成,则有: 叠加交流量(或增量)组成,则有:
iC
iB
+ +
iB = I BQ + ib vBE = VBEQ + vbe iC = I CQ + ic v = V + v CEQ ce CE
vCE
_
vBE
_
约 定
直流量:大写字母、大写下标表示。 直流量:大写字母、大写下标表示。 交流量:小写字母、小写下标表示。 交流量:小写字母、小写下标表示。 总瞬时量:小写字母、大写下标表示。 总瞬时量:小写字母、大写下标表示。
二、放大电路的分析
估算法 静态分析 图解法 放大 电路 分析 图解法 动态分析 微变等效电路法 计算机仿真
1、直流通路和交流通路 、
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。 流上附加了小的交流信号。 但是,电容对交、直流的作用不同。 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, 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, 对交流短路。而对直流可以看成开路,这样,交 直流所走的路径是不同的。 直流所走的路径是不同的。 交流通路:只考虑交流信号的分电路。 交流通路:只考虑交流信号的分电路。 直流通路:只考虑直流信号的分电路。 直流通路: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路分析。 信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。
RB
RC
IC VCE
I C = βI B + I CEO ≈ βI B
VCE =VCC − ICRC
直流通路
2)图解法 ) 直流负载线 +VCC RB RC IC VCE
VCE~IC满足什么关系? 满足什么关系? 1. 三极管的输出特性 三极管的输出特性 2. 电路结构特性:vCE=VCC–iCRC 电路结构特性:
+VCC RC C1 T RB VBB C2
集电极电源, 集电极电源, 为电路提供能 量。并保证集 电结反偏。 电结反偏。
+VCC RC C1 T RB VBB C2
集电极电阻, 集电极电阻, 将变化的电流 转变为变化的 电压。 电压。
+VCC RC C1 T
基极电源与 基极电阻
C2
使发射结正偏, 使发射结正偏, 并提供适当的静 态工作点。 态工作点。
rbb '为基区体电阻,re为发射结电阻
rbe的量级从几百欧到几千欧。 的量级从几百欧到几千欧。
2) 输出回路 )
iC = I C + ic = β ( I B + ib )
= βI B + βib
iC近似平行 所以: 所以: c i
= β ib
输出端相当于一个受i ∆iC (1) 输出端相当于一个受 b 控制 的电流源。 的电流源。 ∆vCE vCE (2) 考虑 vCE对 iC的影响,输出 的影响, 端还要并联一个大电阻r 端还要并联一个大电阻 ce。