第5,6,7讲共射级放大器

V − UBEQ CC R b
ICQ ≈ β IBQ UCEQ = VCC – ICQ RC
放大电路如图所示。已知 放大电路如图所示。已知BJT的 的 ß=80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V， ， ， ， ， ）放大电路的Q点 此时BJT 求： （1）放大电路的 点。此时 工作在哪个区域？ 工作在哪个区域？ （2）当Rb=100k时，放大电路的 点。此 ） 时 放大电路的Q点 工作在哪个区域？（忽略BJT的饱 时BJT工作在哪个区域？（忽略 工作在哪个区域？（忽略 的饱 和压降） 和压降） V − U BE 1 2V I BQ = CC ≈ = 40 uA 解：（1） ） Rb 300k
iB /uA
iC /mA iC /mA
60 40 20
交流负载线
iB /uA Q` Q IBQ Q`` vBE/V
Q` Q ICQ t
60uA 40uA
Q`` 20uA vCE/V vCE/V
t
BE 共射极放大电路
v /V
VBEQ t
VCEQ t
# 动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变，vCE的实 动态工作时， 的实际电流方向是否改变， 际电压极性是否改变？ 际电压极性是否改变？
µA 取 ∆iB = (60 – 20) µA = 40 µ 则输入、 则输入、输出特性曲线上有 ∆uBE = (0.72 – 0.68) V = 0.04 V ∆uCE = (4.5 – 7.5) V = − 3 V
图 2.4.3(a) ( ) ∆uCE − 3 Au = = = −75 ∆uBE 0.04
基本放大电路
∆uO ∆uCE 4. 电压放大倍数 Au = = ∆uI ∆uBE 用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、 【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输 出特性曲线如右图， 出特性曲线如右图，RL = 3 kΩ 。 Ω
解： 求 RL 确定交流负载线 ′
R′ = RC // RL = 1.5 kΩ L
O
iB = 0
D
E uCE/V
Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DE 中点。 ，
iC / mA
交流负载线 静态工作点
交流负载线斜率为： 交流负载线斜率为：
− 1 ′ ，其中 RL = RC // RL ′ RL
O IB
Q
uCE /V
图解分 析法
通过图解分析，可得如下结论： 通过图解分析，可得如下结论： 1. vi↑→ vBE↑→ iB↑→ iC↑→ vCE↓→ |-vo| ↑ 相位相反； 2. vo与vi相位相反； 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 可以确定最大不失真输出幅度。 4. 可以确定最大不失真输出幅度
符号说明
uCE
UCEQ O uo O
t
t t
4 放大电路的组成原则
一、组成原则
1.必须有为放大管提供合适 点的直流电源。 必须有为放大管提供合适Q点的直流电源 必须有为放大管提供合适 点的直流电源。 保证晶体管工作在放大区； 保证晶体管工作在放大区； 2.电阻适当，同电源配合，使放大管有合适Q点。 电阻适当，同电源配合，使放大管有合适 点 电阻适当 3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。 输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。 输入信号必须能够作用于放大管的输入回路 对于晶体管能产生△ 从而改变输出回路的电流， 对于晶体管能产生△uBE，从而改变输出回路的电流， 放大输入信号。 放大输入信号。 4.当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态 当负载接入时， 当负载接入时 电流能够作用于负载， 电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号 大得多的信号电流或信号电压。 大得多的信号电流或信号电压。
输出电压必然失真！ 输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题， 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点 点 几乎影响着所有的动态参数！ 几乎影响着所有的动态参数！
基本共射放大电路的工作原理及波形分析 3 基本共射放大电路的工作原理及波形分析 一．放大原理
若设置了适当静态工作点 U i →△uBE
Rb 12 − 0.7 )mA = 40 µA =( 280 做直流负载线， 做直流负载线，确定 Q 点 IBQ = VCC − UBEQ
T
根据 UCEQ = VCC – ICQ Rc iC = 0，uCE = 12 V ； ， uCE = 0，iC = 4 mA . ，
基本放大电路
iC /mA
4 3 2 1 0
常见的两种共射放大电路
1.直接耦合共射放大电路 直接耦合共射放大电路
Rb2 Rb1
T T
2.阻容耦合共射放大电路 阻容耦合共射放大电路
图 2.2.4直接耦
合共射放大电路
IBQ = VCC −UBEQ Rb2 − UBEQ Rb1
图 2.2.5阻容耦合 阻容耦合 共射放大电路
IBQ =
ICQ ≈ β IBQ UCEQ = VCC – ICQ RC
80 µA 60 µA 静态工作点 40 µA
Q
20 µA M
2 4 6 8 10 12
iB = 0 µA uCE /V
点确定静态值为： 由 Q 点确定静态值为： IBQ = 40 µA ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V. ，
基本放大电路
二、 电压放大倍数的分析
1. 交流通路的输出回路 输出通路的外电路是 Rc 的并联。 和 RL 的并联。 2. 交流负载线
u 当 iC = 0 时， CE = VCC VCC i 当 uCE = 0 时， C = Rc
基本放大电路
输出回路
iC = 0，uCE = VCC uCE = 0，iC = VCC RC
输出特性
Q 直流负载线
由静态工作点 Q 确 定 的 ICQ、 UCEQ 为静态值。 为静态值。
图示单管共射放大电路及特性曲线中， 【 例 】 图示单管共射放大电路及特性曲线中 ， 已知 Rb = 280 kΩ，Rc = 3 kΩ ，集电极直流电源 VCC = 12 V， Ω Ω ， 试用图解法确定静态工作点。 试用图解法确定静态工作点。 解：首先估算 IBQ
2 设置静态工作点的必要性
一、 静态工作点 (Quiescent Point) 放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。 放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。 没有输入信号时的工作状态称为静态 态工作点Q（直流值）： ）：U 静 态工作点 （直流值）： BEQ、IBQ、 ICQ 和UCEQ
6 图解法
在三极管的输入、 在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方 法求解放大电路的工作情况。 法求解放大电路的工作情况。
一、静态工作点的分析
1. 先用估算的方法计算输入回路 IBQ、 UBEQ。 2. 用图解法确定输出回路静态值。 用图解法确定输出回路静态值。 方法：根据 uCE = VCC − iCRc 式确定两个特殊点 方法：
所以BJT工作在饱和区。 工作在饱和区。 所以 工作在饱和区
5 放大电路ห้องสมุดไป่ตู้分析方法
直流通路和交流通路
阻容耦合放大电路的 直流通路 共射极放大电路
+ 阻容耦合放大电路的交流通路
直流电源： • 直流电源：内阻为零 耦合电容：通交流、 • 耦合电容：通交流、隔直流 • 直流电源和耦合电容对交流 相当于短路
•
+VCC （+12V） RC IC
+△I C
→△iB
Rb V BB IB
+△I B
→△iC（β△iB） →△uCE（-△iC×Rc） △ →
UI
1
B
U U BE +△ BE
E
3 T 2 +△U CE U CE
C
+
UO
-
Uo
•
•
电压放大倍数： 电压放大倍数：
Au =
•
Uo
•
Ui
+VCC （+12V） RC Rb VBB
T
基本放大电路
三、波形非线性失真的分析 1. 静态工作点 过低， 过低，引起 iB、iC、 uCE 的波形失真 —— 截止失真 结论： 结论：iB 波形失真
iB / µA
iB / µA
ib IBQ
O
Q t O
O
uBE/V uBE/V
t
ui
（动画3-2） 动画3
基本放大电路
iC 、 uCE (uo )波形失真
例题
I C = β ⋅ I B = 80 × 40 uA = 3.2mA
共射极放大电路
U CEQ = VCC − Rc ⋅ I C = 12 V - 2k × 3.2mA = 5.6V
静态工作点为Q（ ），BJT工作在放大区。 工作在放大区。 静态工作点为 （40uA，3.2mA，5.6V）， ， ， ）， 工作在放大区 V 12V I B = CC ≈ = 120uA I C = β ⋅ I B = 80 × 120uA = 9.6mA （2）当Rb=100k时， ） 时 Rb 100k
iC / mA iC
NPN 管截止失真时 波形。 的输出 uo 波形。 uo 波形顶部失真
Q t
O O
ICQ
O
UCEQ
uCE/V uCE/V
t
uo = uce
iC
2. Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真—饱和失真 点过高， 的波形失真 饱和失真
iC / mA Q ib(不失真) 不失真) NPN 管 uo波形
V BB − U I BQ = Rb ICQ= βIBQ
BEQ
T
UCEQ =VCC − ICQRC
图 2.2.1 基本共射放大电路
对于NPN硅管 BEQ＝0.7V，PNP锗管 BEQ＝-0.2V 硅管U 锗管U 对于 硅管 ， 锗管
二、为什么要设置静态工作点
输出电压会出现失真
+ ui
-
T
对放大电路的基本要求： 对放大电路的基本要求： 1.输出波形不能失真。 输出波形不能失真。 输出波形不能失真 2.输出信号能够放大。 输出信号能够放大。 输出信号能够放大
U CEQ = VCC − Rc ⋅ I C = 12V - 2k × 9.6mA = −7.2V
UCEQ不可能为负值， 不可能为负值，
V CC − U CES 1 2V ≈ = 6 mA Rc 2k
其最小值也只能为0， 的最大电流为： 其最小值也只能为 ，即IC的最大电流为：
I CM =
此时，Q（120uA，6mA，0V）， 由于 β ⋅ I B > I CM 此时， （ ， ， ），
UI
I C +△I C 3 T 2 U CE +△U CE +
UO
各电压、 各电压、电流的波形 ui
O
t
1
I B +△I B U BE +△U BE
iB IBQ O iC ICQ O
-
t
u BE = U BEQ + u be 基本共射放大电路的电压 基本共射放大电路的电压 放大作用是利用晶体管的 放大作用= I BQ + i b i B 是利用晶体管的 电流放大作用， 电流放大作用，并依靠RC i C = I CQ + i c 将电流的变化转化成电压 u CE = U CEQ 的变化来实现的。 的变化来实现的。 + u ce
基本共射放大电路的工作原理
1 基本共射放大电路的组成及各元件作用
T：NPN 型三极管，为放大元件； ： 型三极管，为放大元件； VCC：为输出信号提供能量； 为输出信号提供能量； RC：当 iC 通过 Rc，将 电流的变化转化为集电极 电压的变化， 电压的变化 ， 传送到电路 T 的输出端； 的输出端； VBB 、Rb：为发射结提 供正向偏置电压， 供正向偏置电压 ， 提供静 图 2.2.1 基本共射放大电路 态基极电流(静态基流) 态基极电流(静态基流)。
基本放大电路
ICQ
IB = 0 O
t O
O
UCEQ
uCE/V uCE/V
t
uo = uce
uo 波形底部失真
基本放大电路
3.用图解法估算最大输出幅度 输出波形没有 明显失真时能够输 出最大电压 。 即输 出特性的 A、B 所 、 限定的范围。 限定的范围。
iC / mA A
交流负载 线
Q
B C 问题：如何求最大不失真输出电压？ 问题：如何求最大不失真输出电压？ Uomax=min[(UCEQ-UCES) , (UCC–UCEQ)]
图 2.2.2 没有设置合适的静态工作点
Q点不仅影响放大电路是否会失真， 点不仅影响放大电路是否会失真， 点不仅影响放大电路是否会失真 而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。 而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。
设置静态工作点的必要性
为什么放大的对象是动态信号， 为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零 时有合适的直流电流和极间电压？ 时有合适的直流电流和极间电压？