晶体管放大电路及组成原理

VCC
ui
RB
C1
RC C2
T
RL uo
VCC
RB
RC
IB
IC
UBE
T UCE
2.3 放大电路的静态分析
2.3.2 估算法在放大电路静态分析中的应用
由输入回路方程
RB
VCC=IBRB+UBE
得
IBQ
VCC
UBEQ RB
VCC
RC IC
IB
UBE
T UCE
式中，|UBEQ |凡硅管可取为0.7 V、锗管0.3 V。
VCC
RC
RB
C2
ui
C1Leabharlann B CT uCE RLuo
uB E
式中 VCC UCEQ ICQ RL
2.4 放大电路的动态分析
iC
VCC / RC M a
直流负载线
ICQ
交流负载线
式 uCE VCC iC RL
O
VCC UCEQ ICQ RL
1 / RL 1 / RC
Qo
b b P
直流负载线与晶体管输出特性曲 线的交点，即为放大电路的输出 回路的静态工作点Qo。
VCC
RB
RC
IB
IC
UBE
T UCE
iC
VCC / RC
M
ICQ
输出 特性 O 曲线
直流负载线
Qo
N
U CEQ
IBQ
uCE
VCC
2.3 放大电路的静态分析
【例】 放大电路如图所示，已
知 VCC=12V ， RB=360kW ，
根据输入信号的频率， 将电抗极小的大电容、 小电感短路， 电抗极大的小电容、 大电感开路， 而电抗不容忽略的电容、 电感保留， 且直流电源对地短路(因其内阻极小)， 便得交流 通路。
固定偏置共射极放大电路的直流通路和交流通路。
等效负载！
分压式偏置共射极放大电路
RB RB1 // RB2
2.4 放大电路的动态分析
1) 晶体管线性化的条件 晶体管工作在小信号下
2) 晶体管可线性化的主要依据
a. ΔiB与 Δ uBE 之间在Q点附近可以认为具有线性关系 b. 在小信号下，β是一常数。
2.4 放大电路的动态分析
（1）晶体管在共射极接法下的H参数
对于共射极接法的晶体管，其输入回路和输出回路 的电流、电压关系
uBE f1(iB , uCE )
(3) 如果输入信号太大
B
a iB1 已知Q
IBQ
a. 输
iB2 O b U BEQ
O
入
波
形
B
IBQ
uBE O
uB E
iB的波形 t
t
uBE波形
2.4 放大电路的动态分析
C
VCC / RC
iB1
M a
b. 输出波形 已知Q
ICQ
B IBQ
Qo
已知 iB C
ICQ
O
U CEQ
U CEQ
O
t
N
uCE
ICQ IBQ
?
UCEQ=VCC－ICQRC
2.3 放大电路的静态分析
2.3.2 图解法在放大电路静态分析中的应用
1. 输入回路 列写输入回路方程 VCC=IBRB+UBE
VCC
RB
RC
IB
IC
UBE
T UCE
2.3 放大电路的静态分析
方程 VCC=IBRB+UBE 在iB — uBE坐标系中表示是 一条直线
O 输出电压
O 截止 失真
t
iB1 a
Qo B IBQ
ICQ
N uCE U CEQbVCiCB2
O
t
U CEQ
uCE=VCC-iCRC
uCE
uCE波形图
iC波形图
2.4 放大电路的动态分析
2) 如果静态工作点Q太高
B
a 已知Q iB1
IBQ
iB2 b
a.
O
输
U B EQ
入
O
波
形
B
IBQ
uBE O
iB波形
ICQ
输0 出 波0 形
U CEQ
t uo3
Q
N uCE
ICQ RC VCC
uCE
uo1
uo2
iB1 iB2 iB3
Uopp=2ICQRC
2.4 放大电路的动态分析
结论:
1)
Au
Uo Ui
U om U im
2) 共射极放大电路的uo与ui的相位相反
3) ui的幅度过大或静态工作点不合适 ，将使工作点 进入非线性区而产生非线性失真（饱和失真、截 止失真）
t
uCE波形图
2.4 放大电路的动态分析
(2) 非线性失真
1）如果 静态工作
B
a iB1
点Q太低
已知Q I BQ Qi
a.
iB2
O b
U B EQ
O
输
入
波
形
t
B
IBQ
uBE O
uB E
uBE波形图
iB的波形图
t
C
VCC / RC M
2.4 放大电路的动态分析
b. 输出波形 已知Q
已知 iB
C
ICQ
因此， 两者分析的对象是不同的， 前者是电路中的直流分量， 而后者是交流分量。 因为放大电路中可能存在有电抗元件， 所 以其直流通路和交流通路是各不相同的。 为了分别进行直流和 交流分析， 必须首先确定出放大器的直流通路和交流通路。
确定放大器的直流通路和交流通路的方法：
将原放大电路中的所有电容开路， 电感短路， 而直流 电源保留，交流信号源去掉， 得直流通路；
iB2
O
bVCC
uCE
uCE波形
t iC波形
2.4 放大电路的动态分析
(3) 放大电路的动态范围
a. 如果UCEQ=ICQRC=VCC/2 C
VCC / RC M
（忽略 UCES和ICEO） iB波形
ICQ
Q
输O 出 波O 形
U CEQ
ICQ RC
N uCE
VCC
uCE
t
uo1 uo2 uo3
iB1 iB2 iB3 Uopp=2UCEQ
ICQ IBQ =3.14mA
UCEQ=VCC－ICQRC=5.72V
ui
由UBEQ =0.7V，UCEQ =5.72V
可知，电路中的晶体管发射结
正偏、集电结反偏，晶体管工
作于放大状态。
RB
C1
VCC
RC C2
T
RL uo
2.4 放大电路的动态分析
放大电路的动态分析就是在放大电路的静态值确定之后， 分析交流信号的传输情况，考虑的只是电流和电压的交流 分量，确定放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输 出电阻Ro等性能指标。
=2ICRC =VCC
2.4 放大电路的动态分析
b. 如果UCEQ<ICQRC C
VCC / RC M
Q
ICQ
输O
出
U CEQ
波O
形
ICQ RC
t
uo1
uo2
N uCE
VCC uCE
uo3
iB波形
iB1 iB2 iB3
Uopp=2UCEQ
2.4 放大电路的动态分析
c. 如果UCEQ>ICQRC
C VCC / RC M
4) 非线性失真的特点
饱和失真 —— 输出电压波形的下半部被削平
截止失真 —— 输出电压波形的上半部被削平
2.4 放大电路的动态分析
5) 放大电路中的信号 uBE=UBEQ+ui iB=IBQ+ ib iC=ICQ+ ic uCE=UCEQ+uce
6) 动态范围(忽略ICEO和UCES) Uopp=2×min[ UCEQ， ICQRC]
2.3 放大电路的静态分析
静态分析——就是通过放大电路
的直流通路求解静态工作点值
IBQ、ICQ、UCEQ等，也称为Q点
值。
ui
直流通路
RB
C1
VCC
RC C2
T
RL uo
VCC
RB
RC IB
IC
UBE
T UCE
2.3 放大电路的静态分析
求解静态工作点的常用方法
估算法 图解法
2.3.1 估算法在放大电路静态分析中的应用
2.2 共射极放大电路的组成及工作原理
VCC
ui
RB
C1
RC C2
T
RL uo
最基本的共射极放大电路
称为固定偏置共射极放大电路
2.2 共射极放大电路的组成及工作原理
（5） 放大电路的两种工作状态
VCC
ui
RB
C1
RC C2
T
RL uo
静态 —— 当输入信号为零时电路的工作状态
静态时放大电路中只有直流分量
称为输入回路的直流负载线
iB
VCC / RB
直流负载线
IBQ K
Qi
O
U B EQ
P VCC uBE
三极管输入 特性曲线
直流负载线与晶体管输入特性曲线的交点，即为放大电路 的输入回路的静态工作点Qi。
2.3 放大电路的静态分析
2. 输出回路 输出回路方程 VCC=ICRC+UCE
在iC — uCE坐标系中也是一条直线 称为输出回路的直流负载线。
由放大电路的交流通路可知 uo uce
c (RL // RC ) c RL
式中
RL RC // RL
2.4 放大电路的动态分析
(2) 交流负载线
由于
uCE UCEQ uce
uce c RL C ICQ c
故
uCE UCEQ (C ICQ )RL
UCEQ ICQ RL C RL VCC C RL
O
b. 经过静态工作点Qo
1 / RL 1 / RC
Qo
b b P
N uCE
U U CEQ CEQ ICQ RL
c. 与横轴的交点为 UCEQ ICQRL
2.4 放大电路的动态分析
d. 动态范围
iC
VCC / RC M a
直流负载线
ICQ
交流负载线
(a) 比电路空载时小
O
(b) Uopp 2 min[UCEQ , ICQRL ]
2.4 放大电路的动态分析
2．当RL≠∞时 (1) 放大电路的交流通路
VCC
RB
C1
RC
C2
ui
T
RL uo
交流通路画法
耦合电容短路 直流电压源短路
2.4 放大电路的动态分析
VCC
RB
C1
RC
C2
ui
T
RL uo
ui
RB
交流通路
T
RC
RL uo
2.4 放大电路的动态分析
ui
RB
ic
T
RC RL uo
动态 —— 有输入信号时电路的工作状态 动态时电路中的信号为交、直流混合信号
2.2 共射极放大电路的组成及工作原理
(6) 不同书写体字母的含义 UBE、 IB ——大写字母，大写下标，表示直流量 ube、ib——小写字母，小写下标，表示交流信号 uBE 、iB——小写字母，大写下标，表示交、直流混合量 Ube 、Ib——大写字母，小写下标，表示交流分量有效值
RC=2kW，晶体管为硅管，其
=100， 试 求 该 电 路 的 IBQ 、 ui
ICQ 、UCEQ，并说明晶体管的
工作状态。
RB
C1
VCC
RC C2
T
RL uo
【解】 已知晶体管为硅管，取UBEQ凡硅管可取为0.7 V
根据估算法
IBQ
VCC
UBEQ RB
得
IBQ31.4A
2.3 放大电路的静态分析
1. 当RL=∞时
uCE=VCC-iCRC , 跟直流负载线一样
在输入回路 uBE=UBEQ+ui
uB E
ui
ui
U B EQ
uBE波形图 O t
（1）信号的传递过程
VCC
RC
RB
C2
C1
B C
T uCE RL
uo
uB E
2.4 放大电路的动态分析
O
a. iB的形成过程
B B 1
a
已知Q
IBQ
2.4 放大电路的动态分析
2.4.2 微变等效电路法在放大电路动态分析中的应用
（1）晶体管微变等效电路的基本概念
微变等效电路就是将非线性的晶体管在小信号的条件下等效
为一个线性化的电路。
NPN型或PNP 型
ib
ic
+
c+
ube
晶体管
uce
b
–
e
–
等效
ib
ic
+
+ 线性
ube
uce
– 网络 –
2.4 放大电路的动态分析
N uCE
U U CEQ CEQ ICQ RL
在uCE — iC的坐标系中也表示一条直线，该直线称为放大电 路的交流负载线。
2.4 放大电路的动态分析
uCE VCC iC RL VCC UCEQ ICQ RL
交流负载线的特点：
iC
VCC / RC M a
直流负载线
ICQ
交流负载线
a. 斜率为 1 RL
B2 b
O
U B EQ
B
IBQ
uBE O uB E
iB的波形图 t
t
uBE波形图
2.4 放大电路的动态分析
C
VCC / RC M
b. 输出信号
a
iB
1
已知Q
ICQ
Qo B IBQ
已知 iB
C
ICQ
iC波形图
O
输出电压uo
O
U CEQ U CEQ
b iB
2
N
uCE
VCC
uCE
t
O
uCE=VCC-iCRC
1 / RL 1 / RC
Qo
b b P
N uCE
U CEQUCEQ ICQ RL
(c) 当考虑UCES时， Uopp 2 min( UCEQ UCES , ICQ RL )
2.4 放大电路的动态分析
图解法的特点： (1) 便于观察 (2) 作图繁琐 (3) 当信号太小时无法作图 (4) 放大电路的一些性能指标无法用图解法求得
放大电路的动态分析方法：图解法、微变等效电路法
2.4 放大电路的动态分析
VCC
RB
C1
RC C2
T
ui
RL uo
设输入信号 ui=Uimsinw t V
2.4.1 放大电路的动态分析法——图解法
直流通路和交流通路
直流(静态)工作点分析: 即在没有输入信号时， 计算晶体管 各极的直流电流和极间电压； 交流(动态)性能分析: 即在输入信号作用下， 确定晶体管各 极电流和极间电压的变化量， 进而计算放大器的各项交流指 标。