《电工学》15_秦曾煌主编第六版下册_电子技术_第15章

U CC RB 12 300 0.04 mA 40A
I CQ I BQ I BQ 37.5 0.04 1.5 mA
U CEQ U CC I CQ RC 12 1.5 4 6 V
请注意电路中IB 和IC 的数量级。
P36例15.2.1 (15-29)
(15-27)
根据直流通路估算UCEQ、ICQ
+UCC
RB RC
ICQ UCEQ
I C Q βI B Q I CEO
βI B Q
UCEQ U CC I C Q RC
直流通路
(15-28)
例：用估算法计算静态工作点。 已知：UCC = 12V，RC = 4k， RB = 300k， = 37.5。 解： I BQ
交流通路
置零
RB C1
短路
RC T
C2 短路
uo
ui RB RC RL
(15-38)
放大电路的微变等效电路：
将交流通路中的三极管用微变等效电路代替
uo ui
RB
RC
RL
ii
ib
ic
ib
交流通路 ui RB rbe
RL uo
Fra Baidu bibliotek
RC
(15-39)
三、电压放大倍数的计算 1. 电压放大倍数的定义： 电压放大电路可以用有输入口和输出口的四 端网络表示如图：
(15-4)
放大电路示意图
电压放大倍数：Au= Uo / Ui
输入电阻：
输出电阻：
ri = U i / Ii
内阻 ro
(15-5)
一、基本放大电路的组成
RC
放大元件为晶体 管，它工作在放 +UCC 大区，应保证集 电结反偏，发射 结正偏。 iC= iB
C1
输入
+
C2
+
T
Rs ui
+
RB
EB
RL 参考点
EB (15-8)
集电极电阻：一般为几千欧到几十千欧。
作用：使发射结正 偏，并提供适当的 静态工作点。
+UCC
RC
T
C1
+
C2
基极电源与 基极电阻。
+
Rs ui
+
RB EB
RL -
uo
es -
基极电阻：一般为几十千欧到几百千欧。
(15-9)
耦合电容：常为电解 电容，有极性。大小 为几F到几十F
(15-23)
符号规定：
UA ua Ua uA
大写字母、大写下标，表示 直流分量。 小写字母、小写下标，表示 交流分量。
大写字母、小写下标，表示 交流分量有效值。 小写字母、大写下标，表示 总瞬时值。
uA
ua交流分量
总瞬时值 UA直流分量 0
t
(15-24)
15.2.1 用放大电路的直流通路确定静态值
(15-1)
§ 15.1 共发射极放大电路的组成
在生产和科学实验中，常要求用微弱的信号去控制较大 功率的负载，而晶体管的主要用途之一就是利用其电流放 大作用组成放大电路，以实现上述功能。
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
(15-2)
静态分析：确定放大电路静态工作点 Q 。 即 IBQ、ICQ、UCEQ 。
分析对象：各电极电压电流的直流分量。
所用电路：放大电路的直流通路。 设置Q点的目的： 使放大电路的放大信号不失真； 使放大电路工作在较好的工作状态，静态 是动态的基础。
(15-25)
直流通路画法：令输入信号为零，电容相当于开路。
输出 uo
es -
(15-6)
集电极电源，为 电路提供能量，并 保证集电结反偏。
+UCC RC
C1
+
C2
+
T RB
+
Rs
ui
RL -
uo
es -
EB
集电极电源：一般为几伏到几十伏。
(15-7)
集电极电阻，将 变化的电流转变 为变化的电压。
+UCC RC C2
+
C1
+
T RB
+
Rs
ui
RL
uo
es -
+UCC RB C1
RC 开路 T C2 开路 RB
直流通路
+UCC
RC
(15-26)
估算电路的静态工作点：IBQ、ICQ、UCEQ
+UCC 根据直流通路估算IBQ
RB
RC
I BQ

U CC U BE RB
U CC 0.7 RB
U CC RB
IBQ
UBE
直流通路
RB称为偏置电阻，IBQ称 为偏置电流。
ui≠0时，各点波形 +UCC iC C2
iC
t
－
RC RB C1 iB
＋
uCE
ui
t ui iB t
uCE
uo
t
uo
t
uo与ui反相！
(15-17)
共射电路电压放大作用总结
ui = 0 → uBE = UBE ，uCE = UCE ， uo = 0
ui 0 → uBE = UBE+ ui ，uCE = UCE+ uo ， uo 0 uCE = UCC－ iC RC
rce
uCE iC
IB

uce ic
IB
(15-36)
3. 晶体管的微变等效电路
c
ic uce
ib
ic
ib
ib
b
ube
e
ib
ube
rbe
rce
uce
b
rbe
ib
c
rce很大 一般忽略
e
(15-37)
二、放大电路的微变等效电路 交流通路画法：令直流电源为零，电容相当于短路。 +UCC
(15-14)
IC Q
ICQ
UCE
+UCC
IB
ib t
RB C1
－ ＋
RC T
C2
Q
Ui≠0时
ui
t
UBE
uBE有一微小的变化
(15-15)
IC +UCC
ic t
ib t
RB C1
－ ＋
RC T
C2 UCE
uce t
Ui≠0时
uCE怎么变化 沿一条直线变化
uCE = UCC - iCRC
(15-16)
输入 电阻
rbe
ΔuBE Δi B
U CE

ube ib
U CE
uBE uBE
对输入的交流小信号而言，晶体 管的输入回路可用电阻rbe等效。
对于小功率三极管： rbe 200(Ω) (1 β )
26(mV) I E (mA)
(15-35)
rbe值约几百欧到几千欧，手册中常用hie表示。
由于电源UCC 的存在 IB0
－
IC0
RB C1
＋
RC
ICQC2 T
ui=0时
UBEQ
IBQ
UCEQ
IEQ=IBQ+ICQ
(IBQ,UBEQ)
( ICQ,UCEQ )
(15-12)
ui = 0时，各点波形 +UCC RB C1 iB T RC iC C 2
ui=0时
(15-13)
(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入 输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。 IB IBQ Q UBE UBEQ UCEQ
ui
O
iC
uCE
O
uo
t
uBE
t
O
iB
UBE tO
IB
tO
IC
tO
？
UCE
t
若参数选取得当，输出电压可比输入电压大， 且两者相位相差1800，。 (15-18)
外加输入信号输入后，各电流和电压的大小均 发生了变化，但均是在直流量的基础上变化。
直流分量 iC iC ic 交流分量
集电极电流 iC
+
IC
放大电路的三种接法
I I I
B C E
I
C
I I
B
E
I
E
I
C
I
B
共射接法
共集接法
共基接法
(15-3)
放大概念: 把微弱变化的信号放大成较大变化的信号。 放大对象:变化的量。 放大实质: 用小能量信号，借助于三极管的电流控制作用，把 放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。 对放大电路的基本要求 ： 1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。 2. 尽可能小的波形失真。 其它技术指标：输入电阻、输出电阻、通频带等。
(15-32)
动态分析：计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、 输出电阻ro等。 分析对象：各电极电压和电流的交流分量。 所用电路：放大电路的交流通路。 目 的：分析Au、 ri、 ro与电路参数的关 系，为电路的设计打基础。
(15-33)
§ 15.3.1 微变等效电路法
微变等效电路： 将非线性的晶体管进行线性化，从而将由其组成 的放大电路等效为一个线性电路。
2. 输出回路
β
iC i B
UCE

ic ib
UCE
iC 近似平行等距
iC 输出端相当于一个受ib 控制
的电流源。 uCE uCE rce愈大, 曲线越水平,其 恒流特性愈好。其值约 几十千欧到几百千欧。 考虑 uCE对 iC的影响，输出 端还要并联一个大电阻rce。 晶体管输出电阻：
O
O
t
t
O
t
静态分析
动态分析
(15-19)
放大电路实现放大的条件
1. 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结 反偏。 2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。 3. 输入回路可将变化的电压转化成变化的基极电流。 4. 输出回路可将变化的集电极电流转化成变化的集 电极电压，经电容滤波只输出交流信号。
R' L RC // RL
R' L rbe
(15-41)
Au
特点：负载电阻越小，放大倍数越小。
增大β → Au 增大？
Au
R' L rbe
在 IE一定的条件下，β增大 → rbe 增 大，但不成正比，随β增大 → β/ rbe将越 来越小，当β足够大时， Au 几乎与β无关。
线性化的条件： 晶体管工作于小信号（微变量）情况。此时，特 性曲线在静态工作点附近的小范围内，可用直线近 似代替。 微变等效电路法： 利用放大电路的微变等效电路分析、计算放大电 路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。
(15-34)
一、晶体管的微变等效电路
1. 输入回路 iB iB
当输入信号很小时，可将三极管输 入特性在Q点附近近似线性化。
15.2.2 用图解法确定静态值
优点： 能直观地分析和了解静态值的变化对 放大电路的影响。 步骤： 1. 用估算法确定IBQ 2. 由输出特性确定ICQ 和UCEQ
(15-30)
+UCC
UCE~IC满足什么关系？ 1. 三极管的输出特性。
I C f (U CE )
I B I BQ
RB
RC
ui
Uo Au U
i
Au
uo
Au是复数，反映了输出和输入的 幅值比与相位差。 Ui 和Uo 分别是输入和输出电压 的有效值。
(15-40)
Uo | Au | Ui
2、电压放大倍数的计算
Ii
U i RB
Ib
Ic
Ib
U i I b rbe
RL RC
rbe
U I R' Uo o b L
(15-20)
如何判断一个电路是否能实现放大？
方法：应与实现放大的条件相对应
1. 输入信号能否输入到放大电路中。 2. 输出信号能否输出。 3. 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结 反偏。 4. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。 如果电路参数已给定，则应通过计算静态工 作点来判断；如果电路参数未给定，则假设参 数设置正确。
IC
UCE
2. UCE = UCC – IC RC 。
U CC RC
IC
与输出特 性的交点 就是Q点
直流通路
I BQ U CC U BE RB
Q
直流 负载线 0
IBQ
UCE
UCC
(15-31)
§15.3 放大电路的动态分析
当放大电路有输入信号时，各点的电压 或电流通常都既含有直流分量，又含有交流 分量。 直流分量通常为静态值（不失真情况 下），而交流分量是信号分量。 动态分析是在静态值确定后，对信号的 传输情况进行分析。
+UCC RC T C2
作用：隔离输入 输出与电路直流 的联系，同时能 使信号顺利输入 输出。
C1
+
+
Rs ui
+
RB
EB
RL -
uo
es -
(15-10)
电路改进：采用单电源供电。 +UCC
可以省去
RB C1
RC T
C2
+
+
Rs ui
+
RB
EB
RL -
uo
es -
(15-11)
二、基本放大电路的工作原理 +UCC
第十五章 基本放大电路
(15-0)
第十五章 基本放大电路
§15.1 共发射极放大电路的组成 §15.2 放大电路的静态分析 §15.3 放大电路的动态分析 §15.4 静态工作点的稳定 §15.5 放大电路的频率特性 §15.6 射极输出器 §15.7 差分放大电路 §15.8 互补对称功率放大电路 §15.9 场效应管及其放大电路
rbe 200(Ω) (1 β ) 26(mV) I E (mA)
在 β一定时，略微增大 IE 可使 Au 在 一定范围内明显提高。
(15-21)
§15.2 放大电路的静态分析
估算法 静态分析 图解法 放大电 路分析 微变等效电路法
动态分析
图解法 计算机仿真
静态：放大电路无输入信号时的工作状态
动态：放大电路有输入信号时的工作状态
(15-22)
放大电路中的电容对交、直流信号的作用是 不同的。如果电容容量足够大，可以认为它对交 流信号不起作用，即对交流信号相当于短路，而 对直流信号相当于开路。这样交、直流信号所走 的通路是不同的。 直流通路：只考虑直流信号的分电路。 交流通路：只考虑交流信号的分电路。 在放大电路中信号的不同分量可以分别在 不同的通路中分析。