《管共发射极放大器》PPT课件.ppt

3.1 单管共发射极放大器,电路的组成,3.1.2 静态分析,3.2 微变等效电路分析法,3.2.1 简化的晶体管共发射H参数,3.2.2 用H参数等效电路分析共发射极放大器,3.3 静态工作点稳定电路,3.3.1 温度影响静态工作点,3.3.2 分压式电流负反馈偏置电路,3.1.3 动态分析,第3章 放大电路基础,目录,第3章 放大电路基础,3.4 单管共集电极电路,3.4.1 电路的组成,3.4.2 静态分析,3.6 单管共发射极放大器的频率特性,3.6.1 RC电路的频响,3.6.2 单管共发射极放大器的频率特性,3.4.3 动态分析,3.4.4 射极输出器的应用,3.5 共基极放大电路简介,3.6.3 频率失真,3.6.4 电路元器件参数的选择,目录,第3章 放大电路基础,3.7 多级放大器,3.7.1 四种级间耦合方式,3.7.2 多级放大器的频响,3.9 放大器的调整与调试,3.7.3 放大倍数(增益)的分贝表示法,3.8 放大器的噪声与抗干扰措施,目录,第3章 放大电路基础,【本章难点】分压式电流负反馈偏置电路与射极输出器的分析放大器的调整与调试,【本章要点】基本放大器的组成及工作原理 静态工作关系判断与稳定 微变等效电路分析方法 三种放大电路(共射、共集、共基电路)多级放大电路的四种耦合方式,三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。,3.1 单管共发射极放大器,电路的组成,放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,电路的组成,各元件作用：,使发射结正偏，并提供适当的静IB和UBE。,基极电源与基极电阻,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F50F,作用：隔直通交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。,+,+,各元件作用：,基本放大电路的习惯画法,1.静态工作点Ui=0时电路的工作状态,3.1.2 静态工作点,ui=0时,由于电源的存在，电路中存在一组直流量。,IC,+UBE-,+UCE-,由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点。,为什么要设置静态工作点？,放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。,画出放大电路的直流通路,2.静态工作点的估算,将交流电压源短路，将电容开路。,直流通路的画法：,画直流通路：,Rb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,（1）用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）,IC=IB,例3-1：用估算法计算静态工作点。,已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。,解：,请注意电路中IB和IC的数量级,UCE=VCCICRC,直流负载线,由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q,IB,静态UCE,静态IC,2.图解法确定静态工作点,对交流信号(输入信号ui),交流通路分析动态工作情况交流通路的画法：,将直流电压源短路，将电容短路。,动态分析,1.交流通路,2.交流负载线,输出端接入负载RL：不影响Q 影响动态！,交流负载线,其中：,交流量ic和uce有如下关系：,即：交流负载线的斜率为：,交流负载线的作法：斜 率为-1/RL。（RL=RLRc）,经过Q点。,交流负载线的作法：,IB,交流负载线,直流负载线,斜 率为-1/RL。（RL=RLRc）,经过Q点。,注意：（1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。,（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。,交流放大原理（设输出空载）,假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号 ui,静态工作点,3 用图解法分析放大器的动态工作情况,注意：uce与ui反相！,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：,虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变,（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。,uo,可输出的最大不失真信号,（1）合适的静态工作点,4静态工作点对输出波形的影响,uo,（2）Q点过低信号进入截止区,称为截止失真,信号波形,uo,（3）Q点过高信号进入饱和区,称为饱和失真,信号波形,截止失真和饱和失真统称“非线性失真”,动画演示,条件：交流小信号,思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路,3.2 微变等效电路分析法,3.2.1 简化的晶体管共发射H参数,1、三极管的h参数等效电路,根据网络参数理论：,求变化量：,在小信号情况下：,各h参数的物理意义：,输出端交流短路时的 输入电阻，用rbe表示。,输入端开路时的电压反馈系数，用r表示。,输出端交流短路时的电流放大 系数，用表示。,输入端开路时的输出电导，用1/rce表示。,该式可写为：,由此画出三极管的h参数等效电路：,2、简化的h参数等效电路,（1）r10-3，忽略。,（2）rce105，忽略。,得三极管简化的h参数等效电路。,3、rbe的计算：,由PN结的电流公式：,（常温下）,其中：rbb=200,1.画出放大器的微变等效电路,（1）画出放大器的交流通路,（2）将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替,3.2.2 用H参数等效电路分析共发射极放大器,2、电压放大倍数的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,3、输入电阻的计算：,根据输入电阻的定义：,定义：,当信号源有内阻时：,由图知：,所以：,所以：,4、输出电阻的计算：,根据定义：,例3.2 共射放大电路如图所示。设：VCC12V，Rb=300k,Rc=3k,RL=3k,BJT的b=50。,1、试求电路的静态工作点Q。,解：,2、估算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。,解：画微变等效电路,Ri=rbe/Rbrbe=993,Ro=Rc=3k,3.若输出电压的波形出现如 下失真，是截止还是饱和 失真？应调节哪个元件？如何调节？,解：为截止失真。应减小Rb。,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。,1.温度对静态工作点的影响,3.3 静态工作点稳定电路,温度影响静态工作点,1、温度对UBE的影响,2、温度对值及ICEO的影响,选I2=（510）IB I1 I2,（1）结构及工作原理,3.3.2 分压式电流负反馈偏置电路,静态工作点稳定过程：,UBE=UB-UE=UB-IE Re,UB稳定,（2）静态分析,IB=IC/,UCE=VCC-ICRC-IERe,IC IE=UE/Re=（UB-UBE）/Re,电容开路,画出直流通道,将电容短路,直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路,（3）动态分析：,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,思考：若在Re两端并电容Ce会对Au、Ri、Ro有什么影响？,1.结构：,3.4 单管共集电极电路,3.4.1 电路的组成,2.静态分析：,3.动态分析,（1）交流通道及微变等效电路,（2）电压放大倍数：,（2）输入电阻,3、输出电阻,射极输出器的特点：电压放大倍数=1，输入阻抗高，输出阻抗小。,射极输出器的应用,1、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。,2、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。,2、放在两级之间，起缓冲作用。,共基极电路,3.5 共基极放大电路简介,1.静态工作点,直流通路：,2.动态分析,画出电路的交流小信号等效电路,（1）电压放大倍数,（2）输入电阻,（3）输出电阻,3.三种组态的比较,共集,共基,共射,频率响应放大器的电压放大倍数 与频率的关系,下面先分析无源RC网络的频率响应,其中：称为放大器的幅频响应,称为放大器的相频响应,3.6 单管共发射极放大器的频率特性,（1）频率响应表达式：,令：,则：,幅频响应：,相频响应：,1.RC电路的频响,（1）频率响应表达式：,令：,则：,幅频响应：,相频响应：,2RC高通电路的频响,最大误差-3dB,斜率为-20dB/十倍频程 的直线,幅频响应：,可见：当频率较高时，AU 1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的降低，AU 下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前90o。其中，fL是一个重要的频率点，称为下限截止频率。,相频响应,对于如图所示的共射放大电路，分低、中、高三个频段加以研究。,1.中频段 所有的电容均可忽略。可用前面讲的h参数等效电路分析,中频电压放大倍数：,3.6 单管共发射极放大器的频率特性,2.低频段,在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容C1、C2不能忽略。为方便分析，现在只考虑C1，将C2归入第二级。画出低频等效电路如图所示。,可推出低频电压放大倍数：,该电路有 一个RC高通环节。有下限截止频率：,共射放大电路低频段的波特图,幅频响应：,相频响应：,在高频段，耦合电容C1、C2可以可视为短路，三极管的极间电容不能忽略。这时要用混合等效电路，画出高频等效电路如图所示。,3.高频段,用“密勒定理”将集电结电容单向化。,用“密勒定理”将集电结电容单向化：,其中：,用戴维南定理将C左端的电路进行变换：,忽略CN，并将两个电容合并成一个电容:得简化的高频等效电路。,其中：,可推出高频电压放大倍数：,其中：,其中：,该电路有 一个RC低通环节。有上限截止频率：,共射放大电路高频段的波特图,幅频响应：,相频响应：,（1）通频带：,（2）带宽-增益积：fbwAum,BJT 一旦确定，带宽增益积基本为常数,两个频率响应指标：,3.6.3 频率失真,若放大电路的通频带不够宽，则对信号中各种频率的正弦波成分的放大倍数和附加相移会产生影响，使输出信号波形产生失真，这种现象称为频率失真。,由于放大倍数的值随频率变化所产生的波形失真称为幅频失真，如图(b)所示。,由于相位差 随频率而变所产生的波形失真称为相频失真。如图(c)所示。,3.7 多级放大电路,3.7.1 多级放大器的耦合方式,1.阻容耦合,优点：,各级放大器静态工作点独立。,输出温度漂移比较小。,缺点：,不适合放大缓慢变化的信号。,不便于作成集成电路。,2.直接耦合,优点：,各级放大器静态工作点相互影响。,输出温度漂移严重。,缺点：,可放大缓慢变化的信号。,电路中无电容，便于集成化。,3变压器耦合,利用变压器初次级线圈之间具有“隔离直流耦合交流”的作用，使各级放大电路的静态工作点相互独立，从而使交流信号顺利地传输到下一级，故称为变压器耦合方式。这种耦合方式突出的优点就是能够利用变压器的变压比进行阻抗、电压和电流的变换。,变压器耦合,4光电耦合,前级与后级之间的耦合元件是光电耦合器件，因此称为光电耦合方式。光电耦合方式既可传输交流信号又可传输直流信号，还可实现前、后级之间的电流隔离，抗干扰能力强，另外便于集成。,多级放大器的频响,多级放大电路的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即,多级放大电路幅频特性和相频特性的表达式为,总的电压放大倍数的幅值为各级电压放大倍数幅值的乘积，总的相位差为各级相位差的代数和。,多级放大电路的频带宽度小于各单级放大电路的频带宽度。所以多级放大电路虽然放大倍数提高了，但是频带宽度却变窄了，总的相位差是各单级相位差的叠加。,两级放大电路频率特性,以图示的两级放大电路的频率特性曲线为例，进行讨论：,3.7.3 放大倍数(增益)的分贝表示法,电压放大倍数用分贝表示(即电压增益)为,当输出量大于输入量时，电压放大倍数的分贝值为正；当输出量小于输入量时，电压放大倍数的分贝值为负(称衰减)；当输出量等于输入量时，电压放大倍数的分贝值为0。电压增益用分贝表示的优点就是可以把多级放大电路中的乘、除运算转变成对数的加减运算，使计算简单化。,1放大器的噪声,放大器的噪声是放大器中各元件内部载流子的不规则运动所造成的。如果放大器的负载是电声设备，此时就会出现杂音，所以通常叫做“噪声”。按照噪声来源的不同，可大体分为晶体管内部噪声和电阻热噪声两种。,(1)晶体管内部噪声,当晶体管有电流通过时，就会产生噪声。如果是由于做不规则热运动的载流子通过晶体管内体电阻而产生的，称为热噪声；如由于发射区向基区注入载流子数目发生变化，而使各极电流产生不规则波动，称其为散粒噪声；如由于制造工艺水平或半导体材料本身等原因而产生的载流子不规则运动，称为颤动噪声。,3.8 放大器的噪声与抗干扰措施,(2)电阻热噪声 由于载流子的无规则热运动，使得任意时刻通过导体横截面的电子数目的代数和不为零(即有电流存在)，那么当这个电流流经电路时，就会产生一个正比于电路电阻且随时间变化的电压，称为电阻的热噪声。,2.放大器的干扰及抗干扰措施,(1)杂散电磁场干扰,当放大器周围存在杂散电磁场时，放大器的输入电路或某些重要元件处于这种变动的电场和磁场中，就会感应出干扰电压。当干扰磁场足够强时，在输入端产生的干扰电压就会妨碍放大器的正常工作。,(2)直流电源电压波动引起的干扰 通常放大器的直流电源是由交流电经整流滤波后得到的，若滤波效果不好，则直流电源电压就会有交流成分，使放大器中晶体管集电极电流产生波动而形成干扰电压。防止这种干扰现象的发生，可采用稳压电源来代替整流滤波后的直流电源。,(3)交流电源引起的干扰 当交流电网的负载突变时，在突变处交流电源线与地之间将产生高频干扰电压，由此产生的高频电流通过稳压电源、放大器等经过地线再回到突变处。由交流电源产生的高频干扰对放大器的正常工作会产生一定的影响。,3.9 放大器的调整与调试,1放大器的调整,(1)放大器的组成原则因为放大电路的实质是一个能量控制装置，而能量的来源就是直流电源，因此放大电路中必须要有直流电源。同时直流电源的设置要保证晶体管工作在放大状态，即发射结正偏、集电结反偏。元件的安排要保证信号的传输，即信号能够从放大电路的输入端加到晶体管上，经过放大后从输出端输出，概括起来就是要保证放大器交流通路的畅通。选择元件时，首先注意的是元件的极限参数是否符合电路设计要求，其次就是元件的参数是否满足放大电路的性能指标要求，最后就是元件的参数是否保证信号不失真地放大。,(2)不同组态电路的选择共发射极放大电路又称反相电压放大器，其电压、电流和功率放大倍数均较大，输入和输出电阻大小适中，其中的分压式偏置稳定电路还具有稳定静态工作点的作用，因此可作为多级放大电路的输入、输出和中间级，起到放大信号的作用。共集电极放大电路又称电压跟随器，无电压放大作用但有电流放大作用，另外它的输入电阻高、输出电阻低。可作为多级放大电路的输入级、缓冲级，还可作为功率输出级使用。共基极放大电路又称电流跟随器，无电流放大作用但有电压放大作用，其输入电阻低，另外共基极电路的频率特性较好，所以适用于高频或宽频带放大电路。,(3)设计电路时，采取适当措施尽量避免干扰现象的出现。,2.放大器的调试,(1)单级放大器的调整 为了获得最大不失真的输出电压，放大电路的静态工作点应该选在输出特性曲线中交流负载线的中点附近，若工作点选得太高，就会引起饱和失真；若工作点选得太低，就会产生截止失真。对于小信号放大电路，由于输出交流信号幅度较小、非线性失真不是主要问题，因此工作点不一定选在交流负载线的中点，可以选得低一些，这样还可使放大电路耗电小、噪声低、输入电阻高。若希望放大电路的增益高，就要使工作点适当高一些。,(2)多级放大器的调试 若设计电路为阻容耦合或变压器耦合，由于其耦合特点使静态工作点相互独立，所以调试时与单级放大器相同。若为直接耦合，由于各级静态工作点相互影响，所以应反复调试最终使各级静态工作点达到一个相对合适的位置。,本章小结,1基本放大电路的组成。BJT加上合适的偏置电路（偏置电路保证BJT 工作在放大区）。2交流与直流。正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了分析方便，常将两者分开讨论。直流通路：交流电压源短路，电容开路。交流通路：直流电压源短路，电容短路。3三种分析方法。（1）估算法（直流模型等效电路法）估算Q。（2）图解法分析Q（Q的位置是否合适）；分析动态（最大不失真输出电压）。（3）h参数交流模型法分析动态（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等）。,