第4章共射极放大电路课件.ppt

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1、4.2 共射极放大电路,1.电路组成,输入回路（基极回路）,输出回路（集电极回路）,2.简化电路及习惯画法,习惯画法,共射极基本放大电路,共射极基本放大电路的工作原理,耦合电容C1、C2输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。,负载电阻RC、RL将变化的集电极电流转换为电压输出。,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和VBE。,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,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。,3.简单工作原理,Vi=0,Vi=Vsint,电容的阻抗：设Cb1=10uF，f=1

2、kHz。,4.放大电路的静态和动态,静态：输入信号为零（vi=0 或 ii=0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、IC、和VCE（或IBQ、ICQ、和VCEQ）表示。,#放大电路为什么要建立正确的静态？,工作点合适,工作点偏低,5.直流通路和交流通路,直流通路,共射极放大电路,end,？,思 考 题,1.下列af电路哪些具有放大作用？,end,4.3 图解分析法,用近似估算法求静态工作点,用图解分析法确定静态工作点,交

3、流通路及交流负载线,输入交流信号时的图解分析,BJT的三个工作区,输出功率和功率三角形,4.3.1 静态工作情况分析,4.3.2 动态工作情况分析,共射极放大电路,4.3.1 静态工作情况分析,1.用近似估算法求静态工作点,根据直流通路可知：,采用该方法，必须已知三极管的 值。,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.3V。,采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。,共射极放大电路,2.用图解分析法确定静态工作点,首先，画出直流通路,4.3.1 静态工作情况分析,列输入回路方程：VBE=VCCIBRb,列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc,在输入特性曲线上

4、，作出直线 VBE=VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。,在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。,4.3.2 动态工作情况分析,由交流通路得纯交流负载线：,共射极放大电路,vce=-ic(Rc/RL),因为交流负载线必过Q点，即 vce=vCE-VCEQ ic=iC-ICQ 同时，令RL=Rc/RL,1.交流通路及交流负载线,则交流负载线为,vCE-VCEQ=-(iC-ICQ)RL,即 iC=(-1/RL)vCE+(1/RL)VCEQ+ICQ,2.输入交流信号时的图解分析,3.3.2 动态工作情况分析,共射

5、极放大电路,通过图解分析，可得如下结论：1.vi vBE iB iC vCE|-vo|2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。,#动态工作时，iB、iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？,4.3.2 动态工作情况分析,3.BJT的三个工作区,当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。,饱和区特点：iC不再随iB的增加而线性增加，即,此时,截止区特点：iB=0，iC=ICEO,vCE=VCES，典型值为0.3V,4.输出功率和功率三角形,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。,功率三

6、角形,放大电路向电阻性负载提供的输出功率,在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。,4.3.2 动态工作情况分析,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：,（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）,解：（1）,（2）当Rb=100k时，,静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。,其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：,所以BJT工作在饱和区。,VCE不可能为负值，,此时

7、，Q（120uA，6mA，0V），,例题,end,？,思 考 题,1.试分析下列问题：,共射极放大电路,（1）增大Rc时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,（4）减小RL时，负载线将如何变化？Q点怎样变化？,共射极放大电路,？,思 考 题,2.放大电路如图所示。当测得BJT的VCE 接近VCC的值时，问管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？,截止状态,答：,故障原因可能有：,Rb支路可能开路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC Rc=VCC。,C1可能短路，VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC Rc=VCC。,end,4.4 小信号模型分析法,4.4.1 BJT的小

8、信号建模,4.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析,H参数的引出,H参数小信号模型,模型的简化,H参数的确定,（意义、思路）,利用直流通路求Q点,画小信号等效电路,求放大电路动态指标,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入交流小信号时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,4.4.1 BJT的小信号建模,1.H参数的引出,在小信号情况下，对上两式取全微分得,用

9、小信号交流分量表示,vbe=hieib+hrevce,ic=hfeib+hoevce,对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：,iB=f(vBE)vCE=const,iC=f(vCE)iB=const,可以写成：,2.H参数小信号模型,根据,可得小信号模型,BJT的H参数模型,H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,3.模型的简化,即 rbe=hie=hfe ur=hre rce=1/hoe,一般采用习惯符号,则BJT的H参数模型为,ur很小，一般为10-310-4，rce很大，约为100

10、k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路,ib 是受控源，且为电流控制电流源(CCCS)。电流方向与ib的方向是关联的。,4.H参数的确定,一般用测试仪测出；,rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,一般也用公式估算 rbe,rbe=rb+(1+)re,其中对于低频小功率管 rb200,则,4.4.2 用H参数小信号模型分析共 射极基本放大电路,共射极放大电路,1.利用直流通路求Q点,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。,2.画出小信号等效电路,共射极放大电路,H参数小信号等效电路,3.求电压增益,根据,则电压增益为,（可作为公式）,4.求输入电阻,令,1.电路如图所示。试画出

11、其小信号等效模型电路。,解：,例题,例题,解：,（1）,（2）,end,？,思 考 题,1.BJT小信号模型是在什么条件下建立的？受控源是何种类型的？,2.若用万用表的“欧姆”档测量b、e两极之间的电阻，是否为rbe?,end,4.5 放大电路的工作点稳定问题,温度变化对ICBO的影响,温度变化对输入特性曲线的影响,温度变化对 的影响,稳定工作点原理,放大电路指标分析,固定偏流电路与射极偏置电路的比较,4.5.1 温度对工作点的影响,4.5.2 射极偏置电路,4.5.1 温度对工作点的影响,1.温度变化对ICBO的影响,2.温度变化对输入特性曲线的影响,温度T 输出特性曲线上移,温度T 输入特

12、性曲线左移,3.温度变化对 的影响,温度每升高1 C，要增加0.5%1.0%,温度T 输出特性曲线族间距增大,共射极放大电路,4.5.2 射极偏置电路,1.稳定工作点原理,目标：温度变化时，使IC维持恒定。,如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。,T,IC,IE,IC,VE、VB不变,VBE,IB,（反馈控制）,I1 IB，,此时，,不随温度变化而变化。,VB VBE,且Re可取大些，反馈控制作用更强。,一般取 I1=(510)IB，VB=3V5V,2.放大电路指标分析,静态工作点,2.放大电路指标分析,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,画小信号等效电路,确

13、定模型参数,已知，求rbe,增益,2.放大电路指标分析,输入电阻,根据定义,由电路列出方程,则输入电阻,放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻,2.放大电路指标分析,输出电阻,输出电阻,求输出电阻的等效电路,网络内独立源置零,负载开路,输出端口加测试电压,对回路1和2列KVL方程,rce对分析过程影响很大，此处不能忽略,其中,则,当,时，,3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较,共射极放大电路,3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较,固定偏流共射极放大电路,Ro=Rc,#射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？,1,end,4.6 共集电极电路和

14、共基极电路,电路分析,复合管,静态工作点,动态指标,三种组态的比较,4.6.1 共集电极电路,4.6.2 共基极电路,4.6.1 共集电极电路,电路分析,共集电极电路结构如图示,该电路也称为射极输出器,求静态工作点,由,得,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,画小信号等效电路,确定模型参数,已知，求rbe,增益,其中,一般,，则电压增益接近于1，,即,电压跟随器,输入电阻,根据定义,由电路列出方程,则输入电阻,当,，,时，,输入电阻大,输出电阻,由电路列出方程,其中,则输出电阻,当,，,时，,输出电阻小,#既然共集电极电路的电压增益小于1（接近于1），那么它对电压放大没有任何作用。这

15、种说法是否正确？,利用这些特点，射极跟随器可用于多级放大电路的输入级、输出级或中间级，尽管其电压放大倍数较小，但是由于Ri大，可减小放大电路对信号源的衰减。而Ro小，又可提高电路 负载的能力。这在整体上减小了信号的损失，反而提高了多级放大电路的放大倍数。,4.6.2 共基极电路,1.静态工作点,直流通路与射极偏置电路相同,2.动态指标,电压增益,输出回路：,输入回路：,电压增益：,#共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？,2.动态指标,输入电阻,输出电阻,3.三种组态的比较,例题,解：,end,复合管,作用：提高电流放大系数，增大电阻rbe,复合管也称为达林顿管,4.7.1

16、 单时间常数RC电路的频率响应,4.7.2 单极放大电路的高频响应,RC低通电路的频率响应,RC高通电路的频率响应,4.7 放大电路的频率响应,4.7.3 单极放大电路的低频响应,4.7.4 多级放大电路的频率响应,多级放大电路的增益,多级放大电路的频率响应,低频等效电路,低频响应,4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应,1.RC低通电路的频率响应,（电路理论中的稳态分析）,RC电路的电压增益（传递函数）：,则,且令,又,电压增益的幅值（模）,（幅频响应）,电压增益的相角,（相频响应）,增益频率函数,最大误差-3dB,频率响应曲线描述,幅频响应,0分贝水平线,斜率为-20dB/十倍频程 的直

17、线,相频响应,1.RC低通电路的频率响应,表示输出与输入的相位差,高频时，输出滞后输入,因为,所以,2.RC高通电路的频率响应,RC电路的电压增益：,幅频响应,相频响应,输出超前输入,4.7.2 单极放大电路的高频响应,1.BJT的高频小信号建模,模型的引出,模型简化,模型参数的获得,的频率响应,2.共射极放大电路的高频响应,型高频等效电路,高频响应,3.共基极放大电路的高频响应,增益-带宽积,高频等效电路,高频响应,几个上限频率的比较,4.7.2 单极放大电路的高频响应,1.BJT的高频小信号建模,模型的引出,-发射结电容,-集电结电阻,-集电结电容,rbb-基区的体电阻，b是假想的基区内的

18、一个点。,互导,4.7.2 单极放大电路的高频响应,1.BJT的高频小信号建模,模型简化,混合型高频小信号模型,又因为,所以,模型参数的获得,（与H参数的关系）,1.BJT的高频小信号建模,低频时，混合模型与H参数模型等效,所以,又 rbe=rb+(1+)re,的频率响应,由H参数可知,1.BJT的高频小信号建模,即,根据混合模型得,低频时,所以,共发射极截止频率,的频率响应,1.BJT的高频小信号建模,的幅频响应,令,则,特征频率,共基极截止频率,2.共射极放大电路的高频响应,型高频等效电路,等效电路,2.共射极放大电路的高频响应,型高频等效电路,对节点 c 列KCL得,电路简化,忽略 的分

19、流得,称为密勒电容,等效后断开了输入输出之间的联系,2.共射极放大电路的高频响应,型高频等效电路,电路简化,最后,2.共射极放大电路的高频响应,高频响应,由电路得,电压增益频响,又,其中,低频增益,上限频率,2.共射极放大电路的高频响应,增益-带宽积,BJT 一旦确定，,带宽增益积基本为常数,#如何提高带宽？,例题,解：,模型参数为,低频电压增益为,又因为,所以上限频率为,3.共基极放大电路的高频响应,高频等效电路,3.共基极放大电路的高频响应,高频响应,列 e 点的KCL,而,所以电流增益为,其中,电压增益为,其中,特征频率,忽略,3.共基极放大电路的高频响应,几个上限频率的比较,的上限频率

20、,特征频率,共基极上限频率,共发射极上限频率,共基极电路频带最宽，无密勒电容,4.7.3 单极放大电路的低频响应,1.低频等效电路,4.7.3 单极放大电路的低频响应,2.低频响应,按图3.7.13参数计算,中频增益,当,则,下限频率取决于,即,3.7.3 单极放大电路的低频响应,幅频响应波特图,4.7.4 多极放大电路的频率响应,1.多级放大电路的增益,前级的开路电压是下级的信号源电压,前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗,下级的输入阻抗是前级的负载,4.7.4 多极放大电路的频率响应,2.多级放大电路的频率响应,（以两级为例）,则单级的上下限频率处的增益为,当两级增益和频带均相同时，,两级的增益为,即两级的带宽小于单级带宽,end,