4.4放大电路静态工作点的稳定问题P.ppt

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1、4 双极结型三极管及放大电路基础,本章内容,4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路 4.6 组合放大电路 4.7 放大电路的频率响应,4 双极结型三极管及放大电路基础,本章要求,1.了解双极结型三极管(BJT)的结构、工作原理、温度对参数及特性的影响，掌握其符号、电流关系、特性曲线、参数、使用和应用，三种工作状态(区)的条件、特点和判断。,2.掌握基本共射极放大电路的组成、工作原理、静态分析和动态分析。3.熟悉放大电路的图解分析法、静态工作点对波形失真的影响，掌握基本共射极放大电路的

2、动态分析、性能特点和用途。,4.了解温度对静态工作点的影响，熟悉稳定静态工作点的措施，掌握基极分压式射极偏置放大电路的组成、工,4 双极结型三极管及放大电路基础,5.掌握共集电极放大电路和共基极放大电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。6.熟悉组合放大电路的特点及分析方法、复合管的特点和判断。,7.了解放大电路的频率响应，幅度失真、相位失真、频率失真、线性失真、产生频率响应的原因、上限频率、下限频率、通频带。,作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。,4 双极结型三极管及放大电路基础,重点难点,重点：双极结型三极管(BJT)的符号、电流关系、特性曲线、参数、使用和应用；

3、三种基本放大电路(共射、共集和共基)的组成、工作原理、静态分析(估算法)、动态分析(小信号模型分析法)、性能特点和用途；稳定静态工作点的措施，基极分压式射极偏置电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。,难点：双极结型三极管(BJT)的工作原理和特性曲线,放大电路的工作原理、静态分析(图解分析法、估算法)和动态分析(图解分析法、小信号模型分析法)，放大电路的频率响应。,4.4.1 温度对静态工作点的影响 1.影响Q的原因 2.抑制温度影响Q的措施,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,本节内容,4.4.2 射极偏置电路 1.基极分压式射极偏置电路 2.含有双电源的射极偏置电路

4、3.含有恒流源的射极偏置电路 4.温度补偿法,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,本节要求,1.了解温度对静态工作点的影响的原因和危害，熟悉稳定静态工作点的措施。,2.掌握基极分压式射极偏置电路稳定静态工作点的原理，静态分析方法(画直流通路、估算静态工作点)及动态分析方法(画交流通路、画等效电路、计算动态性能指标),熟悉含有双电源的射极偏置电路、含有恒流源的射极偏置电路稳定静态工作点的原理、特点，了解温度补偿法的原理、特点。,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,重点难点,重点：基极分压式射极偏置电路稳定静态工作点的原理，静态分析方法(画直流通路、估算静态工作点)及动态分析方法(画交流通路、

5、等效电路，计算动态性能指标)。,难点：基极分压式射极偏置电路静态分析方法(画直流通路、估算静态工作点)及动态分析方法(画交流通路、等效电路，计算动态性能指标)。,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,为什么要稳定Q？,A.不稳定的危害B.对Q的要求,4.4.2 射极偏置电路,射极偏置电路为何能稳定Q？,1.基极分压式射极偏置电路 2.含有双电源的射极偏置电路 3.含有恒流源的射极偏置电路 4.温度补偿法,前述的固定偏置放大电路，简单、易调整，但温度变化会引起静态工作点变动，,4.4.2 射极偏置电路,TICQ 某种作用 IBQ,ICQ,自动调节,严重时将使放大电路不能正常工作。为此，需要改进偏

6、置电路，当温度升高使ICQ,增加时，希望能够自动减少IBQ，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。,固定偏置电路,直流电源 VCC，基极电阻Rb1、Rb2，射极电阻Re 组成分压式偏置电路，为三极管提供合适的Q点。,基极电阻Rb1、Rb2的取值使 I1 IBQ。,4.4.2 射极偏置电路,1.基极分压式射极偏置电路(1)电路结构,射极电阻Re与Rb1和Rb2配合，使 I1 IBQ。,虽然射极没直接接地，但还是从基极输入、从集极输出，与共射电路有相同特性，仍归为共射电路。,4.4.2 射极偏置电路,(2)静态工作点的估算 画直流通路,思路：输入为 0、电容开路、其它照画标出直流。,设计时取I1

7、IBQ，Rb1和Rb2可近似看作串联。,4.4.2 射极偏置电路,估算Q,电阻Rb1、Rb2，直流电源VCC 受温度影响很小，基极电位 VBQ 基本不随温度变化，保持恒定。,或分压,4.4.2 射极偏置电路,设计时取VBQVBEQ,VEQ=VBQ-VBEQ,VBEQ 受温度影响变化时，射极电位 VEQ 基本恒定。,集电极电流 ICQ 基本恒定。,IBQ=ICQ/,VCEQ=VCC-ICQRc-IEQRe VCC-ICQ(Rc+Re)VCC-IEQ(Rc+Re),温度变化时，静态工作点基本稳定。,解：画出直流通路,已知=100，VCC=12V，Rb1=75k，Rb2=25k，Rc=2k，Re=1

8、k。画直流通路，求Q点。,4.4.2 射极偏置电路,例1,4.4.2 射极偏置电路,估算静态工作点,IBQ=ICQ/=2.3mA/100=23A,：换一个=80的管子，Q点有何变化?,4.4.2 射极偏置电路,思考题,23A,ICQ=(VBQ-VBEQ)/Re=2.3mA,IBQ=ICQ/=2.3mA/80=29A,VCEQ=VCC-ICQ(Rc+Re)=5.1V,29A,在输出特性上，静态工作点稳定,4.4.2 射极偏置电路,(3)稳定静态工作点的原理 更换管子,更换 不同的管子，Q点有何变化?,ICQ=(VBQ-VBEQ)/Re,VCEQ=VCC-ICQ(Rc+Re),IBQ=ICQ/,不

9、变。,不变。,随 不同而变化，增大时IBQ减小，减小时IBQ 增大。,更 换 不同的管 子，在 输出 特性上Q点(VCEQ，ICQ)位置不变。,4.4.2 射极偏置电路,温度变化,T,ICQ,IEQ,VEQ,VBEQ,IBQ,ICQ,自动调节,温度变化时，Q点有何变化?,VEQ=IEQ Re，VBEQ=VBQ-VEQ。,温度变化时，在 输出 特性上Q点(VCEQ，ICQ)位置不变。,B.Re 把 输出 直 流 电 流 ICQ 的变化返送回输入端，转换成直流电压VEQ=IEQ Re 的变化，影响输入直 流电 压 VBEQ=VBQ VEQ 向 相,4.4.2 射极偏置电路,原因,A.I1IBQ，使

10、基极电位 基本恒定。,反方向变化，从而使 IBQ 产生相反的变化以抵消 ICQ 的变化，称为直流电流负反馈(详见第 7 章)，Re 称为负反馈电阻、温度补偿电阻。,4.4.2 射极偏置电路,稳定静态工作点，是指静态集电极电流 ICQ 和管压降 VCEQ 基本不变，在输出特性上 Q点(VCEQ，ICQ)位 置 基 本不变，IBQ是会产生相反变化的，以抵消ICQ的变化。,如例1，=100时ICQ=2.3mA，VCEQ=5.1V，IBQ=23A；,23A,29A,=80时ICQ=2.3mA，VCEQ=5.1V，IBQ=29A,4.4.2 射极偏置电路,(4)参数的选择,I1、VBQ 越大 Q点会越稳

11、定。但 Rb1、Rb2 就 越 小,将 增 加损耗、降低输入电阻。VBQ过高使VEQ 增高，VCEQ 减小，易饱和，减小最大不失真输出电压。,工程上一般选取：,Rb1、Rb2一般取几十 k。,4.4.2 射极偏置电路,Re 越大，VEQ=IEQ Re 受温度影响变化越大，稳定Q点效果越好；VCEQ=VCC-ICQ Rc-IEQRe越小，越易进入饱和区,使输出电压的动态范围减小。,Re=几百几千(小电流)、几几十(大电流),IBQ恒定,ICQ随 变化。,固定偏置电路和基极分压式射极偏置电路更换 大的三极管后 IBQ、ICQ、VCEQ 是否改变？,4.4.2 射极偏置电路,思考题,ICQ恒定,IB

12、Q随 变化。,4.4.2 射极偏置电路,(5)动态性能分析 画交流通路,思路：电源短路、电容短路、其它照画标出交流。,4.4.2 射极偏置电路,b,c,e,b,c,e,画小信号等效电路,思路：交流通路 be间为电阻rbe、ce间为受控电流源 ib 标出交流。,ib、ic 别标错位置。,Re能稳定静态工作点，但使放大倍数大大下降。,4.4.2 射极偏置电路,折算,求电压增益Av,ve=(1+)ib Re=ib(1+)Re,Re使输入电阻增大。,4.4.2 射极偏置电路,Ri=Rb1/Rb2/Ri=Rb1/Rb2/rbe+(1+)Re,折算,求输入电阻 Ri,在输出端加测试电压vt，产生测试电流,

13、4.4.2 射极偏置电路,令信号源置零(保留其内阻和受控源)，负载开路,it=vt/Rc。,Ro=vt/it=Rc,=0,求输出电阻Ro,Re 不影响输出电阻。,=0,4.4.2 射极偏置电路,0,若考虑三极管输出电阻 rce(1/hoe),ib,得,由,ib=?,4.4.2 射极偏置电路,实际上 rce(100k)Re(几k),所以,很大(几M),4.4.2 射极偏置电路,一般,所以,Re使三极管部分的输出电阻Ro 增大，恒流性好(ic 恒定)。,4.4.2 射极偏置电路,(6)与基本共射电路比较,电路,不能,4.4.2 射极偏置电路,VCC-IBQ Rb=VBEQ,=VBEQ+IEQ Re

14、,VCC-ICQ(Rc+Re),VCC-ICQ Rc,IBQ,静态工作点,不同的电路Q点的计算式可能不同。,能,不同的电路动态性能指标的计算式可能不同。,4.4.2 射极偏置电路,动态性能,=几十 几百,Rb1/Rb2/rbe+(1+)Re=十几 几十k,Rc=几k,大,小,低,高,高,高,Rc=几k,Rb/rbe=几百 几千,=0.几 几,已知VCC=12V，Rb1=20k，Rb2=10k，Rc=2k，Re=2k，RL=6k，=40。画小信号等效电路，求Av、Ri、Ro。,+VCC,4.4.2 射极偏置电路,例2,解：求IEQ、rbe,4.4.2 射极偏置电路,画小信号等效电路,求Av、Ri

15、、Ro,很小,Re能稳定静态工作点，但使放大倍数大大下降。,4.4.2 射极偏置电路,Ri=Rb1/Rb2/rbe+(1+)Re=20/10/0.846+(1+40)2=6.17k,Ro=Rc=2k,接入 Re 能稳定静态工作点，增大输入电阻，但使放大倍数大大下降。如何解决这个矛盾？,较大,4.4.2 射极偏置电路,(7)有旁路电容时,Re并联电容Ce。,静态分析,B.静态工作点,A.直流通路,与Re没有并联电容Ce时相同。,C.稳定静态工作点,与Re没有并联电容Ce时一样可以稳定静态工作点。,电容Ce对直流开路。,与Re没有并联电容Ce时相同。,4.4.2 射极偏置电路,动态分析,Ce 对交

16、流短路，Re 被旁路，对交流相当于 Re=0。,A.交流通路,与固定偏置 电路类似,4.4.2 射极偏置电路,B.小信号等效电路,根据交流通路画小信号等效电路。,b,c,e,b,c,e,与固定偏置电路类似,4.4.2 射极偏置电路,C.动态性能指标,Ri=Rb1/Rb2/rbe=Rb/rbe,Ro=Rc,电路参数同例2：VCC=12V，Rb1=20k，Rb2=10 k，Rc=2 k，Re=2k，RL=6k，=40。求 Av、Ri、Ro。,4.4.2 射极偏置电路,例3,解：例2已求得 IEQ=1.65mA，rbe=0.846k。,Ri=Rb1/Rb2/rbe=20/10/0.846=0.75k

17、,Ro=Rc=2k,旁路电容使Av不减小，但又使Ri下降。怎样改进?,4.4.2 射极偏置电路,(8)Re部分旁路,Re分为两部分，Re1不旁路、Re2旁路。,静态分析,直流通路、静态工作点、稳定静态工作点与Re没有并联电容 Ce 时相同，令 Re=Re1+Re2 即可。,动态分析,交流通路、小信号等效电路、Av、Ri、Ro 与 Re 没有并联电容 Ce 时相同，令 Re=Re1 即可。,Re1=0.2k，Re2=1.8 k，电路其它参数同例2，求Av、Ri、Ro。,4.4.2 射极偏置电路,例4,解：例2已求得IEQ=1.65mA，rbe=0.846k。,Ri=Rb1/Rb2/rbe+(1+

18、)Re1=20/10/0.846+(1+40)0.2=3.84k,Ro=Rc=2k,4.4.2 射极偏置电路,(9)三种电路比较,4.4.2 射极偏置电路,Re 除了引入直流电流负反馈，可稳定静态工作点外，没被交流旁路时还引入交流电流串联负反,关于负反馈的内容详见第7章。,馈，可降低放大倍数、提高反馈环内输入电阻、提高反馈环内输出电阻以及改变其他动态指标。,前述的单电源射极偏置电路中 Re 越大，VEQ=IEQ Re 受温度影响变化越大，稳定 Q点效果越好；但 VCEQ=VCC,4.4.2 射极偏置电路,2.含有双电源的射极偏置电路,-ICQ RC-IEQ Re 越小，越易进入饱和区，使最大不

19、失真输出电压减小。为此，在发射极,接上负电源，把VEQ拉低，从而使VCEQ=VCQ-VEQ不会太小，既有好的稳定 Q 点效果又有较大的最大不失真输出电压。,4.4.2 射极偏置电路,A.静态工作点,VEE=IBQ Rb+VBEQ+(1+)IBQ(Re1+Re2),VCC=ICQ Rc+VCEQ+IEQ(Re1+Re2)-VEE,(1)阻容耦合,VCEQ=VCC+VEE-ICQ Rc-IEQ(Re1+Re2)=VCC+VEE-ICQ(Rc+Re1+Re2),ICQ=IBQ,4.4.2 射极偏置电路,B.小信号等效电路,思路：交流通路(电源短路、电容短路、其它照画)b e 间为电阻 rbe、c e

20、 间为受控电流源 ib 标出交流。,VEE=IBQ RS+VBEQ+(1+)IBQ Re,4.4.2 射极偏置电路,(2)直接耦合,A.静态工作点,VCC=IRc Rc+VCEQ+IEQ Re-VEE,ICQ=IBQ,VCEQ=,VCEQ+IEQ Re-VEE=(IRc-ICQ)RL,4.4.2 射极偏置电路,B.小信号等效电路,思路：交流通路(电源短路、其它照画)b e 间为电阻 rbe、c e 间为受控电流源 ib 标出交流。,4.4.2 射极偏置电路,3.含有恒流源的射极偏置电路,A.静态工作点,发射极静态电流由恒流源Io提 供。ICQ IEQ=Io 很 稳 定，静态工作点也就很稳定。,

21、B.小信号等效电路,二极管反向电流随温度变化，升高10约增加1倍。,Rb、VCC受温度影响很小，电阻电流 IRb 基本恒定。,4.4.2 射极偏置电路,4.温度补偿法(1)利用二极管反向电流,T,IR,IBQ,ICQ,取 VCCVBEQ。,IBQ=IRb-IR,自动调节,4.4.2 射极偏置电路,(2)利用二极管正向压降,T,ICQ,VEQ,VD,VBQ,VBEQ,IBQ,ICQ,二极管正向压降 随温度变化，温度升高1，vD约降低 22.5mV。还利用 Re的直流负反馈作用。,VEQ=IEQ ReICQ Re,VBEQ=VBQ-VEQ,自动调节,正温度系数(PTC)热敏电阻随温度升高阻值增大。

22、,4.4.2 射极偏置电路,(3)利用正温度系数热敏电阻,Rb1采用正温度系数(PTC)热敏电阻。,T,Rb1,VBQ,ICQ,VEQ,VBEQ,IBQ,ICQ,自动调节,VEQ=IEQ ReICQRe,VBEQ=VBQ-VEQ,负温度系数(NTC)热敏电阻随温度升高阻值减小。,4.4.2 射极偏置电路,(4)利用负温度系数热敏电阻,Rb2采用负温度系数(NTC)热敏电阻。,VEQ=IEQ ReICQRe,VBEQ=VBQ-VEQ,T,Rb2,VBQ,ICQ,VEQ,VBEQ,IBQ,ICQ,自动调节,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,本节小结,2.基极分压式射极偏置电路(没、有及部分旁路)稳定Q 点原理、Q 点估算、动态参数计算，含双电源、恒流源的射极偏置电路及温度补偿法稳定 Q 点原理、特点。,0.稳定Q点的重要性、对Q点的要求。,1.影响 Q 点不稳定的原因(电源电压、电路 参 数及温度)、抑制温度影响 Q 点的措施(恒温箱、散热、温度补偿及直流负反馈)。,静态分析：直流通路(输入为0，电容开路，其它照画,标出直流)VBQ IEQ IBQ VCEQ。,动态分析：交流通路(电源、电容短路)等效电路(b e间为电阻rbe、ce间为电流源 ib)rbe、Av、Ri、Ro,