电子技术第2章基本放大电路.ppt
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1、回顾:三极管的主要参数,1.电流放大系数,,直流电流放大系数,交流电流放大系数,当晶体管接成发射极电路时,,表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数,晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。,注意:,和 的含义不同,但在特性曲线近于平行等距并且ICE0 较小的情况下,两者数值接近。,常用晶体管的 值在20 200之间。,例:在UCE=6 V时,在 Q1 点IB=40A,IC=1.5mA;在 Q2 点IB=60 A,IC=2.3mA。,在以后的计算中,一般作近似处理:=。,Q1,Q2,在 Q1 点,有,由 Q1 和Q2点,得,2.集-基极反向截止电流 ICBO,ICBO是由少数载流子的漂移运动所
2、形成的电流,受温度的影响大。温度ICBO,3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO,ICEO受温度的影响大。温度ICEO,所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,4.集电极最大允许电流 ICM,5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降,当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。,当集射极之间的电压UCE 超过一定的数值时,三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。,6.集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM取决于三极管允许的温升,消耗功率过大,温升过高会烧坏三极管。PC PCM=IC UCE,
3、硅管允许结温约为150C,锗管约为7090C。,ICUCE=PCM,安全工作区,由三个极限参数可画出三极管的安全工作区,判断,因为N型半导体的多子是自由电子,所以它带负电。当温度升高时,本征半导体中空穴和自由电子的个数都增加,而且它们增加的数量相等。对于实际的晶体二极管,当加上正向电压时它立即导通,当加上反向电压时,它立即截止 可利用三极管的一个PN结代替同材料的二极管。,5.如图用万用表测得电路中硅三极管的对地电位,则三极管处于截止状态。6.三极管并不是两个PN结的简单组合,它不能用两个二极管代替。7.下图中三极管处于放大工作状态,判断是NPN还是PNP.,8V,4V,3.7V,-4V,2V
4、,1.7V,思考题,1本征硅中若掺入5价元素的原子,则多数载流子应是_,掺杂越多,则其数量_,相反,少数载流子应是_,掺杂越多,则数量_。2PN结空间电荷区又称为_区,再平衡条件下,电性显_,因为在区内_所带的电量相等。P区侧应带_,N区应带_。空间电荷区内的电场称为_,其方向从_指向_。,9,第2章 基本放大电路,2.1 共发射极放大电路2.2 图解分析法2.3 微变等效电路2.4 静态工作点稳定的放大器2.5 射极输出器2.6 阻容耦合多级放大电路2.7 放大电路中的负反馈,放大的概念,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用
5、有输入口和输出口的四端网络表示,如图。,Au,第2章 基本放大电路,基本放大电路的组成,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,共射极放大电路,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。,输入,输出,参考点,共射放大电路组成,使发射结正偏,并提供适当的静态工作点IB和UBE。,基极电源与基极电阻,+,+,静态:未加输入信号时放大器的工作状态。,IB,UBE,共射放大电路,集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。,+,+,共射放大电路,集电极电阻,将变化的电流转变为变化的电压。,+,+,共射放大电路组成,耦合电容:电
6、解电容,有极性,大小为10F50F,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。,+,+,单电源供电,可以省去,+,+,RB,单电源供电,+,+,符号规定,UA,大写字母、大写下标,表示直流量。,uA,小写字母、大写下标,表示全量。,ua,小写字母、小写下标,表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,uA=UA+ua,基本放大电路的工作原理,由于电源的存在IB0,IC0,IC,IE=IB+IC,无信号输入时,静态工作点,+,+,基本放大电路的工作原理,IC,(IC,UCE),(IB,UBE),RL,静态工作点,+,+,(IB,UBE)和(IC,UCE)分别
7、对应于输入、输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。,放大电路的直流通道,+,+,直流通道,(1)估算IB(UBE 0.7V),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),共射极放大电路的静态分析,(2)估算UCE、Ic,IC,UCE,Ic=IB,例:用估算法计算静态工作点。,已知:EC=12V,RC=4K,RB=300K,=37.5。,解:,请注意电路中IB和IC的数量级,UBE 0.7V,2.用图解法分析放大器的静态工作点,UCE=ECICRC,直流负载线,与IB所决定的那一条输出特性曲线的交点就是Q点,IB,静态UCE,静态IC,
8、uCE怎么变化,?,交流放大原理,假设uBE静态工作点的基础上有一微小的变化 ui,静态工作点,uCE的变化沿一条直线交流负载线,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,+,+,实现放大的条件,1、晶体管必须偏置在放大区。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、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。,4、输出回路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。,放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,交流输入信号ui,放大器的交流通道,+,+,共射极放大电路的动态分析
9、,交流通道,交流负载线,其中:,交流量ic和uce有如下关系:,交流负载线的作法,IB,过Q点作一条直线,斜率为:,交流负载线,直流负载线,动态工作情况图解分析,输入回路工作情况,输出回路工作情况分析,失真分析:,为了得到尽量大的输出信号,要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适,信号进入截止区或饱和区,造成非线性失真。,失真输出波形较输入波形发生畸变,称为 失真,uo,可输出的最大不失真信号,合适的静态工作点,静态工作点过低,引起 iB、iC、uCE 的波形失真,ib,ui,结论:iB 波形失真,截止失真,截止失真时的输出 uo 波形。,uo=uce,Q点过低,信号进入截止区,O,
10、IB=0,Q,t,O,O,t,iC,uCE/V,uCE/V,iC/mA,uo=uce,ib(不失真),ICQ,UCEQ,Q点过高,信号进入饱和区,微变等效电路法,1、,三极管的微变等效电路,首先考察输入回路,当信号很小时,将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言,三极管BE间等效于电阻rbe。,对输入的小交流信号而言,三极管BE间等效于电阻rbe。,b,e,c,b,e,对于小功率三极管:,rbe的量级从几百欧到几千欧。,考察输出回路,所以:,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,且电流源两端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,rce很大,rce很大,一般忽略。,三
11、极管的微变等效电路,e,b,c,b,e,c,rbe,ic=ib,2、放大电路的微变等效电路,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替,交流通道,微变等效电路,3、电压放大倍数的计算:,负载电阻越小,放大倍数越小。,4、输入电阻的计算:,对于为它提供信号的信号源来说,电路是负载,这个负载的大小可以用输入电阻来表示。,输入电阻的定义:,输入电阻是动态电阻。,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。,5、输出电阻的计算:,对于负载而言,放大电路相当于信号源,可以将它进行戴维南等效,戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方法:,所有独立电源置零,保留
12、受控源,加压求流法。,所以:,用加压求流法求输出电阻:,内容回顾,简单的共射极放大器,电容开路,画出直流通道,内容回顾,用估算法求静态工作点,内容回顾,电容短路,直流电源短路,画出交流通道,内容回顾,用晶体管的微变等效电路代替晶体管,画出该电路的微变等效电路,并计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻,ri=RB/rbe,ro=RC,2.4 静态工作点稳定的放大电路,为了保证放大电路的稳定工作,必须有合适的、稳定的静态工作点。但是,温度的变化严重影响静态工作点。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,温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。
13、,温度对UBE的影响,温度对值及ICEO的影响,总的效果是:,uCE,常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。,静态工作点稳定的放大器,UBE=UB-UE=UB-IE RE,I2=(510)IBI1=I2+IB I2,IE=IC+IB IC,分压式偏置电路,RE射极直流负反馈电阻,CE 交流旁路电容,+,+,UB,静态工作点稳定过程,UB,UBE=UB-UE=UB-IE RE,UB被认为较稳定,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,E,C,B,+,+,UB,直流通道及静态工作点估算,IB=IC/,UCE=EC-ICRC-IERE,IC IE=UE/RE=(UB-UBE)
14、/RE,UBE 0.7V,电容开路,画出直流通道,电容短路,直流电源短路,画出交流通道,交流通道及微变等效电路,B,E,C,交流通道,微变等效电路,微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算,ri=RB1/RB2/rbe,ro=RC,例:上述静态工作点稳定的放大器,各参数如下:RB1=100k,RB2=33k,RE=2.5k,RC=5k,RL=5k,=60。求:(1)估算静态工作点;(2)空载电压放大倍数、带载电压放大倍 数、输入电阻、输出电阻;(3)若信号源有RS=1 k 的内阻,带载电 压放大倍数将变为多少?,RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60
15、EC=15V,解:(1)估算静态工作点,IC IE=UE/RE=(UB-UBE)/RE=(3.7-0.7)/2.5=1.2mA,IB=IC/=1.2/60=0.02mA=20A,UCE=EC-ICRC-IERE=12-1.2(5+2.5)=6V,RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V,解:(2)空载电压放大倍数、带载电压 放大倍数、输入电阻、输出电阻,ri=RB1/RB2/rbe=100/33/1.62=1.52 k,ro=RC=5k,RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V,解:(3)信号源有RS=1 k
16、的内阻时,带载电压放大倍数为Aus载,ri=RB1/RB2/rbe,ri=RB1/RB2/rbe=1.52 k,RS=1 k,信号源有内阻时,电压放大倍数Aus减小。输入电阻越大,若ri RS,则Aus Au,2.5 射极输出器,特点:同相放大,放大倍数约为1,输入电阻大,输出电阻小,RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12V,+,+,直流通道及静态工作点分析:,EC=IBRB+UBE+IERE=IBRB+UBE+(1+)IBRE=IB RB+(1+)RE+UBE,IC=IB 或 IC IE,静态工作点估算举例:,RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12
17、V,动态分析,交流通道及微变等效电路,交流通道及微变等效电路,动态分析:,1、电压放大倍数,2、输入输出同相,输出电压跟随输入电压,故称电压跟随器。,讨论,输出电压与输入电压近似相等,电压未被放大,但是电流放大了,即输出功率被放大了。,Au,2、输入电阻,3、输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,置0,保留,输出电阻,(加压求流法),动态分析及估算举例:,RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12V,rbe=2.9 k,(电压放大倍数估算),动态分析及估算举例:,RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12V,rbe=2.9 k,RS=0,(输入电阻输出电阻估算
18、),动态分析及估算举例:,动态分析及估算举例:,设信号源内阻RS=1 k,求这时的电压放大倍数Aus、输入电阻、输出电阻,ri=190 k,射极输出器的输出电阻很小,带负载能力强。,射极输出器的输入电阻很大,从信号源取得的信号大。,讨论,所谓带负载能力强,是指当负载变化时,放大倍数基本不变。,对上例射极输出器:,空载时,Au=0.995RL=5.6k时,Au=0.990RL=1k时,Au=0.967,对上例静态工作点稳定的放大器(共射放大器):,空载时,Au=-186RL=5k时,Au=-93RL=1k时,Au=-31,讨论,1、将射极输出器放在电路的首级,可以提高输入电阻。,2、将射极输出器
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