三種基本放大電路及靜態(tài)工作點.ppt

三種接法的比較 1 共射電路既能放大電流又能放大電壓 輸入電阻居中 輸出電阻較大 常用于低頻放大電路的單元電路 常做為低頻放大電路的單元電路 2 共集電路只能放大電流不能放大電壓 是三種接法中輸入電阻最大 輸出電阻最小的電路 并具有電壓跟隨的特點 常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級 在功率放大電路中也常采用射極輸出的形式 3 共基電路只能放大電壓而不能放大電流 輸入電阻小 電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射電路相當 頻率特性最好 常用于寬頻帶放大電路 2 2基本共射極放大電路 電路組成 簡化電路及習慣畫法 簡單工作原理 放大電路的靜態(tài)和動態(tài) 直流通路和交流通路 書中有關符號的約定 2 2共射極放大電路 1 電路組成 輸入回路 基極回路 輸出回路 集電極回路 2 簡化電路及習慣畫法 習慣畫法 共射極基本放大電路 3 簡單工作原理 Vi 0 Vi Vsin t 4 放大電路的靜態(tài)和動態(tài) 靜態(tài) 輸入信號為零 vi 0或ii 0 時 放大電路的工作狀態(tài) 也稱直流工作狀態(tài) 動態(tài) 輸入信號不為零時 放大電路的工作狀態(tài) 也稱交流工作狀態(tài) 電路處于靜態(tài)時 三極管個電極的電壓 電流在特性曲線上確定為一點 稱為靜態(tài)工作點 常稱為Q點 一般用IB IC 和VCE 或IBQ ICQ 和VCEQ 表示 放大電路為什么要建立正確的靜態(tài) 2 3圖解分析法 用近似估算法求靜態(tài)工作點 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點 交流通路及交流負載線 輸入交流信號時的圖解分析 BJT的三個工作區(qū) 輸出功率和功率三角形 2 3 1靜態(tài)工作情況分析 2 3 2動態(tài)工作情況分析 共射極放大電路 2 3 1靜態(tài)工作情況分析 1 用近似估算法求靜態(tài)工作點 根據直流通路可知 采用該方法 必須已知三極管的 值 一般硅管VBE 0 7V 鍺管VBE 0 2V 采用該方法分析靜態(tài)工作點 必須已知三極管的輸入輸出特性曲線 共射極放大電路 2 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點 首先 畫出直流通路 2 3 1靜態(tài)工作情況分析 列輸入回路方程 VBE VCC IBRb 列輸出回路方程 直流負載線 VCE VCC ICRc 在輸入特性曲線上 作出直線VBE VCC IBRb 兩線的交點即是Q點 得到IBQ 在輸出特性曲線上 作出直流負載線VCE VCC ICRc 與IBQ曲線的交點即為Q點 從而得到VCEQ和ICQ 2 3 2動態(tài)工作情況分析 由交流通路得純交流負載線 共射極放大電路 vce ic Rc RL 因為交流負載線必過Q點 即vce vCE VCEQic iC ICQ同時 令R L Rc RL 1 交流通路及交流負載線 則交流負載線為 vCE VCEQ iC ICQ R L 即iC 1 R L vCE 1 R L VCEQ ICQ 2 輸入交流信號時的圖解分析 2 3 2動態(tài)工作情況分析 共射極放大電路 通過圖解分析 可得如下結論 1 vi vBE iB iC vCE vo 2 vo與vi相位相反 3 可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù) 4 可以確定最大不失真輸出幅度 動態(tài)工作時 iB iC的實際電流方向是否改變 vCE的實際電壓極性是否改變 2 3 2動態(tài)工作情況分析 3 BJT的三個工作區(qū) 當工作點進入飽和區(qū)或截止區(qū)時 將產生非線性失真 飽和區(qū)特點 iC不再隨iB的增加而線性增加 即 此時 截止區(qū)特點 iB 0 iC ICEO vCE VCES 典型值為0 3V 波形的失真 飽和失真 截止失真 由于放大電路的工作點達到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真 對于NPN管 輸出電壓表現(xiàn)為底部失真 由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真 對于NPN管 輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真 2 3 2動態(tài)工作情況分析 3 BJT的三個工作區(qū) 放大電路的動態(tài)范圍 放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度 要求 工作點Q要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位 2 3 2動態(tài)工作情況分析 3 BJT的三個工作區(qū) 要有合適的交流負載線 4 輸出功率和功率三角形 要想PO大 就要使功率三角形的面積大 即必須使Vom和Iom都要大 功率三角形 放大電路向電阻性負載提供的輸出功率 在輸出特性曲線上 正好是三角形 ABQ的面積 這一三角形稱為功率三角形 2 3 2動態(tài)工作情況分析 共射極放大電路 放大電路如圖所示 已知BJT的 80 Rb 300k Rc 2k VCC 12V 求 1 放大電路的Q點 此時BJT工作在哪個區(qū)域 2 當Rb 100k時 放大電路的Q點 此時BJT工作在哪個區(qū)域 忽略BJT的飽和壓降 解 1 2 當Rb 100k時 靜態(tài)工作點為Q 40uA 3 2mA 5 6V BJT工作在放大區(qū) 其最小值也只能為0 即IC的最大電流為 所以BJT工作在飽和區(qū) VCE不可能為負值 此時 Q 120uA 6mA 0V 例題 end 思考題 1 試分析下列問題 共射極放大電路 1 增大Rc時 負載線將如何變化 Q點怎樣變化 2 增大Rb時 負載線將如何變化 Q點怎樣變化 3 減小VCC時 負載線將如何變化 Q點怎樣變化 共射極放大電路 思考題 2 放大電路如圖所示 當測得BJT的VCE接近VCC的值時 問管子處于什么工作狀態(tài) 可能的故障原因有哪些 截止狀態(tài) 答 故障原因可能有 Rb支路可能開路 IB 0 IC 0 VCE VCC ICRc VCC C1可能短路 VBE 0 IB 0 IC 0 VCE VCC ICRc VCC end 2 4放大電路的工作點穩(wěn)定問題 溫度變化對ICBO的影響 溫度變化對輸入特性曲線的影響 溫度變化對 的影響 穩(wěn)定工作點原理 放大電路指標分析 固定偏流電路與射極偏置電路的比較 2 4 1溫度對工作點的影響 2 4 2射極偏置電路 2 4 1溫度對工作點的影響 1 溫度變化對ICBO的影響 2 溫度變化對輸入特性曲線的影響 溫度T 輸出特性曲線上移 溫度T 輸入特性曲線左移 3 溫度變化對 的影響 溫度每升高1 C 要增加0 5 1 0 溫度T 輸出特性曲線族間距增大 5 直流通路和交流通路 交流通路 直流通路 共射極放大電路 end 此時 不隨溫度變化而變化 一般取I1 5 10 IB VB 3V 5V 2 4 2射極偏置電路 1 穩(wěn)定工作點原理 目標 溫度變化時 使IC維持恒定 如果溫度變化時 b點電位能基本不變 則可實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 T IC IE IC VE VB不變 VBE IB 反饋控制 靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器 UBE UB UE UB IERE I2 5 10 IBI1 I2 IB I2 IE IC IB IC 分壓式偏置電路 RE射極直流負反饋電阻 CE交流旁路電容 靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程 UB UBE UB UE UB IERE UB被認為較穩(wěn)定 本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了RE形成了負反饋過程 E C B 直流通道及靜態(tài)工作點估算 IB IC UCE EC ICRC IERE IC IE UE RE UB UBE RE UBE 0 7V 電容開路 畫出直流通道 電容短路 直流電源短路 畫出交流通道 交流通道及微變等效電路 B E C 交流通道 微變等效電路 微變等效電路及電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻的計算 ri RB1 RB2 rbe ro RC 例 上述靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器 各參數(shù)如下 RB1 100k RB2 33k RE 2 5k RC 5k RL 5k 60 求 1 估算靜態(tài)工作點 2 空載電壓放大倍數(shù) 帶載電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻 3 若信號源有RS 1k 的內阻 帶載電壓放大倍數(shù)將變?yōu)槎嗌?RB1 100k RB2 33k RE 2 5k RC 5k RL 5k 60EC 15V 解 1 估算靜態(tài)工作點 IC IE UE RE UB UBE RE 3 7 0 7 2 5 1 2mA IB IC 1 2 60 0 02mA 20 A UCE EC ICRC IERE 12 1 2 5 2 5 6V RB1 100k RB2 33k RE 2 5k RC 5k RL 5k 60EC 15V 解 2 空載電壓放大倍數(shù) 帶載電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 輸出電阻 ri RB1 RB2 rbe 100 33 1 62 1 52k ro RC 5k 2 放大電路指標分析 靜態(tài)工作點 2 放大電路指標分析 電壓增益 輸出回路 輸入回路 電壓增益 畫小信號等效電路 確定模型參數(shù) 已知 求rbe 增益 2 放大電路指標分析 輸入電阻 根據定義 由電路列出方程 則輸入電阻 放大電路的輸入電阻不包含信號源的內阻 2 放大電路指標分析 輸出電阻 輸出電阻 求輸出電阻的等效電路 網絡內獨立源置零 負載開路 輸出端口加測試電壓 對回路1和2列KVL方程 rce對分析過程影響很大 此處不能忽略 其中 則 當 時 3 固定偏流電路與射極偏置電路的比較 共射極放大電路 3 固定偏流電路與射極偏置電路的比較 固定偏流共射極放大電路 Ro Rc end 2 4 3穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施 采用溫度補償?shù)姆椒ǚ€(wěn)定Q點 2 5共集電極電路和共基極電路 靜態(tài)工作點 動態(tài)指標 三種組態(tài)的比較 2 5 1共集電極電路 2 5 2共基極電路 2 5 1共集電極電路 1 電路分析 共集電極電路結構如圖示 該電路也稱為射極輸出器 求靜態(tài)工作點 由 得 電壓增益 輸出回路 輸入回路 電壓增益 畫小信號等效電路 確定模型參數(shù) 已知 求rbe 增益 1 電路分析 其中 一般 則電壓增益接近于1 即 電壓跟隨器 輸入電阻 根據定義 由電路列出方程 則輸入電阻 當 時 1 電路分析 輸入電阻大 輸出電阻 由電路列出方程 其中 則輸出電阻 當 時 輸出電阻小 既然共集電極電路的電壓增益小于1 接近于1 那么它對電壓放大沒有任何作用 這種說法是否正確 例子2 5 1 VBB 6V VCC 12V RB 15千歐 RE 5千歐 UBEQ 0 7V rbb 100歐 B 50 求Q點 Au Ri Ro 2 5 2共基極電路 1 靜態(tài)工作點 直流通路與射極偏置電路相同 2 動態(tài)指標 電壓增益 輸出回路 輸入回路 電壓增益 2 動態(tài)指標 輸入電阻 輸出電阻 例 2 5 2電路見下圖 RE 3000歐 Rc 5K歐 B 100 rbe 1K歐 試估算Au Ri Ro 3 三種組態(tài)的比較 三種接法的比較 1 共射電路既能放大電流又能放大電壓 輸入電阻居中 輸出電阻較大 常用于低頻放大電路的單元電路 常做為低頻放大電路的單元電路 2 共集電路只能放大電流不能放大電壓 是三種接法中輸入電阻最大 輸出電阻最小的電路 并具有電壓跟隨的特點 常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級 在功率放大電路中也常采用射極輸出的形式 3 共基電路只能放大電壓而不能放大電流 輸入電阻小 電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射電路相當 頻率特性最好 常用于寬頻帶放大電路 2 6 1復合管放大電路 復合管的組成原則1 在正確的外加電壓下每只管子的各極電流均有合適的通道 且均工作在放大區(qū) 2 為實現(xiàn)電流的放大 應將第一只管的集電極或發(fā)射極電流作為第二只管的基極電流 3 只要很小的驅動電流iB 就能獲得很大的輸出集電極電流ic 需要提高電源電壓 答疑 1 線形電阻的伏安特性曲線 U I R U I R 2 晶體管BE結微變等效電路 UBEQ IBQ R非線性 UBE IB rbe在Q點處近似線性 答疑 3 電流源及其特性曲線 I1 IS Ir1 IS U1 r I2 IS Ir2 IS U2 r I I2 I1 U2 U1 r U r r U I 如何求r 答疑 4 晶體管CE間的微變等效電路 流控電流源 在線性放大區(qū) rce很大 可忽略 2 7場效應管放大電路 2 7 1電路的組成原則及分析方法 1 靜態(tài) 適當?shù)撵o態(tài)工作點 使場效應管工作在恒流區(qū) 2 動態(tài) 能為交流信號提供通路 組成原則 分析方法 2 7 1場效應管放大電路的三種接法共源放大電路共漏放大電路共柵放大電路 圖2 7 2基本共源放大電路 將漏極電流iD的變化轉換成電壓UGS的變化 從而實現(xiàn)電壓放大UGSQ VGG 然后作負載線UDS VDD iDRd 得到交點Q 讀出坐標值IDQ和UDSQ N溝道耗盡型絕緣柵場效應管符號及特性曲線 2 7 3場效應管的微變等效電路 跨導gm ID UGS id gmugs 場效應管的微變等效電路 壓控電流源 2 7 3靜態(tài)分析 無輸入信號時 ui 0 估算 UDS和ID R1 150k R2 50k RG 1M RD 10k RS 10k RL 10k gm 3mA VUDD 20V 設 UG UGS 則 UG US 而 IG 0 UDD 20V 直流通道 2 7 4動態(tài)分析 微變等效電路 動態(tài)分析 電壓放大倍數(shù) 負號表示輸出輸入反相 電壓放大倍數(shù)估算 R1 150k R2 50k RG 1M RS 10k RD 10k RL 10k gm 3mA VUDD 20V 3 10 10 15 ro RD 10K 輸入電阻 輸出電阻 1 0 15 0 05 1 0375M R1 150k R2 50k RG 1M RD 10k RS 10k RL 10k gm 3mA VUDD 20V ri RG R1 R2 2 7 5源極輸出器 R1 150k R2 50k RG 1M RS 10k RL 10k gm 3mA VUDD 20V 靜態(tài)工作點 US UG UDS UDD US 20 5 15V 微變等效電路 微變等效電路 求ri ri RG R1 R2 求ro 加壓求流法 ri RG R1 R2 R1 150k R2 5