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1、主编 李中发 制作 李中发 2005年1月,电子技术,第2章 单级交流放大电路,理解共发射极单管放大电路的基本结构和工作原理 掌握放大电路静态工作点的估算和微变等效电路的分析方法 了解放大电路输入电阻和输出电阻的概念 理解射极输出器的电路结构、性能特点及应用 了解场效应管共源极放大电路的结构和性能特点,学习要点,2.1 放大电路的组成和工作原理 2.2 放大电路的静态分析 2.3 放大电路的动态分析 2.4 静态工作点的稳定 2.5 射极输出器 2.6 场效应晶体管放大电路,第2章 单级交流放大电路,2.1 放大电路的组成和工作原理,2.1.1 共发射极放大电路的组成,根据放大电路连接方式的不
2、同,可分为共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路3种,其中共发射极放大电路应用最广。,(1)晶体管V。放大元件,用基极电流iB控制集电极电流iC。 (2)电源UCC和UBB。使晶体管的发射结正偏,集电结反偏,晶体管处在放大状态,同时也是放大电路的能量来源,提供电流iB和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。 (3)偏置电阻RB。用来调节基极偏置电流IB,使晶体管有一个合适的工作点,一般为几十千欧到几百千欧。 (4)集电极负载电阻RC。将集电极电流iC的变化转换为电压的变化,以获得电压放大,一般为几千欧。 (5)电容Cl、C2。用来传递交流信号,起到耦合的作用。同时,又使放大电路和信号
3、源及负载间直流相隔离,起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失,Cl、C2应选得足够大,一般为几微法至几十微法,通常采用电解电容器。,2.1.2 共发射极放大电路的工作原理,uiuBEiBiC=iBuCEuo,如果电路的参数选择适当,uo的幅度将比ui大得多,从而达到放大的目的。,1、工作原理,2、放大电路的组成原则,(1)外加直流电源的极性必须使晶体管的发射结正向偏置,集电结反向偏置,以保证晶体管工作在放大区。 (2)输入回路的接法,应该使输入电压的变化量能传送到晶体管的基极回路,并使基极电流产生相应的变化量。 (3)输出回路的接法,应该使集电极电流的变化量能转化为集电极电压的变化量,并传送到
4、放大电路的输出端。 (4)要合理地设置放大电路的静态工作点。,2.2.1 估算法,静态是指无交流信号输入时,电路中的电流、电压都不变的状态,静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q(主要指IBQ、ICQ和UCEQ)。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。,直流通路:耦合电容可视为开路。,2.2 放大电路的静态分析,图解步骤: (1)用估算法求出基极电流IBQ(如40A)。 (2)根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。 (3)作直流负载线。根据集电极电流IC与集、射间电压UCE的关系式UCE=UCCICRC可画出一条直线,该直线在纵轴上的截距为UCC/RC,在横轴
5、上的截距为UCC,其斜率为1/ RC ,只与集电极负载电阻RC有关,称为直流负载线。 (4)求静态工作点Q,并确定UCEQ、ICQ的值。晶体管的ICQ和UCEQ既要满足IB=40A的输出特性曲线,又要满足直流负载线,因而晶体管必然工作在它们的交点Q,该点就是静态工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ和UCEQ。,2.2.2 图解法,IB=40A的输出特性曲线,由UCE=UCCICRC所决定的直流负载线,两者的交点Q就是静态工作点,过Q点作水平线,在纵轴上的截距即为ICQ,过Q点作垂线,在横轴上的截距即为ICQ,动态是指有交流信号输入时,电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。
6、由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作,电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。,交流通路:(ui单独作用下的电路)。由于电容C1、C2足够大,容抗近似为零(相当于短路),直流电源UCC去掉(短接)。,2.3 放大电路的动态分析,图解步骤: (1)根据静态分析方法,求出静态工作点Q。 (2)根据ui在输入特性上求uBE和iB。 (3)作交流负载线。 (4)由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。,2.3.1 图解法,从图解分析过程,可得出如下几个重要结论: (1)放大器中的各个量uBE,iB,iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成。 (2)由于C
7、2的隔直作用,uCE中的直流分量UCEQ被隔开,放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce,且与输入电压ui反相。 (3)放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小,交流负载电阻RL也越小,交流负载线就越陡,使Uom减小,电压放大倍数下降。 (4)静态工作点Q设置得不合适,会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高,当ib按正弦规律变化时,Q进入饱和区,造成ic和uce的波形与ib(或ui)的波形不一致,输出电压uo(即uce)的负半周出现平顶畸变,称为饱和失真;若Q点偏低,则Q“进入截止区,输出电压uo的正半周出现平顶畸变,称为截止失真。饱和失真和截止失
8、真统称为非线性失真。,把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路,就是放大电路的微变等效电路,然后用线性电路的分析方法来分析,这种方法称为微变等效电路分析法。等效的条件是晶体管在小信号(微变量)情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内,用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。,(1)基本思路,(2)晶体管微变等效电路,输入特性曲线在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。当uBE有一微小变化UBE时,基极电流变化IB,两者的比值称为三极管的动态输入电阻,用rbe表示,即:,2.3.2 微变等效电路法,输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线,集电极电流的微小变化IC仅与基极电流的微小变
9、化IB有关,而与电压uCE无关,故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源,即:,(3)放大电路微变等效电路,电压放大倍数,式中RL=RC/RL。当RL=(开路)时,输入电阻,Ri,输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流(输入电流)的大小。为了减轻信号源的负担,总希望Ri越大越好。另外,较大的输入电阻Ri,也可以降低信号源内阻Rs的影响,使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于RB比rbe大得多,Ri近似等于rbe,在几百欧到几千欧,一般认为是较低的,并不理想。,输出电阻,对于负载而言,放大器的输出电阻Ro越小,负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小,表明放大器带负载能力
10、越强,因此总希望Ro越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧,一般认为是较大的,也不理想。,2.4.1 温度对静态工作点的影响,温度升高,UBE减小,ICBO增大,增大,IC增大,2.4 静态工作点的稳定,条件:I2IB,则,与温度基本无关。,调节过程:,2.4.2 静态工作点稳定的放大电路,(1)静态分析,(2)动态分析,例:图示电路(接CE),已知UCC=12V,RB1=20k,RB2=10k,RC=3k,RE=2k,RL=3k,=50。试估算静态工作点,并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,解:(1)用估算法计算静态工作点,(2)求电压放大倍数,(3)求输入电阻和输出电阻,2.5.1 静
11、态分析,2.5 射极输出器,求电压放大倍数,2.5.2 动态分析,求输入电阻,求输出电阻,射极输出器的特点: 电压放大倍数小于1,但约等于1,即电压跟随。 输入电阻较高。 输出电阻较低。 射极输出器的用途: 射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻,这是射极跟随器最突出的优点。射极跟随器常用作多级放大器的第一级或最末级,也可用于中间隔离级。用作输入级时,其高的输入电阻可以减轻信号源的负担,提高放大器的输入电压。用作输出级时,其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响,并易于与低阻负载相匹配,向负载传送尽可能大的功率。,例:图示电路,已知UCC=12V,RB=200k,RE=2k,RL=3k,RS=100 ,=50。试估算静态工作点,并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,解:(1)用估算法计算静态工作点,设UGS=0,则:,2.6 场效应晶体管放大电路,2.6.1 静态分析,2.6.2 动态分析,
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