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1、主讲：林昕,电子技术基础,例测量三极管三个电极对地电位如图03.09所示，试判断三极管的工作状态。,图 03.09 三极管工作状态判断,例：用数字电压表测得VB =4.5 V 、VE = 3.8 V 、VC =8 V，试判断三极管的工作状态。,基本放大电路,9.1基本共射放大电路,放大电路的组成原则及各元件的作用 1必须有直流电源 2必须使晶体管工作在线性放大区 3放大电路必须有信号的传输通路,基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。,1.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。,2.输出信号的能量实际上是由直流电
2、源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。,共发射极、共集电极、共基极,基本组成如下：三 极 管T负载电阻Rc 、RL偏置电路VCC 、Rb耦合电容C1 、C2,起放大作用。,将变化的集电极电流 转换为电压输出。,提供电源，并使三极管 工作在线性区。,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。,共发射极组态交流基本放大电路的组成,图 共发射极组态交流基本放大电路,基本放大电路的组成,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,静态和动态,静态 时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,放大电路建立正确
3、的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。,动态 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,IB，IC，UBE，UCE 直流分量,ib，iC，ube，uce 交流分量,iB，iC，uBE，uCE 总 量,Ib，IC，Ube，Uce 交流分量有效值,各种符号关系：,共射放大电路的电压放大作用,无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,结论：,(1) 无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE 。,(IB、UBE) 和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性
4、曲线上的一个点，称为静态工作点。,UBE,无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,？,有输入信号(ui 0)时,uCE = UCC iC RC,uo 0 uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo,共射放大电路的电压放大作用,结论：,(2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,静态分析,结论：,(3) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。,(4) 输出电压与输入电压在相位上相差180，即共发
5、射极电路具有反相作用。,1. 实现放大的条件,(1) 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结反偏。 (2) 正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。 (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，经电容耦合只输出交流信号。,2. 直、流通路和交流通路,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。,直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路， 用来计算静态工作点。,交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计
6、算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,例：画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 UCE ),对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,对交流信号(有输入信号ui时的交流分量),XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,短路,短路,对地短路,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,2. 放大电路的静态分析,静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。,分析方法：估算法、图解法。 分析对象：各极电压电流的直流分量。 所用电路：放大电路的直
7、流通路。,设置Q点的目的：(1) 使放大电路的放大信号不失真；(2) 使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。,静态工作点Q：IB、IC、UCE 。,静态分析：确定放大电路的静态值。,直流通路,直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 UCE ),对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,用估算法计算静态工作点,用估算法计算静态工作点,UCC = UBE +I B RBI B = UCC - UBE / RB UCC / RB 若UCC UBE I C= I B + I CEO I B UCE = UCC - I C RC,例1：用估算法计算静态工作点。
8、,已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。,解：,注意：电路中IB 和 IC 的数量级不同,例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。,由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。,由KVL可得：,由KVL可得：,静态图解法,UBE =UCC - RBIB,IB = IBQ,下页,翻页,iB = （uBE）,UBE = UBEQ,线性部分,非线性部分,线性部分,返回,0,UCE = UCC RCIC,IB = IBQ,Q,翻页,直流负载线,返回,UCC,UCC,UCE,IC,+,IB,UBE,+,RB,RC,iC,翻页,返回,图(a)中，没有设置静 态偏置，不
9、能放大。,图(b)中，有静态偏置,但ui被EB 短路，不能引起iB的变化，所以不能放大。,翻页,UCC,RC,C1,C2,T,RL,uo,ui,(a),+,_,+,_,如图所示电路，能否放大交流信号？请说明理由。,思考与 练习,+,+,返回,图(c)中，有静态偏置,有变化的iB和ic, 但因没有RC ，不能把集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端,所以不能放大交流电压信号。,翻页,+,+,+,返回,1. 由直流负载列出方程 VCE=VCCICRc 2. 在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线。,直流负载线的确定方法：,VCC 、 VCC /Rc,3. 在输入回路列方程式VBE
10、=VCCIBRb,4. 在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。,5. 得到Q点的参数IBQ、ICQ和VCEQ。,放大电路的动态分析,动态：放大电路有信号输入（ui 0）时的工作状态。,分析方法：微变等效电路法，图解法。 所用电路：放大电路的交流通路。,动态分析: 计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,分析对象：各极电压和电流的交流分量。,目的：找出Au、 ri、 ro与电路参数的关系，为设计打基础。,（1）交流负载线,交流负载线确定方法：1.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为-1/RL 。,2.RL= RLRc，是交流负载电阻。,3.交流负载线是有交流
11、输入信号时Q点的运 动轨迹。,4.交流负载线与直流负载线相交Q点。,图 03.11 放大电路的动态 工作状态的图解分析,动态分析图解法,RL=,由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。,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。,交流工作状态的图解分析,波形的失真,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管 的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为底部失真。,由于放大电路的工作点达到了三极管 的截止区而引起的
12、非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为顶部失真。,最大不失真输出幅度,注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,非线性失真,如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。,若Q设置过高，,晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。,适当减小基极电流可消除失真。,若Q设置过低，,晶体管进入截止区工作，造成截止失真。,适当增加基极电流可消除失真。,如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。,静态工作点的稳定,合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。,前述的固
13、定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。,温度变化对静态工作点的影响,在固定偏置放大电路中，当温度升高时， UBE、 、 ICBO 。,上式表明，当UCC和 RB一定时， IC与 UBE、 以及 ICEO 有关，而这三个参数随温度而变化。,温度升高时， IC将增加，使Q点沿负载线上移。,iC,uCE,Q,温度升高时，输出特性曲线上移,固定偏置电路的工作点 Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使 IC 增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，保持
14、Q点基本稳定。,结论：当温度升高时， IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管 T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。,O,微变等效电路法,微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。,线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。,微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。,当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。
15、,1) 晶体管的微变等效电路,UBE,对于小功率三极管：,rbe一般为几百欧到几千欧。,(1) 输入回路,Q,输入特性,晶体管的 输入电阻,晶体管的输入电阻(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和 ib之间的关系。,若是小信号微变量，可用电压和电流的交流量来代替。即, UBE = ube IB =i b UCE = uce IC =ic,(2) 输出回路,rce愈大，恒流特性愈好 因rce阻值很高,晶体管的输出电阻,输出特性,输出特性在线性工作区是 一组近似等距的平行直线。,晶体管的电流放大系数,晶体管的输出回路(C、E之 间)可用一受控电流源 ic= ib 等效代替，即由来确定ic和 ib之间的关系。,一般在20200之间，在手册中常用hfe表示。,O,ib,晶体三极管,微变等效电路,3. 晶体管的微变等效电路,晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。,晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。,放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶 体管用晶体管微变等 效电路代替即可得放 大电路的微变等效电 路。,交流通路,电压放大倍数的计算,当放大电路输出端开路(未接RL)时，,
