分立元件基本电路

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1、1,第 3 章 分立元件基本电路,3.1 共发射极放大电路 3.2 共集电极放大电路 3.3 共源极放大电路 3.4 分立元件组成的基本门电路,主要内容：电路的构成、工作原理、性能指标、分析计算方法,2,3.1 共发射极放大电路,主要内容,3.1.1 电路组成,3.1.2 静态分析,3.1.3 动态分析,3.1.4 静态工作点的稳定,3.1.5 频率特性,3,由NPN管组成的共射极放大电路如图所示,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,1.晶体三极管T,各元件的作用：,放大元件，工作在放大区，即发射结正向偏置，集电结反向偏置。,2.集电极电源UCC,一是保证三极管工作在放大

2、区；二是放大电路的能源。,4.集电极负载电阻RC,是将集电极电流的变化转化为电压的变化，以实现电压放大。,3.基极电阻RB,RB 和UCC使发射结处于正向偏置，并提供适当的静态基极电流IB。IB称为偏置电流，RB称为偏置电阻。,5.耦合电容C1、C2（隔直电容）,C1 和C2是传递交流，隔断直流；以免各级静态工作点相互影响；一般采用容量较大的电解电容，使用时应注意正负极不能接错。,输入端,输出端,输入回路,输出回路,3.1.1 电路组成,IB,“地”端 零电位点,+,+,-,-,4,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,输入信号ui=0时的状态，称为静态。电路中只有直流电压

3、和电流，要保证三极管工作在放大区。,放大电路的静态,放大电路的动态,有输入信号ui时的状态，称为动态。电路中既有直流电压和电流，又有交流信号，要求对交流信号进行不失真的放大。,iB,iC,uCE,放大电路中： 直流信号用大写字母、大写下标表示，如IB、UCE； 交流信号用小写字母、小写下标表示，如ib、uce； 交、直流叠加的信号用小写字母、大写下标表示，如iB、uCE。,+,+,+,-,-,-,3.1.1 电路组成,IB,iB,ib,t,t,t,0,0,0,5,放大电路工作过程,iB经T放大后得到集电极电流iC，iC在RC上产生压降iCRC； 集电极电压uCE=UCC-iCRC，经隔直电容C

4、2传送到输出端成为交流输出电压uo； uo的幅值比ui大，实现电压放大的目的。,3.1.1 电路组成,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,iB,iC,uCE,+,+,+,-,-,-,输入信号ui加在放大电路的输入端，经C1耦合到晶体管T的基极，产生基极电流iB；,6,放大电路的分析方法概述,放大电路的分析包括静态分析和动态分析。,静态分析计算静态时的电压和电流。,目的是：选择合适的静态工作点，使放大器处于较佳的工作状态。,动态分析计算电压放大倍数，输入、输出电阻，输出是否失真等。,放大电路的分析方法有图解法和近似计算法。,图解法利用晶体管的输入和输出特性曲线，通过作图的方

5、法分析放大电路的静态和动态。,近似计算法在一定的条件下，忽略次要因素，利用等效电路，通过分析计算，求出结果。,7,由于放大电路中既有直流信号，又有交流信号，利用叠加原理的概念，放大电路可看成是交流与直流共同作用的结果。,RC,RB,uo,ui,ib,ic,+,-,+,-,放大电路的直流通路与交流通路,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,-,-,+,+,iB,iC,+,-,uCE,uce,+,-,当交流信号为0 (ui=0)时，只有直流信号，这时的等效电路称为直流通路。将原电路中电容处开路，得到的等效电路就是直流通中，如图,除去直流信号，只有交流信号，这时的等效电路称为交流

6、通路。将电容处短路，直流电压源处短路，就得到交流通路，如图,UCC,RC,RB,IB,IC,UCE,+,-,+,UCC,-,+,+,-,-,UBE,交流通路,直流通路,放大电路的分析方法概述,8,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,1.图解法：放大电路如图，画出放大电路的直流通路、及三极管的特性曲线。,UCC,RC,RB,IB,IC,UCE,uCE,iC,uBE,iB,UCC,UBE,IB,直流负载线,在输入电路中,+,-,+,-,-,+,+,3.1.2 静态分析,UCC,-,+,+,-,-,UBE,UCC,在输出电路中,偏置线,IC,UCE,IB,QB,QC,静态工作点

7、,通过作图求出IB、IC、UCE的值,直流通路,得到QB点,得到QC点,iB,iC,+,-,uCE,0,0,把IB、IC、UCE的值，称为静态工作点Q,9,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,UCC,RC,RB,IB,IC,UCE,2.估算法：静态工作点Q(IB、IC、UCE),+,-,+,-,-,+,+,3.1.2 静态分析,UCC,-,+,+,-,-,UBE,在直流通路中，由输入回路得:,直流通路,可见，Q点主要由RB决定; 故RB称为偏置电阻。调整RB可使放大电路工作在放大区。,iB,iC,+,-,uCE,即:,10,uBE,iB,(A),1. 图解法：具体分析步骤

8、如下,（1）根据输入电压ui在输入特性曲线上求基极电流iB,a,b,QB,IB,UBE,ui,uBE,ib,iB,设,直流分量,交流分量,直流分量,交流分量,画出输入特性曲线及信号波形如图，由图得,T,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,-,-,+,+,+UCC,t,t,t,t,3.1.3 动态分析,iB,uBE,-,+,可见：iB是在静态值IB的基础上叠加一变化的ib,11,uCE,iC,Q,（2）由iB在输出曲线上求iC和uCE,iC,Q2,ib,uCE,uo=uce,画出输出特性曲线及负载线，得,直流分量,交流分量,交流分量,直流分量,输出电压uce与输入电压ui反相，所以，该放

9、大电路是反相放大器,输出电压为：,电压放大倍数为：,即,t,t,t,t,t,3.1.3 动态分析,T,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,-,-,+,+,+UCC,iB,uCE,-,+,iC,UCE,IC,之间称为 动态工作范围,IB,12,动态分析结论：,uCE,iC,Q,（1）当ui=0时，电路中只有直流量；当输入ui后，电路中各电量是在静态值上叠加了一个交流分量。,（2）输出电压uo是与ui同频率的正弦量，且uoui，电压放大倍数为：,（3）电流ib、ic与ui同相，而输出电压uo与输入电压ui反相，所以共发射极放大电路具有倒（反）相作用。,截止失真,饱和失真,无失真,饱和失真是

10、因IB太大引起； 截止失真是因IB太小引起。,t,t,t,uo,3.1.3 动态分析,（4）若Q点过高，如Q1点，输出会出现饱和失真。增大RB可消除饱和失真.,0,N,M,（5）若Q点过低，如Q2点，会出现截止失真。减小RB可消除截止失真.,ic,ib,13,画出交流通路和微变等效电路，如图,RC,RB,uo,ui,ib,ic,（1）电压放大倍数,+,-,+,-,3.1.3 动态分析,2. 微变等效电路分析法：步骤如下,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,-,-,+,+,iB,iC,+,-,uCE,uce,+,-,RC,RB,rbe,B,C,E,-,+,-,+,或,因为,

11、所以,当放大电路接入负载电阻RL时，如图,RL,RL,RL,可见，接上负载后，电压放大倍数下降。,所以,交流通路,微变等效电路,14,（2）输入电阻,3.1.3 动态分析,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,-,-,+,+,iB,iC,+,-,uCE,RC,RB,rbe,B,C,E,-,+,-,+,因为,定义为：放大电路输入电压变化量与输入电流变化量之比，用ri表示，即,所以,输入电阻为：,RL,RL,15,（3）输出电阻,3.1.3 动态分析,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,-,-,+,+,iB,iC,+,-,uCE,RC,RB,rbe,B,C

12、,E,-,+,-,+,从放大电路的微变等效电路的输出端看，它是一个电流源和一个电阻RC的并联，而RC就是两端网络的等效电阻。,定义为：对负载来说，放大电路输出端相当于一个有源两端网络，这个两端网络的等效电阻就是放大电路的输出电阻，用ro表示,所以，输出电阻为：,RL,RL,特别注意：,ri、ro是对交流信号而言的，属于动态电阻，不能用来计算静态工作点。 在多级放大电路中，前级相当于后级的信号源，前级的输出电阻就是信号源的内阻。后级放大电路的输入电阻就是前级的负载电阻。,16,（4）输出电阻ro的测量方法,3.1.3 动态分析,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,-,-,+

13、,+,iB,iC,+,-,uCE,RL,RS,Au,-,+,-,+,ri,ro,+,-,测量电路如图，输入加正弦电压信号； 测得空载输出电压为 接入负载RL测得输出电压为,故,输出电阻为,RS,Au,-,+,-,+,RL,ri,ro,+,-,放大电路,放大电路,测量空载时输出电压,测量带载时输出电压,可见,+,-,+,-,17,（5）当信号源有内阻RS时的电压放大倍数,3.1.3 动态分析,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,-,-,+,+,iB,iC,+,-,uCE,RS,Au,-,+,-,+,电路如图，信号源电压为uS，内阻为RS,对信号源而言，放大器可以看成一个等效

14、电阻ri，用相量表示的等效电路如图。,RL,RL,RS,uS,+,-,ri,ro,+,-,其中,因为,所以,所以，放大电路对信号源的放大倍数为：,即，对信号源电压的放大倍数为小于输入端的放大倍数。,18,放大电路的分析应用举例,例题3.1.1 放大电路如图所示，求(1)静态工作点;（2)无负载RL和有负载时的电压放大倍数；(3)电路的输入电阻ri和输出电阻ro。,解：,（1）放大电路静态工作点Q,（2）电压放大倍数,无RL时,有RL时,(3)ri、ro,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,470k,3k,+12V,RL,-,-,+,+,5.1k,其中,其中,19,放大电路对静态工作点的要求,静态工作点要合适。静态工作点要稳定。,3.1.4 静态工作点的稳定,影响静态工作点稳定的主要因素是温度,当温度升高时，ICBO(ICEO)将明显增加，特别是锗管。,当温度升高时，发射结压降UBE将减小。,当温度升高时，将增大。,总之，温度升高时，ICBO、 、UBE 的变化结果将使IC增大，Q点移向饱和区，可能引起放大电路出现失真，这种现象称为工作点漂移。,为了保证工作点稳定，常采用分压式偏置电路。,T,+UCC,RC,RB,C1,C2,+,+,ui,uo,-,-,+,+,iB,iC,+,-,uCE,RL,uCE,iC,UCC,