放大电路的工作原理和三种基本放大组态

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1、放大电路的工作原理和三种基本放大组态放大电路里通常是晶体三极管、场效应管、集成运算放大器等,这些器件也称为有源器件。共射放大电路如图所示。V是集电极回路的直流电源,也是给放大电路提供能量的,一般在几cc 伏到几十伏范围,以保证晶体三极管的发射结正向偏置、集电结反向偏置,使晶体三极管工作在 放大区。R是集电极电阻,一般在几K至几十K范围,它的作用是把集电极电流i的变化变成 cC 集电极电压 u 的变化。 V 是基极回路的直流电源,使发射结处于正向偏置,同时通过基极电阻CE BBR提供给基极一个合适的基极电流I ,使三极管工作在放大区中适当的区域,这个电流I常称 b BQ BQ为基极偏置电流,它决

2、定着三极管的工作点,基极偏置电流I是由V和基极电阻R共同作用决 BQ BB b定的,基极电阻R 一般在几十KQ至几百KQ范围。b如在输入端加上一个较小的正弦信号u ,通过电容C加到三极管的基极,从而引起基极电 i1流i在原来直流I的基础上作相应的变化,由于u是正弦信号,使i随u也相应地按正弦规律BBQiBi变化,这时的 i 实际上是直流分流 I 和交流分量 i 迭加后的量。同时 i 的变化使集电极电流B BQ b Bi随之变化,因此i也是直流分量I和交流分量i的迭加,但i要比i大得多(即B倍)。电CCCcCB流i在电阻R上产生一个压降,集电极电压u =V -iR,这个集电极电压u也是由直流分量

3、CCCE CC C LCEI和交流分量i两部分迭加的。这里的u和i相位相反,即当i增大时,u减少。由于CCCCECCCE2的隔直作用,使只有u的交流分量通过电容C作为放大电路的输出电压u。如电路参数选择适CE2O当, u 要比 u 的幅值要大得多,同时 u 与 u 的相位正好相反。电路中各点的电流、电压波形如OIIO图所示。放大电路的图解法放大电路有三种主要分析方法:一是图解法,二是微变等效电路法,三是计算机辅助分析 法。图解法是根据晶体管的输入和输出特性曲线,以及电路参数,在特性曲线上确定静态工作 点 Q 的位置,并根据输入信号的波形,画出晶体管各点的电流电压波形,以及输出信号的波形。 因此

4、图解法分析放大电路可以分为静态分析和动态分析两步来做。用图解法对放大电路的静态分析可分为两步,先根据输入回路的 I 与 U 的关系式在输入特B BE性曲线上确定输入回路的静态工作点Q,随后根据输出回路的I与J关系式式确定输出回路的 静态工作点,求出 I 和 U 。其中需要分别在输入特性图和输出图上作出直流负载线。CQCEQ(a)(b)图解法求静态工作点(a) 输入回路的图解法 (b) 输出回路的图解法动态工作情况分析:首先根据U在输入特性上求i的波形,然后根据i在输出特性上求iI B B C 和 u 的波形。CE 要注意,放大电路中电压电流包含两个分量,一个是无输入信号时由静态工作情况决定的直

5、 流分量I、I、U ;另一个是由输入电压引起的交流分量i、i和u。BQ CQ CEQ b c ce共射基本放大电路一个晶体三极管可以看作为一个双口有源网络,由于晶体三极管只有三个极端,因此其中必 须有一个极端作输入和输出的公共端。如果以其中发射极e作为输入和输出的公共端,基极b 作为输入,集电极 c 作为输出,则该放大电路称为共射放大电路。相应地以基极 b 作为输入和 输出公共端,发射极e作为输入,集电极c作为输出的称为共基放大电路。以集电极c作为输 入和输出公共端,基极b作为输入,发射极e作为输出的称为共集放大电路。这称为晶体三极管 放大电路的三种基本放大组态。放大电路三种基本组态(a)共射

6、放大电路(b)共基放大电路(c)共集放大电路微变等效电路分析法在放大电路输入信号电压很小时,就可以把晶体管小范围内特性曲线近似用直线来代替,从而把 晶体管这个非线形元件用一个等效的线形电路来近似代替,然后利用分析线性电路的一些方法来 分析晶体管的放大电路,这就是微变等效电路法的指导思想。因此微变电路法只适用于小信号时电路分析,另外微变等效电路法只能用来求交流特性,即动态 分析,不能求静态工作点,即微变的概念。1)晶体管的 h 参数及等效电路晶体管 h 参数等效电路甘嗨+ +旳工2)用 h 参数等效电路分析共射放大电路 对放大电路进行静态分析,主要是确定其静态工作点Q,即求出I ,1 , U。对

7、放大电路进行BQ CQ CEQ 动态分析,主要是计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。hI/.lA &用 h 参数微变等效电路分析共射放大电路(a)共射放大电路(b) h参数微变等效电路静态工作点的计算I =BICQ BQU =V I RCEQ CC CQ C交流性能参数的计算电压放大倍数ng)输入电阻输出电阻 R=Roc其他基本放大电路的分析(1) 射极偏置电路射极偏置电路能稳定静静态工作点,当温度变化或其他原因使晶体管参数变化时,其工作点能稳 定在合适的位置。这个电路是交流放大电路中最常用的一个基本电路。能稳定工作点的射极偏置电路(a) 射极偏置电路 (b) 微变等效电路静态工作

8、点计算交流性能计算从上式可知,接R以后,虽然工作点稳定提高了,但放大倍数A下降了,而且R越大则A越小, e u e u 如果在R上并联一个大电容C,它对交流近似可看作短,使晶体管的发射极交流接地,这时与 ee基本共射电路相同,使放大倍数不致下降,而工作仍能得到稳定。R=R /R /R / 其中i b1 b2 iscreen.width-333)this.width=screen.width-333 onmousewheel=return bbimg(this)共漏放大电路(a)共漏放大电路(b)微变等效电路确定静态工作点时,可列出回路方程与特性方程联立求解:交流性能分析共漏电路的特点与共集电极

9、电路相似,电压极放大倍数小于 1,但场效应管的导跨比双极型晶 体管的B低,所以共漏电路的电压放大倍数一般比共射电路低,另外它的输出电阻也较低。例题分析例 2.1 画出图 P2.1 (a) 所示放大电路交流通路和直流通路。a;图 P2.1(a)共基放大电路(b)直流通路(c)交流通路解:对于直流通路,可以把电路中电容q、C2、Cb看作为开路,这时电路如图P2.1所示, 即为它的直流通路。对于交流通路,把电路中的电容q、c2、Cb看作为短路,把直流电压源 VC也看作为短路, 因这时 VC两端的交流压降(即变化量)为零。由于cb和 VC看作为短路,电路中的电阻Rb1、 Rb2也被短路,得到如图P2.

10、1 (c)的电路,这也就是它的交流通路。b2从交流通路来看,该放大电路实际上是一个共基放大电路。例 2.2 共射放大电路如图 P2.2 (a) 所示,晶体管的输出特性曲线如图 P2.2 (b) 所示,设晶体的 U =0.6V。BEQS断开时,分别作出Rb为285KQ和570KQ时的静态工作点Q及Q,并分别求出这两种情 况下的最大木失真输出幅值。当S闭合,Rb=285KQ时,作出此时的静态工作点Q及求最大不失真输出幅值。图 P2.2(a)共射放大电路(b)图解法求最大不失真输出幅值解:(1) 因为当 R =285KQ 时 I =40p A I =1.5 I mAbBQCQ BQU =6V U 5VCEQ om当 R =570KQ 时 I”= 2 0p A I= 0 . 8 mAbBQCQU =8.8V U 3.2VCEQom(2)经Q点作斜率为一1/ Rl(Rl=2KQ )的交流负载线如图P2.2 (b)所示,这时 U =1R +U =9VU 3VC CQ L CEQom例2.3放大电路如图P2.3所示,设晶体管的B =20, r

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