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2 三极管放大电路分析基础2


第二章 基本放大电路
2.4 放大电路的分析方法
2.6 2.6.1 常见的放大电路 射极输出器

电子技术教案

2.6.2 共基极放大电路 2.8 多级放大器 退出

(1-1)

电子技术教案

教学目的: ? 1.掌握三极管输入、输出、转移特性曲线的使 用,掌握半导体放大电路的分析方法(即熟练应 用复杂电路分析方法来分析电子电路); ? 2.了解串联分压式三极管放大电路的结构,工 作原理,以及分析方法。 ? 3.建立失真概念。
教学内容: ? 1.三极管简单偏置电路静态分析、动态分析。 ? 2.三极管简单偏置电路微变等效电路的画法, 放大器交流放大特性电压放大倍数、输入阻抗、 输出阻抗分析方法。
(1-2)

§2.4放大电路的分析方法
估算法 静态分析

电子技术教案

图解法
放大 电路 分析 微变等效电 路法 动态分析 图解法 计算机仿真
(1-3)

二、微变等效电路分析方法 (一)三极管的微变等效电路
1. 输入回路 iB ?iB ?uBE uBE 当信号很小时,将输入特性 在小范围内近似线性。

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?uBE ube rbe ? ? ?iB ib
对输入的小交流信号而言, 三极管相当于电阻rbe。

26(mV) 对于小功率三极管: rbe ? 300(?) ? (1 ? ? ) I E (mA)
rbe的量级从几百欧到几千欧。
(1-4)

2. 输出回路

iC ? I C ? ic ? ? ( I B ? ib ) ? ?I B ? ?ib
所以: c i

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iC近似平行

? ?ib

?iC (1) 输出端相当于一个受ib 控制
的电流源。
?uCE (2) 考虑 u 对 i 的影响,输出 CE C 端还要并联一个大电阻rce。 uCE rce的含义

?uce rce ? ?ic
(1-5)

电子技术教案

3. 三极管的微变等效电路

ib

ic

c

ic ube rbe uce

? ib
rce

ib
b

uce

ube
e
ib

b
rbe

? ib

c

rce很大, 一般忽略。

e

(1-6)

(二)放大电路的微变等效电路
将交流通道中的三极管用微变等效电路代替: uo ui RB

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RC

RL ii ib ic

? ib

交流通路

RL uo

ui RB

rbe

RC
(1-7)

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回顾: 直流通道和交流通道
放大电路中各点的电压或电流都是在静态直 流上附加了小的交流信号。
但是,电容对交、直流的作用不同。如果电 容容量足够大,可以认为它对交流不起作用,即 对交流短路。而对直流可以看成开路,这样,交 直流所走的通道是不同的。 交流通道:只考虑交流信号的分电路。 直流通道:只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。
(1-8)

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基本放大电路: 对直流信号(只有+EC)
+EC RB C1 RC T C2 RB 开路 直流通道 +EC

RC

开路

(1-9)

对交流信号(输入信号ui)
+EC RB C1 RC T

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置零
C2

交流通路
uo

短路
ui

短路
RB

RC RL

(1-10)

三、电压放大倍数的计算

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I?i
? Ui
RB

? Ib
rbe

I?c
? ?I b
RL RC

? ? Ui ? Ib rbe ? ? ? Uo ? ??I b R'L Uo

R' L Au ? ? ? R'L ? RC // RL rbe
特点:负载电阻越小,放大倍数越小。
(1-11)

四、输入电阻的计算
? Ui 输入电阻的定义:ri ? ? Ii ?

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对于为放大电路提供信号的信号源来说,放大电 路是负载,这个负载的大小可以用输入电阻来表示。 是动态电阻。

Ii

? Ib

I?c

? U i RB rbe

? ?I b

RL
RC

? Uo

? Ui ri ? ? Ii ? RB // rbe

? rbe

电路的输入电阻越大,从信号源取得的电流越 小,因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。 (1-12)

五、输出电阻的计算
对于负载而言,放大电路相当于信号源,

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可以将它进行戴维南等效,戴维南等效电路的 内阻就是输出电阻。

计算输出电阻的方法: (1) 所有电源置零,然后计算电阻(对有受控
源的电路不适用)。

(2) 所有独立电源置零,保留受控源,加压求
流法。
(1-13)

用加压求流法求输出电阻:

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I?i

0

? Ib
rbe

I?c
? ?I b

0

? Io ? Uo
RC

RB

所以:

? Uo ro ? ? RC ? Io
(1-14)

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2.4.4失真分析
在放大电路中,输出信号应该成比例地放大输入 信号(即线性放大);如果两者不成比例,则输出 信号不能反映输入信号的情况,放大电路产生非线 性失真。 为了得到尽量大的输出信号,要把Q设置在交流 负载线的中间部分。如果Q设置不合适,信号进入截 止区或饱和区,造成非线性失真。

(1-15)

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选择静态工作点 iC ib

可输出的 最大不失 真信号

uCE uo

(1-16)

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1. Q点过低,信号进入截止区
iC

放大电路产生 截止失真

输入波形 uCE

ib

uo 输出波形
(1-17)

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2. Q点过高,信号进入饱和区 iC

放大电路产生 饱和失真 输入波 形

ib

uCE
输出波形

uo

(1-18)

2.5 静态工作点的稳定

电子技术教案

为了保证放大电路的稳定工作,必须有合适的、 稳定的静态工作点。但是,温度的变化严重影响静 态工作点。
对于前面的电路(固定偏置电路)而言,静态工 作点由UBE、? 和ICEO 决定,这三个参数随温度而 变化,温度对静态工作点的影响主要体现在这一方 面。 UBE

T

?
ICEO

Q
(1-19)

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一、温度对UBE的影响
iB

EC ? U BE IB ? RB
T IB

50? C

25? C

UBE IC

uBE

(1-20)

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二、温度对? 值及ICEO的影响 T

?、 ICEO
iC

IC

总的效果是:

Q? Q uCE

温度上升时, 输出特性曲 线上移,造 成Q点上移。
UCE=EC–ICRC
(1-21)

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小结:
T IC
固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点 不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或 截止区,从而导致失真。为此,需要改进偏 置电路,当温度升高、 IC增加时,能够自动 减少IB,从而抑制Q点的变化。保持Q点基本 稳定。 常采用分压式偏置电路(引入负反馈电路)来稳 定静态工作点。电路见下页。
(1-22)

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分压式偏置电路:
+EC
RB1 C1 RC

一、静态分析
+EC RB1
C1 I1 IB T

C2

RC

RL ui RB2 RE CE uo RB2

I2

RE1

(1-23) 直流通路

补充说明:

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(1-24)

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(1-25)

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(1-26)

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(1-27)

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+EC RB1 I1 RC

C1

IB T
I2

EC I1 ? I 2 ? RB1 ? RB 2 U BQ ? I 2 RB 2

I 2 ?? I B

RB2

RE1

RB 2 ? EC RB1 ? RB 2 U BQ ? U BEQ U BQ I CQ ? I EQ ? ? RE RE

UCEQ ? EC ? ICQ RC ? I EQRE
直流通路
I BQ ? ICQ / ?
(1-28)

二、动态分析
+EC RB1 RC C2
RB1 ui RB2

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RL RC uo

C1

交流通路

I?i

I?b
R'B rbe

I?c

RL

ui

RB2

RE CE

uo

? Ui

?I?b

RL RC
? Uo

R' L Au ? ? ? rbe

微变等效电路

ri ? R' B || rbe ? rbe

(1-29)

ro ? RC

+EC RB1 C1 I1 IB I2 RE RC C2

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问题1:如果去掉CE, 放大倍数怎样?

RL
uo CE

ui

RB2

CE的作用:交流通路中, CE将RE短路, RE对交流不起作用,放大倍数不受影响。
(1-30)

去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路: I?i I?b
RL uo RC

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I?c

RB1 ui

RB2 RE

? Ui

rbe
R'B RE

?I?b

RL RC

? Uo

? ? ? Ui ? Ib rbe ? (1 ? ? ) Ib RE
? ?RL Au ? ? rbe ? (1 ? ? ) RE

? ? ? Uo ? ??Ib RL
? ri ? RB //{rbe ? (1 ? ? ) RE }

ro ? RC

(1-31)

问题2:如果电路如下图所示,如何分析?
+EC RB1 C1 RC C2

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T
RL

ui

RB2 RE2

RE1 CE

uo

(1-32)

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静态分析: +EC

+EC RB1
I1 IB T

RB1
C1

I1 IB

RC

RC

C2 T

C1

ui

RB2

I2
RE2

RL RE1 CE

RB2

I2

RE1 RE2

uo

直流通路
(1-33)

电子技术教案

动态分析: +EC

RB1
C1

RC

C2 T RL

RB1 ui

RB2
RE1

RL
uo RC

ui

RB2 RE2

RE1 CE

uo
交流通路

(1-34)

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交流通路:
ui

RB1

RB2
RE1

RL
uo RC

I?i
微变等效电路: ? Ui

I?b
rbe
R'B

I?c

?I?b

RL RC

? Uo

RE1

(1-35)

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RS

? Us

? Ui

放 大 电 路

定义:
RL

? Uo

? Uo Au ? ? Ui

? Uo Aus ? ? Us

问题:Au 和 Aus 的关系如何?
? Uo Aus ? ? Us

? Ui ?

ri ? US RS ? ri

ri Aus ? Au RS ? ri
(1-36)

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2.6常见的放大电路
2.6.1射级输出器 2.6.2共基极放大电路

(1-37)

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§ 2.6.1射极输出器(共集电极放大电路)
+EC RB +EC RB C2 RL u
o

C1

ui

RE

RE 直流通道
(1-38)

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补充:共集电极电路说明

(1-39)

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一、静态分析
+EC
RB

I BQ ?

EC ? U BEQ RB ? (1 ? ? ) RE
折算

IB
RE

IE

I EQ ? (1 ? ? ) I BQ
UCEQ ? EC ? I EQ RE
(1-40)

直流通道

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二、动态分析
+EC RB
I?i I?b I?c ? ?I b

rbe

C1

C2 RL uo

? Ui

RB
RE RL
? Uo

ui

RE

微变等效电路
(1-41)

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1. 电压放大倍数
I?i I?b I?c ? ?I b

? RL ? RE // RL
? uo ? ie RL

rbe
? Ui

RB RE RL
? Uo

? ? 1 ? ?)ib RL (
? ui ? ib rbe ? ie RL

? ? ib rbe ? (1 ? ? )ib RL

? (1 ? ? )ib RL ? ( ? ?)RL 1 Au ? ? ? ib rbe ? (1 ? ? )ib RL ? rbe ? (1 ? ? ) RL
(1-42)

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? ( ? ?)RL 1 Au ? ? rbe ? ( 1 ? ? )RL
结论: 1.

? rbe ?? (1 ? ? ) RL ,

所以

Au ? 1,

但是,输出电流Ie增加了。 2. 输入输出同相,输出电压跟随输入电压, 故称电压跟随器;无电压放大能力。
(1-43)

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2. 输入电阻
I?i I?b I?c ? ?I b

rbe
? Ui

? Ri ? RB //{rbe ? (1 ? ? ) RL }
? Uo

RB RE RL

输入电阻较大,作为前一级的负载,对前 一级的放大倍数影响较小。
(1-44)

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(1-45)

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(1-46)

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(1-47)

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射极输出器的使用
1. 将射极输出器放在电路的首级,可以 提高输入电阻。 2. 将射极输出器放在电路的末级,可以 降 低输出电阻,提高带负载能。 3. 将射极输出器放在电路的两级之间, 可以起到电路的匹配作用。

(1-48)

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(1-49)

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(1-50)

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(1-51)

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(1-52)

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(1-53)

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(1-54)

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(1-55)

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(1-56)

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(1-57)

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一 静态工作点
Rb2 VB ? ? VCC Rb1 ? Rb2

VB ? VBE IC ? IE ? Re

VCE ? VCC ? IC Rc ? IE Re ? VCC ? IC ( Rc ? Re )
IB ? IC

?

(1-58)

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(1-59)

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(1-60)

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(1-61)

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(1-62)

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(1-63)

2.6.3 三种组态的比较

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电压增益: 输入电阻: 输出电阻:

?

? ? ( Rc // RL )
rbe

(1 ? ? ) ? ( Re // RL ) rbe ? (1 ? ? )( Re // RL )

? ? ( Rc // RL )
rbe r Re // be 1? ?

Rb // rbe
Rc

Rb //?rbe ? (1 ? ? )( Re // RL )?
Re // ( Rs // Rb ) ? rbe 1? ?

Rc
(1-64)

固定偏流电路与射极偏置电路的比较

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共射极放大电路

静态:

VCC ? VBE IB ? Rb

Rb2 VB ? ? VCC Rb1 ? Rb2

IC ? β ? IB VCE ? VCC ? I C Rc

IC ? IE ?

VB ? VBE Re

VCE ? VCC ? IC (R c ? R e ) I IB ? C (1-65) ?

小结

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? 三极管是一个通过基极电流控制集电极电流的 电流控制器件。三极管有三种工作状态:放大 状态、截止状态和饱和状态。 ? 电压放大的目的是从信号取得信号电压,加以 放大后,送到输出负载上。所以要求放大电路 的电压放大倍数大,输入电阻大,输出电阻小, 其中输入电阻大表明放大器从信号源索取的电 流小,信号源加到放大器输出端的电压就大; 输出电阻小,表明放大电路的带负载能力强, 输出负载变化时,放大电路的输出电压几乎恒 定。

(1-66)

电子技术教案

小结
? 放大电路按电路形式不同可分为共射、共集、 共基放大器、差分放大器等。 ? 共射电路的电压、电流和功率放大倍数都较大, 输入电阻和输出电阻适中,主要用于多级放大 器中放大信号。 ? 共集放大电路(射随器)的电压放大倍数约为 1,但它的输入电阻大,输出电阻小。主要用 作缓冲级,也常作为功率输出级。 ? 共基放大电路的主要特点是输出电阻大,频率 特性好,所多用作宽频带放大器。

(1-67)

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(1-68)

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(1-69)

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(1-70)

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(1-71)

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(1-72)

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(1-73)

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(1-74)

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(1-75)

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(1-76)

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(1-77)

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(1-78)

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(1-79)

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(1-80)

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1 多级放大电路的分析方法

基本原则:化多级电路为单级,然后再逐级求解。 一:电压放大倍数

A ? A1 A2 A3 ? ? ? An ? ? Ai
i =1

n

二、输入电阻和偷出电阻

输入电阻:级联放大器的输入电阻就是第一级的输 入电阻Ri1。不过在计算Ri1时应将后级的输入电阻 Ri2作为其负载。
(1-81)

电子技术教案

输出电阻:级联放大器的输出电阻就是最末级的 输出电阻Ron。不过在计算Ron时应将前级的输出电 阻Ro(n–1)作为其信号源内阻。

(1-82)

电子技术教案

(1-83)

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(1-84)


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