重温共射放大电路

1、放大概念

小功率信号变成一个大功率信号,需要一个核心器件做这件事,核心器件的能量由电源提供,通过核心器件用小功率的信号去控制大电源,来实现能量的转换和控制,前提是不能失真,可以用一系列正弦波进行观测

●电子电路放大的基本特征:功率放大 (即不单是电流或是电压)

●放大电路的本质:能量的控制和转换

●放大电路中必要条件:有源元件(能够控制能量)

●放大的前提条件:不失真(只有在不失真的情况下的放大才有意义)

●放大电路核心元件:晶体管(工作在放大区)和MOS管(工作在恒流区)

●测试信号:正弦波(任何稳态信号都可以分解为若干频率正弦信号)

2、主要性能指标

三极管

●放大电路得到的输入信号就是Ri与Rs对Us的分压

●放大倍数 A 通常研究电压放大倍数Au

●输入电阻 Ri

●输出电阻Ro

●通频带

●非线性失真系数

●最大不失真输出电压

●最大输出功率与效率(功率放大电路)

3、有效放大的条件

静态:静态工作点要设置合适(直流电源、合适的电阻),使晶体管始终工作在放大区,静态工作点位置直接影响放大信号是否失真,是否能得到最大幅度的放大

动态:要保证实现信号的耦合(交流信号必须能够输入、传递到放大电路中,且放大后的交流信号能够对外输出、传递给负载或后级电路)

基放的组成及各元件作用

三极管

直流源VBB:产生小信号的交流源Ui本身很小,不能使发射结导通,所以单有Ui时,iB=0,需要加直流源VBB先导通发射结,与此同时产生了附着在直流IB上的变化的 ib

直流源VCC:放大电路的能源,并保证集电结反偏

晶体三极管:工作在放大区(发射结正偏,集电结反偏)

控制Vcc所提供的能量

注意管子的类型:NPN(Vc>Vb>Ve)、PNP(Ve>Vb>Vc)

电阻Rb:限流,防止电流过大将器件烧坏

电阻Rc:将电流信号变换为电压信号

加耦合电容:过滤直流分量,获得纯的放大的交流电压信号,隔直通交

4、共射放大电路工作原理

注意:输出与输入反相位

三极管

三极管

5、两种共射放大电路

(1)直接耦合

Rb1保证了Vb是由交、直叠加而成的

如果不加Rb1,基极的电位就是Ui。 Vcc产生的电流会走Ui支路流向地,而不是走发射结支路。 所以在此处加电阻Rb1,使基极的电位Vb为交流、直流电压源经过两个电阻降压之后的叠加。

三极管

(2)阻容耦合

电容作用:通交隔直(交流短路; 直流断路)

三极管

6、直流通路与交流通路

直流通路:交流源置零(短路); 电容断路,电感短路

交流通路:直流源置零(接地、短路); 电容短路,电感保留

三极管

三极管

三极管

7、放大电路分析方法

晶体管一定要工作在放大区

先静态分析,后动态分析,动态参数与Q点密紧密相关,只有Q点合适,动态分析才有意义

静态分析指标:IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ

动态分析指标:Au(大)、Ri(大)、Ro(小)

(1)图解法 (静态分析)

“负载外特性曲线”与“输入输出曲线”交点为静态工作点Q

三极管

步骤:

输入回路:

列写KVL——改换成UBE为x,ib为y的方程——可以得到斜率为-1/Rb——分别使UBE=0、ib=0——得到横、纵截距

输出回路:

列写KVL——改换成UCE为x,ic为y的方程——可以得到斜率为-1/Rc——分别使UCE=0、ic=0——得到横、纵截距

(2)估算法 (静态分析)

定义 | UBEQ| 硅管:0.7V 锗管:0.2V,列KVL,求解各个静态量

本质:将晶体管的输入伏安特性曲线改为一条垂直于横轴的线,即认为UBEQ是一个定值

计算UCEQ时一定要用电位相减计算,即UCEQ=UCQ-UEQ

三极管

(3)等效电路法(动态分析)

h参数等效模型

动态只研究Δui、Δib、Δic、Δuo之间的关系

注意:Uo与iC参考方向相反

三极管

三极管

三极管

共射放大电路的动态参数分析

三极管

r(be) 、UT=26mV、 r(bb)与β在参数手册中

三极管

电压放大倍数

三极管

输入电阻

三极管

输出电阻

三极管

注意

对于下图放大电路,在动态分析求输出电阻Ro(下图中的Rc)时,方法:从输出端往里看,保留受控源,将独立源置零(独立电压源短路,独立电流源开路),此时Ui短路 ib=0,致使受控源(βib)相当于开路处理

三极管

三极管

8、电路理论基础知识复习(Ri、Ro)

输入电阻,从输入端往里看

Ri相当于信号源的负载,与信号源内阻串联分压

三极管

从稳定输入电压角度,Ri越大越好,使Ui越接近Us

从稳定输入电流角度,Ri越小越好,使Ii越接近Is

输出电阻,从输出端往里看

空载时负载没有输出电流,输出电压等于开路电压U’

放大电路的输出相当于“放大电路负载的信号源”,输出电阻为“信号源内阻”

求解Ro:独立源置零,受控源保留,外加电源法

三极管

三极管

从稳定输出电压角度,Ro越小越好,使Uo越接近Uo’

从稳定输出电流角度 ,Ro越大越好,(相当于一个电流源,内阻为∞)输出电流恒定

放大电路的输出电阻大小,要视负载的需要而定

三极管

多级放大

三极管

9、几种典型的基本放大电路

(1)戴维南等效

输出回路求UCEQ:由于RL分流,利用戴维南等效定理计算更方便,将输出回路等效为VCC’与Rc‘串联,VCC’是电路空载时端电压的值,即Rc、RL串联分压时RL上的电压

三极管

(2)直接耦合共射放大电路

三极管

三极管

三极管

输出电阻与负载RL无关!!!!!!

(3)阻容耦合共射放大电路

三极管

三极管

三极管

输入电阻与信号源内阻Rs无关!!!!!

输出电阻与负载RL无关!!!!!!

静态工作点稳定的放大电路

详细内容参见下问:放大电路静态工作点的稳定章节

10、放大电路的失真分析

静态工作点设置不合适,晶体管可能会工作在截止区或饱和区,无法保证对交流信号实现有效的放大。

失真,是信号在传输过程中与原有信号相比所发生的偏差(波形出现畸变)。

静态工作点设置不合适导致的两种失真

以NPN单管共射放大电路为例

三极管

(1)截止失真

Q点过低,输入信号负半轴靠近峰值的某段时间内,无法满足发射结正偏(即此时UBE

底部失真:ib、ic、Ui

顶部失真(截止失真):Uo

消除截止失真:升高Q点

增大基极电源(增大UBEQ)

减小基极电阻Rb(增大UBEQ)

三极管

(2)饱和失真

Q点过高,输入信号正半轴靠近峰值的某段时间内,无法满足集电结反偏(即此时UBE>UCE),导致T在饱和区引起的输出波形失真

顶部失真:ic

底部失真(饱和失真):Uo>UCES

消除饱和失真:降低Q点

增大基极电阻Rb(减小IBQ、ICQ);

减小集电极电阻Rc(增大UCEQ);

更换一只β较小的管子

三极管

三极管

(3)放大电路中存在的另一种失真

最大不失真输出电压

输入电压再增大,就会产生失真的,输出电压极限的有效值

三极管

三极管

11、静态工作点稳定的共射放大电路

静态工作点稳定

Q点会影响电路是否失真和Au、rbe等动态参数

影响Q点的主要因素:晶体管参数(温度变化,使β变化)

温漂:由温度变化引起Q点移动

T升高——β增大——ICQ增大——UCEQ减小

稳定的Q点:环境温度变化时,ICQ、UCEQ基本不变,即Q点在输出特性坐标平面中的位置基本不变

为使Q点稳定:直流负反馈; 温度补偿

分压式电流负反馈Q点稳定电路 (实现了实现静态工作点稳定,)

(四电阻阻容耦合共射放大电路)

旁路电容Ce:静态、动态分离

三极管

三极管

三极管

三极管

三极管

12、晶体管单管放大电路的三种基本接法

(1)共射放大电路

发射极是输入、输出的公共端

(2)共集放大电路

静态分析

与共射放大电路类似,注意基极输入,发射极输出

集电极是输入、输出的公共端

三极管

动态分析

b、e在上方,c接地画在下方

电阻归置,e归置到b乘(1+β); b归置到e除以(1+β)

(大到小乘法,小到大除法)

Ri与输出侧有关,求解时,从输入端往里看将右侧电阻逐一向左边等效。 e归置到b

Ro与输出侧有关,求解时,独力源短路,保留信号源内阻,从输出端往里看,将左侧电阻逐一向右边等效。 b归置到e

三极管

注意:含有集电极电阻的共集放大电路中,静态分析要考虑Rc,动态分析时Rc可忽略。 因为与电流源串联的电阻无用,不影响电流源所在支路的电流(该支路电流已被电流源固定),动态参数不变

(3)共基放大电路

静态分析

与共射放大电路类似,注意发射极输入,集电极输出

基极是输入、输出的公共端

动态分析

e、c在上方,b接地画在下方

注意输入端、输出端,再进行归置

三极管

三种基本接法小结

三极管

三极管

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