共发射极基本放大电路模拟电子技术课件

2.2.1 共发射放大电路的各元件作用共发射放大电路的各元件作用2.2.2 共发射极放大电路的静态分析共发射极放大电路的静态分析2.2.3 用图解法分析动态工作情况用图解法分析动态工作情况2.2共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路2.2.4 BJT 的三个工作区及放大电路的的三个工作区及放大电路的 非线性失真非线性失真2.2.5 用小信号模型法分析动态工作情况用小信号模型法分析动态工作情况2.2.1 共发射放大电路的各元件作用2.2.2 共发射+VCCRcC1C2RL+Rb+ui+uo AABBVCC(直流电源直流电源)：使发射结正偏，集电结反偏使发射结正偏，集电结反偏 向负载和各元件提供功率向负载和各元件提供功率C1、C2(耦合电容耦合电容)：隔直流、通交流隔直流、通交流RB(基极偏置电阻基极偏置电阻)：提供合适的基极电流提供合适的基极电流RC(集电极负载电阻集电极负载电阻)：将将 IC UC，使电流放大使电流放大 电压放大电压放大信号信号 ui 从从AA输入输入信号信号 uo从从BB输出输出2.2.1 共发射极放大电路各元件作用共发射极放大电路各元件作用+VCCRcC1C2RL+Rb+ABVCC(直流电源)：各极电压、电流的波形各极电压、电流的波形各极电压、电流的波形2.2.2 共发射极放大电路的静态分析共发射极放大电路的静态分析静态静态 ui=0，电路中只有直流电源作用。，电路中只有直流电源作用。静态工作点静态工作点 静态时，各极电流、电压反映在输入、静态时，各极电流、电压反映在输入、输出特性上的点，常用输出特性上的点，常用“Q”表示。表示。直流通路直流通路+VCCRcRb输入特性输入特性OiBuBE输出特性输出特性iC uCE OIB+UBE IBUBEQIC+UCE IBICUCEQ2.2.2 共发射极放大电路的静态分析静态 ui=0一、用估算法确定静态工作点一、用估算法确定静态工作点+VCCRcRbIB+UBE IC+UCE 取取 UBE=0.7 V(硅管硅管)0.2 V(锗管锗管)IC=IB UCE=VCC IC RC300 k 4 k 12 V =37.5=37.5 0.04 mA=1.5 mA=12 1.5 mA 4 k =6 V一、用估算法确定静态工作点+VCCRcRbIB+IC+取 二、用图解法确定静态工作点二、用图解法确定静态工作点RciCVCCiBAB(AB 右右)(AB左左)OuCEiCVCCVCC/RC直流负载线直流负载线斜率斜率 1/RcIBQQICQUCEQ二、用图解法确定静态工作点RciCVCCiBA(AB 右)(+VCCRcC1C2RL+Rb+ui+uo 300 k 4 k 4 k 12 V例如：例如：IB=40 AuCE=VCC iC RC=12 4 iC312Q1.56+VCCRcC1C2RL+Rb+300 k4 k4 k三、电路参数对静态工作点的影响三、电路参数对静态工作点的影响+VCCRcC1C2RL+Rb+ui+uo uCE=VCC iC RCOuCEiCVCCVCC/RC当当 Rc不变时不变时,R b IB ，“Q”下移；下移；当当 R b不变时不变时,R c UCE ，“Q”左移。左移。三、电路参数对静态工作点的影响+VCCRcC1C2RL+Rb2.2.3 用图解法分析动态工作情况用图解法分析动态工作情况动态动态 电路中接入电路中接入 ui 后的工作状态。电路中有直流电后的工作状态。电路中有直流电源作用形成的源作用形成的直流分量直流分量，输入电压作用形成的，输入电压作用形成的交流分量交流分量。交流通路交流通路只考虑变化的电压和电流的电路。只考虑变化的电压和电流的电路。电量的符号表示规则电量的符号表示规则A AA 主要符号；主要符号；A 下标符号。下标符号。A大写大写表示电量与时间无关表示电量与时间无关(直流、平均值、有效值直流、平均值、有效值)小写小写表示电量随时间变化表示电量随时间变化(瞬时值瞬时值)。A大写大写表示直流量或总电量表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值总最大值，总瞬时值)；小写小写表示交流分量。表示交流分量。总瞬时值总瞬时值直流量直流量交流有效值交流有效值tuOuBE =UBE +ube交流瞬时值交流瞬时值2.2.3 用图解法分析动态工作情况动态 电路中接入 u画交流通路的原则：画交流通路的原则：1.直流电源短路（因直流电源短路（因VCC内阻很小）。内阻很小）。2.耦合电容短路（耦合电容短路（1/j C 0）。）。画交流通路的原则：+VCCRcC1C2RL+Rb+ui+uo ui=sin t(mV)，图解分析各电压、电流值。图解分析各电压、电流值。uBE/ViB/AO0.7 VQuiOt tuBE/VO tiBIB交流负载线交流负载线uCE/ViC/mA41O23iB=10 A204050505QVCC直流负载线直流负载线VCC/RCO tiCICUCEOt tuCE/VUcemibicuce+VCCRcC1C2RL+Rb+ui=sin t uBE/ViB/A0.7 VQuit tuBE/VtiBIBQ交流负载线交流负载线（1/RL）uCE/ViC/mA41235Q直流负载线直流负载线（1/RC）tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcemibicuceOOOOOO当当 ui=0 uBE=UBE iB=IB iC=IC uCE=UCE当当 ui=Uim sin t ib=Ibmsin t ic=Icmsin t uce=Ucem sin t uo=uce iB =IB +Ibmsin t iC =IC +Icmsin t uCE=UCE Ucem sin t =UCE+Ucem sin(180 t)uBE/ViB/A0.7 VQuituBE/VtiBIBQ基本共发射极基本共发射极电路的波形：电路的波形：IBuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICUCEibicuceuoIB+ib+UBE+ui+UCE+uce +VCCRcC1C2RL+Rb+ui+uo IC+ic基本共发射极IBuiOt iB OtuCEOt在在求得静态工作点的基础上：求得静态工作点的基础上：1.画出交流负载线。画出交流负载线。2.当负当负载开路，交流负载线如何变化。载开路，交流负载线如何变化。+VCCRcC1C2RL+Rb+ui+uo 300 k 4 k 4 k 12 V 解解 交流负载电阻：交流负载电阻：3V交流负载线交流负载线当负载开路时，交、当负载开路时，交、直流负载线重合直流负载线重合在求得静态工作点的基础上：1.画出交流负载线。2.当负载2.2.4 BJT 的三个工作区域及放大电路的非线性失真的三个工作区域及放大电路的非线性失真一、一、BJT 的三个工作区域的三个工作区域iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43211.截止区：截止区：IB 0 2.IC=ICEO 03.条件：条件：两个结反偏两个结反偏2.放大区：放大区：3.饱和区：饱和区：uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时：uCE=uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V(硅管硅管)0.1 V(锗管锗管)UCE(SAT)=放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点：水平、等间隔水平、等间隔ICEO2.2.4 BJT 的三个工作区域及放大电路的非线性失真一、例例 2.2.3 判断如图电路判断如图电路UI=1V、3V、5V 时，时，BJT的工作状态的工作状态。VBBRBB解解 利用戴维宁定理：利用戴维宁定理：UI=1V：VBB=0.4 V,UBE Ibm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce交流负载线交流负载线二、放大电路的非线性失真因工作点不合适或者信号太大使放大2.“Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管：管：底部底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。PNP 管：管：顶部顶部失真为饱和失真。失真为饱和失真。IBS 基极临界饱和电流。基极临界饱和电流。不接负载时，交、直流负载线重合，不接负载时，交、直流负载线重合，V CC=VCC不发生饱和失真的条件：不发生饱和失真的条件：IB+I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQV CC2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界NPN 管：PN饱和失真的本质：饱和失真的本质：负载开路时：负载开路时：接负载时：接负载时：受受 Rc 的限制，的限制，iB 增大，增大，iC 不可能超过不可能超过 VCC/RC。受受 R L 的限制，的限制，iB 增大，增大，iC 不可能超过不可能超过 V CC/R L。C1+RcRb+VCCC2RL+uo+iBiCTui(R L=Rc/RL)饱和失真的本质：负载开路时：接负载时：受 Rc 的限制，iB三、最大输出幅值的估算三、最大输出幅值的估算最大不失真输出电压幅值最大不失真输出电压幅值 Uomax：当当“Q”靠近截止区时，靠近截止区时，Uomax=Ucut当当“Q”靠近饱和区时，靠近饱和区时，Uomax=UsatUcut=IC RLUsat=UCE UCE(sat)估算取估算取UCE(sat)=1 V三、最大输出幅值的估算最大不失真输出电压幅值 Uomax：例例 2.2.4 BJT硅管，硅管，=40，各电容足够大，求，各电容足够大，求“Q”、Uomax。解解 (1)求求“Q”直流负载线方程：直流负载线方程：uCE=VCC iC(Rc+Rd)=12 4 iCIC=1.6 mAUCE=5.6 V例 2.2.4 BJT硅管，=40，各电容足够大，求RL=R c/RL=3/6=2(k)(2)求求 UomaxUCE+ICRL=5.6+3.2=8.8 V交流负载线在水平轴的截距为：交流负载线在水平轴的截距为：Uomax=3.2 VRL=R c/RL=3/6=2(k2.2.5 用小信号模型法用小信号模型法(微变等效微变等效)分析动态分析动态微变等效的依据：微变等效的依据：1.1.非线性电路经适当近似后可按线性电路对待。非线性电路经适当近似后可按线性电路对待。2.利用叠加定理，分别分析电路中交、直流成分。利用叠加定理，分别分析电路中交、直流成分。3.动态是输入信号电压在直流静态工作点的基础上，动态是输入信号电压在直流静态工作点的基础上，各极电流、电压的变化。各极电流、电压的变化。2.2.5 用小信号模型法(微变等效)分析动态微变等效的依据一、一、BJT 的小信号简化模型的小信号简化模型1.输入回路的模型输入回路的模型动态电阻：动态电阻：一、BJT 的小信号简化模型1.输入回路的模型动态电阻：BJT内部电阻示意图内部电阻示意图becbr bbr bb 基区体电阻基区体电阻r ber be 发射结电阻发射结电阻r ere 集电区体电阻集电区体电阻r bb通常为几百欧（取通常为几百欧（取 300 ）re=r be+re r be 注意！注意！r be UBE/IB，因为，因为r be是动态电阻，而是动态电阻，而式右是静态参数，式右是静态参数，不能混淆。不能混淆。BJT内部电阻示意图becbr bbr bb 基区2.输出回路的模型输出回路的模型BJT 小信号模型小信号模型+uce+ube ibicCBErbe Eibic ic+ube+uce BC2.输出回路的模型BJT 小信号模型+ibicCBEr2.输出回路的模型输出回路的模型BJT 小信号模型小信号模型+uce+ube ibicCBErbe Eibic ic+ube+uce BC注意！注意！小信号模型：小信号模型：（1）未考虑）未考虑BJT结电容的影响，故只适用于低频信号。结电容的影响，故只适用于低频信号。（2）当信号较大，但非线性失真不严重时或计算精度）当信号较大，但非线性失真不严重时或计算精度要求不高时，仍可使用。要求不高时，仍可使用。（3）只能用于放大电路的动态分析，不能用于计算静）只能用于放大电路的动态分析，不能用于计算静态工作点。态工作点。（4）适于）适于NPN和和PNP管，不必改电压、电流参考方向。管，不必改电压、电流参考方向。2.输出回路的模型BJT 小信号模型+ibicCBEr3.放大电路的输入、输出电阻放大电路的输入、输出电阻输入电阻：输入电阻：Ri 越大，越大，Ui 与与 Us 越接近。越接近。输出电阻：输出电阻：（1）实验法：）实验法：（2）加压法求流法：）加压法求流法：+URo越小带载能力越强越小带载能力越强3.放大电路的输入、输出电阻输入电阻：Ri 越大，Ui二、用小信号模型分析共射放大电路二、用小信号模型分析共射放大电路+VCCRcC1C2RL+Rb+ui+uo AABB1.画简化画简化小信号模型电路小信号模型电路2.求电压放大倍数求电压放大倍数RL=Rc/RL3.求输入电阻求输入电阻4.求输出电阻求输出电阻Ro=RC+Uo+RbRLrbe e IcbcRCIbIcUiIi+输入输出输入输出相位相反相位相反二、用小信号模型分析共射放大电路+VCCRcC1C2RL+R5.源电压放大倍数源电压放大倍数+Uo+RbRLrbe e IcbcRCIbIcUiUsRsIi5.源电压放大倍数+RbRLrbe e IcbcRC