晶体管放大电路课件

第第6章章 晶体管放大电路晶体管放大电路 6.1 晶体管放大电路的基本概念晶体管放大电路的基本概念 6.2 晶体管放大电路的基本分析方法晶体管放大电路的基本分析方法 6.3 射极输出器射极输出器6.4 多级放大电路多级放大电路1第6章 晶体管放大电路 6.1 晶体管放大电路的学习要点学习要点掌握共射放大电路组成、工作原理、掌握共射放大电路组成、工作原理、性能特点及分析方法性能特点及分析方法了解射极跟随器基本特点和多级放大了解射极跟随器基本特点和多级放大器的组成和分析器的组成和分析 2学习要点掌握共射放大电路组成、工作原理、性能特点及分析方法2 6.1 晶体管放大电路的基本概念晶体管放大电路的基本概念6.1.1 概述概述一、放大电路的主要任务一、放大电路的主要任务：把微弱的电信号加以：把微弱的电信号加以放大，然后送到负载（某种用电设备）如放大，然后送到负载（某种用电设备）如仪表扬声器等仪表扬声器等实质：能量转换装置实质：能量转换装置二、放大器的分类二、放大器的分类：按哪个极作为接地端分为：共基极电路、共射极按哪个极作为接地端分为：共基极电路、共射极电路、共集电极电路电路、共集电极电路按功能分：电压放大器、电流放大器、功率放大器按功能分：电压放大器、电流放大器、功率放大器按频率高低分：低频、中频、高频放大器按频率高低分：低频、中频、高频放大器3 6.1 晶体管放大电路的基本概念6.1.1 概述二6.1.2 低频电压放大电路的组成低频电压放大电路的组成46.1.2 低频电压放大电路的组成4（1）晶晶体体管管V 放放大大元元件件，用用基基极极电电流流iB控控制制集集电电极极电电流流iC。（2）电电源源UCC和和UBB 使使晶晶体体管管的的发发射射结结正正偏偏，集集电电结结反反偏偏，晶晶体体管管处处在在放放大大状状态态，同同时时也也是是放放大大电电路路的的能能量量来源，提供电流来源，提供电流iB和和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。一般在几伏到十几伏之间。（3）偏偏置置电电阻阻RB 用用来来调调节节基基极极偏偏置置电电流流IB，使使晶晶体体管管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。（4）集集电电极极负负载载电电阻阻RC。将将集集电电极极电电流流iC的的变变化化转转换换为为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。（5）电电容容Cl、C2 用用来来传传递递交交流流信信号号，起起到到耦耦合合的的作作用用。同同时时，又又使使放放大大电电路路和和信信号号源源及及负负载载间间直直流流相相隔隔离离，起起隔隔直直作作用用。为为了了减减小小传传递递信信号号的的电电压压损损失失，Cl、C2应应选选得得足足够够大大，一一般般为为几几微微法法至至几几十十微微法法，通通常常采采用用电电解解电电容器。容器。5（1）晶体管V 放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC共发射极放大电路的实用电路（固定式偏置电路）共发射极放大电路的实用电路（固定式偏置电路）6共发射极放大电路的实用电路（固定式偏置电路）6(1)静态工作点及作用:静态：静态：静态：静态：是指无交流信号输入时，电路中的电流、电是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都处不变（直流）的状态，静态时三极管各极电流压都处不变（直流）的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点和电压值称为静态工作点Q（主要指主要指IBQ、ICQ和和UCEQ）。）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和和UCEQ。用直流通路进行分析用直流通路进行分析一一.静态分析静态分析静态工作点的作用静态工作点的作用 静态工作点保证一个放大器不失真的把静态工作点保证一个放大器不失真的把输入信号放大并输出即放大电路必须输入信号放大并输出即放大电路必须有一个合适的静态工作点有一个合适的静态工作点.6.2 晶体管放大电路的基本分析方法晶体管放大电路的基本分析方法7(1)静态工作点及作用:一.静态分析静态工作点的作用 (2)静态工作的计算静态工作的计算方法:画出放大电路的直流通路(即把放大电路中的电容看作开路,交流电源看作短路8(2)静态工作的计算方法:画出放大电路的直流通路(即把放大IB=40A的输出特性曲线由由UCE=UCCICRC所决定的直流负载线所决定的直流负载线两者的交点两者的交点Q就是静态工作点就是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为UCEQ静态工作点的作图求解方法9IB=40A的输出特性曲线由UCE=UCCICRC所决定动态：动态：动态：动态：是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压共同作用下工作，电路中的电压uCE=UCEQ-icRc(负号表示负号表示uce反向反向)、电流、电流iB=IBQ+ib和和iC=ICQ+ic均包含交、直流两个分量。均包含交、直流两个分量。二二.动态分析动态分析（1）.电压放大的过程交流输入信号ui 通过输入耦合电容C1引起晶体三极管T基射极电压u BE变化，使基极电流iB作相应变化；由于三极管T的电流放大作用，使集电极电流（iC=iB）相应作更大变化，较大的iC在RC上产生的交流输出电压通过输出耦合电容C2送到负载RL上。只要电路元件选择合适，输出电压uO比输入电压ui要大很多，从而实现了电压放大作用。10动态：是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相(2)电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算交交交交流流流流通通通通路路路路：（ui单单独独作作用用下下的的电电路路）。由由于于电电容容C1、C2足足够够大大，容容抗抗近近似似为为零零（相相当当于于短短路路），直直流流电电源源UCC去去掉掉（相相当当于于短短接）。接）。11(2)电压放大倍数的计算交流通路：（ui单独作用下的电路）。电压放大倍数电压放大倍数式中式中RL=RC/RL。当当RL=（开路）时开路）时12 电压放大倍数式中RL=RC/RL。当RL=（开路）时 输入电阻输入电阻Ri输出电阻输出电阻RO注意:输出电阻不包括负载电阻13 输入电阻Ri输出电阻RO注意:输出电阻不包括负载电阻13例例6-1 在图在图8.8所示电路中，已知所示电路中，已知Ec=12V，Rc=4 k，RB=400 k，RL=4 k，=50,r be=1.2 k。试求：（。试求：（1）静态工作点；（）静态工作点；（2）负载电阻）负载电阻RL接入前、后放接入前、后放大器的电压放大倍数；（大器的电压放大倍数；（3）如果输入电压的有效值）如果输入电压的有效值Ui=10mV，求负载电，求负载电阻阻RL接入前后放大器输出电压的有效值。接入前后放大器输出电压的有效值。解：（1）计算静态工作点 I BQ =0.03 mA I CQ=IBQ=50 0.03=1.5 mA I EQ I CQ=1.5 mA UCEQ=Ucc ICQ Rc=12 1.5 4=6V（2）计算电压放大倍数 负载接入前：Au=167 负载接入后：RL=2 k Au=83.5 14例6-1 在图8.8所示电路中，已知Ec=12V，Rc3）计算输出电压的有效值负载接入前：Uo=|Au|Ui=1670.01=1.67 V负载接入后：Uo=|Au|Ui=83.50.01=0.835 V 可见，放大器带上负载后，放大倍数和输出电压会明显下降。153）计算输出电压的有效值15 6.3 射极输出器射极输出器 因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是的公共端，所以是的公共端，所以是的公共端，所以是共集电极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路。因从发射极输出，所以称射极输出器。因从发射极输出，所以称射极输出器。因从发射极输出，所以称射极输出器。因从发射极输出，所以称射极输出器。RB+UCCC1C2RE ERLui+uo+es+RS16 6.3 射极输出器 因对交流信号而言，集电极是输入与求求求求Q Q点：点：点：点：6 6.3 3.1 .1 静态分析静态分析静态分析静态分析直流通路直流通路直流通路直流通路+UCCRBRE E+UCE+UBEIE EIBICRB+UCCC1C2RE ERLui+uo+es+RS17求Q点：6.3.1 静态分析直流通路+UCCRBRE+6.6.3 3.2 .2 动态分析动态分析动态分析动态分析1.1.电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数 电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数A Au u 1 1 1 1且输入输出同相，输出电压且输入输出同相，输出电压且输入输出同相，输出电压且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，跟随输入电压，跟随输入电压，跟随输入电压，故称电压跟随器。故称电压跟随器。故称电压跟随器。故称电压跟随器。微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE18 6.3.2 动态分析1.电压放大倍数 电压放大倍数rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.2.输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻 射极输出器的射极输出器的射极输出器的射极输出器的输入电阻高，对输入电阻高，对输入电阻高，对输入电阻高，对前级有利。前级有利。前级有利。前级有利。r ri i 与负载有关与负载有关与负载有关与负载有关19rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.输入电阻 3.3.输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE203.输出电阻rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE20共集电极放大电路共集电极放大电路(射极输出器射极输出器)的特点：的特点：1.1.电压放大倍数小于电压放大倍数小于电压放大倍数小于电压放大倍数小于1 1，约等于，约等于，约等于，约等于1;1;2.2.输入电阻高；输入电阻高；输入电阻高；输入电阻高；3.3.输出电阻低；输出电阻低；输出电阻低；输出电阻低；4.4.输出与输入同相。输出与输入同相。输出与输入同相。输出与输入同相。21共集电极放大电路(射极输出器)的特点：1.电压放大倍数小于射极输出器的应用射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。1.1.因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，第一级，可以提高输入电阻，第一级，可以提高输入电阻，第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担减轻信号源负担减轻信号源负担减轻信号源负担。2.2.因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，末级，可以降低输出电阻，末级，可以降低输出电阻，末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。提高带负载能力。提高带负载能力。提高带负载能力。3.3.利用利用利用利用 ri i 大、大、大、大、ro o小以及小以及小以及小以及 A Au u 1 1 1 1 的特点，也可将的特点，也可将的特点，也可将的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，匹配作用，匹配作用，匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间这一级射极输出器称为缓冲级或中间这一级射极输出器称为缓冲级或中间这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。隔离级。隔离级。隔离级。22射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。例例例例1:1:.在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V,RE=2k,RB=200k，RL=2k，晶体管，晶体管=60，UBE=0.6V,信号源内阻信号源内阻RS=100，试求试求:(1)静态工作点静态工作点 IB、IE 及及 UCE；(2)(2)画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3)Au、ri 和和 ro。RB+UCCC1C2RE ERLui+uo+es+RS23例1:.在图示放大电路中，已知UCC=12V,解解解解:(1)(1)由直流通路求静态工作点。由直流通路求静态工作点。由直流通路求静态工作点。由直流通路求静态工作点。直流通路直流通路直流通路直流通路+UCCRBRE E+UCE+UBEIE EIBIC24解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路+UCCRBRE+各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。1 1 1 1阻容耦合放大电路的特点阻容耦合放大电路的特点6.4 多级放大电路多级放大电路6.4.1 多级放大电路的分类多级放大电路的分类:25各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。优点：各级静态工作点2.变压器变压器耦合耦合优点优点:前后两级的静态工作点互不影响前后两级的静态工作点互不影响缺点缺点:耦合电容使信号能量受到损耗耦合电容使信号能量受到损耗3.直接耦合直接耦合直接耦合直接耦合（a）变压器耦合 （b）直接耦合优点优点:前后两极的静态工作点相互影响前后两极的静态工作点相互影响缺点缺点:前后两级的信号传递不受损耗前后两级的信号传递不受损耗262.变压器耦合优点:前后两级的静态工作点互不影响缺点（1）静态分析：各级单独计算各级单独计算。（2）动态分析电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。输入电阻就是第一级的输入电阻。输出电阻就是最后一级的输出电阻。阻容耦合放大电路分析阻容耦合放大电路分析6.4.2 阻容耦合放大电路的分析阻容耦合放大电路的分析27（1）静态分析：各级单独计算。（2）动态分析注意：计算前级的28282929303031313232知识拓展知识拓展1.电子门铃的原理电子门铃的原理 2.闪光陀螺的原理闪光陀螺的原理33知识拓展1.电子门铃的原理2.闪光陀螺的原理331.电子门铃的原理电子门铃的原理电子门铃是一个简单有趣实用的电子小制作。其原理很简单，通电子门铃是一个简单有趣实用的电子小制作。其原理很简单，通过它的学习可以掌握一些基本的电子知识。过它的学习可以掌握一些基本的电子知识。（一）主要元件和工作原理如图所示，这是一个晶体管如图所示，这是一个晶体管RCRC移相音频振荡器，移相音频振荡器，R R4 4 和和R RP P 是偏置电阻，是偏置电阻，C C4 4是耦合电容，是耦合电容，S S是门铃按钮。当是门铃按钮。当按下按下S S时，电源接通，通过时，电源接通，通过C C1 1C C3 3、R R1 1 R R3 3 组成移相组成移相电路，共移相电路，共移相1801800 0，实现了正反馈，通过晶体管具有，实现了正反馈，通过晶体管具有放大作用电路起振，从扬声器中发出悦耳的声音。放大作用电路起振，从扬声器中发出悦耳的声音。341.电子门铃的原理 电子门铃是一个简单有趣实用的电子小制作SR52KR110KR210KR310KRP100KR55.1K+C410 C18200 C28200C38200 B8VT3DG6E3V 电子门铃的原理图电子门铃的原理图35SR5R1R2R3RPR5+C4 C1 C2C3 2.闪光陀螺的原理闪光陀螺的原理闪光陀螺是一个十分有趣的电子玩具，它在静止时不发光，看闪光陀螺是一个十分有趣的电子玩具，它在静止时不发光，看不到光环。但是，当你把闪光陀螺旋转起来后，它便会交替出不到光环。但是，当你把闪光陀螺旋转起来后，它便会交替出现红绿两种颜色的两个光环，内外轮流闪光，令人赏心悦目。现红绿两种颜色的两个光环，内外轮流闪光，令人赏心悦目。（1 1）闪光陀螺的电路是一个典型的自激多谐振荡器，它两个晶体管）闪光陀螺的电路是一个典型的自激多谐振荡器，它两个晶体管VTVT1 1和和VTVT2 2以及电阻、电容等组成，两个发光二极管以及电阻、电容等组成，两个发光二极管VDVD1 1、VDVD2 2分别接在分别接在两个晶体管的集电极回路中，如图所示。当某个晶体管导通时，该两个晶体管的集电极回路中，如图所示。当某个晶体管导通时，该侧的发光二极管便被点亮。电源开关侧的发光二极管便被点亮。电源开关S S被接通后，电路起振，两个晶被接通后，电路起振，两个晶体管体管VTVT1 1和和VTVT2 2轮流导通，两个发光二极管轮流导通，两个发光二极管VDVD1 1、VDVD2 2便交替闪亮。便交替闪亮。（2 2）两个发光二极管）两个发光二极管VDVD1 1、VDVD2 2可选用高亮度的发光二极管，一个为可选用高亮度的发光二极管，一个为红色，另一个为绿色。红色，另一个为绿色。（3 3）电源开关）电源开关S S是一个离心开关，在静止时离心开关是一个离心开关，在静止时离心开关S S处于断开状态，处于断开状态，整个电路不工作。当陀螺旋转起来后，利用离心力的作用，整个电路不工作。当陀螺旋转起来后，利用离心力的作用，S S闭合，闭合，接通电源，电路起振。接通电源，电路起振。362.闪光陀螺的原理闪光陀螺是一个十分有趣的电子玩具，它在VT29041VT19041+C147C2 +47R451R315R215R151VD1（红）VD2（绿）E3VS37VT2VT1+C1C2 +R4R3R2R1VD1