福建中职学校—电子技术基础与技能—三极管基本放大电路（理解）2

2023 第2章三极管基本放大电路 概念、电路图、计算 01 放大电路使用历史及演化 发展 使用历史及演化 放大器电路在不同时期在电子领域中有扮演着不同的角色： 用于中继传播设施。例如在旧式电话线路中，用弱电流控制外呼线路的电源电压。 用于音频广播。范信达（Reginald Fessenden）在1906年12月24日，首次把碳粒式麦克风作为放大器，应用于调频广播传送装置中，把声音调制成射频源。 20世纪60年代，真空管开始淘汰。但在当时，一些大功率放大器或专业级的音频应用（例如吉他放大器和高保真放大器）仍然会采用真空管放大器电路，许多广播发射站也仍然使用真空管。 20世纪70年代开始，越来越多的晶体管被连接到一块芯片上来制作集成电路。如今大量商业上通行的放大器都是基于集成电路的。 02 三极管基本放大电路 概念、电路连接方式 三极管基本放大电路 放大器电路，或称放大电路，能增加信号的输出功率。本质上是一种能量控制装置。 组成框图 简言之，放大器电路用来获得比输入信号更强的输出信号。通过把微弱的电信号增强到所要求的电压、电流或功率值。 放大电路的连接方式 根据放大电路输入、输出端的不同，放大电路有三种组态，即共发射极、共集电极、共基极。 共发射极：基极为输入端，集电极为输出端，发射极为公共端。 共集电极：基极为输入端，发射极为输出端，集电极为公共端。 共基极：发射极为输入端，集电极为输出端，基极为公共端。 实战演练 例：试判断下图所示的放大电路属于哪一种方式。( ) (a)共e (b)共b (c)共c b 03 共发射极放大电路 概念、电路图、原理、计算 共发射极放大电路组成 共发射极放大电路中，结构简单，但由于VCC和Rb是定值，所以提供的基极电流IBQ也是定值，因电路不能自动调节静态工作点故称为固定偏置放大电路。三极管T处于放大状态。 T（三极管）：电流放大作用； VCC（直流电源）：提供偏压和能量； Rb（基极偏置电阻）：给三极管基极提供合适的偏置电流； RC（集电极负载电阻）：将三极管的电流放大转换为电压放大； C1、C2（耦合电容）：传递交流信号，隔断直流信号。 +UCC Rb Rc + C2 - - C1 + + Rs RL Ui Uo + Us - - 具备电压、电流、功率放大作用 放大电路中电压、电流符号规定 大写物理量符号，大写下标，表示直流信号。如IB、IC、UCE 小写物理量符号，小写下标，表示交流信号。如ib、ic、uce 小写物理量符号，大写下标，表示交流和直流叠加信号。如iB、iC、uCE 大写物理量符号，小写下标，表示交流信号的有效值。如Ib、Ic、Uce 共发射极放大电路的工作原理 ui直接加在三极管V的基极和发射极之间，引起基极电流iB作相应的变化。 通过三极管VT的电流放大作用，VT的集电极电流iC也将变化。 iC的变化引起V的集电极和发射极之间的电压uCE变化。 uCE中的交流分量uce经过电容C2畅通地传送给负载RL，成为输出交流电压uo，实现了电压放大作用。同时，uo与ui相位相反，具有反向作用（相差180°）。 ωt ui/mV 0 ωt uBE/mV UBEQ 0 iB/μA ωt 60 40 20 0 iC/mA ωt 3 2 1 0 uCE/V ωt 7.5 6.0 4.5 0 小信号放大器的主要性能指标 1. 放大倍数 （1）电压放大倍数：指放大电路输出电压与输入电压之比，定义为Au=Uo/Ui （2）电流放大倍数：指放大电路输出电流与输入电流之比，定义为Ai=Io/Ii （3）功率放大倍数：指放大电路输出功率与输入功率之比，定义为Ap=Po/Pi 电压总放大倍数等于各级电压放大倍数之积。 Au总=Au1×Au2×....... 小信号放大器的主要性能指标 2.电压增益G——用分贝数表示放大倍数，单位为分贝(dB)。 （1）电压增益：Gu=20IgAu（dB） （2）电流增益：Gi=20IgAi（dB） （3）功率增益：Gp=10IgAp（dB） 电压总增益等于各级电压增益之和。 Gu总=Gu1+Gu2+....... 小信号放大器的主要性能指标 3.输入电阻Ri——Ri越大，放大器输入端得到的输入电压越高 Ri=Ui/Ii 4.输出电阻Ro——Ro越小，放大器输出端带负载的能力越强 Ro=Uo/Ui 放大电路的分析 交流输入信号ui和直流电源Ucc的存在，致使电路中直流量和交流量共同存在。而且，由于耦合电容的存在，直流量和交流量所流经的路径不同。通常将直流电源对电路的作用和输入交流信号对电路的作用区分开来，分成直流通路（静态分析）和交流通路（动态分析）。 放大电路的分析 1.直流通路指输入信号（输入信号ui=0）时，在直流电源作用下直流量流通的路径，称为静态电流流通的通路，用于确定电路的静态工作点（IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ）。 2.绘制放大电路的直流通路原则:信号源视为短路，电容视为开路。 放大电路的分析 在分析静态工作点时，三极管的结压降 硅管：UBE=0.6~0.8V，通常取0.7V 锗管：UBE=0.1~0.3V，通常取0.3V 静态工作点通常需要确定IBQ、ICQ、UCEQ。 实战演练1 例：如图所示，三极管为硅管，计算静态工作点。 +12V 280k 3kΩ β=50 直流通路 实战演练2 例：如图所示，已知UCC =12V, RB =300 kΩ, RC =4kΩ, β=50,求放大电路的静态工作点IBQ 、ICQ和UCEQ。 = 0.04 mA = 40μA ICQ =βIBQ = 50×0.04 = 2 mA UCEQ = UCC - ICQRC = 12 - （2×10-3×4×103 )=4V = IBQ ≈ 实战演练3 例：如图所示，已知UCC =12V, RB =240 kΩ, RC =3kΩ, β=40,求放大电路的静态工作点IBQ 、ICQ和UCEQ。 = 0.05 mA = 50μA ICQ =βIBQ = 40×0.05 = 2 mA UCEQ = UCC - ICQRC = 12 - （2×10-3×4×103 )=4V = IBQ ≈ 静态工作点对波形失真的影响 放大电路起放大作用的前提:保证输出波形能正确反映输入信号的变化，即要求输出波形不失真，否则就失去了放大的意义。 由于晶体管是个非线性器件，若静态工作点选择不当，会使放大器输出波形产生明显的非线性失真。 静态工作点对波形失真的影响 1. 非线性失真 （1）截止失真 放大电路中的三极管有部分时间工作在截止区而引起的失真，称为截止失真。 1）引起截止失真的主要原因：IBQ过小，Q点在截止区或靠近截止区。 2）改善方法：增大IB，即减小RB。 静态工作点对波形失真的影响 1. 非线性失真 （2） 饱和失真 放大电路中的三极管有部分时间工作在饱和区而引起的失真，称为饱和失真。 1）引起饱和失真的主要原因：是Q点在饱和区或靠近饱和区，即UCEQ过小； 2）改善方法：增大RB是最好的方法。 放大电路的分析 动态:放大电路输入端加上交流信号ui的工作状态。 动态分析，又称交流分析，用来求出电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro三项性能指标。 分析方法:微变等效电路法(重点掌握) 绘制放大电路的交流通路原则:信号源视为短路，电容视为短路。 放大电路的分析 （1）输入电阻和输出电阻的估算。 三极管基极和发射极之间存在一个等效电阻，称为三极管的输入电阻，用rbe 表示。在低频小信号时，用下式估算。 b c + + ib ic rbe βib - - e ube uce ① 三极管输入电阻 rbe的估算公式 放大电路的分析 对信号源而言，放大电路相当于它的负载，其等效的负载电阻称为放大电路的输入电阻，定义为: （RB>>rbe） （1）输入电阻和输出电阻的估算。 　　② 三极管输入电阻 Ri的估算 放大电路的分析 Ro 的估算是从放大器输出端(不包括外接负载电阻)看进去的交流等效电阻。即Ro=Rc （1）输入电阻和输出电阻的估算。 ③三极管输出电阻 Ro的估算 Ri越大，从信号源索取的电流越小，输入电压越接近信号源电压。Ro越小，放大电路可以输出更大的电流，即可以带更多的负载。 放大电路的分析 （1）电压放大倍数的估算 放大器输出端外接负载电阻 RL 时，等效负载电阻 Ii Ib Ic Io b c + + Rs Ui Rb rbe βIb Rc RL Uo + Us - - e - ri r'i ro 负号表示输出电压 vo 的相位与输入电压 vi 相位相反。 例：图示的电路中，设三极管  = 50，其余参数见图。试求：（1）静态工作点；（2）rbe ；（3）Av ；（4）ri ；（5）ro 。 　　解:（1）求静态工作点 = 50 × 44.4 A = 2.2 mA =12 V - 2.2 mA ×3 k = 5.4 V 　实战演练 　　（2） rbe 　　（3）求电压放大倍数 AV 　实战演练 　　（4）求输入电阻 　　（5）求输出电阻 rO=RC=3 k 　实战演练 估算静态工作点 2.估算输入电阻、输出电阻和电压放大倍数 （1） 晶体管输入电阻rbe rbe =300Ω+（1+β）26mV/IE（mA） ≈ （2） 放大器的输入电阻ri ri =RB∥rbe ≈rbe （3） 放大器的输出电阻ro ro ≈RC （4） 电压放大倍数Au 放大电路未带负载时 Au = Au = 放大电路带载时 Au = 答疑时间到 本节内容结束！ 2023 $$