三极管放大电路工作原理及功能分析课件.ppt

1、第二章第二章 BJT放大电路基础放大电路基础2.1 放大电路的工作原理和图解分析放大电路的工作原理和图解分析2.2 三种基本组态放大电路的特性与分析三种基本组态放大电路的特性与分析 2.3 BJTBJT组合放大电路组合放大电路2.1 放大电路的工作原理和图解分析放大电路的工作原理和图解分析2.1.1 放大电路的工作原理和图解分析放大电路的工作原理和图解分析2.1.2图解法与动态工作分析图解法与动态工作分析2.1.1 共射放大电路的组成及其交、直流通路共射放大电路的组成及其交、直流通路1 电电路路基基本本组组成成：1 1）入入信信号号源源：uS，RS 2 2）负负载载：RL 3 3）射射极极基基

2、本本放放大大器器：（1 1）输输入入回回路路：C C1 1：输输入入耦耦合合电电容容，隔隔直直 Rb1,Rb2基基极极偏偏置置电电阻阻 Re射射极极偏偏置置电电阻阻（直直流流负负反反馈馈）(稳稳定定工工作作点点)Ce射射极极旁旁路路电电容容1 电电路路基基本本组组成成：（2 2）输输出出回回路路：RC：集集电电极极偏偏置置电电阻阻，具具有有把把 集集电电极极电电流流 iC转转化化成成集集电电 极极电电压压 Ec输输出出。C2：输输出出耦耦合合电电容容，（隔隔直直）使使 放放大大器器与与负负载载之之间间直直流流隔隔 离离，而而交交流流耦耦合合。2.1.1 共射放大电路的组成及其交、直流通路共射放

3、大电路的组成及其交、直流通路一 共射放大电路的组成及其交、直流通路共射放大电路的组成及其交、直流通路1 电电路路基基本本组组成成：4 4）直直流流电电源源EC：为为放放大大器器提提供供直直流流偏偏置置 提提供供能能量量，即即在在uS的的控控制制下下把把直直流流能能 量量通通过过T转转换换成成交交流流能能量量放放大大输输出出。另另外外，电电路路中中含含有有两两个个独独立立电电源源 直直流流电电源源EC 交交流流信信号号源源uS 在在两两电电源源共共同同作作用用下下，由由线线性性网网络络的的 选选加加原原理理电电路路中中各各支支路路上上的的电电压压和和电电流流应应 等等于于每每个个 独独立立电电源

4、源单单独独作作用用于于网网络络时时产产生生 的的电电压压和和电电流流之之和和，即即：iB=IB+ib iC=IC+ic uCE=UCE+uce 电路仿真127345返回A A：直直流流偏偏置置问问题题：待待求求问问题题：Q（IB、IC、UCE）分分析析方方法法：估估算算法法 等等效效电电源源法法 直直流流通通道道 图图解解法法 B B：交交流流传传输输问问题题：待待求求问问题题：输输入入、输输出出电电阻阻：R i、Ro 电电流流、电电压压、功功率率增增益益：A i、A u、A p 分分析析方方法法：图图解解法法 交交流流通通道道 等等效效电电路路法法 5）放大器有两类基本的问题：放大器有两类基

5、本的问题：2 2 直流通道（直流等效电路）直流通道（直流等效电路）(1 1)直直流流通通道道画画法法:原原则则：放放大大电电路路中中所所有有电电容容开开路路，电电感感短短路路，变变压压器器初初级级和和次次级级之之间间开开路路，所所剩剩电电路路即即为为直直流流通通道道 交交流流信信号号源源取取零零值值 原原因因：当当0 时时 cj1 0Lj (2 2)静静态态工工作作点点 QQ 的的估估算算法法 估估算算步步骤骤：A：计计算算 UB：一一般般有有I1IB,I1(510)IB 而而：Si:UBE=0.6-0.7（V）Ge:UBE=0.2-0.3 （V）2b2b1bcBRRREU B：cBeBEBE

6、EcIIRUUIII C C：eCCCeECCCCERRIERIRIEU 2 2 直流通道（直流等效电路）直流通道（直流等效电路）UBI BI 1I C+UCE-+UBE-I 2I E休息1休息2返回A A：利用戴文宁定律简化基极偏置电路：利用戴文宁定律简化基极偏置电路 其中其中：221bbbCBBRRREU Rb=Rb1/Rb2 B B：列列出出输输入入回回路路偏偏置置方方程程：UBBIBRb+UBE+(IB+IC)Re ebBEBBBR1RUUI (ICIB)，UBE:s i:0.6-0.7V Ge:0.2V C:Ic=IB 输输出出回回路路偏偏置置方方程程：UCE=Ec-IcRC-IER

7、eEc-Ic(Rc+RE)(Ic=IEIE)(3)(3)等效电源法：等效电源法：休息1休息2返回（1 1）交交流流通通道道画画法法：耦耦合合、旁旁路路电电 容容短短路路 直直流流电电源源对对地地短短 路路 扼扼流流电电感感开开路路输输入入回回路路利利用用戴戴文文宁宁原原理理可可以以简简化化：Rb=RsRb1Rb2 sbbsbbsuR/RRR/Ru2121 3 3：交流通道交流通道休息1休息2返回2.1.2 2.1.2 图解法与动态工作分析图解法与动态工作分析图图解解法法：利利用用晶晶体体管管的的特特性性曲曲线线和和外外电电路路特特性性经经作作图图 ,分分析析放放大大器器工工作作状状态态：静静态

8、态分分析析：特特性性曲曲线线 直直流流负负载载线线：输输入入回回路路直直流流负负载载线线 确确定定静静态态工工作作点点QQ 输输出出回回路路直直流流负负载载线线 动动态态分分析析：特特性性曲曲线线 交交流流负负载载线线：输输入入回回路路交交流流负负载载线线 输输入入信信号号和和输输出出信信号号的的关关系系 输输出出回回路路交交流流负负载载线线休息1休息2返回 1 1 作直流负载线作直流负载线图解图解Q点点（1 1）输输入入回回路路直直流流负负载载线线 beBBEBBRR1IUU 可可得得回回路路直直流流负负载载线线：ebBEBBBR1RUUI 直直流流负负载载线线 BEBUfi 输输入入特特性

9、性曲曲线线 输输入入回回路路的的静静态态工工作作点点 Q（UBE.IB）；就就是是直直流流负负载载线线与与输输入入特特性性曲曲线线的的交交点点。输输入入回回路路直直流流负负载载线线的的画画法法：利利用用截截距距式式确确定定两两点点：B B 点点坐坐标标：(0,ebBBR1RU )A A 点点坐坐标标：（UBB，0）BIBUBEAi BBEuICIEIBICICIEIEIEQ休息1休息2IBIBIBIB返回i CuCEICUCEGFIBQ (2)输输出出回回路路直直流流负负载载线线：由由 输输 出出 回回 路路 偏偏 置置 方方 程程：ECUCEICRC+IeRe =UCE+IC(RC+Re)可

10、可得得输输出出回回路路直直流流负负载载线线：IC=(EC-UCE)/(RC+Re)直直流流负负载载线线 iC=f(IBQ ,uCE)输输出出特特性性曲曲线线 输输出出直直流流负负载载线线的的画画法法：利利用用截截距距式式确确定定两两点点：G 点：（0，EC（RCRe）F 点：（EC，0）1 1 作直流负载线作直流负载线图解图解Q点点QIEIC+UCE-休息1休息2返回 (1 1)输输入入回回路路的的动动态态特特性性方方程程与与交交流流负负载载线线 输输入入回回路路外外电电路路动动态态方方程程：ube=us-ibRb 总总瞬瞬态态电电流流:iB=IB+ib=IB+(us-ube)/Rb 而而总总

11、瞬瞬态态电电压压：uBE=UBE+ube 得得 ube=uBE-UBE代代入入上上式式 所所以以 交交流流负负载载线线：BEBEsbBBUuuR1Ii Bi BIBUBEABEuH2 2 作交流负载线作交流负载线交流动态分析交流动态分析Q 交流负载线的画法：交流负载线的画法：a:交流负载线一定过静态工作点交流负载线一定过静态工作点 Q （因为当（因为当 us=0 时时，uBE=UBE,iB =IB)b :利用截距式：当利用截距式：当 us=0，令令 iB0，得得 uBE=UBE+IBRb,可得点可得点 HH（0，UBEIBRb）c :连连接接QQ、HH两两点点即即为为输输入入回回路路交交流流负

12、负载载线线+ube -ib休息1休息2返回+ube -ibiC 输输 出出 回回 路路 动动 态态 方方 程程：ic=-uce/RL 总总 瞬瞬 态态 电电 流流：iC=IC+ic=IC-uce/RL 总总 瞬瞬 态态 电电 压压：uCE=UBE+uce得得 uce=uCE-UCE 交交 流流 负负 载载 线线 所所 以以 iC=IC-(uCE-UCE)/RL ICUCEGFIBQD 交交 流流 负负 载载 线线 的的 画画 法法：a a：交交流流负负载载线线一一定定过过静静态态工工作作点点：即即当当，uCE=UCE iC=IC 得 Q(2)(2)输出回路的动态方程与交流负载线输出回路的动态方

13、程与交流负载线+uce-b b：利用截距式：利用截距式：令令 iC=0 得得：uCE=UCE+ICRL 可得可得 D 点点：（：（0，UCEICRL）c c:连连接接 Q、D 两两点点即即为为输输出出回回路路 交交流流负负载载线线i CuCEQ休息1休息2返回二二 图解法与动态工作分析：图解法与动态工作分析：3 3 动动态态工工作作状状况况分分析析 设加入小信号正弦电压：设加入小信号正弦电压：us=Usmsint 利利用用输输入入特特性性曲曲线线加加在在发发射射结结的的总总瞬瞬时时电电压压 ：BEu=UBE+Ubemsint 而而产产生生的的总总瞬瞬时时基基极极电电流流：iB=IB+Ubmsi

14、nt/(rbb+r)经经 B BJ JT T 放放大大后后的的集集极极总总电电流流 ：iC=IC+ic=IC+Ibmsint=IC+Icmsint B BJ JT T C CE E 极极电电压压为为:tsinRIURiIEuLCmCECRCCCEC BIBUBEAi BBEvQUBBDUCEFIBQUCCDICGi CuCEQ休息1休息2返回二二 图解法与动态工作分析：图解法与动态工作分析：3 3 工工作作点点与与消消波波失失真真UCEQICIBQGDi CuCE（1）工作点在交流）工作点在交流负载线的中点上负载线的中点上动态范围最大动态范围最大Q（2）工作点靠近截）工作点靠近截止区止区容易产

15、生截止失真容易产生截止失真Q（3）工作点靠近饱和区）工作点靠近饱和区容易产生饱和失真容易产生饱和失真继续休息1休息2返回22 三种基本组态放大电路的特性与分析三种基本组态放大电路的特性与分析 2.2.1 2.2.1 共射放大电路的特性与动态分析共射放大电路的特性与动态分析2.2.2 2.2.2 共集电极电路（射随器）共集电极电路（射随器）2.2.3 2.2.3 共基极（共基极（CBCB）放大电路）放大电路返回2.2.1 2.2.1 共射放大电路的特性与动态分析共射放大电路的特性与动态分析 三三种种基基本本组组态态：共共射射：C CE E 共共集集：C CC C 共共基基：C CB B休息1休息

16、2返回 1 1 大大信信号号特特性性（静静态态传传输输特特性性）输输出出回回路路直直流流负负载载线线：u0=uCE=EC-iCRC（1）当当 ui=uBE=0 几十 mV,iC=0,u0=EC时时 B BJ JT T 截截 至至 (2)当当 ui=uBE=几十 mU几百几百mU,TiSTBESCUuexpIUuexpIi TiSCC0UuexpIREu (3)当当 ui0.60.7V 之之后后继继续续增增大大，B BJ JT T 由由放放大大区区进进入入饱饱合合区区，进进入入饱饱合合区区后后 u0=uCE(sat)=0.20.3V,05uOECUCEUBEuCE（sat）ui（u）1015Q

17、Q2.2.1 2.2.1 共射放大电路的特性与动态分析共射放大电路的特性与动态分析（4）在工作点）在工作点 Q 的附近电压增益为：的附近电压增益为：CmTCCTBESTCQiouRgURIUuexpIURuuA iC+uo-休息1休息2返回RsusRbRCRL+u1-rbe u1gmrcerbb2 2 交流小信号（微变动态）分析：交流小信号（微变动态）分析：(1 1)交交流流等等效效电电路路(2 2)微微变变等等效效电电路路（混混合合型型等等效效电电路路）利利用用简简化化 B BJ JT T 混混合合型型等等效效模模型型（不不计计 Cbe、Cbc、rbc ）可可得得放放大大电电路路的的微微变变

18、等等效效电电路路（混混合合型型等等效效电电路路）休息1休息2rbe u1gm+u1-rbbrce返回RsusRbRCRL+u1-rbe u1gmrcerbbhiehfeib1/hieRbRsRCRLus注意注意：ebbbierrh ,bfe1mihug,ceoerh1 而 30050rIUrUIg,gIUrbbCAceTCmmCTeb 2 2 交流小信号（微变动态）分析：交流小信号（微变动态）分析：(3 3)h参参数数等等效效电电路路利利用用简简化化h h参参数数等等效效模模型型。（忽忽略略hre0）可可得得放放大大电电路路的的h h参参数数等等效效电电路路。休息1休息2hiehfeib1/h

19、ierbe+u1-rbbu1gmrce返回hiehfeib1/hieRbRsRCRLus3 3 共射放大器的动态（交流）参数共射放大器的动态（交流）参数RiRiRo iuoiCibiii(1 1)输输入入电电阻阻：Ri 定定 义义：ibebbbbiebiiebiiiiR/Rrr/Rh/Rih/RiiuR 其其 中中：ieebbbihrrR (2 2)输输出出电电阻阻 R0:定义定义:C0ceCce000uR000R/Rr/Rr/RuuiuRSL 其中其中:cerR0 休息1休息2 ouRo返回RsusRihiehfeib1/hieRbRsRCRLusRiRiRooiCibiiiRo3 3 共射

20、放大器的动态（交流）参数共射放大器的动态（交流）参数(3 3)电电压压增增益益定义定义:i0vuuA 源源 电电 压压 增增 益益:iosiS0usuuuuuuA 其其 中中:ieLceebbbbLccebfeiovh)R/r()rr(i)R/R/r(ihuuA 而而其其中中：uiSiuSiSiiARRRAuRRRuS 而而 rbb+rbe =rbe=hie+ui_ ou iu休息1休息2bfeih返回RsRsRiRiushiehfeib1/hieRbRsRCRLusRiRiRoCibiRo3 3 共射放大器的动态（交流）参数共射放大器的动态（交流）参数(4 4)电电流流增增益益：定义：定义：

21、ioiiiA isisisois0isARRRiiiiiiA (5 5)功功率率增增益益：6 定定义义 Ap=Po/Pi=(uo io)/(ui ii )另另外外工工程程上上增增益益常常用用 dB 表表示示：Ap(db)=10lgAp Au(db)=20lgAu Ai(db)=20lgAi iioi休息1休息2RsRsus返回放大器微变等效分析的步骤如下：放大器微变等效分析的步骤如下：4 4)利利 用用 线线 性性 电电 路路 计计 算算：Ri ,Ro,A u,A i等等 (1 1)根根据据直直流流通通道道计计算算静静态态工工作作点点 Q（IC，UCE）2)2)根据交流通道，用简化的低频小信号

22、混合根据交流通道，用简化的低频小信号混合（或（或 h 参数）参数）等效模型代替等效模型代替 BJTBJT，画出放大器微变等效电路。，画出放大器微变等效电路。3)3)由 静 态 工 作 点 计 算模 型 参 数：由 静 态 工 作 点 计 算模 型 参 数：gm=Ic/UT ,rbe=/gm ,rce=UA/IC，rbb=50200 休息1休息2返回例：右图所示放大电路例：右图所示放大电路 （1 1）静态工作点静态工作点 VB=(Rb2Vcc)/(Rb1+Rb2)Ic(VB-VB E)/(Re1+Re2)VCE=Vcc-Ic(Rc+Re1+Re2)(2 2)微微变变等等效效电电路路休息1休息2返

23、回例：右图所示放大电路例：右图所示放大电路 (2 2)h h 微微变变等等效效电电路路 Ri=Rb/Ri=Rb/(hie+(1+)Re1)Ro=Rc/Ro而而Ro=vo/ic =(ic-hfeib)rce+ic(Re1/(Rs+hie)/ic而而 ib=(ic(Re1/(Rs+hie)/(Rs+hie)=-Re1ic/(Rs+hie+Re1)其其 中中 Rs=Rs/Rb1eiesiesce1eceoRhRhRrRrR )(ce1eies1ecerRhRRr (一一般般rce(Rs+hie)RoibRoRoRiRiibic(1+)ib+uo_ic休息1休息2返回例：右图所示放大电路例：右图所示放

24、大电路 visiisoivs1eielb1eieblciovARRRvvvvAR1hRiR1hiRivvA )()(Riibic(1+)ib ov iv继续返回usRsRbReRLECC1C2+ui-UBE+uo-2.2.2 2.2.2 共集电极电路（射随器）共集电极电路（射随器）1 1 电电路路结结构构（1）发发射射极极接接负负载载，又又称称射射极极输输出出器器（2）输输入入信信号号与与输输出出信信号号同同相相，大大小小 基基本本相相等等，又又称称射射极极跟跟随随器器（3）输输入入阻阻抗抗大大，输输出出阻阻抗抗小小，具具有有 隔隔离离阻阻抗抗变变换换的的作作用用（4）在在I IC C电电路路

25、中中常常用用有有源源负负载载射射极极跟跟随随器器返回电路仿真休息1休息2RbReECUBEusRsRbReRLECC1C2+ui-UBE+uo-2.2.射随器微变等效分析：射随器微变等效分析：(1 1)交交流流通通道道：(2)直流通道直流通道IBUB IEUB=EC-IBRb=UBE+（1+hfe）IBReIB=（EC-UBE）/（Rb+（1+hfe）Re）IC=hfeIBUCE=EC-IERe+UCE-usRsRbReRLECC1C2+ui-UBE+uo-休息1休息2usRsRbReRL返回hfeibhierceusRsReRLRbhiehfeibrcehiehfeibrceusRsRbRe

26、RL2.2.射随器微变等效分析：射随器微变等效分析：(3 3)微微变变等等效效电电路路：休息1休息2返回hfeibhierceusRsReRLRb2.2.射随器微变等效分析：射随器微变等效分析：（4 4）交交流流参参数数：)()/)()/()(.LfeieceeLfeiebceeLbfebiebiiRh1hrRRh1hirRRih1ihivR 其其中中:RL=RL/Re(或 ro2 )/rce 输输 入入 电电 阻阻：Ri=Rb /RiRiRiib(1+hfe)ib+ui-休息1休息2返回hfeibhierceusRsReRLRb2.2.射随器微变等效分析：射随器微变等效分析：ii:输输出出电

27、电阻阻：输输入入端端短短路路（或或信信号号源源短短路路）Ro=Re/Ro ;Rs=Rs/Rb bfesieoceooo0oihRhuruuiuR fesiecehesieoceooh1Rh/r)h1(Rhuruu RosieobRhvi Ro+uo-ioioibRs休息1休息2ceoruhfeib返回hfeibhierceusRsReRLRb2.2.射随器微变等效分析：射随器微变等效分析：iii:电电压压增增益益：1Rh1hRh1Rh1hiRh1ivvALfeieLfeLfeiebLfebiov )()()()(一一般般1Av ieib休息1休息2+uo-+ui-返回Rb1Rb2ReRcECu

28、sRsRb1ReRLRb2RcECC1C2Ce2.2.3 2.2.3 共基极（共基极（CBCB）放大电路）放大电路 1 1 电电路路结结构构：C1，C2：为为输输入入和和输输出出耦耦合合电电容容Cb：基基极极旁旁路路电电容容 电电路路特特点点：发发射射极极输输入入，集集电电极极输输出出 (2 2)工工作作点点估估算算 ceCCCCEeBEBCCEcc2b1b2bBIRRVVRVVIIIVRRRV 2 2 静静态态工工作作点点 (1 1)直直流流通通道道：UBIE+UCE+UBE 电路仿真休息1休息2返回hiehfeibrceRcRLReRsushiehfeibrceRsusReRcRLusRs

29、Rb1ReRLRb2RcECC1C2Ce3 3 交流参数分析交流参数分析 (1 1)交交流流通通道道：(2 2)微微变变等等效效电电路路：休息1休息2返回hiehfeibrceRcRLReRsus3 3 交流参数分析：交流参数分析：(3 3)输输入入阻阻抗抗:/ieiRRR 如如果果忽忽略略 rce，则则：1hihii.hiuRiebfebbieeii （EB 间间输输入入阻阻抗抗小小）RiRiieib+ui-休息1休息2返回RsRehiercehfeibhiehfeibrceRcRLReRsus3 3 交流参数分析：交流参数分析：(4 4)输输出出阻阻抗抗：/oc0RRR 注注意意在在计计算

30、算 R0时时要要考考虑虑 rce，否否则则 R0=RoRoRoiib iesceiessfeiesceieSSfe0ieSSieieSbiescebfe000h/Rr)hRRh1(i)h/R(iirhRRh1RihRRh)h/Rii)h/R(irihiuiuR 而而Rs休息1休息2+uo-返回hiehfeibrceRcRLReRsus3 3 交流参数分析：交流参数分析：ieib(5 5)电电压压增增益益：ieLfei0uhRhuuA )R/RR(LcL C CB B 电电路路、电电压压增增益益大大，输输出出 电电压压与与输输入入电电压压同同相相位位。(6 6)电电流流增增益益：1RRRRRRi

31、iiiiiiiALCCieec0eciei0i icioii+uo-+ui-2.3 BJT 2.3 BJT组合放大电路组合放大电路2.3.1 CECB串接放大电路串接放大电路2.3.2 CE-CC组合放大器组合放大器R1RcR3ReRsusRLECCBC1C2CeR2R1R2R3RcReEC2.3.1 CE2.3.1 CECBCB串接放大电路串接放大电路（1 1）直流通道）直流通道UB1UB2C32131BERRRRU C321322BERRRRRU IC2Ie2=IC1Ie11e1C2e2CIIII e1BE1B1eRUUI )UU()UU(U1BE1B2BE2B1CE )RR(IUEUeC

32、1e1CEC2CE 电路仿真UBE1UBE2RsusRbRcRLR1RcR3ReRsusRLECCBC1C2CeR22.3.1 CE2.3.1 CECBCB串接放大电路串接放大电路(2 2)C C E EC CB B放放大大电电路路的的交交流流通通道道电路特点：具有两种组态的优点电路特点：具有两种组态的优点 CE：Ai,Ri较大较大 CB：Av,Ro较大较大 比单级比单级 CE 具有较高的增益具有较高的增益 （主要用于高频（主要用于高频放大的电路）放大的电路）Rb=Rb2/Rb3RsusRbRcRL2.3.1 CE2.3.1 CECBCB串接放大电路串接放大电路(3 3)电电路路参参数数：i

33、输输入入电电阻阻：/ibiRRR 而而1ieihR RiRi i ii i 输输出出电电阻阻：2ce2fe2ie1ce2ce2ie1ce1ce2fe2ies2ce2iess2fe0oC0rh1hrrhrrh1hRrhRRh1RRRR)(/)(/)(/RoRoRsusRbRcRL(3 3)电电路路参参数数：i ii ii i 电电压压增增益益 iecfe2iec2fe1ie2fe2ie1fe2u1u010i01i0uhRhhRhhh1hhAAuuuuuuA （如如果果fefefehhh21 ieieiehhh21）Ri2Ri2=2fe2ieh1h 2.3.1 CE2.3.1 CECBCB串接放大电路串接放大电路+uo-+uo1-+ui-RLRc1Rb12Re1RsusRb11ECC3C1CeRb2C2Re22.3.2 CE-CC2.3.2 CE-CC组合放大器组合放大器2.CE-CC组合放大器组合放大器（1）直流通道）直流通道（2）交流通道）交流通道RLRc1Rb12Re1RsusRb11ECC3C1CeRb2C2Re2Rb11Rb12Re1Rc1ECRb2Re2ECRb1Rb2RsusRc1Re2RL