三种基本放大电路及静态工作点ff
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三种基本组态放大电路合适静态工作点的设置摘要:为保证晶体管小信号放大电路的不失真输出,必须设置合适的静态工作点。
本文用图解分析法分析了三种基本组态放大电路,由此总结出简捷地设置三种基本组态放大电路合适静态工作点的方法,并对最大输出的电压幅值及失真现象进行一定的分析和探讨。
关键词:基本组态放大电路;图解分析法;静态工作点;负载线;最大输出Setting of Static Working Point of Three Basic Amplifier CircuitsTIANZhong-junZaozhuang University, Zaozhuang of Shandong Prov, 277160Abstract: Based on the three basic amplifier circuits as the research background,and the predefined circuit parameters and the load resistance analysing the small signal amplification circuit,and using characteristic curve of the amplifying circuit output,the maximum undistorted amplitude of the amplifier circuit output and estimates of setting of the static working point were obtained. The results obtained are of great help to the design,use and debugging of amplifying circuit,and of greater application value.Key words:basic amplifier;maximum amplitude output;static working point;graphical analysis method晶体三极管组成的基本组态放大电路可以分为三种,分别是共射放大电路、共基放大电路和共集放大电路。
除去信号的输入、输出端。
另一端就是共极三极管基本放大电路的三种组态组态一:共射电路组态二:共集电极电路共集电极组态基本放大电路如图所示。
(1)直流分析(2)交流分析放大倍数/输入电阻/输出电阻组态三:共基极放大电路共基组态放大电路如图交流、直流通路微变等效电路共基极组态基本放大电路的微变等效电路性能指标三种组态电路比较放大电路的三种基本组态2.6.1共集电极放大电路上图(a)是一个共集组态的单管放大电路,由上图(b)的等效电路可以看出,输入信号与输出信号的公共端是三极管的集电极,所以属于共集组态。
又由于输出信号从发射极引出,因此这种电路也称为射极输出器。
下面对共集电极放大电路进行静态和动态分析。
一、静态工作点根据上图(a)电路的基极回路可求得静态基极电流为(2.6.1)二、电流放大倍数由上图(b)的等效电路可知Ai= - (1+β) (2.6.4)三、电压放大倍数由上图(a)可得Re’=Re//RL由式(2.6.4)和(2.6.5)可知,共集电极放大电路的电流放大倍数大于1,但电压放大倍数恒小于1,而接近于1,且输出电压与输入电压同相,所以又称为射极跟随器。
四、输入电阻由图2.6.1(b)可得Ri=rbe+(1+β)Re’由上式可见,射极输出器的输入电阻等于rbe和(1+β)R、e相串连,因此输入电阻大大提高了。
由上式可见,发射极回路中的电阻R、e折合到基极回路,需乘(1+β)倍。
五、输出电阻在上图(b)中,当输出端外加电压U。
,而US=0时,如暂不考虑Re的作用,可得下图。
由图可得由上式可知,射极输出器的输出电阻等于基极回路的总电阻()除以(1+β),因此输出电阻很低,故带负载能力比较强。
由上式也可见,基极回路的电阻折合到发射极,需除以(1+β)。
2.6.2共基极放大电路上图(a)是共基极放大电路的原理性电路图。
由图可见,发射极电源VEE的极性保证三极管的发射结正向偏置,集电极电源VCC的极性保证集电结反向偏置,从而可以使三极管工作在放大区,因输入信号与输出信号的公共端是基极,因此属于共基组态。
三极管基本放大电路的三种组态Prepared on 24 November 2020除去信号的输入、输出端。
另一端就是共极三极管基本放大电路的三种组态组态一:共射电路组态二:共集电极电路共集电极组态基本放大电路如图所示。
(1)直流分析(2)交流分析放大倍数/输入电阻/输出电阻组态三:共基极放大电路共基组态放大电路如图交流、直流通路微变等效电路共基极组态基本放大电路的微变等效电路性能指标三种组态电路比较放大电路的三种基本组态2.6.1共集电极放大电路上图(a)是一个共集组态的单管放大电路,由上图(b)的等效电路可以看出,输入信号与输出信号的公共端是三极管的集电极,所以属于共集组态。
又由于输出信号从发射极引出,因此这种电路也称为射极输出器。
下面对共集电极放大电路进行静态和动态分析。
一、静态工作点根据上图(a)电路的基极回路可求得静态基极电流为二、电流放大倍数由上图(b)的等效电路可知三、电压放大倍数由上图(a)可得Re’=Re//RL由式(2.6.4)和(2.6.5)可知,共集电极放大电路的电流放大倍数大于1,但电压放大倍数恒小于1,而接近于1,且输出电压与输入电压同相,所以又称为射极跟随器。
四、输入电阻由图2.6.1(b)可得Ri=rbe+(1+β)Re’由上式可见,射极输出器的输入电阻等于rbe和(1+β)R、e相串连,因此输入电阻大大提高了。
由上式可见,发射极回路中的电阻R、e折合到基极回路,需乘(1+β)倍。
五、输出电阻在上图(b)中,当输出端外加电压U。
,而US=0时,如暂不考虑Re的作用,可得下图。
由图可得由上式可知,射极输出器的输出电阻等于基极回路的总电阻()除以(1+β),因此输出电阻很低,故带负载能力比较强。
由上式也可见,基极回路的电阻折合到发射极,需除以(1+β)。
2.6.2共基极放大电路上图(a)是共基极放大电路的原理性电路图。
由图可见,发射极电源VEE的极性保证三极管的发射结正向偏置,集电极电源VCC的极性保证集电结反向偏置,从而可以使三极管工作在放大区,因输入信号与输出信号的公共端是基极,因此属于共基组态。
摘要单级放大电路的电压放大倍数一般可以达到几十倍,然而,在许多场合,这样的放大倍数是不够用的,常需要把若干个单管放大电路串接起来,组成多级放大器,把信号经过多次放大,从而得到所需的放大倍数。
在生产实践中,一些信号需经多级放大才能达到负载的要求。
可由若干个单级放大电路组成的多级放大器来承担这一工作。
在多级放大电路的前面几级,主要用作电压放大,大多采用阻容耦合方式; 在最后的功率输出级中,常采用变压器藕合方式’;在直流放大电路及线性集成电路中,·常采用直接接藕合方式。
摘要 (2)第一章放大电路基础 (3)1.1 放大的概念和放大电路的基本指标:1.2 三种类型的指标第二章基本放大电路 (7)2.1 BJT 的结构 (7)2. 2 BJT的放大原理 (8)第三章多级放大电路 (9)3.1 多级放大电路的耦合方式 (9)3.2 放大电路的静态工作点分析 (11)3.3 设计电路的工作原理 (12)3.4计算参数 .......................................................................................................... .. (13)总结......................................................................................................................... (14)参考文献 ................................................................................................................ (14)第一章放大电路基础放大的概念和放大电路的基本指标:“放大”这个词很普遍,在很多场合都会发现放大的现象的存在。
电路组成简化电路及习惯画法简单工作原理放大电路的静态和动态直流通路和交流通路1・电路组成icLRb308kviyU BB-LCbl iBVBE . |1E!Pc4kUCEUcc —【Zu TVo输入回路(基极回路)输出回路(集电极回路)2.简化电路及习惯画法冥°UccRbCL1UoUiUCC —8共射极基本放大电路Cb2Cbl3-简单工作原理冥Vi=O Vi=Vsin(ot4.放大电路的星ic.小 UCE静态:输入信号为零( 放大电路的工作状态,也称;动态:t 状态,也称.电路处: 流在特性曲彳 常称为Q 点。
和“CEQ )弟ic.<>VCEiBUo祥放大电]tCbliBAHRRb 300kUiMCE¥岂苛UooOic1BCb2+cRc4k MCEe+ 艺UBB12 uo" ______Cb2*1 IUoTh吨压、电冬工作点、AHIAb380kvi y uUBB丄 ]2V 丁Z ---- 1_LVcc ■12vBACKI N EXT^2.3.1静态工作情况分析•用近似估算法求静态工作点•用图解分析法确定静态工作点2.3.2动态工作情况分析•交流通路及交流负载线•输入交流信号时的图解分析• BJT的三个工作区•输出功率和功率三角形1.用近似估算法求静态工作点釆用该方法,必须已知三极管的0值。
根据直流通路可知:T"cc —"BE= --------------i c =0人V —X7 — T Rr CE — r CECC 工—一般硅管V BE=0.7V,错管V BE=0.2V oC共路釆用该方法分析静态工作点,必须已知三极 管的输入输出特性曲线。
共射极放大电路直流通路2.用图解分析法确定静态工作点•在输入特性曲线上,作出直线V B E =^cc-^b ,两 线的交点即是0点,得到厶Q 。
•在输出特性曲线上,作出直流负载线V CE "CC T(A , 与?BQ 曲线的交点即为0点,从而得到VcEQ 和?CQ 。
R'F RJ/R 。
,是気 交流负载电阻。
1・=1. ■ J ^->4交流负载线是 有交流输入信号时 。
点的运动轨迹。
).人:1.交流通路及交流负载线由交流通路得纯交流负载线:即ic =(-1/人 L )* VCE + (MR L ) "CEQ + I CQ交流通路过输出特性曲线上 的0点做一条斜率为- 1/1? 1直线,该直线即为 交流负载线。
BACK!NEXT#动态工作时,l B>几的实际电流方向是否改变,》CE 的实 际电压极性是否改变?2・输入:叫仁> %E T T 「B T T "CE /T I-V o l T %与儿相位相反; 可以测量出放大电路的电压放大倍数;通过图解分析,可得如下结论:1・2・3・3. BJT 的三个工作区截止区特点:ig=O> I Q = /CEO当工作点进入饱和区或截止区时,将产生非线性失真。
和区特点: ic 不再随「B 的增加而线性增加,即让工叽 v CE = V C ES ,典型值为0・3V此时i c /mA2.3图解 分析法2.3.2动态工作情况分析・BJT 的三个工作区由于放大电路的工作点达到了三极管 的饱和区而引起的非线性失真。
对于NPN 管, 输出电压表现为底部失真。
< 丿饱和失芦由于放大电路的工作点达到了三极管 的截止区而引起的非线性失真。
对于NPN 管, 输出电压表现为顶部失真。
截止失真①波形的失真2.3图解动态工作情况分析分析法 2.3.23・BJT的三个工作区②放大电踣的动态范围放大电路要想获得大的不失真输出幅度,要求:•工作点0要设置在输出特性曲线放大区的中间部位;要有合适的交流负i:线。
2.3.2动态工作情况分析4.输出功率和功率三角形放大电路向电阻性负载提供的输出功率在输出特性曲线上,正好是三角^AABQ的面积,这一三角形称为功率三角形。
要想Po大,就要使功率三角形的功率三角形面积大,即必须使匕m和厶n都要大。
共射极放大电路解:(1) 人== 40uAZ c = ^ • Z B = 80 x 40uA = 3.2mAR b 300kc尸 BV CE = V cc 一 R c ・ I c = 12V - 2k X 3.2mA = 5.6V静态工作点为0 (40uA, 3.2mA, 5.6V) , BJT 工作在放大区。
y 12V(2)当/?b =100k 时, 人=而= 120uA 几=0•人=80xl20uA = 9・6mAV CE = V cc 一 R c • I c = 12V - 2k x 9.6mA = -7.2V %E 不可能为负值,V _y 、 J2V其最小值也只能为0,即?c 的最大电流为: 〃CM = —俎云= 6mA此时,Q (120uA, 6mA, 0V),由于/?-Z B >Z CM所以BJT 工作在饱和区。
例聲放大电路如图所示。
已知BJT 的 力=80,/?b =300k, R c =2k f V cc = +12V, 求:(1)放大电路的0点。
此时BJT 工作在哪个区域?(2)当Z?b =100k 时,放大电路的0点。
此 时BJT 工作在哪个区域?(忽略BJT 的饱 和压降)CMend 遐331.试分析下列问题:(1)增大位时,负载线将如何变化?0点怎样变化?(2)增大时,负载线将如何变化?0点怎样变化?(3)减小Vcc时,负载线将如何变化?0点怎样变化?共射极放大电路?叵)JB考题2.放大电路如图所示。
当测得BJT的V CE接近Vcc的值时,问管子处于什么工作状态?可能的故障原因有哪些?答:截止状态故障原因可能有:•鸟支路可能开路,厶二。
,<c=0,#CE= Vcc - <c心=Vcc。
・Ci可能短路,V BE=O,厶=0,?c=0,V CE= "cc ■】C R F V CC °end右2.4放大电路的工作点稳定问题呉2.4.1温度对工作点的影响•温度变化对/cBO的影响•温度变化对输入特性曲线的影响•温度变化对0的影响2.4.2射极偏置电路•稳定工作点原理•放大电路指标分析定偏流电路与射极偏置电路的比较BO =,CBO(%=25°C)温度丁个"'y妣曲线上移2 总之:=~二=。
〜1.0% 、问距增/,CBO T T /CEO TTf T %l T J BT'ZC T 0T〈思考题、-°堆c 扯c 曲<T J —吃C A c------- 1― 共射极放大电路直流通路•直流电源:内阻为零•耦合电容:通交流、隔直流•直流电源和耦合电容对交流相当于短路ViC)交流通路TT ->Z CT -»7ET ->V ET V V B 不变 T V BE I T 厶丄(反馈控制)稳定原理:BACK NEXT静态工作点稳定的放大器+Ecl lc d1oR L Iu ik C E U oR E射极直流负反馈电阻C E交流旁路电容分压式偏置电路R B1「1 RcR E I2= (5〜10)I B【1=【2 + I R®【2E cU B«I9«B RI+R=^2^B2Q E cR B1+R B2B2U BE=^B"U E=U R ■I E R Eu iR B2U o且1静态工作点稳定过程U B被认为较稳定j本电路稳压的过程实际是由于加了R E形成了负反馈过程‘■* U BE |T I ― I c l -- k I E I- U E I【J 【B!—由输入特性曲线1严【E =U E/R E=U BE) / R EI B=VPU CE=Ec ■ IcRc ■ I E R EU BE« 0.7V画出直流通道交流通道及微变等效电路R BI Rc■ICEu i电容短路,直流电源短路,画出交流通道•21-B2J一 一 u ・ui交流通道微变等效电路RefR L[■ —微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算例:上述静态工作点稳定的放大器,各参数如下:R B1=100kQ, R B2=33kQ, R E=2.5kQ, R c=5kQ,R L=5kQ, p=60o求:(1)估算静态工作点;(2 )空载电压放大倍数、带载电压放大倍数.输入电阻.输出电阻;(3 )若信号源有Rs=l kG的内阻,带载电压放大倍数将变为多少?I B=I c/p=1.2/60=0.02mA=20pAr i=R B1// R B2// r be =100//33//1.62=1.52 kQ r o= R c=5kQ% =% -一[只 ~^cc 一Ic(Rf +K)①静态工作点坨1 + %2%-%3.5.1 射极偏苴电路JIOME]BACK必=A/le +认=A/k +'b(l + 0)K5詁册釜2.放大电路指标分析 ②电压増益〈A >画小信号等效电路〈B >确定模型参数卩已知,求礼〈C >增益 图351射极偏直电路氐 a 2000 + (1 +0)26(mV)仏(mA)输出回路:必=-0・人火//&)输入回路:③输入电阻根据定义K=N片由电路列出方程^T = ^R b + h图3.5.3求射櫥6置电路斓入电阻Y (心〃&2)「%=仏+讥="圧 +人(1+0)«v则输入电阻K = J =心〃心〃%+(1+0)«]‘T放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻BACK!NEXT对回路1和2列KVL 方程r 人九+尺)+(人+4)&=。
其中尺=即叫限血〔%-幺-0・人):+(厶+人)忆=0当 R ;»Rc 时,出=& (一般 &>:>>«)输出电阻R°=RJ/R:I ~I%'c ~ 'E 一 QVi静态:%Ic =0K C E = Kcc -【cRe% V CE%-L(Rc+Re)I B=^~p电压增益:& =_邑血理....... Ge■V输入电阻:从专=心//心输出电阻: R o = R c人二0・(&//血)' 氐+(1 + 0)人尺=心〃&2〃氐+d + 0)K]R°gBACK!NEXTXRJRJ二〃・(«〃&)忌+(1+0)& 氐K =心〃 % //k +(1+〃)&]=心〃RJ氐RbS 3.5J 射覆偏置电崎KP卜信号等效电路S 3.5J 射覆偏置电崎KPb信号等效电路。