基本放大电路

基本放大电路 上海电机学院 电气学院 第15章 基本放大电路 课题:放大电路的动态分析 课时安排:2 课次编号:4 晶体三极管的等效电路 难点: 教材分析 重点: 微变等效电路法 教学目的和要求 1、了解放大电路动态分析的意义; 2、掌握放大电路微变等效电路法; 讲授、课堂讨论、分析 采用教学方法和实施步骤: 教具:计算机，投影仪 各复习:1: 放大器静态分析(求放大电路静态工作点II U，直流通BQ CQCEQ教路上进行) 学2:方法:图解法、估算法 3:例:在前图所示放大电路中，已知:UCC=12V，环 RC=4KΩ，RB=300KΩ，晶体管特性曲线如图所示，节 ?作直流负载线;?求静态值。 和 内 容 解:?根据直流通路，有 UURI,, CECCCC I,0UUV,,12可得出，时， CCECC U12CCU,0ImA,,,3 时， CECR4C 既可在晶体管输出特性曲线组上作出直 流负载线。 U12CC,,,,,ImAA0.0440 ?估算IB: BR300B 该曲线与直流负载线的交点即静态工作点Q，其在纵轴和横轴上的投 IA,40,ImA,1.5UV,6影值为静态值:，，。 BCCE 15.3 放大电路的动态分析 15.3.1 微变等效电路法 所谓放大电路的微变等效电路法，就是在满足一定条件的情况下，把 非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路，也就是把晶体 管线性化，等效为一个线性元件。这样，就可用线性电路的方法来分析晶 体管放大电路。线性化的条件，就是晶体管在小信号情况下工作，静态工 作点合适，这才能在静态工作点附近的小范围内用直线近似的代替晶体管 的特性曲线。 1.晶体管的微变等效电路 晶体管的输入、输出特性是非线性的，当信号电压很小时，晶体管工 1 上海电机学院 电气学院 作在特性曲线的一个小范围内，可近似视为一段直线，这样，就可以用线 性元件来等效代替晶体管这个非线性元件。 输入特性:前已讨论过，当UCE?1V后，特性曲线是重合的一条，而当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的工作段可认为是直线，当CE为常数时，U ,U,I与之比，称为晶体管的输入电阻。 BEB u,UbeBE r,,beUUCECE,IiBb rui在小信号的情况下，是一常数，由它确定和之间的关系。因此，bebeb r晶体管的输入电路可用等效代替。 be 低频小功率晶体管的输入电阻常用下式计算: 26mV,,，，, r200()(1) beImAE r式中IE是发射极电流的静态值，右边第一项常取100–300Ω。一般是be 几百到几千欧。它是对交流而言的一个动态电阻。 输出特性:晶体管的输出特性是一族曲线，当晶体管工作于放大状态 ,I,I时，是一组近似等距离的平行直线，受的控制，且 CB ,IiCc,,, UUCECE,IiBb 即为晶体管的电流放大系数。在小信号的情况下，β ii是一常数，由它确定受控制的关系，说明它是一BC 个受基极电流控制的电流源。因此，晶体管的输出电 ii,,路可用一受控电流源代替，表示晶体管的电cc i,0,i流控制作用。当时，不复存在，所以它不是bb 一个独立电源。 从图中可已看到，晶体管的输出特性曲线不完全 ,U,I与横轴平行，当IB为常数时，与之比 CEC ,UuCEcer,, ceIIBB,IiCc r称为晶体管的输出电阻。在小信号情况下，也是一个常数。如果把晶体ce r管的输出电路看作电流源，也就是电源的内阻，故在等效电路中与受控ce ,i各教学环节和内容电流源b r并联。由于很高，约为几十ce 千欧到几百千欧，所以常常忽 略。 可得，晶体管的微变等效 电路如图所示。 2 上海电机学院 电气学院 2.放大电路的微变等效电路 有了晶体管的微变等效电路，就可以方便的得 到放大电路的微变等效电路。首先画出放大电路的 交流通路，它是表示交流分量的传递路径的。画交 流通路的原则是:?图中的隔直电容C1和C2都看 作短路;?电源CC的内阻很小，对交流可看作短U 路。对右图的交流放大电路，可得下图的交流通路。将交流通路中的晶体管用其微变等效电路代替后，就可得到整个放大电路的微变等效电路。 3.电压放大倍数 的计算 下面用微变等效电路来计算电压放大倍数。设输入是正弦信号，图中的电压和电流都可用相量表示。如图: ,, UrI, bibe ,,,''URIRI,,,,, oLcLb ' 式中: RRR,LCL 故放大电路的电压放大倍数: ,'URoL,,,,A u,rbeUi 式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。当放大电路输出端开路 , URoCRR,,,,(未接RA，比接时高。可见愈小，则电压放大)时，LLLu,rbeUi 'RArI倍数愈低。 除与有关外，还与β和有关。在保持静态一定LubeE r的条件下，β大的管子其也大，但两者不是成比例地增长，而是随β的be ,增大值也在增大，但增大越来越小。也就是随着β的增大，电压放大rbe 倍数增大的越来越少。当β足够大时，电压放大倍数几乎与β无关。此外， I在β一定时，只要把增大一些，却能把电压放大倍在一定范围内有明显E I提高，而往往用β较高的管子反而达不到这个效果。但的增大是有限制E 的。 例1:电路如图，UCC=12V，RC=4KΩ，RB=300KΩ，β=37.5，RL=4KΩ，使 3 上海电机学院 电气学院 求电压放大倍数。 解:前已求得静态工作点: ImAI,,1.5 CE 26则: rK,，，,,200(137.5)0.867be1.5' 又 RRRK,,,2LCL 'R2L故: ,,,,，,,,A37.586.5ur0.867be 4.放大电路输入电阻的计算 前已介绍，放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电 , Uir路的输入电阻。即 r, ii, Ii 它是对交流信号而言的，是动态电阻。输入电阻可从微变等效电路计算: ,, UUii,,,。 rRriBbe,,, ，IIIiRbB rr,Rr当时，。 ibeBbe 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。 r 的大小影响实际加于放大器输入端信号的大小，由微变等效电路: i ,,riUE, iSRr，Si r说明输入电压受到一定的衰减。越大，衰减越小;同时，放大器从信号i 源取用的电流越小，信号源负担减轻。因此要求放大电路的输入电阻高一些。 5.放大电路输出电阻的计算 放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它 r进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。 o , Uor, o, Io 输出电阻是动态电阻，与负载无关。 输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，也就是放大电路带负载的能力强，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。 U,0放大电路的输出电阻可在信号源短路()和输出开路的条件下求得。i U,0I,0,II从微变等效电路看，当，时，和也为零。共射极放大电ibbc r路的输出电阻是从放大电路的输出端看进去的一个电阻。因晶体管的很ce高，已略去，故 rR, oC 4 上海电机学院 电气学院 RC一般为几千欧，因此共发射极放大电路的输出电阻较高。 例2:电路如图，U=12V，R=4KΩ，R=300KΩ，β=37.5，R=4KΩ，使求CCCBL 放大电路的输入电阻和输出电阻。 解:前已求得静态工作点: ImAI,,1.5 CE 26则: rK,，，,,200(137.5)0.867be1.5 R//rr, 输入电阻 bbei ,300KΩ//0.867 KΩ =0.867 KΩ 输出电阻:r=R=4KΩ oC 课外学习指导 安排每周二下午进行答疑 课外作业 习题15.3.1,15.3.3 检测教学目标用微变等效电路图进行动态分析对于电压放大倍数的确定基本实现程度 没有问题，但是对于输入输出电阻的计算不是太好，。由于本课 时涉及的内容较多且都是新内容，所以比较没有太多的时间进 行例题分析。 5 上海电机学院 电气学院 6