2004年 10月制作 曾令琴主编 曾令琴第二篇
7.2 共集电极放大电路 (射极跟随器 )
7.3 放大电路中的负反馈
7.1 分压式偏置共发射极电压放大器第二篇学习基本放大电路学习目的与要求
1,掌握基本放大电路的组成及工作原理,了解放大电路的一些基本概念;
2,掌握基本放大电路的图解分析法和微变等效电路分析法;
3,熟练掌握分压式偏置共发射极放大电路的静态分析和动态分析及其特点。
第二篇基极电源
7.1 共发射极电压放大器双电源共发射极单管放大电路
EC
C2+RC
RB
+
C1
3DG6
IC
IB
IE


EB+
RL输入回路输出回路集电极电阻,约为几至几十欧
NPN型管耦合电容耦合电容基极电阻,约几十至几百千欧 集电极电源,
约为几至几十伏负载电阻电路中发射极是输入、输出回路的公共支路,而且放大的是电压信号,因此称之为共发射极 电压放大器。
电路各部分作用:
晶体管 T:放大器的核心部件,在电路中起电流放大作用;
电源 EC:为放大电路提供能量和保证晶体管工作在放大状态;
电源 EB和电阻 RB:使管子发射结处于正向偏臵,并提供适当的基极电流 IB;
耦合电容 C1和 C2:一般为几微法至几十微法,
利用其通交隔直作用,
既隔离了放大器与信号源、负载之间的直流干扰,又保证了交流信号的畅通;
电阻 RC:将集电极的电流变化变换成集电极的电压变化,以实现电压放大作用。
第 2页单电源共发射极单管放大电路
+UCC
C2+RCRB
+
C1
RL
实用中,一般都采用单电源供电,而且把发射极的公共端作为,地,点,并按习惯画法把集电极电源以电位形式标在图中。
放大电路的直流通道晶体管放大电路实际上是一个 交、直流共存 的电路。当交流信号 ui=0时,电路所处的工作状态称为,静态”,静态时等效电路称为它的 直流通道
。 +U
CC
RCR
B
UCE
IC
IE
IB
UBE
直流通道中耦合电容相当于开路,电路中的各电压、电流都是直流量。电路中仅有直流量时的工作状态称为,静态,。
放大电路的直流通道第 2页静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点 Q( 主要指 IBQ,ICQ和 UCEQ) 。 静态分析主要是确定放大电路中的静态值 IBQ,ICQ和 UCEQ。
B
B E QCC
BQ R
UUI
BQCQ II
CCQCCC EQ RIUU
放大电路的静态分析
+UCC
RCR
B
UCE
IC
IE
IB
UBE
由直流通道可对 Q点进行估算:
静态工作点
Q
例,已知图中 UCC=10V,RB=250KΩ,RC=3KΩ,
β =50,求放大电路的静态 工作点 Q。
解:
V42.4386.110 mA86.10 3 7 2.050 2.37250 7.010 CEB UIAI C ;;?
所以,Q={ IB=37.2μA,IC=1.86mA,UCE=4.42V}。
第 2页
)mA(
mV26)1(300
E
be Ir
由于放大器一般都工作在小信号状态,即工作点在特性曲线上的移动范围很小。因此晶体管虽然工作在非线性状态下,但采用它的等效 线性模型 微变等效电路 所分析得出的结果,
与其真实状况相比仅有微小误差,可运用线性电路模型分析问题则带给我们极大的方便。
RL+
uS

R
S ui RCRB
u0
uce icii
ie
ib 仅有交流信号作用下,电容相当于短路,UCC=0相当于
“地”电位,因此电路为左图所示。
放大电路的 动态 分析(交流通道)

uS

R
S ui RCRB u0
icii
β ib
ib
rbe
上述微变等效电路中:
第 2页把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路,
这个线性电路就是放大器的 微变等效电路,对该线性电路进行分析的方法称为微变等效电路分析法。 等效的条件 是晶体管在小信号(微变量)情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内,用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。
U BE
I B
0
Δ I B
Δ U BE
Q
右图所示为晶体管的输入特性曲线。在
Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。
当 uBE有一微小变化 ΔUBE时,基极电流变化
ΔIB,两者的比值称为三极管的动态输入电阻,即 rbe。
微变等效电路的基本思路
0
U CE
I C
Δ I BΔ I C
Q
输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线,集电极电流的微小变化 ΔIC仅与基极电流的微小变化 ΔIB有关,而与电压 uCE无关,故集电极和发射极之间可等效为一个受 ib控制的电流源,即:
bc ii
第 2页
①电压放大倍数:
r be
+
o
U?

cI
bI
CB
E
+
i
U?

bI

R C R LR
B
R s
+
sU

对上述微变等效电路进行分析:
be
L
bbe
bL
bbe
cL
u
0
r
R
Ir
IR
Ir
IR
U
UA
i


式中 RL'=RC//RL
be
Cu
r
RA
共发射极放大电路的微变等效电路

② 输入电阻 Ri:
当 RL=∞( 开路)时:
beB // rRI
UR
i
ii
③ 输出电阻 R0:
Co RI
UR
共射极电压放大器由于 rbe较小而使输入电阻 Ri不大;而输出电阻 R0=RC,显然不够小。
第 2页输入电阻 Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流的大小。为了减轻信号源的负担,总 希望 Ri越大越好 。另外,
较大的输入电阻 Ri,也可以降低信号源内阻 RS的影响,使放大电路获得较高的输入电压。在共发射极放大电路中,由于 RB比 rbe大得较多,Ri近似等于 rbe,一般在在几百欧至几千欧,因此是比较低的,即 共射放大器输入电阻不理想 。
输入、输出电阻对放大器 有何影响?
对负载而言,总希望放大电路的 输出电阻越小越好 。因为放大器的输出电阻 Ro越小,负载电阻 RL的变化对输出电压的影响就越小,使得放大器带负载能力越强。共发射极放大电路中的输出电阻 Ro在几千欧至几十千欧,一般认为是较大的,也 不理想 。
共发射极电压放大器的电压放大倍数与晶体管的电流放大倍数 β,动态转入电阻 rbe及集电极电阻 RC、负载电阻 RL均有关。由计算式可看出,当
rbe 和 RL一定时,Au与 β 成正比。
共发射极电压放大器的电压放大倍数与哪些参数有关?与晶体管的 β
值成正比吗?
第 2页共发射极单管放大器的电压放大倍数较高。
放大电路分析综合有交流信号输入时,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 UCC和交流输入信号 ui共同作用下工作,电路中的电压 uCE,电流 iB和 iC均包含两个分量。

uS

RS
放大电路输入加 ui后,晶体管的 UBE就变成了 ui+UBE;同时 iB=ib+IB; iC=ic+IC,晶体管输出电压 uCE=UCC-ICRC;经电容 C2滤波后得到放大器输出电压,u0=UCC-iCRC
由于 iCRC是随 ui的增加而增加,因此 u0随 ui增加而减小,即输出、输入电压是 反相关系,因此共发射放大电路也称为反相器 。
+UCC
ui
C2+RCRB
RB2
+
C1
RLu0
uCE
iC
ii
iE
iB
IB
第 2页图解步骤:
( 1) 根据静态分析方法,求出静态工作点 Q。
( 2) 根据 ui在输入特性上求 uBE和 iB。
( 3) 作交流负载线 。
( 4) 由输出特性曲线和交流负载线求 iC和 uCE。
放大电路静态工作点的图解法
0
(a) 输入回路 (b ) 输出回路
u CE
i C
Q
I CQ
U CC
u BE
i B
0
u BE
t
i B
t
0
i C
t
0
t




Q ' Q '
Q
Q "
Q "
I BQ
U B E Q
u CE
U C E Q
直流负载线交流负载线
0 0
第 2页
1,由于 C2的隔直作用,uCE中的直流分量 UCE被隔开,放大器的输出电压 uo等于 uCE中的交流分量 uce,且与输入电压 ui反相 。
2,放大器的电压放大倍数可由 uo与 ui的幅值之比或有效值之比求出 。 负载电阻 RL越小,交流负载电阻 RL‘也越小,交流负载线就越陡,使 Uom减小,电压放大倍数 Au下降 。
3,静态工作点 Q设置得不合适时,将对放大电路的性能造成影响 。 若 Q点偏高,当 ib按正弦规律变化时,Q'进入饱和区,造成 ic和 uce的波形与 ib( 或 ui) 的波形不一致,输出电压 uo的负半周出现平顶畸变,称为 饱和失真 ;若 Q点偏低,则 Q"进入截止区,输出电压 uo的正半周出现平顶畸变,称为 截止失真 。 饱和失真和截止失真统称为非线性失真 。
从图解分析过程中可得出如下重要结论:
u0上削波出现截止失真 u0下削波出现饱和失真第 2页即:
温度对静态工作点的影响问题讨论温度升高
UBE减小
ICBO增大
β增大
IC增大对于固定偏臵式共发射极放大电路而言,静态工作点由 UBE,?和 ICEO,ICB0决定,这几个参数均随温度的变化而发生变化。
Q变
UBE
ICEO
变T变 IC变
ICEO增大第 2页与温度基本无关具有工作点稳定的放大电路条件,I1≈I2>>IB
CC
B2B1
B2B U
RR
RU

温度 T ↑ → I C ↑→ I E ↑→ U E (= I E R E ) ↑→ U BE (= U B - I E R E ) ↓
↓ I C ← ↓ I B ←
调节过程:

+UCC
C
E
RE+ u
S-
RS
ui
C2+RCRB1
RB2
+
C1
RLu0
uCE
iC
ii
iE
iB
I2
I1
第 2页动态分析:
分压式偏置共发射极电压放大器的分析静态分析:
)(
CQ
BQ
E
B E QB
EQ
CC
B2B1
B2
B
ECCQCCC E Q
CQ
RRIUU
I
I
R
UU
II
U
RR
R
U


C
beBBi
u
RR
rRRR
r
R
A

o
21
be
L
////

第 2页讨论题 静态情况下,放大电路中 C
1,C2有无端电压?极性如何?
若静态工作点 Q较高时,输出易进入饱和区,输出波形将出现下削波; Q点设臵较低时,输出又易进截止区,输出波形则出现上削顶。显然无论是上削顶还是下削顶,都造成了输出波形的失真,为消除这些失真,应将 Q
点下移或上移 。 上、下削波同时出现时,说明静态工作点设臵的比较合理,只是输入信号太强不能完全通过,应减小输入信号。
发生饱和失真和截止失真的原因是什么?其输出波形有何特点?如何消除上述失真?两种失真同时出现,是否 Q点不合适?
放大电路总是希望 输入电阻高些,Ri越大
,流入放大器的信号电流衰减越小,电路输入特性越好;放大电路总是希望输出电阻低些,R0越低,负载对放大倍数的影响越小,放大器的带负载能力越强 。
为什么放大器的输入电阻尽量大些?输出电阻尽量小些呢?
共发射极放大电路的输入输出电压的相位如何?
反相!
+UCC
UC2=UCE+RCRB
+UC1=UBE U
CEU
BEu
i=0 u0=0
第 2页电容 CE的作用:
第 2页第 2页第 2页
V75.3
)23(65.112
)(
A33mA
50
65.1
mA65.1
2
7.04
V412
1020
10
ECCQCCC E Q
CQ
BQ
E
B E QB
EQ
CC
B2B1
B2
B





RRIUU
I
I
R
UU
II
U
RR
R
U
CQ
R s
u s
+

+
u i

R L
+
u o

+ U CC
R C
C 1
C 2
V
R B1
R B2
R E C
E
+
+
+
例题,
解:
图示电路,已知 UCC=12V,RB1=20kΩ,RB2=10kΩ,
RC=3kΩ,RE=2kΩ,RL=3kΩ,β=50。 试估算静态工作点,并求电压放大倍数,输入电阻和输出电阻 。
( 1) 用估算法计算静态工作点第 2页
( 2) 求电压放大倍数
68
1.1
33
33
50
k1.11 1 0 0
65.1
26
)501(300
26
)1(300
be
L
EQ
be




r
R
A
I
r
u
( 3)求输入电阻和输出电阻


k3
k994.01.1//10//20////
o
beB2B1i
CRR
rRRR
共发射极电压放大器的特点可以大致归纳为:
具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数,同时输入电阻和输出电阻又比较适中,在对输入电阻、输出电阻和频率响应没有特殊要求的场合,一般均可采用。共发射极电压放大器是目前应用最广泛的基本放大电路。
第 2页
ECQCCEEQCCC E Q
BQCQ
EB
B E QCC
BQ
EBQB E QBBQEEQB E QBBQCC
)1(
)1(
RIURIUU
II
RR
UU
I
RIURIRIURIU



R
s
u
s
+

+
u
i

R
L
+
u
o

+ U
CC
C
1
C
2
V
R
B
R
E
+
+
+ U
CC
V
R
B1
R
E
I
CQ
I
BQ
+
U
C E Q

+
U
B E Q

( 1)静态分析
7.2 共集电极放大电路(射极输出器)
第 2页
( 2)动态分析 r be
+
o
U

c
I
b
I
CB
E
+
i
U

b
I
R
E R L
R
B
R
s
+
s
U

射极输出器的微变等效电路
1
I
e
I
i
I
Lbe
Lo
Lbbebobeb
LbLo
)1(
)1(
)1(
)1(
Rr
R
U
U
A
RIrIUrIU
RIRIU
i
u
i
e







① 求电压放大倍数第 2页
② 求输入电阻
])1(/ / [
)1(
LbeB
LbeB
b1
RrR
I
U
R
Rr
U
R
U
III
i
i
i
ii
i





③ 求输出电阻






1
// beEo
Ebebe
bb
s
ss
e
Rr
R
I
U
R
R
U
Rr
U
Rr
U
IIII


第 2页
①电压放大倍数小于 1,但约等于 1,即电压跟随。
②输入电阻较高。
③输出电阻较低。
射极输出器的用途:
射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻,这是射极跟随器最突出的优点。射极跟随器常用作多级放大器的第一级或最末级,也可用于中间隔离级。用作输入级时,其高的输入电阻可以减轻信号源的负担,提高放大器的输入电压。用作输出级时,其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响,并易于与低阻负载相匹配,向负载传送尽可能大的功率。
射极输出器的特点:
第 2页
图中虚线框内为稳压电路。 220V交流电压经变压器变换成所需要的交流电压,
然后经桥式整流和电容滤波后,输出电压 Ui加到稳压电路的输入端。晶体管接成射极输出电路,负载 RL接到晶体管的发射极。稳压管 DZ和电阻 R1组成基极稳压电路,使晶体管的基极电位稳定为 UZ。
电路的稳压原理是:假如由于某种原因使输出电压 U0降低,因 VB= UZ不变,
故 UBE增加,使 IB和 IC均增加,UCE减小。从而使输出电压 U0= Ui- UCE回升,
维持基本不变。整个过程可用流程图表示为:
U0↓(VB= VZ)→UBE↑→IB↑→IC↑→UCE↓(U0= Ui- UCE)→U0↑
如果 U0↑,调整过程与上述相反,同样可起到稳压作用。
射极输出器的应用实例
IEIC
IBR1
UZ
IZUi RL U0
DZ
UBE
220V

串联型晶体管稳压电源第 2页
7.3 放大电路中的负反馈
1,反馈的基本概念反馈就是指放大电路输出信号的一部分或全部,通过反馈网络(或的)回送到输入端的过程。
能使净输入信号增强的反馈称为正反馈;
使净输入信号削弱的反馈称为负反馈。
放大电路中普遍采用的形式是 负反馈 。
2,负反馈的基本类型及其判别按照反馈网络与基本放大电路在输出、输入端的连接方式不同,负反馈电路具有 4种典型反馈形式:
电压串联负反馈;
电压并联负反馈;
电流串联负反馈;
电流并联负反馈。
第 2页判断是电压反馈还是电流反馈的方法判断是电压反馈还是电流反馈时,常用,输出短路法,,即假设负载短路( RL=0),使输出电压 uo=0,看反馈信号是否还存在。若存在,则说明反馈信号与输出电压成比例,是电压负反馈;若反馈信号不存在了,则说明反馈信号不是与输出电压成比例,而是和输出电流成比例,是电流负反馈。
判断是串联负反馈还是并联负反馈判断是串联负反馈还是并联负反馈主要是根据反馈信号、原输入信号和净输入信号在电路输入端的连接方式和特点,判断方法有两种:
1.若反馈信号和输入信号是在输入端以电流方式求和的,则为并联负反馈;若反馈信号和输入信号是在输入端以电压方式求和的,即为串联负反馈。
2.将输入信号交流短路后,若反馈信号消失了,则为并联反馈;否则为串联反馈。
第 2页
3,负反馈对放大电路性能的影响电路中引入负反馈后,一般造成电压放大倍数的下降,反馈电压 IeRe越大,电压放大倍数下降越多。虽然负反馈引起 Au下降,但换来的却是 放大电路稳定性的提高 。提高放大电路的稳定性,是放大电路中至关重要的一个环节。
既然负反馈具有稳定放大电路的作用,当然信号频率的变化引起的电压放大倍数的变化也将减小,即引入 负反馈可扩展放大电路的通频带 。
当输入正弦信号的幅度较大时,输出波形引入负反馈后,将使放大电路的闭环电压传输特性曲线变平缓,线性范围明显展宽。
在深度负反馈条件下,若反馈网络由纯电阻构成,则闭环电压传输特性曲线在很宽的范围内接近于直线,即负反馈可 减小放大电路的非线性失真 。
负反馈能 抑制反馈环内的噪声和干扰 。
电压 负反馈使 输出电阻减小 ; 电流 负反馈使 输出电阻增加 。
第 2页当输入信号本身已经产生了失真,引入负反馈后可以使失真得到一些改善。
从本质上讲,采用负反馈提高放大电路的稳定性,实际上是利用失真的波形来改善波形的失真,并不能使失真完全消除。
Go!
检验学习结果放大电路引入负反馈后,对电路的工作性能带来什么改善?如果输入信号本身是一个已产生了失真的信号,引入负反馈后能否使失真得到改善?
什么是反馈?正反馈和负反馈?如何判断电路采用的反馈形式?
第 2页