第7章 基本放大电路
【基本要求】理解晶体三极管的基本构造和工作原理;理解晶体三极管的放大、饱和、截止三种工作状态以及电流放大作用;理解共射极单管放大电路的基本结构和工作原理;掌握几种基本放大电路的分析计算以及多级放大电路的分析计算。
【重点】晶体三极管的放大、饱和、截止三种工作状态以及电流放大作用;共射极单管放大电路的基本结构和工作原理;几种基本放大电路的分析计算:静态工作点的估算和动态指标的近似计算;多级放大电路的分析计算。
【难点】晶体三极管的三种工作状态以及电流放大作用;几种基本放大电路的近似计算;多级放大电路的近似计算。
7.1基本理论
7.1.1 晶体三极管
1. 要使三极管起放大作用,发射结必须正向偏置,集电结必须反向偏置,这是放大的外部条件。因此,采用NPN型或PNP型三极管联接放大电路时,一定要注意集电极电源EC和基极EB极性的正确联接。
另外,要使三极管起放大作用,基区必须做得很薄,基区的掺杂浓度必须远小于发射区的掺杂浓度,这是放大的内部条件。对于NPN型三极管来说,这样才可以大大减少自由电子与空穴在基区复合的机会,使从发射区扩散过来的电子绝大部分到达集电区。
2. 三极管的输入特性 常数与二极管的伏安特性相似,也有死区电压。
三极管的输出特性 常数是一族曲线,可分为放大区、截止区和饱和区。
IB, 近在输出特性曲线上近于水平的部分是放大区。放大区具有恒流特性,且IC =
似为常数。此时发射结处于正偏,集电结处于反偏。
IB = 0的曲线以下的区域是截止区,IC近似为零,发射结和集电结均处于反偏。
当UCE 当三极管工作在放大区时,其具有电流放大作用。 3. 三极管的几个主要参数 和交流电流放大系数 的含义不同 (1)直流电流放大系数 直流电流放大系数 交流电流放大系数 。 但在输出特性曲线近于平行等距的情况下,二者相差不大,近似估算时,常取 ,它(2)集电极反向饱和电流ICBO和穿透电流ICEO两者的关系为 们随温度升高而增大,影响三极管的稳定性。两者越小越好。 (3)三极管的极限参数主要有3个 当 下降到额定值的三分之二时所对应的集电极电流为最大允许电流ICM,IC超过ICM 不一定会损坏三极管,但以降低 值为代价。 集电结上允许的最大功率损耗称为集电极最大允许耗散功率PCM 。在安全工作情况下,集电极耗散功率PC应满足PC=ICUCE≤PCM。 当UCE大于集-射极反向击穿电压U(BR)CEO时,ICEO将大幅度上升,管子将被击穿。 由极限参数ICM 、PCM、U(BR)CEO共同确定三极管的安全工作区。 4. 接在电路中的三极管类型可以通过测量它的各个管脚的电位来判别 NPN型:集电极电位最高,发射极电位最低;PNP型:发射极电位最高,集电极电位最低。 硅管:基极电位与发射极电位大约相差0.6V或0.7V;锗管:基极电位与发射极电位大约相差0.2V或0.3V。 7.1.2 本放大电路的组成 教材图7.12是共射极放大电路的简化图,其中交流信号从基极输入,集电极输出,发射极是输入和输出的公共端,故称共发射极接法。要求会画电路,明白各个元件的作用,并对各个元件有数量级概念。 在放大交流信号时,输入端和输出端接有耦合电容C1和C2,其作用是隔断直流而让交流畅通。因此它们的容抗对该交流信号的频率而言,应该很小,其上的交流电压降可忽略不计,即可视为短路。但耦合电容上有直流电压,故用的是极性电容器,联接时必须注意极性,应使电容的正极与直流电压的高电位端相连,负极与低电位端相联。 7.1.3 放大电路的静态分析 静态是当放大电路没有输入信号时的工作状态。静态分析是要确定放大电路的静态值IB、UBE、IC和UCE;其中UBE对硅管而言,可设为0.6V或0.7V,是已知的。静态值可用放大电路的直流通路来确定。画直流通路时,电路中的电容可视为开路。计算时,往往可将UBE略去,得出估算值。 也可用图解法确定静态值,其步骤如下:给出三极管的输出特性曲线作直流负载线由直流通路求出偏流IB由IB对应的输出特性与直流负载线的交点得出静态工作点Q 找出对应Q点的静态值IB 、IC 、UCE。 RB 、RC及UCC对直流静态值都有影响,一般通过改变RB的阻值来调节静态共工作点。 7.1.4 放大电路的动态分析 动态是当放大电路有输入信号时的工作状态。动态分析是在静态值确定后分析电压电流交流分量的传输情况,并计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等。 1. 交流电压放大倍数 其中 称为交流 是三极管的动态输入电阻, 负载。 电压放大倍数关系式中的负号表明基本放大电路的输出电压uo与输入电压ui反相。 2. 输入电阻和输出电阻 (1)输入电阻和输出电阻都是交流等效电阻,不能当做直流电阻来计算。 (2)区别三极管和放大电路的输入电阻和输出电阻,两者不能混淆。 输入电阻: 式中的rbe是三极管的输入电阻,ri是放大电路的输入电阻。 输出电阻: 式中的rce是三极管的输出电阻,其值较高,常略去不计。注意,输出电阻ro不包括负载电阻RL。 (3)要了解放大电路的输入电阻和输出电阻对放大电路工作性能的影响,以及通常要求输入电阻高一些,输出电阻低一些的道理。 3. 动态分析的图解法 (1)按照ui iCuo的信号传输顺序来分析,可以清楚地看到放大电路的 ib 电压和电流(iB、uBE、iC和uCE)都含有直流分量和交流分量。 这里需要说明一点,在交流通路中标的是交流分量的参考方向,它们的方向和极性是交变的。但要注意,这是分析方法,并不是在三极管中电流可以两个方向流动。因为交流分量是叠加在直流分量上的,对总电压和总电流(iB、uBE、iC和uCE)来讲它们只是大小上的变化,方向和极性是不变的。 (2)如果工作范围合适,当输入电压ui为正弦量时,各个交流分量都是正弦量,输出电压uo也是正弦量,不产生失真。且ui、ib和iC同相,而uo和ui反相。 (3)当静态工作点偏高或偏低时会产生饱和或截止失真,信号幅度过大时也会产生失真,这些有图解法都很直观。 图解法作图麻烦,精度差,但是直观全面,对交流放大电路各个交流分量的传输、相位、失真一目了然,有利于正确理解。 7.1.5 分压式偏置放大电路 静态工作点调整合适以后,应保持稳定,以保证良好的放大效果,避免非线性失真。固定偏置放大电路受环境温度变化影响,会产生静态工作点漂移。要想克服这一缺点,必须对电路加以改进。常用的是分压式偏置放大电路。 应理解和掌握以下几点: 1. 只有满足I2 >>IB和VB >>UBE 两个条件,静态工作点才能基本稳定; 2. 稳定工作点的原理。当温度升高时,ICBO、? 、UBE的变化导致集电极电流IC和射极电流IE增大,射极电阻RE上的电压VE也随之增大。由于基极电位VB为分压电路所固定,所以UBE随VE的增大而减小,因此IC随温度的升高而增大部分可被IB减小导致的IC减小部分相抵消,静态工作点基本保持不变,即 可见,这种电路能稳定工作点的实质,是利用射极电阻的作用来抑制集电极电流的变 化而使静态工作点基本不变。 3. 电路静态和动态值的计算。 7.1.6 射极输出器 1. 特点:交流电压放大倍数接近1,且略小于1;输出电压与输入电压同相;输入电阻高;输出电阻低。 2. 用途:由于输入电阻高,可减小对信号源电流的吸收,减轻信号源的负担,因此常用作多级放大器的输入级;由于输出电阻低,带载能力强,因此也常作为多级放大电路的输出级;利用其高输入电阻、低输出电阻以及放大倍数接近于1的特点,射极输出器也常被用作隔离级,以隔离前后级电路之间的相互影响。 7.1.7 多级放大电路 放大电路的输入信号一般情况下都很微弱,单级放大电路往往不能满足要求,常需要将若干个单级放大电路组合成多级放大电路。 多级放大电路的静态工作点可独立分析。进行动态分析时要注意,后级的输入电阻就是前级的负载电阻,而前级就是后级的信号源,其输出电阻就是后级的信号源内阻。各级放大电路的电压放大倍数可单独计算,总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。 7.2 典型例题分析 例7.1 试判断图7.1所示各电路能否放大交流信号?为什么?应如何改进? 解:(a)不能放大交流信号。没有设置偏置电阻,不能产生偏流IB,应该设置偏置电阻RB。 ?UCCRCC2RB?UCCC2VT C1VT C1(a) (b) ?UCCRB?UCCRBRCC2VT RCC2C1uS C1(c) (d) ?UCC?UCCRBRBC1RCC2RCC2VT C1VT (e) (f) 图7.1例7.1图 (b)不能放大交流信号。集电极没有设置电阻,不能将晶体管放大的电流转换成电压放大,应该设置集电极电阻RC。 (c)不能放大交流信号。偏置电阻通过导线直接接地,使发射结被短路,应该将该段导线去掉。 (d)不能放大交流信号。交流信号被C1短路,应将C1接于偏置电阻与基极联结点的左侧。 (e)不能放大交流信号。静态时,C1相当于断路,偏置电流无法流入基极。应将C1 接于偏置电阻与基极联结点的左侧,并交换正负极。 (f)不能放大交流信号。该管为PNP管,电源UCC、C1 、C2极性接反,应将UCC、C1 、C2反接。 例7.2 在图7.2中晶体管是PNP型锗管。(1)UCC和C1 、C2的极性如何?在图中标出;(2)设UCC = ?12V,RC = 3kΩ,β=75,如果要将静态值IC调到1.5mA,问RB应调到多大?(3)在调整静态工作点时,如不慎将RB调到零,对晶体管有无影响?为什么?通常采取何种措施来防止发生这种情况? 解:(1)在PNP型晶体管的放大电路中UCC和C1 、C2的极性与NPN型晶体管的放大电路中UCC和C1 、C2的极性相反。如图7.3所示。 (2) Ω Ω
《电工电子技术》习题 第7章
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