三极管三种放大三种基本组态(共基、共射、共集)(2)

2019-04-02 12:17

根据放大电路的直流通路和交流通路,即可分别进行静态分析和动态分析。分析时,除了图解法和微变等效电路法以外,有时也采用一些简单实用的近似估算法。例如,常常根据直流通路,对放大电路的静态工作情况进行近似估算。

2.4.2 静态工作点的近似估算

当外加输入信号为零,在直流电源VCC的作用下,三极管的基极回路和集电极回路均存在直流电流和直流电压,这些直流电流和电压在三极管的输入、输出特性上各自对应一个点,称为静态工作点。静态工作点处的基极电流、基极与发射极之间的电压分别用符号IBQ、UBEQ表示,集电极电流、集电极与发射极之间的电压则用ICQ、UCEQ表示。

可求得单管共射放大电路的静态基极电流为

(2.4.1)

由三极管的输入特性可知,UBEQ的变化范围很小,可近似认为 硅管 UBEQ=(0.6~0.8)V 锗管 UBEQ=(0.1~0.3)V

根据以上近似值,若给定VCC和Rb,即可由式(2.4.1)估算IBQ。

已知三极管的集电极电流与基极电流之间存在关系IC≈βIB,且β≈ ,故可得静态集电极电流为

(2.4.3) 然后由图2.4.1(a)的直流通路可得 CEQ=VCC-ICQRC (2.4.4)

至此,静态工作点的有关电流、电压均已估算得到。

2.4.3 图解法 图解分析动态

以下根据放大电路的交流通路,来分析它的动态工作情况。现将上图(b)中交流通路的输出回路重画于下图中。因为讨论的是动态,故图中的集电极电流和集电极电压分别用变化量△iC和△uCE表示。

交流通路外电路的伏安特性称为交流负载线。由图可见,交流通路的外电路包括两个电阻RC和RL的并联。现用R‘L表示RC与RL并联后得到的阻值,即

R‘L=RC‖RL。因此,交流负载线的斜率将与直流负载线不同,不是-1/Rc,而是-1/RL’。由于R‘L小于RC,因此,通常交流负载线比直流负载线更陡。

通过分析还可以知道,交流负载线一定通过静态工作点Q。因为当外加输入电压UI的瞬时值等于零时,如果不考虑电容C1和C2的作用,可认为放大电路相当于静态的情况,则此时放大电路的工作点既在交流负载线上,又在静态工作点Q上,即交流负载必定经过Q点。因此,只要通过Q点作一条斜率为-1/RL’ 的直线,即可得到交流负载线,

2.4.4 微变等效电路法

单管共射放大电路的微变等效电路图

等效电路法的步骤

根据以上介绍,可以归纳出利用等效电路法分析放大电路的步骤如下: 1.首先利用图解法或近似估算确定放大电路的静态工作点Q。 2.求出静态工作点处的微变等效电路参数β和rbe。

3.画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路,然后画出放大其余,部分的交流通路。 4、列出电路方程并求解。放大电路的多项重要技术指标均与静态工作点的位置密切相关。如果静态工作点不稳定,则放大电路的某些性能也将发生变动。因此,如何使静态工作点保持稳定,是一个十分重要的问题。

2.5.1 温度对静态工作点的影响

有时,一些电子设备在常温下能够正常工作,但当温度升高时,性能就可能不稳定,甚至不能正常工作。产生这种现象的主要原因,是电子器件的参数受湿度影响而发生变化。

三极管是一种对湿度十分敏感的元件。湿度变化对三极管参数的影响主要表现在以下三方面:

首先,从输入特性看,当温度升高时,为得到同样的IB所需的UBE值将减小。在单管共射放大电路中,当UBEQ减小时IBQ将增大。但因一般情况下总是VCC》UBEQ,所以,UBEQ减小而引起IBQ的增大并不明显。三极管UBE的温度系数约为-2mV/。C,即温度每升高1。C,UBE约下降2mV。

其次,湿度升高时三极管的β值也将增加,使输出特性之间的间距增大。温度每升高1。C,β值约增加0.5%~1%,但对不同的三极管,β的温度系数分散系数分散性比较大。

最后,当温度升高时,三极管的反向饱和电流ICBO将急剧增加。这是因为反向电流是由少数载流子形成的,因此受温度影响比较严重。温度每升电流是由少数载流子形成的,说明ICBO将随温度按指数规律上升。

2.5.2 静态工作点稳定电路 一、电路组成

上图给出了最常用的静态工作点稳定电路。不难发现,此电路与前面介绍的单管共射放大电路的差别,在于发射极接有电阻Re和电容Ce,另外,直流电源VCC经电阻Rb1、Rb2分压后接到三极管的基极,所以通常称为分压式工作点稳定电路。

在上图所示的电路中,三极管的静态基极电位UBQ由VCC经电阻分压后得到,故可认为其不受温度变化的影响,基本上是稳定的。当集电极电流ICQ随温度的升高而增大时,发射极电流IEQ也将相应地增大,此IEQ流过Re使发射极电位UEQ升高,则三极管的发射结电压UBEQ=UBQ-UEQ将降低,从而使静态基流IBQ减小,于是ICQ也随之减小,结果使静态工作点基本保持稳定。

可见,本电路是通过发射极电流的负反馈作用牵制集电极电流的变化,使Q点保持稳定,所以上图所示的电路也称为电流负反馈式工作点稳定电路。

显然,Re愈大,同样的IEQ变化量所产生的UEQ的变化量也愈大,则电路的温度稳定性愈好。但是,Re增大以后,UEQ值也随之增大,此时,为了得到同样的输出电压幅度,必须增大VCC值。

前已分析,如果仅接入发射极电阻Re,则电压放大倍数将大大降低。在本电路中,在Re两端并联一个大电容Ce,若Ce足够大,则Re两端的交流压降可以忽略,此时,Re和Ce的接入对电压放大倍数基本没有影响。Ce称为旁路电容。

为了保证UBQ基本稳定,要求流过分压电阻的电流IR比IBQ大得多,为此希望电阻Rb1、Rb2小一些,但Rb1、Rb2减小时,电阻上消耗的功率将增大,而且放大电路的输入电阻将降低。在实际工作中,通常选用适中的Rb1、Rb2值,IR=IBQ,且UBQ=(5~10)UBEQ。 二、静态与动态分析

当旁路电容Ce足够大时,在分压式工作点稳定电路的交流通路中可视为短路。此时这种工作点稳定电路实际上也是一个共射放大电路,故可利用图解法或微变等效电路法来分析其动态工作情况。经过分析可知,分压式工作点稳定电路的电压放大倍数与单管共射放大电路相同

2.6 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)。


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