项目六基本放大电路的分析与测量;;所谓放大,从表面上看来是将信号由小变大,实质上,放大的过程是实现能量转换的过程。由于在电子电路中输入信号往往很小(大约为几毫伏至几十毫伏,频率为20~200Hz),它所提供的能量不能直接推动负载工作,因此需要另外提供一个能源,由能量较小的输入信号控制这个能源,经三极管使之放大去推动负载工作。把这种小能量对大能量的控制作用称为放大作用。三极管只是一种能量控制元件,而不是能源。三极管对小信号实现放大作用时在电路中可有三种不同的连接方式(或称三种组态),即共(发)射极接法、共集电极接法和共基极接法。;任务一共发射极放大电路分析;在图6-1所示的放大电路中,采用NPN型晶体管,UCC是集电极回路的直流电源(一般在几伏到几十伏的范围),它的负端接发射极,正端通过电阻Rc接集电极,以保证集电结为反向偏置;Rc是集电极电阻(一般在几千欧至几十千欧的范围),它的作用是将晶体管的集电极电流iC的变化转变为集电极电压UCE的变化。UBB是基极回路的直流电源,它的负端接发射极,正端通过基极电阻Rb接基极,以保证发射结为正向偏置,并通过基极电阻Rb(一般在几十千欧至几百千欧的范围),由UBB供给基极一个合适的基极电流,即
IB=(UBB-UBE)/Rb
对于硅管,UBE约为0.7V,对于锗管,UBE约为0.2-V,而UBB一般在几伏至几十伏的范围内(常取UBB=UCC),即UBBUBE,所以近似有
IB=(UBB-UBE0/Rb≈UBB/Rb(6-1);由上式可见,这个电路的偏流IB决定于UBB和Rb的大小,UBB和Rb确定后,偏流IB就是固定的,所以这种电路称为固定偏流电路,Rb又称为基极偏置电阻。
电容C1和C2称为隔直电容或耦合电容(一般在几微法到几十微法的范围),它们在电路中的作用是“隔离直流,传送交流”。对直流来说,容抗为无穷大,可近似为开路,使直流电源不加到信号源和负载上;而对交流信号而言,容抗很小,可近似为短路,使输入、输出信号顺畅地传输;其容量较大,一般是几微法至几十微法的电解电容,连接时应注意极性。
值得注意的是,放大作用是利用晶体管的基极对集电极的控制作用来实现的,即在输入端加一个能量较小的信号,通??晶体管的基极电流去控制流过集电极电路的电流,从而将直流电源UCC的能量转化为所需要的形式供给负载。因此,放大作用实质上是放大器件的控制作用,放大器是一种能量控制部件。同时还要注意放大作用是针对变化量而言的。;二、共射极基本放大电路的分析
对于一个放大电路的分析一般包括两个方面的内容:静态工作情况和动态工作情况的分析。前者主要确定静态工作点,后者主要研究放大电路的性能指标。
1.静态工作情况
所谓静态,是指输入信号为零(即ui=0)时放大电路的工作状态,此时放大电路中只有直流电源作用,各处的电压和电流都是直流量,称为直流工作状态或静止状态,简称静态。静态分析的目的是通过直流通路分析放大电路中三极管的工作状态。为了使放大电路能够正常工作,三极管必须处于放大状态。因此,要求三极管各极的直流电压、直流电流必须具有合适的静态工作参数IB、IC、UBE、UCE,即放大电路的静态工作点。静态工作点是放大电路工作的基础,它设置的合理及稳定与否,将直接影响放大电路的工作状况及性能质量。;1)估算法确定静态工作点
对应于以上四个数值,可在三极管的输入特性曲线和输出特性曲线上各确定一个固定不动的点“Q”(即静态工作点),在图6-1电路中将UBB和UCC取同一大小,就可将原电路简化为如图6-2所示的直流通路图,其中当UCC、Rb、Rc确定以后,IC、UBE、UCE也就确定了。可由式(6-1)估算IB,由IB可得出静态时的集电极电流为
IC=IB+ICEO≈βIB(6-2)
由图6-2的输出回路可知静态时的集电极与发射极间电压为;UCE=UCC-ICRc(6-3)
从式(6-1),由图6-2所示参数可求得
IB≈12-V300kΩ=0.04mA=40μA
设晶体管的β=37.5,则由式(6-2)可得
IC=37.5×0.04mA=1.5mA
将参数代入式(6-3)可得
UCE=12-V-1.5mA×4kΩ=6V
由此估算得图6-1所示共射极放大电路的静态工作点是:IB=40μA,IC=1.5mA,UCE=6V。;2)图解法确定静态工作点
同时,也可采用图解法确定放大电路的静态工作点,步骤如下:
由图6-2可知电路是由晶体三极管和外部电路一起构成输出回路的整体,因此在这个电路中既要满足晶体管的伏安特性,又要满足外部电路的伏安关系,于是,由这两条伏安关系曲线的交点便可确定出IC和UCE。
而外部电路的伏安特性关系为
uCE=UCC-iCRc
这是直线方程,可用截距法