三级管电路分析方法

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1、第一章三极管电路放大电路及其分析方法一、教学要求1. 重点掌握的内容（1）放大、静态与动态、直流通路与交流通路、静态工作点、负载线、放 大倍数、输入电阻与输出电阻的概念；（2）用近似计算法估算共射放大电路的静态工作点；（3）用微变等效电路法分析计算共射电路、分压式工作点稳定电路的电压 放大倍数Am和A，输入电阻Ri和输出电阻R0。2. 一般掌握的内容（1）放大电路的频率响应的一般概念；（2）图解法确定共射放大电路的静态工作点，定性分析波形失真，观察电 路参数对静态工作点的影响，估算最大不失真输出的动态范围；（3）三种不同组态（共射、共集、共基）放大电路的特点；（4）多级放大电路三种耦合方式的特

2、点，放大倍数的计算规律。3. 一般了解的内容（1）共射放大电路fL、fH与电路参数间的定性关系，波特图的一般知识。 多级放大电路与共射放大电路频宽的定性分析；（2）用估算法估算场效应管放大电路静态工作点的方法。二. 内容提要1. 共射接法的两个基本电路共射放大电路和分压式工作点稳定电路是模拟电路中最基本的单元电路。学 习这两种基本电路的分析方法是学习比较复杂的模拟电路的基础。2. 两种基本分析方法一一图解法和微变等效电路法在“模拟电路”中，三极管是非线性元件，因此不能简单地采用“电路与磁 路”课中线性电路地分析方法。图解法和微变等效电路法就是针对三极管非线性 的特点而采用的分析方法。3. 放大

3、电路的三种组态共射组态、共集组态和共基组态由于放大电路输入、输出端取自三极管三个不同的电极，放大电路有三种组 态一一射组态、共集组态和共基组态。由于组态的不同，其放大电路反映出的 特性是不同的。在实际中，可根据要求选择相应组态的电路。4. 两种放大元件组成的放大电路 双极型三极管放大电路和场效应管放 大电路一般来说，双极性三极管是一种电流控制元件，它通过基极电流iB的变化控 制集电极电流Ic的变化。而场效应管是一种电压控制元件，它通过改变栅源间的 电压uGS来控制漏极电流iD的变化；其次，双极性三极管的输入电阻较小，而场 效应管的输入电阻很高，静态时栅极几乎不取电流。由于它们性能和特点的不同，

4、 可根据要求选用不同元件组成的放大电路。5. 多级放大电路的三种耪合方式一一阻容耦合、直接耦合和变压器耦合将多级放大电辟连接起来的时候，就出现了级与级之间的耦合方式问题。通 过电阻和电容将两级放大电路连接起来的方式称为阻容耦合。由于电容的作用， 使各级放大电路的静态工作点互相独立，分析估算比较方便。但它不能放大变化 缓慢的信号和直流信号，也不便于集成化；将前级输出与后级输入直接相连的方 式称为直接耦合。它能传递相放大变化缓慢的信号和直流信号，便于集成，但由 于是直接耦合，各级静态工作点互不独立，分析计算比较麻烦。另外，还存在着 电平偏移和零点漂移现象;通过变压器的初级和次级把前级输出与后级输入

5、连接 起来的方式称为变压器耦合。它能够实现阻抗变换，以便在负载上得到最大的功 率输出，各级静态工作点也互相独立。但由于变压器比较笨重，消耗有色金属， 也不适于集成化。6. 放大电路的频率响应当将不同频率的信号输入放大电路时，由于晶体管极间电容和电路中电抗性 元件的影响，放大电路的放大倍数要随之变化并产生一定的相位移。因此，放大 电路的电压放大倍数和相位是频率的函数，称之为放大电路的频率响应。把放大 倍数与频率的关系称之为幅频特性，相位与频率的关系称之为相频特性。三、重要概念本章涉及到的一些重要概念有：放大的本质、静态和动态、直流通路和交流 通路、工作点、负载线、非线性失真、放大倍数、输入电阻、

6、输出电阻、频率特 性等。现简述如下：1. 放大放大的实质可以从两个方面来看：一是其能量的控制作用，即用 一个能量比较小的信号去控制另一个能量，使负载上得到较大的能量；二是放大 作用必须针对变化量而言，即输入信号有一个比较小的变化量，则在输出端得到 一个比较大的变化量。2. 静态和动态静态是指当放大电路没有输入信号(Ui=0)时，仅在外电 源Vcc作用下电路的工作状态。为了表示其工作状态，求出此时的Ib、Ic和Uce 值，它在特性曲线上是一个确定的点，通常叫静态工作点。动态是指放大电路加 入交流输入信号(Ui#0)时电路的工作状态。为了表征动态特性，一般引用负载 线、动态范围、放大倍数、输入电阻

7、和输出电阻等性能指标来表示。动态讨论的 变化量往往是在某个特定的静态基础上变化的，因此可将它们两者的关系形象地 认为是在静态工作条件下“驮”上了一个动态的工作信号。3. 直流通路和交流通路一一由于电路中存在着一些电抗性元件，故直流信号 与交流信号的通路是不同的。因此要相应地将电路区分为直流通路和交流通路两 个方面。直流通路用以分析电路静态时的工作情况，交流通路用以分析电路动态 时的工作情况。4. 静态工作点在电路参数一定的情况下，三极管总有一个确定的静态工 作状态，我们用一个点来表示，叫静态工作点。一般用ibq、icq和UCEQ的数值 来描述。5. 负载线一一在直流负载线和交流负载线。前者用于

8、确定静态工作点，后者 则表示加入交流输入信号后，电路交流工作状态时的运动轨迹。6. 非线佳失真在放大电路的核心元件是双极型三极管或场效应管，由于 它们本身是非线性元件，其输入、输出特性电压、电流间的关系都是非线性的， 因此输出波形总会出现或多或少的失真，尤其当工作点设置不合理或输入信号幅 度过大时，这种失真更为严重。7. 放大倍数、输入电阻和输出电阻一一它们是反映放大电路性能优劣的重要 指标。放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，定义为输出信号与输入信号的变 化量之比。它有电压放大倍数和电流放大倍数。当输入信号为正弦波时，电压放 大倍数am为输出电路的有效值u0与输入电压的有效值U.之比，表示

9、为A = U / U（1. 1. 1）电流放大倍数Ai为输出电流约有效值IO输入电流I的有效值之比，可表示A. = I /1（1. 1. 2）输入电阻R是衡量放大电路向信号源索取电流大小的指标。定义为输入电 压U.与输人电流的有效值之比，可表示为R. = U /1（1. 1. 3）输出电阻Ro是衡量放大电路带负载能力的指标。定义为当输入端信号电压 Us等于零0 （保留信号源内阻Rs）、输出端开路（Rl二8）时,外加输出电压Uo与输 出电流IO之比，可表示为Ro |u.s =o（L L 4）8. 频率特性一一随着输入信号颇率的不同，放大电路电压放大倍数的模和相 角都要随之变比。把幅度随频度的变化

10、叫幅频特性，相位随频率的变化叫相频特 性，统称为放大电路的频率特性。四、解题指导例1试判断图1中各电路能否对输入信号不失真地进行放大，并简述理 由。解本题练习根据放大电路的组成原则判断电路能否正常工作的方法。Fee(d)(e)(f)图1图（a）电路无放大作用。静态基极电流IBQ=0O图（b）电路无放大作甩。VBB交流通路短路，输入信号送不进去，U = 0。 图（c）电路有放大作用。符合组成原则。图（d）电路无放大作用。三极管发射结反向偏置，IBQ=0o图（e）电路有放大作用，三极管为PNP型，偏置符合要求，其它组成原则 也符合要求。图（f）电路无放大作用。Cb将输入交流信号短路，U = 0。例

11、2试画出图2中各电路的直流通路和交流通路。设各电路中的电容足够 大，电路中的变压器为理想变压器。图2解 本题练习放大电路交直流通路的画法。已知电容足够大，在交流通路申可视为短路，直流开路。理想变压器绕组阻 抗可以忽咯，集电极电阻为0，在直流通路中可视为开路，交流通路中有阻抗变 换作用。另外，理想电压源可视为交流短路。根据以上原则，可画出图3和图4 中各电路的直流通路和交流通路。图3电路的直流通路图4电路的交流通路例3共射放大电路如图5所示。给出三极管的输入、输出特性如图（b） 和图（c）。试用图解法（/脂用估算法）确定静态工作点和求电压放大倍数&的 数值。解本题练习用图解法确定静态工作点和进行

12、动态分析的方法。（1）作直流负载线（如图）当UCEu CE=0时，根据 uCE = VCC - iCRC 可取两点：当 ic = 0 时，uCE = VCC = 12 V，堂=4mA，连接这两点，作出直流负载线见图（c）AB直线。Rc（2）估算法求IBQI = ccbq = JZ = 0.04 mABQR.280. .b 可确定静态工作点Q，见图（c）（3）求1CQ和 Uceq沿Q点作水平和垂直线可得到ICQ = 2mA，UCEQ = 6V（4）作交流负载线已知R =R/ R = 1.5 K。，作斜率为上=上的交流负载线的辅助线，L C LR 1.5见图（c）直线CD所示。平移辅助线，使其交于

13、。，便得到交流负载线EF。（5）求电压放大倍数AU在输入特性Q点附近取，（iB由20PA变化至60 PA），相应就有一个* 见图（b）；在输出特性Q点附近根据矽的范围就有一个对应的孔和ucE；根 据定义 a =立=d= uce 1 - uce2=5 - 7=10，见图（b）和（c）。u A uiA uBE uBE 1 uBE 208 06例4在图1.4. 13 (a)所示的单管共射放大电路中，设三极管的0=100, U=0. 7V, s，= 200Q, G、C2 足够大，又知 Vcc = 10V, &b = 490k。，R=R.=3kQ.估算静态时的如、Icq和Uceq值画出电路的微变等效电路

14、;计算晶体管的值;求电路中强电压放大倍数A”求输入电阻&和输出电阻(6)若用示波器观察到的波形是底部失真，试问是截止失真还是饱和失真？欲想、改善输出波形，可改变电路中那些参数?是增大还是减小?图6共射放大电路及其微变等效电路解本题练习对羊督共射电路的粽舍分析计鼻方法。 T Vcc-UbEQ 10 0. 7 n nQ A屁= F。, 02mAIcq=R】bq=100X0. 02 = 2mA7ceq = Vcc IcqRc = 102 X 3=4V2)电路的微变等效电路见图6(。)所示。(3) ff +d+g)普= 200+(1+100)舞 1.5k(l(4) A _ 困一 I。卷|(4) Au=

15、72=_00%fb 5(5) RRj/rr =L5kfl (.&f) R=R = 3kfl(6) 因是NPN管，故为饱和失真。要设法使粉态工作点降低，增大死可改 善输出波形。例 5放大电路如图7(a)所示。已知Vcc=12V,R = 2kQ, R=0.3kO,Ri, = 2ka, Ubeq = O7V,三极管的 R=1OO, rbk 2000.图7例5的电路及其微变等效电路（1）要使静态时Uceq=6V,死的阻值应为多少？画出电路的微变等效电路；Rh为上述阻值时，计算当R.=8和R. = 2kn时的电压放大倍数（2）（3）(4)Rb为上述阻值下，计算当输入端有信号源及信号源内阻R.=ikn时的

16、电 压放大倍数瓦.=售 （R. = 2kC）解 本题练习具有发射极电阻&和信号源内阻R,的率管共射放大电路的分 析计算方法，(1)根据 Uceq=VccIcq (R+R)可求出 Icq =弓*= !人当=2. 6mA Ibq = /cq/0=2. 6/100=0. 026mA根据 Kx=lBQkb+UBEQ + lEqRe 可得】BQ19 n 7-（i+i）xo3*400kR2）画出电路的微变等效电路见图7 0）所示。3）当&=8时&b=W独一 (1+幻Reffb, + (l+R)薯= 200+(1 + 100)瓮 S2kn 鬲尸 Rc = 2kfl& 瓯I 100X2./(1+彻.一3+(1

17、 + 100)X0.38 - 6.3当 R. = 2kC 时,RL = RR,= lkQI A 0X1“乙 + （1 +同泪 一一 MW 二-50）X073 =一 3 2已知Al斜加S=&X肆矿从图（6）的微变等效电路可以看出：U.tj . R 一。&UlU,r+rF=可菠,入=显厂*+（1+夕况2乙+（1+3双=1.2+（1 + 100）乂0. 3=31.5虹1故 = =AX=（-3.2）X|t=-3.1例6在图8所示的共源极放大电路中，场效应管的漏极特性见图（c）。（1）画出电路的微变等效电路；（2）用图解法求电路的静态工作点，Q点处的跨导gmO若已知电路中 RG1=30K。，RG2=56

18、0 K。，Rg=1M。，Rn=5 K。，Rs=3 K。， Vnn=20V。(3) 试求电路的Am，R.和Ro；(4) 若Gs开路，写出Am，R.和Ro的表达式。-2V1. 5V图8解 本题练习分压一一自偏压式共源电路的综合分析方法。(1)放大电路的微变等效电路图9电路的微变等效电路（2）图解法求Q和gm：根据 Kds = Vdd (Rd + Rs) V当，D = 0 时，化DS = VDO = 20V也 _a 04. 一 -DO _ c q A 连接这当ds 。时，d n_r 5 = 2. 5mA ,g十我s两点，得到直流负载线AB,见图8（c）。 作转移特性曲线：由输出特性可以看出，当瞄=0

19、时，I容2. 2mA （点a）, 当 “gs= IV 时dF. 8mA （点 b）,当 ”gs= 1. 5V 时，ZD1. 4mA （点 c）, 连接a, b, c,各点得到转移特性曲线，见图8（6）。 根据 Kgs = Udd X p& Rs爪G1十。2当 i D =。时，“GS =x R . a 1VCI G2连接这两点，得到转移特性的当 Mgs = 0 时,）= （VccX 及、；r -）/Rs = 0 33mA负载线。 转移特性和直流负载线的交点便是静态工作点Q,且可对应得到/g = lmA,Ug = 2V,和确定输出特性上的静态工作点Q，得到UPSQQ12V.心 1.5 0. 51

20、o a gm =磁=3 （ 2. 5） = L 25mA/V（3）A.hgm&DQgmRD= 1. 25X5= 6. 25R = Rg+ （RgH3 QlMQ, ReRD = 5kQ.（4）,而R, &的表达式基本不变。个实用三极管开关电路的分析【PDF下载场】作者：Hugo Yu三极管开关电路作为功率管的控制应用广泛。这里对一个实用开关电路中的 各元器件作用作具体分析。三极管开关控制电路上图是一个小功率三极管控制大功率三极管（达林顿管）开关电路。 控制信号通过控制小功率三极管的开关来控制大功率管Q1的开关。原理分析三极管开关电路的基本原理就是控制三极管工作在截止区和饱和区工作。电 路设计原则

21、等不作赘述，一般的三极管电路参考书籍有介绍。在这里也只讨论图 中这些阻容元器件的作用，不讨论其取值计算（因为取值计算需要选定三极管， 而且颇为简单）。图中R1作用是Q2的基极限流；R3作用是泄放掉关断状态时基极电荷，让Q 2在低电平时保持截止状态；R4作用是Q2的集电极限流以及Q1的基极限流；电 容C2是加速电容，加速Q2的开关速度，降低Q2管耗，从而延长Q2寿命；R5 和C1是作为输出反馈给Q2的基极，作用同样为加速Q2的开关速度，延长Q2 的寿命以及电路整体的性能，此为正反馈。下面主要解释下C2的作用，其余的元器件作用，相信有一定三极管电路基 础的都能理解。让我们来看看C2是如何“加速”的

22、先来看看电路在没有C2的情况下是如何工作的：控制端由低电平拉升到高 电平的过程中，集电极电流增长使得三极管从截止区一 放大区一 饱和区变化， 从而使三极管从关断状态（截止）变为开通状态（饱和），注意，开通过程中， 集电极电流增长全部靠Vcc提供；反过来，控制端从高电平变为低电平过程中， 通过R3对基极电荷的泄放，加速控制三极管从饱和区一放大区一截止区变化， 并最终变为关断状态。再来看看加上C2后的电路工作情况。来看由Vcc、R4、C2、R3、GND构成的 回路：当电路没有控制激励的情况下（Control端低电平），Vcc给电容C2充电， C2和R4连接端的电位为Vcc；当控制激励从低电平向高电

23、平转换的过程中，由 于基极端电位上升，导致C2向三极管集电极放电，这样，集电极电流增长中， 一小部分靠C2提供，其余靠Vcc提供，加速了三极管从截止到饱和变化的过程， 从高电平变为低弥过程中，小约于基极电*的下降以及集电极电压过上升控集电 极对C2充电，从而导致三极管集电极与发射级间的电流更快速的下降，配合R3 的作用，更快速的使三极管进入截止状态。所以，C2在这里确实起到了加速开 关的作用。但问题又出来了，这个电路实际应用到我产品上所需要的频率仅仅是几百赫 兹，对于毫秒级的应用，出来的开关波形根本不会有延时，按道理无需另加加速 电容，这是怎么回事？这里要感谢IR公司的白师兄给我的释疑：这里加速电容 的作用并不是改善频率特性而加的，而是为了改善三极管的功耗；众所周知，三 极管在截止区和饱和区功耗最小，而在放大区功耗最大，原因是截止区V大、I 极小，饱和区I大、V很小（等于饱和导通电压V ），而放大区是关电压 大电流；加速开通和关断时间就是为了让开关三极管快速穿越大功耗区（线性放 大区）而进入到小功耗区（截止区和饱和区），从而降低功耗来降低三极管的温 度，延长三极管的寿命。而本电路恰恰应用在开关电路持续开关工作的情况，也 印证了师兄的解释。类似地，R5/C1正反馈的作用同样也是加速Q2的开关，来降低管耗，延长寿 命。