第 3 章分立元件基本电路 3.1 共发射极放大电路 3.2 共集电极放大电路 3.3 共源极放大电路 3.4 分立元件组成的基本门电路

第 3 章分立元件基本电路 3.1 共发射极放大电路 3.2 共集电极放大电路 3.3 共源极放大电路 3.4 分立元件组成的基本门电路

3.1 共发射极放大电路 3.1.1 电路组成 3.1.2 静态分析 3.1.3 动态分析 3.1.4 静态工作点的稳定 3.1.5 频率特性

3.1.1 电路组成 基极电阻 输入电容 u i C C 2 C 1 CE E 晶体管 集电极电阻 u 0 CC 直流电源 输出电容

各元件的作用 晶体管 : 电流放大作用, 发射极正偏, 集电极反偏 ; 直流电源 CC : 提供放大所需的能量 ; 偏置电阻 : 调节, 可调节基极电流 ; 集电极负载电阻 C : 将集电极电流的变化转换成电压 的变化送到输出端 ; 耦合电容 C 1 C 2 : 隔直, 不适用于低频电路

3.1.2 静态分析 所谓静态是指当放大器没有输入信号 (u i 0) 时, 电路中各处的电压电流都是直流恒定值, 亦称为直流工作状态 静态分析内容 : 在直流电源作用下, 确定三极管 1) 基极电流 ; 2) 集电极电流 C; 3) 集电极与基极之间的电压值 CE 静态分析方法 :1) 图解法 ; 2) 估算法

1) 图解法 输入回路 CC i C C CC 线性 E CE 非线性 CC 线性 Q 0 EQ Q u E CC E CC i f ( u ) E

输出回路 ic 直流负载线 C CC C CC E CE C CC CQ Q Q u CE f C ( CE ) 常量 0 CEQ CC CE CC C C

2) 估算法 C C E CE 直流通路 CC CC CC CE C CC β CE CC E C E C C C CC

3.1.3 动态分析 所谓动态是指放大电路有信号输入时, 电路中各处的电压电流都处于变动工作状态 动态分析内容 : 输入信号变化时, 电路中各种变化量的变动情况和相互关系 1) 电压放大倍数 A ; 2) 输入电阻 r i ; 3) 输出电阻 r o 动态分析方法 :1) 图解法 ; 2) 微变等效电路分析方法

1) 图解法 输入电路 u u E E i i i b ωt

1) 图解法 输出电路 i C C i c u CE CE u ce 经电容隔直后 : u o u CE CE u ce

1) 图解法 工作点与 波形失真 Q 点过高 饱和失真 Q 点过低 截至失真

2) 微变等效电路分析法 交流通路 CC u i i C C C 2 C 1 i u CE 0 E L u i i c i i i b C u ce u be L u 0 交流通路 : 将电路中的电容和直流电源短路

晶体管的小信号模型 i c c i b β i b b i c c b u be e u ce u be _ r be i b e β i b u ce _ 微变等效电路 : 将晶体管用小信号模型来代替

微变等效电路 i C CC C C 2 C 1 i u CE 0 E L u i _ i b r b e β i b i c C L u o _

(1) 电压放大倍数 i b i c u i C L u o _ r be β i b _ 1) 带负载时的电压放大倍数 A u & & o i β & b ( C // L ) r & be 2) 不带负载时的电压放大倍数 b ( C // L ) β r A u & & be o i C β r be

(2) 输入电阻 对信号源而言, 放大电路相当于它的负载, 负载电阻即为放大电路的输入电阻 u i _ i b r be β i b i c C L u o _ 放大电路的输入电阻 : r i & r i & i i 根据以上的微变等效电路 : r i //r be

(2) 输入电阻 如右图所示, 把一个内阻为 S, 源电压为 S 的信号源加到放大电路的输入端, 由于 r i 的存在, 实际的 i 为 : & i r i & r S i S S S _ u i _ r i r i 是衡量放大电路对输入电压衰减程度的重要指标

(3) 输出电阻 对负载而言, 放大电路相当于一个具有內阻的信号 源, 信号源的內阻就是放大电路的输出电阻 S _ S & r o & C r be β b C L ro o _

(3) 输出电阻 S i S _ u i _ r i r o _ o u O _ O L L o O r o L r O o ( 1) L O 放大电路

(3) 输出电阻 r o & & S S 0 放大电路 r o 对于前面所述的共发射极放大电路 & r o & C 可用外加电压法求 r o

3.1.4 静态工作点的稳定 C 80μA CC C 60μA Q 2 Q 1 40μA 20μA 0 CC CE 温度升高时, 静态工作点将沿直流负载线上移

静态工作点稳定的放大电路 u i 1 C 1 2 1 2 C E E T C 2 C L C E CC 1 E E E 2 2 E CC E

静态分析 CC 1 V 2 C E _ E T C E _ E CC _ C E E C _ CE 1 2 2 CC 1 1 2 2 E ( 1 β ) E

动态分析 b b c c i 1 2 r be e β b C L o A u // C L β r r // i 1 2 // r be be r o C

例题 3.1.3 电路如右图所示, β80, E 0.7V 试计算 : (1) 电压放大倍数 (2) 输入电阻 (3) 输出电阻

例题 3.1.3 静态工作点 : 2 CC 1 2 3 22 10 (47 22) 10 1 1 14.99(kΩ) 3 2 12 2 3.83(V) 47 22 47 22 _ C E E CC C _ CE 直流等效电路

例题 3.1.3 E ( 1 ) β E 3.83 0.7 (14.99 81 2.2) 10 3 0.0162(mA) C β 80 0.0162 1.30 (ma) E (1 β) 81 0.0162 1.31 (ma) CE E 4.83 (V) CC C C E 晶体管输入电阻 r be 26 200 (1 80) 1.31 1.81 (kω)

例题 3.1.3 微变等效电路 : b b c c i 1 2 r be e β b C L o _ E _ (1) 放大倍数 A u & & O i β & b C // L r & (1 β) & be 3 80 2 10 (1.81 81 0.2) 10 b 3 b E1 8.88

例题 3.1.3 微变等效电路 : i 1 b 2 b r be e c β b c C L o _ E _ (2) 输入电阻 & i r i & r be (1 β) E1 i b 1 2 r i o i [ 1.81 (1 80) 0.2 ] 18.01(kΩ) r 3.3 k Ω C r i r // // r 8.18 k Ω (3) 输出电阻 r o

3.1.5 频率特性 Aum Aum 2 Au f W ϕ 270 0 180 0 f o f L f H f 90 0 幅率特性 相频特性

3.2 共集电极放大电路 静态分析 : CC CC E E E C 1 i C E ( 1 β ) CC E i T C 2 u E S L S u O E (1 β) CE CC E E

共集电极放大电路交流通路 C 1 S u S i C i T C 2 E CC L u O S c e E L u S b u O

动态分析 : b b c c S _ S r be E e β b L o _ C r i r` i 放大倍数 A u & & O i (1 β) & b E // L r & (1 β) & // be b b E L

动态分析 : b b c c S _ S r be E e β b L o _ C 输入电阻 r i r` i & & r i i / b r be (1 β) L [ (1 β) ] r i // r be L

动态分析 : β 1 r r β) (1 1 1 r S be E S be E o // & & ) r β) (1 1 ( r β) (1 β S be E S be E b b E & & & & & & & 输出电阻 ) ( S S // 求 r o 的等效电路

例题 3.2.1 已知 : S 20mV, E1 E2 0.7V,β 1 β 2 80 求 :1) 第一级 A u1 r i1 r o1 ; 2) i2 ; 3) 若 e d 与 a b 直接相连, i2?

例题 3.2.1 T 1 C 2 S.. 2 S C 1 CC 1 i C1 i 1 r i2 01. 3 3 C 2 4 i2 6 T 2 C 3 C 4 CC L. 0

例题 3.2.1 (1) 第一级静态电流 1 1 CC E1 (1 β ) 12 0.7 (300 81 3) 10 1 2 3 0.0208(mA) T 1 C 2 S.. 2 S C 1 CC 1 i C1 i 1 r i2 01 (1 β 1 1 E1 ) 81 0.0208 1.68(mA) r be1 26 26 200 ( 1 β 1 ) ( 200 81 ) 1. 45 ( k Ω ) 1. 68 E 1 第二级的输入电阻 r i2 即为第一级的负载电阻 2 //r i 2 L 1.05(kΩ)

例题 3.2.1 电压放大倍数 A u1 r (1 β 1 ) L ( 1 β ) be 1 1 L 3 81 1.05 10 (1.45 81 1. 05 ) 10 3 0.983 输入电阻 [ (1 β ) ] kω r i1 1 // r be1 1 L 67.1 输出电阻 r o1 r be1 S 2 // 53. 6 1 β 1 Ω

例题 3.2.1 (2) 信号源输出电压 i1 r i1 r S i1 3 67.1 10 3 20 10 3 3 3 10 67.1 10 19.1(mV) 第二级输入电压 i2 o1 A u1 i1 0.983 19.1 18.8(mV) (3) 若 e d 与 a b 直接相连, 则 i2 就是信号源的输出电压 i2 r i2 r S i2 S 3 1.61 10 3 20 10 3 (3 1.61) 10 6.89(mV)

共基极放大电路 基本放大电路 交流通路 电路只能放大电压信号, 不能放大电流 ; 输出与输入同相,r i 小,r o 大

3.3 共源极放大电路 3.3.1 静态分析 3.3.2 动态分析

3.3.1 静态分析 自给式偏置共源极放大电路 Q G 0 GS S D 仅适用于耗尽型场效应管

分压式自偏置共源极放大电路 G G G1 G2 G2 DD GS G1 G2 G G2 S DD S D (1 GS 2 D DSS ) GS(off) ( 耗尽型 ) 两方程联立求得 D 和 GS

3.3.2 动态分析 & 电压放大倍数 & g & o m L gs A g m L & i & gs 输入电阻 & r i & i i 输出电阻 r o D G G1 G1 G2 G2 微变等效电路

3.4 分立元件组成的基本门电路 3.4.1 二极管与门电路 3.4.2 二极管或门电路 3.4.3 晶体管及场效晶体管非门电路

基本门电路概述 门电路是一种开关电路, 其输入和输出之间存在一定的因果关系即逻辑关系 在逻辑电路中, 输入输出信号通常用高低电平来描述, 用 0 和 1 来表示两种对立的逻辑状态 正逻辑 :1 表示高电平,0 表示低电平 ; 负逻辑 :0 表示高电平,1 表示低电平 基本的逻辑关系有 : 与逻辑 或逻辑 非逻辑 ; 相对应的基本门电路有 : 与门 或门 非门

3.4.1 二极管与门电路 工作原理 : (1) 当 A 0V 时,D 1 D 2 均导通, 故 F 0V, 即 F 为低电平 0; (2) 当 A 0V, 3V 时,D 1 导通,D 2 截 止, 故 F 0V, 即 F 为低电平 0; (3) 当 A 3V, 0V 时,D 1 截止,D 2 导 通, 故 F 0V, 即 F 为低电平 0; (4) 当 A 3V 时,D 1 D 2 均导通, 故 F 3V, 即 F 为高电平 1

3.4.1 二极管与门电路 二输入与门逻辑表 二输入与门逻辑符号 输入 A 0 0 0 1 1 0 1 1 输出 F 0 0 0 1 函数表达式 : F A

3.4.2 二极管或门电路 工作原理 : (1) 当 A 0V 时,D 1 D 2 均导 通, 故 F 0V, 即 F 为低电平 0; (2) 当 A 不全为 0 时,D 1 D 2 至 少有一个导通 如 A 3V 时, D 1 导 通, 此时 F A 3V, 即 F 为高电平 1

3.4.2 二极管或门电路 二输入或门逻辑表 二输入或门逻辑符号 输入 A 0 0 0 1 1 0 1 1 输出 F 0 1 1 1 函数表达式 : F A

3.4.3 晶体管及场效晶体管非门电路 工作原理 : (1) 当输入 A 为低电平时, 保证晶 体管的发射极处于反偏, 即 E <0, 管子处于截止状态, 输出端 F 为高 电平 1; (2) 当输入 A 为高电平时, 保证晶 体管的 S, 管子处于饱和状 态, 输出端 F 为低电平 0 S CS β CC β C CES CC β C 晶体管非门电路

3.4.3 三极管非门电路 非门逻辑表 非门逻辑符号 输入 A 0 1 输出 F 1 0 函数表达式 : F A

例 3.4.1 已知 : 1 2.7kΩ, 2 10kΩ, C 1kΩ, CC 5V, 5V, β30, ES 0.7V, CES 0V, 截止时 C 0, L 0V, H 3V; 试分析管子的输出状态 解 :(1) 输入 A 为低电平 0 时 1 E 1 3 2.7 10 (2.7 10) 10 2 3 5 1.06(V) 此时晶体管可靠截止, F C 5V, 输出 F 为高电平

例 3.4.1 (2) 输入 A 为高电平 1 时将晶体管基极左侧作戴维宁等效开路电压 H O H 1 1 2 3 5 3 3 2.7 10 1.3(V) 3 (2.7 10) 10 基极电流 临界基极饱和电流 O S ES 1.3 0.7 2.13 10 CS CC β β C 3 0.28(mA) 5 30 1 10 3 因 > S, 晶体管处于饱和, F CES 0V,F 为 0 0.17(mA)

3.4.3 晶体管及场效晶体管非门电路 工作原理 : NMOS 非门电路 (1) 当输入 A 为低电平 0 时, 使 GS < GS(th), 管子处于截止状态, D 0, F DD ; 输出端 F 为高电平 1; (2) 当输入 A 为高电平 1 时, GS > GS(th), 管子饱和导通, F 0, 输出端 F 为低电平 0 故电路满足非逻辑关系

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