模拟放大器基础

1,第 2 章,放大器基础,2,作业： 2-6(1) 2-7 2-8 2-9 2-12 2-13 2-15 2-18 2-19(a) 2-21 2-25 2-28 2-30,3,内容提要：,放大器的主要性能指标和传输特性（理解） 放大器的基本分析方法图解法和微变等效电路法（掌握） 双极晶体管和场效应管的偏置电路（理解） 双极晶体管和场效应晶体管放大器的基本组态CE（CS）、CB（CG）、CC（CD）、以及射极（源极）带有电阻的CE（CS）放大器（掌握） 双极晶体管和场效应晶体管有源负载放大器（掌握） 多级放大器的耦合及主要性能指标的计算（掌握）,4,2.1 放 大 器 概 述,5,2.1.1放大器的用途与分类,放大器：放大电信号的装置,1.定义,实质是一能量转换器,用小的信号功率（电压、电流）去控制电源供给的直流功率，把它转换成负载所需要的大的信号功率(电压、电流),6,2.1.1放大器的用途与分类,2.分类,按器件分：,按用途分：,双极晶体管放大器、场效应管放 大器、电子管放大器和集成运算 放大器等。,电压放大器、电流放大器和功率 放大器等。,7,2.1.1放大器的用途与分类,按工作频率分：,按工作状态分：,低频放大器、高频放大器和 超高频放大器等。,甲(A)类放大器 、乙(B)类放 大器、甲乙(AB)类放大器、 丙类(C)类放大器和丁(D)类 放大器等。,8,2.1.2 放大器的基本组成,(小写字母、大写下标)电压的瞬时值； (大写字母、大写下标)电压的直流成分； (小写字母、小写下标)交流电压的瞬时值； (大写字母、小写下标)交流电压复数量简化表 示，表示 的有效值； 的峰值或振幅。,= + sint = + sint = +,9,电容耦合共射放大器电路,us：信号源电压 Rs：信号源内阻 C1：输入耦合电容 Rb：偏置电阻 Rc：集电极电阻 C2：输出耦合电容 RL：负载电阻 UCC：直流电源电压,10,直流通路,由于本章采用的放大器件是晶体三极管和场效应管，它们均为非线性器件，为了满足不失真地放大信号的目的，必须给它们加上正确的偏置电路, 即要有直流通路，保证在输入信号的范围内，它们均工作在线性区。,11,交流通路,12,组成放大电路时应遵循的原则：,一、要有直流通路，并保证合适的直流工作状态，确保晶体三极管和场效应管工作在放大区。,二、要有交流通路，对于电压放大器,输入信号电压要能加入，输出信号电压要能取出。,13,2.1.3 放大器类型,电压放大器,电流放大器,电压,电压,电流,电流,14,2.1.3 放大器类型,互阻放大器,互导放大器,电流,电流,电压,电压,15,2.1.4 放大器主要性能指标,1输入电阻 ：,从信号源右边向放大器视入的电阻,表明了放大器对信号源的影响程度,Ri中不包含Rs,16,3输出电阻,从负载电阻 左边向放 大器视入的等效电阻,输出电阻大小反映了放大器带负载能力的强弱。输出电阻越大，放大器带负载能力越小；反之，则越大。,Ro中不包含RL,17,（1）电压放大器-电压放大倍数,负载开路时的电压放大倍数,2.放大倍数,18,（1）电压放大器-电压放大倍数,考虑信号源内阻时的电压放大倍数,19,电流放大倍数,功率放大倍数,20,放大倍数常用 (分贝)来表示，称为增益,21,（2）电流放大器电流放大倍数,负载短路时的电流放大倍数,22,电流放大器电压放大倍数为,考虑信号源内阻Rs时的电流放大倍数为,23,（3）互阻放大器-互阻放大倍数,负载RL开路时的互阻放大倍数,24,（4）互导放大器互导放大倍数,当考虑信号源内阻时，则,令,于是,25,4通频带,下限频率,上限频率,不失真（或基本不失真）放大信号时，放大器的通频带必须大于或等于信号的带宽。,26,最大输出幅度指放大器在线性区能输出的最大 电压幅度 或最大电流幅度,5最大输出幅度,最大输出幅度与放大器直流工作状态、集电极电阻RC、负载电阻RL和电源电压UCC等密切相关。,27,输出功率 是指放大器能够向负载提供的最大 交流功率。,6输出功率 和效率,效率,直流电源供给功率,28,7总谐波失真系数 和噪声系数,非线性失真也称为谐波失真,噪声系数 定义为,U1基波分量电压有效值， U2、U3等为2次、3次等谐波分量电压有效值,29,2.1.5 放大器的传输特性,30,2.2 放大器基本分析方法,静态分析是对直流通路进行分析,动态分析是对交流通路进行分析,一般先作静态分析，知道放大器的直流工作状态后再作动态分析。,注意：静态分析和动态分析对应的放大器通路不同， 分析方法也不同，两类分析不能混淆，不能混用。,31,2.2.1 静态分析,静态分析要确定静态工作点-,两种方法：解析法和图解法,点,需计算：,32,1解析法,工作在放大状态下的晶体三极管，发射结处于正偏，集电结处于反偏。晶体管导通时，有,硅管,锗管,常取,33,1解析法,输入回路,34,输出回路,35,例2-1 某放大器的直流通路如图（a）所示，试用解析法求 、 的表达式。,解：将图（a）用戴维南定理化简得图（b），图中,36,所以,例2-1 解:,1 解析法,发射极支路的电阻 折合到基极支路要乘以 ；,基极支路的电阻 折合到发射极支路要除以 。,37,还有一点需要说明，上述的分析方法只适用于放大器工作在放大区，也就是说需要事先假设放大器工作在线性状态，然后进行分析，最后再判断分析是否合理，例2-2就说明了这种情况。,1 解析法,38,电路如图所示，试分析晶体三极管的工作状态。,解：设三极管工作在放大区，则,例2-2,1 解析法,39,电源电压 ，,而,显然是不可能的。实际上，此时晶体三极管已不在放大区工作，故不能按放大区进行计算。那晶体三极管工作在何种区域呢？需要根据所加电压极性判断工作三极管的工作状态。,由图可知，此时放大器工作在饱和区。,例2-2 解:,1 解析法,40,因此，在使用解析法时必须注意一前提条件：三极管在放大状态工作。计算时，可以先假设工作在线性放大区，用解析法分析后，再看是否符合放大状态条件，不能计算完后就了事。,1 解析法,41,2图解法,通过作图对各极电流、电压进行分析的一种方法,步骤为：,（1） 画出直流通路,（2)分别写出输入、输出回路的外部 条件方程,(3)在输入、输出特性曲线上作出外 部条件方程,找出交点即为静态工 作点,42,(1)输入回路,输入回路外部条件方程,输入特性曲线,外部特性,43,(2)输出回路,输出回路外部条件方程,输出特性曲线,输出回路直流负载线,特点：过Q点；斜率为,44,2.2.2 动态分析,根据已知的输入信号，求出各极电流、电压的波形，进而观察波形失真情况或求出电压、电流放大倍数。,分析方法：图解法和微变等效电路法,45,1图解法,(l)作出输入回路的交流负载线求 波形,设输入信号,则,Q点处，当输入信号幅度较小时，可以用切线代替输入特性曲线,输入回路外部条件 方程，求Q点时用,46,(2)输出回路的交流负载线求 ， 波形,式中,于是,交流负载线方程,特点：过Q点；斜率为,47,如图，根据输入电流信号波形就可以对应画出输出电流及电压波形,输出回路交流负载线,输出回路直流负载线,48,放大器各点波形,注意输出电压与输入电压的相位关系CE实现电压反相放大,49,（3) 最大不失真输出电压,截止失真,点位置偏低,输入信号较大,50,（3) 最大不失真输出电压,点位置偏高,输入信号较大,饱和失真,51,最大不失真输出电压幅度为：,不饱和失真的最大输出电压,不截止失真的最大输出电压,Q点在中心附近,52,2H参数微变等效电路法,基本思想：,用线性等效电路取代非线性器件-晶体三极管,（1）H参数等效电路,微分, 小信号, Q点已求得,53,定义,(单位为),(无量纲),(单位为S),(无量纲),共射接法输入开路时的电压反馈系数,共射接法输出短路时的电流放大系数,共射接法输出短路时的输入阻抗,共射接法输入断路时的输出导纳,54,对于交流信号输入,或,55,H参数等效电路,56,简化的H参数等效电路,忽略基调效应，即忽略 对 的影响，有,=0， =0,因此,57,只对交流低频小信号等效 等效电路与管子类型和电路组态 无关 使用时注意受控源与控制变量之间极性的相对关系 等效电路的参数与工作点Q息息相关,注意,58,例2-2,电路如图所示，已知 =1k ， =0， =50，,=20s，,设 、 和 对交流可以认为短路，,试计算放大器主要 性能指标 、,和 。,画出交流通路 画出三极管等效电路 标示电压电流方向 画出外围偏置电路及信号源,59,解：交流等效电路如图所示，有,60,由输出电阻的定义，其等效 电路如图所示,若忽略 的影响，则,用简化H参数等效电路计算，误差很小，在工程上是允许的。,61,（2）H参数的确定,（ ）、 （ ）,用H参数测试仪或利用晶体管特性曲线图示仪测量,发射结电阻,令,基区体电阻,则,62,2.3 晶体管偏置电路,与晶体管参数无关,2.3.1 分压式偏置电路,63,64,双电源供电的偏置电路,65,要求：,已知：,求：,66,2.3.2 电流源偏置电路,1.基本电流源,所以,镜像电流源,67,由基本电流源特性可知：当两管工作在放大区时，曲线并非水平，IC2随着UCE2的增大而稍有增大，并不是固定的，这说明镜像电流源不是恒流源。,68, 为减小基极电流的影响，提高输出电流与基准电流的传输 精度，稳定输出电流，改进：,69,2.威尔逊（Wilson)电流源,足够大,70,当三只晶体管都工作在放大区时，输出电流IC3与U3无关。,71,3.微电流电流源,只要给定,，就可求出,和,72,解：,例2-4 图所示电路中，已知 ，,求,(基极电流可忽略不计)。,要求,73,4.比例电流源,74,2.4 晶体管放大器的三种基本组态,哪个极为输入电路和输出电路的公共端即称为共什么极,共射(Common Emitter简写为CE),共基(Common Base简写为CB),共集(Common Col1ector简写为CC),75,2.4.1 共射（CE）放大电路,76,(1)电流放大倍数,(2)输入电阻,(3)中频电压放大倍数 和,77,改变IEQ 即可改变电压放大倍数,78,(4)输出电阻,79,2.4.2 共基（CB）放大电路,80,(1)电流放大倍数,(2)输入电阻,81,(4)输出电阻,考虑 时,(3)中频电压放大倍数,82,2.4.3 共集（CC）放大电路,83,(1)电流放大倍数,(2)输入电阻,84,(3)中频电压放大倍数 、,射极跟随器或射极输出器,85,则,(4)输出电阻,所以,86,电流源不为恒流源而有一内阻,