模电课件2.1-2.2-2.3基本放大电路

第二章 基本放大电路,21 放大的概念和放大电路的主要性能指标 22 基本共射放大电路的工作原理 23 放大电路的分析方法 24 放大电路静态工作点的稳定 25 晶体管单管放大电路的三种基本接法 26 场效应管放大电路 27 基本放大电路的派生电路,本章要求,掌握（1) 放大、静态工作点、饱和失真与截止失真、直流通路与交 流通路、直流负载线与交流负载线、h参数等效模型、放大倍数、 输入电阻和输出电阻、最大不失真输出电压、静态工作点的稳定。,（2）放大电路的组成原则和各种基本放大电路的工作原理及特点,（3） 放大电路的分析方法，能够正确估算基本放大电路的静态工 作点和动态参数Au、 Ri 、R0。,理解：派生电路的特点，电路输出波形产生截止失真和饱和失真 的原因,了解：稳定静态工作点的必要性及稳定的方法,21 放大的概念和放大电路主要性能指标,2.1.1 放大的概念,电子学中的放大,放大的对象：变化量,表象：将信号的幅值由小变大,本质：实现能量的控制和转换。,基本特征：是功率放大。,有源元件具有能量作用的元件（三极管）,（扬声器所获得的能量远大于话筒送出的能量）,2.1.2 放大电路的性能指标,1.放大倍数（Au）,衡量放大电路放大能力的重要指标，其值为输出量,电压放大倍数,电流放大倍数,2. 输入电阻Ri （从放大电路输入端看进去的等效电阻）,定义为输入电压有效值Ui和输入电流有效值I i之比，即,表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数， Ri愈大，放大电路从信号源吸取的电流愈小，反之则愈大。Ri大i小（负载轻）好（对信号源索取的能量低）; Ri小i大（负载重）。,（ 或 ）与输入量 （ 或 ）之比。,输出电阻是表明放大电路带负载的能力。Ro大，则RL的变化对输出电压VO的影响越大，表明放大电路带负载的能力差，反之则强。,3.输出电阻Ro,从放大电路输出端看进去的等效内阻。,故希望： Ri大，Ro小,原则：将负载电阻RL开路，并想象在输出端加一个电压源 , 将输入电压信号源短路，但保留内阻。然后计算IT及RO 。,4.通频带,图2.1.4 放大电路的频率指标,当A( f )下降到中频电压放大倍数Am的 1/ 时，即,放大电路的增益A( f ) 是频率的函数,在一定的频率范围内,fL 下限截止频率，fH 称为上限截止频率。,fbw 为通带频率,（反应对不同频率的通过能力）,5.非线性失真系数D,输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数D。,A1为基波幅值,A2、A3为谐波幅值,6.最大不失真输出电压Uom,当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。,7.最大输出功率与效率,在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率，记为Pom 。,直流电源能量的利用率称为效率,Pv为电源消耗的功率,放大电路实质：能量较小的输入信号通过晶体管的控制作用，去控制电源EC（集电极电源）所供给的能量，以在输出端获得一个能量较大的信号。晶体管是一个控制元件。,22 基本共射放大电路的工作原理,基本放大电路：,22.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用,基本组成如下：,晶体管T,基极电阻Rb ,集电极电源VCC ,集电极电阻Rc,输入信号ui ,基极电源VBB ,核心元件，起放大作用,与基极电源一起共同决定基极电流IB,使晶体 管b-e间 电压 UBEUon,使晶体管的集电结反向偏置，以保证晶体管工作在放大状态,将IC转换为c-e间的电压UCE=Vcc-IcRc,正弦波电压,信号源,负载,由一个三极管所组成的简单放大电路,基本组成如下：,VBB、VCC：几伏至几十伏 Rb:几百千欧 Rc:几千欧,为分析方便，对交流电压和电流要标假定的正方向，即参考方向。对交流电压，以放大电路的输入和输出回路的共同端作负端，其它各点为正端；对交流电流，参考方向是ic、ib以流入电极为正，ie以流出电极为正，对微变等效电路中的受控源，受控量的参考方向取决于控制量的参考方向。,单电源供电时的习惯画法,共发射极基本电路,电流分成直流电流和交流电流两大类。 凡方向不随时间变化的电流都可称为直流电流； 大小、方向都不随时间变化的电流叫稳恒直流； 凡大小、方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电流或交变电流。,2.2.2. 放大电路的工作特点,1.无输入信号(ui = 0)时 静态（直流工作状态）,=0,UBE,？,2、有输入信号(ui 0)时: 静态+动态（交、直流工作状态）,交直流信号共存,无输入信号(ui = 0)时:,有输入信号(ui 0)时,uCE = VCC iC RC,uo 0 uBE = UBE+ ui iB = IB+ ib iC = IC+ ic uCE = UCE+ uo,结论：,(1) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发,(2) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大， 即电路,(3) 输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射,极电路具有反相作用。,具有电压放大作用。,终不变。,生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始,uBE=0，三极管截止,2.2.3 静态和静态工作点,1.静态和静态工作点,静态： 时，放大电路的工作状态称为静态（直流工作状态）,静态工作点：,静态时电路中各电极电流和各电极之间的电压,2.为什么要设置静态工作点.,图2.2.2 没有设置合适的静态工作点,(IBQ、 ICQ、UBEQ、 UCEQ),(1)ui=0时,Uon,VCC,（避免失真）,不产生失真的条件,在输入信号一个周期内，直流分量交流分量,uBE=ui,(2)Ui0时,Uon,2.2.4 放大电路的组成原则,1.组成原则,（1）发射结正偏，集电结反偏，有适当的静态工作点,（2）输入信号能顺利传递,（3）失真度不超过允许范围,2.常见的两种共射放大电路,（）直接耦合共射放大电路,必不可少！若Rb10，则静态时，由于输入端短路，晶体管截止，电路不可能正常工作。,（2）阻容耦合共射放大电路,隔直，通交,23 放大电路的分析方法,分析的任务,求静态时的 IBQ 、ICQ 、 UCEQ,求动态时的,分析方法,估算法：求静态工作点,图解法：适用于动态和静态分析,微变等效法：适用于动态分析,2.3.1 直流通路与交流通路,1、直流通路在直流电源作用下直流电流流经的通路，,画法：电容视为开路，电感视为短路，信号源视为短路，,即静态电流流经的通路，用于研究静态工作点。,但应保留其内阻。,放大电路的分析主要包含两个部分: 直流分析, 又称为静态分析, 用于求出电路的直流工作状态, 即基极直流电流IB; 集电极直流电流IC; 集电极与发射极间直流电压UCE。 交流分析, 又称动态分析, 用来求出电压放大倍数、 输入电阻和输出电阻三项性能指标。 ,直流通路,断开,断开,2、交流通路,容量大的电容（如耦合电容）视为短路；,画法,短路,短路,对地短路,交流通路,无内阻的直流电源（如+VCC）视为短路。,用于研究动态参数。,动态时（ui0）交流信号电流流经的通路，,2.3.2 估算法求静态工作点,求静态工作点：,A.,B.,C.,令ui,采用该方法必须已知三极管的 值。硅管UBE=0.7V，锗管UBE=0.2V,例：用估算法计算图示电路的静态工作点。,由KVL可得：,由KVL可得：,Re,2.3.3 图解法,在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它各元件参数的情况下,利用作图的方法对放大电路进行分析即为图解法.,1.图解法分析静态,当uI=0时,在输出回路，,（1）直流负载线,直流负载线,Q,iB=IBQ,ICQ,VCC,VCC,VCC/RC,UCEQ,（2）确定 iB=IBQ,直流负载线方程,iC=0,uCE=0,（3）参数对静态工作点的影响,Rb对Q点的影响,直流负载线不变,Q1,Q2,工作点在Q1Q2间移动,Rc对Q点的影响,Q1,Q2,特性曲线不变,工作点在Q1 Q2 间移动,Vcc对Q点的影响,直流负载线斜率不变，,工作点在直流负载线上移动,2.图解法分析动态,（1）直流负载线,IBQ,Q,ICQ,VCC,UCEQ,直流负载线(-1/Rc),（2）交流负载线- ui0信号遵 循的负载线。,在输出特性曲线上观察放大电路在ui0的工作情况, 斜率为-1/(RcRL)。,交流负载线的画法：,A,B,交流负载线-1/(RcRL),交流负载线应具备的两个特征：, 必过Q点；,（1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。,（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。,注意：,（3） 动态分析,RL=,uo比ui幅度大且相位相反,RL对uo的影响：在输入信号ui不变的情况下，输出电压uo的幅值变小。电压放大倍数变小，最大不失真输出电压也变小。,RL,3. 图解分析法的应用,（1）图解分析法分析波形的非线性失真,三极管特性曲线的非线性引起的失真,非线性失真,截止失真,工作点太低,抑制失真的方法,（2）饱和失真,工作点太高,抑制饱和失真的方法,或,退出饱和,o,t,以UCEQ为中心,取 VCC-UCEQ和UCEQ-UCES这两段距离中小的数值，就是能输出的最大不失真幅值（峰值）。,为使电路不失真输出幅值最大，Q点应设在负载线对应于uCE=UCES和IB=0两点间的中点。,(1) 若 Q 点已定（在放大区），能输出的不失真最大幅度是多大？,(2) Q点设在什么地方能使电路不失真输出幅值最大？,4.图解法分析最大不失真电压,对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线与交,5、图解法的适用范围,在实际应用中，多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压和失真情况。,流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路情况，只有在,空载情况下，两条直线才和二为一。,结论：,2.3.3 等效电路法,1、晶体管简化h参数等效模型 2、共射放大电路动态参数的分析,将晶体管的模型以电路的形式表达后，用解电路的方法来进行分析和计算的。,输 入 端 口,输 出 端 口,在输入特性Q点附近,在输出特性Q点附近,（与uCE无关）,在共射接法放大电路中,在低频小信号作用下,将晶体管看成一个线性双口网络,利用网络的h参数来表示输入、输出的电压与电流的相互关系，便可得出等效电路，成为共射h参数等效模型。该模型只能用于放大电路动态小信号参数分析。,（1）简化h参数等效模型,1、晶体管简化h参数等效模型, I b 是受控源 ，且为电流控制电流源，其电流方向与I b的方向是关联的。,（2）rbe的近似表达式,或,该式表明， Q点愈高， 即IEQ(ICQ) 愈大， rbe 愈小,基区体电阻,发射区体电阻, 一般用测试仪测出；, rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。也可用公式估算：,工程上BJT H参数的确定,该模型只能用于交流通路。 h参数等效模型只适用于低频信号，信号比较小且工作在线性度比较好的区域时，计算的结果误差才较小。 基本放大电路有三种接法，所以管子三个极在小信号等效电路中的位置要随不同接法而改变。,2、共射放大电路动态参数的分析,us,“-”号表示u0与ui相差1800,(1)电压放大倍数的计算,(2)输入电阻的计算,ri,(3)输出电阻的计算,=0,=0,R0,×,Rs,1. 电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。,解：,例题,例2.3.3 在图所示电路中，已知VCC=12V, Rb=510k, Rc=3k；晶体管的rbb'=150 ，=80，导通时的UBEQ=0.7V；RL=3k 。求（1）求出电路的 、 和 ； （2）若所加信号源内阻