磁路和变压器(1)
第2章 基本放大电路及其分析,本章学习目标 : 2.1 共发射极放大电路 2.2 共发射极放大电路的分析 2.3 静态工作点稳定的放大电路 2.4 共集电极放大电路 2.5 多级放大电路 2.6 功率放大电路 2.7 场效应晶体管放大电路,第2章 基本放大电路及其分析,本章学习目标 : 共发射极放大电路的组成、工作原理、静态分析和动态分析； 共集电极放大电路的静态分析和动态分析； 多极放大电路的耦合方式和分析方法； 功率放大电路的工作原理和分析方法； 场效应管及其放大电路的工作原理和分析方法。,返回,2.1 共发射极放大电路,2.1.1共射极放大电路的组成 如图2-1所示电路为共发射极接法的基本放大电路，有一个输入端和一个输出端。输入端接交流信号源（包括电动势eS和内阻RS），输入电压为ui；输出端接负载电阻RL，输出电压为uo。,2.1 共发射极放大电路,2.1.2共射极放大电路各元件的作用 三极管T：是放大电路的放大元件，利用它的电流放大作用在集电极电路获得较大的电流，是整个放大电路的核心；它也是一个控制元件，用较小能量的输入信号去控制电源EC所供给的能量，以在输出端获得一个较大能量的输出信号。 集电极电源EC：集电极电源EC除为输出信号提供能量外，还保证集电结处于反向偏置，以便使三极管具有放大作用。 集电极负载电阻RC：它的主要作用是将集电极电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。,2.1 共发射极放大电路,基极电源EB和基极电阻RB：它们的作用是使发射结处于正向偏置，并提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点。 耦合电容C1和C2：它们有两个方面的作用，一方面起隔直作用，另一方面又起交流耦合作用，保证交流信号畅通无阻地经过放大电路，沟通信号源、放大电路和负载三者之间的交流通路。C1和C2的电容值一般为几微法到几十微法，通常用电解电容，使用时要注意其极性。,2.1 共发射极放大电路,为了减少电源的种类，我们可以适当地改变RB的接法，再去掉EB，变成如图2-2（a）所示电路，我们称之为单电源电路。在放大电路中，通常把公共端接“地”，并设其电位为零（共发射极电路的公共端为发射极），作为电路中其他各点电位的参考点；同时，为了简化电路的画法，习惯上常不画电源EC的符号，而只在联接其正极的一端标出它对“地”的电压UCC和极性（或），如图2-2（b）所示电路。,返回,2.2 共发射极放大电路的分析,2.2.1 共射极放大电路的静态分析 1.用放大电路的直流通路确定静态值 直流通路就是直流电流过的电路，画直流通路时，耦合电容C1和C2可看成断路。图2-2（b）所示电路的直流通路为图2-3所示电路，由图2-3所示电路可得基极电流。 IB ICIBICEOIB UCEUCCRCIC,2.2 共发射极放大电路的分析,2.用图解法确定放大电路的静态值 我们用图解法不但可以确定放大电路的静态值，而且能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路工作的影响。 用图解法确定放大电路的静态值的步骤为： (1)给出三极管的输出特性曲线组。 (2)作出直流负载线。 (3)根据直流通路求出偏置电流IB，并找出静态工作点Q。 (4)再根据Q点在坐标轴上的投影得出静态值。,2.2 共发射极放大电路的分析,2.2.2 共射极放大电路的动态分析 微变等效电路法，就是当三极管放大电路的输入信号很小时，在工作点附近的小范围内用直线段来近似代替三极管的特性曲线，即把非线性元件三极管等效为一个线性元件，也就是把三极管放大电路等效为一个线性电路。 1.三极管的微变等效电路 如图2-5（a）所示为三极管的输入特性曲线，它是非线性的。但是，当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的曲线可认为是直线，当UCE为常数时，UBE与IB之比可认为是常数，用rbe表示，称它为三极管的输入电阻，,2.2 共发射极放大电路的分析,在小信号情况下，若为低频小功率三极管，式中rbe可用下式来估算 rbe300（1） 式中IE为发射极电流的静态值，rbe是一个对交流而言的动态电阻。因此，三极管的输入电路可用rbe来等效，如图2-6所示。,2.2 共发射极放大电路的分析,图2-5（b）所示为三极管的输出特性曲线，当UCE为常数时，我们可认为IC与IB之比，也就是三极管的电流放大系数也为常数，可由它确定ic受ib控制关系，三极管的输出电路可用一个恒流源ic来近似等效。图2-6所示为三极管的微变等效电路。 2.放大电路的微变等效电路 交流通路就是交流分量流过的电路，画交流通路时应注意两个问题：一个是耦合电容C1和C2可看成短路；再一个就是由于直流电源的内阻可以忽略不计，所以直流电源可看成短路。图2-7（a）所示电路就是图2-2（b）所示电路的交流通路。再把交流通路中的三极管用它的等效电路代替就是微变等效电路，如图2-7（b）所示。,2.2 共发射极放大电路的分析,3.电压放大倍数 、输入电阻ri和输出电阻ro (1) 若图2-2（b）所示的交流放大电路的输入信号为正弦波，则它的微变等效电路中的电压和电流都可用相量来表示，于是我们可得如图2-8所示电路。从图2-8所示电路可得:,2.2 共发射极放大电路的分析,（2）放大电路对信号源（或对前级放大电路）而言，是一个负载，可用一个电阻来等效代替，这个电阻称为放大电路的输入电阻，用ri表示，对交流而言它是一个动态电阻，图2-8所示微变等效电路的输入电阻为： riRB/rberbe （3）放大电路对负载（或对后级放大电路）而言，相当于一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻，用ro表示，图2-8所示微变等效电路的输出电阻为： roRC,2.2 共发射极放大电路的分析,2.2.3 共发射极放大电路的非线性失真 失真就是指输出信号的波形和输入信号的波形不一样。引起失真的原因很多，最基本的有两个：即静态工作点不合适和输入信号太大。放大电路的工作范围超出了三极管特性曲线的线性范围所产生的失真叫非线性失真。非线性失真通常分为截止失真和饱和失真两类。 （1）截止失真：如图2-9（a）所示，由于静态工作点的位置太低（靠近截止区），若输入信号为正弦波，在它的负半周，三极管进入了截止区。此时，iB的负半周和uCE的正半周都被削去了一部分。由于这种失真是因为工作在三极管的截止区而引起的，所以称为截止失真。,2.2 共发射极放大电路的分析,（2）饱和失真：如图2-9（b）所示，由于静态工作点的位置太高（靠近饱和区），若输入信号为正弦波，在它的正半周，三极管进入了饱和区。此时，iC的正半周和uCE的负半周都被削去了一部分。由于这种失真是因为工作在三极管的饱和区而引起的，所以称为饱和失真。 （3）如何减小非线性失真：从上述分析可知，要使电路不产生非线性失真，必须使放大电路有一个合适的静态工作点，即点应尽可能选在放大区的中间部分；再就是输入信号ui的幅值不能太大，否则放大电路的工作范围会超过特性曲线的线性范围。,返回,2.3 静态工作点稳定的放大电路,2.3.1 静态工作点稳定的原理和条件 如图2-10（a）所示的分压式偏置电路，当温度变化时，能使IC近似维持不变以使工作点稳定。图2-10（b）所示电路为它的直流通路。 因为IB很小，它对于I1和I2来说可忽略不计，即:I2IB 。 因为UBE很小，它对于VB来说可忽略不计，即:VB UBE,2.3 静态工作点稳定的放大电路,分压式偏置电路工作点稳定的过程如下（仅考虑温度变化情况）： 温度升高IC（IE）VEUBEIB IC（IE ）不变IC（IE） 图2-10（a）所示的分压式偏置电路中电容CE称为发射极电阻RE的交流旁路电容。对直流而言，它不起作用，电路通过RE的作用能使静态工作点稳定；对交流而言，它因与RE并联且可看成短路，所以RE不起作用，保持电路的电压放大倍数不会下降。CE的容量一般为几十微法到几百微法。,2.3 静态工作点稳定的放大电路,2.3.2. 静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的估算 UCEUCC（RCRE）IC 图2-11所示电路为图2-10（a）所示电路的微变等效电路。从图2-11中可看出，电压放大倍数、输入电阻与输出电阻和前面讲过的固定式偏置电路的基本一样。,2.4 共集电极放大电路,2.4.1 共集电极放大电路静态分析 射极输出器的公共端为集电极，所以又称共集电极放大电路，电路如图2-12所示。 图2-13所示电路为图2-12所示的射极输出器的直流通路。由它的直流通路可得：,2.4 共集电极放大电路,IEIBIC（1）IB UCEUCCREIE 2. 动态分析 图2-14所示电路为图2-12所示的射极输出器的微变等效电路图。由它的微变等效电路图可得： (1)电压放大倍数 电压放大倍数略小于等于1，且输入电压和输出电压同相，所以射极输出器又称为射极跟随器。,2.4 共集电极放大电路,(2)输入电阻 riRB/rbe（1） , ri很高。 (3)输出电阻 RS/RB，由于rbe不大，RS又很小，所以ro很小。 射极输出器因为它的输入电阻高，所以常作为多级放大器的输入级；又因为它的输出电阻低，所以常作为多级放大器的输出级；它的电压放大倍数略等于1、输入电阻高和输出电阻低，所以常作为多级放大器的中间级，在电路中起阻抗变换的作用。,返回,2.5 多极放大电路,2.5.1 多极放大电路的耦合方式 在多级放大电路中，级与级之间的联接方式称为耦合，耦合的方式有阻容耦合、直接耦合和变压器耦合三种方式。其中前两种应用较广，后一种应用很少。 1.阻容耦合：前后级之间是通过耦合电容连接的，其特点是前后级的静态值互不影响，静态工作点可单独调整；但它只能放大交流信号，不适宜传送缓慢变化的信号和直流信号，主要在分立元件中应用较多，电路如图2-15所示。,2.5 多极放大电路,2.直接耦合：前后级之间是通过导线连接的，其特点不但能放大交流信号，还能传送缓慢变化的信号和直流信号；但前后级的静态值会互相影响，静态工作点不可单独调整，主要应用在集成电路中，电路如图2-16所示。 3.变压器耦合：电路如图2-17所示，它的前后级之间是通过变压器连接的，其特点是前后级的静态值互不影响，静态工作点可单独调整，还能进行阻抗匹配和进行电流、电压变换；但它只能放大交流信号，不适宜传送缓慢变化的信号和直流信号，再就是体积大、重量重、价格高，所以应用较少。,2.5 多极放大电路,2.5.2 多极放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻 1.电压放大倍数的计算： Uo(n-1)=Uin，rinRL（n1），ro（n1）Rsn 2.总输入电阻ri的计算：riri1。 3.总输出电阻ro的计算：roron。,2.5 多极放大电路,2.5.3 多级放大电路的频率特性 1.单级放大电路的频率特性 由于在放大电路中，含有各种不同容量的电容元件，它们对不同频率的信号所呈现的容抗值是不相同的。所以，放大电路对不同频率的信号在幅度和相位上的放大效果是不完全一样的，把造成输出信号的幅度失真叫幅频失真，造成输出信号的相位失真叫相频失真，二者统称为频率失真。,2.5 多极放大电路,所谓频率特性，就是指放大电路的放大倍数的幅值和幅角与频率的关系，其中放大倍数幅值 | |与频率f的关系叫幅频特性；放大倍数幅角A（输出电压与输入电压之间的相位差）与频率f的关系叫相频特性。图2-19（a）、（b）分别为单级共发射极放大电路的幅频特性图和相频特性图。在工业电子技术中最常用的是低频放大电路，其频率范围约为2010000Hz。但在分析放大电路的频率特性时，我们一般再将低频范围分为低、中、高三个频段。如图2-19（a）所示。,2.
