模电课件-第2章-基本放大电路

1、模拟电子技术 基 础,第二章 基本放大电路,理解放大、放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、直流通路、交流通路、直流分析、交流分析、静态工作点、直流负载线、交流负载线、截止失真、饱和失真、h参数微变等效电路、共射（共源）放大电路、共集（共漏）放大电路、共基（共栅）放大电路等基本概念。 掌握双极型晶体管放大电路和场效应管放大电路的组成、工作原理和基本分析方法，会用估算法、图解法和微变等效电路法对放大电路进行静态分析和动态分析，掌握静态工作点稳定电路、放大电路的三种组态和各自的特点。,第二章 基本放大电路,2.1放大的概念和电路主要指标,2.7场效应管放大电路,2.6晶体管基本放大电路的派生电路,2.5单管放大电路的三种基本接法,2.4放大电路静态工作点的稳定,2.3放大电路的分析方法,2.2基本共射放大电路的工作原理,简单的例子：声音是怎样变大的？,放大电路的作用： 输入小的电信号，输出大的电信号，且波形不失真。,2.1 放大的概念和电路主要指标,2.1.1 放大的概念,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出

2、口的四端网络表示，如图：,Au,放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。,放大电路放大的本质是能量的控制和转换。,2.1.2.放大电路的性能指标,放大电路示意图,放大电路可以看成信号源的负载,放大电路可以看成内阻为RO的电压源（或电流源）,一、放大倍数 表示放大器的放大能力,根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。,二、输入电阻Ri,放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源索取能量。,Ri=Ui / Ii,对于取电压源信号，一般来说， Ri越大越好！,输入电阻是衡量放大电路从其前级索取电信号能力强弱的参数。,Ri 越大， ui 与 us 越接近,例 us =20mV，Rs=600 ，比较不同 Ri 时的ii 、ui。,输入电阻的测量：,三、输出电阻 Ro,从放大电路输出端看进去的等效电阻。,输入端加正弦电压 ，分别测量空载和输出端接负载 RL 的输出电压 、 。,对于电压输出电路，输出电阻愈小，带负载能力愈强！,输出电阻的测量：,四、通频带,通频带：,fbw= fH fL,放大倍数随频率变化曲线,

3、通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。,五、非线性失真系数 D,所有谐波总量与基波成分之比，即,六、最大不失真输出幅度,在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供 给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰 值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。,七、最大输出功率与效率,输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。, ：效率 PV：直流电源消耗的功率,八、噪声和信噪比,放大电路在放大有用信号的同时，还会放大一些无用的信号，即噪声。通常噪声可分为两类： 一类是通过适当的屏蔽、滤波或电路的合理设计可以消除或控制的，如外界磁场的感应，整流滤波不良，接地不合理等引起的噪声。 另一类是由于元件中带电质点杂乱的波动所造成的，不能完全控制或消除。这些噪声有可能会淹没掉有用信号，对信号的放大是十分有害的。 引入信噪比(signal to noise ratio，SNR) 来表征放大电路的输出信号的质量。,2.2 基本共射放大电路的工作原理,2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件作用,T：NPN 型三极管，为放大元件；,VCC：提供集电结反

4、偏电压和能量；,RC：当 iC 通过 Rc，将电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路的输出端；,VBB 、Rb：为发射结提供正向偏置电压，提供静态基极电流IB。,共射,uRc (iCRc) uCE,uBE,iB,iC（biB）,电压放大倍数：,一放大原理,2.2.2 基本共射放大电路的工作原理及波形分析,若晶体管工作在放大状态,符号说明,基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。,各电压、电流的波形,放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。,2.2.3 设置静态工作点的必要性,一、 静态工作点 (Quiescent Point),静态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、 ICQ 和UCEQ,ICQ= IBQ,对于NPN硅管UBEQ0.7V，PNP锗管UBEQ-0.2V,二、为什么要设置静态工作点,本质：使晶体管工作在放大区的合适位置！,对放大电路的基本要求：,1.输出信号能够放大。 2.输出波形不能失真。,Q点不仅影响放大电路是否会失真， 而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。,2.2.4 放大电路的组成原则,一

5、、组成原则,1.必须有为放大管提供合适Q点的直流电源。,2.电阻适当，同电源配合，使放大管有合适Q点。 保证晶体管工作在放大区；场效应管工作在恒流区。,3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。 对于晶体管能产生uBE，对于场效应管能产生uGS，从而改变输出回路的电流，放大输入信号。,4.当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号 大得多的信号电流或信号电压。,（1）直接耦合放大电路,问题： 1. 两种电源 2. 信号源与放大电路不“共地”,共地，且要使信号驮载在静态之上,静态时，,动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。,将两个电源合二为一,有直流分量,有交流损失, ,UBEQ,二、常见的两种共射放大电路,（2）阻容耦合放大电路,耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。,静态时，C1、C2上电压？,动态时，,C1、C2为耦合电容！,uBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。 负载上只有交流信号。,两种电路静态点的简单计算：,1.直接耦合共射放大电路,2.阻容耦合共射放大电路,放大电路如图所

6、示。已知BJT的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：,（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）,解：（1）,（2）当Rb=100k时，,静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），假设成立，BJT工作在放大区。,其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：,所以BJT工作在饱和区。,UCEQ为负值，假设错误,此时，Q（120uA，6mA，0V），,例题,假设BJT工作在放大区,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。 2. 交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路（内阻为0）; 直流电压源视为短路。,通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。,2.3 放大电路的分析方法,基本共射放大电路的直流通路,列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQIBQ，可估算出静态工作点。,VBB越大，UBEQ

7、取不同的值所引起的IBQ的误差越小。,、交流通路,当VCCUBEQ时，,已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？,阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路,采用图解法必须获得管子的实测I-V曲线,输入回路负载线,IBQ,负载线,1. 静态分析(直流分析),2.3.1 图解法,2. 电压放大倍数的动态分析（交流分析）（基本电路）,斜率不变,1）阻容耦合交流通路的输出回路,输出通路的外电路是 Rc 和 RL 的并联。,2）交流负载线,交流负载线斜率为：,uCE = VCC iCRL,共射极放大电路,2. 电压放大倍数的动态分析（交流分析）（阻容耦合）,3）动态工作情况图解分析,输出回路工作情况分析：,uCE = VCC - iCRc,4）电压放大倍数,交流负载线小结：,负载开路，则RL =Rc ，交、直流负载线重合。 接上负载，因RLRc ，交流负载线比直流负载线要陡。,图解分析法的解题步骤：,1. 由直流通路画出输入回路直流负载线，确定IBQ和UBEQ；或认为UBEQ已知（约0.7V），用估算法求出IBQ,2. 由直流通路画出输出回路直流负载线， 确定ICQ

8、和UCEQ,3. 由交流通路画出输出回路交流负载线， 确定动态指标。,请注意,直接耦合共射电路的直流和交流负载线重合； 阻容耦合共射电路交流负载线比直流负载线陡，当负载电阻RL开路时，两负载线重合。,【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知 Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集电极直流电源 VCC = 12 V，问1：试用图解法确定静态工作点。,解：首先估算 IBQ,做直流负载线，确定 Q 点,根据 UCEQ = VCC ICQ Rc,iC = 0，uCE = 12 V ；,uCE = 0，iC = 4 mA .,0,iB = 0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,3,4,2,2,4,6,8,10,12,M,IBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.,uCE /V,由 Q 点确定静态值为：,iC /mA,uBE = 0.04 V = (0.72 0.68) V,则在输入特性曲线上有：,问2：若在上题电路中，输入交流小信号 ： ui = 0.04sin（t）V，试求电压放大倍数。,iB= (60 20) A = 40A,相应的有：,解：

9、,9,12,uCE = (4.5 7.5) V = - 3 V,在输出特性曲线先确定交流负载线：,由iB= (60 20) A = 40A得,3. 失真分析,截止失真,消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。,截止失真是在输入回路首先产生失真！,饱和失真,消除方法：增大Rb，减小Rc，减小，减小VBB，增大VCC。,Rb或或VBB ,Rc或VCC,饱和失真是输出回路产生失真！,输出波形没有明显失真时，能够输出最大电压。即输出特性的 A、B 所限定的范围。,Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DE,问题：如何求最大不失真输出电压？,Uomax=min(UCEQ-UCES),(VCC-UCEQ),（动画3-4）,最大不失真输出电压,图解法小结,直观形象，可以分析Q点位置是否合适，便于分析电路的非线性失真。,优点：,缺点：,依赖于特性曲线； 易产生测量误差； 不适于频率较高的情况； 较复杂的电路无法分析； 不易计算Ro、Ri等技术指标。,1. 输入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。,rbb的量级一般为100300欧，可取300欧。,晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）,2.3.2 等效电路法,rbe的求解：,查阅手册,利用PN结的电流方程可求得,在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！,2. 输出回路,输出端相当于一个受ib 控制的电流源。,3. 三极管的微变等效电路,c,b,e,微变等效电路模型仅对变化量而言的； 2. h参数与Q有关。,非常重要！,2.3.3 放大电路的微变等效电路,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:,1. 电压放大倍数的计算,注意：负号表示输入和输出电压相位相反。 交流负载电阻越小，放大倍数越小。,2. 输入电阻的计算,输入电阻指的是向放大电路输入端

《模电课件-第2章-基本放大电路》由会员F****n分享，可在线阅读，更多相关《模电课件-第2章-基本放大电路》请在金锄头文库上搜索。