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1、第二章 基本放大电路 2.1放大的概念和放大电路的主要性能指标,一、放大的概念,放大的概念:将微弱的电信号(电压或电流)放大成较大的电信号。放大的对象为变化量。,放大的实质:能量的控制与转换。用小能量的信号通过三极管的电流控制作用,将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。,对放大电路的基本要求 : 1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。 2. 尽可能小的波形失真(不失真:输出量和输入量始终保持线性关系) 。 另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。,本章主要讨论电压放大电路。,二、放大电路的性能指标,放大电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro 。,同一个的放大电路,在幅值相同
2、但频率不同的 下, 也会不同。,信号源由 和内阻RS串联组成, 是放大电路的输入电压; 是放大电路的输出电压。,1.示意图, 放大倍数,输入电阻:从放大电路输入端看进去的等效电阻。,2.放大电路的性能指标:,放大倍数是直接衡量放大电路放大能力的重要指标,其值为输出量与输入量之比。,重点,放大电路是信号源的负载。Ri越大,加到放大电路的输入电压 越大,信号电压 在内阻上的损失越小。,信号源,输出电阻,任何放大电路从输出端向左看都可以等效成一个有内阻的电压源,其中的内阻称为输出电阻Ro。 Ro可以从放大电路本身来计算,也可以通过实验室测量出Uo ,Uo和RL由下式计算:,输出电阻Ro越小,负载电阻
3、RL变化时,Uo的变化越小,放大电路的带负载能力越强。,在多级放大电路中:,后一级放大电路是前一级的负载,即放大电路的Ri2是放大电路的负载电阻。而前一级放大电路是后一级的信号源,即放大电路是放大电路的信号源,其内阻为Ro1。,放大电路,通频带,非线性失真系数,通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。,二极管、三极管和场效应管是非线性元件,若输入信号幅值太大,经过放大电路后输出电压会产生非线性失真。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。 设基波幅值为A1、谐波幅值为A2、A3、,则,放大倍数的幅值随频率变化的曲线,最大不失真输出电压,最大输出功率与效率,当输入电压
4、再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。实测时,需定义非线性失真系数D的额定值,输出波形的非线性失真系数刚刚达到额定值时的输出电压即为最大不失真输出电压。一般用有效值Uom表示。,在输出信号不失真的情况下,负载上能够获得的最大功率称为最大输出功率Pom 。此时,输出电压达到最大不失真输出电压。 直流电源能量的利用率称为效率,其值为最大输出功率Pom与电源消耗功率PV之比。,2.2 基本共射放大电路的工作原理,一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用,晶体管T-放大元件, iC= iB。要保证发射结正偏,集电结反偏, 使晶体管工作在放大区 。,基极电源VBB与基极电阻Rb-使发射结 处于
5、正偏,并提供大小适当的基极电流。,共发射极基本电路,2.2 基本共射放大电路的工作原理,一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用,集电极电源VCC -为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC-将变化的电流转变为变化的电压。,当ui=0时,只有直流分量IB、IC、IE、UBE、UCE。(静态),IB,IC,UCE,IE,UBE,UBE,iB,iC,uCE,iE,uBE,有输入信号(ui0)时,不管电压,还是电流,都会有交流 分量和直流分量,且交流分量是叠加在直流分量上面的。,UBE,?,uCE = VCC iC RC,二、设置静态工作点的必要性,1、静态工作点(Q):,求IBQ、ICQ
6、、IEQ、UBEQ、UCEQ。,UBEQ,由KVL: VBB = IBQ Rb+ UBEQ,由KVL: UCC = ICQ RC+ UCEQ,所以 UCEQ = VCC ICQ RC,列方程求解静态工作点的方法叫估算法。,结论:,无输入信号电压时,三极管各电极都是恒定的 电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE 。,(IB、UBE) 和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点,称为静态工作点。,2、设置静态工作点的必要性,如果没有静态电流电压: (1)静态时,IB=0、IC=0、UCE=VCC,管子处于截止状态。 (2)动态时,如果输入信号足够大,正半周时,管子导通,负半周管子截
7、止,输出波形失真。 如果输入信号不够大,管子始终处于截止状态。,所以,要使放大电路正常工作,要设置静态工作点, 这样才可能使管子在整个周期内都处于放大状态 。,三、放大电路的工作原理及波形分析,UBE,iB,iC,uCE,uBE,uBE = UBE+ ube iB=IBQ+ib,iC=ICQ+ic =iB uCE = UCE+ uce,uCE = VCC iC RC,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,但方向始终不变。,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,静态分析,结论:,(2)若参数选取得当
8、,输出电压可比输入电压大, 即电路具有电压放大作用。,(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。,(1) 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏,集 电结反偏。 (2) 正确设置静态工作点,使晶体管工作于放大 区。 (3) 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。 (4) 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压,经电容耦合只输出交流信号。,四、放大电路的组成原则,1、组成原则,uCE = VCC iC RC,2、常见的两种共射放大电路 直接耦合共射放大电路,无负载时的静态工作点: (令 ),(思考:为什么Rb1不可缺少?),接负载时的静态工作点:,
9、阻容耦合共射放大电路,C1、C2为耦合电容(电解 电容,容量大):对直流信 号相当于开路;对交流信号 相当于短路。,阻容耦合放大电路带负载与不带负载时的静态工作点是相同的。,当UBE UCC时,,由KVL: VCC = IBQ Rb+ UBEQ,由KVL: VCC = ICQ RC+ UCEQ,所以 UCEQ = UCC ICQ RC,求静态工作点:,2.3 放大电路的分析方法,一、直流通路和交流通路,分析任务:静态工作点分析(求Q:IBQ、ICQ、UCEQ) 动态参数分析(求 、Ri、Ro),直流通路:无信号时直流电流流经的通路。 用来计算静态工作点。电容视为开路, 电感视为短路。信号源用短
10、路代替,但 内阻要保留。,交流通路:有信号时交流电流流经的通路。 用来计算电压放大倍数、输入电阻、 输出电阻等动态参数。大容量的电容视 为短路,直流电源(VCC)用短路代替。,直接耦合共射放大电路的直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,信号源,(2)阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,二、图解法,作图求解静态工作点的方法叫图解法。,1、由图解法求静态工作点,思考:直流负载线方程怎么得来?,直流通路,直流负载线,2、由图解法求电压放大倍数,加入输入信号uI,,3、波形非线性失真的分析,截止失真,当Q点过低时,ib在负半周会出现失真,ic也会出现负半周失真,uce(uO
11、)正半周失真。,饱和失真,当Q点过高时, ib不会出现失真,但Q点过高进入饱和区ic会出现正半周失真, uce (uO)负半周失真。,4、交流负载线,阻容耦合共射放大电路,带负载后,最大不失真输出电压变小。,不带负载时最大不失真输出电压 Uom的求法:,阻容耦合共射放大电路,带负载时最大不失真输出电压 Uom的求法:,三、等效电路法:,1、估算法求静态工作点(前已述,此略),对晶体管模型用线性电路来表示,然后应用求解线 性电路的方法来进行分析计算。,(2)直接耦合放大电路: 交流负载线与直流负载线相同。,5、图解法的适用范围 分析Q点位置,分析最大不失真输出电压等。,2、微变等效电路法求动态参
12、数 1)晶体管的h参数交流小信号模型(微变等效电路),1)晶体管的h参数交流小信号模型(微变等效电路),采用h参数微变等效电路的条件:输入信号幅度很 小,把晶体管看成是一个线性双端口网络。,输入特性:,输出特性:,求全微分:,h参数的物理意义及求解方法:,等效动态电阻,输入曲线基本重合,小,大,小,大,简化的h参数等效模型(微变等效电路) :,rbe的求法:,基区体电阻,几十几百欧姆,晶体管的微变等效电路 :,适用于信号较小的情况,以及信号低频的情况。,2)微变等效电路法分析共射放大电路的动态参数,(2)输入电阻,(1)电压放大倍数,微变等效电路,(3)输出电阻,那么,因为,令信号源电压 ,保
13、留内阻, 断开负载电阻,然后在输出端加 一正弦信号 ,产生 , 则输出电阻为:,例题1,解:(1)求静态工作点:,直流通路,(2)动态分析,微变等效电路,例题2,解:(1)先求静态工作点:,直流通路,(2),微变等效电路,2.4 放大电路静态工作点的稳定,一、工作点稳定的必要性 1、引起工作点变化的原因。(主要是温度),3、解决办法:,二、典型的静态工作点稳定电路,1、电路分析,设,则,基极电位几乎仅取决于Rb1与Rb2 对VCC的分压,而与环境温度无关。(2)Re的作用,(1)基极电位UBQ,引入直流负反馈来稳定静态工作点,Re为负反馈电阻。,2、静态工作点的估算,(a)(b)两个电路的直流
14、 通路是一样的。,(推导过程见书 第106页),3、动态参数的估算,(1)无旁路电容的阻容耦合电路,发射极电阻Re会降低电压放大倍数,所以在电阻Re两端加一旁路电容Ce。,(2)具有旁路电容的阻容耦合电路,动态参数计算:,旁路电容Ce容量很大,对交流来说可视为短路。,三、稳定静态工作点的措施,1、利用二极管的反向特性进行温度补偿的电路,前面介绍的电路是引入直流负反馈来稳定静态工作点。下面介绍 的电路用温度补偿来稳定静态工作点。,IR二极管反向电流,2、利用二极管的正向特性进行温度补偿的电路,T(0C),IC,UD,UB,IC,UE,UBE,(T升高,二极管内 电流基本不变),2.5 晶体管单管
15、放大电路的三种接法,一、基本共集放大电路(电压跟随器、射极跟随器),共射、共集、共基:可以从交流通路的角度考虑 是哪种接法。,静态:晶体管工作在放大状态:发射结正偏,集电结反偏。,1、电路组成,动态:基极输入,发射极输出,直流通路,交流通路,微变等效电路,2、静态工作点的计算,输入回路:,3、动态参数计算,无电压放大作用,但有电流放大作用。,交流通路,微变等效电路,输入电阻大。从信号源索取的电流小。,输出电阻小,带负载能力强。,总结: Au1,Ri很大,R0很小,常用作多级放大电路的输入级和输出级;也可以用它连接两电路,使它的高输入阻抗与前级电路的高输出阻抗匹配;低输出阻抗与后级的低输入阻抗相
16、匹配,起到缓冲作用,减少了前后级之间的影响。,令信号源电压 ,保留内阻, 断开负载电阻,然后在输出端加 一正弦信号 ,产生,微变等效电路,例题:,交流通路,1、静态工作点的计算:,2、动态参数计算,二、基本共基放大电路,1、静态工作点计算,2、动态参数计算,电路特点: 与共射相同,输入电阻比共射小, 输出电阻与共射相同。无电流放大作用。,2.6 晶体管基本放大电路的派生电路,一、复合管放大电路 1、复合管的组成及其电流放大系数,复合管组成原则:,1.每只管子的电流有合适的通路,且均工作在放大区; 2.第一只管子的集电极或发射极接第二只管子的基极。 3.复合管的类型同第一只管子。,例题 (p14
17、4习题2.18),2、复合管共射放大电路,微变等效电路,3、复合管共集放大电路(自学),二、共射共基放大电路(自学) 三、共集共基放大电路(自学),2.7 场效应管放大电路,一、场效应管放大电路的三种接法 (共源、共漏、共栅),二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法及分析估算(以共源电路为例),1、基本共源放大电路,(1)用图解法求静态工作点:,输入回路: 输出回路:,(2)利用管子的转移特性求Q,结型场效应管和耗尽型绝缘栅型场效应管转移特性:,2、自给偏压电路,适用于耗尽型和结型场效应管,电路(a)的分析:,自给偏压:靠源极电阻上的电压为栅源两极提供一个负偏压。,电路(b)的分析:,3、分压式偏置电路,三、场效应管放大电路的动态分析,1、MOS管的低频小信号模型,g,gm的求法:,(2)从,(1)从转移特性上求出Q点的切线的斜率(作图),求gm,2、基本共源放大电路的动态分析,3、基本共漏放大电路的分析,(1)静态分析,交流通路,微变等效电路,(2)动态分析,
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