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1、2019/10/18,第三章：放大电路,本章内容： 3.1 放大器的组成与性能指标 3.2 放大器的图解分析法 3.3 放大器的微变等效电路分析法 3.4 放大器的工作点稳定 3.5 共集电极放大器 3.6 放大电路的频率响应* 3.7 直流放大器* 3.8 功率放大器* 3.9 集成运算放大器,2019/10/18,3.1 放大器的组成与性能指标,一、放大(amplification)的概念,放大对象为变化量 放大电路的特征为功率放大 放大的本质为能量控制和转换 放大后的信号应不失真 放大电路常以正弦信号作为测试信号,放大电路,话筒 扬声器,2019/10/18,二、放大器的性能指标（cha
2、racteristics）,测试方法：用正弦波信号作为测试信号。,放大器方框图,线性有源双口网络,RS,uS,+,-,ui,RL,uo,io,ii,放大器,Ri,Ro,输入端,输出端,2019/10/18,1、电压放大倍数Au（voltage gain）,是衡量放大电路放大能力的指标。,源电压放大倍数Aus：,注意：测量时应监视输出波形，若输出波形出现明显失真，则得到的比值就失去意义了。,2019/10/18,2、输入电阻Ri（input resistance）,输入端看进去的等效电阻，反映放大器对信号源的影响程度。,3、输出电阻Ro（output resistance）,输出端看进去的等效电
3、阻，反映放大器带负载能力的大小。,uo,RL,Ro,io,实际测试：,Ro,2019/10/18,4、通频带fBW (bandwidth),一般情况下，放大器只适用于放大一个特定频率范围的信号，当信号频率太高或太低时，放大倍数都会有大幅度的下降。,当信号频率升高或降低使放大器的放大倍数下降到中频段放大倍数Aum的0.707倍时，所对应的频率分别记为放大器的上限截止频率fH和下限截止频率fL，则fBW= fH- fL。通频带反映放大器对信号频率的适应能力。,5、最大输出幅值Uom (maximum output amplitude),指当输入信号再增大，就会使输出波形的非线性失真系数超过额定数值
4、（如10）时的输出幅值。,2019/10/18,6、最大输出功率Pom和效率,最大输出功率指在输出信号基本不失真的情况下能输出的最大功率。效率则反映对电源能量的利用率。,7、非线性失真系数D (nonlinear distortion factor),指在单一频率的正弦输入信号下，输出波形的谐波成分总量与基波成分之比。,直流电源提供的功率,(maximum output power),(efficiency),2019/10/18,三、共射极基本放大电路的组成,(common emitter basic amplifier),单管共射极放大电路的原理电路 NPN三极管：放大电路的核心 VBB与
5、RB ：发射结正向偏置 VCC与RC ：集电结反向偏置， 电流到电压转换 工作原理： UiIBIC=IBUo=ICRC 原理电路缺点： VBB、VCC 两路电源，Ui、Uo 不共地， Ui影响Q,VBB,VCC,RC,+,-,Ui,+,-,Uo,2019/10/18,B,C,E,Ui,Uo,C1,C2,RB,VBB,RC,VCC,2019/10/18,B,C,E,C1,C2,RB,VCC,RC,Ui,Uo,2019/10/18,VCC,电容： 直流通路开路、交流通路短路 电压源：交流通路短路,VCC,Ui,Uo,直流通路与交流通路,直流通路,Uo,交流通路,Ui,2019/10/18,3.2
6、放大器的图解分析法,分析放大电路时，要处理的信号通常是交直流的混合量，在计算时可以交直流量统一处理（图解法 graphical method），也可以分开进行（等效电路法 equivalent circuit ）,图解法是利用晶体管的特性曲线来表示其电压电流的关系，电路的电压和电流的关系也用曲线（或直线）来表示，然后再利用作图的方法来求解。（这里的电压、电流都是交直流混合量）,书写约定： 直流分量： 大写变量、大写下标 UCE 交流分量： 小写变量、小写下标 uce=Uce 交直流混合量： 小写变量、大写下标 uCE =UCE + uce,2019/10/18,一、静态分析,输入信号为0时，放
7、大器所处的静态直流状态下，分析三极管的静态工作点：IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ,2019/10/18,输入回路方程：,由图解法，可以得到Q点，对应的IBQ、UBEQ即为输入回路的解。,选取UCE1V的输入曲线,输入回路静态分析,直流负载线,2019/10/18,Q(ICQ,UCEQ),输出回路方程：,IB=IBQ,选取IB=IBQ的输出特性曲线，用作图法可以求得Q点，对应的电压、电流值为ICQ、UCEQ 。,Q点所代表的IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ同时满足输入、输出方程，反映了在给定电源电压下电路的工作状态，而此时没有输入信号，故称Q点为静态工作点，记作Q(IBQ，ICQ，UCEQ
8、)。,输出回路静态分析,直流负载线,2019/10/18,二、动态分析,输入信号不为0时，放大器所处的交流状态下，分析电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro和失真情况,当有交流信号ui加到放大器的输入端时，晶体管各点的电压和电流将在静态值基础上叠加一交流分量，即有直流，又有交流。,2019/10/18,1、输入回路，设输入信号ui=0.02sint (V),uBE,iB,0,(V),(A),0.2,0.8,60,120,90,0.4,0.6,Q,t,0.02,ui(t),0,uBE(t),Q1,Q2,UBEQ,t,t,0,iB(t),IBQ1,IBQ,IBQ2,(V),-0.02,0,1
9、,2,3,4,ui(t),ib(t),2019/10/18,2、输出回路,uCE,iC,0,(V),(mA),18,9,9,4.5,Q,IB=IBQ,6,3,12,6,Q2,Q1,IB=IBQ2,IB=IBQ1,t,Uom,uo(t),0,uCE(t),UCEQ,t,t,0,iC(t),ICQ1,ICQ,ICQ2,(V),0,-Uom,1,2,3,4,ic(t),uce(t)=uo(t),2019/10/18,3、电压放大倍数,t,Uom,uo(t),(V),0,-Uom,t,0.02,ui(t),(V),-0.02,0,ui=0.02sint，uo=-Uomsint,输出信号与输入信号相位相
10、反，即反相。,则电压放大倍数Au为：,3V,-3V,2019/10/18,uCE,iC,0,(V),(mA),18,9,9,4.5,Q,IB=IBQ,6,3,12,6,Q2,Q1,IB=IBQ2,IB=IBQ1,t,Uom,uo(t),0,uCE(t),UCEQ,t,(V),0,-Uom,若电路接负载RL，动态时的输出回路将会改变，工作点将沿着交流负载线移动，输出电压减小。,直流负载线( ),交流负载线( ),uo,ui,ic,交流负载线方程：,( uce= -ic RC / RL ),2019/10/18,1、截止失真 由于放大电路的工作点到了三极管的截止区而引起的非线性。失真原因：工作点过
11、低。在ui负半周会使iB、iC进入截止区，使输出波形的正半周出现削波。,uBE,iB,0,Q,iB,输入曲线,uCE,iC,0,交流负载线,Q,iC,uo,输出曲线,三、放大器的非线性失真,非线性失真：由于晶体管特性曲线的非线性而使输出信号相对输入信号发生畸变，称为非线性失真。,ui,2019/10/18,三、放大器的非线性失真,2、饱和失真由于放大电路的工作点到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。原因：工作点过高。在ui上半周会使iC进入饱和区，使输出波形的下半周出现削波。,uCE,iC,0,交流负载线,Q,uo,输入端没有饱和失真。,uBE,iB,0,Q,iB,输入曲线,ui,iC,输出曲
12、线,2019/10/18,3、放大器最大动态范围,负载线与临界饱和线及IB=0所对应的输出曲线的交点之间的区域为放大器的最大动态范围。,uCE,iC,0,交流负载线,Q,最大动态范围,最佳工作点,最佳工作点：若工作点处于放大器动态范围的中点，则称放大器处于最佳工作状态，此时放大器不失真输出幅值最大。,2019/10/18,图解分析方法总结,直观形象反映三极管的工作状况； 检查工作点Q的设置状况； 分析非线性失真； 估算电压放大倍数 适用于低频、大信号 不能分析输入、输出电阻； 不适用于高频、小信号,2019/10/18,3.3 放大器的微变等效电路分析法,由于晶体管的非线性使电路的分析变得复杂
13、，因此试图对它进行适当的近似处理，使晶体管在一定条件下表现为线性特性，以便于计算建立等效模型。,等效电路法的思路：把电路中总的电量看成是直流量和交流量线性叠加的结果，而分别处理，建立不同的模型。,静态（直流量）Q点，直流通路，即ui=0时形成的通路。 动态（交流量）交流通路，所有量都是变化量，只考虑交流信号所形成的电流通路，此时凡是固定不变的量均为零，即恒定的电压短路。,(small signal model),2019/10/18,一、静态分析,晶体管为3DG6，=50。,直流通路,RB,VCC,RC,18V,200k,2k,IC,IB,UBE,UCE,对于直流信号， 电容相当于断路。,(D
14、C path),2019/10/18,静态模型条件：晶体管工作在放大区,等效,代入 原电路,RB,VCC,RC,18V,200k,2k,IB,UCE,IB,UD,计算静态工作点Q：,IC,2019/10/18,二、动态分析,交流通路,对于交流信号，电容相当于短路；不变量置零，即将恒压源VCC短路。,1、交流通路,ui,+,RB,RC,uo,RL,(AC path),2019/10/18,2、双口网络混合方程(hybrid equation)与H参数(h parameter),i1、u2为自变量， i2、u1为因变量,各参数的意义：,h11输出端短路时的输入阻抗； h12输入端开路时的反向电压传输系数； h21输出端短路时的正向电流传输系数； h22输入端开路时的输出导纳。,2019/10/18,3、晶体管H参数小信号模型(hybrid model), 网络方程（共射极接法）,2019/10/18,各参数的物理意义：, 输出端交流短路时，晶体管的输入电阻，即 三极管发射结的动态电阻，常记作rbe；, 输入端交流开路时，晶体管的反向电压传输 系数，即晶体管内部电压反馈系数；, 输出端交流短路时，晶体管的正向电流传输 系数，即晶体管的电流放大系数；, 输入端交流开路时，晶体管的输出导纳，
