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1、模电数电 第二章 基本放大电路 模拟电路部分 1 2.1 概论 2.2 放大电路的组成和工作原理 2.3 放大电路的分析方法 2.4 静态工作点的稳定 2.5 射极输出器 2.6 阻容耦合多级放大电路 2.7 场效应管放大电路 第二章 基本放大电路 2 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口的二端口网络表 示： ui uoAu 2.1 概论 3 2.1.2 放大电路的性能指标 一、电压放大倍数Au Ui 和Uo 分别是输入和输出电压的有效值 。 ui uo Au Au是复数，反映了输出和
2、输入的幅值比与 相位差。 4 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 从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流 大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对 前级的影响越小。 AuUS 定义： 即：ri 越大，ii 就越小，ui 就越接近uS 5 三、输出电阻ro AuUS 放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等 效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输 出电阻。 ro US RL RL 从负载的角度看 内阻越小越好， 说明放大器的带负载能 力越强 6 如何确定电路的输出电阻ro ？ 步骤： 1.所有的信号源去掉（保留
3、受控源）。 2. 加压求流法。 U I 方法一：计算。 7 方法二：测量。 Uo 1. 测量开路电压。 ro Us 2. 测量接入负载后的输出电压。 ro UsRL Uo 步骤： 3. 计算。 8 四、通频带 f Au Aum 0.7Aum fL 下限截止 频率 fH 上限截止 频率 通频带：fbw=fHfL 放大倍数随频率变化曲线 幅频特性曲线 9 2.1.3 符号规定 UA大写字母、大写下标，表示直流量。 uA 小写字母、大写下标，表示全量。 ua 小写字母、小写下标，表示交流分量。 uAua 全量 交流分量 t UA直流分量 10 三极管放大 电路有三种 形式 共射放大器 共基放大器 共
4、集放大器 以共射放大 器为例讲解 工作原理 2.2 基本放大电路的组成和工作原理 11 2.2.1 共射放大电路的基本组成 放大元件iC= iB，工作 在放大区，要保证集电 结反偏，发射结正偏。 ui uo 输入 输出 参考点 RB +EC EB RC C1 C2 T 12 作用：使发射结正 偏，并提供适当的 静态工作点。 基极电源与基 极电阻 RB +EC EB RC C1 C2 T 13 集电极电源，为 电路提供能量。 并保证集电结反 偏。 RB +EC EB RC C1 C2 T 14 集电极电阻，将 变化的电流转变 为变化的电压。 RB +EC EB RC C1 C2 T 15 耦合电
5、容： 电解电容，有极性。 大小为10F50F 作用：隔离直流 ，同时能使交流 信号顺利输入输 出。 RB +EC EB RC C1 C2 T + + 16 可以省去 电路改进：采用单电源供电 RB +EC EB RC C1 C2 T + + 17 单电源供电电路 +EC RC C1 C2 T RB 问：能否保证放大的偏置条件？ 如何保证？ 18 2.2.2 基本放大电路的工作原理 ui=0时 由于电源的存 在IB0 IC0 IBQ ICQ IEQ=IBQ+ICQ 一、静态工作点 RB +EC RC C1 C2 T 19 IBQ ICQ UBEQ UCEQ ( ICQ,UCEQ ) (IBQ,U
6、BEQ) RB +EC RC C1 C2 T 20 (IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )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。 IB UBE Q IBQ UBEQ IC UCE Q UCEQ ICQ 21 IB UBE Q IC UCE uCE怎么变化 假设uBE有一微小的变化 ib t ib t ic t ui t （毫伏量级） （微安量级） （毫安量级） 二。交直流叠加波形的关系 22 各点波形 RB +EC RC C1 C2 ui t iB t iC t uCE t uo t ui iC uCE uo iB uce相位如何 uce与ui反相！ 23 实现放大的
7、条件 1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。 2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。 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 电容滤波只输出交流信号。 24 如何判断一个电路是否能实现放大？ 3. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏 。 4. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。 如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来判断；如果未 给定电路的参数，则根据电路结构确定。 1. 信号能否输入到放大电路中。 2. 信号能否输出。 与实现放大的条件相对应，判断的过程如下： 25 放大电
8、路分析 静态分析 动态分析 估算法 图解法 微变等效电路 法 图解法 计算机仿真 2.3 放大电路的分析方法 EWB、Pspice等 26 2.3.1 直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了 小的交流信号。 但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够 大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流 可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。 交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。 27 例： 对直流只有+EC 开路 开路 RB +EC RC C1 C2 T 直流通道 RB +
9、EC RC 28 对交流信号(输入信号ui) 短路 短路 置零 RB +EC RC C1 C2 T RB RCRL ui uo 交流通路 ？ 29 一、直流负载线 IC UCE UCEIC满足什么关系？ 1. 三极管的输出特性。 2. UCE=ECICRC 。 IC UCE EC Q 直流 负载线 与输出特 性的交点 就是Q点 IB 直流通道 RB +EC RC 2.3.2 直流负载线和交流负载线 Uce 30 二、交流负载线 ic 其中： uce RB RCRL ui uo 交流通路 交流负载线的斜率为： 31 交流负载线的作法 IC UCE EC Q IB 过Q点作一条直线，斜率为： 交流
10、负载线 IC UCE ic t uce t Q Q1 Q2 32 2.3.3 静态分析 一、估算法 （1）根据直流通道估算IB IB UBE RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流 。 +EC 直流通道 RBRC 33 （2）根据直流通道估算UCE、IB IC UCE 直流通道 RBRC 34 二、图解法 先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出直流负载线， 与 IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。 IC UCE Q EC 35 例：用估算法计算静态工作点。 已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。 解： 请注意电路中IB 和IC 的数量级。 36 2.3.4
11、动态分析 一、三极管的微变等效电路 1. 输入回路 iB uBE 当信号很小时，将输入特性在小 范围内近似线性。 uBE iB 对输入的微变信号而言，三极 管相当于电阻rbe。 rbe的量级从几百欧到几千欧。 对于小功率三极管： 首先需将非线性元件 近似为线性元件 Q 37 2. 输出回路 iC uCE 所以： (1) 输出端相当于一个受ib 控制的电流 源。 近似平行 (2) 考虑 uCE对 iC的影响，输出端还要 并联一个大电阻rce。 rce的含义 iC uCE Q 38 ube ib uce ic ube uce ic rce很大， 一般忽略。 3. 三极管的微变等效电路 rbe ib
12、 ib rce rbe ib ib b c e 等效 c b e 注意这种等效 只是在工作点 附近线性区里 39 二、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: 交流通路 RB RCRL ui uo ui rbe ib ib ii ic uo RB RC RL 40 三、电压放大倍数的计算 结论：负载电阻越小，放大倍数越小。 rbe RB RC RL 负载电阻越大负载越轻 负载电阻越小负载越重 41 四、输入电阻的计算 输入电阻的定义： 是动态电阻。 rbe RB RC RL 电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一 般总是希望较大的输入电阻。 (RB rbe)
13、 42 五、输出电阻的计算 放大器中输出电阻的定义： rbe RB RC 00 首先将信号源去 掉，若信号源本 身有内阻，则短 路时内阻应保留 。 用加压求流法求输出电阻： 43 2.3.5 失真分析 在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线 性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号 的情况，放大电路产生非线性失真。 为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中 间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非 线性失真。 44 IC UCE ic t uce t 我们来看一下 Q与波形失真的关系 Q 因为Q在放大区 所以波形无失真 45 iC uCE
14、 uo 可输出的最 大不失真信 号又称放大 器的动态范 围。 选择静态工作点 ib Q 46 iC uCE uo 1. Q点过低，信号进入截止区 放大电路产生 截止失真 输出波形 输入波形ib 注意截止失真 是由于输入特性 的非线性引起的 47 iC uCE 2. Q点过高，信号进入饱和区 放大电路产生 饱和失真 ib输入波形 uo 输出波形 注意饱和失真 是由于输出特性 的非线性引起的 48 为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静 态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。 由于三极管的UBE、 和ICEO 这三个参数受温度影响很大，而 前面的电路中静态工作点与这些参数都有关
15、系，故静态工作点 会随着温度而改变。 T UBE ICEO Q 2.4 静态工作点的稳定 49 温度对 值及ICEO的影响 T、 ICEO IC iC uCE Q Q 总的效果是： 温度上升时， 输出特性曲线 上移，造成Q 点上移。 50 小结： TIC 固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点不稳定可能 会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真 。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、 IC增加时， 能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本 稳定。 常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。 51 分压式偏置电路： RB1 +EC RC C1 C2 RB2 CE RE R
16、L uiuo 一、静态分析 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2RE 直流通路 RE射极直流负 反馈电阻 CE 交流旁路 电容 52 T UBE IB ICUE IC 本电路稳压的过程实际是由于加 了RE形成了负反馈过程。 1. 静态工作点稳定的原理 设计使I2IB，于是I1约等于I2， 使VB只取决于电阻分压， 不受温度影响。 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2RE 直流通路 B 53 I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2RE 直流通路 2. 求静态工作点算法一： I1 I2 IB RB1 +EC RC C1 T RB2RE 直流通路 +EC 将电路变换为 54 I1 I
