《模拟电子技术基础童诗白第四版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术基础童诗白第四版（92页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 基本放大电路,第二章 基本放大电路,2.1 放大的概念与放大电路的性能指标,2.2 基本共射放大电路的工作原理,2.3 放大电路的分析方法,2.4 静态工作点的稳定,2.5 晶体管放大电路的三种接法,2.6 场效应管及其基本放大电路,2.7 基本放大电路的派生电路,2.1 放大的概念与放大电路的性能指标,一、放大的概念,二、放大电路的性能指标,一、放大的概念,放大的对象：变化量 放大的本质：能量的控制 放大的特征：功率放大 放大的基本要求：不失真放大的前提,判断电路能否放大的基本出发点,至少一路直流电源供电,二、性能指标,1. 放大倍数：输出量与输入量之比,电压放大倍数是最常被研究和测
2、试的参数,对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。,负载开路时的 电压增益,A. 电压放大模型,输入电阻,输出电阻,由输出回路得:,则电压增益为:,由此可见:,即负载的大小会影响增益的大小,要想减小负载的影响，则希望？ （考虑改变放大电路的参数）,理想情况,2. 放大电路模型,另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减。,理想情况,有,要想减小衰减，则希望？,A. 电压放大模型,2. 放大电路模型,负载短路时的 电流增益,B. 电流放大模型,由输出回路得：,则电流增益为：,由此可见：,要想减小负载的影响，则希望？,理想情况：,由输入回路得：,要想减小对信号源的衰减，则希望？,理想情况：,2.
3、输入电阻和输出电阻,将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。,输入电压与输入电流有效值之比。,从输入端看进去的 等效电阻,放大电路的基本模型,1) 输入电阻Ri,电源的等效变换,2 ) 输出电阻Ro,问题：对放大电路来说，希望输入电阻Ri越大越好还是越小越好？, 对输入为电压源的电路， Ri越大越好！（分压大）, 对输入为电流源的电路， Ri越小越好！（分流大）,问题： Ro大好还是小好？, 输出为电压信号时， Ro越小越好 （恒压源）, 输出为电流信号时， Ro越大越好 （恒流源）,则,注意：输入、输出电阻为交流电阻,3. 增益,反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信
4、号能量的能力。,其中：,四种增益：,常用分贝（dB）表示。,4. 通频带,4. 最大不失真输出电压Uom：交流有效值。,由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。,衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。,5. 最大输出功率Pom和效率：功率放大电路的参数,2.2 基本共射放大电路的工作原理,一、电路的组成及各元件的作用,二、设置静态工作点的必要性,三、波形分析,四、放大电路的组成原则,基本共射极放大电路,一、电路的组成及各元件的作用,基本组成如下： 三 极 管T 负载电阻Rc 、RL 偏置电路VBB 、Rb,起放大作用。,将变化的
5、集电极电流 转换为电压输出。,提供电源，并使三极管 工作在线性区。,动态信号作用时：,输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。,二、设置静态工作点的必要性,输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！,为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？,四、放大电路的组成原则,静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。 对实用放大电路的要求：共地、
6、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。,两种实用放大电路：（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,两种实用放大电路：（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”。,C1、C2为耦合电容！,2.3 放大电路的分析方法,一、放大电路的直流通路和交流通路,二、图解法,三、等效电路法,一、放大电路的直流通路和交流通路,1. 直流通路： Us=0，保留R
7、s；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）。,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。,基本共射放大电路的直流通路和交流通路,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取不同的值所引起的IBQ的误差越小。,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,二、图解法 应实
8、测特性曲线,输入回路负载线,IBQ,负载线,1. 静态分析：图解二元方程,2. 电压放大倍数的分析,斜率不变,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！,减小Rb能消除截止失真吗？,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。,最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。,清华大学 华成英 ,讨论一,1. 用NPN型晶体管组成一个共射放大电路。 2. 用PNP型晶体管组成一个共射放大电路。 画出图
9、示电路的直流通路和交流通路。,静态工作点对波形失真的影响,截止失真的波形,讨论二,饱和失真的波形,波形的失真,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管 的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为底部失真。,由于放大电路的工作点达到了三极管 的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为顶部失真。,注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,4. 图解分析法的适用范围,适用于幅度较大而工作频率不太高的工作情况。,优点： 直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工
10、作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。,缺点： 不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。,讨论一,1. 在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？ 2. 从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？ 3. 设计放大电路时，应根据什么选择VCC？,三、等效电路法,半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。,1. 直流模型：适于Q点的分析,利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。,输入回路等效为恒压源,输出回路等效
11、为电流控制的电流源,2. 晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）,在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。,低频小信号模型,在低频、小信号作用下的关系式,交流等效模型（按式子画模型）,电阻,无量纲,无量纲,电导,h参数的物理意义,b-e间的 动态电阻,内反馈系数,电流放大系数,c-e间的电导,分清主次，合理近似！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？, H参数小信号模型, H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,受控电流源h12ib ，反映了BJT的基极电流对
12、集电极电流的控制作用。电流源的流向由ib的流向决定。 h21vce是一个受控电压源。反映了BJT输出回路电压对输入回路的影响。,简化的h参数等效电路交流等效模型,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！,3. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（1）利用直流通路求Q点,共射极放大电路,一般硅管VBE = 0.7V，锗管VBE = 0.2V， 已知。,（2）画小信号等效电路,H参数小信号等效电路,（3）求放大电路动态指标,根据：,则电压增益为：,电压增益,H参数小信号等效电路,（3）求放大电路动态指标,输入电阻,输出电阻,小信号模型分析法的适用范围,
13、放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其VT特性曲线的线性范围（即放大区）内。H参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。,优点： 分析放大电路的动态性能指标(Av 、Ri和Ro等)非常方便，且适用于频率较高时的分析。,缺点： 在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及BJT的H参数均是针对变化量(交流量)而言的，不能用来分析计算静态工作点。,1. 电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。,解：,例题,讨论二：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析,2. 空载和带载两种情况下Uom分别为多少？ 在图示电路中，有无可能在
14、空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？ 增强电压放大能力的方法？,讨论三,已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？,2.4 静态工作点的稳定,一、温度对静态工作点的影响,二、静态工作点稳定的典型电路,三、稳定静态工作点的方法,一、温度对静态工作点的影响,所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。,若温度升高时要Q回到Q，则只有减小IBQ,二、静态工作点稳定的典型电路,Ce为旁路电容，在交流通路中可视为短路,1. 电路组成,2. 稳定原理,为了稳定Q点，通常I
15、1 IB，即I1 I2；因此,基本不随温度变化。,设UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEUBE，则IEQ稳定。,Re 的作用,T()ICUE UBE（UB基本不变） IB IC,Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。,关于反馈的一些概念： 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。,Re有上限值吗？,3. Q 点分析,分压式电流负反馈工作点稳定电路,Rb上静态电压是否可忽略不计？,判断方法：,4. 动态分析,利?弊?,无旁路电容Ce时：,如何提高电压放大能力？,三、
16、稳定静态工作点的方法,引入直流负反馈 温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。 例如，Rb1或Rb2采用热敏电阻。 它们的温度系数？,清华大学 华成英 ,讨论一,图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？,若采用了措施，则是什么措施？,2.5 晶体管放大电路的三种接法,一、基本共集放大电路,二、基本共基放大电路,三、三种接法放大电路的比较,一、基本共集放大电路,1. 静态分析,2. 动态分析：电压放大倍数,故称之为射极跟随器,2. 动态分析：输入电阻的分析,Ri与负载有关！,带负载电阻后,2. 动态分析：输出电阻的分析,Ro与信号源内阻有关！,3. 特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！,令Us为零，保留Rs，在输出端加Uo，产生Io, 。,二、基本共基放大电路,1. 静态分析,2. 动态分析,3. 特点：,输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！,三、三种接法的比较：空载情况下,接法 共射 共集 共基 Au
