《第二章 放大电路分析基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章 放大电路分析基础（125页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 放大电路分析基础,教学基本要求 通过本章学习，掌握放大器电路的基本结构，掌握模拟电路的基本概念：交流通路和直流通路、静态工作点、直流和交流负载线、饱和失真和截止失真、放大倍数、输入电阻和输出电阻等。能用微变等效电路分析放大电路并计算放大电路的性能指标。能根据输出波形，判断非线性失真的类型及怎样调整电路参数消除非线性失真。,基本放大电路：一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。,放大的概念：,
2、本质：实现能量的控制。,在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动负载。,小能量对大能量的控制作用称为放大作用。,放大的对象是变化量。,元件：双极型三极管和场效应管。,这里主要介绍电压放大电路。,2.1放大电路工作原理,2.2放大电路的直流工作状态,2.3放大电路的动态分析,2.4静态工作点的稳定及其偏置,2.5多级放大电路,2.1 放大电路工作原理,2.1.1放大电路的组成原理,图21 基本共射极放大电路,（1）电路结构 由NPN型三极管和若干电阻、电容等组成。如图2-1所示。,（2）各元件的作用V：NPN型三极管，放大电路的核心器件，用来实现放
3、大作用。UBB ：保证发射结处于正向偏置，为基极提供偏置电流。 Rb：为三极管的基极提供合适的偏置电流，并使发射结获得必须的正向偏置电压。UCC：保证集电结处于反偏，以确保三极管工作在放大状态；也为输出信号提供能量。,图21 基本共射极放大电路,RC：其作用是将集电极电流的变化转换成集射电压的变换，以实现电压放大。同时电源UCC通过RC加到三极管上，使三极管获得合适的工作电压，所以也起直流负载的作用。 C1、C2：耦合电容，作用是“隔离直流，传送交流” 。一般用电解电容，连接时电容的正极接高电位，负极接低电位。RL：电路的外接负载，可以是耳机、扬声器或其他执行机构，也可以是后级放大电路的输入电
4、阻。,（3）放大电路的组成原则保证三极管工作在放大区，发射结正偏，集电结反偏，具备合适的静态工作点。保证输入信号加到三极管的输入回路。保证信号电压输送至负载（即在输出回路能得到放大了的交流信号）。,（4）电路的习惯画法 图21中使用两个电源UBB和UCC，这给使用者带来不便。在实际中，常采用单电源供电，其画法如图22所示。,图22 单电源共射极放大电路的习惯画法,2.1.2直流通路和交流通路,分析三极管电路的基本思想： 非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。,直流通路：电容相当于开路，电感相当于短路。交流通路：电容短路，电感开路，直流电源对公共端短
5、路。静态：只考虑直流信号，即Ui=0，各点电位不变（直流工作状态）。动态：只考虑交流信号，即Ui不为0，各点电位变化（交流工作状态）。,图22 单电源共射极放大电路的习惯画法,图23 基本共射极放大电路的直流通路和交流通路,放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。,2.2放大电路的直流工作状态,静态工作点的求解方法,解析法,图解法,建立正确的静态工作点（简称Q点）目的：使三极管工作在线性区以保证信号不失真。静态分析的任务：根据电路参数和三极管的特性确定静态值（直流值）UBE、IB、IC 和UCE。 可用放大电路的直流通
6、路来分析。,2.2.1解析法确定静态工作点（近似计算）,硅管 UBEQ = (0.6 0.8) V锗管 UBEQ = (0.1 0.2) V,ICQ IBQ,UCEQ = UCC ICQ RC,图2-3（a）,【例1】图示单管共射放大电路中，UCC = 12 V，,Rc = 3 k，Rb = 280 k，NPN 硅管的 = 50，试估算静态工作点。,解：设 UBEQ = 0.7 V,ICQ IBQ = (50 0.04) mA = 2 mA,UCEQ = UCC ICQ Rc = (12 - 2 3)V = 6 V,2.2.2图解法确定静态工作点,在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法
7、求解放大电路的工作情况。,输出回路,从ab端向左看，iC=f(uCE) 三极管的输出特性方程从ab端向右看， uCE = UCC - iCRc 直流负载线,输出回路,输出特性,图 2-4,由静态工作点 Q 确定的 ICQ、UCEQ 为静态值。,解析法求出,【例2】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 UCC=12 V，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 = UCC ICQ Rc,iC = 0，uCE = 12 V ；,uCE = 0，iC = 4 mA .,图2-5（a）,0,
8、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,图2-5（b）,2.2.3电路参数对静态工作点的影响,1. 改变 Rb，保持UCC ，Rc ， 不变；,Rb 增大，,Rb 减小，,Q 点下移；,Q 点上移；,2. 改变 UCC，保持 Rb，Rc ， 不变；,升高 UCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。,Q2,图 2-6(a),图 2-6(b),3. 改变 Rc，保持 Rb，UCC ，
9、 不变；,4. 改变 ，保持 Rb，Rc ，UCC 不变；,增大 Rc ，直流负载线斜率改变，则 Q 点向饱和区移近。,Q2,增大 ，ICQ 增大，UCEQ 减小，则 Q 点移近饱和区。,图 2-6 (c),图 2-6 (d),思考与练习,电路及参数如下图所示，试求静态工作点。,2.3.1 图解法分析动态特性,1. 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,图 2-7交流负载线,2.3 放大电路的动态分析,特点：经过Q点,交流负载线具体作法如下: 首先作一条 的辅助线(此线有无数条), 然后过Q点作一条平行于辅助线的线即为交流负载线,
10、如图2 - 7所示。 由于 , 故一般情况下交流负载线比直流负载线陡。 交流负载线也可以通过求出在uCE坐标的截距, 再与Q点相连即可得到。,连接Q点和 点即为交流负载线。,【例3】作出图2 - 5(a)的交流负载线。已知特性曲线如图2- 5(b)所示, UCC=12V, Rc=3k, RL=3k, Rb=280k。 解 首先作出直流负载线, 求出Q点, 如例2所示。 为方便将图2 - 5(b)重画于图2 - 8。显然作一条辅助线, 使其取U=6 V、I=4mA, 连接该两点即为交流负载线的辅助线, 过Q点作辅助线的平行线, 即为交流负载线。可以看出 相一致。与按,相一致。,图2 8 例 3
11、中交流负载线的画法,仍以例3为例, 设输入加交流信号电压为ui=Uimsint, 则基极电流将在IBQ上叠加进ib, 即iB=IBQ+Ibmsint, 如电路使Ibm=20A,3.交流波形的画法,从图2-8交流负载线可读出相应的集电极电流 iC和电压uCE，列于表2-1。,单管共射放大电路当输入正弦波 uI 时，放大电路中相应的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。,图 2-10单管共射放大电路的电压电流波形,图 2-9(a)输入回路工作情况,图 2-9(b)输出回路工作情况分析,共射极放大电路中各点波形,观察各点波形，可以得出以下几点结论：a).放大器输入交变电压时，三极管各极电流的方向
12、和极间电压的极性始终不变，只是围绕各自的静态值，按输入信号规律近似呈线性变化。 b).三极管各极电流、电压的瞬时波形中，只有交流分量才能反映输入信号的变化，因此，需要放大器输出的是交流量。 c).将输出与输入的波形对照，可知uo比ui幅度放大且相位相反。通常称这种波形关系为反相或倒相。,2.3.2 放大电路的非线性失真,1.由三极管特性曲线的非线性引起的失真,图2 10 三极管特性的非线性引起的失真,2.工作点不合适引起的失真,（1） 静态工作点过低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真,ib,ui,结论：iB 波形失真, 截止失真,iC 、 uCE (uo )波形失真,NPN 管截止失真时的
13、输出 uo 波形。,uo = uce,解决方法： 将输入回路中的基极偏置电阻Rb减小，以增大IBQ、ICQ，从而使静态工作点Q上移，保证在输入信号的整个周期内，三极管工作在输入特性的线性部分，便可解决截止失真问题。,O,IB = 0,Q,t,O,O,t,iC,uCE/V,uCE/V,iC / mA,uo = uce,ib(不失真),ICQ,UCEQ,（2） Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真饱和失真,解决方法： 将输入回路中的基极偏置电阻Rb增大，以减小IBQ、ICQ，从而使静态工作点Q下移，进入三极管放大区的中间位置，便可解决饱和失真问题。 另外，还可以通过调节RC的大小来改善饱和失真
14、。,指当工作状态已定的前提下, 逐渐增大输入信号, 三极管尚未进入截止或饱和时, 输出所能获得的最大不失真输出电压。如ui增大首先进入饱和区, 则最大不失真输出电压受饱和区限制, Ucem=UCEQ-Uces; 如首先进入截止区, 则最大不失真输出电压受截止区限制 , 最大不失真输出电压值, 选取其中小的一个。 如图2 - 12所示,所以,3. 最大不失真输出电压,图2 12 最大不失真输出电压,Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DE,关于图解法分析动态特性的步骤归纳如下: (1) 首先作出直流负载线, 求出静态工作点Q。 (2) 作出交流负载线。 根据要求从交流负
15、载线可画出输出电流、 电压波形, 或求出最大不失真输出电压值。,1. 能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系；2. 方便估算最大输出幅值的数值；3. 可直观表示电路参数对静态工作点的影响；4. 有利于对静态工作点 Q 的检测等。,图解法小结,2.3.3微变等效电路法,三极管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。,微变等效条件,研究的对象仅仅是变化量,信号的变化范围很小,三极管处于共e极状态时, 输入回路和输出回路各变量之间的关系由以下形式表示: 输入特性:,
