模电第二章基本放大电路

《模电第二章基本放大电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电第二章基本放大电路（115页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2.1 放大电路的基本概念和主要性能指标 2.2 基本共射放大电路的工作原理 2.2 放大电路的分析方法 2.4 放大电路静态工作点的稳定 2.5 单管放大电路的三种基本接法,第二章 基本放大电路,放大电路（亦称放大器）是一种应用极为广泛的电子电路。 在电视、广播、通信、测量仪表以及其它各种电子设备中，是必不可少的重要组成部分。 它的主要功能是将微弱的电信号（电压、电流、功率）进行放大，以满足人们的实际需要。例如扩音机就是应用放大电路的一个典型例子。,图 2.1.1 扩音机原理框图,2.1 放大电路的基本概念和主要性能指标,当人们对着话筒讲话时，声音信号经过话筒（传感器）被转变成微弱的电信号，

2、经放大电路放大成足够强的电信号后，才能驱动扬声器，使其发出比原来大得多的声音。放大电路放大的实质是能量的控制和转换。在输入信号作用下，放大电路将直流电源所提供的能量转换成负载（例如扬声器）所获得的能量，这个能量大于信号源所提供的能量。 因此放大电路的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流信号， 也可能兼而有之。那么，由谁来控制能量转换呢？答案是有源器件，即三极管和场效应管等等。,放大的作用：将微弱的电信号经过放大电路放大成足够强的电信号后驱动负载.（如:扬声器等）,放大的本质：能量的控制和转换。,放大电路的基本特征：功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电

3、流信号， 也可能兼而有之。,有源元件：控制能量转换的器件，如三极管和场效应管等等。,2.1.1 放大电路的基本概念,放大的前提：信号不失真。即三极管工作在放大区，场效应管工作在恒流区，确保输出量输入量始终保持线性关系，电路不会产生失真。,任何一个放大电路都可以看成一个二端网络。下图为放大电路示意图，左边为输入端口，外接正弦信号源 ，Rs为信号源的内阻，在外加信号的作用下，放大电路得到输入电压 ，同时产生输入电流 ；右边为输出端口，外接负载RL，在输出端可得到输出电压 ，输出电流 。,图 2.1.2 放大电路示意图,2.1.2 放大电路的性能指标,1 放大倍数放大倍数是衡量放大电路放大能力的重要

4、指标。电压放大倍数是输出电压的变化量和输入电压的变化量之比。当放大电路的输入为正弦信号时，变化量也可用电压的正弦量来表示，即,(2.1.1),电流放大倍数是输出电流的变化量和输入电流的变化量之比， 用正弦量表示为,(2.1.2),互阻放大倍数是输出电压的变化量和输入电流的变化量之比， 用正弦量表示为,(2.1.3),其量纲为电阻。 互导放大倍数是输出电流的变化量和输入电压的变化量之比， 用正弦量表示为,(2.1.4),其量纲为电导。,2. 输入电阻放大电路的输入端外接信号源，对信号源来说放大电路就是它的负载。 这个负载的大小就是从放大电路输入端看进去的等效电阻，即放大电路的输入电阻Ri。通常定

5、义输入电阻Ri为输入电压与输入电流的比值，即,(2.1.5),Ri越大，则放大电路输入端从信号源分得的电压越大，输入电压 越接近于信号源电压 ，信号源电压损失小；Ri越小， 则放大电路输入端从信号源分得的电压越小，信号源内阻消耗的能量大，信号源电压损失大，所以希望输入电阻越大越好。,3 输出电阻放大电路的输出端电压在带负载时和空载时是不同的，带负载时的输出电压 比空载时的输出电压 有所降低，这是因为从输出端看放大电路， 放大电路可等效为一个带有内阻的电压源， 在输出端接有负载时，内阻上的分压使输出电压降低，这个内阻称为输出电阻Ro，它是从放大电路输出端看进去的等效电阻。通常定义输出电阻Ro是在

6、信号源短路（即 =0, Rs保留），负载开路的条件下，放大电路的输出端外加电压 与相应产生的电流 的比值，即,(2.1.6),在实际工作中，也可根据放大电路空载时测得的输出电压 和带负载时测得的输出电压 来得到，即,(2.1.7),输出电阻是衡量放大电路带负载能力的一项指标， 输出电阻越小，表明带负载能力越强。,图2.1.3 两个放大电路相连的示意图,输入电阻Ro与输出电阻Ri是描述子电路相互连接时所产生的影响而引入的参数。输入输出电阻均会直接或间接的影响放大电路的放大能力。,4 通频带：用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。,图 2-4 放大电路的频率指标,当放大倍数从 下降到 （即0.

7、707 ）时，在高频段和低频段所对应的频率分别称为上限截止频率fH和下限截止频率fL。fH和fL之间形成的频带宽度称为通频带，记为fBW。,(2.1.8),通频带越宽表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。 但是通频带宽度也不是越宽越好，超出信号所需要的宽度，一是增加成本，二是把信号以外的干扰和噪声信号一起放大， 显然是无益的。所以应根据信号的频带宽度来要求放大电路应有的通频带。,5 非线性失真系数由于放大器件具有非线性特性，因此它们的线性放大范围有一定的限度，超过这个限度， 将会产生非线性失真。当输入单一频率的正弦信号时，输出波形中除基波成分外，还含有一定数量的谐波，所有的谐波成分总量与基

8、波成分之比，称为非线性失真系数D。设基波幅值为A1、二次谐波幅值为A2、三次谐波幅值为A3、，则,(2.1.9),6 最大不失真输出电压最大不失真输出电压是指在输出波形不失真的情况下，放大电路可提供给负载的最大输出电压。一般用有效值Uom表示。,7 最大输出功率和效率最大输出功率是指在输出信号不失真的情况下，负载上能获得的最大功率，记为Pom。在放大电路中，输入信号的功率通常较小，经放大电路放大器件的控制作用将直流电源的功率转换为交流功率，使负载上得到较大的输出功率。通常将最大输出功率Pom与直流电源消耗的功率PV之比称为效率，即,(2.1.10),它反映了直流电源的利用率。,8. 信噪比与噪

9、声系数放大器输入端的信号功率与噪声功率的比值简称为输入信噪比，记作(Ps/PN)i。放大器中器件、元件产生的内部噪声， 使得输出端的信噪比(Ps/PN)o小于(Ps/PN)i。在常温下，放大器内部噪声决定于器件的噪声，为此，通常定义晶体管噪声系数为,用分贝(dB)表示的噪声系数为,(2.1.11),(2.1.12),返回,2.21 基本放大电路的组成所谓基本放大电路是指由一个放大器件（例如三极管）所构成的简单放大电路。由前面的分析可知，三极管有三个电极， 因此有三种不同的电路组态。下面以应用最广泛的基本共射放大电路为例， 说明其组成原则和工作原理。 图2.2.1所示电路中，放大电路的输入端接需

10、要放大的信号ui；输出端电压uo，外接负载，发射极是放大电路输入和输出的公共端， 所以该电路是共射基本放大电路,并称公共端为“地”。,2.2 基本共射放大电路的工作原理,在放大电路中，常把输入电压、输出电压以及直流电压的公共端称为“地”， 用符号“”表示，实际上该端并不是真正接到地，而是在分析放大电路时， 以“地”点作为零电位点（即参考电位点），这样，电路中任一点的电位就是该点与“地”之间的电压。,图2.2.1 基本共射放大电路及波形分析,当ui=0时，放大电路处于静态工作状态。ICIB，UCEVccICRC,当ui0时，放大电路处于动态放大。iCiB，uCEVcciCRC,ui=Uimsin

11、t,iB=IBQ+ib=IB+Ibmsint,uCE=VCC-iCRc=UCEQ+uce =UCEQ-Ucemsint,uo=uce=-Ucemsint,iC=IB+Ibmsint=IC+Icmsint,2.2.2 静态工作点的设置在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。当外加输入信号为0时，放大电路处于直流工作状态或静止状态，简称静态。此时，在直流电源VCC的作用下，三极管的各电极都存在直流电流和直流电压，这些直流电流和直流电压在三极管的输入和输出特性曲线上各自对应一点Q，该点称为静态工作点。静态工作点处的基极电流、基极与发射极之间的电压分别用IBQ、UBEQ表示，集电极电流、集电

12、极与发射极之间的电压分别用ICQ、UCEQ表示。 ,令ui=0,根据输入回路方程可得静态工作点Q的表达式：,在近似估算中常认为UBEQ为已知量，可近似认为硅管的UBEQ=(0.60.8) V，锗管的UBEQ=(0.10.3) V。,图2.2.2 没有设置合适的静态工作点,放大电路中设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生失真。 放大电路的基本要求： （1）输出信号不失真。 （2）能够放大。 静态工作点的设置不仅会影响放大电路是否会产生失真， 还会影响放大倍数、最大输出电压等动态参数。,2.2.3 放大电路的组

13、成原则(1) 必须根据放大管的类型提供直流电源（配合阻值适当的电阻），以便设置合适的静态工作点，并作为输出的能源。(2) 输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管，输入信号通过改变b-e极之间的电压或基极电流，从而改变放大管输出回路的电流，达到放大输入信号的目的。(3) 能输出信号作用于负载，使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压，且放大后的信号波形基本不失真。,2.2.4 常见的两种共射放大电路,1.直接耦合共射放大电路,图2.2.4 直接耦合共射放大电路,令uI=0可求出静态工作点：,为防止干扰，输入信号、直流电源、输出信号均有一端接在公共端，即“共地”。,不可少？,2.

14、 阻容耦合共射放大电路,图2.2.5 阻容耦合共射放大电路 (a)电路 (b)输入回路等效电路,耦合电容C1/C2作用： 隔离直流，通过交流又称为隔直电容。,令uI=0可求出静态工作点：,电容器C1和C2作用：(1) 传递交流信号 对信号频率而言，其容抗足够小，可视作短路，从而保证信号可以顺利地通过，即起到耦合信号的作用，所以常称作耦合电容。(2) 隔断直流 电容器可以隔断电路中不必要的直流成分以免互相影响，因此C1和C2也称为隔直电容。,图 2-2 阻容耦合共射放大电路 (a) 实际电路； (b) 原理电路,图 2-2 单管共射基本放大电路,零电位点（即参考电位点）,ui=Uimsint,u

15、BE=UC1+ui=UBE+Uimsint,iB=IB+ib=IB+Ibmsint,iC=IB+Ibmsint=IC+ICmsint,uCE=UCC-iCRc=UCE+uce=UCE-Ucemsint,uo=uce=-Ucemsint,图2-2所示电路中，AO为放大电路的输入端，外接需要放大的信号ui；BO为放大电路的输出端，外接负载，发射极是放大电路输入和输出的公共端， 所以该电路是共射基本放大电路。在放大电路中，常把输入电压、输出电压以及直流电压的公共端称为“地”， 用符号“”表示，实际上该端并不是真正接到地，而是在分析放大电路时， 以“地”点作为零电位点（即参考电位点），这样，电路中任一

16、点的电位就是该点与“地”之间的电压。,工作原理：假设电路中的参数和三极管的特性能保证三极管工作在放大区。 当输入信号为零时，放大电路中只有直流信号，放大电路的输入端AO等效为短路。这时，C1与发射结并联，C1两端的直流电压UC1=UBE，极性为左负右正。同理，C2两端的电压UC2=UCE， 极性为左正右负。 当输入信号加入放大电路时，输入的交流电压ui通过电容C1加在三极管的发射结。设交流电压为 ui=Uimsint,那么，此时发射结上的瞬时电压uBE为 uBE=UC1+ui=UBE+Uimsint 上式表明三极管发射结上的电压是直流电压和交流电压的叠加， 也就是说在直流信号基础之上叠加了一个交流信号。 在uBE的作用下，基极电流iB为 iB=IB+ib=IB+Ibmsint 由于三极管集电极电流iC受基极电流iB的控制，根据iC=iB，则有: iC=IB+Ibmsint=IC+ICmsint,