极管放大电路基础1

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1、1,模拟电子技术,李承 华中科技大学 电气与电子工程学院 16-3-2015,2,2.1 放大电路的主要技术指标,2.2 放大电路的工作原理,2.3 放大电路的静态分析,第二章 放大电路分析,2.4 放大电路的动态分析,2.5 共集电极放大电路,2.6 静态工作点的稳定,2.7 多级放大电路,2.8 放大电路的频率特性,3,2.1 放大电路的主要技术指标,本节讨论放大的基本概述;放大电路的主要技术指标,2.2.1 放大电路基本概念,放大电路主要用于放大微弱的电信号,输出电压或电流在幅度上得到了放大,例如:图示电压放大电路。,4,2.1.2 放大电路的主要技术指标,(1) 放大倍数表示放大器的放

2、大能力,电流放大倍数定义为:,互导增益定义为:,互阻增益定义为:,电压放大倍数定义为:,5,(2) 输入电阻ri从放大电路输入端看进去的等效电阻,输入电阻:,ri=ui / ii,一般来说,ri 越大越好。 (1)ri 越大,ii 就越小,从信号源索取的电流越小。 (2)当信号源有内阻时, ri 越大, ui 就越接近uS电路的放大能力越强。,当us是正弦信号时:,6,(3) 输出电阻ro从放大电路输出端看进去的等效电阻,输出电阻是表明放大电路带负载的能力,ro 越小,放大电路带负载的能力越强,反之则差。,输出电阻的定义:,(4) 通频带 fbw,7,2.2.1. 电路组成,2.2 放大电路的

3、工作原理,单电源供电习惯画法,共射极基本放大电路,8,9,使发射结正偏,基极电源与基极电阻,集电极电阻,将变化的电流转变为变化的电压。,iC= iB,iB,iC,10,作用:隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系,同时能使交流信号顺利输入输出。 DC:断开 AC:短路,2.2.2.各元件的作用,(1)三极管必须工作在放大区,即,(2)信号能的输入,即 ui iB ; (3)信号能的输出,即 iB iC uo ; (4)输出波形基本不失真。 试分析右上图电路能否正常工作?,2.2.2 放大电路组成的原则,12,交流分量为:,2.2.3 直流通路和交流通路,图 基本交流放大电路,图 放大电路的直流电

4、路,图 放大电路的交流通路,2. 3 放大电路的静态分析,静态:当放大电路的输入信号为零( ui = 0 )时的工作状态,也称为直流工作状态。 电路处于静态时,三极管各电极的电流、电压在特性曲线上所确定的一点,称为静态工作点,常称为Q点。一般由 IB、IC 和UCE 确定。 方法:利用放大电路的直流通路来分析计算,确定IB、IC、UCE 。采用估算法和图解法。 问题:放大电路为什么要建立正确的Q点?。,根据图2.3可得:,图2.3 交流放大电路 的直流电路,其中: UBE=0.6-0.7V (或0.2-0.3V),2.3.1 解析法确定静态工作点(静态值估算),图解法:通过作图来确定电路的静态

5、工作点的方法。采用该方法分析静态工作点,必须已知三极管的输入、输出特性曲线。 步骤: (1) 由输入回路求IB;,列输入回路方程,有:,图2.3 放大电路的直流电路,2.3.2 图解法确定静态工作点,上述直线,称为直流负载线。,据图2.5(a)右边电路应有,据图2.5(a)左边电路应有,图2.5(a) 用图解法确定 放大电路的静态工作点,其斜率为:,(2) 在输出特性曲线上作直流负载线,(3) 确定静态工作点Q及静态值 由UCEIC 特性曲线,得,图2.5(b) 用图解法确定放大电路的静态工作点,Q,作图依据为:,*总结: 1. 利用估算法确定静态工作点的要领是:先画出放大器的直流通路,再根据

6、直流通路估算三极管的IBQ、 ICQ、UCEQ 值。 2. 图解法是根据直流通路估算出IBQ ,再利用三极管输出特性曲线及输出回路直流负载线确定ICQ、UCEQ 。,例1. 在图2.1(b) 所示的放大电路中,已知UCC12V,RC4 k,RB300 k 。三极管的输出特性曲线如下图所示。求 (1) 作直流负载线;(2)求静态值。,三极管的输出特性曲线,图2.2 基本交流放大电路,解:(1) 作直流通路,如右图,在输出特性曲线组上作直流负载线。,当 IC = 0 时,UCE=UCC=12V;,由此得出静态工作点Q,静态值为 IBQ=40A ICQ=1. 5mA UCEQ=6V 见曲线图,(2)

7、 求直流负载线,放大电路的直流通路,2. 4 放大电路的动态分析,动态:当输入信号ui 0 时,放大电路的工作状态,也称交流工作状态。 任务:分析信号的传输(交流分量),确定放大倍数 A、 输入电阻 ri 和输出电阻 ro。 方法:图解法、微变等效电路法。,2.4.1 图解法分析动态特性,图2.8 有输入信号时放大电路的图解分析,放大倍数分析,最大不失真输出幅度,非线性失真,(1)失真: 是指输出信号的波形与输入信号的波形不一样。 (2)原因:引起失真最基本、最主要的原因是由于静态工作点不合适或者信号太大所至。 (3)非线性失真:由于静态工作点不合适或者信号太大,使放大电路的工作范围超出了三极

8、管特性曲线上的线性范围,这种失真称为非线性失真,如图。,图2.9 非线性截止失真,图2.10 非线性饱和失真,失真改进方法 (1) 静态工作点Q 应选在交流负载线的中点。 (2) 输入信号ui 的幅值不能太大。 具体解决方案 饱和失真:将QIC IB ,* 措施:减小RB 的值。,* 措施:提高RB 的值。 截止失真:将QIC IB ,三极管共射极接法,(1) 三极管 H 参数微变等效电路,线性的双口网络,2.4.3 微变等效电路法,三极管共射极接法,式中:,其中:,rbb 三极管的基区体电阻;UA 欧啦电压。,三极管的输入 特性曲线求rbe,三极管的输出特 性曲线求,三极管的输出 特性曲线求

9、 rce,综上所述得三极管的微变等效电路,三极管H 参数微变等效电路,交流放大电路的交流通路,(2) 放大电路的微变等效电路,图2.2b 基本交流放大电路,图2.12 放大电路的微变等效电路,(3) 射极放大电路的分析,放大电路的微变等效电路,ri、ro,* 当ui 0时,有ib0,则ici b0,,Aus,例:电路如图所示,求放大电路的Au、ri、ro及Aus,解 作直流通路,直流通路,画出微变等效电路,微变等效电路,(a),(c),图2.14 (a) 射极输出器 放大电路 (b)交流通路 (c) 微变等效电路,2.5 共集电极放大电路,根据直流通路可得静态值的确定式:,放大电路的直流通路,

10、2.5.1 静态分析,2.5.2 动态分析,放大电路的微变等效电路,输入电阻ri,根据微变等效电路可得:,图2.15 射极输出器,输出电阻ro 的计算,图2.16 射极输出器求ro,图2.14(c)射极输出器的微变等效电路,(1)主要特点: Au 1,即 uoui ,具有跟随作用,又称射极跟随器; 具有较高的输入电阻,,有较小的输出电阻,有较强的带负载能力;,2.5.3 主要特点及用途,ri 较高 通常用作多级放大电路的输入级,可减少信号源的负担; ro 较低 通常用作多级放大电路的输出级,可提高带负载能力; ri 较高、 ro较低, 常用在多级放大电路的中间级,可起到阻抗变换作用,也常称为缓

11、冲级或中间隔离级。,(2)主要用途,例题:在下图中,UCC=12V,=60, RB=200k, RE= 2k,RL= 2k,UBE=0.6V . 试求1)静态值;,解:1)计算静态值;,射极输出器电路,放大电路的直流通路,50,2.5.4 三种组态的比较,一般放大,多级放大器的中间级,应用,输入级、输出级或阻抗变换、缓冲(隔离)级,高频放大、宽频带放大震荡及恒流电源,2.6 静态工作点的稳定及偏置电路,2.6.1 静态工作点变化的主要原因 (1) 分析 温度T 变化导致 ICQ点; ICBO ICEO = (1+) ICBOICQ点 uBE 输入特性向左移Q点,(2) 问题 怎样才能使静态工作

12、点的确定? 当T IC 时,若使IB IC Q 点基本不变 ,应该,2.6.2 工作点稳定电路,图2.17 分压偏置放大电路,(1) 分压式偏置电路 如图2.17所示为分压式偏置电路,(2) 分压式偏置电路能稳定静态工作点的物理过程可表示如下:,能稳定静态工作点的实质,是由于输出电流 IC 的变化通过 RE 上电压降(VE=IE RE )的变化反映,而后引回(就是反馈)到输入电路与VB比较,使UBE发生变化来牵制 IC 的变化。,IC IB ,温度升高ICVEUBE,图2.18的电路的直流通路,由图2.18 可列出:I1 = I2 + IB ; 若使 :I2 IB -(1),若使:VBUBE

13、-(5),且有: IC IB,直流通路,(3) 静态工作分析,当满足式(1) 和式(5)条件,则有,静态值的估算式,确定静态工作点Q。,(2) 动态分析Au、ri 、ro,图2.17 分压偏置放大电路,图2.19 交流通路和微变等效电路,Au、ri、ro 求解等效电路,(a) 直流通路,图2.21 分压偏置放大电路,(b)交流通路,图2.22 放大电路的微变等效电路,图2.21(b) 交流通路,静态工作点 RE 两端未并CE ,得图2.21 a)的直流通路, 静态工作点不受影响,同于图2.17的分析。,图2.22 放大电路的微变等效电路,分析:,图2. 23 求ri 、ro,ri、ro的计算,

14、放大电路图,例题 直流通路,解:1) 静态工作点的计算,例题 直流通路,2) 微变等效电路如下图所示,例题微变等效电路,据微变等效电路,2. 7 多级放大电路,2.7.1 多级放大电路的级间耦合方式 (1) 多级放大电路的组成及要求,图2. 24 多级放大电路的框图,要求: 1) 对输入级主要要求具有足够高的输入阻抗,可使实际加到输入级的输入电压增大; 2) 对中间级主要要求具有足够大的电压放大倍数; 3) 对末前级和输出级要求具有足够的功率输出去推动负载。,耦合:在多级放大电路中,每两个单级放大电路之间的联接方式称为耦合; 耦合方式: 阻容耦合:两级之间通过耦合电容C2及下级输入电阻R 联接

15、的方式; 直接耦合:将前级输出端直接接到后级的输入端或级与级之间直接联接的方式; 变压器耦合:前级输出信号通过变压器传递到后级输入端的方式。,(2) 级间耦合方式,2.7.2 阻容耦合放大电路的分析及计算,图2.25a) 两级阻容耦合放大电路,以两级阻容耦合放大电路为例,如图2.25 两级电路均采用分压偏置放大电路。,(1) 静态分析 第一级:,当满足条件:I2 IB1,图2.26a) 第一级直流通路,第二级,当满足条件:I4 IB2,图2.26b) 第二级直流通路,微变等效电路如图2.27,电压放大倍数Au 的计算,(2) 动态分析: A u、ri、ro,图2.27 两级阻容耦合放大电路 的微变等效电路,由图可得:,输入电阻ri、输出电阻ro,*注意:阻容耦合不适用于传递缓慢变化的信号或直流变化的信号。,由图2.27可得:,例题:放大电路如下图所示,试求 1) 各级放大电路的静态值;2) 画出微变等效电路;3)输入电阻ri、输出电阻ro 、求放大电路的电压 放大倍数 Au 。,解:1) 各级静态分析 第一级:,当I2 IB1,第一级的直流通路,第二级:,第二级的直流通路,2)

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