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)