放大电路分析基础1

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1、第2章 放大电路分析基础,2.1 基本放大电路的组成及工作原理 2.2 图解分析法 2.3 等效电路法 2.4 放大电路静态工作点的稳定 2.5 共集电极和共基极电路 2.6 多级放大电路,第五讲 基本共射放大电路的 工作原理,教学基本要求： 1、如何组成基本放大电路 2、如何分析放大电路,一、放大的概念与放大电路的性能指标,二、基本共射放大电路的组成及各元件的作用,三、设置静态工作点的必要性,四、基本共射放大电路的工作原理,五、放大电路的组成原则,一、放大的概念及放大电路的性能指标,1、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

2、的前提,判断电路能否放大的基本出发点,2、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研究和测试的参数,信号源,信号源内阻,输入电压,输出电压,输入电流,输出电流,任何放大电路均可看成为两端口网络。,2)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。,空载时输出电压有效值,带RL时的输出电压有效值,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,3)通频带,4)最大不失真输出电压Uom：交流有效值。,由于电容、电感及半导体器件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

3、能力。,下限频率,下限频率,2.1 基本放大电路的组成及工作原理,2.1.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用 图2.2.1 基本共射放大电路,uS,T,ui,uo,uCE,图2.2.1所示基本共射放大电路中，晶体管T是起放大作用的核心元件。输入信号为正弦波信号ui(源uS)。 图中晶体三极管是NPN型硅管，处于放大状态时具有电流放大作用，IC=IB。 当放大电路处于静态，即ui=0时，直流电压源VBB使晶体管b-e间电压UBE大于开启电压Uon，并与基极电阻Rb(又称偏流电阻)配合决定基极电流IB，使晶体管能工作在特性曲线的线性部分；直流电压源VCC的电压足够高(VBBVCC)，使晶体管

4、的集电结反向偏置，保证晶体管处于放大状态，因此集电极电流IC=IB；流过集电极电阻Rc的电流就是IC，于是Rc上的电压为ICRc，根据KVL， c-e间电压UCE=VCC ICRc。,图中C1用于连接信号源与放大电路，C2用于连接放大电路与负载(电阻RL)。电子线路中起连接作用的电容称为耦合电容，利用电容连接的电路称为阻容耦合。由于电容的容抗与信号频率成反比，它们把信号源与放大电路之间，放大电路与负载之间的直流隔开，起 “隔离直流，通过交流”的作用。在图2.1所示电路中，C1左边、C2右边只有交流而无直流，中间部分为交直流共存。由于耦合电容的容量较大，一般多采用电解电容器。在使用时，应注意它的

5、极性与加在它两端的工作电压极性相一致，正极接高电位，负极接低电位。ui=0时， C1两端的电压为UBE，C2两端的电压为UCE，极性如图所示。RL为负载电阻，无RL，空载。,当放大电路处于动态，即ui0时，由于电容两端电压不能突变，b-e间电压在直流电压UBE的基础上叠加一正弦电压ui，因而基极电流在直流电流IB的基础上叠加一正弦电流ib，基极总电流为iB=IBib；根据晶体管处于放大状态时的电流分配关系，集电极电流也在直流电流IC的基础上叠加一正弦电流ic，ic=ib，集电极总电流为iC=ICic；正弦电流ic在集电极电阻Rc(空载)上产生与ic波形相同的正弦电压icRc，集电极电阻Rc将集

6、电极电流的变化转变成电压的变化，使管压降uCE产生变化，uCE=VCCiCRc=VCCICRcicRc=UCEicRc=UCEuce，所以管压降是在静态电压UCE的基础上叠加一正弦电压uce，且uce与ic反相。经C2输出的电压uo就是正弦电压uce 。,放大电路的各极间波形,波形分析,动态信号驮载在静态之上,输出和输入反相！,二、基本共射放大电路的组成及各元件的作用,VBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。,VCC：使UCEUon，同时作为负载的能源。,Rc：将iC转换成uCE(uo) 。,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间电压、管压降，称为静态工作点Q

7、。记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。,三、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？,得到两方面的结论：放大电路的工作原理和组成原则 2.1.2 放大电路的工作原理 基本共射放大电路的工作原理是，对于处于放大状态的晶体管，当ui作用于晶体管的发射结使基极电流在直流电流IB的基础上叠加一正弦电流ib时，由于晶体管处于放大状态时的电流分配关系，集电极电流也在直流电流IC的基础上叠加一正弦电流ic，ic=ib，ic在集电极电

8、阻Rc(空载)上产生与ic波形相同的正弦电压icRc，集电极电阻Rc将集电极电流的变化转变成电压的变化，在放大电路输出端得到与ui反相且幅值放大的输出电压uo=uce=icRc。,在基本共射放大电路中，电压和电流都得到放大(ic=ib，uoui)，即功率得到放大。需要提醒大家的是，输出功率并非来自输入信号(信号源)，而是来自直流电源VCC。正是由于iB或iE对iC的控制作用，使得在ui的作用下直流电源VCC输出的电流中包含与ui同样变化且被放大的分量，即放大电路的输出功率是在输入信号的作用下通过晶体管将直流电源的能量转换而来。因此，放大电路放大的实质是能量的控制和转换，放大的量是变化量。能控制

9、能量的元件称为有源元件，在放大电路中一定有有源元件，如晶体管等。,2.1.3 晶体管放大电路的组成原则 静态工作点合适：极性、电压合适的直流电源、合适的电阻参数，使晶体管有合适的静态电流，保证晶体管工作在放大区。 输入信号能够作用于晶体管的发射结，使产生iB或iE；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：输入输出信号、直流电源共地、直流电源种类尽可能少。常见的有两种共射放大电路。,两种实用放大电路 阻容耦合放大电路,问题：两个电源,ui,T,uCE,uS,uo,静态时，C1、C2上电压？,解决方案：将两个电源合二为一,动态时，,uBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只

10、有交流信号。,两种实用放大电路 直接耦合放大电路,直接耦合基本放大电路的问题： 1、两种电源 2、信号源与放大电路不“共地”,将两个电源合二为一,共地，且要使信号驮载在静态之上,两种实用放大电路 直接耦合放大电路,问题：若信号频率较低，则不能用阻容耦合。 解决方案：采用直接耦合去掉耦合电容，为避免ui直接接在b-e两端，原C1处接一电阻。,静态时，,动态时，b-e间电压是uI与Rb1上电压之和。,放大电路的耦合方式 耦合方式即连接方式。 常见的输入、输出信号与放大电路的连接方式除了阻容耦合和直接耦合外，还有变压器耦合和光电耦合。 光电耦合利用光电耦合器件连接，通常用于信号源与放大电路相距较远无

11、法共地(由于导线电阻)的情况。 变压器耦合可实现阻抗变换。 4种藕和方式中，阻容耦合和变压器耦合不能用于缓变信号 4种藕和方式中，直接耦合放大电路的静态工作点受信号源和负载的影响，其余的静态工作点独立于信号源和负载，因为它们之间的直流通路是互相隔离的。,其它耦合方式,变压器耦合,图9.1.2(a) 变压器耦合共射放大电路,理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。,从变压器原边看到的等效电阻,其它形式的放大电路 放大电路是一个二端口网络 晶体管是一个三端器件，若分别以基极、发射极、集电极作为输入、输出的公共端，其余两端作为输入端和输出端，则最多可有6种接法。但是，根据组成原则，集电

12、极不能作为输入端，基极不能作为输出端，因此放大电路有三种接法。,晶体管的三种基本接法 (a)共发射极；(b)共集电极；(c)共基极,第六讲 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,分析放大电路的基本原则 放大电路放大的是动态信号，但是，由前面关于放大原理的分析可知，对动态信号的放大是在静态的基础上实现的。因此分析放大电路时，须先静态后动态。分析静态时，用放大电路的直流通路；分析动态时，用含交流分量的电路。,一、直流通路和交流通路,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；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

13、； 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。,VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。,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。,当VCCUBEQ时，,已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？,直流通路,阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路,讨论一,画图示电路的直流通路和交流通路。,二、图解法 应用实测特性曲线 1. 静态分析：图解二元方程

14、组,输入回路负载线,Q,IBQ,UBEQ,Q,IBQ,ICQ,UCEQ,负载线,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,饱和失真产生于晶体管的输出回路！,截止失真、饱和失真是由于器件的非线性产生的，属于非线性失真，产生新的频率成分。,消除饱和失真的方法,消除方法：增大Rb，减小VBB，减小Rc，减小，增大VCC。,Rb或或 VBB ,Rc或VCC,最大不失真输出电压Uom ：比较(UCEQ UCES)与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。,4、图

15、解法的特点,形象直观； 适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析； 能够用于大信号分析； 不易准确求解； 不能求解输入电阻、输出电阻、频带等等参数。,直流负载线和交流负载线,Uom=?Q点在什么位置Uom最大？,交流负载线应过Q点，且斜率决定于（RcRL）,讨论二(例2.3.1 P.93),1当Q点作Q1 Q2 Q3 Q4的变化时，是哪个参数的变化造成的，是如何变化的？ 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？,讨论三,2空载和带载两种情况下Uom分别为多少？ 3在图示电路中，有无可能在

16、空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？（只可能出现在空载时饱和失真）,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？若带负载情况呢？,直流负载线 UCE=123IC，UCEQ=6V，Ucem4V ；基本同时 交流负载线过Q点和uCE=9V，Ucem2V；先出现截止失真。 若RC变大，其余参数不变，则交、直流负载线的|k|减小， VCC - UCEQ UCEQ，对于同样幅值的输入可出现空载时输出电压饱和失真，而带上负载后这种失真消除。,讨论三(CONTINUE),三、等效电路法,将晶体管的特性曲线折线化，建立线性模型，用于直流分析。,1直流模型：适于Q点的分析,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