模电幻灯片-2--基本放大电路

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1、*2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标,*2.2 基本共射极放大电路的工作原理,*2.3 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 晶体管单管放大电路的三种基本接法,2.6 场效应管放大电路,学习指导,小结,2.7 基本放大电路的派生电路,第2章 基本放大电路,这一章是本课程的重要章节，内容涉及放大电路 的基本概念、基本电路和基本分析方法。 主要内容： 1、半导体三极管放大电路的三种基本组态。 2、静态工作点Q的不同选择对非线性失真的影响。 3、用H参数模型计算共射极放大电路的主要性能指标。 4、共集电极电路和共基极电路的工作原理。 5、场效应管放大电路的工作原理

2、。 6、复合管放大电路和组合放大电路的工作原理。,学习指导,学习目标： 1、掌握静态、动态、直流通路、交流通路、频率特性及温度漂移等基本概念； 2、掌握结合具体电路进行合理近似的估算法； 3、学会用图解法分析放大电路的静态、动态工作情况； 4、熟练掌握运用小信号模型等效电路法计算放大电路的动态性能指标； 5、熟练掌握共射（包括工作点稳定电路）、共集和共基放大电路的工作原理及特点； 6、掌握场效应管放大电路的分析方法和指标计算。, 2.1.2 放大电路的性能指标, 2.1.1 放大的概念,2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标,放大的对象：变化量 放大的特征：功率放大 放大的本质：能量的控制

3、 放大的基本要求：不失真，放大的前提,判断电路能否放大的基本出发点,2.1.1 放大的概念,能够控制能量的元件称有源元件，如三极管和场效应管,1、放大倍数：输出量与输入量之比,电压放大倍数是最常被研究和测试的参数,正弦波信号源,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二端口网络。,2.1.2 放大电路的主要性能指标,2、输入电阻,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,输入电阻Ri反映了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小。,3、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,输出电阻

4、Ro的大小决定电路带负载的能力。,3、输出电阻,另一方法,注意：输入、输出电阻为交流电阻,4、通频带,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能力。,下限频率,上限频率,饱和失真：工作点位于饱和区。,对于分立器件放大电路来说，工作点的选取是非常重要的，应尽量让放大器工作在放大区。,5、非线性失真,由放大器件的非线性特性引起的失真，有饱和失真和截止失真两种。,截止失真：工作点位于截止区。,6、最大不失真输出电压Uom,指当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。,最大不饱和范围

5、,最大不截止范围,取较小的范围， Uom是交流有效值,7、最大输出功率和效率,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。此时，输出电压达到最大不失真输出电压。,直流电源能量的利用率称为效率。,设电源消耗的功率为PV，则有：,2.2 基本共射放大电路的工作原理,2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用,直流电源VBB和VCC 三 极 管 T 集电极负载电阻 RC 偏置电路 VBB 、Rb 耦合电容 Cb1 、Cb2,将变化的集电极电流 转换为电压输出,合适IB 使三极管工作在线性区,起隔直作用,对交流起耦合的作用,组成原则：,1、发射结正偏，集电结反偏,2、输入信号

6、能加到三极管上,3、输出信号能有效地传送到负载,4、不失真地放大信号,起放大作用,使发射结正偏、集电结反偏,在半导体电路中,常把输入电压,输出电压及直流电源的共同端点(O点)称为”地”.并以地端为零点电位(参考电位点),规定: 1.电压的正方向是以共同端为负端,其他各点为正端 2.对NPN管,iB iC以流入电极为正,iE以流出电极为正;PNP相反,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：,2.2.2 设置静态工作点的必要性,静态：输入信号为零时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。

7、,动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,电路处于静态时,三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点,称为静态工作点,常称为Q点.常用IB、 IC和UCE UBE(或IBQ、ICQ和UCEQ UBEQ)表示。,一、静态、静态工作点和动态,二、设置静态工作点的必要性,输出电压必然失真！ 静态工作点，不仅影响失真问题，还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？,饱和失真,截止失真,底部失真,顶部失真,动态信号驮载在静态之上,输出和输入反相！,要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！,

8、波形分析,2.2.3 基本共射放大电路的工作原理及波形分析,2.2.4 放大电路的组成原则,静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，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：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。,两种实用放大电路 直接耦合放大电路,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,静态时，,动态时，b-e间电压是uI与Rb1上的电压之和。,两种实用放大电路 阻容耦合放大电路,耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过

9、交流”。,静态时，C1、C2上电压？,动态时，,C1、C2为耦合电容！,uBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。 负载上只有交流信号。,ui,uo,uo与 ui 的相差为1800,当交流信号加到放大器输入端时,管子各点的电压和电流将在静态值基础上叠加一交流分量, 电路中的信号既有直流又有交流。,清华大学 华成英 ,讨论,1. 用NPN型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路。 用PNP型晶体管组成一个共射放大电路。,照葫芦画瓢！,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； 直流电源相当于短路（内阻为0）,通

10、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的概念。,2.3 放大电路的分析方法,2.3.1 直流通路和交流通路,1.求解静态工作点 2.各项动态参数,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,画出图示电路的直流通路和交流通路。,将uS短路，即为直流通路。,直接耦合放大电路,Q与

11、RS RL有关,阻容耦合放大电路,Q与RS RL无关,静态,ui=0时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,静态分析,确定放大电路的静态值IB、IC、UCE（或IBQ、ICQ、UCEQ），即静态工作点Q。静态工作点的位置直接影响放大电路的质量。,静态分析方法,1 计算法,要借助于放大电路的直流通路，直流通路是直流电流的通路。,一、静态工作情况分析,2.3.2 图解分析法,在已知电路参数和特性曲线条件下,通过作图方法,分析动态和静态情况,Si管：VBEQ=0.6V0.7V,Ge管:VBEQ=0.2V0.3V,（2）求静态值,（1） 首先画出直流通路,求解顺序是先求IBQICQVCEQ,VCE

12、Q=VCC-ICQRC,1.计算法,2、图解法 应实测特性曲线 图解二元方程,输入回路负载线,Q,IBQ,UBEQ,Q,IBQ,ICQ,UCEQ,负载线,（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、VBEQ,（2）由输出特性曲线和输出直流负载线求ICQ、VCEQ,动态,输入信号vi0时放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,动态分析要借助于交流通路,动态 分析,确定放大电路的放大倍数AV 或AI 输入电阻ri和输出电阻ro,二、 动态工作情况分析,图解法电压放大倍数的分析,斜率不变,# 动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变，uCE的实际电压极性是否改变？,通过图解分析，可得如下结

13、论： 1. ui uBE iB iC uCE |-uo| 2. uo与ui相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。,不截止 Ucm1,不饱和 Ucm2,输入交流信号时的图解分析,最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。,三. 失真分析,1 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？,由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为顶部失真。,2 饱和失真,饱和失真产生于晶体管的输出

14、回路！,由于放大电路的工作点到达了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。,3 消除饱和失真的方法,消除方法：增大Rb，减小VBB，减小Rc，增大VCC。,Rb或 VBB ,Rc或 VCC,最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点 到达了三极管的饱和区 而引起的非线性失真。,由于放大电路的工作点 到达了三极管的截止区 而引起的非线性失真。,波形的失真,双向失真,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：,1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位。,2.要有合适的交流负

15、载线。,3. 输入信号的幅度不能太大。,静态工作点位置合适，但信号过大所引起的非线性失真。,4、图解法的特点,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、频带等参数。,由交流通路得纯交流负载线：,共射极放大电路,uce= -ic (Rc /RL),因为交流负载线必过Q点 uce= uCE - UCEQ ic= iC - ICQ 同时，令RL = Rc/RL,uCE - UCEQ= -(iC - ICQ ) RL,即 iC = (-1/RL) uCE + (1/RL) UCEQ+ ICQ,四 、直流负载线和交流负载线,交流负载线特点: 、斜率为RL，交流负载线比直流负载线陡 、交流负载线一定通过静态工作点,交流负载线画法： 、通过作直流负载线，定出静态工作点Q 、,iC = (-1/RL) vCE + (1/RL) VCEQ+ ICQ,令iC=0,则vCE=VCEQ+ICQRL,在横轴上得到B点 、连接Q B两点，即得到交流负载线,四 、直流负载线和交流负载线,Uom=?,交流负载线应过Q点，且斜率决定于（RcRL）,讨论二,在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？ 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？,输入回路等效为恒压源