模拟电子技术基础简明教程课件：第二章　放大电路的基本原理

第二章第二章放大电路的基本原理放大电路的基本原理2.1放大的概念放大的概念2.2单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路2.3放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标2.4放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法2.5工作点的稳定问题工作点的稳定问题2.6放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态2.7场效应管放大电路场效应管放大电路2.8多级放大电路多级放大电路2.1放大的概念放大的概念本质：本质：实现能量的控制。实现能量的控制。在在放放大大电电路路中中提提供供一一个个能能源源，由由能能量量较较小小的的输输入入信信号号控控制制这这个个能能源源，使使之之输输出出较较大大的的能能量量，然然后后推推动动负载。负载。小能量对大能量的控制作用称为小能量对大能量的控制作用称为放大作用放大作用。放大的对象是放大的对象是变化量。变化量。元件：元件：双极型三极管和场效应管。双极型三极管和场效应管。放大电路是最基本的模拟电路放大电路是最基本的模拟电路2.2放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标图图 2.2.1 放大电路技术指标测试示意图放大电路技术指标测试示意图一、放大倍数一、放大倍数电压放大倍数电压放大倍数()电流放大倍数电流放大倍数()二、最大输出幅度二、最大输出幅度在在输输出出波波形形没没有有明明显显失失真真情情况况下下放放大大电电路路能能够够提提供供给给负负载载的的最最大大输输出出电电压压(或或最最大大输输出出电电流流)可可用用峰峰-峰峰值值表表示示，或有效值表示或有效值表示(Uom、Iom)。三、非线性失真系数三、非线性失真系数 D四、输入电阻四、输入电阻 Ri所有谐波总量与基波成分之比，即所有谐波总量与基波成分之比，即从放大电路输入端看进去的等效电阻。从放大电路输入端看进去的等效电阻。输入电阻愈大，对信号源索取的电流愈小输入电阻愈大，对信号源索取的电流愈小。五、输出电阻五、输出电阻 Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。从放大电路输出端看进去的等效电阻。测量测量 Ro：输输入入端端正正弦弦电电压压 ，分分别别测测量量空空载载和和输输出出端端接接负负载载 RL 的输出电压的输出电压 、。输出电阻愈小，带载能力愈强输出电阻愈小，带载能力愈强。Aum六、通频带六、通频带BW七、最大输出功率与效率七、最大输出功率与效率 输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。表示。：效率：效率PV：直流电源消耗的功率：直流电源消耗的功率fL fHfL：下限频率：下限频率fH：上限频率：上限频率图图 2.2.22.2单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路2.2.1单管共发射极放大电路的组成单管共发射极放大电路的组成图图2.3.1 单管共射放大电路的单管共射放大电路的原理电路原理电路VT：NPN 型三极管，为放大元件；型三极管，为放大元件；VCC：为输出信号提供能量；为输出信号提供能量；RC：当当 iC 通通过过 Rc，将将电电流流的的变变化化转转化化为为集集电电极极电电压压的的变变化化，传传送送到到电电路路的输出端；的输出端；VBB、Rb：为为发发射射结结提提供供正正向向偏偏置置电电压压，提提供供静静态基极电流态基极电流(静态基流静态基流)。图图2.3.1 单管共射放大电路的单管共射放大电路的原理电路原理电路2.2.2单管共发射极放大电路的单管共发射极放大电路的工作原理工作原理一、放大作用：一、放大作用：二、组成放大电路的原则：二、组成放大电路的原则：1.外外加加直直流流电电源源的的极极性性必必须须使使发发射射结结正正偏偏，集集电结反偏。则有：电结反偏。则有：2.输输入入回回路路的的接接法法应应使使输输入入电电压压 u 能能够够传传送送到到三三极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量 iB。3.输输出出回回路路的的接接法法应应使使变变化化量量 iC 能能够够转转化化为为变变化化量量 uCE，并传送到放大电路的输出端。，并传送到放大电路的输出端。三、原理电路的缺点：三、原理电路的缺点：1.双电源供电；双电源供电；2.uI、uO 不共地。不共地。四、单管共射放大电路四、单管共射放大电路图图2.3.2 单管共射放大电路单管共射放大电路C1、C2：为隔直电容或耦合电容；为隔直电容或耦合电容；RL：为负载电阻。为负载电阻。该电路也称该电路也称阻容耦合阻容耦合单管共射放大电路。单管共射放大电路。交流通路交流通路2.4放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法基本分析方法两种基本分析方法两种图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法2.4.1直流通路与交流通路直流通路与交流通路图图 原电路原电路直流通路直流通路先静态先静态后动态后动态直流通路直流通路：电容开路，电感短路；：电容开路，电感短路；交流通路交流通路：电容容抗：电容容抗1/jw wC，C足够大时足够大时短路，电感感抗短路，电感感抗jw wL，理想电压源短路，理想电压源短路，理想电流源开路。理想电流源开路。静态静态动态动态2.4.2静态工作点的近似计算静态工作点的近似计算bceIBQICQ UCEQ硅管硅管 UBEQ=(0.6 0.8)V锗管锗管 UBEQ=(0.1 0.2)VICQ IBQUCEQ=VCC ICQ RC【例例】图示单管共射放大电路中，图示单管共射放大电路中，VCC=12 V，Rc=3 k，Rb=280 k，NPN 硅硅管管的的 =50，试试估估算算静静态工作点。态工作点。解：解：设设 UBEQ=0.7 VICQ IBQ =(50 0.04)mA=2 mAUCEQ=VCC ICQ Rc =(12 2 3)V=6 V2.4.3图解法图解法在在三三极极管管的的输输入入、输输出出特特性性曲曲线线上上直直接接用用作作图图的的方方法求解放大电路的工作情况。法求解放大电路的工作情况。一、图解法的过程一、图解法的过程(一一)图解分析静态图解分析静态1.先用估算的方法计算输入回路先用估算的方法计算输入回路 IBQ、UBEQ。2.用图解法确定输出回路静态值用图解法确定输出回路静态值方法：方法：根据根据 uCE=VCC iCRc 式确定两个特殊点式确定两个特殊点输出回路输出回路输出特性输出特性直流负载线直流负载线Q由由静静态态工工作作点点 Q 确确定定的的 ICQ、UCEQ 为静态值。为静态值。【例例】图图示示单单管管共共射射放放大大电电路路及及特特性性曲曲线线中中，已已知知 Rb=280 k，Rc=3 k ，集集电电极极直直流流电电源源 VCC=12 V，试用图解法确定静态工作点。试用图解法确定静态工作点。解：解：首先估算首先估算 IBQ作直流负载线，确定作直流负载线，确定 Q 点点根据根据 UCEQ=VCC ICQ RciC=0，uCE=12 V；uCE=0，iC=4 mA.0iB=0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQ静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点IBQ=40 A，ICQ=2 mA，UCEQ=6 V.uCE /V由由 Q 点确定静态值为：点确定静态值为：iC /mA(二二)图解分析动态图解分析动态1.交流通路的输出回路交流通路的输出回路 输输出出通通路路的的外外电电路路是是 Rc 和和 RL 的并联。的并联。2.交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线 交流负载线必过交流负载线必过Q点点，斜率为：斜率为：OIBiC /mAuCE /VQ静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点3.动态工作情况图解分析动态工作情况图解分析图图 输入回路工作情况输入回路工作情况0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB/AuBE/ViBUBE交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线4.57.5 uCE912t0ICQiC/mA0IB =4 0 A2060804Q260uCE/ViC/mA0tuCE/VUCEQ iC图图 输出回路工输出回路工作情况分析作情况分析4.电压放大倍数电压放大倍数【例例】用用图图解解法法求求图图示示电电路路电电压压放放大大倍倍数数。输输入入、输输出特性曲线如右图，出特性曲线如右图，RL=3 k 。uCE=(4.5 7.5)V=3 V uBE=(0.72 0.68)V=0.04 V解：解：求求 确定交流负载线确定交流负载线取取 iB=(60 20)A=40A则输入、输出特性曲线上有则输入、输出特性曲线上有单单管管共共射射放放大大电电路路当当输输入入正正弦弦波波 uI 时时，放放大大电电路路中中相相应应的的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波波形。形。图图 2.4.6 单管共射放大电路的单管共射放大电路的电压电流波形电压电流波形 二、图解法的应用二、图解法的应用(一一)用图解法分析非线性失真用图解法分析非线性失真1.静静态态工工作作点点过过低低，引引起起 iB、iC、uCE 的波形失真的波形失真ibui结论：结论：iB 波形失真波形失真OQOttOuBE/ViB/AuBE/ViB/AIBQ 截止失真截止失真iC、uCE(uo)波形失真波形失真NPN 管管截截止止失失真真时时的输出的输出 uo 波形。波形。uo=uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC/mAICQUCEQOIB=0QtOO NPN 管管 uo波形波形tiCuCE/VuCE/ViC/mAuo=uceib(不失真不失真)ICQUCEQ2.Q 点过高，引起点过高，引起 iC、uCE的波形失真的波形失真饱和失真饱和失真(二二)用图解法估算最大输出幅度用图解法估算最大输出幅度OiB=0QuCE/ViC/mAACBDE交流负载线交流负载线 输输出出波波形形没没有有明明显显失失真真时时能能够够输输出出最最大大电电压压。即即输输出出特特性性的的 A、B 所所限定的范围。限定的范围。Q 尽量设在线段尽量设在线段 AB 的中点。则的中点。则 AQ=QB，CD=DE(三三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响用图解法分析电路参数对静态工作点的影响1.改改变变 Rb，保保持持VCC，Rc，不变；不变；OIBiCuCE Q1Rb 增大，增大，Rb 减小，减小，Q 点下移；点下移；Q 点上移；点上移；Q2OIBiCuCE Q1Q32.改改变变 VCC，保保持持 Rb，Rc，不变；不变；升升高高 VCC，直直流流负负载载线线平平行行右右移移，动动态态工工作作范范围围增增大大，但管子的动态功耗也增大。但管子的动态功耗也增大。Q23.改改变变 Rc，保保持持 Rb，VCC，不变；不变；4.改改变变 ，保保持持 Rb，Rc，VCC 不变；不变；增增大大 Rc，直直流流负负载载线线斜斜率率改改变变，则则 Q 点点向向饱和区移近。饱和区移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增增大大 ，ICQ 增增大大，UCEQ 减减小小，则则 Q 点点移移近近饱饱和区。和区。图解法小结图解法小结1.能够形象地显示静态工作点的位置与非线性能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系；失真的关系；2.方便估算最大输出幅值的数值；方便估算最大输出幅值的数值；3.可直观表示电路参数对静态工作点的影响；可直观表示电路参数对静态工作点的影响；4.有利于对静态工作点有利于对静态工作点 Q 的检测等。的检测等。2.4.4微变等效电路法微变等效电路法 晶晶体体管管在在小小信信号号(微微变变量量)情情况况下下工工作作时时，可可以以在在静静态态工工作作点点附附近近的的小小范范围围内内用用直直线线段段近近似似地地代代替替三三极极管管的的特特性性曲曲线线，三三极极管管就就可可以以等等效效为为一一个个线线性性元元件件。这这样样就就可可以以将将非非线线性性元元件件晶晶体体管管所所组组成成的的放放大大电电路路等等效效为为一一个个线性电路。线性电路。微变等效条件微变等效条件研究的对象仅仅是研究的对象仅仅是变化量变化量信号的信号的变化范围很小变化范围很小一、简化的一、简化的 h 参数微变等效电路参数微变等