模拟电子技术：第二章 基本单元电路

《模拟电子技术：第二章 基本单元电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术：第二章 基本单元电路（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第二章第二章 基本单元电路基本单元电路第一节第一节 放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标第二节第二节 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理第三节第三节 工作点稳定电路的分析方法工作点稳定电路的分析方法第四节第四节 放大电路的三种组态及其性能比较放大电路的三种组态及其性能比较第五节第五节 场效应管基本放大电路场效应管基本放大电路第六节第六节 差动放大电路差动放大电路第七节第七节 电流源电路电流源电路本章教学主要内容本章教学主要内容 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第一节第一节 放大的概念

2、及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标一、一、放大的概念放大的概念放大的对象：放大的对象：变化量变化量放大的本质：放大的本质：能量的控制能量的控制放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大( (电压或电流电压或电流) )放大的基本要求：放大的基本要求：不失真不失真放大的前提放大的前提VCC 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输出电压输出电压输入电流输入电流输出电流输出电流任何放大电路均可看成为二端口网络。任何放大电路均可看成为二端口网络。二、二、 放大电路的性能指标放大电路的性能指标（衡量放大电路性能的优劣衡量放大电路

3、性能的优劣） 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学其中其中 都是有效值都是有效值1 1、放大倍数、放大倍数（直接衡量放大电路放大能力的重要指标直接衡量放大电路放大能力的重要指标）电压放大倍数：电压放大倍数：输出电压输出电压 与输入电压与输入电压 之比之比 ， 即即 电流放大倍数：电流放大倍数： 输出电流输出电流 与输入电流与输入电流 之比，之比， 即即 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 越大，表明放大电路所得到的输入电压越大，表明放大电路所得到的输入电压 越接近信号源越接近信号源电压电压 ；即信号源内阻上的电压越小，信号电压损失越小。；即信号源内阻上的电压越

4、小，信号电压损失越小。2 2、输入电阻、输入电阻输入电阻输入电阻 是从放大电路是从放大电路输入端看进去的交流等效电阻输入端看进去的交流等效电阻，定义为输入电压有效值定义为输入电压有效值 和输入电流有效值和输入电流有效值 之比，即之比，即 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学输出电阻输出电阻 越小，负载电阻越小，负载电阻 变化时，输出电压变化时，输出电压 的的变化越小，称为放大电路的带负载能力越强。变化越小，称为放大电路的带负载能力越强。输出电阻输出电阻 就是负载开路时从放大电路输出端看进去的就是负载开路时从放大电路输出端看进去的交流等效内阻。交流等效内阻。定义定义 4 4、输出

5、电阻、输出电阻 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学5 5、通频带、通频带（衡量放大电路对不同频率信号的放大能力）（衡量放大电路对不同频率信号的放大能力） 图为某放大电路放大倍数的数值与信号频率的关系曲线，图为某放大电路放大倍数的数值与信号频率的关系曲线，称为幅频特性曲线，图中称为幅频特性曲线，图中 为中频放大倍数的数值。为中频放大倍数的数值。下限频率下限频率上限频率上限频率 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值明显下在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值明显下降，使放大倍数的数值等于降，使放大倍数的数值等于0.7

6、070.707倍倍 的频率称的频率称 为为下限截下限截止频率止频率 在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值也将减小，在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值也将减小，使放大倍数的数值等于使放大倍数的数值等于0.7070.707倍倍 的频率称的频率称 为为上限截止频上限截止频率率下限频率下限频率上限频率上限频率 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 与与 之间形成的频带称为放大电路的之间形成的频带称为放大电路的通频带通频带下限频率下限频率上限频率上限频率 通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。越强。 模拟电子技

7、术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学6 6、非线性失真系数、非线性失真系数7 7、最大不失真输出电压、最大不失真输出电压 当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的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。输出电压。 输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性非线性失真系数失真系数 。设基波幅值为。设基波幅值为 、谐波幅值、谐波幅值 则则 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学8 8、最大输出功率与效率、最大输出功率与效率 在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功在输出信号不失真的情况下，负载上能

8、够获得的最大功率。此时，率。此时，输出电压达到最大不失真输出电压。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直流电源能量的利用率称为效率 ，设电源消耗的功率，设电源消耗的功率为为 则效率则效率 等于最大输出功率等于最大输出功率 与与 之比之比 ，即，即 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(2)(2)输入回路应使交流信输入回路应使交流信号电压能加到管子上，号电压能加到管子上，使产生交流电流使产生交流电流第二节第二节 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理一、组成原则一、组成原则(1)(1)电源极性必须使放大管处于放电源极性必须使放大管处于放大状态，

9、大状态，即即e e结正偏，结正偏，c c结反偏结反偏。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(3)(3)输出回路应使输出电流输出回路应使输出电流 尽可尽可能多地流到负载上能多地流到负载上，减少其他分流；，减少其他分流；(4)(4)为了保证放大电路为了保证放大电路不失真地放大信号，必不失真地放大信号，必须在没有外加信号时使须在没有外加信号时使放大管有一个合适的静放大管有一个合适的静态工作点，称之为态工作点，称之为合理合理的设置静态工作点的设置静态工作点。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学V VBBBB、R Rb b：使：使U UBEBE U Uonon，且有合

10、适的，且有合适的I IB B。V VCCCC：使：使U UCECEU Uonon，同时作为负载的能源。，同时作为负载的能源。R Rc c：将：将i iC C转换成转换成u uCECE( (u uo o) ) 。动态信号作用时：动态信号作用时：二、基本共射放大电路二、基本共射放大电路C C1 1 C C2 2 ：隔直耦合电容：隔直耦合电容 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学习惯画法习惯画法单电源供电单电源供电 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2.3 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路四、图解法三、微变等效电路法二、静

11、态估算法 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学一、放大电路的直流通路和交流通路一、放大电路的直流通路和交流通路1. 直流通路： Us=0，保留，保留Rs；电容开路；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为电感相当于短路（线圈电阻近似为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的概念。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1.直流通路 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2. 交流通路大容量电容相当于短路；大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路直流电

12、源相当于短路（内阻为（内阻为0）。）。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、放大电路的三种分析方法二、放大电路的三种分析方法1.静态估算法用于计算静态电压电流用于计算静态电压电流 输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 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？ 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程

13、大学哈尔滨工程大学2. 2. 微变等效电路法微变等效电路法（用以计算放大倍数等交流指标）（用以计算放大倍数等交流指标）在交流通路中可将晶体管看成为在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。出回路各为一个端口。适用于中低频段适用于中低频段 晶体管在中低频、小信号作用下等效晶体管在中低频、小信号作用下等效 1.1.中低频段中低频段:kHz:kHz数量级以下数量级以下2.2.小信号：小信号：mvmv级级3.3.等效：线性化处理等效：线性化处理晶体管的晶体管的h参数等效模型参数等效模型（交流等效模型）（交流等效模型） 模拟电子技术模拟电子技

14、术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学简化的简化的h h参数微变等效电路参数微变等效电路 基区的基区的区电阻区电阻发射结发射结结电阻结电阻大小与大小与Q点点( (静态工作点静态工作点) )的位置有关的位置有关 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析输入电阻中不应含有Rs!输出电阻中不应含有RL! 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学从输入回路入手，采用估算法求出从输入回路入手，采用估算法求出 并确定其对应的输出并确定其对应的输出特性曲线，曲线与直流负载线的交点就是静态工作点特性曲线，曲线与直流负载线的交点就是静态

15、工作点3 3、图解法、图解法特点：过特点：过Q Q点，斜率为点，斜率为直流负载线直流负载线DCLLDCLL输出回路直流方程代表的直线输出回路直流方程代表的直线(1)(1)静态分析静态分析用于分析电路的失真状况用于分析电路的失真状况 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(2)(2)动态分析动态分析比比DCLLDCLL陡，陡， 时，与时，与DCLLDCLL重合重合 交流负载线交流负载线ACLLACLL输出回路交流方程输出回路交流方程代表的直线代表的直线特点：过特点：过Q Q点，斜率为点，斜率为画法：横轴交点画法：横轴交点 与与Q Q点相连的直线。点相连的直线。 模拟电子技术模拟电子

16、技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 交流负载线画出后，以交流负载线画出后，以 为平衡位置，找出相应的为平衡位置，找出相应的 并并描述出描述出 的正弦波形。在的正弦波形。在 信号推动下，由晶体管的电流放大信号推动下，由晶体管的电流放大作用得到作用得到 波形，并且在管子的波形，并且在管子的c-ec-e两端获得电压两端获得电压 波形波形 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（a）波形失真分析 （b）失真波形图2.3.4 波形失真分析 当当Q Q点过高（如图所示靠近饱和区的点过高（如图所示靠近饱和区的 ）时，）时， 输输出电压出电压 波形比较容易产生底部失真，即下削波，这波形比较容易产生

17、底部失真，即下削波，这种失真又称种失真又称饱和失真饱和失真。(3)(3)图解分析波形失真与图解分析波形失真与Q Q点的关系点的关系 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（a）波形失真分析 （b）失真波形图2.3.4 波形失真分析 当当Q Q点过低（如图所示靠近截止区的点过低（如图所示靠近截止区的 ）时，输出）时，输出电压电压 波形比较容易产生顶部失真，即上削波，这种波形比较容易产生顶部失真，即上削波，这种失真又称失真又称截止失真截止失真。截止失真和饱和失真统称截止失真和饱和失真统称“非线性失真非线性失真” 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(4)(4)图解最大

18、不失真输出电压图解最大不失真输出电压 确定确定Q Q点；点；画出交流负载线；画出交流负载线；确定确定具体步骤：具体步骤：最大不饱和失真输出幅度 最大不截止失真输出幅度 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(5)(5)电路参数对电路参数对Q Q点的影响点的影响增大，增大，Q Q点如何变化？点如何变化？ 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学减小，减小，Q Q点如何变化？点如何变化？ 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学Q Q点到点到 变化，是什变化，是什么参数变化了？增大么参数变化了？增大了还是减小了？了还是减小了？ 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工

19、程大学哈尔滨工程大学(6)(6)图解法的图解法的适用范围适用范围适应于适应于Q Q点点分析分析、失真分析失真分析、最大不失真输出、最大不失真输出电压的分析；电压的分析；能够用于能够用于大信号分析大信号分析；不易准确求解；不易准确求解；不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数；交流输入、输出回路交流输入、输出回路独立的电路独立的电路。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学一、静态工作点稳定的必要性一、静态工作点稳定的必要性 静态工作点不但静态工作点不但决定了电路是否会产决定了电路是否会产生失真，而且还影响生失真，而且还影响着电压放大倍数、输着电

20、压放大倍数、输入电阻等动态参数。入电阻等动态参数。晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线第四节第四节 工作点稳定电路的分析方法工作点稳定电路的分析方法 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在引起在引起Q Q点不稳点不稳定的诸多因素中，定的诸多因素中，温温度对晶体管参数的影度对晶体管参数的影响是最为主要的。响是最为主要的。晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线 实际上，电源电压的波动、元件的老化以及温度变化实际上，电源电压的波动、元件的老化以及温度变化所引起晶体管参数的变化，都会造成静态工作点的不稳定，所引起晶

21、体管参数的变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时电路甚至无法正常工作。从而使动态参数不稳定，有时电路甚至无法正常工作。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、固定分压式工作点稳定、固定分压式工作点稳定电路电路的形式的形式Ce为旁路为旁路电容，在电容，在交流通路交流通路中可视为中可视为短路短路Rb1 Rb2为固定为固定分压偏置电阻分压偏置电阻Re为射极电阻为射极电阻二、典型的静态工作点稳定电路二、典型的静态工作点稳定电路 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学电路中，电路中，B B点的电流方程为点的电流方程为为了稳定为了稳定Q Q点，通常

22、情况下，参数的选取应满足点，通常情况下，参数的选取应满足因此，因此， ，因而，因而B B点电位点电位 公式表明基极电位公式表明基极电位几乎决定于几乎决定于 与与 对对 的分压，而与环的分压，而与环境温度无关，即当温度境温度无关，即当温度变化时，变化时， 基本不变。基本不变。 2 2、Q Q点稳定原理点稳定原理B B 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学B BT()IC (IE) UE UBE（UB基本不变）基本不变） IB IC 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学B B由此可见，电路稳定由此可见，电路稳定Q Q点的原因是点的原因是(1) (1) 的直流负反馈作

23、用；的直流负反馈作用； (2)(2)在在 的情的情况下，况下， 在温度变在温度变化时基本不变化时基本不变 T()IC (IE) UE UBE（UB基本不变）基本不变） IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、分析方法、分析方法静态估算法静态估算法-静态工作点静态工作点Q Q，图解法图解法-静态工作点静态工作点Q Q，波形分析，波形分析，h h参数微变等效电路法参数微变等效电路法- - 等等三、工作点稳定电路的分析方法三、工作点稳定电路的分析方法 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2、静

24、态估算法、静态估算法直流通路直流通路电容断开电容断开(1)(1)直流通路直流通路 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学发射极电流发射极电流 由于由于 ，管压降管压降 基极电流基极电流 入手点是入手点是 ，在已知，在已知 (2)(2)计算计算 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学交流通路交流通路电容短路电容短路直流电源直流电源对地短接对地短接(1)(1)交流通路交流通路3 3、h h参数微变等效电路法参数微变等效电路法 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学放大电路的放大电路的交流等效电路交流等效电路h参数微变等参数微变等效电路效电路(2)(2)微变等效电路和计算微变等效电路和计算 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学利?弊?带RF时：