清华模电课件第二章.ppt

第二章 基本放大电路,2.1 放大的概念和放大电路的主要 性能指标 2.1.1 放大的概念 放大镜、杠杆、变压器、扩音机; 放大的对象均为变化量； 放大电路是能量的控制和转换； 电子电路放大的基本特征是功率放大； 电子放大电路中要有能控制能量的元件， 即有源元件； 放大的前提是不失真，只有在不失真的 情况下才有意义。,图2.1.1 扩音机示意图,2.1.2 放大电路的性能指标,图2.1.2 放大电路 的示意图,一、放大倍数,二、输入电阻,三、输出电阻,根据图2.1.2有,输入电阻和输出电阻是影响多级放大电路 连接的重要参数。,图2.1.3 两个放大电路的连接,四、 通频带,通频带用于衡量放大电路对不同频率 信号的放大能力。,图2.1.4,fbw=fH-fL,五、非线性失真系数,六、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输出电压。此时的 非线性失真系数要被定义，如10%。,七、最大输出功率与效率,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和各元件的作用,图2.2.1,各元件的作用: T:有源元件,放大 VBB:提供静态工作点 VCC:为输出提供能量 Rb:决定静态电流IB Rc:将集电极电流变 化转换成电压变 化,输入回路和输出回路以发射极为公共点, 所以称之为共射放大电路,并称公共端为“地”。,2.2.2 设置静态工作点的必要性 一、静态工作点,二、为什么要设置静态工作点,图2.2.2是没有设置静态工作点的放大电路。,信号正半周 大于导通电 压时晶体管 才导通，因 而严重失真 图2.2.2,2.2.3 基本共射放大电路的工作原理 及波形分析,图2.2.1,图2.2.3,註:输出应有隔直电容,2.2.4 放大电路的组成原则 一、 组成原则,1、直流工作电源的选择要根据晶体管的类型、 需要的输出电压大小。原则是要保证放大管 的发射结正向偏置，集电结反向偏置。 2、电阻取值适当，使放大管有合适的静态工作 点。 3、输入信号必须能作用于放大电路的输入回路。 4、当负载接入时，必须保证动态电流能作用于 负载，即负载能得到比输入信号大得多的信 号输出。,图2.2.4,2、阻容耦合共射放大电路,图2.2.5,2.3 放大电路的分析方法 解决问题:求解静态工作点和各项动态参数。,图2.3.1 基本共射 放大电路,图2.3.2 直接耦合共 射放大电路,图2.3.3 阻容耦合共 射放大电路,2.3.2 图解法 利用放大管的输入、输出特性曲线和外电路 特性用作图的方法对放大电路进行分析。,一、静态工作点的分析,图2.3.4 基本共射放大电路,1、输入回路 （1）输入特性曲线 （2）输入电路方程,uBE=VBB-iBRb,图2.3.5 用图解法求解静态工作点和电压放大倍数,2、输出回路 （1）输出特性曲线 （2）输出电路方程：uCE=VCC-iCRc,二、电压放大倍数的分析,当加入输入信号uI时，输入回路方程为 uBE=VBB+ uI-iBRb 结合上图分析对输入、输出回路的影响，得到：,Q点高，同样的uI产生的iB越大，因而Au大。 Rc变化时，影响负载线的斜率，从而影响Au的大小。,图2.3.6 基本共射放大电路的波形分析,三、波形非线性失真的分析,图2.3.7 基本共射放大电路的截止失真,图2.3.8 基本共射放大电路的饱和失真,四、直流负载线和交流负载线,过Q点作一条斜 率为-1/(RcRL) 的直线即为交流 负载线。,放大电路带负 载后，电压放大 倍数减小，最大 不失真输出电压 也将减小。,图2.3.9,五、图解法的适用范围,多适用于分析输出幅值比较大而工作频率 不太高时的情况。常用来分析Q点的位置、最 大不失真输出电压和失真情况。,2.3.3 等效电路法 在一定的条件下将晶体管的非线性特性 线性化,就可应用线性电路的分析方法来分析晶 体管电路。晶体管有不同的等效模型，用直流 模型来分析静态工作点，用低频小信号h参数等 效模型来分析放大电路的动态参数。,一、晶体管的直流模型及静态工作点的估算,图2.3.11,在上图中,VCC=12V,Rb=510K.Rc=3k, 晶体管的=100,UBEQ0.7V. 则可得IBQ22A, ICQ 2.2mA, UCEQ5.35V,二、晶体管共射h参 数等效模型,1、h参数等效模型 的由来 在低频小信号作 用下，将共射放大 电路中的晶体管看 成一个双口网络 b-e作为输入端口， c-e作为输出端口。 如图2.3.12所示。,图2.3.12,可以写成关系式:,式中uBE、iC等均为各电量的瞬时总量。为研究 低频小信号作用下各变化量之间的关系，对上边两 式求全微分，得出：,duBE代表uBE的变化部分，可以用 取代。所以：,2、h参数的物理意义,3、简化的h参数等效模型,图2.3.14,rbeh11e h21e,4、rbe的近似表达式,图2.3.15,因为,所以,由于u大于开启电压（0.5V），而常温下 UT26mV。所以 代入上式可得,当用以Q点为切点的切线代替Q点附近的曲线时,即,根据rbe的定义,所以,或,三、共射放大电路动态参数的分析,图2.3.16 基本共射 放大电路 （a）交流等 效电路 （b）输出电 阻分析,1、电压放大倍数,2、输入电阻Ri,3、输出电阻Ro,分析输出电阻，也可令其信号源电压 ，但 保留其内阻Rs。然后在输出端加一正弦波测试信 号Uo，必然产生动态电流Io， 为恒压源，其内 阻为0，且 =0时， =0， =0，所以,2.4 放大电路工作点的稳定 2.4.1 静态工作点稳定的必要性,图2.4.1,2.4.2 典型的静态工作点稳定电路 一、电路组成和Q点稳定原理,图2.4.2 静态工作点稳定电路 (a) 直接耦合 (b) 阻容耦合 (c) 直流通路,B点的电流方程为 I2=I1+IBQ 一般选择 I1IBQ 所以, I2I1 B点电位为,Ic,二、静态工作点的估算,由UBQ可以算出IEQ,当然也可以用戴维南等效电路法来计算静 态工作点,如图2.4.3所示,图2.4.3 图2.4.2(c)所示电路 的戴维南等效电路,三、动态参数的估算,图2.4.2(b)的交流等效电路如图2.4.4(a)所示, 无旁路电容时的交流等效电路如图2.4.4(b)所示。,图2.4.4,若没有旁路电容，则,2.4.3 稳定静态工作点的其它措施,上述电路用负反馈来稳定静态工作点Q,下 面的方法用温度补偿方法来稳定静态工作点Q。,图2.4.5,2.5 晶体管放大电路的三种基本接法,2.5.1 基本共集放大电路 一、电路的组成,图2.5.1,二、静态分析,三、动态分析,图2.5.2,输入电阻,输出电阻,图2.5.3,2.5.2 基本共基放大电路,图2.5.4,静态工作点:,动态参数:,2.5.3 三种接法的比较,1、共射电路对电压、电流均能放大，输入电阻 值居中，输出电阻较大，频带较窄。常用作 低频电压放大电路的单元电路。 2、共集电路只能放大电流，不能放大电压，输 出电压跟随输入电压。输入电阻最大，输出 电阻最小。常用于电压放大电路的输入级和 输出级，功率放大电路也常用射极输出电路。 3、共基电路只能放大电压不能放大电流，输入 电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电 路相当。频率特性最好，常用于宽频带放大 电路。,三种接法放大电路的比较,2、7 晶体管放大电路的派生电路,2.7.1 复合管放大电路 一、 复合管的组成及电流放大系数,图2.7.1 复合管,二、复合管共射放大电路,图2.7.2 阻容耦合复合管共射放大电路,电压放大倍数、输入电阻和输出电阻,三、复合管共集放大电路,图2.7.3 阻容耦合 复合管 放大电路,2.7.2 共射共基放大电路,图2.7.4 共射-共基 放大电路 的交流通路,2.7.3 共集共基放大电路,图 2.7.5 交流通路,2.6 场效应管放大电路,2.6.1 场效应管放大电路的三种接法 共源、共漏、共栅放大电路,图2.6.1 场效应管放大电路的三种接法,2.6.2 场效应管放大电路静态工作点 的设置方法及其分析估算 一、基本共源放大电路,图2.6.2,图2.6.3,静态工作点: UGS=VGG的曲线和符合方程uDS=VDDiDRd的负载线的交点。,也可利用场效应管的电流方程，求出IDQ。,二、自给偏压电路,图2.6.4,三、分压式偏置电路,图2.6.5,2.6.3 场效应管放大电路的动态分析 一、场效应管的低频小信号等效模型,iD=f(uGS,uDS),研究动态信号作用时用全微分表示,令,根据上式可以构造出场效应管的低频小信号 作用下的等效模型，如图2.6.6所示。,图2.6.6,跨导gm可以从转移特性曲线求出； 电阻rds可以从输出特性曲线求出。 如图2.6.7所示。,图2.6.7,也可以从管子的电流方程来求gm,对增强型MOS管有:,在小信号作用时,可用IDQ来近似iD,得出:,二、基本共源放大电路的动态分析,图2.6.8 交流等效电路,三、基本共漏放大电路的动态分析,图2.6.9,输入回路方程和场效应管的电流特性方程联立,求出IDQ和UGSQ,再列输出回路方程求出管压降,而动态参数为,将输入端短路,在输出端加交流电压Uo,然后 求出Io,则输出电阻Ro=Uo/Io。如下图所示：,图2.6.10,由上图分析可知,本章要求:,1、掌握以下基本概念和定义：放大、静态工作点、 饱和失真与截止失真、直流通路和交流通路、直流 负载线与交流负载线、h参数等效模型、放大倍数、 输入电阻和输出电阻、最大不失真输出电压、静态 工作点的稳定。 2、掌握组成放大电路的原则和各种基本放大电路的 工作原理及特点，理解派生电路的特点，能够根据具 体要求选择电路的类型。 3、掌握放大电路的分析方法，能正确估算基本放大 电路的静态工作点和动态参数A0、Ri和Ro，正确分析 电路的输出波形和产生饱和失真与截止失真的原因。 4、了解稳定静态工作点的必要性和稳定方法。,