模拟电子技术基础基本放大电路

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.1,放大的概念与放大电路的性能指标,2.2,基本共射放大电路的工作原理,2.3,放大电路的分析方法,2.4,静态工作点的稳定,2.5,晶体管放大电路的三种接法,2.6,场效应管及其基本放大电路,2.7,基本放大电路的派生电路,第,2,章 基本放大电路,2.1,放大的概念与放大电路的主要性能指标,、放大的概念,、放大电路的性能指标,、,放大的概念 （,瞬时模型,）,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,放大的前提,判断电路能否放大的基本出发点,V,CC,至少一路直流电源供电,由于任何稳态信号都可以分解为若干频率正弦信号（谐波）的叠加，所以,放大电路常以正弦波作为测试信号。,重要概念,：,放大电路中既有直流信号，也有交流信号,（电压、电流、功率）。,当三极管、场效应管,工作在线性区域,时，,根据叠加原理,，,直流信号、交流信号可以分开讨论,。这样能简化运算过程，节省运算时间，在模电中广泛采用这一方法。,、,性能指标,(,交流电路,),信号源,信号源内阻,输入电压,输入电流,输出电压,输出电流,对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。,电压放大倍数,是最常被研究和测试的参数,电压放大倍数,互阻放大倍数,电流放大倍数,互导放大倍数,1.,放大倍数：输出量与输入量之比,2.,输入电阻,将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。,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,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,R,L,时的输出电压有效值,4.,通频带,由于电容、电感及放大管,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,5.,非线性失真,由元器件非线性特性引起的失真。,非线性失真系数,输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数。,6,、,最大不失真输出电压,U,om,(,交流有效值,),7,、,最大输出功率,P,om,和效率,(,功率放大电路的参数,),P,Om,输出信号不失真情况下，负载上能获得的最大功率,P,V,电源消耗功率,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。,课程回顾,(1),重要概念,：,当三极管、场效应管,工作在线性区域,时，,根据叠加原理,，,直流信号、交流信号可以分开讨论,。这样能简化运算过程，节省运算时间，在模电中广泛采用这一方法。,(2),性能指标,(,交流电路,),放大倍数：,输入电阻,输出电阻,2.2,基本共射放大电路的工作原理,、电路的组成及各元件的作用,、设置静态工作点的必要性,、波形分析,、放大电路的组成原则,本节将,以,NPN,型晶体管组成的基本共射放大电路为例,，阐明放大电路的组成原理及电路中各元件的作用。,、,电路的组成及各元件的作用 （,瞬时通路,）,V,BB,、,R,b,：使,U,BE,U,on,，且有合适的,I,B,。,V,CC,：使,U,CE,U,BE,，同时作为负载的能源。,R,c,：,将变化的集电极电流转换为电压输出。,。,共射,、设置静态工作点的必要性,一、静态工作点,输入交流电压,u,i,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,I,BQ,、,I,CQ,（,I,EQ,）、,U,BEQ,、,U,CEQ,。,其中，,U,BEQ,已知，对于硅管,0.7V,；（对于锗管,0.2 V,）；,求解举例,：,（,直流通路,）,二、为什么要设置静态工作点,去掉,V,BB,后，,I,BQ,=0,输出电压必然失真！,对于放大电路的基本要求，一是不失真，二是能够放大。,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？,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！,、基本共射放大电路的波形分析,(,定性分析、找找感觉,),输出和输入反相！,动态信号驮载在静态之上,与,i,C,变化方向相反,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！,I,BQ,I,CQ,2.2.3,共发射极放大电路的工作原理及波形分析,R,B,+E,C,R,C,C,1,C,2,i,C,u,C,u,o,各点波形,i,B,i,B,u,i,u,C,u,o,、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：,（1）,直接耦合放大电路,将两个电源合二为一,有直流分量,有交流损失,静态工作点,（,2）,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、通过交流”。,动态时，,C,1,、,C,2,为耦合电容！,U,BEQ,U,CEQ,u,BE,u,i,U,BEQ,，信号驮载在静态之上。,负载上只有交流信号。,静态工作点,瞬时电路,步骤：先画直流通路，再计算。,例题,2.2.1,现有一个直流电源，使用一只,PNP,型管组成共射放大电路。（电阻、电容若干）,解：要点：,（,1,）发射结正偏，集电结反偏；,（,2,）,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。,（,C,）输入端为直接耦合的共射放大电路；,（,d,）输入端为阻容耦合的共射放大电路；,2.3,放大电路的分析方法,、放大电路的直流通路和交流通路,、图解法,、等效电路法,(2-,27,),放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,PSpice,、,放大电路的直流通路和交流通路,1.,直流通路,：,交流信号,U,s,=0,；,电容开路,；,电感相当于短路,。,2.,交流通路,：大容量,电容相当于短路,；,直流电源相当于短路,。,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,(,小信号,-,非线性电路在一定范围内用线性电路分析,),，引入直流通路和交流通路的概念。,基本共射放大电路的直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,举例,1:,图,电容,电感,电压源,电流源,直流通路,开路,短路,保留,保留,交流通路,短路,保留,短路,开路,举例,2,：图,直流通路,交流通路,电容,电感,电压源,电流源,直流通路,开路,短路,保留,保留,交流通路,短路,保留,短路,开路,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,举例,3,：图,电容,电感,电压源,电流源,直流通路,开路,短路,保留,保留,交流通路,短路,保留,短路,开路,注意：,在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的原则；,求解静态工作点,时应利用,直流通路,；求解,动态参数,时应利用,交流通路,，两种通路切不可混淆。,课程回顾,一,.,直流通路和交流通路的画法,1.,直流通路,：,交流信号,U,s=0,；大,电容开路；,电感相当于短路。,2.,交流通路,：大容量电容相当于短路；,直流电源相当于短路。,注意：,在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的原则；,求解静态工作点（,U,BEQ,、,I,BQ,、,I,CQ,、,U,CEQ,）,时应利用,直流通路,；求解,动态参数（、）,时应利用,交流通路,，两种通路切不可混淆。,、图解法,（已知放大管的,实测特性曲线）,输入回路负载线,Q,I,BQ,U,BEQ,1.,静态分析,:,(,u,i,=0,),图解二元方程,输入回路负载线,Q,I,BQ,U,BEQ,I,BQ,Q,I,CQ,U,CEQ,负载线,电压放大倍数的分析,:,(,u,I,不等于,0,时,),斜率不变,3.,波形非线性失真的分析,（,1,）正常情况下,Uo,（,2,）,截止失真,消除方法：升高,Q,点。,截止失真是在输入回路首先产生失真！,（,3,）,饱和失真,消除方法：降低,Q,点。,：饱和失真是输出回路产生失真。,最大不失真输出电压,U,om,：比较（,U,CEQ,-U,CES,）与（,V,CC,U,CEQ,），取其小者，除以,。,最大不失真输出电压,U,om,：比较（,U,CEQ,-U,CES,）与（,V,CC,U,CEQ,），取其小者，除以,。,u,CE,=V,CC,i,C,R,C,与输出特性的交点就是,Q,点,4,、直流负载线与交流负载线,直流负载线：,（,1,）通过输出特性曲线上的,Q,点做一条直线，其斜,率为,-,1/,R,L,。,交流负载线确定方法：,R,L,=,R,L,R,c,，是交流负载电阻。,动态信号遵循的负载线称为交流负载线。,（,2,）,.,交流负载线与直流,负载线相交,Q,点。,注：,对于放大电路与,负载直接耦合的情况，,直流负载线和交流负载,线是同一条直线；,而对于阻容耦合放,大电路，则只有在空载,时两条直线才合二为一。,5,、图解法的适用范围,在实际应用中，多用于分析,Q,点位置、,最大不失真输出电压,和,失真情况,。,、,等效电路法,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,非线性器件,的特性。,1.,直流模型,：适于,Q,点的分析,利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。,、,等效电路法,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,非线性器件,的特性。,1.,直流模型,：适于,Q,点的分析,理想二极管,利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。,输入回路等效为恒压源,输出回路等效为电流控制的电流源,使用条件：,发射结正偏，集电结反偏。,2.,晶体管的,h,参数等效模型（交流等效模型）,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、输出回路各为一个端口。,低频小信号模型,简化的,h,参数等效电路交流等效模型,U,T,=kT/q,常温下为,26mA.,基区体电阻,由,I,EQ,算出,最大不失真输出电压,U,om,：比较（,U,CEQ,-U,CES,）与（,V,CC,U,CEQ,），取其小者，除以,。,最大不失真输出电压,U,om,：比较（,U,CEQ,-U,CES,）与（,V,CC,U,CEQ,），取其小者，除以,。,1,、图解法,课程回顾,2,晶体管的,简化,h,参数,等效模型,（,低频小信号模型、,交流等效模型,）,U,T,=kT/q,常温下为,26mA.,基区体电阻,由,I,EQ,算出,3,.,放大电路的动态分析,(1),电压放大倍数,(2),输入电阻,(3),输出电阻,解释：现令 信号源电压为零；然后在输出端将负载去掉，并加一正弦波测试信号,U,O,，必然产生动态电流,I,O,.,放大电路的,交流等效电路,例题,(1),、静态工作点,(2),、动态分析,例题,(1),、静态工作点,直流通路,瞬时电路,动态分析,输入电阻中不应含有,R,s,!,输出电阻中不应含有,R,L,!,2.4,放大电路静态工作点的稳定,、温度对静态工作点的影响,、静态工作点稳定的典型电路,、稳定静态工作点的方法,、,温度对,静态工作,点的影响,所谓,Q,点稳定，是指,I,CQ,和,U,CEQ,在温度变化时基本不变，这是靠,I,BQ,的变化抵消作用得来的。,若温度升高时要,Q,回到,Q,，则只有减小,I,BQ,T,（）,I,CQ,Q,I,CEO,U,BE,降低,Q,课程回顾,一,.,微变等效电路法,（,1,）画,直流通路,：,交流信号,U,s,=0,；大,电容开路；,电感相当于短路。,（,2,）,求解静态工作点（,U,BEQ,、,I,BQ,、,I,CQ,、,U,CEQ,）,(3),求解,动态参数 （、）,。,1.,求静态工作点,（,1),画交流通路,：大容量电容相当于短路；,直流电源相