模拟电子电路第2章放大电路的分析.ppt

2 1 第3章放大电路基础 3 1概论 3 2放大电路的组成和工作原理 3 3放大电路的分析方法 3 4静态工作点的稳定 3 5射极输出器 3 6场效应管放大电路 3 7阻容耦合多级放大电路 3 8差动放大电路 3 9单管放大电路的频率响应 2 2 重点 一点 直流工作点的估算 二法 图解法微变等效电路法 小信号模型分析法 三特性 输入 输出特性放大特性频率特性 四电路 共射电路2个共集电路1个差动放大电路1个 2 3 3 1概论 3 1 1放大的概念 电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号 这里所讲的主要是电压放大电路 电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示 如图 Au 2 4 3 1 2放大电路的性能指标 4个指标 1 电压放大倍数Au Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值 2 输入电阻ri 放大电路一定要有前级 信号源 为其提供信号 那么就要从信号源取电流 输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数 输入电阻越大 从其前级取得的电流越小 对前级的影响越小 2 5 输入电阻 2 6 3 输出电阻ro 放大电路对其负载而言 相当于信号源 我们可以将它看成一个等效电路 这个等效电路的内阻就是输出电阻 2 7 如何确定电路的输出电阻 在电路的计算中求ro方法 1 所有的独立电源置零 保留受控源 2 加压求流法 将独立源置零 保留受控源 2 8 4 通频带 通频带 fbw fH fL 放大倍数随频率变化曲线 2 9 3 1 3符号规定 UA 大写字母 大写下标 表示直流量 uA 小写字母 大写下标 表示全量 ua 小写字母 小写下标 表示交流分量 2 10 uA ua 全量 交流分量 t UA直流分量 2 11 3 2基本放大电路的组成和工作原理 三极管放大电路有三种形式 共射放大器 共基放大器 共集放大器 以共射放大器为例讲解工作原理 2 12 共射放大电路 放大元件iC iB 工作在放大区 要保证集电结反偏 发射结正偏 输入 输出 参考点 2 13 共射放大电路 集电极电源 为电路提供能量 并保证集电结反偏 2 14 共射放大电路 集电极电阻 将变化的电流转变为变化的电压 2 15 共射放大电路组成 使发射结正偏 并提供适当的静态工作点 基极电源与基极电阻 2 16 共射放大电路组成 耦合电容 隔离输入输出与电路直流的联系 同时能使信号顺利输入输出 2 17 单电源供电 可以省去 2 18 单电源供电 下面我们对此通道的直流和交流通路进行分析 2 19 3 2 1直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号 但是 电容对交 直流的作用不同 如果电容容量足够大 可以认为它对交流不起作用 即对交流短路 而对直流可以看成开路 这样 交直流所走的通道是不同的 这样就有了交流通道 只考虑交流信号的分电路 和直流通道 只考虑直流信号的分电路 不同的信号可以分别在不同的通道分析 2 20 例 对直流信号 只有 EC 2 21 直流通道 2 22 对交流信号 输入信号ui 2 23 交流通道 下面我们利用不同方法对共射电路进行静态特性和动态特性的分析 2 24 3 3放大电路的分析方法 放大电路分析 静态分析 直流状态分析 动态分析 交流状态分析 估算法 图解法 微变等效电路法 图解法 计算机仿真 2 25 3 3 1静态分析 分析静态工作点Q 1 估算法 1 根据直流通道估算IB RB称为偏置电阻 IB称为偏置电流 2 26 2 根据直流通道估算UCE IC IC UCE 2 27 例 用估算法计算静态工作点 已知 EC 12V RC 4K RB 300K 37 5 解 请注意电路中IB和IC的数量级 2 28 IBQ UBEQ 和 ICQ UCEQ 分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点 2 29 图解法之前 先看看直流负载线的概念 UCE IC满足什么关系 1 输出特性 IB为一固定数值时 EC可变时候 IC和UCE的关系 即一条输出特性曲线的特点 输出特性曲线已经在前面讲解 三极管的非线性特性 2 当IB为一变化数值时 EC不变时候 IC和UCE满足直流负载线的关系 UCE EC ICRC 即不同输出特性曲线的特点 三极管的线性特性 2图解法 2 30 UCE EC ICRC 直流负载线 直流负载线与输出特性的交点就是Q点 IB 两条曲线的交点同时满足以上两种关系的 即为静态工作点 2 31 图解法具体做法 先估算IB 然后在输出特性曲线上作出直流负载线 与IB对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点 2 32 uCE怎么变化 3 3 2 动态工作情况分析法1 图解法动态情况分析即分析交流信号的放大原理 假设uBE有一微小的变化 2 33 uCE的变化沿一条交流负载线变化 uCE相位如何 uCE与ui反相 2 34 各点波形 2 35 实现放大的条件 1 晶体管必须偏置在放大区 发射结正偏 集电结反偏 2 正确设置静态工作点 使整个波形处于放大区 3 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流 4 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压 经电容滤波只输出交流信号 2 36 3 3 3失真分析 为了得到尽量大的输出信号 要把Q设置在交流负载线的中间部分 如果Q设置不合适 信号进入截止区或饱和区 造成非线性失真 2 37 2 38 uo Q点过低 信号进入截止区 称为截止失真 信号波形 2 39 uo Q点过高 信号进入饱和区 称为饱和失真 信号波形 2 40 动态分析方法2 小信号模型法 微变等效电路法 1 三极管的微变等效电路 首先考察输入回路 当信号很小时 将输入特性在小范围内近似线性 uBE 对输入的小交流信号而言 三极管发射节相当于电阻rbe 2 41 对于小功率三极管 其中200欧姆表示基区的体电阻 而公式后半部分表示发射结的电阻 发射区的体电阻忽略 rbe的量级从几百欧到几千欧 2 42 考察输出回路 所以 输出端相当于一个受ib控制的电流源 2 43 rce的含义 输出端还要并联一个大电阻rce 原因是输出曲线只是近似平行 2 44 rce很大 一般忽略 2 45 弄清楚等效的概念 1 对谁等效 2 怎么等效 e b c b e c 2 46 2 放大电路的微变等效电路 将交流通道中的三极管用微变等效电路代替 2 47 3 电压放大倍数的计算 负载电阻越小 放大倍数越小 2 48 4 输入电阻的计算 对于为它提供信号的信号源来说 放大电路是负载 这个负载的大小可以用输入电阻来表示 输入电阻的定义 输入电阻是动态电阻 2 49 电路的输入电阻越大 从信号源取得的电流越小 因此一般总是希望得到较大的输入电阻 2 50 5 输出电阻的计算 对于负载而言 放大电路相当于信号源 可以将它转变为一个等效电路 该等效电路的内阻就是输出电阻 计算输出电阻的方法 1 所有独立电源置零 保留受控源 加压求流法 2 51 所以 用加压求流法求输出电阻 2 52 3 4静态工作点的稳定 为了保证放大电路的稳定工作 必须有合适的 稳定的静态工作点 但是 温度的变化严重影响静态工作点 对于前面的电路 固定偏置电路 而言 静态工作点由UBE IB 和IC决定 这些参数随温度而变化 温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面 2 53 温度UBE影响 UBE的温度系数为 2 2mv OC 既随着温度上升而下降 随着温度增加 加快了载流子的扩散速度 使基区电子与空穴的数目减少 更多的电子进入集电区 使IC增加 增加 总的效果使的静态工作电向上移 2 54 总的效果是 2 55 总之 固定偏置电路的Q点是不稳定的 为此 需要改进偏置电路 当温度升高 IC增加时 能够自动减少IB 从而抑制Q点的变化 保持Q点基本稳定 常采用分压式偏置电路 射极偏置电路 来稳定静态工作点 电路见下页 2 56 分析直流特性 2 57 可以认为与温度无关 其原因见下页 2 58 本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程 而UB被RB1和RB2固定 2 59 射极偏置电路的微变等效电路 交流小信号模型 2 60 将RE折算到基极 去掉负载后的等输出电阻 2 61 3 5共集电极电路 射极输出器 假设EC 0 即EC和地端短接 对于交流信号而言 输入端连接B和地端 C端 输出端为E端和地端 C端 即共用C端 所以为共集电极电路 2 62 静态分析 2 63 动态分析 参数1 电压放大倍数 rbe RE RL 2 64 1 所以 但是 输出电流Ie增加了 2 输入输出同相 输出电压跟随输入电压 故共集电极电路也称为电压跟随器 讨论 2 65 参数2 输入电阻 输入电阻高 对前级有利 2 66 参数3 输出电阻 用加压求流法求输出电阻 置0 其中US输入交流电源 信号源 RS为交流电源内阻 2 67 2 68 2 69 一般 所以 射极输出器的输出电阻很小 带负载能力强 2 70 讨论 1 将射极输出器放在电路的首级 可以提高输入电阻 2 将射极输出器放在电路的末级 可以降低输出电阻 提高带负载能力