《基本放大电路》课件.ppt

第二章 基本放大电路,放大：把微弱电信号的幅度放大。小信号 大信号(利用VT的控制作用）,对象：低频交流小信号（变化量）,作用：不失真的放大信号,不失真：一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅度得到了放大，但它随时间变化的规律不能变。,放大电路中的符号,3.总瞬时值：字母小写，下标大写，如：,1.直流量：字母大写，下标大写，如：,2.交流量：字母小写，下标小写，如：,符号法表示交流量：交流量有效值字母上面加点，如：,交流量有效值：字母大写，下标小写，如：,2.1.放大电路的主要技术指标,1.放大倍数 AU 表示放大器的放大能力,（1）电压放大倍数定义为:AU=uo/ui,（2）电流放大倍数定义为:AI=io/ii,（3）互阻增益定义为:Ar=uo/ii,（4）互导增益定义为:Ag=io/ui,根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为 四种类型，所以有四种放大倍数的定义。,2.输入电阻 Ri 从放大电路输入端看进去的等效电阻,Ri=ui/ii,一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，Ri越大，ui就越接近uS。,定义：,3.输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻,输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。,输出电阻的定义：,4.通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,5、最大输出幅度 Uom,输出无失真的情况下，最大输出电压或电流的有效值，也可用峰峰值表示。,6、最大输出功率Pom与效率,输出无失真最大输出功率，Pom/PV,7、非线性失真系数 D,输入单一频率正弦波时，总含多次谐波。所有谐波幅值总量与基波成分幅值之比值。,2.2 单管共射放大电路的组成、工作原理,UCE（-ICRc）,放大原理：,UBE,IB,IC（bIB）,电压放大倍数：,uo,ui,（一）三极管的放大原理三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。,组成放大电路的原则：,1.三极管工作在放大状态,2.要有合适的静态工作点（保证不失真的放大）,3.交流信号能够很好地输入输出（有完整的输入输出回路）,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。,（二）单管共射极放大电路的结构及各元件的作用,各元件作用：,使发射结正偏，并提供适当的静IB和UBE。,基极电源与基极电阻,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F50F,作用：隔直通交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。,+,+,各元件作用：,基本放大电路的习惯画法,1.静态工作点Ui=0时电路的工作状态,（三）静态工作点分析 直流参量（UB E、IB、IC、UCE）,ui=0时,由于电源的存在，电路中存在一组直流量。,IC,+UBE-,+UCE-,由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点。,为什么要设置静态工作点？,放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。,画出放大电路的直流通路,2.静态工作点的估算,将交流电压源短路，将电容开路。,直流通路的画法：,画直流通路：,IB:称为偏置电流Rb:称为偏置电阻,用估算法分析放大器的静态工作点（UBE、IB、IC、UCE）,IC=IB,例：用估算法计算静态工作点。,已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。,解：,请注意电路中IB和IC的数量级,1 放大电路的图解分析法,图解分析法的思路：把电路分为线性部分和非线性部分，分别画出相应的图形，然后求解。,2.3 放大电路的分析法,(一)用图解法分析放大器的静态工作点,UCE=VCCICRC,直流负载线,由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q,IB,静态UCE,静态IC,过（VCC,0)和（0，VCC/RC)两点作直线,直流负载线的斜率为：,a.交流放大原理（设输出空载）,假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号 ui,静态工作点,(二)用图解法分析放大器的动态工作情况,注意：uce与ui反相！,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：,虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变,（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。,对交流信号(输入信号ui),b.放大器的交流通路,交流通路分析动态工作情况交流通路的画法：,将直流电压源短路，将电容短路。,叠加原理,c.交流通路,d.交流负载线,输出端接入负载RL：不影响Q点 影响动态！,交流负载线,其中：,交流量ic和uce有如下关系：,即交流负载线的斜率为：,交流负载线的作法：斜 率为-1/RL。（RL=RLRc）,经过Q点。,e.交流负载线的作法：,IB,交流负载线,直流负载线,斜 率为-1/RL。（RL=RLRc）,经过Q点。,注意：（1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。,（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。,直流负载线的斜率为：,uo,可输出的最大不失真信号,（1）合适的静态工作点（负载开路）,f.非线性失真与Q的关系,uo,（2）Q点过低信号进入截止区,称为截止失真（削顶失真）,信号波形,uo,（3）Q点过高信号进入饱和区,称为饱和失真（削底失真）,信号波形,截止失真和饱和失真统称“非线性失真”,2.放大电路的交流模型分析法,条件：交流小信号,思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路,（一）BJT的微变等效模型,1.BJT等效模型是一个交流 模型，只能进行交流分析，不能进行静态分析,2.交流模型的值与静态工作点密切相连,注意：,rbe的计算：,由PN结的电流公式：,（常温下）,其中：rbb=200,（二）放大电路的交流分析,1.画出放大电路的微变等效电路,（1）画出放大电路的交流通路,（2）将交流通路中的三极管 用等效模型代替,2、动态参数 AU、Ri、RO的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,（1）放大倍数 AU,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的输入电阻。,（2）输入电阻Ri,根据输入电阻的定义：,定义：,当信号源有内阻时：,由图知：,所以：,所以：,（3）输出电阻Ro,根据定义：,I=IB,静态分析：在直流通路上进行,动态分析：在微变等效电路上进行,基本放大电路的分析方法：,例2.4.1 共射放大电路如图所示。设：VCC12V，Rb=300k,Rc=3k,RL=3k,BJT的b=50。,1、试求电路的静态工作点Q。,解：,2、估算电路的电压放大倍数AU、输入电阻Ri和输出电阻Ro。,解：画微变等效电路,Ri=rbe/Rbrbe=993,Ro=Rc=3k,3.若输出电压的波形出现如 下失真，是截止还是饱和 失真？应调节哪个元件？如何调节？,解：为截止失真。应减小Rb。,调整静态工作点可以改变：,1.Rb,2.Rc,3.Vcc,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。,2.4 放大电路静态工作点的稳定,(一）温度对静态工作点的影响,1、温度对UBE的影响,2、温度对值及ICEO的影响,（二）静态工作点稳定的放大器,选I2=（510）IB I1 I2,1、结构及工作原理,静态工作点稳定过程：,UBE=UB-UE=UB-IE Re,UB稳定,2、直流通路及静态工作点估算:,IB=IC/,UCE=VCC-ICRC-IERe,IC IE=UE/Re=（UB-UBE）/Re,电容开路,画出直流通路,将电容、直流电源短路，画出电路的微变等效电路,3、动态分析,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,IB=IC/,UCE=VCC-ICRC-IERe,IC IE=UE/Re=（UB-UBE）/Re,静态分析：,输出电阻：,输入电阻：,电压放大倍数,动态分析：,思考：若在Re两端并电容Ce会对Au、Ri、Ro有什么影响？,2.5 三种组态(共集和共基),(一)共集电极放大电路,1、电路结构：,判别方法：1、哪个极直接交流接地，就是共哪极放大电路 2、看交流信号从哪个极输入，哪个极输出，共剩下极放大电路,2、直流通路及静态工作点分析：,3、动态分析,（1）交流通路及微变等效电路,（2）电压放大倍数：,（3）输入电阻,（4）输出电阻,射极输出器的特点：电压放大倍数=1，输入阻抗高，输出阻抗小。,射极输出器的应用,1、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。,2、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。,2、放在两级之间，起缓冲作用。,（二）共基极电路,1、电路结构：,2、静态工作点分析：,直流通路：,3、动态分析,（画出其微变等效电路）,（1）电压放大倍数,（2）输入电阻,（3）输出电阻,（三）三种组态的比较,共集,共基,共射,七、场效应管放大电路,(一)直流偏置电路(保证管子工作在恒流区，输出信号不失真),1.自偏压电路,UGS=-IDR,注意：该电路产生负的栅源电压，所以只 能用于需要负栅源电压的电路。,计算Q点：UGS、ID、UDS,已知UP，由,可解出Q点的UGS、ID,UDS=VDD-ID(Rd+R),再求：,2.分压自偏压电路,可解出Q点的UGS、ID,计算Q点：,已知UP，由,该电路产生的栅源电压可正可负，适用于所有的场效应管电路。,UDS=VDD-ID(Rd+R),再求：,其中：gmugs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。,（二）场效应管的交流小信号模型,与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路交流小信号模型来代替。,（三）场效应管放大电路,1.共源放大电路,UDS=VDD-ID(Rd+R),静态分析：,交流分析：（1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。,（2）求电压放大倍数,（3）求输入电阻,（4）求输出电阻,则,思考：若有旁路电容C,情况如何？,（2）电压放大倍数,（3）输入电阻,得,分析：,（1）画交流小信号等效电路。,由,2.共漏放大电路,（4）输出电阻,所以,由图有,