wts第二章放大电路的基本原理和分析方法.ppt

第二章放大电路的基本原理,2.1放大的概念,2.3单管共发射极放大电路,2.2放大电路的主要技术指标,2.4放大电路的基本分析方法,2.5工作点的稳定问题,2.6放大电路的三种基本组态,2.7场效应管放大电路,2.8多级放大电路,2.1放大的概念,本质：实现能量的控制。,在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动负载。,小能量对大能量的控制作用称为放大作用。,放大的对象是变化量。,元件：双极型三极管和场效应管。,放大的概念,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,至少一路直流电源供电,2.2放大电路的主要技术指标,图 2.3.1放大电路技术指标测试示意图,一、放大倍数,1.放大倍数：输出量与输入量之比,电压放大倍数是最常被研究和测试的参数,对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。,2.输入电阻和输出电阻,将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。,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,二、最大输出幅度,在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值表示，或有效值表示(Uom、Iom)。,三、非线性失真系数 D,四、输入电阻 Ri,所有谐波总量与基波成分之比，即,从放大电路输入端看进去的等效电阻。,五、输出电阻 Ro,从放大电路输出端看进去的等效电阻。,测量 Ro：,输入端正弦电压，分别测量空载和输出端接负载 RL 的输出电压、。,输出电阻愈小，带载能力愈强。,六 通频带,放大电路的基本概念,由于放大电路中的电抗性元件和三极管内部PN结电容的影响，放大电路的增益是频率的函数A(f)在低频段和高频段放大倍数都要下降当A(f)下降到中频电压放大倍数 的 时，对应的频率 称为下限频率，为上限频率,通频带：BW,六、通频带,七、最大输出功率与效率,输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。,：效率PV：直流电源消耗的功率,fL fH,fL：下限频率fH：上限频率,图 2.2.2,2.3单管共发射极放大电路,2.3.1单管共发射极放大电路的组成,图 2.2.1单管共射放大电路的原理电路,VT：NPN 型三极管，为放大元件；,VCC：为输出信号提供能量；,RC：当 iC 通过 Rc，将电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路的输出端；,VBB、Rb：为发射结提供正向偏置电压，提供静态基极电流(静态基流)。,2.3.2单管共发射极放大电路的工作原理,一、放大作用：,图 2.2.1单管共射放大电路的原理电路,二、组成放大电路的原则：,1.外加直流电源的极性必须使发射结正偏，集电结反偏。则有：,2.输入回路的接法应使输入电压 u 能够传送到三极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量 iB。,3.输出回路的接法应使变化量 iC 能够转化为变化量 uCE，并传送到放大电路的输出端。,三、原理电路的缺点：,1.双电源供电；2.uI、uO 不共地。,四、单管共射放大电路,图 2.3.2单管共射放大电路,C1、C2：为隔直电容或耦合电容；RL：为负载电阻。,该电路也称阻容耦合单管共射放大电路。,在分析放大电路时分为两类：直流和交流。（1）直流通路：将放大电路中的电容视为开路，电感视为短路即得。又称为静态分析。（2）交流通路：将放大电路中的电容视为短路，电感视为开路，直流电源视为短路即得。又称为动态分析。,2.4放大电路的基本分析方法,图 2.4.1(b),2.4放大电路的基本分析方法,基本分析方法两种,图解法,微变等效电路法,2.4.1直流通路与交流通路,图 2.3.2(b),图 2.4.1(a),放大电路的直流工作状态 重点内容：公式法计算Q点和图形法计算Q点,什麽是Q点？,就是直流工作点，又称为静态工作点，简称Q点。在进行静态分析时，主要是求基极直流电流IB、集电极直流电流IC、集电极与发射极间的直流电压UCE,ICQ,(IBQ，ICQ,UCEQ),Si:(UBE=0.7V),IBQ,静态工作点,Ge:(UBE=0.2V),(IB,UBE)和(IC,UCE)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。,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。,静态工作点,图2.2.3 没有设置合适的静态工作点,应当指出：Q点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响着放大电路几乎所有的动态参数，这些将在后面几节中详细加以说明。,当 时，晶体管的基极电流、集电极电流、be间电压、管压降 称为放大电路的静态工作点，常将这四个物理量记作,由三极管的输入特性可知，的变化范围很小，可以近似地认为硅管的=(0.60.8)V，通常估算时取0.7V；锗管的=(0.10.3)V，通常估算时取0.2V；作为已知量，只需估算出 及，那么静态工作点就确定了。,静态工作点的近似计算,硅管 UBEQ=(0.6 0.8)V锗管 UBEQ=(0.1 0.2)V,ICQ IBQ,UCEQ=VCC ICQ RC,牢记静态工作点的概念,【例】图示单管共射放大电路中，VCC=12 V，,Rc=3 k，Rb=280 k，NPN 硅管的=50，试估算静态工作点。,图 2.4.3(a),解：设 UBEQ=0.7 V,ICQ IBQ=(50 0.04)mA=2 mA,UCEQ=VCC ICQ Rc=(12-2 3)V=6 V,（二）动态分析,图 基本共射放大电路 的波形分析,1.当 时，基极电流是在原来直流分量的基础上叠加一个正弦交流电流 因而基极电流，见图（b）中实线所画波形。,2.根据晶体管基极电流对集电极电流的控制作用，集电极电流会在直流分量 的基础上产生一个正弦交流电流 而且，集电极总电流,3.管压降是在直流分量 的基础上叠加一个与 变化方向相反交变电压 管压降总量，如图（c）中实线所画的波形。,4.将管压降中的直流分量 去掉，得一个与输入电压 相位相反且放大了的交流电压，如图（d）所示,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,2.4.3图解法,在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。,一、图解法的过程,(一)图解分析静态,1.先用估算的方法计算输入回路 IBQ、UBEQ。,2.用图解法确定输出回路静态值,方法：根据 uCE=VCC-iCRc 式确定两个特殊点,iB=IBQ,VCC,ICQ,UCEQ,根据输出回路方程uCE=VCC iCRc 作直流负载线，与横坐标交点为VCC,与纵坐标交点为VCC/Rc，,直流负载线与特性曲线 iB=IBQ 的交点即Q点,如图示。,Q,直流负载线和静态工作点的求法,斜率为-1/Rc，是静态工作点的移动轨迹。,下页,上页,首页,输出回路,输出特性,图 2.4.3,由静态工作点 Q 确定的 ICQ、UCEQ 为静态值。,图解法计算Q点 用图解法的关键是正确的作出直流负载线，通过直流负载线与iB=IBQ的特性曲线的交点，即为Q点。读出它的坐标即得IC和UCE,图解法求Q点的步骤为：（1）：通过直流负载方程画出直流负载线（直流负载方程为UCE=UCC-iCRC）（2）：由基极回路求出IB（3）：找出iB=IB这一条输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。读出Q点的坐标即为所求。,例：如图（2）所示电路，已知Rb=280千欧，Rc=3千欧，Ucc=12伏，三极管的输出特性曲线如图（3）所示，试用图解法确定静态工作点。,解：（1）画直流负载线：因直流负载方程为UCE=UCC-iCRC,，iC=0，UCE=UCC=12V；UCE=0，iC=UCC/RC=4mA，连接这两点，即得直流负载线：如图（3）中的蓝线（2）通过基极输入回路，求得IB=（UCC-UBE）/RC=40A（3）找出Q点（如图（3）所示），因此IC=2mA；UCE=6V,0,iB=0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,3,4,2,2,4,6,8,10,12,M,IBQ=40 A，ICQ=2 mA，UCEQ=6 V.,uCE/V,由 Q 点确定静态值为：,iC/mA,图 2.4.3(b),uCE怎么变化,？,1.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,用图解法分析放大器的动态工作情况,uCE也沿着负载线变化,UCE与Ui反相！,(二)图解分析动态,1.交流通路的输出回路,图 2.4.4,输出通路的外电路是 Rc 和 RL 的并联。,2.交流负载线,交流负载线斜率为：,对交流信号(输入信号ui),放大器的交流通路,1/C0,将直流电压源短路，将电容短路。,交流通路分析动态工作情况交流通路的画法：,交流通道,交流负载线,输出端接入负载RL：不影响Q 影响动态！,交流负载线,其中：,交流量ic和uce有如下关系：,这就是说，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。,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。,用图解法求放大电路的放大倍数,假设IBQ附近有一个变化量iB，在输入特性上找到相应的uBE，在输出特性的交流负载线上找到相应的iC和uCE。,则电压放大倍数：,电流放大倍数：,下页,上页,首页,图 2.4.2,【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如教材52页图，RL=3 k。,求 并确定交流负载线？求电压放大倍数？,uCE=(4.5 7.5)V=-3 V,uBE=(0.72 0.68)V=0.04 V,求 确定交流负载线,取 iB=(60 20)A=40A,则输入、输出特性曲线上有,图 2.4.2,解：,单管共射放大电路当输入正弦波 uI 时，放大电路中相应的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。,图 2.4.6单管共射放大电路的电压电流波形,由右图可知：单管共射放大电路中，1.交、直流并存2.有电压放大作用3.有倒相作用,3.总结：图解法的步骤,（一）画输出回路的直流负载线（二）估算 IBQ，确定Q 点，得到 ICQ和 UCEQ（三）画交流负载线（四）求电压放大倍数,下页,上页,首页,二、图解法的应用,(一)用图解法分析非线性失真,1.静态工作点过低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真,ib,ui,结论：iB 波形失真,截止失真,当工作点设置过低，在输入信号的负半周，工作状态进入截止区，从而引起Ib、Uce和Ic的波形失真，称为截止失真（对于PNP型来说）,iC、uCE(uo)波形失真,NPN 管截止失真时的输出 uo 波形。,uo=uce,O,IB=0,Q,t,O,O,t,iC,uCE/V,uCE/V,iC/mA,uo=uce,ib(不失真),ICQ,UCEQ,2.Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真饱和失真,当工作点设置过高，在输入信号的正半周，工作状态进入饱和区，此时Ib继续增大而Ic不再随之增大，因此引起Ic和Uce的波形失真，称为饱和失真。,应当指出，饱和失真与截止失真均属于非线性失真，而且是比较极端情况。实际上，在输入信号的整个周期内，即使晶体管始终工作在放大区域，也会因为输入特性和输出特性的非线性使输出波形产生失真，只不过当输入信号幅值较小时，这种失真非常小，可忽略不计而已。,(二)用图解法估算最大输出幅度,输出波形没有明显失真时能够输出最大电压。即输出特性的 A、B 所限定的范围。,Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ=QB，CD=DE,(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响,1.改变 Rb，保持VCC，Rc，不变；,Rb 增大，,Rb 减小，,Q 点下移；,Q 点上移；,2.改变 VCC，保持 Rb，Rc，不变；,升高 VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。,Q2,图 2.4.9(a),图 2.4.9(b),3.改变 Rc，保持 Rb，VCC，不变；,4.改变，保持 Rb，Rc，VCC 不变；,增大 Rc，直流负载线斜率改变，则 Q 点向饱和区移近。,Q2,增大，ICQ 增大，UCEQ 减小，则 Q 点移近饱和区。,图 2.4.9(c),图 2.4.9(d),电路参数对静态工作点的影响,（a）的影响（b）的影响（c）的影响 图2.3.6 电路参数对Q点的影响,例：如图（4）所示：要使工作点由Q1变到Q2点应使（）A.Rc增大 B.Rb增大 C.Ucc增大 D.Rc减小,答案为：D,要使工作点由Q1变到Q3点应使()A.Rb增大 B.Rc增大 C.Rb减小 D.Rc减小,答案为：A注意：在实际应用中，主要是通过改变电阻Rb来改变静态工作点。,图解法小结,1.能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系；2.方便估算最大输出幅值的数值；3.可直观表示电路参数对静态工作点的影响；4.有利于对静态工作点 Q 的检测等。,2.4.4微变等效电路法,晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。基本思想：当信号变化的范围很小（微变）时，可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系是线性的。微变电路法只适用于小信号时电路分析，另外微变等效电路法只能用来求交流特性，即动态分析，不能求静态工作点，即微变的概念。,微变等效条件,研究的对象仅仅是变化量,信号的变化范围很小,一、简化的 h 参数微变等效电路,(一)三极管的微变等效电路,晶体管的输入特性曲线,rbe：晶体管的输入电阻。,在小信号的条件下，rbe是一常数。晶体管的输入电路可用 rbe 等效代替。,1.输入电路,Q 点附近的工作段,近似地看成直线,可认为 uBE 与 iB 成正比,图 2.4.10(a),对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。,b,e,c,b,e,rbe=ube/ib,2.输出电路,假设在 Q 点附近特性曲线基本上是水平的(iC 与 uCE无关)，数量关系上，iC 比 iB 大 倍；,从三极管输出端看，可以用 iB 恒流源代替三极管；,该恒流源为受控源；,为 iB 对 iC 的控制。,图 2.4.10(b),考察输出回路,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,且电流源两端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,3.三极管的简化参数等效电路,注意：这里忽略了 uCE 对 iC与输出特性的影响，在大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说误差很小。,图 2.4.11三极管的简化 h 参数等效电路,由以上分析可得三极管的微变等效电路,三极管的简化h参数等效电路,rbe,uBE,iC,iB,uCE,iB,e,c,b,此电路忽略了三极管输出回路等效电阻 rce。,下页,上页,首页,二.放大器的交流分析,1.画出放大器的微变等效电路,动画演示,（1）画出放大器的交流通路,（2）将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替,2、电压放大倍数的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,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。,3、输入电阻的计算：,根据输入电阻的定义：,所以：,用加压求流法求输出电阻：,4、输出电阻的计算：根据定义,电压放大倍数 Au；输入电阻 Ri、输出电阻 RO,Ri=rbe/Rb，,Ro=Rc,图 2.4.12单管共射放大电路的等效电路,请注意如下问题：电流源为一受控源，而不是独立的电源。电流源的流向不能随意假定，而是由ib决定。该模型仅适用于交流小信号，不能用于静态分析和大信号。,(二)rbe 的近似估算公式,rbb：基区体电阻。,reb：基射之间结电阻。,低频、小功率管 rbb 约为 300。,UT：温度电压当量。,图 2.4.13,电流放大倍数与电压放大倍数之间关系,1.当 IEQ 一定时，愈大则 rbe 也愈大，选用 值较大的三极管其 Au 并不能按比例地提高；,因：,2.当 值一定时，IEQ 愈大则 rbe 愈小，可以得到较大的 Au，这种方法比较有效。,总结：等效电路法的步骤,确定放大电路的静态工作点Q。,(4)列出电路方程并求解。,(3)画出放大电路的微变等效电路。,(2)求出Q点处的和rbe。,下页,上页,首页,（二）微变等效电路法的应用,分析下图所示接有射极电阻的单管放大电路,+,+,-,-,rbe,uI,iC,ib,uO,ib,e,c,b,Rc,RL,Rb,Re,下页,上页,首页,uI=ib rbe+(1+)ib Re,uI,RL,uO,Au=,=-,rbe+(1+)Re,若(1+)Re rbe，则,Au-,RL,(1+)Re,uO=-ib RL,其中RL=Rc/RL,下页,上页,首页,引入发射极电阻后，降低了。,若满足(1+)Re rbe,与三极管的参数、rbe 无关。,Ri=rbe+(1+)Re/Rb,uI,+,-,uI=ib rbe+(1+)ib Re,iI=ib,Ri=rbe+(1+)Re,Ri,Ri,Ri=Ri/Rb,下页,上页,首页,如何求,2.放大电路的输入电阻,引入 Re 后，输入电阻增大了。,3.放大电路的输出电阻,将放大电路的输入端短路，负载电阻 RL 开路，忽略 c、e 之间的内电阻 rce。,图 2.4.14(b),例 图示放大电路中,=501.试估算放大电路的静态工作点；2.求电压放大倍数；3.求输入电阻和输出电阻。,下页,上页,820,3k,3k,首页,240k,(12v),解:直流通路如图所示,IBQRb+UBEQ+IEQ Re=VCC,IBQ=,VCC-UBEQ,Rb+(1+)Re,=0.04 mA,ICQ=IBQ=50 0.04 mA=2 mA IEQ,UCEQ=VCC-ICQ Rc-IEQ Re=12-2(3+0.82)V=4.36 V,下页,上页,首页,rbe rbb+(1+),26(mV),IEQ,RL,Au,=-,rbe+(1+)Re,=-1.75,Ri=rbe+(1+)Re/Rb=36.3k,Ro Rc=3k,射极电阻Re使电压放大倍数降低,下页,上页,首页,小结:,图解法,优点:1.既能分析静态,也能分析动态的工作情况；2.直观 形象；3.适合分析具有特殊输入/输出特性的管子；4.适合分析工作在大信号状态下的放大电路。缺点:1.特性曲线存在误差；2.作图麻烦,易带来误差；3.无法分析复杂电路和高频小工作信号。,下页,上页,首页,微变等效电路法,优点:1.简单方便。2.适用于分析任何基本工作在线性范围的简单或复杂的电路。缺点:1.只能解决交流分量的计算问题。2.不能分析非线性失真。3.不能分析最大输出幅度。,下页,上页,首页,2.5工作点的稳定问题,2.5.1温度对静态工作点的影响,三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现有：,1.UBE 改变。UBE 的温度系数约为 2 mV/C，即温度每升高 1C，UBE 约下降 2 mV。,2.改变。温度每升高 1C，值约增加 0.5%1%，温度系数分散性较大。,3.ICBO 改变。温度每升高 10C，ICBO 大致将增加一倍，说明 ICBO 将随温度按指数规律上升。,对于前面的电路而言，静态工作点由UBE、和ICBO决定，这三个参数随温度而变化。,温度对UBE的影响,温度对值及ICBO的影响,总的效果是：,温度升高将导致 IC 增大，Q 上移。波形容易失真。,T=20 C,T=50 C,图 2.5.1温度对 Q 点和输出波形的影响,2.5.2静态工作点稳定电路,一、电路组成,分压式偏置电路,由于 UBQ 不随温度变化，,电流负反馈式工作点稳定电路,T ICQ IEQ UEQ UBEQ(=UBQ UEQ)IBQ ICQ,Re 的作用,T()ICUE UBE（UB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。,关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。,Re有上限值吗？,说明：,1.Re 愈大，同样的 IEQ 产生的 UEQ 愈大，则温度稳定性愈好。但 Re 增大，UEQ 增大，要保持输出量不变，必须增大 VCC。2.接入 Re，电压放大倍数将大大降低。在 Re 两端并联大电容 Ce，交流电压降可以忽略，则 Au 基本无影响。Ce 称旁路电容3.要保证 UBQ 基本稳定，IR IBQ，则需要 Rb1、Rb2 小一些，但这会使电阻消耗功率增大，且电路的输入电阻降低。实际选用 Rb1、Rb2 值，取 IR=(5 10)IBQ，UBQ=(5 10)UBEQ。,由以上分析可知：,本电路是通过发射极电流的负反馈作用，牵制集电极电流的变化。,所以也称为电流负反馈式工作点稳定电路。,Re愈大,电路的温度稳定性愈好，但将影响输出电压幅度。,Rb1和Rb2值选用要适中。,一般取IR=(510)IBQ,且UBQ=(510)UBEQ,下页,上页,首页,二、静态与动态分析,静态分析,由于 IR IBQ，可得(估算),静态基极电流,动态分析,电容CE的作用：,例题：,（2）求电压放大倍数：,例2.4.1：已知晶体管的=60，rbe=1.8 k，信号源电压us=15 mV，内阻Rs=0.6 k，其他参数已标在电路图中。求该放大电路的静态工作点；求该放大电路的输入电阻和输出电阻；试求输出电压 uo；若RF=0，uo等于多少？,下页,上页,首页,解：求静态工作点,UBQ,Rb1+Rb2,Rb1,VCC,IEQ=,ICQ,UEQ,=,UBQ-UBEQ,IEQ=1 mA,UCEQ=,VCC,-ICQ Rc,-IEQ(Re+RF),VCC,-ICQ(Rc+Re+RF),IBQ,ICQ,uB,IE,IC,IB,uE,3 V,=,3 0.7,Re+RF,Re+RF,2+0.1,=6 V,mA 1 mA,=17 A,下页,上页,首页,rbe,ic,ib,ib,c,b,Rc,RL,Rb2,e,iO,iI,Rb1,RF,下页,上页,动态分析,首页,Au=,uo,ui,=,rbe+(1+)RF,-Rc/RL,电压放大倍数为,输入电阻为,输出电阻为,Ri=rbe+(1+)RF/Rb1/Rb2,Ro=Rc,uo=,-ib Rc/RL,ui=,ib rbe,Ri,Ro,+(1+)ib RF,下页,上页,首页,下页,上页,首页,清华大学 华成英,讨论一,图示电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？,若采用了措施，则是什么措施？,2.6放大电路的三种基本组态,三种基本接法,共射组态,共集组态,共基组态,2.6.1共集电极放大电路,(b)等效电路,为射极输出器,图 2.6.1共集电极放大电路(a)电路图,一、基本共集放大电路,1.静态分析,2.动态分析：电压放大倍数,故称之为射极跟随器,2.动态分析：输入电阻的分析,Ri与负载有关！,带负载电阻后,2.动态分析：输出电阻的分析,Ro与信号源内阻有关！,3.特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！,令Us为零，保留Rs，在输出端加Uo，产生Io,。,2.6放大电路的三种基本组态,教材上：共集电极放大电路,(b)等效电路,为射极输出器,图 2.6.1共集电极放大电路(a)电路图,一、共集电极放大电路,在交流通路中，输入信号ui 和输出信号uo 的公共端是集电极。,又称为射极输出器或电压跟随器，可以接有集电极电阻。,下页,上页,首页,（一）静态分析,IBQ=,VCC-UBEQ,Rb+（1+）Re,ICQ IBQ,UCEQ=VCC-IEQ Re,VCC=IBQRb+UBEQ+（1+）IBQRe,IBQ,IEQ,Rb,VCC-ICQ Re,下页,上页,首页,（二）动态分析,1.微变等效电路,下页,上页,首页,Re=Re/RL,Rs=Rs/Rb,其中:,下页,上页,首页,2.电流放大倍数,Ai=,io,ii,=,-ie,ib,=-（1+）,3.电压放大倍数,uo=ie Re,ui=ib rbe+（1+）ib Re,=（1+）ib Re,Au=,uo,ui,=,（1+）Re,rbe+（1+）Re,Au小于1，但近似等于1uo 与 ui 相位相同,共集放大电路无电压放大作用，但可放大电流。,下页,上页,首页,仿真,4.输入电阻,Ri=rbe+（1+）Re,Ri=Rb/rbe+（1+）Re,Ri,下页,上页,首页,输出电阻的算法,Ro,下页,上页,首页,例2.5.1 估算图示电路的静态工作点，并计算电流放大倍数、电压放大倍数 和输入、输出电阻。,下页,上页,首页,IBQ=,VCC-UBEQ,Rb+（1+）Re,ICQ IBQ,UCEQ=VCC-IEQ Re,10 0.7,240+（1+40）5.6mA,=,=19.8 A,=0.792 mA,VCC-ICQ Re,=5.52 V,=40 0.0198 mA,=(10 0.792 5.6)V,rbe=rbb+（1+）,IEQ,26(mV),=1.65 k,1.静态工作点,下页,上页,首页,=-41,41 2.8,1.6+41 2.8,=0.986,=-（1+）,Au=,（1+）Re,rbe+（1+）Re,Ai=,io,ii,=,-ie,ib,=,2.电流、电压放大倍数,下页,上页,首页,=78.4 k,=261,Ri=Rb/rbe+（1+）Re,Ro=,rbe+Rs,1+,/Re,3.输入、输出电阻,下页,上页,首页,射极输出器的使用,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。,3.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。,2.6.2共基极放大电路,图 2.6.3共基极放大电路,(a)原理电路,VEE 保证发射结正偏；VCC 保证集电结反偏；三极管工作在放大区。,(b)实际电路,实际电路采用一个电源 VCC，用 Rb1、Rb2 分压提供基极正偏电压。,一、静态工作点(IBQ,ICQ,UCEQ),直流通路与静态工作点稳定电路相同,二、电流放大倍数,微变等效电路,由图可得：,所以,由于 小于 1 而近似等于 1，所以共基极放电电路没有电流放大作用。,图 2.6.4共基极放大电路的等效电路,三、电压放大倍数,由微变等效电路可得,共基极放大电路没有电流放大作用，但是具有电压放大作用。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说明该电路输入、输出信号同相位。,四、输入电阻,暂不考虑电阻 Re 的作用,五、输出电阻,暂不考虑电阻 Rc 的作用 Ro=rcb.,已知共射输出电阻 rce，而 rcb 比 rce大 得多，可认为,rcb(1+)rce,如果考虑集电极负载电阻，则共基极放大电路的输出电阻为,Ro=Rc/rcb Rc,3.三种组态的比较,2.6.3三种基本组态的比较,2.6.3三种基本组态的比较,共射电路 Au 和 Ai 均较大,Ri 和 Ro较适中,被广泛用作低频放大电路的输入级输出级和中间级。共集电路 特点是电压跟随,Ai 较大,Ri 很高,Ro 很低，被用作输入级输出级或隔离用的中间级。共基电路 突出特点是Ri很低,频率特性好,用于宽频带放大器。输出电阻高,可用作恒流源。,三、三种基本组态的比较,下页,上页,首页,2.7场效应管放大电路,2.7.1场效应管的特点,1.场效应管是电压控制元件；,2.栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；,3.一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及辐射影响小；,4.制造工艺简单，有利于大规模集成；,5.存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接地良好，防止漏电击穿管子；,6.跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。,2.7.2共源极放大电路,图 2.7.3共源极放大电路原理电路,与双极型三极管对应关系,b G,e S,c D,为了使场效应管工作在恒流区实现放大作用，应满足：,图示电路为 N 沟道增强型 MOS 场效应管组成的放大电路。,(UT：开启电压),一、静态分析,两种方法,近似估算法,图解法,(一)近似估算法,MOS 管栅极电流为零，当 uI=0 时,UGSQ=VGG,而 iD 与 uGS 之间近似满足,(当 uGS UT),式中 IDO 为 uGS=2UT 时的值。,则静态漏极电流为,(二)图解法,图 2.7.4用图解法分析共源极放大电路的 Q 点,VDD,IDQ,UDSQ,Q,利用式 uDS=VDD-iDRD 画出直流负载线。,图中 IDQ、UDSQ 即为静态值。,二、动态分析,iD 的全微分为,上式中定义：,场效应管的跨导(毫西门子 mS)。,场效应管漏源之间等效电阻。,1.微变等效电路,二、动态分析,如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。,成为：,根据上式做等效电路如图所示。,图 2.7.5场效应管的微变等效电路,由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。,微变参数 gm 和 rDS,(1)根据定义通过在特性曲线上作图方法中求得。,(2)用求导的方法计算 gm,在 Q 点附近，可用 IDQ 表示上式中 iD，则,一般 gm 约为 0.1 至 20 mS。rDS 为几百千欧的数量级。当 RD 比 rDS 小得多时，可认为等效电路的 rDS 开路。,若RD比rDS小得多 rDS 可视为开路,简化的等效电路,下页,上页,首页,2.共源极放大电路的动态性能,图 2.7.6共源极放大电路的微变等效电路,将 rDS 开路,而,所以,输出电阻,Ro=RD,MOS 管输入电阻高达 109。,例题，见教材78页,电路组成,下页,上页,2.7.2 分压-自偏压式共源极放大电路,静态时，栅极电压由VDD经R1、R2分压后提供，ID流经RS产生一个自偏压，RS也有利于稳定静态工作点，旁路电容CS必须足够大，以免影响电压放大倍数。RG用于提高放大电路的输入电阻。,首页,2.7.3分压自偏压式共源放大电路,一、静态分析,(一)近似估算法,根据输入回路列方程,图 2.7.7分压-自偏式共源放大电路,解联立方程求出 UGSQ 和 IDQ。,列输出回路方程求 UDSQ,UDSQ=VDD IDQ(RD+RS),(二)图解法,由式,可做出一条直线，另外，iD 与 uGS 之间满足转移特性曲线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定 UGSQ，IDQ。,图解法,IDQ,VGQ,UGSQ,uGS=VGQ-iD Rs,UDSQ,VDD,IDQ,uDS=VDD-iD(Rd+Rs),下页,上页,首页,二、动态分析,微变等效电路入右图所示。,图 2.7.9图 2.7.7 电路的微变等效电路,由图可知,电压放大倍数,输入、输出电阻分别为,例题 见教材81页,又称源极输出器或源极跟随器（和P67共集电极放大电路类似，不在重复）,下页,上页,2.7.3、共漏极放大电路,首页,2.8多级放大电路,2.8.1多级放大电路的耦合方式,三种耦合方式,阻容耦合,直接耦合,变压器耦合,一、阻容耦合,图 2.8.1阻容耦合放大电路,第 一 级,第 二 级,优点：,(1)前、后级直流电路互不相通，静态工作点相互独立；(2)选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。,不足：,(1)不适合传送缓慢变化的信号；(2)无法实现线性集成电路。,二、变压器耦合,选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输出功率。,图 2.8.2变压器耦合放大电路,第二级VT2、VT3组成推挽式放大电路，信号正负半周 VT2、VT3 轮流导电。,优点：,(1)能实现阻抗变换；,(2)静态工作点互相独立。,缺点：,(1)变压器笨重；(2)无法集成化；(3)直流和缓慢变化信号不能通过变压器。,三、直接耦合,图 2.8.4两个单管放大电路简单的直接耦合,特点：,(1)可以放大交流和缓慢变化及直流信号；(2)便于集成化。,(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；(4)零点漂移。,1.解决合适静态工作点的几种办法,改进电路(a),电路中接入 Re2，保证第一级集电极有较高的静态电位，但第二级放大倍数严重下降。,改进电路(b),稳压管动态电阻很小，可以使第二级的放大倍数损失小。但集电极电压变化范围减小。,(3)解决电位逐级上升的办法是实现电平移动,既可降低第二级基极电位,又不致使Au损失太大，但稳压管噪声太大。,下页,上页,首页,(4)实现电平移动的另一种电路,后级采用PNP管,这种电路常被用于分立或集成直接耦合电路中。,下页,上页,首页,【例】,图示两级直接耦合放大电路中，已知：Rb1=240 k，,Rc1=3.9 k，Rc2=500，稳压管 VDz 的工作电压 UZ=4 V，三极管 VT1 的 1=45，VT2 的 2=40，VCC=24 V，试计算各级静态工作点。,图 2.8.4例题的电路,解：设 UBEQ1=UBEQ2=0.7 V，,则UCQ1=UBEQ2+Uz=4.7 V,如 ICQ1 由于温度的升高而增加 1%，计算静态输出电压 的变化。,ICQ1=1 IBQ1=4.5 mA,IBQ2=IRc1 ICQ1=(4.95 4.5)mA=0.45 mA,ICQ2=2 IBQ2=(40 0.45)mA=18 mA,UO=UCQ2=VCC ICQ2RC2=(24 18 0.5)V=15 V,UCEQ2=UCQ2 UEQ2=(15 4)V=11 V,当 ICQ1 增加 1%时，即,ICQ1=(4.5 1.01)mA=4.545 mA,IBQ2=(4.95-4.545)mA=0.405 mA,ICQ2=(40 0.405)mA=16.2 mA,UO=UCQ2=(24 16.2 0.5)V=15.9 V,比原来升高了 0.9 V，约升高 6%。,2.零点漂移,直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。,原因：放大器件的参数受温度影响而使 Q 点不稳定。,图 2.8.5零点漂移现象,放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。,抑制零点漂移的措施：,(1)引入直流负反馈以稳定 Q 点；,(2)利用热敏元件补偿放大器的零漂；,(3)采用差分放大电路。,三种耦合方式的比较,2.8.2多级放大电路的电压放大倍数,和输入、输出电阻,一、电压放大倍数,总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即,其中，n 为多级放大电路的级数。,二、输入电阻和输出电阻,通常，多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻；输出电阻就是输出级的输出电阻。,具体计算时，有时它们不仅仅决定于本级参数，也与后级或前级的参数有关。,【例】图示电路中，Rb1=240 k，Rc1=3.9 k，,Rc2=500，UZ=4 V，1=45，2=40，VCC=24 V，设稳压管的 rz=50。试估算总的电压放大倍数，,以及输入、输出电阻 Ri 和 Ro。,解：估算 Au1 时，应将第二级 Ri2 作为第一级的负载电阻。,所以,