极管放大电路基础.ppt

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1、1,模拟电子技术,李承华中科技大学电气与电子工程学院16-3-2015,2,2.1 放大电路的主要技术指标,2.2 放大电路的工作原理,2.3 放大电路的静态分析,第二章 放大电路分析,2.4 放大电路的动态分析,2.5 共集电极放大电路,2.6 静态工作点的稳定,2.7 多级放大电路,2.8 放大电路的频率特性,3,2.1 放大电路的主要技术指标,本节讨论放大的基本概述；放大电路的主要技术指标,2.2.1 放大电路基本概念,放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，例如:图示电压放大电路。,4,2.1.2 放大电路的主要技术指标,(1)放大倍数表示放大器的放大能力,

2、电流放大倍数定义为:,互导增益定义为:,互阻增益定义为:,电压放大倍数定义为:,5,(2)输入电阻ri从放大电路输入端看进去的等效电阻,输入电阻：,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电路的放大能力越强。,当us是正弦信号时:,6,(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的能力，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 fbw,7,2.2.1.电路组成,2.2 放大电路的工作原理,单电源供电习惯画法

3、,共射极基本放大电路,8,9,使发射结正偏,基极电源与基极电阻,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,iC=iB,iB,iC,10,作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使交流信号顺利输入输出。DC:断开 AC：短路,2.2.2.各元件的作用,（1）三极管必须工作在放大区，即,（2）信号能的输入，即 ui iB;（3）信号能的输出，即 iB iC uo;（4）输出波形基本不失真。试分析右上图电路能否正常工作？,2.2.2 放大电路组成的原则,12,交流分量为：,2.2.3 直流通路和交流通路,图 基本交流放大电路,图 放大电路的直流电路,图 放大电路的交流通路,2.3 放大电

4、路的静态分析,静态：当放大电路的输入信号为零(ui=0)时的工作状态，也称为直流工作状态。电路处于静态时，三极管各电极的电流、电压在特性曲线上所确定的一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般由 IB、IC 和UCE 确定。方法:利用放大电路的直流通路来分析计算，确定IB、IC、UCE。采用估算法和图解法。问题：放大电路为什么要建立正确的Q点？。,根据图2.3可得：,图2.3 交流放大电路 的直流电路,其中：UBE=0.6-0.7V(或）,2.3.1 解析法确定静态工作点(静态值估算),图解法：通过作图来确定电路的静态工作点的方法。采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入、输出特性曲线。步骤

5、：(1)由输入回路求IB；,列输入回路方程，有：,图2.3 放大电路的直流电路,2.3.2 图解法确定静态工作点,上述直线，称为直流负载线。,据图2.5(a)右边电路应有,据图2.5(a)左边电路应有,图2.5(a)用图解法确定 放大电路的静态工作点,其斜率为：,(2)在输出特性曲线上作直流负载线,(3)确定静态工作点Q及静态值 由UCEIC 特性曲线，得,图2.5(b)用图解法确定放大电路的静态工作点,Q,作图依据为：,*总结：1.利用估算法确定静态工作点的要领是：先画出放大器的直流通路，再根据直流通路估算三极管的IBQ、ICQ、UCEQ 值。2.图解法是根据直流通路估算出IBQ，再利用三极

6、管输出特性曲线及输出回路直流负载线确定ICQ、UCEQ。,例1.在图2.1(b)所示的放大电路中，已知UCC12V，RC4 k，RB300 k。三极管的输出特性曲线如下图所示。求(1)作直流负载线；(2)求静态值。,三极管的输出特性曲线,图2.2 基本交流放大电路,解：(1)作直流通路，如右图,在输出特性曲线组上作直流负载线。,当 IC=0 时，UCE=UCC=12V；,由此得出静态工作点Q，静态值为IBQ=40A ICQ=1.5mA UCEQ=6V 见曲线图,(2)求直流负载线,放大电路的直流通路,2.4 放大电路的动态分析,动态：当输入信号ui 0 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态

7、。任务：分析信号的传输（交流分量），确定放大倍数 A、输入电阻 ri 和输出电阻 ro。方法：图解法、微变等效电路法。,2.4.1 图解法分析动态特性,图2.8 有输入信号时放大电路的图解分析,放大倍数分析,最大不失真输出幅度,非线性失真,(1)失真：是指输出信号的波形与输入信号的波形不一样。(2)原因：引起失真最基本、最主要的原因是由于静态工作点不合适或者信号太大所至。(3)非线性失真：由于静态工作点不合适或者信号太大，使放大电路的工作范围超出了三极管特性曲线上的线性范围，这种失真称为非线性失真，如图。,图2.9 非线性截止失真,图2.10 非线性饱和失真,失真改进方法(1)静态工作点Q 应

8、选在交流负载线的中点。(2)输入信号ui 的幅值不能太大。具体解决方案 饱和失真：将QIC IB,*措施：减小RB 的值。,*措施：提高RB 的值。截止失真：将QIC IB,三极管共射极接法,(1)三极管 H 参数微变等效电路,线性的双口网络,2.4.3 微变等效电路法,三极管共射极接法,式中：,其中：,rbb 三极管的基区体电阻；UA 欧啦电压。,三极管的输入特性曲线求rbe,三极管的输出特性曲线求,三极管的输出特性曲线求 rce,综上所述得三极管的微变等效电路,三极管H 参数微变等效电路,交流放大电路的交流通路,(2)放大电路的微变等效电路,图2.2b 基本交流放大电路,图2.12 放大电

9、路的微变等效电路,(3)射极放大电路的分析,放大电路的微变等效电路,ri、ro,*当ui 0时，有ib0，则ici b0，,Aus,例：电路如图所示，求放大电路的Au、ri、ro及Aus,解 作直流通路,直流通路,画出微变等效电路,微变等效电路,(a),(c),图2.14(a)射极输出器 放大电路(b)交流通路(c)微变等效电路,2.5 共集电极放大电路,根据直流通路可得静态值的确定式：,放大电路的直流通路,2.5.1 静态分析,2.5.2 动态分析,放大电路的微变等效电路,输入电阻ri,根据微变等效电路可得：,图2.15 射极输出器,输出电阻ro 的计算,图2.16 射极输出器求ro,图2.

10、14(c)射极输出器的微变等效电路,（1）主要特点：Au 1，即 uoui，具有跟随作用，又称射极跟随器；具有较高的输入电阻，,有较小的输出电阻，有较强的带负载能力；,2.5.3 主要特点及用途,ri 较高 通常用作多级放大电路的输入级,可减少信号源的负担；ro 较低 通常用作多级放大电路的输出级，可提高带负载能力；ri 较高、ro较低，常用在多级放大电路的中间级，可起到阻抗变换作用，也常称为缓冲级或中间隔离级。,（2）主要用途,例题：在下图中，UCC=12V,=60,RB=200k,RE=2k，RL=2k，UBE=0.6V.试求1）静态值；,解：1）计算静态值；,射极输出器电路,放大电路的直

11、流通路,50,2.5.4 三种组态的比较,一般放大，多级放大器的中间级,应用,输入级、输出级或阻抗变换、缓冲（隔离）级,高频放大、宽频带放大震荡及恒流电源,2.6 静态工作点的稳定及偏置电路,2.6.1 静态工作点变化的主要原因(1)分析 温度T 变化导致 ICQ点；ICBO ICEO=(1+)ICBOICQ点 uBE 输入特性向左移Q点,(2)问题 怎样才能使静态工作点的确定？当T IC 时，若使IB IC Q 点基本不变，应该,2.6.2 工作点稳定电路,图2.17 分压偏置放大电路,(1)分压式偏置电路 如图2.17所示为分压式偏置电路,(2)分压式偏置电路能稳定静态工作点的物理过程可表

12、示如下：,能稳定静态工作点的实质，是由于输出电流 IC 的变化通过 RE 上电压降（VE=IE RE）的变化反映，而后引回(就是反馈)到输入电路与VB比较，使UBE发生变化来牵制 IC 的变化。,IC IB,温度升高ICVEUBE,图2.18的电路的直流通路,由图2.18 可列出：I1=I2+IB;若使：I2 IB-(1),若使：VBUBE-(5),且有:IC IB,直流通路,(3)静态工作分析,当满足式(1)和式(5)条件，则有,静态值的估算式，确定静态工作点Q。,(2)动态分析Au、ri、ro,图2.17 分压偏置放大电路,图2.19 交流通路和微变等效电路,Au、ri、ro 求解等效电路

13、,(a)直流通路,图2.21 分压偏置放大电路,(b)交流通路,图2.22 放大电路的微变等效电路,图2.21(b)交流通路,静态工作点 RE 两端未并CE，得图2.21 a)的直流通路，静态工作点不受影响，同于图2.17的分析。,图2.22 放大电路的微变等效电路,分析：,图2.23 求ri、ro,ri、ro的计算,放大电路图,例题 直流通路,解：1)静态工作点的计算,例题 直流通路,2)微变等效电路如下图所示,例题微变等效电路,据微变等效电路,2.7 多级放大电路,2.7.1 多级放大电路的级间耦合方式(1)多级放大电路的组成及要求,图2.24 多级放大电路的框图,要求：1)对输入级主要要

14、求具有足够高的输入阻抗，可使实际加到输入级的输入电压增大；2)对中间级主要要求具有足够大的电压放大倍数；3)对末前级和输出级要求具有足够的功率输出去推动负载。,耦合：在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的联接方式称为耦合；耦合方式：阻容耦合：两级之间通过耦合电容C2及下级输入电阻R 联接的方式;直接耦合：将前级输出端直接接到后级的输入端或级与级之间直接联接的方式；变压器耦合：前级输出信号通过变压器传递到后级输入端的方式。,(2)级间耦合方式,2.7.2 阻容耦合放大电路的分析及计算,图2.25a）两级阻容耦合放大电路,以两级阻容耦合放大电路为例，如图2.25 两级电路均采用分压偏置放大电路

15、。,(1)静态分析第一级：,当满足条件：I2 IB1,图2.26a)第一级直流通路,第二级,当满足条件：I4 IB2,图2.26b)第二级直流通路,微变等效电路如图2.27,电压放大倍数Au 的计算,(2)动态分析：A u、ri、ro,图2.27 两级阻容耦合放大电路 的微变等效电路,由图可得：,输入电阻ri、输出电阻ro,*注意：阻容耦合不适用于传递缓慢变化的信号或直流变化的信号。,由图2.27可得：,例题：放大电路如下图所示，试求 1)各级放大电路的静态值；2)画出微变等效电路；3)输入电阻ri、输出电阻ro、求放大电路的电压 放大倍数 Au。,解：1)各级静态分析 第一级：,当I2 IB

16、1,第一级的直流通路,第二级：,第二级的直流通路,2)画出微变等效电路；,输入电阻ri 的计算,3)求输入电阻ri、输出电阻ro、放大电路的电压 放大倍数 A u。,输出电阻ro 的计算,由微变等效电路,电压放大倍数Au 的计算,(1)电压放大倍数：把后一级的输入电阻作为前一级的负载电阻，求出各级的电压放大倍数，,(2)输入电阻：若第一级是共射电路，则输入电阻仅与第一级输入回路的参数有关。若第一级是射极输出路，则输入电阻不仅与第一级输入回路的参数有关，而且与第二级输入回路的参数有关，即应将第二级的输入电阻作为第一级的负载电阻。,小结：多级放大电路的动态性能计算方法,(3)输出电阻：若末级是共射

17、电路，则输出电阻就是末级的集电极电阻RC。若末级是射极输出器，则应将前一级的输出电阻作为末级的信号源内阻RS，即,表述：放大电路对不同频率的正弦信号的响应特性称为频率特性。,2.8 放大电路的频率特性,图2.28 放大电路频率特性分析电路,20Hz f 10000Hz,分析：,随 f XC0 视为开路；,在 0 f f1 低频区，,图2.28 放大电路频率特性分析电路,在 f1 f f2 中频段，C1、C2容量较C0大，XC1、XC2 视为短路；C0容量较小，XC0 视为开路；说明:C1、C2、C0对交流信号传递的影响可忽略不计，Au与 f 无关、与 f 无关。,图2.28 放大电路频率特性分析电路,当 f f2 高频区,随 f XC1、XC2 视为短路；,图2.28 放大电路频率特性分析电路,Au 下降至12 Aum时所对应的两频率，分别为下限频率f1 和上限频率f2，两频率之间的频率范围称为放大电路的通频带，即：f1 f2 f1,第二章作业：,