模电课件第2章基本放大电路.ppt
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1、(15-1),模拟电子技术,2.1 放大的概念及放大电路的性能指标,2.2 基本共射放大电路工作原理,2.3 放大电路的分析方法,2.4 放大电路工作点的稳定,2.5 单管放大电路的三种基本接法,2.6 场效应管放大电路,(15-2),1.放大的概念,扩音机示意图,放大的对象:,放大的本质:,放大电路的特征:,小的变化量,能量的控制和转换,功率放大,放大电路的必备元件:,放大的前提:,有源元件(晶体管或场效应管),不失真,2.1 放大的概念及放大电路的性能指标,(15-3),2.放大电路的性能指标:,任何放大电路均可看成为二端口网络。,信号源,负载,主要指标:放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频
2、带,(15-4),(1)放大倍数:,电压放大倍数:,放大电路,电流放大倍数:,放大电路输出量与输入量之比。,放大倍数表明放大电路对输入量的放大能力,(15-5),(2)输入电阻Ri:,从输入端看进去的等效电阻。,输入电阻的定义:,信号源电压 与输入电压 的关系:,输入电阻越大,信号电压损失越小。,一般采用测电压的方法测量输入电阻,(15-6),(3)输出电阻Ro,任何放大电路的输出对于负载都可以等效成一个有内阻的电压源,电压源的内阻称为输出电阻RO。,定义:,+,-,输出电阻越小,负载电阻变化时,输出电压信号的变化越小,输出越稳定,称放大电路带负载能力越强。,(15-7),输出电阻测量方法:,
3、+,-,根据电流相等原理:,所以:,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、。,(15-8),(4)通频带,衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。,|Auo|,fL,fH,下限截止频率,上限截止频率,通频带,fbw=fHfL,中频段,由于电容的影响,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。在中频段可认为电容不影响交流信号的传送,放大电路的放大倍数与信号频率无关。,低频段,高频段,(15-9),(5)非线性失真系数:,(6)非最大不失真输出电压:,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
4、有效值表示(Uom、Iom)。,设输出信号中的基波幅值为A1、谐波幅值为A2、A3,则非线性失真系数:,(15-10),ua交流分量,UA直流分量,uA全量,电压,3.符号的规定,(15-11),2.2 基本共射放大电路的工作原理,一.放大电路的组成及实用电路,1.放大电路的组成及各元件的作用,基极电源VBB与基极电阻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)。,集电极电源VCC: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。,晶体管T:起放大作用的核心元件。,(15-12),2.放大电路的组成原则,(1)外加直流电源的极性必须使发射结正偏
5、,集电结反偏。即三极管工作在放大区;,(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。,原理电路的缺点:,(1)双电源供电;(2)ui、uO 不共地。,(15-13),3.两种实用共射极放大电路,(1)直接耦合共射极放大电路,直接耦合:电路通过直接连接传递信号的方式。,(15-14),(2)阻容耦合共射极放大电路,阻容耦合:电路通过电容连接传递信号的方式。起连接作用的电容称之为耦合电容。,耦合电容的容量一般很大,为电解电容,起隔直通交的作用。,(15-
6、15),二.放大电路的工作原理:,1.静态:,放大电路无信号输入(ui=0)时的工作状态。,无输入信号电压(静态)时,三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE。,由于电源的存在IB0,(15-16),问题:,为什么要设置静态工作点?静态工作点的位置对信号放大有什么影响?,(15-17),1.如果在放大电路输入端加入正弦信号,输出信号会发生怎样的变化?2.输出电压与输入电压的相位如何?3.电压放大倍数跟那些因素有关?4.如果改变电路的偏置电阻Rb,输出信号又会发生怎样的变化?为什么?,2.动态:放大电路有信号输入(ui 0)时的工作状态,问题:,(15-18),uCE,iC
7、,uBE=UBE+ube,iB,UBE,iB=IB+ib,iC=IC+ic,uCE=UCE+uce,B,E,C,定性分析:,(15-19),+,集电极电流,直流分量,交流分量,例如:,(15-20),电路仿真:,A通道:20mV/Dir(s),B通道:2V/Dir(XSC1),1V/Dir(XSC2),XSC1波形,Uom1.1v,XSC2波形,(15-21),不同负载时输出电压波形:,(a)负载为9K,(b)负载为,负载越大,输出电压越大,电路电压放大倍数越大,Uom1.1v,Uom1.5v,电路具有电压放大作用,且输出与输入电压相位相反,(15-22),(a)偏置电阻为300K,(b)偏置
8、电阻减小为200K,改变偏置电阻时输出电压波形:,偏置电阻减小到一定值,输出波形出现失真。,(15-23),结论:,(1)若参数选取得当,输出电压比输入电压大,即电路具有电压放大作用。,(2)输出电压与输入电压在相位上相差180,即共发射极电路具有反相作用。,(3)负载影响输出电压的大小。,(4)要正确设置静态工作点,使整个波形处于放大区。否则会出现波形失真。,(15-24),放大电路分析,静态分析,动态分析,微变等效电路法,图解法,(IBQ,UBEQ),(ICQ,UCEQ),(Au,ri,ro),图解法利用晶体管特性曲线,估算法利用静态等效电路,2.3 放大电路的分析方法,(15-25),直
9、流通路:直流电流所流经的通路。,交流通路:交流电流所流经的通路。,在放大电路工作在动态时,“交、直流共存”,但“通路有别”。,用于静态分析。对于直流通路:电容视为开路;信号源视为短路但保留其内阻.,用于动态分析。对于交流通路:大容量电容(耦合电容、旁路电容等)视为短路;直流电源视为短路。,注意:必须分清直流通路和交流通路以及各自的用途,一.直流通路和交流通路:,(15-26),使放大电路的放大信号不失真.,-静态工作点Q:(IBQ、UEBQ)(ICQ、UCEQ)。,确定放大电路的静态值.,所用电路:放大电路的直流通路。,放大电路的静态分析,两种分析方法:估算法、图解法,静态分析的目的:,设置Q
10、点的目的:,(15-27),1、估算法:,根据直流通道估算静态值,(1)画出直流通路(ui=0,电容C1、C2断开),步骤:,断开电容所在支路,(15-28),VCC=IB Rb+UBE,列输入回路方程(KVL):,根据电流放大作用,(2)根据直流通路,计算静态值。,列输出回路方程(KVL):,VCC=IC RC+UCE,所以 UCE=VCC IC RC,所以,(15-29),在输入特性曲线上,作直线 VBE=VCCIBRb,两线的交点即是Q点,得到IBQ。,列输入回路方程:UBE=VCCIBRb,2.图解法:,用作图的方法确定静态值,首先,画出直流通路,VCC,(15-30),在输出特性曲线
11、上,作出直流负载线 UCE=VCCICRc,与IBQ曲线的交点即为Q点,从而得到UCEQ 和ICQ。,列输出回路方程:UCE=VCCICRc,VCC,直流负载线,用图解法确定静态值应实测特性曲线.,(直流负载线方程),(15-31),例: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,Q 点下移;移近截止区;,Rb 减小,Q 点上移;移近饱和区。,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,(15-32),3.改变Rc,保持Rb,VCC,不变;,4.改变,保持 Rb
12、,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。,(15-33),所用电路:放大电路的交流通路。,两种分析方法:图解法、等效电路分析法,2.3.2放大电路的动态分析,(15-34),电容短路;直流电压源短路。,接地,短路,交流通路:,(15-35),一.等效电路分析法,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。,(15-36),1、晶体管的h
13、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。,对输入输出特性关系式在静态工作点求全微分,得,输入输出关系特性,(15-37),在小信号工作时,各增量之间满足线性关系,用信号的增量(或向量)来代替偏导数。,晶体管的h参数等效模型,(15-38),rbe:晶体管的输入电阻。,小信号时,可认为 uBE 与 iB 成正比,h参数的物理意义:,(1)输入电阻rbe,反向电压传输比:,uBE,h12很小,一般为10-310-4,可忽略.,晶体管的b、e之间可用电阻rbe等效代替,即由rbe来确定ube和 ib之间的关系。,(15-39),电流放
14、大系数,输出电导(c-e间的动态电阻),特性曲线基本上是水平的,iC 比 iB 大 倍;,rce越大,恒流特性越好;,晶体管的c、e之间可用一个受ib控制的电流源等效代替。,(15-40),2、简化的h参数等效模型,2、简化的h参数等效模型,,。,简化的h参数等效模型:,(15-41),h参数都是微变参数,所以只适合对交流信号的分析。,晶体管的b、e之间可用电阻rbe等效代替,c、e之间可用一个受ib控制的电流源等效代替。,2、简化的h参数等效模型,h参数模型没有考虑结电容的作用,所以只适合低频信号的情况。,(15-42),3、h参数的确定,rbb:基区体电阻。,rbe:基射之间结电阻。,利用
15、PN结的电流方程可求得:,三极管的输入电阻rbe:,h参数与静态工作点有关!,(15-43),电容短路;直流电压源短路。,接地,短路,首先,画出交流通路。,4、用h参数模型分析放大电路,定量确定动态参数:,等。,(15-44),将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。,交流通路,微变等效电路,画出放大电路的微变等效电路。,(15-45),当放大电路输出端开路(未接RL)时:,负载电阻越大,电压放大倍数越大,根据微变等效电路确定,,(1)电压放大倍数,(15-46),(2)输入电阻Ri:,从输入端看进去的等效电阻。,输入电阻的定义:,信号源电压 与输入电压 的关
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