低频电路-基本放大电路.ppt

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1、1,模电数电,第二章 基本放大电路,模拟电路部分,2,2.1 概论2.2 放大电路的组成和工作原理2.3 放大电路的分析方法2.4 静态工作点的稳定2.5 射极输出器2.6 阻容耦合多级放大电路2.7 场效应管放大电路,第二章 基本放大电路,3,2.1.1 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二端口网络表示：,Au,2.1 概论,4,2.1.2 放大电路的性能指标,一、电压放大倍数Au,Ui 和Uo 分别是输入和输出电压的有效值。,Au是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。,5,二、输入电阻

2、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。,定义：,即：ri 越大，ii 就越小，ui 就越接近uS,6,三、输出电阻ro,放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,从负载的角度看内阻越小越好，说明放大器的带负载能力越强,7,如何确定电路的输出电阻ro？,步骤：,1.所有的信号源去掉（保留受控源）。,2.加压求流法。,方法一：计算。,8,方法二：测量。,1.测量开路电压。,2.测量接入负载后的

3、输出电压。,步骤：,3.计算。,9,四、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,10,2.1.3 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。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,11,三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,2.2 基本放大电路的组成和工作原理,12,2.2.1 共射放大电路的基本组成,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,13,作用：使发射结正偏，

4、并提供适当的静态工作点。,基极电源与基极电阻,14,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,15,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,16,耦合电容：电解电容，有极性。大小为10F50F,作用：隔离直流，同时能使交流信号顺利输入输出。,+,+,17,可以省去,电路改进：采用单电源供电,18,问：能否保证放大的偏置条件？如何保证？,19,2.2.2 基本放大电路的工作原理,由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,一、静态工作点,20,IBQ,ICQ,(ICQ,UCEQ),(IBQ,UBEQ),21,(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分别对应于

5、输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。,22,IB,uCE怎么变化,？,假设uBE有一微小的变化,（毫伏量级）,（微安量级）,（毫安量级）,二。交直流叠加波形的关系,23,各点波形,uce相位如何,？,uce与ui反相！,24,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。,25,如何判断一个电路是否能实现放大？,3.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。,4.正确设置静态工作点，使

6、整个波形处于放大区。如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来判断；如果未给定电路的参数，则根据电路结构确定。,1.信号能否输入到放大电路中。,2.信号能否输出。,与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：,26,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,2.3 放大电路的分析方法,EWB、Pspice等,27,2.3.1 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。,交

7、流通道：只考虑交流信号的分电路。直流通道：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。,28,例：,对直流只有+EC,29,对交流信号(输入信号ui),？,30,一、直流负载线,IC,UCE,UCEIC满足什么关系？,1.三极管的输出特性。,2.UCE=ECICRC。,直流负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,2.3.2 直流负载线和交流负载线,31,二、交流负载线,其中：,交流负载线的斜率为：,32,交流负载线的作法,IB,过Q点作一条直线，斜率为：,交流负载线,Q,Q1,Q2,33,2.3.3 静态分析,一、估算法,（1）根据直流通道估算IB,RB称为偏置电阻，IB称

8、为偏置电流。,34,（2）根据直流通道估算UCE、IB,IC,UCE,35,二、图解法,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。,36,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。,37,2.3.4 动态分析,一、三极管的微变等效电路,1.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,对输入的微变信号而言，三极管相当于电阻rbe。,rbe的量级从几百欧到几千欧。,首先需将非线性元件近似为线性元件,Q,38,2.输出回路,所

9、以：,(1)输出端相当于一个受ib 控制的电流源。,(2)考虑 uCE对 iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,Q,39,rce很大，一般忽略。,3.三极管的微变等效电路,c,b,e,注意这种等效只是在工作点附近线性区里,40,二、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:,41,三、电压放大倍数的计算,结论：负载电阻越小，放大倍数越小。,负载电阻越大负载越轻负载电阻越小负载越重,42,四、输入电阻的计算,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望较大的输入电阻。,(RB rbe),43,五、输出电阻的计算,放大器中输出电阻的定义：

10、,首先将信号源去掉，若信号源本身有内阻，则短路时内阻应保留。,用加压求流法求输出电阻：,44,2.3.5 失真分析,在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。,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。,45,我们来看一下Q与波形失真的关系,Q,因为Q在放大区所以波形无失真,46,uo,可输出的最大不失真信号又称放大器的动态范围。,选择静态工作点,Q,47,uo,1.Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生截止失真,注意截止失

11、真是由于输入特性的非线性引起的,48,2.Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生饱和失真,注意饱和失真是由于输出特性的非线性引起的,49,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。,由于三极管的UBE、和ICEO 这三个参数受温度影响很大，而前面的电路中静态工作点与这些参数都有关系，故静态工作点会随着温度而改变。,T,UBE,ICEO,Q,2.4 静态工作点的稳定,50,温度对 值及ICEO的影响,总的效果是：,51,小结：,固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路

12、，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来稳定静态工作点。电路见下页。,52,分压式偏置电路：,一、静态分析,RE射极直流负反馈电阻,CE 交流旁路电容,53,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程。,1.静态工作点稳定的原理,设计使I2IB，于是I1约等于I2，使VB只取决于电阻分压，不受温度影响。,54,2.求静态工作点,算法一：,将电路变换为,55,方框中部分用戴维南定理等效为：,进而，可求出IE、UCE。,56,算法二：,B,57,可以认为与温度无关。,似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低

13、输入电阻。因此一般取几十k。,58,例：已知=50，EC=12V，RB1=7.5k，RB2=2.5k，RC=2k，RE=1k，求该电路的静态工作点。,算法一的结果：,算法二的结果：,结论：两种算法的结果近似相等，但算法二的计算过程要简单得多。,59,二、动态分析,+EC,uo,60,问题1：如果去掉CE，放大倍数怎样？,61,去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：,可见放大倍数大大降低，但输入阻抗提高了。,62,用加压求流法求输出电阻。,ro=uo/io=u/i,可见ro应为Rc并联虚线框内的等效电阻Rd.但这个电阻极大可忽略.,所以可近似有,去掉信号源，内阻保留。由输出端外加一个电压,输出

14、电阻基本不变,63,问题2：如果电路如下图所示，如何分析？,64,静态分析：,直流通路,65,动态分析：,交流通路,66,交流通路：,微变等效电路：,此电路和去掉Ce时的电路一样,67,问题：Au 和 Aus 的关系如何？,定义：,当信号源有内阻时放大倍数如何求？,信号源内阻越大对Aus的影响越大但对Au无影响,68,补充题：1。Determine all transistor terminal voltage with respect to ground in Figure 20.Do not neglect the input resistance at the base or VBE=0.7V.,Figure 20,RC,R1,47 k,RE,2.2 k,1 k,+9 V,R2,15 k,C=110,69,Figure 22,RC,RB,VCC,33 k,+3 V,1.8 k,DC=90,