常用基本放大电路.ppt
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1、第2章 常用基本放大电路,放大电路,另外二种基本组态,基本共射放大电路,放大电路的分析,基本共基,基本共集,静态工作点的稳定,简化电路,静态工作点,动态分析,性能指标,概念,放大条件,直流通路和交流通路,静态分析,动态分析,温度的影响,射极偏置电路,复合管放大电路,共集共基放大电路,共射共基放大电路,派生电路,图解法,小信号模型法,场效应管放大电路,三种接法比较,与固定偏置的比较,放大电路的频率响应,频率响应概述,晶体管高频等效模型,共射电路,的频率响应,研究的必要性,单时间常数RC电路,BJT混合的模型,高频响应,频率响应,增 益,低频响应,共基电路的高频响应,单管放大电路,多级放大电路,R
2、C低通电路,RC高通电路,完整模型,简化模型,参数获得,等效电路,高频响应,增益带宽积,例 题,Home,内容简介,第2章 基本放大电路,2.1 放大的概念及放大电路的性能指标,2.2 三种基本组态放大电路及其派生电路,2.3 多级放大电路,2.4 场效应管基本放大电路,2.5 放大电路的频率特性,2.6 基本放大电路的设计,本章讨论的问题主要归结为两个方面:(1)为什么要放大?(2)如何实现放大?,2.1.1 放大的概念,电子电路中放大,本质上讲是一种能量的转换,即在输入小信号控制下,通过放大器将直流电源的能量转换成负载所需的,比输入信号源所提供的大得多的能量.注意:放大是指不失真前提下,使
3、交流信号由小变大、由弱变强。,电压放大电路可以用有输入端口和输出端口的四端网络表示,如下图:,Au,Exit,2.1 放大电路的组成及其基本性能指标,晶体管放大器是一种将直流电源的能量转换为交流信号能量输出的电路装置.晶体管是控制能量转换的元件.,ii,i0,Home,Next,Back,2.1.2 阻容耦合共发射极放大电路的组成,阻容耦合:电路通过电阻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。,2.1.3 放大电路的性能指标,1.放大倍数,电压放大倍数,电流放大倍数,互导放大倍数,互阻放大倍数,2.输入电阻Ri,输入电阻(由
4、放大器输入端看进去呈现的电阻)是衡量放大电路从信号源(或从其前级放大器输出端)吸取电流大小的参数。输入电阻越大,从其前级吸取的电流越小,对前级的影响越小。,3.输出电阻Ro,输出电阻是从放大电路输出端看进去呈现的电阻。放大电路输出端对其负载而言,相当于信号源,我们将它等效为戴维南等效电路,这里的内阻就是输出电阻。,4.通频带,通频带:,fBW=fHfL,放大倍数随频率变化曲线,Exit,5.非线性失真:主要由半导体器件非线性特性引起的失真。如图 所示。,Home,Next,Back,设:输出信号中的基波幅值为A1、谐波波幅值为A2、A3,则非线性失真系数:,6.线性失真 由于电抗元件(主要是电
5、容)对不同频率具有不同的电抗,造成对不同频率成分具有不同的衰减和附加相移,导致输出信号波形相对于输入信号波形产生畸变失真,这种由线性电抗元件引起的失真称为线性失真(或频率失真)。7.最大不失真输出电压 当输入电压增大到使输出电压非线性失真系数达到额定值(通常定为10%)时的输出电压定义为最大不失真输出电压。一般以有效值Uom表示。,Home,Next,Back,三极管基本放大电路有三种基本组态形式,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 三种基本组态放大电路及派生电路,Home,2.2.1.基本共射放大电路,Next,Rc、VCC:集电极电阻和集电极电源,提供
6、输出回路的静态工作点IC和UCE。同时,Rc 还是集电极负载电阻,其作用是将受化的集电极电流转化为变化的集电极电压。,Rb、VB:基极电阻和基极电源,使发射结正偏,且提供合适的静态基极电流IB和静态基射电压UBE。,由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,1.固定偏置基本其射放大电路 提供直流IB、UBE、IC、UCE的电路称为直流(静态)偏置电路(简称偏置电路)。有固定偏置和基极分压式射极偏置两种。下图为固定偏置电路,Exit,IBQ,ICQ,(ICQ、UCEQ),(IBQ、UBEQ),静态工作点设置的必要性:保证晶体管工作在线性放大区合适的位置(良好的交流放大
7、特性点总是建立在合适的直流工作状态的基础之上的),Exit,放大电路分析包括两个方面:(1)直流工作状态分析以保证晶体管处在放大区合适位置;(2)交流特性分析以使各项交流指标满足实际需要。(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)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。,Exit,放大电路设置了合适静态工作点后,在正弦输入信号作用下,相关电流、电压波形如下图所示,Exit,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,Exit,放大电路的分析方法,静态:,时,放大电路的工作状态,也称直流工作状态。,静态分析,确定放大电路的静态值IB、IC、U
8、CE,即静态工作点Q。静态工作点的设置合适与否直接影响放大电路的交流放大特性的好坏。,静态分析方法:,近似估算法,(1)静态工作点近似估算法,借助于放大电路的直流通路来求,直流通路是能通过直流电流流经的通道。将电路中耦合电容和旁路电容开路、电感视为短路,即可得直流通路。,1)、阻容耦合共射放大电路,2.共射放大电路静态工作点分析计算,图解分析法,NPN型Si管:UBE=0.7V可作已知条件使用,PNP型Ge管:UBE=-0.2V-0.3V可作已知条件用,(b)求静态值,分析计算静态工作点基本步骤:(a)首先画出直流通路:电容视为开路,电感视为短路,从IB入手,求解顺序是:先求IBICUCE,U
9、CE=VCC-ICRC,Exit,2)、直接耦合共射放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的=80,Rb=300k,Rc=2k,VCC=+12V,求:(1)放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域?,解:,静态工作点为 Q(40uA,3.2mA,5.6V),BJT工作在放大区。,例题2.1,共射极放大电路,Exit,(2)静态工作点图解法,放大电路的输入和输出直流负载线,三极管的输入和输出特性曲线,确定静态工作点,1)由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQ,UBE=VCC-IBRb,直流负载线,作出直流负载线,直流负载线和输入特性曲线的交点即是静态工作点Q,由Q可确定IB、UBE,列
10、输出回路方程(直流负载线):VCE=VCCICRc,在输出特性曲线上,作出直流负载线,此直流负载线与IBQ曲线的交点即为Q点,分别以Q点作纵坐标和横坐标的垂线,即得ICQ和VCEQ,2)由输出特性曲线和直流负载线求ICQ、UCEQ,动态分析目的:,确定放大电路放大倍数AU 或AI,输入电阻Ri和输出电阻Ro。,3.共射放大电路的动态分析,输入信号 时放大电路的工作状态,称交流工作状态(也称动态)。动态分析有:图解法和微变等效电路法,(1)直流负载线与交流负载线,共射极放大电路,无负载时直流负载线与交流负载线重合,交流通路,共射极放大电路,1)通过输出特性曲线上过Q点做一条斜率为-1/RL直线。
11、,2)交流负载电阻RL=RLRC,3)交流负载线是有交流输入信号时,工作点Q的运动轨迹。,共射极放大电路,有负载时直流负载线与交流负载线不重合,(2)动态图解分析法,动态图解法是利用特性曲线和交流负载线确定电流电压变化范围。,动态图解分析步骤如下:,1)由输入特性曲及 确定 和 波形及动态变化范围,2)由iB变化范围、输出特性曲线及输出交流负载线确定iC及uCE变化范围。,(3)静态工作点选择与波形失真1)晶体管非线性引起的失真,共射极放大电路,通过图解分析,可得如下结论:1.vi vBE iB iC vCE|-vo|2.vo与vi相位相反;3.可以测量出放大电路的电压放大倍数;4.可以确定最
12、大不失真输出幅度。,放大电路获得最大的不失真输出幅度:,工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位;要有合适的交流负载线,放大电路的动态范围,2)静态工作点不合适引起失真,静态工作点IC选得太大,动态时到达了三极管的饱和区Q,饱和失真,截止失真,静态工作点IC选得太小,动态时工作点到达了三极管的截止区。,输入小信号(几十毫伏以下)情形下用线性电路表示晶体管的分析方法称为微变等效电路法,1)晶体管低频H参数 所谓低频是指放大器耦合电容视为短路,晶体管结电容视为开路的频率范围。在模拟电路中,常用H(混合)参数等效电路模型(物理意义明确、参数易测量、分析简便)。它是分析小信号放大电路交流特性的基本
13、工具。注意:晶体管H参数等效电路是对交流小信号等效的交流模型,不能用它分析大信号交流放大器,更不能用它分析放大器直流特性(如静态工作点等)。,(4)晶体管微变等效电路法,在小信号情况下,对上两式取全微分得,用小信号交流分量表示,vbe=hieib+hrevce,ic=hfeib+hoevce,对于BJT双口网络,已知输入输出特性曲线如下:,iB=f(vBE)vCE=const,iC=f(vCE)iB=const,可以写成:,BJT双口网络,vbe=hieib+hrevce,ic=hfeib+hoevce,输出端交流短路时的输入电阻;,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数;,输入端交流
14、开路时的反向电压传输比;,输入端交流开路时的输出电导。,其中:,四个参数量纲各不相同,故称为混合参数(H参数)。,可得小信号H参数模型如右下图,根据:vbe=hieib+hrevce,ic=hfeib+hoevce,H参数是交流小信号参数,即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关,在线性放大区小信号范围基本不变。H参数只适合对交流小信号的分析。,BJT的H参数模型,2)晶体管H参数等效电路模型,记 rbe=hie=hfe hre=10-310-4,hoe10-5,则BJT的H参数模型 如图(b):,3)简化的晶体管H参数等效电路模型,BJT的H参数模型(a),ib 是受控源,且为电流控制电流源
15、(CCCS)。电流方向与ib的方向是关联的。,Exit,一般用测试仪测出;,rbe 与Q点有关,可用图示仪测出。也可用公式估算:,rbe=rb+(1+)re,其中对于低频小功率管 rb 约200至200 左右,则,4)H参数的确定,工程上BJT H参数的确定,共射放大电路微变等效电路分析方法分析步骤:,首先画出放大电路的交流通路 将交流通路中的晶体管用h参数等效电路代替 标出等效电路电压电流规定极性(NPN管基极电流、集电极电流流进为正,电压以公共点为负),列表达式,若实际极性与规定极性相同取正,否则取负。然后分析有关交流特性指标。,Rbrbe可忽略,根据,则电压增益为(注意负号的引入及其意义
16、),1)电压增益,求放大电路动态指标,3)求输出电阻,令,2)求输入电阻,令,Ri,解:,(1),放大电路如图所示。试求:(1)Q点;(2),已知=50。,例题,、,、,。,。,解:,(2),温度变化对ICBO的影响,温度变化对输入特性曲线的影响,温度变化对 的影响,稳定工作点原理,放大电路指标分析,固定偏流电路与射极偏置电路的比较,温度对工作点的影响,射极偏置电路,4.静态工作点稳定的共射放大电路,ICBO的影响,对输入特性曲线的影响,温度T 输出特性曲线上移,温度T 输入特性曲线左移,对 的影响,温度每升高1,要增加0.5%1.0%,温度T 输出特性曲线族间距增大,温度对工作点的影响,Ex
17、it,(1)工作点稳定条件与稳定过程,目标:温度变化时,IC维持恒定。,如果温度变化时,b点电位能基本不变,则可实现静态工作点的稳定。,T,IC,IE,IC,VE、VB不变,VBE,IB,(反馈控制),I1 IB,,此时,,不随温度变化而变化。,VB VBE,且Re可取大些,反馈控制作用更强。,一般取 I1=(510)IB,VB=3V5V,静态工作点稳定电路,Exit,由RB1、RB2分压得到稳定的基极直流电压UB静态工作点分析:由基极电压UB入手、先求IC(IE)、然后求IB和UCE,图,2)利用射极电阻RE上电压UE自动调整IB、IC 本电路工作点稳定的过程实际是由于加了RE形成了如下负反
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