模拟电子技术基础-第2章-基本放大电路.ppt
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1、第2章 基本放大电路,2.1 基本概念2.2 基本工作原理,一、放大电路在电子系统中的作用二、设计一个放大电路的思路三、电路的简化画法四、基本共射放大电路的基本概念五、具有正常放大功能的放大电路的组成原则六、放大电路的两种分析方法,本章部分作业,2.22.12.4,放大电路在电子系统中的位置,传感器,放大电路,计算机系统,小,任意的交流信号,才包含信息,大,适合于计算机来处理,电量,非电量,不是正弦交流,但是测试放大电路和做题时总是在此加正弦交流电压,设计一个放大电路的思路,(一)首先,BJT必须工作在放大状态。外加直流电压源保证BJT的发射结正偏、集电结反偏。这样的电路结构可以有很多种。给出
2、了五种让BJT发射结正偏、集电结反偏的电路。不管电路如何连接,只要能保证最终落在发射结上的电压使其正偏、集电结反偏就可以。当然,不同结构的电路性能有好有坏。,(二)将传感器来的很小交流信号接入电路,使BJT的电压电流跟随传感器来的小交流信号变化,然后从电路输出放大了的交流信号,送给后续的信号处理系统来处理。传感器来的小交流信号用交流电压源和串联的电阻来等效代替,后续的信号处理系统用电阻来RL代替。电路如图所示。,NPN共射基本放大电路,非线性,交流电压源,直流电压源共存,PNP共射基本放大电路,三、电路的简化画法,NPN共射基本放大电路的另一种画法,交流电压源、直流电压源共存,三极管:非线性元
3、件,参考方向的规定,信号源,交流电压源,直流电压源,注意电流和电压的参考方向的规定。可以任意规定,但我们的教材上有一种习惯。而且有些结论是在这样的参考方向得出的。,放大电路中电压电流的表示符号,名称 静态值 交流分量 总电压或总电流的瞬时值 瞬时值有效值正弦有效值相量,基射极电压,集射极电压,发射极电流,集电极电流,基极电流,直流通路,直流通路:,直流通路的画法:电容开路;电路中的电阻为其直流电阻,因为线性电阻的直流电阻与其阻值一样;三极管可以通过直流电流;,理想直流电压源:内阻为零,非线性直流电路,定义:直流电流流通的路径,直流通路:,非线性交流电路,交流通路,交流通路的画法:理想直流电压源
4、短路;理想直流电流源开路 电容短路;电路中的电阻为其交流电阻,因为线性电阻的交流电阻与其阻值一样;三极管可以通过交流电流;,定义:交流电流流通的路径,共射组态,直流通路:,交流通路,三极管的交流模型,三极管的直流模型,图2.2.1 基本共射放大电路 P80,对于直流通路和交流通路的思考,直流通路和交流通路是我们人为分解出来的,是为了分析电路而采取的一种手段。实际上放大电路是直流和交流共同工作的,是不可分割的一个整体。,五、具有正常电压放大功能的放大电路的组成原则,点要合适。被放大的交流输入信号可以进入放大电路被放大的交流输入信号可以从放大电路输出,放大电路是否具有正常电压放大功能的判断方法,(
5、1)画直流通路,查看能否保证三极管的发射结正偏,集电结反偏(即Q点合适)?(2)若Q点不合适,则放大电路不具有电压放大作用。若合适,继续进行判断,进入(3)。(3)画交流通路,看交流输入信号能否加到三极管 上,若不行,则放大电路不具有电压放大作用。若合适,继续进行判断,进入(4)。(4)看交流输入信号能否从三极管输出,若能,则放大电路具有电压放大作用,否则,不具有电压放大作用。,例题,判断下面的放大电路是否具有正常电压放大功能。若不能,修改电路,使放大电路具有正常电压放大功能。,解:,(1)画直流通路,查看能否保证三极管的发射结正偏,集电结反偏。即能否处于放大状态,若处于放大状态,就称为静态工
6、作点(uiet,点)要合适。若处于饱和状态和截止状态,就称为Q点不合适。,修改直流通路,如图所示。将VCC改为VCC。可以保证Q点合适。,画交流通路,看交流输入信号能否加到三极管上,若不行,则放大电路不具有电压放大作用。交流通路如图所示。可以看出,交流输入信号可以加到三极管的发射结上,交流输出信号可以从三极管的集电极和发射极输出。,例题:,分别改正所示各电路中的错误,使它们有可能放大正弦波信号。要求保留电路原来的共射接法和耦合方式。,例题,试分析所示各电路是否能够放大正弦交流信号,简述理由。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。,六、放大电路的两种分析方法,图解分析法。图解分析法对于大信号、小
7、信号都适用。小信号模型分析法。只对于小信号适用。,图解法:用做图的方法对放大电路的整体工作情况进行分析。形象、直观,有助于全面认识放大电路的工作状态。,2.3 放大电路的分析方法,图解分析法。小信号模型分析法。,本节作业,2.72.82.112.122.132.16,2.3.1 基本共射放大电路的图解分析法,一、NPN基本共射放大电路的图解分析二、PNP基本共射放大电路的图解分析,一、首先用图解法分析放大电路的静态工作情况二、然后用图解法分析放大电路的动态工作情况,一、NPN基本共射放大电路的图解分析,一、首先用图解法分析放大电路的静态工作情况,求Q点,1、直流通路,静态:当放大电路没有输入信
8、号时,电路中各处的电压和电流都是不变的直流,称为直流工作状态或静止状态,Q点:在静态工作情况下,三极管各电极的直流电压和直流电流的数值,将在管子的特性曲线上确定一点,即Q点。,uBE(V),iB(uA),VCC,Q,UBE,IB,40 uA,VCC,IB,+,-,UBE,2、在输入特性曲线上确定Q点的IB和UBE,0.7V,直流负载线,uCE(V),iC(mA),iB=20uA,iB=40uA,iB=60uA,iB=80uA,VCC,Q,12V,3mA,UCE,6V,IC,1.5mA,3、在输出特性曲线上确定Q点的IC和UCE,IC,UCE,+,-,Q点:IB=40uA UBE=0.7V IC
9、=1.5mA UCE=6V,用估算的方法求Q点,补充:,二、然后用图解法分析放大电路的动态工作情况,动态:当放大电路输入信号后,电路中各处的电压、电流便处于变动状态,这时电路处于动态工作状态。,ui给定为正弦信号,分析的目的:根据给定的ui的波形,求出uo的波形,从而确定相位关系和动态范围。,交流通路,iB(uA),Q,UBE,IB,40,uBE(V),uBE(V),0,B,A,iB(uA),0,40,60,20,1、根据ui波形在输入特性曲线上求iB,线段AB是动态工作范围,交流通路,推导交流负载线方程,交流负载线是在总的放大电路上由放大电路输出回路的线性部分决定的一条iC和uCE的直线。,
10、uCE(V),iC(mA),iB=20uA,iB=40uA,iB=60uA,VCC,Q,3mA,6V,1.5mA,9,4.5mA,交流负载线,uCE(V),iC(mA),0,0,A,B,2、根据iB在输出特性曲线上求iC uCE,线段AB:动态工作范围,ui,uo,1、在前面所示电压参考方向下,共射放大电路的输出电压与输入电压反相。,重画电压和电流波形如右:,结论:,2、“小”信号的定义:三极管的动态工作范围不超出放大区。,小结,直流负载线和交流负载线相交于Q点在放大电路空载时直流负载线和交流负载线重合直流负载线比交流负载线平坦,设置静态工作点的必要性,输出电压必然失真!设置合适的静态工作点,
11、首先要解决失真问题,但Q点几乎影响着所有的动态参数!,为什么放大的对象是动态信号,却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压?,Q点过低,动态工作点进入截止区会产生截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管,输出电压表现为顶部失真。,Q点过高,动态工作点进入饱和区会产生饱和失真,由于放大电路的工作点到达了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管,输出电压表现为底部失真。,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点到达了三极管的饱和区而引起的非线性失真。,由于放大电路的工作点到达了三极管的截止区而引起的非线性失真。,波形的非线性失真,双向失真,放
12、大电路要想获得大的不失真输出幅度,需要:,1.工作点Q 要设置在输出特性曲线放大区的中间部位。,2.要有合适的交流负载线。,3.输入信号的幅度不能太大。,静态工作点位置合适,但信号过大所引起的非线性失真。,波形的线性失真(输入交流信号中有很多的频率成分),放大电路的失真,例题:图中画出了某固定偏流放大电路中BJT的输出特性及交、直流负载线,试求:(1)电源电压VCC,静态电流 IB,IC,管压降VCE的值。(2)电阻 Rb,Rc的值。(3)输出电压的最大不失真幅度(4)要使该电路能不失真地放大,基极正弦电流的最大幅值是多少?,(1)VCC=6V IB=20A Ic=1mA VCE=3 V(2)
13、Rb=300K Rc=3K(3)1.6V(4)(4)20A,两种实用放大电路直接耦合放大电路,问题:1.两种电源2.信号源与放大电路不“共地”,将两个电源合二为一,共地,且要使信号驮载在静态之上,静态时,,动态时,b-e间电压是uI与Rb1上的电压之和。,直接耦合放大电路,教材上的图解法 P88,输入回路负载线,Q,IBQ,UBEQ,Q,IBQ,ICQ,UCEQ,负载线,标注参考方向,默认,1.静态分析:,交流通路,标注参考方向,默认,2.电压放大倍数的分析,斜率不变,3.失真分析,截止失真,消除方法:增大VBB,即向上平移输入回路负载线。,截止失真是在输入回路首先产生失真!,减小Rb能消除截
14、止失真吗?,饱和失真,饱和失真产生于晶体管的输出回路!,消除饱和失真的方法,消除方法:增大Rb,减小VBB,减小Rc,减小,增大VCC。,Rb或或VBB,Rc或VCC,最大不失真输出电压Uom:比较UCEQ与(VCC UCEQ),取其小者,除以。,4、图解法的特点,形象直观;适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析;能够用于大信号分析;不易准确求解;不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数。,直流负载线和交流负载线,Uom=?Q点在什么位置Uom最大?,交流负载线应过Q点,且斜率决定于(RcRL),讨论二,1.在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4?2.从输出电压上看,哪个Q点下
15、最易产生截止失真?哪个Q点下最易产生饱和失真?哪个Q点下Uom最大?3.设计放大电路时,应根据什么选择VCC?,讨论三,2.空载和带载两种情况下Uom分别为多少?3.在图示电路中,有无可能在空载时输出电压失真,而带上负载后这种失真消除?,已知ICQ2mA,UCES0.7V。1.在空载情况下,当输入信号增大时,电路首先出现饱和失真还是截止失真?若带负载的情况下呢?,二、PNP基本共射放大电路的图解分析,交流电压源、直流电压源共存,三极管:非线性元件,PNP基本放大电路的电路图,信号源,交流电压源,直流电压源,一、首先用图解法分析放大电路的静态工作情况,求Q点,静态:当放大电路没有输入信号时,电路
16、中各处的电压和电流都是不变的直流,称为直流工作状态或静止状态,Q点:在静态工作情况下,三极管各电极的直流电压和直流电流的数值,将在管子的特性曲线上确定一点,即Q点。,uBE(V),iB(uA),-VCC,Q,UBE,IB,40 uA,-VCC,IB,+,-,UBE,2、在输入特性曲线上确定Q点,-0.7V,直流负载线,uCE(V),iC(mA),iB=20uA,iB=40uA,iB=60uA,iB=80uA,-VCC,Q,-12V,3mA,UCE,-6V,IC,1.5mA,3、在输出特性曲线上确定Q点,IC,UCE,+,-,Q点:IB=40uA UBE=-0.7V IC=1.5mA UCE=-
17、6V,二、然后用图解法分析放大电路的动态工作情况,动态:当放大电路输入信号后,电路中各处的电压、电流便处于变动状态,这时电路处于动态工作状态。,ui给定为正弦信号,分析的目的:根据给定的ui的波形,求出uo的波形,从而确定相位关系和动态范围。,放大电路,iB(uA),Q,UBE,IB,40,uBE(V),0,B,A,iB(uA),0,40,60,20,1、根据ui波形在输入特性曲线上求iB,线段AB是动态工作范围,推导交流负载线方程,交流负载线是在总的放大电路上由放大电路输出回路的线性部分决定的一条iC和uCE的直线。,uvCE(V),iC(mA),iB=20uA,iB=40uA,iB=60u
18、A,-VCC,Q,3mA,-6V,1.5mA,-9,4.5mA,交流负载线,uCE,iC(mA),0,0,A,B,2、根据iB在输出特性曲线上求iC uCE,线段AB:动态工作范围,1、在前面所示电压参考方向下,共射放大电路的输出电压与输入电压反相。,2、“小”信号的定义:三极管的动态工作范围不超出放大区。,第四节 放大电路的小信号模型分析法,一、BJT的电路模型(一)BJT的直流模型(二)BJT的交流模型(小信号模型),(一)BJT的直流模型,直流模型:不深入研究,用估算的方法已经可以断定三极管的Q点,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时,就可以把三极管
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- 模拟 电子技术 基础 基本 放大 电路
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