1、.,1,模電數(shù)電,第二章 基本放大電路,模擬電路部分,.,2,2.1 概論 2.2 放大電路的組成和工作原理 2.3 放大電路的分析方法 2.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 2.5 射極輸出器 2.6 阻容耦合多級放大電路 2.7 場效應(yīng)管放大電路,第二章 基本放大電路,.,3,2.1.1 放大的概念,電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。,電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的二端口網(wǎng)絡(luò)表示：,Au, 2.1 概論,.,4,2.1.2 放大電路的性能指標(biāo),一、電壓放大倍數(shù)Au,Ui 和Uo 分別是輸入和輸出電壓的有效值。,Au是復(fù)數(shù)，反映了輸出和輸入的幅值比

2、與相位差。,.,5,二、輸入電阻 ri,放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要從信號源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。,定義：,即：ri 越大，ii 就越小，ui 就越接近uS,.,6,三、輸出電阻ro,放大電路對其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。,從負(fù)載的角度看 內(nèi)阻越小越好， 說明放大器的帶負(fù)載能力越強,.,7,如何確定電路的輸出電阻ro ？,步驟：,1.所有的信號源去掉（保留受控源）。,2. 加壓求流法。,方法一：計算。,.,8,方

3、法二：測量。,1. 測量開路電壓。,2. 測量接入負(fù)載后的輸出電壓。,步驟：,3. 計算。,.,9,四、通頻帶,通頻帶：,fbw=fHfL,放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線,.,10,2.1.3 符號規(guī)定,UA,大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量。,uA,小寫字母、大寫下標(biāo)，表示全量。,ua,小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,.,11,三極管放大電路有三種形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器為例講解工作原理, 2.2 基本放大電路的組成和工作原理,.,12,2.2.1 共射放大電路的基本組成,放大元件iC= iB，工作在放大區(qū)，要

4、保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。,輸入,輸出,？,參考點,.,13,作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點。,基極電源與基極電阻,.,14,集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。,.,15,集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?.,16,耦合電容： 電解電容，有極性。 大小為10F50F,作用：隔離直流，同時能使交流信號順利輸入輸出。,+,+,.,17,可以省去,電路改進(jìn)：采用單電源供電,.,18,問：能否保證放大的偏置條件？ 如何保證？,.,19,2.2.2 基本放大電路的工作原理,由于電源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,一、靜態(tài)工作點,.,20,

5、IBQ,ICQ,( ICQ,UCEQ ),(IBQ,UBEQ),.,21,(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態(tài)工作點。,.,22,IB,uCE怎么變化,？,假設(shè)uBE有一微小的變化,（毫伏量級）,（微安量級）,（毫安量級）,二。交直流疊加波形的關(guān)系,.,23,各點波形,uce相位如何,？,uce與ui反相！,.,24,實現(xiàn)放大的條件,1. 晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,2. 正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。,3. 輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。,4. 輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電

6、壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號。,.,25,如何判斷一個電路是否能實現(xiàn)放大？,3. 晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,4. 正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。 如果已給定電路的參數(shù)，則計算靜態(tài)工作點來判斷；如果未給定電路的參數(shù)，則根據(jù)電路結(jié)構(gòu)確定。,1. 信號能否輸入到放大電路中。,2. 信號能否輸出。,與實現(xiàn)放大的條件相對應(yīng)，判斷的過程如下：,.,26,放大電路分析,靜態(tài)分析,動態(tài)分析,估算法,圖解法,微變等效電路法,圖解法,計算機仿真,2.3 放大電路的分析方法,EWB、Pspice等,.,27,2.3.1 直流通道和交流通道,放大電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流

7、上附加了小的交流信號。,但是，電容對交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。,交流通道：只考慮交流信號的分電路。 直流通道：只考慮直流信號的分電路。 信號的不同分量可以分別在不同的通道分析。,.,28,例：,對直流只有+EC,.,29,對交流信號(輸入信號ui),？,.,30,一、直流負(fù)載線,IC,UCE,UCEIC滿足什么關(guān)系？,1. 三極管的輸出特性。,2. UCE=ECICRC 。,直流 負(fù)載線,與輸出特性的交點就是Q點,IB,2.3.2 直流負(fù)載線和交流負(fù)載線,.,31,二、交流負(fù)載線,其中：

8、,交流負(fù)載線的斜率為：,.,32,交流負(fù)載線的作法,IB,過Q點作一條直線，斜率為：,交流負(fù)載線,Q,Q1,Q2,.,33,2.3.3 靜態(tài)分析,一、估算法,（1）根據(jù)直流通道估算IB,RB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。,.,34,（2）根據(jù)直流通道估算UCE、IB,IC,UCE,.,35,二、圖解法,先估算 IB ，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與 IB 對應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點就是Q點。,.,36,例：用估算法計算靜態(tài)工作點。,已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,請注意電路中IB 和IC 的數(shù)量級。,.,37,2.3.4 動態(tài)分析,一、三

9、極管的微變等效電路,1. 輸入回路,當(dāng)信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。,uBE,對輸入的微變信號而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。,rbe的量級從幾百歐到幾千歐。,首先需將非線性元件 近似為線性元件,Q,.,38,2. 輸出回路,所以：,(1) 輸出端相當(dāng)于一個受ib 控制的電流源。,(2) 考慮 uCE對 iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個大電阻rce。,rce的含義,Q,.,39,rce很大， 一般忽略。,3. 三極管的微變等效電路,c,b,e,注意這種等效 只是在工作點 附近線性區(qū)里,.,40,二、放大電路的微變等效電路,將交流通道中的三極管用微變等效電路代替:,.,41,三、電壓放大

10、倍數(shù)的計算,結(jié)論：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。,負(fù)載電阻越大負(fù)載越輕 負(fù)載電阻越小負(fù)載越重,.,42,四、輸入電阻的計算,電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望較大的輸入電阻。,(RB rbe),.,43,五、輸出電阻的計算,放大器中輸出電阻的定義：,首先將信號源去掉，若信號源本身有內(nèi)阻，則短路時內(nèi)阻應(yīng)保留。,用加壓求流法求輸出電阻：,.,44,2.3.5 失真分析,在放大電路中，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。,為了得到盡量大的輸出信號，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)

11、置不合適，信號進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。,.,45,我們來看一下 Q與波形失真的關(guān)系,Q,因為Q在放大區(qū) 所以波形無失真,.,46,uo,可輸出的最大不失真信號又稱放大器的動態(tài)范圍。,選擇靜態(tài)工作點,Q,.,47,uo,1. Q點過低，信號進(jìn)入截止區(qū),放大電路產(chǎn)生 截止失真,注意截止失真 是由于輸入特性 的非線性引起的,.,48,2. Q點過高，信號進(jìn)入飽和區(qū),放大電路產(chǎn)生 飽和失真,注意飽和失真 是由于輸出特性 的非線性引起的,.,49,為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。但是，溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點。,由于三極管的UBE、 和ICEO 這三個參數(shù)受溫

12、度影響很大，而前面的電路中靜態(tài)工作點與這些參數(shù)都有關(guān)系，故靜態(tài)工作點會隨著溫度而改變。,T,UBE,ICEO,Q,2.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,.,50,溫度對 值及ICEO的影響,總的效果是：,.,51,小結(jié)：,固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。 Q點不穩(wěn)定可能會導(dǎo)致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、 IC增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化。保持Q點基本穩(wěn)定。,常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。電路見下頁。,.,52,分壓式偏置電路：,一、靜態(tài)分析,RE射極直流負(fù)反饋電阻,CE 交流旁路電容,.,53,本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了RE形成

13、了負(fù)反饋過程。,1. 靜態(tài)工作點穩(wěn)定的原理,設(shè)計使I2IB，于是I1約等于I2， 使VB只取決于電阻分壓， 不受溫度影響。,.,54,2. 求靜態(tài)工作點,算法一：,將電路變換為,.,55,方框中部分用戴維南定理等效為：,進(jìn)而，可求出IE 、UCE 。,.,56,算法二：,B,.,57,可以認(rèn)為與溫度無關(guān)。,似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十k。,.,58,例：已知=50， EC=12V， RB1=7.5k， RB2=2.5k， RC=2k， RE=1k， 求該電路的靜態(tài)工作點。,算法一的結(jié)果：,算法二的結(jié)果：,結(jié)論：兩種算法的結(jié)果近似相等，但算法

14、二的計算過程要簡單得多。,.,59,二、動態(tài)分析,+EC,uo,.,60,問題1：如果去掉CE，放大倍數(shù)怎樣？,.,61,去掉 CE 后的交流通路和微變等效電路：,可見放大倍數(shù)大大降低，但輸入阻抗提高了。,.,62,用加壓求流法求輸出電阻。,ro=uo/io=u/i,可見ro應(yīng)為Rc并聯(lián)虛線框內(nèi)的等效電阻Rd.但這個電阻極大可忽略.,所以可近似有,去掉信號源， 內(nèi)阻保留。 由輸出端外 加一個電壓,輸出電阻基本不變,.,63,問題2：如果電路如下圖所示，如何分析？,.,64,靜態(tài)分析：,直流通路,.,65,動態(tài)分析：,交流通路,.,66,交流通路：,微變等效電路：,此電路和去掉 Ce時的電路一樣,.,67,問題：Au 和 Aus 的關(guān)系如何？,定義：,當(dāng)信號源有內(nèi)阻時放大倍數(shù)如何求？,信號源內(nèi)阻越大 對Aus的影響越大 但對Au無影響,.,68,補充題：1。Determine all tra