第二章.放大电路基础

12.1放大的概念1．信号：电流或电压。信号放大时，放大的是信号的幅度，信号的频率不变。信号放大主要是利用三极管基极电流对集电极电流的控制作用（IC=βIb）。放大器小信号大信号2．放大的概念2•三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小。•共射极为例，当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。•三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置。在三极管的集电极与电源之间接一个电阻，可将电流放大转换成电压放大：当基极电压UB升高时，IB变大，IC也变大，IC在集电极电阻RC的压降也越大，所以三极管集电极电压UC会降低，且UB越高，UC就越低，ΔUC=ΔUB。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。uAua全量交流分量tUA直流分量42.2放大电路的实现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52.2.1放大器电路的构成原则①保证三极管发射结正偏、集电结反偏（如下图所示）；②欲放大信号能进入三极管中；③所放大信号能传输到负载上。62.2.2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。uiuo输入输出参考点RB+UccEBRCC1C2T7集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+UccEBRCC1C2T8集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+UccEBRCC1C2T9使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻RB+UccEBRCC1C2T10耦合电容隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。RB+UccEBRCC1C2T11可以省去电路改进：采用单电源供电RB+UccEBRCC1C2T12单电源供电电路+UccRCC1C2TRB13Rs放大电路IoIi+–Vo+–Vs+–ViRL2.3放大电路的分析方法14(IB,UBE)输入特性和(IC,UCE)输出特性曲线IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB15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162.3.1简单工作原理静态——时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。0iv放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。动态——时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。0iv172.3.2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。18例：对直流信号（只有+Ucc）开路开路RB+UCCRCC1C2T直流通道RB+UCCRC19对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路20一、近似估算确定静态工作点ICUCE直流通路RB+UCCRC2.3.3放大电路的静态分析cCCCEBCbBECCBRIEUIβIRUUIIB、IC和VCE这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。IB21二、图解法确定静态工作点将图2-3(a)直流通路改画成图2-4(a)。由图a、b两端向左看,其iC~uCE关系由三极管的输出特性曲线确定,如图2-4(b)所示。由图a、b两端向右看,其iC～uCE关系由回路的电压方程表示:uCE=UCC-iCRcuCE与iC是线性关系,只需确定两点即可:DepartmentofphysicsNorthwestUniversity22(a)(b)bRciBuCEOiCaUCC4iB3iB2iB1iB0iCUCCRcUCCMNuCE直流负载线M(c)(d)iBuCEiC4iB3iB2iB1iB0UCCRcNUCCICQUCEQOOQ＝IBQDepartmentofphysicsNorthwestUniversity23由上可得出用图解法求Q点的步骤:(1)在输出特性曲线所在坐标中,按直流负载线方程uCE=UCC-iCRc,作出直流负载线。(2)由基极回路求出IBQ。(3)找出iB=IBQ这一条输出特性曲线,与直流负载线的交点即为Q点。读出Q点坐标的电流、电压值即为所求。DepartmentofphysicsNorthwestUniversity（4）得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。24【例2】如图2-5(a)所示电路,已知Rb=280kΩ,Rc=3kΩ,UCC=12V,三极管的输出特性曲线如图2-5(b)所示,试用图解法确定静态工作点。DepartmentofphysicsNorthwestUniversity251、RB的影响直流负载线不变。RB变大时IB减小，Q点下移，易出现截止失真；RB变小时IB增大，Q点上移，易出现饱和失真。2.3.4电路参数对静态工作点的影响262、RC的影响直流负载线与横轴交点不变，但与纵轴交点变化。RC变大交点下移，工作点沿IB线左移，易出现饱和失真；RC变小时交点上移，易超出安全区。273、UCC的影响Ucc对Q点的影响较复杂。Ucc变化，直流负载线平行移动，同时IBQ变化。UCC变大时直流负载线右移，IBQ增大，容易超出安全区；UCC变小时直流负载线左移，容易出现饱和失真。282.3.5放大电路的交流分析一、图解法交流分析共射极放大电路29QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA2040601、接入正弦信号的工作情况（a）输入特性上求iB30斜率-1Rc斜率1Rc//RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiCR'L=RL∥Rc，是交流负载电阻。过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL直线，该直线即为交流负载线。（b）交流负载线的确定31QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线QQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uA（c）输出特性上求iC和uCE32各点波形RB+UCCRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB33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。34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.可以确定最大不失真输出幅度。35二、图解法分析波形的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。失真——输出波形较输入波形发生畸变，称为失真36iCuCEuo可输出的最大不失真信号ib合适的静态工作点能保证输出电压幅度最大且不失真37iCuCEuoaQ点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ib38iCuCEbQ点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形391.三极管的h参数表达式υBE=f(iB,υCE）iC=g(iB,υCE）二、微变等效电路法交流分析40•在低频、小信号作用下的关系式•交流等效模型CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIUCE22b21CCE12b11beUhIhIUhIhU41h参数的物理意义beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihBCEC22iuih分清主次，合理近似！b-e间动态电阻内反馈系数电流放大系数c-e间电导42a输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。uBEiBbbeBBEbeiuiur对输入的交流小信号而言，晶体管相当于电阻rbe。)mA()mV(26)1()(300EbeIrrbe的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：43b输出回路iCuCE)(bBcCCiIiIibBiI所以：bcii(1)输出端相当于一个受ib控制的电流源。近似平行(2)考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。cceceiurrce的含义iCuCE44ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。c晶体管的低频小信号模型rbeibibrcerbeibibbcecbe452放大电路的交流等效电路将交流通道中的晶体管用其低频模型代替交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL462.4放大电路的性能指标Rs放大电路IoIi+–Vo+–Vs+–ViRL信号源负载放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。47电压增益（电压放大倍数）电流增益ioIIAi互阻增益)(ioIUAR互导增益)S(ioUIAG一、电压放大倍数AuioUUAu48二、输入电阻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。AuIi~USUiiiiIUR49三、输出电阻roAu~US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。~roUS'50输出电阻Ro的获得步骤：1.所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。UIIURo方法一：计算0S,L.oo=URoIUR51方法二：测量。Uo1.测量开路电压。~roUs'2.测量接入负载后的输出电压。LoooRUUR)1(~roUs'RLUo'步骤：3.计算。52注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。533电压放大倍数的计算bebirIULboR'IUbeLurR'ALCLRRR'//特点：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI54sousUUA放大电路RLRSoUiUsUsousUUASiSiiUrRrUuiSiusArRrA源增益554输入电阻的计算rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbeBrR//beriiiIUr电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。56CoooRIUr所以：oUrbeRBRCiIbIcIbI00oI5输出电阻的计算57从