05第2章 基本放大电路--概念及共射放大电路原理

模拟电子技术基础北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院主讲：赵建辉第二章基本放大电路(1.共射放大电路工作原理)2.1放大电路的概念及性能指标2.2基本共射放大电路工作原理2.3放大电路分析方法2.4放大电路工作点的稳定2.5三种基本晶体管放大电路2.6晶体管派生放大电路2.7场效应管放大电路第2章基本放大电路本节课内容问题的提出什么是放大?（What）为何要放大?（Why）怎么去放大？（How）电路接法如何评价放大效果？(How)分析方法2.1放大电路主要性能指标重点：放大电路工作原理。难点：1.静态工作点(Q)2.工作点估算3.放大电路的失真重点难点电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的电信号。本书所讲的主要是电压放大电路2.1.1放大的概念例如：放大电路在专业中的应用：声音信号放大传感器信号放大功率放大与驱动等与：杠杆/变压器/光学放大等比较(能量不变)信号功率得到放大（能量守恒）1.放大微弱电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，三极管只是控制，将电源能量转换成信号能量（前后守恒），提供给负载。放大线路等效为具有输入和输出的双端口网络：2.1.2放大电路性能指标如何衡量性能？一、放大倍数iouuUUA注意：Ui和Uo分别是输入和输出信号频率ω的函数!(如：低通、高通滤波)电压放大倍数电流放大倍数互阻放大倍数互导放大倍数ioiiIIAiouiIUAioiuUIA无量纲无量纲互阻导纳（重点！）uiuoA二、输入电阻ri输入电阻：输入电压有效值/输入电流有效值放大电路由前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电压/电流。输入电阻是衡量放大电路作为负载对其前级信号源影响的参数。前级电压源：输入电阻越大越好；前级电流源：输入电阻越小越好；AuIi~USUiiiiIUr输入端看等效负载电阻三、输出电阻roAu~US放大电路对其后级负载而言，相当于信号源，我们可以将它通过戴维南定理等效为电压/电流源，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。~roUS'输出端看等效信号源内阻戴维南等效如何确定电路的输出电阻ro？步骤：1.所有的独立源置零(独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。UIIUro方法一：计算（加压求流）。方法二：测量。Uo’1.测量开路电压U’。;~roUs'2.测量接入已知负载后的输出电压U。;'oLoLoURrRU~roUs'RLUo步骤：3.计算。LoooRUUr)1(对输入/输出等效电阻的理解：Ri=Ri1Ro=Ro3四、通频带f通频带(-3dB带宽)：fbw=fH–fL放大倍数随信号频率f变化！AuAum0.707AumfL下限截止频率fH上限截止频率中频段（通频带）低频段高频段反映放大电路对不同频率信号的适应能力，对信号有选择性-3dB五、非线性失真系数D反映放大器对信号幅值的适应能力。214213212AAAAAAD与信号幅度有关N次谐波的幅值基波幅值六、最大不失真输出电压omUoppUomoppUU22有效值峰峰值波形不产生非线性失真（D10%）的最大输出电压七、最大输出功率与效率反映放大电路转换电源功率的能力！VomPP信号最大输出功率电源消耗功率PV-Pom去那里了？（功放重要指标）1.输入信号的频率成分为100Hz—10kHz，那么放大电路的通频带应如何选择？2.如果放大电路的通频带比输入信号的频带窄，那么输出信号将发生什么变化(线性还是非线性失真)？3.放大电路输入信号幅度过大，输出发生什么变化(线性还是非线性失真)？问题：2.2基本共射放大电路工作原理三极管放大电路的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有关符号规定：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直流分量信号分解：uA=UA+ua0放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证发射结正偏，集电结反偏。uiuo输入输出参考点RB+ECEBRCC1C2T2.2.1共射放大电路的组成集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+VCCVBBRCC1C2T可否省略Rc？（也满足反偏）作用：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+VCCVBBRCC1C2T可否省略RB?RB+ECEBRCC1C2T耦合电容：电解电容，有极性。数值一般为1F~100F作用：隔离输入输出与电路的直流联系，同时能使交流信号顺利输出。输出耦合电容可否省去？输入耦合电容能否省去？如何省去？电路改进：采用单电源供电，减少独立电源RB+ECEBRCC1C2T单电源供电电路+ECRCC1C2TRBEB和EC合并成一个电源输入耦合电容能否省去或换成R？ui=0时由于电源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、静态工作点（IBQ/ICQ/UBEQ/UCEQ）RB+ECRCC1C2T2.2.2共射放大电路的静态工作点IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T工作点如何计算（估算）？(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(Q)。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ二、设置静态工作点的必要性静态工作点保证三极管工作在放大区交流小信号驮载(附载)在直流信号上才能被放大.如果没有合适的直流工作点，会产生什么问题？小信号无法放大（非放大区）大信号非线性失真未设置合适工作点IBUBEQICUCEuCE怎么变化假设uBE有一微小的变化ibtibtictuit2.2.3共射放大电路的工作原理及波形分析uCE沿一条直线变化uce相位如何uce与ui反相！ICUCEictucetCCCCCERIVU共射放大电路波形分析输入信号整个周期内始终工作在放大区！放大电路各点波形定性分析RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB直流通路和交流通路：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。电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交、直流信号所走的通道是不同的。交流通路：只考虑交流信号的分电路。直流通路：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路中分析。1.直流电源：提供能量。2.正确设置静态工作点Q（而且要稳定），使整个波形处于放大区。发射结正偏，集电结反偏。靠偏置电阻设定。3.输入信号要能作用（搭载/叠加）在输入回路上。改变Ube，产生ΔUbe，进而改变ib,产生Δib,(流控)4.输出回路：负载电阻，ICUo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。2.2.4放大电路的组成原则一、组成原则二、常见两种单电源共射放大电路直接耦合阻容耦合（隔直通交）1b2BEQCCBQbBEQRURUVI硅管UBE=0.7V锗管UBE=0.2VBQCQIβIcCCCCEQRIVUbBEQCCBQRUVIBQCQIβIcCQCCCEQRIVV1.下列a~f电路哪些具有放大作用？TVBBCbRcRb(a)TVCCCb1RcCb2(b)T-VCCCb1RcCb2Rb(c)T+VCCCb1RcCb2Rb(d)T-VCCCb1RcCb2(e)TVCCCb1RcCb2VBBRb(f)共射极放大电路放大电路如图所示。已知BJT的ß=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？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）uA40300k2V1bBECCBRVVI（2）当Rb=100k时，3.2mAuA4080BCII5.6V3.2mA2k-V12CcCCCEIRVV静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：uA120100k2V1bCCBRVImA6.9uA12080'BCIIV2.79.6mA2k-V12'CcCCCEIRVVmA62k2V1cCESCCCMRVVICMBII由于所以BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），例题作业