北京交通大学模拟电子技术2

放大电路基础本课程的重点章节教学基本要求：1.如何组成基本放大电路2.如何评价放大电路3.如何分析放大电路放大的概念及基本性能指标一、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真，放大的前提判断电路能否放大的基本为出发点1.放大电路主要用于放大微弱信号，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，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。二、基本性能指标iiiIUR输入电阻：Lo'oLoo'oo)1(RUURUUUR输出电阻：利用实验的方法得到。从输入端看进去的等效电阻将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。ioUUAAuuu电压放大倍数：放大电路II的输入电阻Ri2是放大电路I的负载电阻。放大电路I可看作放大电路II的信号源，内阻就是放大电路I的输出电阻RO1。输入电阻和输出电阻都会影响放大电路的放大能力。通频带：衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。Am为中频放大倍数；fL为下限截止频率；fH为上限截止频率；fbw=fH-fL为通频带。通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。非线性失真：...)()(213212AAAADD：非线性失真系数；A：基波、谐波幅值。最大不失真输出电压：输入电压再增大就会使输出电压波形失真。用UOM表示或UOPP。最大输出功率与效率：输出信号不失真情况下负载获得的最大功率，用POM表示。效率：VOMPP基本放大电路放大器的工作原理放大电路的分析方法共集放大电路共基放大电路放大器的工作原理基本放大电路的组成ECRcUi+-Uo+-RbEb简化：1.两个电源用一个Ec,去掉Eb,Rb改接由Ec供电。2.公共端接地，设其电位为0，其他各点电位以它做参考点。因此可不画Ec,只标出极性和大小。UoUiECUoUiEC基本放大电路的组成放大器的工作原理基本组成如下：–三极管T–负载电阻RC、RL–偏置电路EC、Rb–耦合电容C1、C2起放大作用将变化的集电极电流转换为电压输出使三极管工作在线性区给输出信号提供能量起隔直作用对交流起耦合的作用放大电路的静态分析工作原理静态Ui=0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IBQ、ICQ、UCEQ,即静态工作点Q。静态工作点的位置直接影响放大电路的质量。静态分析方法计算法图解分析法1.计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的通道。将电路中的耦合电容和旁路电容开路，即可得到。UoUiEC放大电路的静态分析工作原理1.计算法ECIBQICQUBEQUCEQSi管：UBEQ=0.6V~0.7VGe管:UBEQ=0.2V~0.3VbBEQCBQRUEI（2）求静态值bCREBQCQIβI（1）首先画出直流通路求解顺序是先求IBQ→ICQ→UCEQUCEQ=EC-ICQRC放大电路的静态分析工作原理2.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、UBEQECIBICUBEUCEUBE=EC-IBRb→直流负载线iBuBEEc/RbEcIBQUBEQQ-1/Rb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IBQ、UBEQ。UCE=EC-ICRc→直流负载线（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQ放大电路的静态分析工作原理2.图解法（2）由输出特性曲线和输出直流负载线求ICQ、UCEQECIBICUBEUCE求两点IC=0UCE=ECUCE=0IC=EC/Rc作出直流负载线，直流负载线和输出特性曲线的有多个交点。只有与iB=IBQ对应的那条曲线的交点才是静态工作点。放大电路的静态分析2.图解法工作原理由图可见：如改变Ib的数值，便可改变静态工作点的位置，从而影响放大电路的放大质量。3.由直流负载列出方程UCE=UCC－ICRc4.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线。关键：直流负载线的确定方法：1.在输入回路列方程式UBE=UCC－IBRb2.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。5.得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。放大电路的静态分析2.图解法工作原理EC、EC/Rc放大电路交流（动态）分析工作原理动态有输入信号Ui≠0时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。1.放大电路的交流通路动态分析确定放大电路的放大倍数AU或AI输入电阻ri和输出电阻ro。（1）将放大电路中电容视作短路；交流通路的画法：（2）直流电源电阻很小，对交流可视作短路。即可得到放大电路的交流通路。UoUiEC放大电路交流（动态）分析工作原理1.放大电路的交流通路UoUiIiIcIb2.放大电路的工作过程当有交流信号ui加到放大器的输入端时，晶体管各点的电压和电流将在静态值基础上叠加一交流分量，此时电路中的信号即有直流，又有交流。uiuBEUBEtuCEUCEuo工作原理规定直流分量：大写字母、大写下标交流分量：小写字母、小写下标交直流叠加量：小写字母、大写下标工作原理放大电路交流（动态）分析2.放大电路的工作过程三极管放大作用变化的通过转变为变化的电压输出cicRui→ube→ib→ic(ib)→icRc→uce→uouo与ui的极性相差1800。UoUiECUoUiIiIcIbuce=-icRL’2-1工作原理放大电路的放大倍数输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。电压放大倍数定义为ioU/UUA电流放大倍数定义为ioI/IIA)(lg20)(ioUdBUUdBA)(lg20)(IdBIIdBAio放大电路的分析方法放大电路的图解分析方法晶体管的h参数低频小信号模型共射极h参数等效电路的分析方法放大器工作点稳定问题放大电路的图解分析方法通过作图的方法求AU、AI及放大电路的最大不失真电压。交流负载线交流负载线确定方法：1.通过输出特性曲线上过Q点做一条斜率为1/RL'直线。2.交流负载电阻RL´=RL∥Rc3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。uouiiiicib比直流负载线要陡2-2图解分析方法图解分析1.求出静态工作点Q。2.画出交流通路，求出交流负载电阻。RL'=Rc//RL3.以Q为基准，在输入特性曲线上，根据ui的变化波形求出ib的波形及幅值Ibm。作出交流负载线。UoUiECUoUiIiIcIbIbmIcmUom图解分析方法图解分析不截止Ucm1不饱和Ucm22-3图解分析方法图解分析6.求增益AU=Ucm/UimAI=Icm/Iim7.确定放大器的最大工作范围-最大不失真电压Ucm=min(Ucm1,Ucm2)通过图解分析，可得如下结论：1.uiuBEiBiCuCEuo2.uO与ui相位相反；3.可以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。饱和失真截止失真由于放大电路的工作点达到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达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。波形的失真双向失真放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；2-42-52.要有合适的交流负载线；3.输入信号的幅度不能太大。工作点位置合适信号过大而引起的非线性失真。2-3-1放大电路的等效电路分析方法共射h参数模型模型建立：小信号、忽略晶体管的电容效应和非线性),(cebbeUIfU),(cebcUIfI输入特性曲线：输出特性曲线：cecebebbbebedddbceUUUIIUUIUcecebbcdddbceUUIcIIIIIUc取全微分：cecebebbbebebceUUUIIUUIUcecebbcbceUUIcIIIIIUc等效电路分析共射h参数模型hie=Ube/IbUce=C称为输入电阻，即rbe。称为反向电压传输系数。也称电压反馈系数。hfe=Ic/IbUce=C称为电流放大系数，即。hoe=Ic/UceIb=chre=Ube/UceIb=c称为输出电导，即1/rce。等效电路分析共射h参数模型cerebiebeΔΔΔUhIhUceoebfecΔΔΔUhIhIIbUbe+-Uce+-IcUbe+-Uce+-IbbecIchie+-hreUcehfeIb1/hoeUec+-IbUbc+-IeUec+-IbbceIehic+-hrcUechfcIb1/hocIeUeb+-IcUcb+-Ucb+-IeebcIchib+-hrbUcbhfbIe1/hobUeb+-Ubc+-共集h参数模型等效电路分析共基h参数模型等效电路分析三种h参数是可以互换例：已知三极管共射h参数:hie=1.4Khre=3.3710-4hfe=44hoe=2710-6S该三极管连成共基电路，求它的共基h参数值。解：311feieibhhh41051feoeierbhhhh978.01fefefbhhhShhhfeoeob6106.01共射和共基的反向传输系数很小，输出电阻都很高。等效电路分析h参数简化模型简化条件：1.RL’1/hoe(rce)2.反向传输系数很小，hre可以忽略一般共射和共基连接这两个条件都能满足Uce+-IbbecIchie+-hreUcehfeIb1/hoeUbeUcehfeIbhieUebUcbhfbIebecIeIchib等效电路分析输入电阻hie的估算bceb'rercrbb'晶体管内部的简化模型表示rbb’—基区体电阻re—发射结正向电阻rc—集电结反向电阻(mA)26(mV)EQeIr（IEQ静态工作点）efebbie)(1rhrhEQfebb26)(1Ihrrbb':低频—数百欧，典型值300高频—几欧~几十欧等效电路分析共射h参数等效电路分析方法1.首先画出放大电路的交流通路；2.将交流通路中的晶体管用h参数等效电路代替；3.标出等效电路中的电压电流量，进行动态分析。UoUsECUoUsIiIcIb2-6等效电路分析共射h参数等效电路分析方法UoUsIiIcIbUoUsIiIcIbhiehfeIbUiRbhie可忽略UoUsIiIchiehfeIiUi1.输入阻抗ririiiiIUrri=hie如考虑Rb的影响，ri'ri'=Rb//hie定义：UbeUcehfeIbhie等效电路分析共射h参数等效电路分析方法UoUsIiIchiehfeIiUi2.电流增益AIioIIIA=hfe3.电压增益AUioUUUAieLfeh'Rh考虑信号源内阻RS的影响soUsUUAiosiUUUUieLfeisi'''hRhRRR增加放大增益有效的方法：适量增加IEQ。EQfeie26)(1003Ihh=-IcR’LIihie等效电路分析共射h参数等效电路分析方法4.输出阻抗步骤：（1）将输入信号源电压Us短路，即Us=0（2）将负载开路即RL=∞,并在输出端外加一激励信号Uo（3）在Uo激励下，产生电流Io,则输出阻抗roUoUsIiIchiehfeIiUioooIURIihiehfeIiUiIoUoroRo=∞如考虑Rc电阻对输出阻抗的影响UoUsIiIchiehfeIiUiro'roRo'=Rc放大电路的工作点的稳定温度漂移晶体管参数随温度变化的结果使原来设置的工作点随温度而移动的现象。温度对晶体管参数的影响T↑→IBQ↑→↑→ICBO↑→ICEO↑→ICQ↑→工作点上移C1%