模电课件 第二章 基本放大电路

第二章基本放大电路§2.1放大的概念和放大电路的主要性能指标一、放大的概念放大的概念:将微弱的电信号（电压或电流）放大成较大的电信号。放大的对象为变化量。放大的实质:能量的控制与转换。用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。对放大电路的基本要求：1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。2.尽可能小的波形失真(不失真:输出量和输入量始终保持线性关系）。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。本章主要讨论电压放大电路。二、放大电路的性能指标②放大电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro。③断开时的输出电压。载电阻是空载输出电压，即负LoRU④同一个的放大电路，在幅值相同但频率不同的下，也会不同。iUoU①信号源由和内阻RS串联组成，是放大电路的输入电压；是放大电路的输出电压。iUsUoU放大电路不包括负载电阻1.示意图输入电流输出电流⑴放大倍数⑵输入电阻：从放大电路输入端看进去的等效电阻。2.放大电路的性能指标：放大倍数是直接衡量放大电路放大能力的重要指标，其值为输出量与输入量之比。电压放大倍数：iouuuUUAA电流放大倍数：ioiiiIIAA互阻放大倍数：iouiIUA互导放大倍数：ioiuUIAiiiIUR重点放大电路是信号源的负载。Ri越大，加到放大电路的输入电压越大，信号电压在内阻上的损失越小。iUSU放大电路信号源⑶输出电阻任何放大电路从输出端向左看都可以等效成一个有内阻的电压源，其中的内阻称为输出电阻Ro。Ro可以从放大电路本身来计算，也可以通过实验室测量出Uo，Uo和RL由下式计算：LoooooLLoRUURURRRU1输出电阻Ro越小，负载电阻RL变化时，Uo的变化越小，放大电路的带负载能力越强。在多级放大电路中：后一级放大电路是前一级的负载，即放大电路Ⅱ的Ri2是放大电路Ⅰ的负载电阻。而前一级放大电路是后一级的信号源，即放大电路Ⅰ是放大电路Ⅱ的信号源，其内阻为Ro1。放大电路⑷通频带⑸非线性失真系数通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。LHbwfff通频带二极管、三极管和场效应管是非线性元件，若输入信号幅值太大，经过放大电路后输出电压会产生非线性失真。输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数D。设基波幅值为A1、谐波幅值为A2、A3、…，则12322213212AAAAAAAD中频放大倍数放大倍数的幅值随频率变化的曲线⑹最大不失真输出电压⑺最大输出功率与效率当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。实测时，需定义非线性失真系数D的额定值，输出波形的非线性失真系数刚刚达到额定值时的输出电压即为最大不失真输出电压。一般用有效值Uom表示。在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率称为最大输出功率Pom。此时,输出电压达到最大不失真输出电压。直流电源能量的利用率称为效率η，其值为最大输出功率Pom与电源消耗功率PV之比。VomPP§2.2基本共射放大电路的工作原理一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用晶体管T--放大元件,iC=iB。要保证发射结正偏,集电结反偏,使晶体管工作在放大区。基极电源VBB与基极电阻Rb--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。共发射极基本电路§2.2基本共射放大电路的工作原理一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用集电极电源VCC--为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。当ui=0时，只有直流分量IB、IC、IE、UBE、UCE。(静态)IBICUCEIEUBEUBEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOUCEiBiCuCEiEuBE有输入信号(ui≠0)时，不管电压，还是电流，都会有交流分量和直流分量，且交流分量是叠加在直流分量上面的。UBEIB？uCE=VCC－iCRCICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCE二、设置静态工作点的必要性1、静态工作点（Q）：求IBQ、ICQ、IEQ、UBEQ、UCEQ。IBQICQUCEQUBEQCEOBQCQIIIBQBQIβIβbBEQBBBQRUUI所以由KVL:VBB=IBQRb+UBEQ由KVL:UCC=ICQRC+UCEQ所以UCEQ=VCC–ICQRC列方程求解静态工作点的方法叫估算法。V2.0V7.0:eiBEQGSUICUCEOIBUBEO结论：无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和IC、UCE。(IB、UBE)和(IC、UCE)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。QIBUBEQUCEIC2、设置静态工作点的必要性如果没有静态电流电压：（1）静态时，IB=0、IC=0、UCE=VCC，管子处于截止状态。（2）动态时，如果输入信号足够大,正半周时,管子导通,负半周管子截止，输出波形失真。如果输入信号不够大，管子始终处于截止状态。所以，要使放大电路正常工作，要设置静态工作点，这样才可能使管子在整个周期内都处于放大状态。三、放大电路的工作原理及波形分析UBEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOiBiCuCEuBEuBE=UBE+ubeiB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=iBuCE=UCE+uceuCE=VCC－iCRCuce=uo结论：(1)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析结论：(2)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。(3)输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结反偏。(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。(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，经电容耦合只输出交流信号。四、放大电路的组成原则1、组成原则uCE=VCC－iCRC2、常见的两种共射放大电路⑴直接耦合共射放大电路12bBEQbBEQCCBQRURUVIBQBQCQIIICCQCCCEQRIVU)(LCCQCCCLLCEQRRIVRRRU①无负载时的静态工作点：（令）0iu（思考：为什么Rb1不可缺少？）②接负载时的静态工作点：BI1BI2BI1bUBEUCILCEQCCEQCCCQRURUVI单电源供电时常用的画法⑵阻容耦合共射放大电路C1、C2为耦合电容（电解电容，容量大）：对直流信号相当于开路；对交流信号相当于短路。+VCCRbRCT++–UBEUCE–ICIBIE0iu阻容耦合放大电路带负载与不带负载时的静态工作点是相同的。bBEQCCBQRUUI所以bQRUICCBCQIBQBQIβIβ当UBEUCC时，+VCCRbRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:VCC=IBQRb+UBEQ由KVL:VCC=ICQRC+UCEQ所以UCEQ=UCC–ICQRC求静态工作点：§2.3放大电路的分析方法一、直流通路和交流通路分析任务：静态工作点分析（求Q：IBQ、ICQ、UCEQ）动态参数分析（求、Ri、Ro）uA直流通路：无信号时直流电流流经的通路。用来计算静态工作点。电容视为开路，电感视为短路。信号源用短路代替，但内阻要保留。交流通路：有信号时交流电流流经的通路。用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。大容量的电容视为短路，直流电源（VCC）用短路代替。幻11，18，19⑴直接耦合共射放大电路的直流通路和交流通路直流通路交流通路us信号源us=0VCC=0（2）阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路直流通路交流通路C断路us=0C短路VCC=0二、图解法bBBBBERiVu输入回路作图求解静态工作点的方法叫图解法。iBiCuCEuBE),(BQBEQbBBBBEIUQRiVu的交点确定由输入特性曲线与直线1、由图解法求静态工作点思考：直流负载线方程怎么得来？直流通路“直流负载线”叫做根据此方程画出的直线，输出回路CCCCCERiVuiBiCuCEuBE),(CQCEQBQBIUQII定与直流负载线的交点确这条输出特性曲线由直流负载线2、由图解法求电压放大倍数加入输入信号△uI，bBIBBBERiuVu＋IoICEuuuuuABIiu确定由oCBuii确定由beBEuu就是3、波形非线性失真的分析⑴截止失真当Q点过低时，ib在负半周会出现失真，ic也会出现负半周失真，uce（uO）正半周失真。⑵饱和失真当Q点过高时，ib不会出现失真，但Q点过高进入饱和区ic会出现正半周失真，uce（uO）负半周失真。与负载线的交点这条输出特性曲线BBQiI4、交流负载线⑴阻容耦合共射放大电路交流通路icuceCEQLCQCCEQLCcCEQceCEURIiURRiUuu)()//(点说明交流负载线过时，从上式：当QUuIiCEQCECQCLLCEQCQCELCRRUIuRi11－知交流负载线的斜率为）＋（＝－另外，LRQ/1为－点且斜率结论：交流负载线过交流负载线方程带负载后，最大不失真输出电压变小。不带负载时最大不失真输出电压Uom的求法:⑴阻容耦合共射放大电路om2,UUVUUCEQCCCESCEQ得到有效值并除以的最小值））与（取（直流负载线带负载时最大不失真输出电压Uom的求法:om2,URIUULCQCESCEQ得到有效值除以中的小者）与取（三、等效电路法：1、估算法求静态工作点（前已述，此略）对晶体管模型用线性电路来表示，然后应用求解线性电路的方法来进行分析计算。（2）直接耦合放大电路：交流负载线与直流负载线相同。5、图解法的适用范围分析Q点位置，分析最大不失真输出电压等。2、微变等效电路法求动态参数1）晶体管的h参数交流小信号模型（微变等效电路）1）晶体管的h参数交流小信号模型（微变等效电路）采用h参数微变等效电路的条件：输入信号幅度很小，把晶体管看成是一个线性双端口网络。输入特性：输出特性：),(CEBBEuifu),(CEBCuifiCEICECBUBCCCEICEBEBUBBEBEuuiiiiiuuuiiuuBCEBCEdddddd求全微分：表示共射极接法下表中的ehUhIhIUhIhUUuiIiiIUuuIiuUICECUBCIUce22eb21ecce12eb11ebecebcceCEBEbBBEbeBCEBCEbeBEBEdUuu对应于的变化部分，代表表示共射极接法下表中的ehUhIhIUhIhUUuiIiiIUuuIiuUICECUBCIUce22eb21ecce12eb11ebecebcceCEBEbBBEbeBCEBCE表示共射极接法下标中的ehUhIhIUhIhUUuiIiiIUuuIiuUICECUBCIUce22eb21ecce12eb11ebecebcceCEBEbBBEbeBCEBCEh参数的物理意义及求解方法：ber012eh：＝CEBBEe11Uiuh：＝BCEBEe12Iuuh等效动态电阻输入曲线基本重合小大e22e22CECe22e21BCe2110::BCEhhuihhiihIU，，小大简