低频电路-基本放大电路1

1模电数电第二章基本放大电路模拟电路部分2§2.1概论§2.2放大电路的组成和工作原理§2.3放大电路的分析方法§2.4静态工作点的稳定§2.5射极输出器§2.6阻容耦合多级放大电路§2.7场效应管放大电路第二章基本放大电路32.1.1放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的二端口网络表示：uiuoAu§2.1概论42.1.2放大电路的性能指标一、电压放大倍数AuiouUUA||Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值。uiuoAuiouUUAAu是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。5二、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。Au~USiiiIUr定义：即：ri越大，ii就越小，ui就越接近uSiIiU6三、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'RLRL从负载的角度看内阻越小越好，说明放大器的带负载能力越强7如何确定电路的输出电阻ro？步骤：1.所有的信号源去掉（保留受控源）。2.加压求流法。UIIUro方法一：计算。8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。LoooR)UU(r1~roUs'RLUo'步骤：3.计算。9四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线102.1.3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11三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§2.2基本放大电路的组成和工作原理122.2.1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+ECEBRCC1C2T13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+ECEBRCC1C2T14集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T15集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2T16耦合电容：电解电容，有极性。大小为10F~50F作用：隔离直流，同时能使交流信号顺利输入输出。RB+ECEBRCC1C2T++17可以省去电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T++18单电源供电电路+ECRCC1C2TRB问：能否保证放大的偏置条件？如何保证？192.2.2基本放大电路的工作原理ui=0时由于电源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、静态工作点RB+ECRCC1C2T20IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T21(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。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ22IBUBEQICUCEuCE怎么变化假设uBE有一微小的变化ibtibtictuit（毫伏量级）（微安量级）（毫安量级）二。交直流叠加波形的关系23各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCEtuotuiiCuCEuoiBuce相位如何uce与ui反相！24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。25如何判断一个电路是否能实现放大？3.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。4.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来判断；如果未给定电路的参数，则根据电路结构确定。1.信号能否输入到放大电路中。2.信号能否输出。与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：26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§2.3放大电路的分析方法EWB、Pspice等272.3.1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。28例：对直流只有+EC开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC29对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路？30一、直流负载线ICUCEUCE~IC满足什么关系？1.三极管的输出特性。2.UCE=EC–ICRC。ICUCEECCCREQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB直流通道RB+ECRC2.3.2直流负载线和交流负载线Uce31二、交流负载线icLcecRui1其中：CLLRRR//uceRBRCRLuiuo交流通路交流负载线的斜率为：LcceRiu'32交流负载线的作法ICUCEECCCREQIB过Q点作一条直线，斜率为：LR1交流负载线ICUCEictucetQQ1Q2332.3.3静态分析一、估算法（1）根据直流通道估算IBIBUBEBBECBRUEIBCRE7.0BCRERB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。+EC直流通道RBRC34（2）根据直流通道估算UCE、IBICUCECEOBCIIICCCCERIEUBI直流通道RBRC35二、图解法先估算IB，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IB对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。ICUCEBBECBRUEIQCCREEC36例：用估算法计算静态工作点。已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：A40mA04.030012BCBREImA51040537...IIIBBCV645.112CCCCCERIUU请注意电路中IB和IC的数量级。372.3.4动态分析一、三极管的微变等效电路1.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对输入的微变信号而言，三极管相当于电阻rbe。)mA()mV(26)1()(200EbeIrrbe的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：首先需将非线性元件近似为线性元件Q382.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uCEQ39ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。3.三极管的微变等效电路rbeibibrcerbeibibbcecbe注意这种等效只是在工作点附近线性区里40二、放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL41三、电压放大倍数的计算bebirIULboR'IUbeLurR'ALCLRRR'//结论：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI负载电阻越大负载越轻负载电阻越小负载越重iouUUA42四、输入电阻的计算输入电阻的定义：iiiIUr是动态电阻。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，因此一般总是希望较大的输入电阻。(RBrbe)43五、输出电阻的计算oooIUr放大器中输出电阻的定义：rbeRBRCiIbIcIbI00oUoICoooRIUr首先将信号源去掉，若信号源本身有内阻，则短路时内阻应保留。用加压求流法求输出电阻：442.3.5失真分析在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。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。45ICUCEictucet我们来看一下Q与波形失真的关系Q因为Q在放大区所以波形无失真46iCuCEuo可输出的最大不失真信号又称放大器的动态范围。选择静态工作点ibQ47iCuCEuo1.Q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ib注意截止失真是由于输入特性的非线性引起的48iCuCE2.Q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输出波形注意饱和失真是由于输出特性的非线性引起的49为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。由于三极管的UBE、和ICEO这三个参数受温度影响很大，而前面的电路中静态工作点与这些参数都有关系，故静态工作点会随着温度而改变。TUBEICEOQ§2.4静态工作点的稳定50温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。51小结：TIC固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。52分压式偏置电路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、静态分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路RE射极直流负反馈电阻CE交流旁路电容53TUBEIBICUEIC本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程。1.静态工作点稳定的原理设计使I2IB，于是I1约等于I2，使VB只取决于电阻分压，不受温度影响。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路B54I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路2.求静态工作点算法一：I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路+EC将电路变换为55I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路+EC方框中部分用戴维南定理等效为：RdESB21//BBdRRRCBBBSBERRRU212EdBESBBR)(RUUI1进而，可求出IE、UCE。56BII22121BBCRREII22BBRIVCBBBERRR212EEBEBBERIVVVUEBEBEBECRURUUIII1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路EECCCCERIRIEU算法二：B57EBCRUI可以认为与温度无关。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路58例：已知=50，EC=12V，RB1=7.5k，RB2=2.5k，RC=2k，RE=1k，求该电路的静态工作点。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo算法一的结果：mA04350.IBmA1752.IIBC