模拟电子2第一节 概述2010

1第一节概述第一节概述放大的概念放大电路的主要技术指标下页总目录2第一节概述一、放大的基本概念放大电路的核心元件:是双极型三极管和场效应管。放大的对象:是变化量。(交流)放大作用:是小能量对大能量的控制作用。放大的本质:是实现能量的控制。下页上页首页3第一节概述1.电压放大倍数2.电流放大倍数适用条件:IoIiUoUiIoIiAuAi==Uo没有明显失真1.放大倍数放大电路Ri+-+-RsRoRL正弦测试电压放大电路技术指标测试示意图UsOU+-Ui+-Uo负载电阻二、放大电路的主要技术指标下页上页首页4第一节概述无明显失真的最大输出电压(或电流)，一般指电压的有效值,以Uom(或Iom)表示。2.最大输出幅度IoIi下页上页放大电路Ri+-+-RsRoRL正弦测试电压放大电路技术指标测试示意图UsOU+-Ui+-Uo负载电阻首页5第一节概述所有的谐波总量与基波成分之比:12322UUUD3.非线性失真系数IoIi下页上页放大电路Ri+-+-RsRoRL正弦测试电压放大电路技术指标测试示意图UsOU+-Ui+-Uo负载电阻首页6第一节概述4.输入电阻中频段iiiIUR通常希望Ri愈大愈好IoIi下页上页放大电路Ri+-+-RsRoRL正弦测试电压放大电路技术指标测试示意图UsOU+-Ui+-Uo负载电阻首页7第一节概述5.输出电阻中频段Ls0oooRUIUR通常希望Ro愈小愈好。下页上页IoIi放大电路Ri+-RsRo放大电路技术指标测试示意图OU+-Ui+-Uo首页8第一节概述放大倍数在高频和低频段分别下降至中频放大倍数的0.707倍时所包括的频率范围,用BW表示。如图所示.BW0.707AvmAvmAvOf放大电路的通频带6.通频带下页上页首页9第一节概述输出功率:无明显失真时的最大输出功率,用Pom表示。VomPP效率:PV为直流电源消耗的功率。除以上几个主要技术指标,针对不同场合，还可能提出其他一些指标，如电源容量，抗干扰能力等。7.最大输出功率与效率上页首页10第一节概述第二节单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路的组成单管共发射极放大电路的工作原理下页总目录11第一节概述VBBuiRbRCVT+-uoVCC~原理电路一、单管共射放大电路组成IBiCVT是放大电路的核心，VCC提供输出信号能量，Rb和VBB提供发射结偏置电压UBE和静态基极电流IB。uCEUBERC将iC的变化量转化为uCE的变化量，下页上页首页12第一节概述二、单管共射放大电路的工作原理定性分析:在输入端加一Δui将依次产生ΔuBE、ΔiB、ΔiC、ΔuCE和ΔuoUCEUBEibic适当选择参数，Δuo可比Δui大得多，从而实现放大作用。下页上页VBBuiRbRCVT+-uoVCC~原理电路首页13第一节概述1.三极管必须工作在放大区，原理电路缺点:★放大电路组成原则：3.ΔiC能够转化为ΔuCE,并传送到放大电路的输出端。2.Δui能够传送到三极管的基极回路,产生相应的ΔiB，1.需要两路直流电源,既不方便也不经济，2.输入、输出电压不共地。下页上页首页14第一节概述C1、C2是隔直或耦合电容，RL是放大电路的负载电阻，省去了基极直流电源VBB。克服了原理电路的缺点,比较实用。★单管共射放大电路的改进电路上页RbRcVT+-uo单管共射放大电路+-uiRLC1C2+VCC++首页15第一节概述第三节放大电路的基本分析方法直流通路与交流通路静态工作点的近似估算图解法微变等效电路法下页总目录16第一节概述电容相当于开路电感相当于短路一、直流通路与交流通路RbRcVT+VCC直流通路1.直流通路用于放大电路的静态分析。在直流通路中:RbRcVT+-uiRLC1C2+VCC+-uo下页上页首页17第一节概述电容和理想电压源相当于短路电感和理想电流源相当于开路2.交流通路用于放大电路的动态分析。在交流通路中:下页上页RbRcVT+-uiRLC1C2+VCC+-uoRbRcVT+-uiRL+-uo交流通路首页动画18第一节概述二、静态工作点的近似估算静态工作点:外加输入信号为零时,三极管的IBQ,ICQ,UBEQ,UCEQ，在输入输出特性曲线上对应一个点Q点。UBEQ可近似认为：硅管UBEQ=(0.6~0.8)V锗管UBEQ=(0.1~0.3)V静态分析(估算静态工作点)讨论对象是直流成分。下页上页首页19第一节概述+-UBE+-UCEIBIC由图中的直流通路,CCQCCCEQRIVUbBEQCCBQRUVIBQCQII估算方法:IBRb+UBEQ=VCCICQRc+UCEQ=VCC可求得单管放大电路的静态工作点的值为:下页上页直流通路VT+VCCRbRc首页20第一节概述[例2.3.1]设单管共射放大电路中,VCC=12V,Rc=3kΩ,Rb=280kΩ,β=50,试估算静态工作点。解:设UBEQ=0.7V,则AmARUVI4004.02807.012bBEQccBQmAII204.050BQCQVRIVU63212cCQccCEQRbRcVT+-uiRLC1C2+VCC+-uo下页上页首页21第一节概述三、图解法（一）图解法的过程图解法即可分析静态,也可分析动态。过程一般是先静态后动态。1.图解分析静态任务:用作图法确定静态工作点,求出IBQ,ICQ和UCEQ。由于输入特性不易准确测得,一般用近似估算法求IBQ和UBEQ。下面主要讨论输出回路的图解法。下页上页首页22第一节概述+-uCE+-uCEVTRcVCCMNiCiC下页上页RbRcVT+-uiRLC1C2+VCC+-uo输出回路的等效电路首页23第一节概述iB=IBQVCCICQRcVCCUCEQiC/mAuCE/VO根据输出回路方程uCE=VCC–iCRc作直流负载线，与横坐标交点为VCC,与纵坐标交点为VCC/Rc，直流负载线与特性曲线Ib=IBQ的交点即Q点,如图示。Q直流负载线和静态工作点的求法斜率为-1/RC，是静态工作点的移动轨迹。下页上页+-uCE+-uCEVTRcVCCMNiCiC首页24第一节概述RbRcVT+-uiRLC1C2+VCC+-uo280KΩ3KΩ3KΩ12ViB=80μА6040200[例2.3.2]试用图解法确定下图所示电路的静态工作点。1226QiC/mAOuCE/V4解：首先估算IBQ+-UBE+-UCEIBIC=40μAuCE=12-3iCIBQ=VCC-UBEQRbIBQ输出回路方程IBQ=40μAICQ=2mAUCEQ=6V下页上页首页25第一节概述2.图解分析动态动态分析(估算动态技术指标)讨论对象是交流成分。下页上页RbRcVT+-uiRLC1C2+VCC+-uoVT+-ΔuCE+-ΔuCEMNΔiCΔiC交流通路的输出回路RCRL首页26第一节概述交流负载线iB=80μА60402001226QiC/mAOuCE/V4直流负载线画法：过静态工作点Q，作一条斜率为-1/（RC//RL）的直线。ΔuCE=-ΔiC(RC//RL)交流负载线：描述放大电路的动态工作情况。下页上页VT+-ΔuCE+-ΔuCEMNΔiCΔiC交流通路的输出回路RCRL首页27第一节概述QIBQ402060iB/μАuBE/VOiCOtiBOt0.7ΔuBEUBEQtuBEtuCEUCEQΔuCE0.720.68ΔiB放大电路动态工作情况下页上页交流负载线iB=80μА60402001226QiC/mAOuCE/V4直流负载线首页28第一节概述用图解法求放大电路的放大倍数假设IBQ附近有一个变化量ΔiB，在输入特性上找到相应的ΔuBE，在输出特性的交流负载线上找到相应的ΔiC和ΔuCE。则电压放大倍数：ΔuBEAu=ΔuCE电流放大倍数：ΔiBΔiCAi=下页上页首页29第一节概述Au=ΔuBEΔuCE=4.5-7.50.72-0.68=-75负号表示uCE与uBE反相位下页上页7.54.5QIBQ402060iB/μАuBE/VOiCOtiBOt0.7ΔuBEUBEQtuBEtuCEUCEQΔuCE0.720.68ΔiB交流负载线iB=80μА60402001226QiC/mAOuCE/V4直流负载线首页30第一节概述结论：uBEQuCEQiBQiBOtOtuBEOtuCEOtiCiCQ由右图可知：单管共射放大电路中，1.交直流并存，2.有电压放大作用，3.有倒相作用。uoui下页上页首页31第一节概述3.图解法的步骤（一）画输出回路的直流负载线，（二）估算IBQ，确定Q点，得到ICQ和UCEQ，（三）画交流负载线，（四）求电压放大倍数。下页上页首页32第一节概述Q点过低iC/mAOuCEiC/mAtO（二）、图解法的应用1.分析非线性失真QuCEtOUCEQICQ截止失真uCE波形出现顶部失真。交流负载线iB下页上页首页动画33第一节概述饱和失真交流负载线iC/mAOuCEQICQtOiC/mAuCEtOUCEQuCE波形出现底部失真。iBQ点过高下页上页首页34第一节概述OuCEiC/mA2.用图解法估算最大输出幅度QiB=0μАCDEABQ点应尽量设在交流负载线上线段AB的中点。若CD=DE，则22omDECDU否则22minomDECDU，交流负载线直流负载线下页上页首页35第一节概述OuCEiCOuCEiC3.分析电路参数对静态工作点的影响Q1Q2VCCRCVCCRb1Rb2Q1Q2VCCRC1VCCRC2RC1VCCRC2增大RC，Q点靠近饱和区。增大Rb，Q点靠近截止区。下页上页首页36第一节概述OuCEiCuCEOiCQ1Q2VCCRCVCCβ2β1Q1Q2VCC2RCVCC2VCC2VCC1VCC1RCVCC1VCC升高时,Q点移向右上方,Uom增大，三极管静态功耗也增大。β增大时，特性曲线上移，Q点移近饱和区。下页上页首页37第一节概述四、微变等效电路法适用条件：微小交流工作信号，三极管工作在线性区。解决问题：处理三极管的非线性问题。等效：从线性电路的三个引出端看进去，其电压、电流的变化关系和原来的三极管一样。下页上页首页38第一节概述iBuBEOOiCuCE（一）简化的h参数微变等效电路1.三极管的等效电路QΔiBβΔiBΔiBQΔuBE以共射接法三极管为例三极管特性曲线的局部线性化rbe=ΔuBEΔiBΔiC=βΔiB输入端可等效为一个电阻。输出端可等效为一个受控电流源。下页上页首页39第一节概述由以上分析可得三极管的微变等效电路三极管的简化h参数等效电路+-+-rbeΔuBEΔiCβΔiBΔuCEΔiBecb此电路忽略了三极管输出回路等效电阻rce。+-bce+-ΔuBEΔuCEΔiBΔiC下页上页首页40第一节概述用简化的微变等效电路计算单管共射放大电路的电压放大倍数和输入、输出电阻。+-+-rbeuiiCβibuoibecbRcRLRb单管共射放大电路的等效电路先画出三极管的等效电路，再依次画出放大电路的交流通路下页上页RbRcVT+-uiRLC1C2+VCC+-uo首页41第一节概述电压放大倍数：Au=uoui=-βibRc//RLibrbe=rbe-βRc//RL输入电阻：=Rb//rbe输出电阻：Roui=0RL=∞Ri=uiiiuoio=Ro=Rc+-uoio下页上页+-+-rbeuiiCβibuoibecbRcRLRbui+-rbeiCβibibecbRcRb首页仿真42第一节概述2.rbe的近似估算公式rbe≈rbb΄+(1+β)26IEQ其中:rbb΄是三极管的基区体电阻,若无特别说明,可认为rbb΄约为300Ω,26为常温下温度的电压当量单位为mV。下页上页首页43第一节概述图2–16rbe估算等效电路bIbrbb′rccIbb′re′ree(a)内部结构示意图bereb′Ibrbb′IeIbc(b)输入等效电路Ube′rc44第一节概述)(26)1()(26)()(26)1(])1([)1