【电子教案--模拟电子技术】第二章基本放大电路

模拟电子技术第2章基本放大电路2.2晶体管放大电路的组成及其工作原理2.3图解分析法2.4微变等效电路分析法2.8场效应管放大电路2.6共集电极放大电路2.5分压式偏置稳定共射放大电路2.7共基极放大电路2.1概述模拟电子技术2.1.1.放大电路的基本概念放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大电路。2.1概述模拟电子技术2.1.2.放大电路的主要技术指标1.放大倍数——表示放大器的放大能力根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。模拟电子技术（1）电压放大倍数定义为:AU=UO/UI（重点）（2）电流放大倍数定义为:AI=IO/II（3）互阻增益定义为:Ar=UO/II（4）互导增益定义为:Ag=IO/UI模拟电子技术2.输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻输入电阻：Ri=ui/ii一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，Ri越大，ui就越接近uS。输入端iiuiRi~uSRS信号源Au输出端模拟电子技术3.输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻。Au~uS输出端~Rouso输出端模拟电子技术4.通频带通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线fAAm0.7AmfL下限截止频率fH上限截止频率3dB带宽模拟电子技术输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。0,.o.ooSL===URIUR输出电阻的定义：模拟电子技术2.2晶体管放大电路的组成及其工作原理2.2.1共射基本放大电路的组成及其工作原理模拟电子技术2.2.1共射基本放大电路的组成及其工作原理一．放大原理三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。→△UCE（-△IC×Rc）放大原理：iU→△UBE→△IB→△IC（b△IB）电压放大倍数：→oU-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCEBE+△UIUB+△IIC+△U+△CEUO=iouUUABCE模拟电子技术IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQ-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCEBE+△UIUB+△IIC+△U+△CEUOceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu====符号说明模拟电子技术RbVBBRCC1C2T放大元件iC=biB，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RL二.单管共射极放大电路的结构及各元件的作用+VCC模拟电子技术共射放大电路组成使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL基极电源与基极电阻模拟电子技术集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL模拟电子技术共射放大电路集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL模拟电子技术耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F~50F作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL++uiuo模拟电子技术单电源供电可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRL模拟电子技术Rb单电源供电+VCCRCC1C2TRL模拟电子技术2.3图解分析法2.3.2动态工作情况分析2.3.1静态工作情况分析引言模拟电子技术引言基本思想非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路(ui=0)分析静态。交流通路(ui0)分析动态，只考虑变化的电压和电流。画交流通路原则：1.固定不变的电压源都视为短路；2.固定不变的电流源都视为开路；3.视电容对交流信号短路0j/1C模拟电子技术放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静态值（直流值）UBE、IB、IC和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。2.3.1静态工作情况分析模拟电子技术Rb+VCCRCC1C2TRL为什么要设置静态工作点？放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真。模拟电子技术开路Rb+VCCRCC1C2RL画出放大电路的直流通路一、静态工作点的估算将交流电压源短路将电容开路。直流通路的画法：开路模拟电子技术Rb+VCCRC直流通道用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）模拟电子技术（1）估算IB（UBE0.7V)Rb+VCCRCIBUBEbBECCBRUVI=bCC7.0RVbRVCCRb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。模拟电子技术（2）估算UCE、ICRb+VCCRCICUCECCCCCERIVU=IC=bIB模拟电子技术例2.3.1：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，b=37.5。解：Aμ400.04mA30012RVIbCCB===mAIIBC5.104.05.37==b6V41.512RIVUCCCCCE===请注意电路中IB和IC的数量级UBE0.7VRb+VCCRC模拟电子技术Rb+VCCRCC1C2Tui=0时由于电源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICRLIB无信号输入时1.静态工作点——Ui=0时电路的工作状态二用图解法确定静态工作点模拟电子技术Rb+VCCRCC1C2TICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RLIB静态工作点模拟电子技术(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。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB模拟电子技术UCE=VCC–ICRC直流负载线由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QVCCICUCECCCRVQIB静态UCE静态IC模拟电子技术三、电路参数对静态工作点的影响1.改变RB，其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQRBiBQ趋近截止区；RBiBQ趋近饱和区。2.改变RC，其他参数不变RCQ趋近饱和区。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC模拟电子技术例2.3.2设RB=38k，求VBB=0V、3V时的iC、uCE。[解]uCE/ViC/mAiB=010A20A30A40A50A60A41O235当VBB=0V：iB0，iC0，5VuCE5V当VBB=3V：BBE(on)BBBRUVi=mA0.06=0.3UCE0.3V0，iC5mA模拟电子技术iC0iC=VCC/RC三极管的开关等效电路截止状态SBCEVCC+RCRBiB0uCE5ViB饱和状态uCE0判断是否饱和临界饱和电流ICS和IBS：CCCCCE(sat)CCCSRVRUVI=CCCCSBSRVIIbb=iBIBS，则三极管饱和。模拟电子技术IBUBEQICUCEuiibibic1.交流放大原理（设输出空载）假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号ui静态工作点2.3.2用图解法确定动态工作情况模拟电子技术ICUCEicuCE也沿着负载线变化uCEUCE与Ui反相！uCE怎么变化模拟电子技术各点波形uo比ui幅度放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo＋－－＋ceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu====模拟电子技术对交流信号(输入信号ui)短路短路置零2.放大器的交流通路Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/C0将直流电压源短路，将电容短路。交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法：模拟电子技术RbRCRLuiuo交流通路模拟电子技术Rb+VCCRCC1C2RL3.交流负载线输出端接入负载RL：不影响Q影响动态！模拟电子技术交流负载线RbRCRLuiuoicuce其中：CLLR//RR=uce=-ic（RC//RL）=-icRL模拟电子技术交流量ic和uce有如下关系：这就是说，交流负载线的斜率为：LR1uce=-ic（RC//RL）=-icRL或ic=（-1/RL）uce交流负载线的作法：①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。模拟电子技术ICUCEVCCCCCRVQIB交流负载线直流负载线①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。模拟电子技术例2.3.3硅管，ui=10sint(mV)，RB=176k，RC=1k，VCC=VBB=6V，图解分析各电压、电流值。[解]令ui=0，求静态电流IBQA)(30mA)(03.01767.06BQ===IRL+–iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–+–+uCE+uBE–模拟电子技术uBE/ViB/A0.7V30QuituBE/VtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10A20304050605Q6直流负载线QQ6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOOOO模拟电子技术当ui=0uBE=UBEQiB=IBQiC=ICQuCE=UCEQ当ui=Uimsintib=Ibmsintic=Icmsintuce=–Ucemsintuo=uceiB=IBQ+IbmsintiC=ICQ+IcmsintuCE=UCEQ–Ucemsint=UCEQ+Ucemsin(180°–t)iouu模拟电子技术放大电路的非线性失真问题因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真NPN管：顶部失真为截止失真。PNP管：底部失真为截止失真。不发生截止失真的条件：IBQIbm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线模拟电子技术2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：底部失真为饱和失真。PNP管：顶部失真为饱和失真。L(SAT)CECCCSBSRUVII==bbIBS—基极临界饱和电流。不接负载时，交、直流负载线重合，VCC=VCC不发生饱和失真的条件：IBQ+IbmIBSuCEiCtOOiCOtuCEQVCC模拟电子技术饱和失真的本质：负载开路时：接负载时：受RC的限制，iB增大，iC不可能超过VCC/RC。受RL的限制，iB增大，iC不可能超过VCC/RL。C1+RCRB+VCCC2RL+uo++iBiCVui(RL=RC//RL)模拟电子技术选择工作点的原则：当ui较小时，为减少功耗和噪声，“Q”可设得低一些；为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；为获得最大输出，“Q”可设在交流负载线中点。模拟电子技术2.4微变等效电路分析法2.3.2H参数小信号模型2.3.1H参数的引出引言模拟电子技术一建立小信号模型的意义由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是在一定的条件下（工作点附近）将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。由于研究对象的多样性和复杂性，往往把对象的某些特征提取出来，用已知的、相对明了的单元组合来说明，并作为进一步研究的基础，这种研究方法称为建模。引言模拟电子技术当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。二建立小信号模型的思路模拟电子技术2.3.1H参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV