模拟电子技术 叶文霞 ch4-2 BJT放大电路(1)

放大电路模型和主要性能指标（参见课本绪论第1.4节和1.5节）„放大电路的表示方法和类型„放大电路模型„放大电路的主要性能指标12一、放大电路的表示方法和类型电压放大电路iovvvA/=电压增益信号源直流电源¾四种放大类型：负载电流放大电路电流增益ioiiiA/=互阻放大电路互阻增益iorivA/=互导放大电路互导增益iogviA/=3放大电路的表示方法和类型(续)放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制和转换放大电路的特征：功率放大放大电路的必备元件：有源器件(晶体三极管或场效应管)放大的前提：不失真或在容许的失真范围内4二、放大电路模型放大电路模型是指忽略实际放大电路的内部结构,采用一些基本元件构成的电路来等效放大电路的输入和输出特性。共有四种模型：电压放大、电流放大、互阻放大、互导放大电压放大模型输入电阻Ri-从放大器输入端口看进去的交流等效电阻受控电压源Avovi(其中Avo为输出开路(RL=∞)时的电压增益)输出电阻Ro-从放大器输出端口看进去的交流等效电阻RiRo¾电压放大模型组成元件:vo′=Avovi--空载输出电压5三、放大电路的主要性能指标‹放大电路的主要性能指标ƒ输入电阻Riƒ输出电阻Roƒ增益（放大倍数）ƒ频率响应ƒ非线性失真放大电路的性能指标是衡量其品质优劣的标准,并决定电路的适用范围.6放大电路的主要性能指标（1）1.输入电阻Rivi=Rs+RiRivs™Ri的大小决定了放大电路从信号源得到的信号大小。™Ri的计算方法输入为vs时Ri越大(RiRs),Rs对信号源电压衰减越小,vi越接近vs。(当输入为电流信号is时,Ri越小,ii越接近is,即要求RiRs)vsRsRi+vi-+-vtRi=it+-RivtRLit放大电路7放大电路的主要性能指标（2）2.输出电阻RoRo的计算方法™输出电阻的大小决定放大电路带负载的能力(即输出量随负载变化的程度)Ro越小,vo越稳定,RL变化对vo的影响越小,则带负载的能力越强。(Ro越大,输出电流io越稳定,RL变化对io的影响越小)RLRo+vo-vO’+-oLoLovRRRv′+=Ro(vs短路)Rsvt放大电路itvtRo=RL=∞vs=0(Rs保留)it8放大电路的主要性能指标（3）3.增益(放大倍数)其中(dB)lg20vA=电压增益四种增益:iovvv=AioiiAi=ioiArv=ioviAg=iAA、v常用分贝（dB）表示。(dB)lg20iA=电流增益(dB)lg10PA=功率增益20dB10-20dB0.140dB0dB-3dB-40dB|Av|的分贝表示10010.7070.01|Av|的数值表示例:9练习1.有两个电压放大倍数相同、输入和输出电阻不同的放大电路A和B，对同一个具有内阻的信号源电压进行放大，在负载开路的条件下测得A的输出电压比B的小，这说明A的。（A．输入电阻，B．输出电阻）比B的。(C．大，D．小)。AD2.一电压放大电路输出端接1KΩ负载电阻时,输出电压为1V(有效值),负载断开时,输出电压为1.1V(有效值),则该电路输出电阻为。100Ω104.2基本共射极放大电路C1、C2-耦合电容或隔直电容，作用是通交流隔直流。Rb-基极偏置电阻，Rc-集电极电阻，RL-负载电阻ƒ工作原理：oCCBBEisvviivvv⎯→⎯→→→⎯→⎯或基本CE放大电路组成:iBiCiE(阻容耦合方式)(直接耦合方式)vo11放大电路的两种工作状态静态—输入信号vi=0时放大电路的工作状态，电路中的电压、电流都是直流量，即直流工作状态。动态—有输入信号vi时放大电路的工作状态，各极电流、电压都在静态值的基础上变动。称为静态工作点Q（IBQ,ICQ,IEQ,VBEQ,VCEQ）放大电路建立正确的静态工作点Q，是保证动态工作的前提。分析放大电路时常将直流和交流分开进行,总的响应是交直流量的叠加。饱和区静态和动态分析要分别通过直流通路和交流通路进行Q12直流通路的画法：交流电压源短路,电容开路交流通路的画法：直流电压源短路(电流源或恒流源为开路)，电容短路------分别指直流电流/交流电流流通的路径直流通路与交流通路直流通路例:交流通路13练习画出下面放大电路的直流和交流通路.14静态工作点的近似计算VBEQ≈0.7V（硅）,ICQ=βIBQ=4mA,解:直流通路bBEQCCBQRVVI−=cCQCCCEQRIVV−=ICQIBQ+VCEQ-（由于C2的隔直作用，RL对Q点没有影响）例：已知VCC=10V,Rb=232.5kΩ,Rc=1.5kΩ,RL=0.75kΩ,β=100Akµ405.2327.010=−=IEQ=(1+β)IBQ=4.04mA=10–4mA×1.5k=4V154.3放大电路的分析方法‹图解法：利用BJT的输入、输出特性曲线，分析放大电路的静态工作点和动态工作情况，适用于信号幅度较大且工作频率不太高的情况。‹小信号模型分析法：利用BJT的小信号模型，分析计算放大电路的动态性能指标(电压增益，输入电阻，输出电阻等),适用于输入信号幅度较小的情况。放大电路的基本分析方法有两种：164.3.1图解分析法„静态工作点的图解分析„动态工作情况的图解分析„非线性失真„最大动态工作范围输入特性曲线iB=f(vBE)⏐vCE=常数输出特性曲线iC=f(vCE)⏐iB=常数(分析时取vCE1V的一条曲线)17一.静态工作点的图解分析2.由直流通路的输出回路列出方程：VCE=VCC－ICRc1.由直流通路的输入回路列方程式：VBE=VCC－IBRb直流负载线IBQVBEQcCCRVCCVQQICQVCEQ（斜率=）CR1−bCCRV斜率bR1−™一般先估算IBQ，再由输出特性曲线求ICQ和VCEQ.iB=IBQ先求出IBQ,则IBQ对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q例:18二.动态工作情况的图解分析™分析在输入信号作用下,放大电路中各电压/电流波形的幅值大小和相位关系。交流负载线iC=f(vCE)动态时工作点的移动轨迹---ƒ交流负载线必过静态工作点Qƒ交流负载线的斜率由交流vce和ic的关系式确定如何求交流负载线的方程?¾方法一:¾方法二:利用vCE=VCEQ+vce、iC=ICQ+ic以及vce和ic的关系式求求放大电路的交流负载线交流通路(其中R'L=RL∥Rc)交流负载线方程为:例：icib+vce-(直流负载线方程：VCE=VCC-ICRc)（图中电压的+、–极性和电流方向为假定的正参考方向）LCQCEQRIVVCC′+=′由交流通路得:LcRivce′−=交流负载线斜率为L/1R′−LCQCEQ)(RIiVvCCE′−−=LLCQCEQ)(RiRIVC′−′+=LCCRiVC′−′=:若去掉RL,交流负载线方程是什么?20放大电路接入正弦信号的波形分析vbe=vi输入特性iB输出特性iCvCE交流负载线ceCEQCEcCQCvVviIi+=+=bBQBiIi+=ICQVCEQIBQ21•共射放大电路中的电流、电压波形放大电路的波形分析输出电压与输入电压反相cCQCiIi+=bBQBiIi+=ceCEQCEvVv+=(vo)vi22非线性失真静态工作点Q设置不当,或者即使Q点位置合适而输入信号幅度过大，使BJT进入了截止区或饱和区,造成电压和电流波形产生失真，分别称为截止失真和饱和失真。‹截止失真‹饱和失真（截止失真和饱和失真统称为非线性失真）Q点偏低Q点偏高23衡量非线性失真的指标非线性失真系数%100122×=γ∑∞=okokVV输入为标准的正弦波信号，测得输出电压信号vo，将vo分解为其基波分量vo1与各谐波vok(k=2,…,∞)分量之和即vo=vo1+vo2+...+vok则定义其中,Vo1、Vok为基波分量vo1与各高次谐波分量vok的有效值24V'CC放大电路的最大不失真输出幅度Vcem(cut)=V'CC－VCEQVcem(sat)=VCEQ－VCESVcem(sat)Vcem(cut)同理,可由图中求得ic的最大不失真幅值Icm。最大不失真输出幅度:不发生饱和失真及截止失真时的输出电压或输出电流的最大幅值。不发生饱和失真时的vce最大输出幅值为：不发生截止失真时的vce最大输出幅值为：直流负载线交流负载线vce最大不失真幅值为：Vcem=min{Vcem(cut),Vcem(sat)}VCEQVCES25ƒ当输入信号较大时，为了扩大输出动态范围，宜将Q点设置在交流负载线中部,使：Vcem(cut)=Vcem(sat)最大不失真输出电压的峰-峰值称为输出动态范围最大动态工作范围Vcem(sat)Vcem(cut)ƒ当输入信号较小时，在保证输出不失真和一定电压增益的条件下，可以将Q点位置设置低一点，以降低功耗。26图解分析法的适用范围幅度较大而工作频率不太高的情况优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。27练习1.如图所示的放大电路，VCC＝10V，Rb＝186kΩ，Rc＝1.5kΩ，RL＝0.75kΩ，VBE＝0.7V，三极管的输出特性曲线如图所示，(1)用图解法确定Q点。(2)若vi幅值增大使输出电压出现失真，将首先出现什么失真？求vo最大不失真输出幅度。+Vcc+_+_vivoRbRcRL0iC/mAvCE/V224466881080uA60uA40uA20uAQ28练习2．某晶体管的输出特性曲线和用该晶体管组成的放大电路及其直流、交流负载线如下图所示。电源电压VCC=V，静态电流ICQ=mA，静态电压VCEQ=V,Rc=，Re=,最大不失真输出电压幅值Vom=V，若输入正弦交流信号幅值增大,输出波形首先出现失真。120236uCEV60µA40µA50µA30µA51448=10µAIB20µA2610+VCCC2RLC1uiuo1.5kΩRb2Rb1RcCeReQiCmA