模拟电子第二章

第二章基本放大电路2—1放大电路的基本概念及其性能指标2—2共发射极放大电路的组成和工作原理2—3放大电路的图解分析方法2—4放大电路的小信号模型分析法2—5共集电极和共基放大电路2—6场效应管放大电路2—7多级放大电路2—8放大电路的频率响应本章要求掌握（1)放大、静态工作点、饱和失真与截止失真、直流通路与交流通路、直流负载线与交流负载线、h参数等效模型、放大倍数、输入电阻和输出电阻、最大不失真输出电压、静态工作点的稳定。（2）放大电路的组成原则和各种基本放大电路的工作原理及特点（3）放大电路的分析方法，能够正确估算基本放大电路的静态工作点和动态参数Au、Ri、R0。理解：电路输出波形产生截止失真和饱和失真的原因了解：稳定静态工作点的必要性及稳定的方法2—1放大电路的基本概念及其性能指标2.1.1放大电路的基本概念放大电路声音声音话筒(传感器)扬声器(执行机构)扩音器示意图放大的对象：变化量表象：将信号的幅值由小变大本质：实现能量的控制和转换。基本特征：是功率放大。有源元件→具有能量作用的元件（三极管）（扬声器所获得的能量远大于话筒送出的能量）2.1.2放大电路的性能指标1.增益（Au）—衡量放大电路放大能力的重要指标，其值为输出量电压增益iouuuUUAA电流增益ioiiiIIAA2.输入电阻ri（从放大电路输入端看进去的等效电阻）定义为输入电压有效值Ui和输入电iiiIUr表明放大电路从信号源吸取电放大电路的等效电路放大电路Rs+-+-riro+-RL+-iIoIsUiUoU'oUoXoUoIiXiUiI（或）与输入量（或）之比。流有效值Ii之比，即号源吸取的电流愈小，反之则愈大。流大小的参数，ri愈大放大电路从信ri输出电阻是表明放大电路带负放大电路的等效电路放大电路Rs+-+-riro+-RL+-iIoIsUiUoU'oU3.输出电阻ro放大电路Rs+-+-riro+-+-iIoI0sU0iUoU0'oU'oLoLoURrRULoooRUUr)1('——从放大电路输出端看进去的等效内阻。或oooIUrRL=∞0US载的能力差，反之则强。载的能力，ro大表明放大电路带负r04.频率特性及通频带在一定的频率范围内常数uAfcxfc21)(uA（反应对不同频率的通过能力）)()(ffAAuu幅频特性)(fAu相频特性)(f通频带umuA21fA)(下限截止频率Lf上限截止频率HfLHBWfffffLfH-270°-225°-180°-135o-90°放大电路的频率特性5.非线性失真系数D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。12322AAADA1为基波幅值A2、A3为谐波幅值6.最大不失真输出Uom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。7.最大输出功率与效率在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率，记为Pom。直流电源能量的利用率称为效率ηEomPPPE为电源提供的功率2—2共发射极放大电路的组成和工作原理2.2.1共发射极放大电路的组成晶体管T——基极电阻Rb——集电极电源VCC——集电极电阻Rc——输入信号ui——基极电源VBB——核心元件，起放大作用与基极电源一起共同决定基极电流IB使晶体管的集电结反向偏置，以保证晶体管工作在放大状态将IC转换为c-e间的电压UCE=Vcc-IcRc正弦波电压VCCRSusRbVBBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE信号源负载使晶体管b-e间电压UBE＞Uon耦合电容C1、C2—单电源供电时的习惯画法共发射极基本电路VccRSesRbRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEVCCRSusRbVBBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2.2.2共发射极放大电路的工作原理UBEIBICUCE1.无输入信号(ui=0)时uBEtOiBtOiCtOuCEtOIBUBEOQIBUBEICUCEOQUCEIC=0VccRbRCC1C2T++ui+–+–++–uBEuCE–iCiBiEuoCcCECcCCCCERiURiIVuRC)(UBEIB？ICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO2.有输入信号(ui≠0)时交直流信号共存无输入信号(ui=0)时:有输入信号(ui≠0)时uCE=VCC－iCRCVccRbRCC1C2T++ui+–+–++–uBEuCE–iCiBiEuocCCiIiccceRiuuo0uBE=UBE+uiiB=IB+ibiC=IC+icuCE=UCE+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(2)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路(3)输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射uitOuotO极电路具有反相作用。具有电压放大作用。终不变。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uBE=0，三极管截止2.2.3静态和静态工作点1.静态和静态工作点静态：时，放大电路的工作状态称为静态（直流工作状态）0iu静态工作点：静态时电路中各电极电流和各电极之间的电压2.为什么要设置静态工作点.没有设置合适的静态工作点RbRc+VCCuiT+-+-uo(IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ)uBEtOuCEtO(1)ui=0时UonVCCtuo0t0ui（避免失真）不产生失真的条件在输入信号一个周期内，直流分量＞交流分量uBE=ui(2)Ui≠0时Uon2.2.4放大电路的组成原则1.组成原则（1）发射结正偏，集电结反偏，有适当的静态工作点（2）输入信号能顺利传递（3）失真度不超过允许范围2.常见的两种共射放大电路（１）直接耦合共射放大电路必不可少！若Rb1＝0，则静态时，由于输入端短路，晶体管截止，电路不可能正常工作。（2）阻容耦合共射放大电路2—3放大电路的图解分析法分析的任务求静态时的IBQ、ICQ、UCEQ求动态时的0rrAiu、、分析方法估算法：求静态工作点图解法：适用于动态和静态分析微变等效法：适用于动态分析2.3.1放大电路的静态分析1、直流通路——在直流电源作用下直流电流流经的通路，画法：电容视为开路，电感视为短路，信号源视为短路，即静态电流流经的通路，用于研究静态工作点。但应保留其内阻。直流通路断开断开+VCCRbRCT++–UBEUCE–ICIBIE+VCCRSusRbRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERb2Rc+VCCuiT+-+-uoRb1RL2.静态值的近似估算求静态工作点：12bbRBQRIII11bBEQRRUIbBEQbRCCURIVb22A.B.BQCQIIC.CEQCCQCCURIVCCQCCCEQBQCQbBEQbBEQCCBQRIVUIIRURUVI12Rb2Rc+VCCui=0+-+-uoRb1RL+-UBEQIBQIRb1IRb2ICQUCEQ令ui＝０RL=∽CCQCCCEQRIVU例：用估算法计算图示电路的静态工作点。eEQCCQCCCEQVRIRIUebBEQCCBQ)(VRβRUI1BQCQIβIeEQBEQbBQCCVRIURIeBQBEQbBQ)(RIβURI1由KVL可得：由KVL可得：ReIEQ+VCCRbRC++–UBEQUCEQ–ICQIBQ图解法在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它各元件参数的情况下,利用作图的方法对放大电路进行分析即为图解法.3.用图解法确定静态工作点当uI=0时在输出回路，cCCCCERiuVCEcccccuRRi1V（1）直流负载线直流负载线QiB=IBQ输出回路图解分析uCEiC0ICQVCCVCC基本共射放大电路RciCRbTVCC+-uCE+-uBEiBVCC/RCUCEQ（2）确定iB=IBQbBECCRUV直流负载线方程iC=0CCCEuVuCE=0CCCRViCRbRc+VccuiT+_+_uoC1RL+_+_C2（3）参数对静态工作点的影响uCEiC0IBQQbBEQBQRUVICCCEcccccuRRVi1BQbIRRb对Q点的影响BQbIR直流负载线不变Q1Q2工作点在Q1→Q2间移动Rc对Q点的影响ccRR1ccRR1cccRVccVQ1’Q2’特性曲线不变工作点在Q1’→Q2’间移动Vcc对Q点的影响直流负载线斜率不变，工作点在直流负载线上移动+VCCRSusRbRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE1.交流通路容量大的电容（如耦合电容）视为短路；画法RbRCuiuORLRSus++–+––短路短路对地短路交流通路无内阻的直流电源（如+VCC）视为短路。用于研究动态参数。—动态时（ui≠0）交流信号电流流经的通路，2.3.2放大电路的动态分析2.8画出如图所示各电路的直流通路和交流通路。所有电容交流信号均可视为短路。在分析放大电路中，应遵循“先静态，后动态”的原则，求解静态工作点时应利用直流通路，求解动态参数时应利用交流通路，两种通路切不可混淆。P123+VCCR1R2R3+VCCR1R2R4R3解：××××××+VCCR1R2R4R3+VCCR1R4R3R2-VCCR3R1R2画出图示电路的交流通路R1R4R3R2R5T1T2uiu02.交流负载线阻容耦合共射放大电路RbRc+VCCuiT+-+-uoC1RL+-+-C2RbRc+-RL+-OUiUIBQQuCEiC0ICQVCCUCEQ直流负载线(-1/Rc)bBEQccRUV--ui≠0信号遵循的负载线。icuce'//LcCLcceRiRRiu'LcecRu-i②斜率为-1/(Rc∥RL)。交流负载线的画法：ABIBQQuCEiC0ICQVCCUCEQ直流负载线(-1/Rc)交流负载线[-1/(Rc∥RL)]UCEQ+ICQ•RL'交流负载线应具备的两个特征：①必过Q点；（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。注意：3.动态分析QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=uo比ui幅度大且相位相反uoRL对uo的影响：在输入信号ui不变的情况下，输出电压uo的幅值变小。电压放大倍数变小，最大不失真输出电压也变小。RL≠：在输出特性曲线上观察放大电路在ui≠0的工作情况输入回路的波形分析4.非线性失真及产生的原因输出回路的波形分析三极管特性曲线的非线性引起的失真非线性失真→截止失真←工作点太低抑制失真的方法bbBEBRRUICCVuiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEQOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCEQ（2）饱和失真←工作点太高抑制饱和失真的方法bbBEBRRUICCV或ccRR1退出饱和ouBE/ViB/mAQ2uoUCEQQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1otuBE/VUBEQui思考题在图所示电路中，由于电路参数不同，在信号源电压为正弦波时，测得输出波形如图（a）、（b）、（c）所示，试说明电路分别产生了什么失真，如何消除。（b）截止失真，减小Rb。解（a）饱和失真，增大Rb，减小Rc。（c）同时出现饱和失真和截止失真，应减小ui或增大VCC。iB=IBQQuCEiC0ICQVCCVCC/RC负载线问题1的解决UCEQ临界饱和UCESiB=IBQQuCEiC0