大学课件 模拟电子技术 基本放大电路(一二)

模拟电子技术第2章基本放大电路2.2放大电路的基本分析方法2.3放大电路静态工作点的稳定2.4共集放大电路和共基放大电路2.6多级放大电路2.5场效应管放大电路2.1概述模拟电子技术2.1概述2.1.1放大的概念本章是学习后面各章的基础，因此是学习的重点之一。在电子电路中，放大的对象是变化量，常用的测试信号是正弦波。放大的本质是在输入信号的作用下，通过有源元件（晶体管或场效应管）对直流电源的能量进行控制和转换，使负载从电源中获得的输出信号能量，比信号源向放大电路提供的能量大得多，因此放大的特征是功率放大，表现为输出电压大于输入电压，输出电流大于输入电流，或者二者兼而有之。放大的前提是不失真，换言之，如果电路输出波形产生失真便谈不上放大。2.1放大的概念和放大电路的主要性能指标模拟电子技术2.1.2放大电路的性能指标1.放大倍数——直接衡量放大电路放大能力的重要指标。根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大电路可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。IIIO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。iiuiRi输入端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。输出端Ro输出端Au~uSou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，负载电阻RL变化时，输出电压的变化越小，称为放大电路的带负载能力越强。输出电阻的定义：0oooUIU=RsRL模拟电子技术两个放大电路相连接的示意图输入电阻与输出电阻是描述电子电路在相互连接时所产生的影响而引入的参数，它们均会直接或间接地影响放大电路的放大能力。模拟电子技术4.通频带通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强．当频率趋近于零或无穷大时，放大倍数的数值趋近于零．对于扩音机，其通频带应宽于音频(20Hz~20kHz)范围,才能完全不失真地放大声音信号．在实用电路中有时也希望频带尽可能窄，比如选频放大电路，从理论上讲，希望它只对单一频率的信号放大，以避免干扰和噪声的影响．fBW=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线fAAm0.707AmfL下限截止频率fH上限截止频率3dB带宽模拟电子技术5.非线性失真系数由于放大器件均具有非线性特性，它们的线性放大范围有一定的限度，当输入信号幅度超过一定值后，输出电压将会产生非线性失真。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。6.最大不失真输出电压未产生截止失真和饱和失真时，最大输出信号的正弦有效值（或峰值）。7.最大输出功率和效率衡量在输出波形基本不失真情况下负载能够从电路获得的最大功率，以及电源为此应提供的功率。此时，输出电压达到最大不失真输出电压。在放大电路中，输入信号的功率通常很小，但经放大电路的控制和转换后，负载从直流电源获得的信号功率却较大。直流电源能量的利用率称为效率。模拟电子技术2.2放大电路的基本分析方法2.2.1共射基本放大电路的组成原理2.2.2图解分析法2.2.3等效电路分析法模拟电子技术2.2.1基本共射放大电路的组成原理一、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）IU→△UBE→△IB→△IC（b△IB）电压放大倍数：→oUIouUUA直接耦合共射放大电路＋－－++VT123UCERbBIRcBBBECCCIUVU+△CEIC+△+△UBEB+△IUIUO模拟电子技术IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu符号说明：＋－－++VT123UCERbBIRcBBBECCCIUVU+△CEIC+△+△UBEB+△IUIUO对于基本共射放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，以保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠集电极电阻Rc将电流的变化转化成电压的变化来实现的。模拟电子技术二、单管共射极放大电路的结构及各元件的作用RbVBBRCC1C2T+VCCRL阻容耦合共射放大电路参考点ui+_输入uo+_输出放大元件iC=biB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。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。基极电源与基极电阻RLRbVBBRCC1C2T+VCCui+_uo+_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。RLRbVBBRCC1C2T+VCCui+_uo+_集电极电阻将电流的变化转化为电压的变化。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。++RLRbVBBRCC1C2T+VCCui+_uo+_模拟电子技术双电源供电可以省去RLRbVBBRCC1C2T+VCCui+_uo+_模拟电子技术RB单电源供电+VCCRCC1C2TRL模拟电子技术2.2.2图解分析法三、动态工作情况分析二、静态工作情况分析一、引言模拟电子技术一、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。分析放大电路就是在理解放大电路工作原理的基础上求解静态工作点和各项动态参数。本节以共射放大电路为例，针对电子电路中存在着非线性器件（晶体管或场效应管），而且直流量与交流量同时作用的特点，提出分析方法。一般情况下，在放大电路中，直流量（静态电流与电压）和交流信号（动态电流与电压）总是共存的．但是由于电容与电感等电抗元件的存在，直流量所流经的通路与交流信号所流经的通路是不完全相同的．因此，为了研究问题方便起见，常把直流电源对电路的作用和输入信号对电路的作用区分开来，分成直流通路和交流通路．分析放大电路的基本思想和方法模拟电子技术直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的通路，也就是静态电流流经的通路，用于研究静态工作点。对于直流通路：电容视为开路；电感线圈视为短路（即忽略线圈电阻）；信号源视为短路，但应保留其内阻。交流通路是输入信号作用下交流信号流经的通路，用于研究动态参数。对于交流通路：容量大的电容（如耦合电容）视为短路；无内阻的直流电压源视为短路。直流通路(ui=0)分析静态，研究静态工作点。交流通路(ui0)分析动态，只考虑变化的电压和电流，研究动态参数。模拟电子技术放大电路没有输入信号(ui=0)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。二、静态工作情况分析模拟电子技术开路RB+VCCRCC1C2RL画出放大电路的直流通路1.静态工作点的估算电容开路开路阻容耦合共射放大电路静态图解分析令ui=0模拟电子技术RB+VCCRC直流通路(DCpath)用估算法分析放大电路的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）RB+VCCRCC1C2RLBBECCBRUVIBCIIbCCCCCERIVUQ点模拟电子技术例：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，Rc=4K，Rb=300K，b=37.5。解：AkRUVIbBECCB383007.012mAIIBC425.1038.05.37bVRIVUcCCCCE3.64425.112请注意电路中IB和IC的数量级取UBE0.7V模拟电子技术ui=0时由于电源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICRB+VCCRCC1C2TRLIB无信号输入时1.静态工作点——ui=0时电路的工作状态2.用图解法确定静态工作点模拟电子技术IC(IC，UCE)(IB，UBE)RB+VCCRCC1C2TRLIB静态工作点UCE+_UBE+_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,即Q点。iBuBEQIBUBEQUCEICiCuCEIB模拟电子技术QUCEICiCuCEIB直流负载线RB+VCCRCC1C2TRLui+_uo+_uCE=VCC–iCRCCCCRVVCC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Q.模拟电子技术3.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点趋近截止区RBiBQ点趋近饱和区2.改变RC，其他参数不变Q点趋近饱和区iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRCRC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三、动态工作情况分析模拟电子技术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幅值放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo＋－－＋ceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu模拟电子技术短路短路置零2.放大电路的交流通路（ACpath）1/C0将直流电压源短路，将电容短路。交流通路——是输入信号作用下交流信号流经的通路，用于研究动态参数。对于交流通路：容量大的电容视为短路，无内阻的直流电压源视为短路。RB+VCCRCC1C2TRLui+_uo+_模拟电子技术RBRCRLuiuo交流通路(ACpath)模拟电子技术RB+VCCRCC1C2RL3.交流负载线对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线与交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路情况，只有在空载情况下，两条直线才合二而一。阻容耦合放大电路的交流通路可以看出，当电路带上负载电阻时，输出电压是集电极动态电流在集电极电阻和负载电阻并联总电阻上所产生的电压，即当集电极电流确定后，输出电压的大小将取决于（Rc//RL），而不仅仅是Rc。动态信号遵循的负载线称为交流负载线。模拟电子技术交流负载线RBRCRLuiuoicuce其中：LcLRRR//LcLccceRiRRiu)//(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交流负载线的作法：①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。LcLccceRiRRiu)//(ceLcuRi1或者模拟电子技术交流负载线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）对于阻容耦合放大电路，只有空载时，交流负载线与直流负载线重合。画交流负载线：iCuCEVCCcCCRVQIB直流负载线UCEQICQUCES放大电路的最大不失真输出电压Uom是取“UCEQ－UCES”和“ICQR'L”这两段距离中较小的数值且除以，则得到最大不失真输出电压Uom（有效值）。2),(minLCQCESCEQomRIUUUuＯ模拟电子技术4.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。（针对输出电压而言）PNP管：底部失真为截止失真。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线因晶体管截止而产生的失真称为截止失真。模拟电子技术2)“Q