電氣工程模電輔導(dǎo)：2基本放大器

1、2.1 放大電路的基本概念及性能指標(biāo),一.放大的基本概念,放大把微弱的電信號(hào)的幅度放大。 一個(gè)微弱的電信號(hào)通過(guò)放大器后，輸出電壓或電流的幅得到了放大，但它隨時(shí)間變化的規(guī)律不能變，即不失真,第二章 基本放大器,二.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo),1.放大倍數(shù)表示放大器的放大能力,1）電壓放大倍數(shù)定義為: AU=uo/ui,2）電流放大倍數(shù)定義為: AI=io/ii,3）互阻增益定義為: Ar=uo/ii,4）互導(dǎo)增益定義為: Ag=io/ui,根據(jù)放大電路輸入信號(hào)的條件和對(duì)輸出信號(hào)的要求，放大器可分為四種類型，所以有四種放大倍數(shù)的定義,2. 輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻,Ri=ui /

2、ii,一般來(lái)說(shuō)， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，從信號(hào)源索取的電流越小。 （2）當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)， Ri越大， ui就越接近uS,3. 輸出電阻Ro從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻,輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差,輸出電阻的定義,4. 通頻帶,通頻帶,fbw=fHfL,放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線,放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏,2.2 單管共射放大電路 的工作原理,各元件作用,使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵oIB和UBE,基極電源與基極電阻,集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏,集電極電

3、阻RC，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?耦合電容： 電解電容，有極性， 大小為10F50F,作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時(shí)能使信號(hào)順利輸入輸出,各元件作用,基本放大電路的習(xí)慣畫法,1.靜態(tài)工作點(diǎn)Ui=0時(shí)電路的工作狀態(tài),三. 靜態(tài)工作點(diǎn),ui=0時(shí),由于電源的存在，電路中存在一組直流量,IC,UBE,UCE,由于(IB,UBE) 和( IC,UCE )分別對(duì)應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，所以稱為靜態(tài)工作點(diǎn),為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn),放大電路建立正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號(hào)不失真,畫出放大電路的直流通路,2. 靜態(tài)工作點(diǎn)的估算,將交流電壓源短路，將電

4、容開(kāi)路,直流通路的畫法,畫直流通路,Rb稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流,用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)（ IB、UBE、IC、UCE,IC= IB,例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn),已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5,解,請(qǐng)注意電路中IB和IC的數(shù)量級(jí),2.3 放大電路的圖解分析法,一. 用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn),UCE=VCCICRC,直流負(fù)載線,由估算法求出IB，IB對(duì)應(yīng)的輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是工作點(diǎn)Q,IB,靜態(tài)UCE,靜態(tài)IC,1. 交流放大原理（設(shè)輸出空載,假設(shè)在靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號(hào) ui,靜態(tài)工作點(diǎn),二. 用圖解法分析放大器的

5、動(dòng)態(tài)工作情況,注意：uce與ui反相,各點(diǎn)波形,uo比ui幅度放大且相位相反,工作原理演示,結(jié)論：（1）放大電路中的信號(hào)是交直流共存，可表示成,雖然交流量可正負(fù)變化，但瞬時(shí)量方向始終不變,2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反,對(duì)交流信號(hào)(輸入信號(hào)ui,2.放大器的交流通路,交流通路分析動(dòng)態(tài)工作情況 交流通路的畫法,將直流電壓源短路，將電容短路,交流通路,3.交流負(fù)載線,輸出端接入負(fù)載RL：不影響Q 影響動(dòng)態(tài),交流負(fù)載線,其中,交流量ic和uce有如下關(guān)系,即：交流負(fù)載線的斜率為,交流負(fù)載線的作法： 斜 率為-1/RL 。（ RL= RLRc,經(jīng)過(guò)Q點(diǎn),交流負(fù)載線的作法

6、,IB,交流負(fù)載線,直流負(fù)載線,斜 率為-1/RL 。 （ RL= RLRc,經(jīng)過(guò)Q點(diǎn),注意： （1）交流負(fù)載線是有交流 輸入信號(hào)時(shí)工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡,2）空載時(shí)，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合,uo,可輸出的最大不失真信號(hào),1）合適的靜態(tài)工作點(diǎn),4非線性失真與Q的關(guān)系,uo,2）Q點(diǎn)過(guò)低信號(hào)進(jìn)入截止區(qū),稱為截止失真,信號(hào)波形,uo,3）Q點(diǎn)過(guò)高信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū),稱為飽和失真,信號(hào)波形,動(dòng)畫演示,截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真,EWB演示放大器的飽和與截止失真,2.4 放大電路的交流模型分析法,條件：交流小信號(hào),思路：將非線性的BJT等效成一個(gè)線性電路,1、三極管的h參數(shù)等效電路,一 . 三極管的

7、共射低頻h參數(shù)模型,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)理論,求變化量,在小信號(hào)情況下,各h參數(shù)的物理意義,輸出端交流短路時(shí)的 輸入電阻，用rbe表示,輸入端開(kāi)路時(shí)的電壓反饋系數(shù)， 用r表示,輸出端交流短路時(shí)的電流放大 系數(shù)， 用表示,輸入端開(kāi)路時(shí)的輸出電導(dǎo)，用1/rce表示,該式可寫為,由此畫出三極管的h參數(shù)等效電路,2、簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路,1）r10-3，忽略,2）rce105，忽略,得三極管簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路,3、rbe的計(jì)算,由PN結(jié)的電流公式,常溫下,其中：rbb=200,二. 放大器的交流分析,1. 畫出放大器的微變等效電路,動(dòng)畫演示,1）畫出放大器的交流通路,2）將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路

8、代替,2、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算,負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小,電路的輸入電阻越大，從信號(hào)源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻,3、輸入電阻的計(jì)算,根據(jù)輸入電阻的定義,定義,當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí),由圖知,所以,所以,4、輸出電阻的計(jì)算,根據(jù)定義,例2.4.1 共射放大電路如圖所示。設(shè)：VCC12V，Rb=300k,Rc=3k, RL=3k,BJT的b =50,1、試求電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q,解,2、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro,解：畫微變等效電路,Ri=rbe/Rbrbe=993,Ro=Rc=3k,3. 若輸出電壓的波形出現(xiàn)如 下失真 ，是截止還是飽和 失真？應(yīng)調(diào)節(jié)哪

9、個(gè)元件？如何調(diào)節(jié),解：為截止失真。 應(yīng)減小Rb,對(duì)于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、和ICEO決定，這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化,三. 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,1. 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,1、溫度對(duì)UBE的影響,2、溫度對(duì)值及ICEO的影響,動(dòng)畫演示,2. 靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大器,選I2=（510）IB I1 I2,1） 結(jié)構(gòu)及工作原理,靜態(tài)工作點(diǎn) 穩(wěn)定過(guò)程,UBE=UB-UE =UB - IE Re,UB穩(wěn)定,演示,2）直流通道及靜態(tài)工作點(diǎn)估算,IB=IC,UCE = VCC - ICRC - IERe,IC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re,電容開(kāi)路,畫出直流通

10、道,將電容短路,直流電源短路，畫出電路的交流小信號(hào)等效電路,3）動(dòng)態(tài)分析,電壓放大倍數(shù),輸入電阻,輸出電阻,思考：若在Re兩端并電容Ce會(huì)對(duì)Au、Ri、Ro有什么影響,對(duì)信號(hào)源電壓的放大倍數(shù),信號(hào)源,考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS 時(shí),例1,在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶體管=50， UBE=0.6V, 試求: (1) 靜態(tài)工作點(diǎn) IB、IC 及 UCE； (2) 畫出微變等效電路； (3) 輸入電阻ri、ro及 Au,解,1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn),直流通路,2) 由微變等效電路求

11、Au、 ri 、 ro,2.5 共集和共基放大電路、電流源,一. 共集電極放大電路,1. 結(jié)構(gòu),2. 直流通道及靜態(tài)工作點(diǎn)分析,3. 動(dòng)態(tài)分析,1）交流通道及微變等效電路,2）電壓放大倍數(shù),2）輸入電阻,3、輸出電阻,射極輸出器的特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)=1， 輸入阻抗高，輸出阻抗小,演示,射極輸出器的應(yīng)用,1、放在多級(jí)放大器的輸入端，提高整個(gè)放大器的輸入電阻,2、放在多級(jí)放大器的輸出端，減小整個(gè)放大器的輸出電阻,2、放在兩級(jí)之間，起緩沖作用,二. 共基極電路,1. 靜態(tài)工作點(diǎn),直流通路,2. 動(dòng)態(tài)分析,畫出電路的交流小信號(hào)等效電路,1）電壓放大倍數(shù),2）輸入電阻,3）輸出電阻,3. 三種組態(tài)的比較

12、,共集,共基,共射,2.6 多級(jí)放大電路,一. 多級(jí)放大器的耦合方式,1.阻容耦合,優(yōu)點(diǎn),各級(jí)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立,輸出溫度漂移比較小,缺點(diǎn),不適合放大緩慢變化的信號(hào),不便于作成集成電路,2.直接耦合,優(yōu)點(diǎn),各級(jí)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響,輸出溫度漂移嚴(yán)重,缺點(diǎn),可放大緩慢變化的信號(hào),電路中無(wú)電容，便于集成化,二. 多級(jí)放大器的分析,前級(jí)的輸出阻抗是后級(jí)的信號(hào)源阻抗,后級(jí)的輸入阻抗是前級(jí)的負(fù)載,1. 兩級(jí)之間的相互影響,2. 電壓放大倍數(shù)（以兩級(jí)為例,注意：在算前級(jí)放大倍數(shù)時(shí)，要把后級(jí)的輸入阻抗作為前級(jí)的負(fù)載,擴(kuò)展到n級(jí),3. 輸入電阻,4. 輸出電阻,Ri=Ri（最前級(jí)） (一般情況下,Ro=

13、Ro（最后級(jí)） (一般情況下,設(shè)：1=2=100，UBE1=UBE2=0.7 V,舉例1：兩級(jí)放大電路如下圖示，求Q、Au、Ri、Ro,解：（1）求靜態(tài)工作點(diǎn),2）求電壓放大倍數(shù),先計(jì)算三極管的輸入電阻,畫微變等效電路,電壓增益,3）求輸入電阻,Ri =Ri1 =rbe1 / Rb1 / Rb2 =2.55 k,4）求輸出電阻,RO =RC2 =4.3 k,三. 阻容耦合共射放大電路的頻率響應(yīng)（了解,對(duì)于如圖所示的共射放大電路，分低、中、高三個(gè)頻段加以研究,1 .中頻段 所有的電容均可忽略?？捎们懊嬷v的h參數(shù)等效電路分析,中頻電壓放大倍數(shù),2. 低頻段,在低頻段，三極管的極間電容可視為開(kāi)路，耦合電容C1、C2不能忽略。 為方便分析，現(xiàn)在只考慮C1，將C2歸入第二級(jí)。畫出低頻等效電路如圖所示,可推出低頻電壓放大倍數(shù),該電路有 一個(gè)RC高通環(huán)節(jié)。 有下限截止頻率,共射放大電路低頻段的波特圖,幅頻響應(yīng),相頻響應(yīng),在高頻段，耦合電容C1、C2可以可視為短路，三極管的極間電容不能忽略。 這時(shí)要用混合等效電路，畫出高頻等效電路如圖所示,3. 高頻段,用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化,用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化,其中,用戴維南定理將C左端