中國(guó)石油大學(xué) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、1放大電路的基本概念放大電路的基本概念及性能指標(biāo)及性能指標(biāo)單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路放大電路的圖解分析方法放大電路的圖解分析方法放大電路的小信號(hào)模型分析方法放大電路的小信號(hào)模型分析方法共集電極和共基極放大電路共集電極和共基極放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)22.1 2.1 放大電路的基本概念放大電路的基本概念及性能指標(biāo)及性能指標(biāo)p 放大電路的基本概念放大電路的基本概念p 放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)3 放大電路主要用于放大微弱信號(hào)，輸出電壓或電放大電路主要用于放大微弱信號(hào)，輸出電壓或電流在幅度上得

2、到了放大，輸出信號(hào)的能量得到了加強(qiáng)流在幅度上得到了放大，輸出信號(hào)的能量得到了加強(qiáng) 放大是最基本的模擬信號(hào)處理功能，它是通過(guò)放放大是最基本的模擬信號(hào)處理功能，它是通過(guò)放大電路實(shí)現(xiàn)的。放大電路也是構(gòu)成其他模擬電路如濾大電路實(shí)現(xiàn)的。放大電路也是構(gòu)成其他模擬電路如濾波、振蕩、穩(wěn)壓等功能電路的基本單元。波、振蕩、穩(wěn)壓等功能電路的基本單元。 放大電路一般表示為放大電路一般表示為：A放大電路放大電路RLRS+信號(hào)源信號(hào)源負(fù)載負(fù)載uiuoiiious4p放大倍數(shù)放大倍數(shù)Ap輸入電阻輸入電阻rip輸出電阻輸出電阻rop通頻帶通頻帶BW5 放大倍數(shù)又稱放大倍數(shù)又稱增益增益，是衡量放大電路放大能力，是衡量放大電路放

3、大能力的指標(biāo)。通常采用正弦量為輸入信號(hào)的指標(biāo)。通常采用正弦量為輸入信號(hào)us。A放大電路放大電路RLRSSUiUoUoIiI+信號(hào)源信號(hào)源負(fù)載負(fù)載電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)：iouUUA源電壓放大倍數(shù)：源電壓放大倍數(shù)：sousUUA電流放大倍數(shù)：電流放大倍數(shù)：ioiIIA互導(dǎo)放大倍數(shù)：互導(dǎo)放大倍數(shù)：互阻放大倍數(shù)：互阻放大倍數(shù)：iorIUAiogUIA6注意：注意： 1. 上述四種放大電路沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，只上述四種放大電路沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，只是考慮的側(cè)重點(diǎn)不同，而且它們之間可以相互是考慮的側(cè)重點(diǎn)不同，而且它們之間可以相互轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 2. 增益也可以用以增益也可以用以10為底的對(duì)數(shù)表示為底的對(duì)數(shù)表示 電壓

4、增益電壓增益=20lg|Au| （dB)(分貝）分貝） 功率功率增益增益=10lg|Ap| （dB)(分貝）分貝） 3. A是一個(gè)復(fù)數(shù)，既有大小，又有正負(fù)，是一個(gè)復(fù)數(shù)，既有大小，又有正負(fù)，正表示輸入與輸出信號(hào)同相位，負(fù)表示輸入與正表示輸入與輸出信號(hào)同相位，負(fù)表示輸入與輸出信號(hào)反相位。輸出信號(hào)反相位。7iiiIUr A放大電路放大電路RLRSSUiUiI+ri ri的大小將影響放大電路從信號(hào)源中獲得輸?shù)拇笮⒂绊懛糯箅娐窂男盘?hào)源中獲得輸入電壓的大小，故入電壓的大小，故ri是衡量放大電路對(duì)信號(hào)衰減程是衡量放大電路對(duì)信號(hào)衰減程度的指標(biāo)。度的指標(biāo)。sisiiUrRrU RLRssUiUoUoIiI+r

5、irooU +放大電路放大電路uisiArRrUUAsous8 Ls0oooRUIUr ro 越小，負(fù)載電阻越小，負(fù)載電阻RL的變化對(duì)輸出電壓的影的變化對(duì)輸出電壓的影響越小。故響越小。故ro是表明放大電路帶負(fù)載能力的指標(biāo)。是表明放大電路帶負(fù)載能力的指標(biāo)。A放大電路放大電路RSSUoUoI+roRLRssUiUoUoIiI+rirooU +放大電路放大電路ooLoUrRRUL由等效電路可見(jiàn)由等效電路可見(jiàn)9umumHuLu707.02)()(AAfAfA 放大電路只適合放大某一頻段的信號(hào)。由于放大電路只適合放大某一頻段的信號(hào)。由于電路中電抗元件和管子結(jié)電容的影響當(dāng)信號(hào)頻率電路中電抗元件和管子結(jié)電容

6、的影響當(dāng)信號(hào)頻率太高或太低時(shí)，放大倍數(shù)都要下降。太高或太低時(shí)，放大倍數(shù)都要下降。AuAum0.707AumfLfHf0BW0.7下限頻率下限頻率上限頻率上限頻率通頻帶通頻帶BW10 問(wèn)題問(wèn)題2：放大電路的輸出電阻小，對(duì)放大電：放大電路的輸出電阻小，對(duì)放大電路輸出電壓的穩(wěn)定性是否有利？路輸出電壓的穩(wěn)定性是否有利？ 問(wèn)題問(wèn)題3：有一個(gè)放大電路的輸入信號(hào)的頻率成：有一個(gè)放大電路的輸入信號(hào)的頻率成分為分為100 Hz10 kHz，那么放大電路的通頻帶應(yīng)如，那么放大電路的通頻帶應(yīng)如何選擇？如果放大電路的通頻帶比輸入信號(hào)的頻何選擇？如果放大電路的通頻帶比輸入信號(hào)的頻帶窄，那么輸出信號(hào)將發(fā)生什么變化？帶窄，

7、那么輸出信號(hào)將發(fā)生什么變化？ 問(wèn)題問(wèn)題1：某放大電路，輸入：某放大電路，輸入10mV時(shí)，輸入電流時(shí)，輸入電流為為10mA，則，則ri=?，若，若RL=1k,Uo=0.5V,則增益則增益為多少？若負(fù)載電阻斷開(kāi)，為多少？若負(fù)載電阻斷開(kāi)， Uo=0.55V，則則ro=?112.2 2.2 單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路的組成共發(fā)射極放大電路的組成共發(fā)射極放大電路的工作原理共發(fā)射極放大電路的工作原理121、 共發(fā)射極放大電路的組成共發(fā)射極放大電路的組成起放大作用起放大作用保證保證us加到發(fā)射加到發(fā)射結(jié)，不影響發(fā)射結(jié)，不影響發(fā)射結(jié)偏置結(jié)偏置保證信號(hào)輸保證信號(hào)輸送到負(fù)載，送到負(fù)載

8、，不影響集電不影響集電結(jié)偏置結(jié)偏置提供能量，并使提供能量，并使BJT工作在放大區(qū)工作在放大區(qū)將將iC轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為uo提供提供BJT所需的所需的偏置電壓偏置電壓132、 共發(fā)射極放大電路的工作原理共發(fā)射極放大電路的工作原理若電路參數(shù)選擇得當(dāng)，若電路參數(shù)選擇得當(dāng)，uo的幅度將比的幅度將比ui大得多，從而大得多，從而達(dá)到放大的目的。達(dá)到放大的目的。oCECCBCBBEi21uuRiiiiuCCu）（ ui=0時(shí)，電路中只有直流，時(shí)，電路中只有直流， BBEBBBRUVIBCII14加入加入ui后，后，iB、iC、uCE都在靜態(tài)直流量的都在靜態(tài)直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量，即基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量，

9、即 iB=IBQ+ib iC=ICQ+ic uCE=UCEQ+uce uCE中的交流成分中的交流成分uce遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于ui，且波形相，且波形相同，體現(xiàn)了放大作用；同，體現(xiàn)了放大作用；uo（uce）與）與ui相位相反，又稱反相放大。相位相反，又稱反相放大。符號(hào)規(guī)定：符號(hào)規(guī)定：直流量：字母大寫，下標(biāo)大寫。直流量：字母大寫，下標(biāo)大寫。IB，IC，UCE。交流量：字母小寫，下標(biāo)小寫。交流量：字母小寫，下標(biāo)小寫。ib，ic，uce。瞬時(shí)量：字母小寫，下標(biāo)大寫。瞬時(shí)量：字母小寫，下標(biāo)大寫。iB，iC，uCE。15162.3 放大電路的圖解分析方法放大電路的圖解分析方法 是指以三極管的特性曲線為基礎(chǔ)，用作是

10、指以三極管的特性曲線為基礎(chǔ)，用作圖的方法確定放大電路的工作狀態(tài)。圖的方法確定放大電路的工作狀態(tài)。：當(dāng)輸入信號(hào)當(dāng)輸入信號(hào)us=0時(shí)，電路中各電壓、電時(shí)，電路中各電壓、電流均為直流，故稱靜態(tài)。管子在靜態(tài)時(shí)的電壓、電流均為直流，故稱靜態(tài)。管子在靜態(tài)時(shí)的電壓、電流（流（IBQ、ICQ、UCEQ、）稱靜態(tài)工作點(diǎn)、）稱靜態(tài)工作點(diǎn)Q。：當(dāng)放大電路輸入信號(hào)后，電路中各電壓、當(dāng)放大電路輸入信號(hào)后，電路中各電壓、電流便在其靜態(tài)值附近隨信號(hào)變化，稱動(dòng)態(tài)。電流便在其靜態(tài)值附近隨信號(hào)變化，稱動(dòng)態(tài)。 常用的放大電路分析法有常用的放大電路分析法有圖解法圖解法和和微變等效電路微變等效電路法法。分析的步驟都是先靜態(tài)分析后動(dòng)態(tài)分

11、析。靜態(tài)。分析的步驟都是先靜態(tài)分析后動(dòng)態(tài)分析。靜態(tài)分析確定靜態(tài)工作點(diǎn)分析確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q，動(dòng)態(tài)分析計(jì)算放大電路的性，動(dòng)態(tài)分析計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)如能指標(biāo)如A、ri、ro等。等。171、靜態(tài)分析、靜態(tài)分析靜態(tài)分析可分如下步驟：靜態(tài)分析可分如下步驟：1）畫出直流通路）畫出直流通路(直流電直流電流通過(guò)的路徑）流通過(guò)的路徑） 將電容開(kāi)路。將電容開(kāi)路。2）由輸入回路計(jì)算基極電流）由輸入回路計(jì)算基極電流bCCbBEQCCBQRVRUVI 工程上，為方便起見(jiàn)，工程上，為方便起見(jiàn)，IBQ一般都采用分析法求得。一般都采用分析法求得。IBQ183）在三極管輸出特性上作直流負(fù)載線）在三極管輸出特性上作直流負(fù)載線V

12、CCVCCRC1RC-2個(gè)特殊點(diǎn)：個(gè)特殊點(diǎn)：），（0MCCV），（CCC0NRVMN稱放大電路的直流負(fù)載線，斜率為稱放大電路的直流負(fù)載線，斜率為1/RC。NM輸出回路線性部分的電壓、電流關(guān)系：輸出回路線性部分的電壓、電流關(guān)系： UCE=VCCICRC或或CCECCCRUVI19VCCVCCRC1RC-MN4）求靜態(tài)工作點(diǎn)）求靜態(tài)工作點(diǎn)QICQUCEQQ靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)直線直線MN和和IB=IBQ的輸出特性曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)的輸出特性曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)工作點(diǎn)Q。Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓、電流值就是靜態(tài)工點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓、電流值就是靜態(tài)工作下三極管的作下三極管的UCEQ和和ICQ。202、動(dòng)態(tài)分析、動(dòng)

13、態(tài)分析（設(shè)（設(shè)RL=）21C1、 C2在一定頻率信號(hào)作在一定頻率信號(hào)作用下，其容抗可忽略；直用下，其容抗可忽略；直流電源流電源VCC內(nèi)阻很小可視內(nèi)阻很小可視為短路，即在交流通道中，為短路，即在交流通道中，可可將直流電源和耦合電容將直流電源和耦合電容短路短路。 放大電路工作時(shí)，輸放大電路工作時(shí)，輸出端總是要接負(fù)載。負(fù)載出端總是要接負(fù)載。負(fù)載對(duì)放大電路的影響如何？對(duì)放大電路的影響如何？交流通路交流通路LCLCLCL/RRRRRRR 顯然，放大電路的交流負(fù)顯然，放大電路的交流負(fù)載電阻為：載電阻為：22交流負(fù)載線交流負(fù)載線輸出端口有：輸出端口有： uce= ic RL由于交流信號(hào)是疊加在靜態(tài)工作點(diǎn)上的

14、，故交流由于交流信號(hào)是疊加在靜態(tài)工作點(diǎn)上的，故交流負(fù)載線是通過(guò)負(fù)載線是通過(guò)Q點(diǎn)的一條直線，其斜率為點(diǎn)的一條直線，其斜率為-1/RL。P點(diǎn)：點(diǎn)：（UCEQ+ICQ RL ，0）連接連接Q、P點(diǎn)得交流負(fù)載點(diǎn)得交流負(fù)載線。線。234）放大電路的動(dòng)態(tài)范圍和非線性失真）放大電路的動(dòng)態(tài)范圍和非線性失真 放大電路除了應(yīng)有一定的放大倍數(shù)外，還要放大電路除了應(yīng)有一定的放大倍數(shù)外，還要求輸出信號(hào)無(wú)明顯失真。求輸出信號(hào)無(wú)明顯失真。動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍：不失真最大輸出電壓的峰：不失真最大輸出電壓的峰-峰值峰值Uo（P-P）a.工作點(diǎn)工作點(diǎn)Q要要設(shè)置在輸出特設(shè)置在輸出特性曲線放性曲線放 大區(qū)大區(qū)的中間部位；的中間部位； b

15、.要有合適的要有合適的交流負(fù)載線交流負(fù)載線。iCuCEuo可輸出的可輸出的最大不失最大不失真信號(hào)真信號(hào)24iCuCEuoQ點(diǎn)過(guò)低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)點(diǎn)過(guò)低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)稱為截止失真稱為截止失真對(duì)于對(duì)于NPN管，輸出電管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。壓表現(xiàn)為頂部失真。不產(chǎn)生截止失真的條件：不產(chǎn)生截止失真的條件：Uom ICQ RL 25iCuCEuoQ點(diǎn)過(guò)高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)點(diǎn)過(guò)高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)稱為飽和失真稱為飽和失真對(duì)于對(duì)于NPN管，輸出電管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。壓表現(xiàn)為底部失真。不產(chǎn)生飽和失真的條件：不產(chǎn)生飽和失真的條件：Uom UCEQUCES 2627分析圖示各電路有無(wú)正常電壓放大的能力。

16、分析圖示各電路有無(wú)正常電壓放大的能力。無(wú)電壓放大能力。無(wú)電壓放大能力。因?yàn)闆](méi)接入因?yàn)闆](méi)接入RC，交流輸出，交流輸出短路。短路。無(wú)電壓放大能力。無(wú)電壓放大能力。因?yàn)橐驗(yàn)閂BB對(duì)交流輸入信號(hào)對(duì)交流輸入信號(hào)短路，短路，ui無(wú)法控制無(wú)法控制ib。 解：注意三點(diǎn)解：注意三點(diǎn)（1）偏置是否合適；（）偏置是否合適；（2）輸入信號(hào)能否加入；（輸入信號(hào)能否加入；（3）輸出信號(hào)能否輸出。）輸出信號(hào)能否輸出。28無(wú)電壓放大能力。無(wú)電壓放大能力。因?yàn)橐驗(yàn)閁BEQ=0，管子靜態(tài)時(shí)，管子靜態(tài)時(shí)工作于截止區(qū)。工作于截止區(qū)。無(wú)電壓放大能力。無(wú)電壓放大能力。因管子集電極與負(fù)載間無(wú)耦因管子集電極與負(fù)載間無(wú)耦合電容，且負(fù)載電阻值很

17、小，合電容，且負(fù)載電阻值很小，會(huì)使管子靜態(tài)時(shí)的會(huì)使管子靜態(tài)時(shí)的UCEQ值非值非常小，以致于工作到飽和區(qū)。常小，以致于工作到飽和區(qū)。292.4 2.4 放大電路的小信號(hào)模型分析方法放大電路的小信號(hào)模型分析方法pBJTBJT的小信號(hào)模型的小信號(hào)模型p小信號(hào)模型分析法小信號(hào)模型分析法p溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響與分壓式偏置電路溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響與分壓式偏置電路302.4.1 BJT2.4.1 BJT的小信號(hào)模型的小信號(hào)模型1、共射、共射BJT的的H參數(shù)模型參數(shù)模型 H參數(shù)的導(dǎo)出參數(shù)的導(dǎo)出接成共發(fā)射極組態(tài)的接成共發(fā)射極組態(tài)的BJT可看成可看成一雙口網(wǎng)絡(luò)，端口特性表示為一雙口網(wǎng)絡(luò)，端口特性表示為+iBiCuBE

18、uCEuBE= f1（iB，uCE）iC= f2（iB，uCE）在小信號(hào)下，管子工作在在小信號(hào)下，管子工作在Q點(diǎn)附近，故可在點(diǎn)附近，故可在Q點(diǎn)處對(duì)點(diǎn)處對(duì)上式全微分上式全微分 CECECBBCCCECEBEBBBEBEduuidiiididuuudiiuduQQQQ31 CECECBBCCCECEBEBBBEBEduuidiiididuuudiiuduQQQQ用交流量取代微分項(xiàng)用交流量取代微分項(xiàng) ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu式中：式中：be0bbeBBEieceriuiuhuQ 輸出交流短路時(shí)的輸入輸出交流短路時(shí)的輸入電阻，單位電阻，單位r0cebeCEBErebuuu

19、uuhiQ 0bcBCfeceuQiiiihce0cecCECce1bruiuihiQ 輸入交流開(kāi)路時(shí)的輸出輸入交流開(kāi)路時(shí)的輸出電導(dǎo)，單位電導(dǎo)，單位S輸出交流短路時(shí)的電流輸出交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，無(wú)量綱放大系數(shù)，無(wú)量綱輸入交流開(kāi)路時(shí)的電壓輸入交流開(kāi)路時(shí)的電壓反饋系數(shù)，無(wú)量綱反饋系數(shù)，無(wú)量綱32 H參數(shù)的物理意義參數(shù)的物理意義33+iBiCuBEuCE ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu34簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化H參數(shù)模型參數(shù)模型hre為為BJT的內(nèi)部電壓反饋，一般在的內(nèi)部電壓反饋，一般在10-310-4數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí)內(nèi)，即當(dāng)輸出電壓內(nèi)，即當(dāng)輸出電壓uce=10mV時(shí)，將在輸入回路引時(shí)，

20、將在輸入回路引入約入約1V的內(nèi)部反饋電壓，故取的內(nèi)部反饋電壓，故取hre=0。hoe為為BJT的共發(fā)射極輸出電阻的共發(fā)射極輸出電阻rce=1/hoe，一般在，一般在10200k，當(dāng)，當(dāng)RL rce，hoe可忽略?？珊雎?。hre 、 hoe忽略后，可得簡(jiǎn)化忽略后，可得簡(jiǎn)化H參數(shù)模型。參數(shù)模型。35 rbe的確定的確定rbe可用下列公式估算可用下列公式估算ebbebbbbe1rrrrr）（ ）（）（mAmV26EQEQTeIIVrre歸算到基極回路的電阻歸算到基極回路的電阻rbb為基區(qū)體電阻，對(duì)于低頻小功率管，為基區(qū)體電阻，對(duì)于低頻小功率管， rbb約約200；re為為 發(fā)射結(jié)結(jié)電阻，可由發(fā)射結(jié)結(jié)

21、電阻，可由PN結(jié)方程導(dǎo)出：結(jié)方程導(dǎo)出： ）（）（）（mAmV261200EQbeIr 即即36 注意問(wèn)題：注意問(wèn)題： BJT的小信號(hào)模型只能用于放大電路的動(dòng)態(tài)性的小信號(hào)模型只能用于放大電路的動(dòng)態(tài)性能分析，不能用于計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)，但其參數(shù)與能分析，不能用于計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)，但其參數(shù)與Q點(diǎn)有密切相關(guān)。點(diǎn)有密切相關(guān)。 受控源受控源ib代表代表BJT的電流控制作用，其方向的電流控制作用，其方向由由ib （也即（也即ube）來(lái)決定，不能任意假定。）來(lái)決定，不能任意假定。372.4.2 2.4.2 小信號(hào)模型分析法小信號(hào)模型分析法BQCQII 1、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算由直流通路，得由直流通路，得bCCbBEQCCBQRVRUVI CQCCCCEQIRVU 將已知參數(shù)代入，將已知參數(shù)代