《模擬電子教學(xué)資料》第2章 放大電路基礎(chǔ)

1、編輯ppt第第2章章 放大電路基礎(chǔ)放大電路基礎(chǔ) 基本共射放大電路基本共射放大電路 放大原理放大原理 性能指標(biāo)性能指標(biāo) 放大電路的分析方法放大電路的分析方法 圖解分析法圖解分析法 模型分析法模型分析法 放大電路的靜態(tài)偏置及工作點的穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)偏置及工作點的穩(wěn)定 放大電路的三種基本組態(tài)放大電路的三種基本組態(tài) 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 多級放大電路多級放大電路 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)編輯ppt2.1 基本共射放大電路基本共射放大電路 放大放大電路電路概念：概念：基本放大電路一般是指由基本放大電路一般是指由一個三極管一個三極管與相與相應(yīng)元件組成的應(yīng)元件組成的三種基本組態(tài)三種

2、基本組態(tài)放大電路。放大電路。a.a.放大電路主要用于放大放大電路主要用于放大微弱信號微弱信號，輸出電壓或電流在幅度上，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，輸出信號的能量得到了加強(qiáng)。得到了放大，輸出信號的能量得到了加強(qiáng)。b.b.輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，經(jīng)過三極管的輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，經(jīng)過三極管的控制控制，使之轉(zhuǎn)換成信號能量，提供給負(fù)載。，使之轉(zhuǎn)換成信號能量，提供給負(fù)載。編輯ppt2.1.1 基本共射放大電路的組成基本共射放大電路的組成電路組成電路組成: (1)三極管三極管T;(4)VBB：為發(fā)射結(jié)提供正偏。：為發(fā)射結(jié)提供正偏。ceRbRCVCCb+ +_ _+

3、+_ _VBBCb2+TvivoCb1(2) vi：輸入信號：輸入信號(3 )Cb1：耦合電容或隔：耦合電容或隔 直電容，其作用是通交流直電容，其作用是通交流 隔直流。隔直流。編輯ppt基本共射放大電路的組成基本共射放大電路的組成(5)Rb：一般為幾十：一般為幾十K幾百千幾百千K， Rb ,Vbb 屬基極回路屬基極回路bBEBBBRVVI一般，硅管一般，硅管VBE 鍺管鍺管VBEbBBBRVI 當(dāng)VBBVBE時：ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1編輯ppt基本共射放大電路的組成基本共射放大電路的組成(9) vo：輸出信號：輸出信號（10) 公共地或共同端

4、。公共地或共同端。 圖中各電壓的極性是參考極性，圖中各電壓的極性是參考極性，電流的參考方向如圖所示。電流的參考方向如圖所示。(8)Cb2：耦合電容或隔：耦合電容或隔 直電容，其作用是通交流直電容，其作用是通交流 隔直流。隔直流。ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1(7)RC：將：將iC的變化轉(zhuǎn)換為的變化轉(zhuǎn)換為vo的變化，的變化， 一一 般幾般幾K幾十幾十K。 VCE=VCC-ICRC （6）Vcc:為為JC偏置偏置編輯ppt基本共射放大電路基本共射放大電路RL:負(fù)載電阻負(fù)載電阻ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1RLT

5、+vivoRLTCb1VCCCb2+ +_ _+ +_ _RbRC編輯ppt2.1.2 共射電路共射電路放大原理放大原理+vivoCb1VCCCb2+ +_ _+ +_ _RbRC12V300K4K=40vi 變化 iB 變化 iC 變化 vCE 變化 vo 變化Cb1iC= iBvCE= VCC - iCRCVR-IVVmAII uARVICCCCCEBCbCCB6 . 56 . 1 40 oCCCECBivVRivmAiuAimVv8 . 02 . 051編輯ppt2.1.2 共射電路共射電路放大原理放大原理 放大電路實現(xiàn)信號放大的工作過程 編輯ppt信號表示信號表示信號表示（對信號表示（

6、對IC 、VBE 、VCE 等意義相同）：等意義相同）：IB 表示直流量表示直流量 ib 表示交流變化量表示交流變化量 iB 表示交直流混合量表示交直流混合量 Ib 表示相量表示相量 編輯ppt 放大電路的分析方法放大電路的分析方法n圖解分析法圖解分析法n靜態(tài)分析靜態(tài)分析n動態(tài)分析動態(tài)分析n模型分析法模型分析法nBJT的折線化模型與靜態(tài)工作點的折線化模型與靜態(tài)工作點nBJT的交流小信號模型及放大器的交流的交流小信號模型及放大器的交流參數(shù)分析參數(shù)分析編輯ppt 直流通路與交流通路直流通路與交流通路靜態(tài)：靜態(tài)：只考慮直流信號，即只考慮直流信號，即vi=0，各點電位不變，各點電位不變 （直流工作狀態(tài)

7、）。（直流工作狀態(tài)）。直流通路：直流通路：交流通路：交流通路： 放大電路建立正確的放大電路建立正確的靜態(tài)靜態(tài)，是是保證保證動態(tài)動態(tài)工作工作的的前提前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)，和動態(tài)，正確地區(qū)分正確地區(qū)分直流通道和交流通道。直流通道和交流通道。動態(tài)：動態(tài)：只考慮交流信號，即只考慮交流信號，即vi不為不為0，各點電位變化，各點電位變化 （交流工作狀態(tài)）。（交流工作狀態(tài)）。電路中無變化量，電容相當(dāng)于開路，電路中無變化量，電容相當(dāng)于開路， 電感相當(dāng)電感相當(dāng)于短路于短路電路中電容短路，電感開路，直流電路中電容短路，電感開路，直流 電源對公共電源對公共端

8、短路端短路 編輯ppt直流通路直流通路TRRVb1b2bCCCCC+vovi電容Cb1和Cb2斷開TRRVbCCC直流通路 即能通過直流的通道。從C、B、E向外看，有直流負(fù)載電阻， Rc 、Rb 。編輯pptRRVIVCCbCCCV+_+_CEBEVBCI2.2.1 圖解分析法圖解分析法輸入特性VBE=VCC-IBRb輸出特性VCE=VCC-ICRCb、e回路回路c、e回路回路(a) 畫直流通路(b) 把基極回路和集電極回路電路分為線性和非線性兩部分(1) 靜態(tài)工作點的圖解分析靜態(tài)工作點的圖解分析1.靜態(tài)分析靜態(tài)分析編輯pptIB40uA、RB=300K、VCC=12V編輯pptRRVIVCC

9、bCCCV+_+_CEBEVBCI2.2.1 圖解分析法圖解分析法輸出特性VCE=VCC-ICRCb、e回路回路c、e回路回路(a) 畫直流通路(b) 把基極回路和集電極回路電路分為線性和非線性兩部分(1) 靜態(tài)工作點的圖解分析靜態(tài)工作點的圖解分析1.靜態(tài)分析靜態(tài)分析編輯ppt圖解分析圖解分析vCE(v)i C (mA)32124680101220uA40uA60uA80uAIB =100uA(c)作非線性部分的伏安特性曲線BCECIvfi)(=40uA(d) 作線性部分的伏安特性曲線直流負(fù)載線VCE=12 - 4 IC (VCC=12V , RC=4K)用兩點法做直線M(12V,0)，N(0

10、,3mA)MN(e)直線MN與IB=40uA曲線的交點(5.6V,1.6mA) 就是靜態(tài)工作點Q（5.6V，1.6mA）Q直流直流負(fù)載線負(fù)載線IB=40uA、RC=4K、VCC=12V編輯ppt討論：電路參數(shù)變化對討論：電路參數(shù)變化對Q點的影響點的影響vi (mA)3212468C EC01012I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQRb改變： Q點沿MN向下移動CECBbVIIRQRRbVCCC12V300K4K=40固定偏流電路固定偏流電路編輯ppt電路參數(shù)變化對電路參數(shù)變化對Q點的影響點的影響vi (mA)3212468C EC01012

11、I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQRC改變：點逆時針轉(zhuǎn)動繞的斜率變小MMNMNRRIVVCCCCCCEQRRbVCCC12V300K4K=40固定偏流電路固定偏流電路編輯ppt電路參數(shù)變化對電路參數(shù)變化對Q點的影響點的影響vi (mA)3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQVCC改變：向右平移不變MNVIVRIVVCECCCCCCCCEQRRVIBVBBbCCCV+_+_CEBEVIC編輯ppt(2) 靜態(tài)工作點的近似估算法靜態(tài)工作點的近似估算法(2) 靜態(tài)工

12、作點的近似估算法靜態(tài)工作點的近似估算法 已知硅管導(dǎo)通時VBE， 鍺管VBE 以及 =40， 根據(jù)直流通路則有：VRIVVmAIIARVVICCQCCCEQBQCQbBECCBQ6 .5=6 .1=40=-Q:（40uA，），）RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流電路固定偏流電路編輯pptRbRCvoviCb1Cb2VCC+Re0.5K330K4K15V =50例：電路及參數(shù)如圖，求例：電路及參數(shù)如圖，求Q點值點值直流通路RbRCVCC330K4K15V =50Re0.5K編輯ppt例例VRIVIRIVVcCCCEcCCCCE65 . 4215)R(ReeuARVVIbBECCB405

13、 . 0513307 . 015R)1 (e mAuAIIEC24050150 直流通路RbRCVCC330K4K15V =50Re0.5K編輯ppt2. 動態(tài)分析動態(tài)分析(交流通路）交流通路）TRRVvvb1b2bCCCCCio+vovi直流電直流電源和耦源和耦合電容合電容對交流對交流相當(dāng)于相當(dāng)于短路短路TRRbC+_+_vovi1)直流電源內(nèi)阻為零，交流電流流過直流電源時，沒有壓降。直流電源內(nèi)阻為零，交流電流流過直流電源時，沒有壓降。2)設(shè)設(shè)C1、 C2 足夠大，對信號而言，其上的交流壓降近似為零。足夠大，對信號而言，其上的交流壓降近似為零。3)在交流通道中，可將直流電源和耦合電容短路在交

14、流通道中，可將直流電源和耦合電容短路。 交流通路：交流通路： 能通過能通過交流的電路通道。從交流的電路通道。從C、B、E向外看，有等效的向外看，有等效的交流負(fù)載電阻，交流負(fù)載電阻， Rc/RL和偏置電阻和偏置電阻Rb 。編輯pptiC(mA)32124680101220uA40uA60uA80uA100uA040vivoiB(uA)6020vi=0.02sint(V)vBE(V)vCE(V)動態(tài)分析動態(tài)分析vi=0.02sint(V) ib=20sint(uA)iB= 20uA60uARRVb1b2bCCCCC+vovi=40iC=iB=0.82.4(mA)vCE= 8.8V 2.4Vvo=

15、vce=-3.2sin tRRVb1b2bCCCCC+vovi=404K動態(tài)分析（動畫）動態(tài)分析（動畫）編輯ppt截止失真截止失真vi (mA)3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uAB040uAvivoi (uA)BvBEQ截止失真截止失真：由于放大電路的工作點達(dá)到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。截止失真（動畫）截止失真（動畫）編輯ppt飽和失真飽和失真vi (mA)3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uAB

16、080uAvoi (uA)BvBEQ飽和失真vi飽和失真：由于放大電路的工作點達(dá)到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。注意：對于注意：對于PNP管，由于是負(fù)電源管，由于是負(fù)電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管管正好相反。正好相反。飽和失真飽和失真（動畫）（動畫）編輯pptTRRbC+_+_voviRL交流通路交流負(fù)載線交流負(fù)載線TRRVvvb1b2bCCCCCio+vo -viRLRL=RC/RL編輯ppt交流負(fù)載線交流負(fù)載線交流負(fù)載線確定方法：交流負(fù)載線確定方法： a. 通過輸出特性曲線上的通過輸出特性曲線上的Q點做一條直線，其斜

17、率為點做一條直線，其斜率為- -1/RL RL= RLRc 是交流負(fù)載電阻。是交流負(fù)載電阻。c. 交流負(fù)載線和直交流負(fù)載線和直 流負(fù)載線相交與流負(fù)載線相交與 Q點。點。 b. 交流負(fù)載線是有交流負(fù)載線是有 交流輸入信號時交流輸入信號時 Q點的運動軌跡。點的運動軌跡。編輯ppt最大不失真輸出最大不失真輸出放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要： 1.工作點工作點Q要設(shè)置在輸要設(shè)置在輸出特性曲線出特性曲線放大區(qū)的中放大區(qū)的中間部位；間部位；2.要有合適要有合適的交流負(fù)載的交流負(fù)載線。線。 Q位于交流負(fù)載線中間時，VomICQRL交流動態(tài)范圍（動畫）編輯p

18、pt2.1.3 2.1.3 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)(1) (1) 放大倍數(shù)放大倍數(shù)(2) (2) 輸入電阻輸入電阻Ri(3) (3) 輸出電阻輸出電阻Ro(4) (4) 通頻帶通頻帶編輯ppt(1) (1) 放大倍數(shù)放大倍數(shù) 通常它們都是按正弦量定義的。放大倍數(shù)定義式中各通常它們都是按正弦量定義的。放大倍數(shù)定義式中各有關(guān)量如圖所示。有關(guān)量如圖所示。io/VVAv電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)：io/IIAi電流放大倍數(shù)：電流放大倍數(shù)：iiooio/IVIVPPAp功率放大倍數(shù)：功率放大倍數(shù)：編輯ppt(2) (2) 輸入電阻輸入電阻 Ri 輸入電阻是表明放大電路從信號源輸入電阻

19、是表明放大電路從信號源吸取電流大小吸取電流大小的參的參數(shù)。數(shù)。Ri大，放大電路從信號源吸取的電流小，反之則大。大，放大電路從信號源吸取的電流小，反之則大。 Ri的定義的定義: :iiiIVR編輯ppt(3) (3) 輸出電阻輸出電阻Ro輸出電阻是表明放大電路帶輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載的能力，負(fù)載的能力，Ro大表明放大電大表明放大電路帶負(fù)載的能力差，反之則強(qiáng)。路帶負(fù)載的能力差，反之則強(qiáng)。Ro的定義的定義: :0,.o.ooSL=VRIVR編輯ppt放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正弦信正弦信號下的交流參數(shù)號下的交流參數(shù)，只有在放大電路處于放大狀態(tài)且

20、，只有在放大電路處于放大狀態(tài)且輸出不失真的條件下輸出不失真的條件下才有意義。才有意義。注意：注意：編輯ppt2.2.2 模型分析法模型分析法圖解法的適用范圍：信號頻率低、幅度較大的情況。圖解法的適用范圍：信號頻率低、幅度較大的情況。 如果電路中輸入信號很小，可把三極管特性曲線在小如果電路中輸入信號很小，可把三極管特性曲線在小范圍內(nèi)用范圍內(nèi)用直線代替直線代替，從而把放大電路當(dāng)作線性電路處理，從而把放大電路當(dāng)作線性電路處理微變等效電路。微變等效電路。 1.1.三極管可以用一個模型來代替。三極管可以用一個模型來代替。 2.2.對于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響。對于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響。

21、3.3.小信號意味著三極管在線性條件下工作，微變也小信號意味著三極管在線性條件下工作，微變也 具有線性同樣的含義。具有線性同樣的含義。編輯ppt靜態(tài)工作點的估算靜態(tài)工作點的估算bCCbBECCBRVRVVIBCIICCCCCERIVV放大電路的靜態(tài)工作點必須設(shè)置在放大電路的靜態(tài)工作點必須設(shè)置在放大區(qū)放大區(qū)，其靜態(tài)，其靜態(tài)工作點可從下式求得工作點可從下式求得編輯ppt信號表示信號表示信號表示（對信號表示（對IC 、VBE 、VCE 等意義相同）：等意義相同）：IB 表示直流量表示直流量 ib 表示交流變化量表示交流變化量 iB 表示交直流混合量表示交直流混合量 Ib 表示相量表示相量 編輯ppt

22、三極管共射三極管共射h參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路共射接法等效的共射接法等效的雙端口網(wǎng)絡(luò)：雙端口網(wǎng)絡(luò)：輸入特性表達(dá)式：輸入特性表達(dá)式：vBE= f1 ( iB ,vCE )輸出特性表達(dá)式：輸出特性表達(dá)式：iC= f2 ( iB ,vCE )ccebbeIVIV，輸出：，輸入：+_+_beVbIcIceV的低頻小信號模型的低頻小信號模型編輯ppt三極管共射三極管共射h參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路CEICECBVBCCCEICEBEBVBBEBEdvvidiiididvvvdiivdvBCEBCE求全微分：cebccebbeVhIhIVhIhV22212111c+_+-beVbIcIceV輸入特性表達(dá)式：

23、輸入特性表達(dá)式：vBE= f1 ( iB ,vCE )輸出特性表達(dá)式：輸出特性表達(dá)式：iC= f2 ( iB ,vCE )編輯ppt (3) h參數(shù)0CE)/(BBE11vivh，稱為，稱為輸入電阻輸入電阻，即即 rbe。0B)/(CEBE12ivvh，稱為，稱為電壓反饋系數(shù)電壓反饋系數(shù)。0CE)/(BC21viih，稱為，稱為電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)，即即 。0B)/(CEC22ivih ，稱為，稱為輸出電導(dǎo)輸出電導(dǎo)，即即1/rce。cebccebbeVhIhIVhIhV22212111CEICECBVBCCCEICEBEBVBBEBEdvvidiiididvvvdiivdvBCEBCE編輯

24、ppt 圖03.17 h11和h12的意義h h參數(shù)的物理含義見圖。參數(shù)的物理含義見圖。 圖 03.18 h21和h22的意義 h h參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。h h參數(shù)與工作點有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。參數(shù)與工作點有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。h h參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。cebccebbeVhIhIVhIhV22212111CEICECBVBCCCEICEBEBVBBEBEdvvidiiididvvvdiivdvBCEBCE編輯ppt三極管共射簡化三極管共射簡化h參數(shù)等效電

25、路參數(shù)等效電路忽略忽略h12和和h22影響的影響的簡化參數(shù)等效電路簡化參數(shù)等效電路c編輯ppt模型中的主要參數(shù)模型中的主要參數(shù) r rbebe三極管的交流輸入電阻三極管的交流輸入電阻rbeQ= rbb + rbe 200 +(1+) 26mV / IEQ i iB B輸出電流源輸出電流源 表示三極管的電流放大作用。反映了三極管具有電表示三極管的電流放大作用。反映了三極管具有電流控制電流源流控制電流源( (CCCS)的特性的特性。rbe re歸算到基極回路的電阻。rbb 相當(dāng)于基相當(dāng)于基區(qū)的體電阻區(qū)的體電阻, 對于小功率三極管對于小功率三極管rbb 200 ，。，。 編輯ppt2 用模型分析法求

26、放大器的動態(tài)參數(shù)用模型分析法求放大器的動態(tài)參數(shù)放大電路分析步驟：放大電路分析步驟：u畫交流通路畫交流通路u畫微變等效電路畫微變等效電路u計算電壓放大倍數(shù)計算電壓放大倍數(shù)Avu計算輸入電阻計算輸入電阻Riu計算輸出電阻計算輸出電阻Ro編輯ppt1. 畫等效電路圖計算電壓放大倍數(shù)畫等效電路圖計算電壓放大倍數(shù)AvTRRVvvb1b2bCCC CCio+voviTRRbC+_+_vovibceCbcCobbeiRIIRVrV-I beCiovrRVV-A編輯ppt2. 計算輸入電阻計算輸入電阻 RibebebbebbebirrRrRrRR/IViiRi編輯ppt3. 計算輸出電阻計算輸出電阻 Ro 把輸入信號源短路（把輸入信號源短路（Vs=0）但保留信號源）但保留信號源 內(nèi)阻，在輸出端加信號內(nèi)阻，在輸出端加信號Vo，求此時的，求此時的 Io， 則：則： oooVRI /=CoooRVR=I=所以：如圖，如果如圖，如果Vs0，則，則 Ib=0， 所以所以 Ib=0 Ro編輯ppt例：求例：求Av ，R i，Ro電路及參數(shù)如圖，電路及參數(shù)如圖，rbb=100 ，求求Av，Ri，RoRRVvvb1b2bCCC CCio+Re0.5K330K4K15V =50vivo解：解： 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點