模擬電子技術(shù)電子教案(第二章)

1、制作人：郭建才制作人：郭建才華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院 本章是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容，本章應(yīng)熟練掌握以本章是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容，本章應(yīng)熟練掌握以下內(nèi)容：下內(nèi)容：n放大電路直流工作點(diǎn)（放大電路直流工作點(diǎn)（Q點(diǎn)）的估算點(diǎn)）的估算n放大電路指標(biāo)計(jì)算，含電壓放大系數(shù)放大電路指標(biāo)計(jì)算，含電壓放大系數(shù)AuUo /Ui、輸入電阻輸入電阻ri、輸出電阻輸出電阻ro的計(jì)算的計(jì)算n根據(jù)輸出電壓波形，判斷非線性失真的類型，根據(jù)輸出電壓波形，判斷非線性失真的類型，及怎樣調(diào)整電路參數(shù)消除非線性失真。及怎樣調(diào)整電路參數(shù)消除非線性失真。2. 1 放大電路工作原理放大電路工作原理2. 2 放大電路的直流

2、工作狀態(tài)放大電路的直流工作狀態(tài)2. 3 放大電路的動態(tài)分析放大電路的動態(tài)分析2. 4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定及其偏置電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定及其偏置電路2. 5 多級放大電路多級放大電路放大電路的分析方法放大電路的分析方法放大放大電路電路分析分析靜態(tài)分析靜態(tài)分析動態(tài)分析動態(tài)分析圖解法圖解法微變等效電路法微變等效電路法圖解法圖解法計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真解釋法（估算法）解釋法（估算法）l 2. 1. 1 放大電路的組成原理放大電路的組成原理l 2. 1. 2 直流通路和交流通路直流通路和交流通路放大電路應(yīng)具備的條件放大電路應(yīng)具備的條件 放大器件應(yīng)工作在放大區(qū)。對三極管而放大器件應(yīng)工作在放大區(qū)。對三極管而言，發(fā)

3、射結(jié)應(yīng)正向運(yùn)用，集電結(jié)應(yīng)反向言，發(fā)射結(jié)應(yīng)正向運(yùn)用，集電結(jié)應(yīng)反向運(yùn)用。運(yùn)用。 輸入信號能輸送至放大器件的輸入端，輸入信號能輸送至放大器件的輸入端，即三極管的發(fā)射結(jié)。即三極管的發(fā)射結(jié)。 有信號電壓輸出。有信號電壓輸出。 RsRbRcRLC1C2VUiUoUBB+_+_UCC圖2-1 共發(fā)射極基本放大電路發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)正正向運(yùn)用向運(yùn)用信號能輸送信號能輸送至放大器件至放大器件的發(fā)射結(jié)的發(fā)射結(jié)集 電 結(jié)集 電 結(jié) 反反向運(yùn)用向運(yùn)用有信號電有信號電壓輸出壓輸出_C1Rs+C2RbRcRLUiUoUcc圖2-2 單電源共發(fā)射極放大電路_C1Rs+C2RbRcRLUiUoUcc+圖2-2 單電源共發(fā)射極放大電路

4、直流通路直流通路，即直流成分的通路。將放大電，即直流成分的通路。將放大電路中的耦合電容和旁路電容視為路中的耦合電容和旁路電容視為開路開路。 交流通路交流通路，即交流成分的通路。將放大電，即交流成分的通路。將放大電路中的直流電源、耦合電容、旁路電容視路中的直流電源、耦合電容、旁路電容視為為短路短路。 _C1Rs+C2RbRcRLUiUoUcc+圖2-2 單電源共發(fā)射極放大電路開路開路開路開路放大電路的直流通路放大電路的直流通路直流通路直流通路RbRcUcc+圖2-3 基本共e極電路的交、直流通路A 直流通路_C1Rs+C2RbRcRLUiUoUcc+圖2-2 單電源共發(fā)射極放大電路放大電路的交流

5、通路放大電路的交流通路短路短路短路短路短路短路_Rs+RbRcRLUo圖2-3 基本共e極電路的交、直流通路B 交流通路l 2. 2. 1 解析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)解析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)l 2. 2. 2 圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)l 2. 2. 3 電路參數(shù)對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響電路參數(shù)對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響靜態(tài)：靜態(tài)：輸入信號為零（輸入信號為零（U Ui i= 0 = 0 或或 i ii i= 0= 0）時(shí)，放時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)直流工作狀態(tài)。電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管個(gè)電極的電壓、電流在電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管個(gè)電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，

6、稱為特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)，常稱，常稱為為Q Q點(diǎn)點(diǎn)。一般用。一般用I IB B、 I IC C、和和U UCECE 表示。表示。_C1Rs+C2RbRcRLUiUoUcc+圖2-2 單電源共發(fā)射極放大電路（1）估算）估算IB（ UBE 0.7V)RB+ECRCIBUBEBBECBRUEIBCR7 . 0E BCRE RB稱為稱為偏置電阻偏置電阻，IB稱為稱為偏置電流偏置電流。（2）估算）估算UCE、IcRB+ECRCICUCECCCCERIEU Ic= IB采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。管的輸入輸出特

7、性曲線。 共射極放大電路共射極放大電路直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-RcUcc圖2-4靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解法icuceOib0ib1ib2ib3ib4圖2-4靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解法icuCEOuCCMNUCCRC直流負(fù)載線圖2-4靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解法icuCEOib0ib1ib2ib3ib4=IBQuCCMQNuCCiCQuCQRC圖2-4靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解法ICUCEUCE=ECICRCECCCRE直流負(fù)載線直流負(fù)載線與與IB所決定所決定的那一條輸?shù)哪且粭l輸出特性曲線出特性曲線的交點(diǎn)就是的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)點(diǎn)QIB靜態(tài)靜態(tài)UCE靜態(tài)靜態(tài)ICicuCEOib0ib1ib2ib3ib4=IBQuCC

8、MQNuCCiCQuCQRC圖2-4靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解法UCE=ECICRCic/mAuCE/V00A20A40A60AiB=80AMQN26V431_+RbRcRLUiUoUcc+圖2-5 例2電路圖icuCEOMQNIBQQ2Q1Ucc1Ucc(c) Ucc變化對Q點(diǎn)的影響icuCEOMQNIBQQ2Q1RcRc2圖2-6 電路參數(shù)對Q點(diǎn)的影響(b)Rc變化對Q點(diǎn)的影響icuCEOIBQ1MQNIBQ2IBQ3Q2Q1Rb2Rb(a)Rb變化對Q點(diǎn)的影響 兩種方法：兩種方法：1 1、當(dāng)輸入交流信號后，其負(fù)載是、當(dāng)輸入交流信號后，其負(fù)載是RRL LR RC C/R/RL L。按交流負(fù)載線必通過

9、按交流負(fù)載線必通過Q Q點(diǎn)，且斜點(diǎn)，且斜率為率為RRL L，作出作出交流負(fù)載線交流負(fù)載線。2 2、UUCCCC =U =UCEQCEQ+I+ICQCQRRL Lic/mAuCE/VOuCCMQNIuCEQUuCC交流負(fù)載線直流負(fù)載線圖2-7 交流負(fù)載線的畫法斜率斜率-1/-1/RRL L-1/R-1/RC C/R/RL LQic/mAuCE/VOuCCMNuCEQuCC交流負(fù)載線直流負(fù)載線圖2-7 交流負(fù)載線的畫法UUCCCC =U =UCEQCEQ+I+ICQCQRRL LICQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/V

10、iB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線QQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線20uA40uA60uARB+ECRCC1C2uiiBiCuCEuo各點(diǎn)波形各點(diǎn)波形uo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反從

11、交流負(fù)載線與特性曲線的交點(diǎn)分析波形從交流負(fù)載線與特性曲線的交點(diǎn)分析波形關(guān)系，可以確定最大不失真輸出電壓，判關(guān)系，可以確定最大不失真輸出電壓，判斷非線性失真的類型。斷非線性失真的類型。 ibuBE0ibIB圖2-10 三極管特性的非線形引起的失真(a)因輸入特性彎曲引起的失真icuCE0QibIBQ(b)輸出曲線簇上疏下密引起的失真UCCicuceUCEQicuCE0QIBQUCCicuceUCEQICQib(c)輸出曲線簇上密下疏引起的失真ict0icUCE0tUCEUCEUCEQ交流負(fù)載線Q圖2-11 靜態(tài)工作點(diǎn)不合適產(chǎn)生的非線形失真(a)截止失真ict0icUCE0tUCEUCEUCEQI

12、CQiB交流負(fù)載線QQ圖2-11 靜態(tài)工作點(diǎn)不合適產(chǎn)生的非線形失真(b)飽和失真ic/mAUCE/V0iB=120AQ3100A80A60A40A20A0AA直流負(fù)載線CUCEQUcesICQRL最大不失真輸出波形失真輸出波形交流負(fù)載線B2ICQ246810121416圖2-12 最大不失真輸出電壓Ucem=ICQRLiCuCEuo可輸出可輸出的最大的最大不失真不失真信號信號合適的靜態(tài)工作點(diǎn)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)ibiCuCEuoQ點(diǎn)過低，信號進(jìn)入截止區(qū)點(diǎn)過低，信號進(jìn)入截止區(qū)稱為截止失真稱為截止失真信號波形信號波形iCuCEuoQ點(diǎn)過高，信號進(jìn)入飽和區(qū)點(diǎn)過高，信號進(jìn)入飽和區(qū)稱為飽和失真稱為飽和失真信

13、號波形信號波形1、 三極管的三極管的微變等效電路微變等效電路輸入回路輸入回路iBuBE當(dāng)信號很小時(shí)，將輸當(dāng)信號很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近入特性在小范圍內(nèi)近似線性似線性。 uBE iBbbeBBEbeiuiur 對輸入的小交流對輸入的小交流信號而言，三極信號而言，三極管管BE間等效于電間等效于電阻阻rbe。對輸入的小交流信號而言，對輸入的小交流信號而言，三極管三極管BE間等效于電阻間等效于電阻rbe。ebrbeibubeubebecib)mA(I)mV(26)1()(300rEbe 輸出回路輸出回路iCuCE由于：由于：bcii 所以，輸出端相當(dāng)于所以，輸出端相當(dāng)于1個(gè)受個(gè)受 ib控制的電流

14、源?？刂频碾娏髟?。近似平行近似平行且且電流源電流源兩端還要并兩端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻聯(lián)一個(gè)大電阻rce。iCuCE iC uCEcceceiur rce的含義的含義ubeibuceicuberbe ibib rceuceicrce很大，一般忽略。很大，一般忽略。等效等效三極管的三極管的微變等效電路微變等效電路ebcbecrbeic = ibibiiicuorbe ibuiRBRCRL交流等效電路交流等效電路微變等效電路微變等效電路uiuoRBRCRLn電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)A Au un電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)A Ai in功率放大倍數(shù)功率放大倍數(shù)A Ap pn輸入電阻輸入電阻r ri in輸

15、出電阻輸出電阻r ro o電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)AuUi和和Uo分別是輸入和輸出電壓的有效值。分別是輸入和輸出電壓的有效值。uiuoAuAu =Ui/Uo從輸入端看進(jìn)從輸入端看進(jìn)去的等效電阻去的等效電阻從輸入端看進(jìn)去從輸入端看進(jìn)去的等效電阻的等效電阻輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻輸入電阻輸入電阻ri輸入電阻是從放大電路輸入端看進(jìn)去輸入電阻是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。的等效電阻。IiUi輸入電阻：輸入電阻：ri=Ui / Iiriri表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)。表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)。 ri越大，放大電路從信號源吸取的電流就越小。越大，放大電路從信號源

16、吸取的電流就越小。Au輸入端輸入端輸出端輸出端信號源信號源uSRS輸出電阻輸出電阻ro輸出電阻輸出電阻ro是從輸出端看進(jìn)去的放大是從輸出端看進(jìn)去的放大電路的等效電阻。電路的等效電阻。輸出電阻輸出電阻ro表明放大電路帶負(fù)載的能力。表明放大電路帶負(fù)載的能力。ro越越小，表明放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。小，表明放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。0,ooosL= uRiuR 輸出電阻的定義：輸出電阻的定義：輸出電阻輸出電阻ro的測量的測量測量方法：測量方法：1 1、在輸入端輸入正弦信號、在輸入端輸入正弦信號2 2、令、令R RL L，測出，測出A A、B B間間U UO O3 3、接入、接入R RL L，測出，

17、測出A A、B B間間UoUo+_r0RLU0圖2-17 r0測量原理圖UoUo=UoUo/ /（ r ro o + R+ RL L ） R RL L則：則： r ro o = =（ Uo/UoUo/Uo11）R RL LAB 阻抗匹配阻抗匹配阻抗匹配是電子技術(shù)中常見的一種工作狀態(tài)，阻抗匹配是電子技術(shù)中常見的一種工作狀態(tài)，它反映了輸人電路與輸出電路之間的功率傳輸關(guān)它反映了輸人電路與輸出電路之間的功率傳輸關(guān)系。當(dāng)電路實(shí)現(xiàn)阻抗匹配時(shí)，將獲得最大的功率系。當(dāng)電路實(shí)現(xiàn)阻抗匹配時(shí)，將獲得最大的功率傳輸。反之，當(dāng)電路阻抗失配時(shí)，不但得不到最傳輸。反之，當(dāng)電路阻抗失配時(shí)，不但得不到最大的功率傳輸，還可能對電

18、路產(chǎn)生損害。大的功率傳輸，還可能對電路產(chǎn)生損害。 例如，無線電發(fā)信機(jī)的輸出阻抗與饋線的阻例如，無線電發(fā)信機(jī)的輸出阻抗與饋線的阻抗、饋線與天線的阻抗也應(yīng)達(dá)到一致。如果阻抗抗、饋線與天線的阻抗也應(yīng)達(dá)到一致。如果阻抗值不一致，發(fā)信機(jī)輸出的高頻能量將不能全部由值不一致，發(fā)信機(jī)輸出的高頻能量將不能全部由天線發(fā)射出去。這部分沒有發(fā)射出去的能量會反天線發(fā)射出去。這部分沒有發(fā)射出去的能量會反射回來，產(chǎn)生駐波。射回來，產(chǎn)生駐波。功放與音箱的阻抗匹配功放與音箱的阻抗匹配 功放的額定輸出阻抗，應(yīng)與音箱的額定阻抗相功放的額定輸出阻抗，應(yīng)與音箱的額定阻抗相一致。此時(shí)，功放處于最佳設(shè)計(jì)負(fù)載線狀態(tài)，因此一致。此時(shí)，功放處于

19、最佳設(shè)計(jì)負(fù)載線狀態(tài)，因此可以給出最大不失真功率，如果音箱的額定阻抗大可以給出最大不失真功率，如果音箱的額定阻抗大于功放的額定輸出阻抗，功放的實(shí)際輸出功率將會于功放的額定輸出阻抗，功放的實(shí)際輸出功率將會小于額定輸出功率。如果音箱的額定阻抗小于功放小于額定輸出功率。如果音箱的額定阻抗小于功放的額定輸出阻抗，音響系統(tǒng)能工作，但功放有過載的額定輸出阻抗，音響系統(tǒng)能工作，但功放有過載的危險(xiǎn)，要求功放有完善的過流保護(hù)措施來解決。的危險(xiǎn)，要求功放有完善的過流保護(hù)措施來解決。300歐歐/75歐電視歐電視天線阻抗匹配器天線阻抗匹配器 創(chuàng)維創(chuàng)維37L05HR液液晶電視接口晶電視接口 75歐電視歐電視天線接口天線接

20、口_Rs+ReRLUiIiIbbIoIcc_+UoririerorbeIb(b)等效電路_C1Rs+C2RbRcRLUiUoUcc+_V圖2-18 共e極放大電路及其微變等效電路(a)放大電路_Rs+ReRLUi_+UoririeroRbIbUsIoIbrbe(b)等效電路_C1Rs+C2RbReRLUiUoUcc+_V圖2-19 共c極放大電路及其微變等效電路(a)放大電路RsRe_+U2RbIbI2IbrbeIII圖2-20 求r0等效電路共集電極放大電路，共集電極放大電路，也叫也叫射極輸出器。射極輸出器。特點(diǎn)：同相放大，放特點(diǎn)：同相放大，放大倍數(shù)約為大倍數(shù)約為1 1，輸入電，輸入電阻大，

21、輸出電阻小。阻大，輸出電阻小。RB+ECC1C2RERLuiuo射極輸出器的輸入電阻很大，從信號源射極輸出器的輸入電阻很大，從信號源取得的信號大。取得的信號大。射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。力強(qiáng)。所謂所謂帶負(fù)載能力強(qiáng)帶負(fù)載能力強(qiáng)，是指當(dāng)負(fù)載變化，是指當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，放大倍數(shù)基本不變。時(shí)，放大倍數(shù)基本不變。_Rs+ReRLUi_UoririeroIbUsIoIirbe+RcIic圖2-21 共b極放大電路及其微變等效電路(b)等效電路_C1Rs+CbRb2ReRLUiUoUcc+_VRb1ReC2+(a)放大電路共發(fā)射極共發(fā)射極：輸出電壓與輸入電壓輸出電

22、壓與輸入電壓反相反相，ri、ro適中適中，應(yīng)用廣泛。，應(yīng)用廣泛。共集電極共集電極：輸出電壓與輸入電壓輸出電壓與輸入電壓同相同相， ri高高、ro低低，起隔離作用。，起隔離作用。共基極共基極 ：輸出電壓與輸入電壓輸出電壓與輸入電壓同相同相， ri低低、ro高，高，用于寬頻放大。用于寬頻放大。為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。但是，靜態(tài)工作點(diǎn)由但是，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、 和和ICEO決定，決定，這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。Q變變UBE ICEO變變T變變IC變變飽和失真圖2-22 溫度對Q點(diǎn)和

23、輸出波形的影響實(shí)線：20度時(shí)的特性曲線虛線：50度時(shí)的特性曲線icuCE0QQIb2Ib2IBQIBQIB1IB1分壓式偏置電阻RE射極直流負(fù)反饋電阻CE 交流旁路電容_C1Rs+C2Rb2RcRLUiUoUcc+VI+CeIBUsUBRb1IRIEReUE圖2-23 電流反饋式偏置電路IR=（510）IBI= IR + IB IR_C1Rs+C2Rb2RcRLUiUoUcc+VI+CeIBUsUBRb1IRIEReUE圖2-23 電流反饋式偏置電路TUBEICICIEUEIB由輸入特性曲線由輸入特性曲線_C1+C2UiUoUcc+CeRb1Re+_=12VRc5kRb50k2.7k20kRL

24、5k圖2-26 例4的電路圖(b)_C1+C2RbRcRLUiUo+5k560k+_5k12V(a)_+RLUi_+UoRb1IbIbrbeReRb2圖2-27 圖2-26的微變等效電路圖(b)_+RLUi_+UoRbIbIbrbeRe(a)ic/mAUCE/VOic/mAOUCE/V(a) 共射基本放大電路圖2-28 增大時(shí)兩種共射放大電路Q點(diǎn)的變化情況 2151021510ib=20A10AQ1iB=20A10A=50=100(IBQ不變，ICQ增大)Q2ic/mAUCE/VOic/mAOUCE/V(b) 工作點(diǎn)穩(wěn)定電路圖2-28 增大時(shí)兩種共射放大電路Q點(diǎn)的變化情況 2151021510ib=20A10AQ1iB=20A10A=50=100(ICQ不變，IBQ變小)Q2 多級放大器的耦合方式有多級放大器的耦合方式有n阻容耦合阻容耦合n直接耦合直接耦合n變壓器耦合變壓器耦合 2.5.12.5.1多級放大器的耦合方式多級放大器的耦合方式阻容耦合阻容耦合_C1Rs+C2Rb1Rc1RLUiUoUcc+_V1Rb2C3Rc2UsV2圖2-30 阻容耦合放大電路阻容耦合：各級間工作點(diǎn)互相獨(dú)立，便于調(diào)整；阻容耦合：各級間工作點(diǎn)互相獨(dú)立，便于調(diào)整；由于電容器的存在，它不能放