模擬電子線路(模電)基本放大器靜態(tài)動(dòng)態(tài)分析（課堂PPT）

1、 基本放大電路基本放大電路1 放大電路的組成及技術(shù)指標(biāo)放大電路的組成及技術(shù)指標(biāo)2 放大電路的分析方法放大電路的分析方法3 放大電路的穩(wěn)定偏置放大電路的穩(wěn)定偏置4 各種基本組態(tài)放大電路的分析與比較各種基本組態(tài)放大電路的分析與比較5 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)一. 放大的基本概念 基本放大電路基本放大電路由一個(gè)三極管與相應(yīng)元件由一個(gè)三極管與相應(yīng)元件組成的組成的基本組態(tài)基本組態(tài)放大電路。放大電路。 1.1.放大電路用于放大微弱信號(hào)，輸出電壓或電流放大電路用于放大微弱信號(hào)，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，輸出信號(hào)的能量得到了加強(qiáng)。在幅度上得到了放大，輸出信號(hào)的能量得到了加強(qiáng)。 2. 2.輸

2、出信號(hào)的能量實(shí)際上是由直流電源提供的，輸出信號(hào)的能量實(shí)際上是由直流電源提供的，只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號(hào)能量，提供只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號(hào)能量，提供給負(fù)載。給負(fù)載。共發(fā)射極、共集電極、共基極、共源極、共漏極共發(fā)射極、共集電極、共基極、共源極、共漏極 放大對(duì)象：放大對(duì)象：主要放大主要放大微弱微弱、變化變化的信號(hào)（交流的信號(hào)（交流小信號(hào)），使小信號(hào)），使U UO O或或I IO O、P PO O得到放大！得到放大！ 放大實(shí)質(zhì)放大實(shí)質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)換：能量的轉(zhuǎn)換直流能轉(zhuǎn)為直流能轉(zhuǎn)為交流能交流能 三極管三極管換能器換能器放大器的組成原則：放大器的組成原則： 直流偏置電路直流偏置電路（

3、即直流通路）要保證器件工作（即直流通路）要保證器件工作 在放大模式。在放大模式。 交流通路交流通路要保證信號(hào)能正常傳輸，即有輸入信要保證信號(hào)能正常傳輸，即有輸入信 號(hào)號(hào)vi時(shí)，應(yīng)有時(shí)，應(yīng)有vo輸出。輸出。 判斷一個(gè)電路是否具有放大作用，關(guān)鍵就是看它判斷一個(gè)電路是否具有放大作用，關(guān)鍵就是看它的直流通路與交流通路是否合理。若有任何一部分的直流通路與交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，則該電路就不具有放大作用。不合理，則該電路就不具有放大作用。 元件參數(shù)的選擇元件參數(shù)的選擇要保證信號(hào)能不失真地放大。要保證信號(hào)能不失真地放大。 即電路需提供合適的即電路需提供合適的Q點(diǎn)及足夠的放大倍數(shù)。點(diǎn)及足夠的放

4、大倍數(shù)。二. 放大電路的組成及工作原理(1) (1) 共發(fā)射極組態(tài)基本放大電路的組成共發(fā)射極組態(tài)基本放大電路的組成(2) (2) 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)(3) (3) 直流通路和交流通路直流通路和交流通路(4) (4) 放大原理放大原理 三三 極極 管管VT 負(fù)載電阻負(fù)載電阻RC 、RL 偏置電路偏置電路VCC 、RB 耦合電容耦合電容C1 、C2(1) 共發(fā)射極組態(tài)基本放大電路的組成起放大作用起放大作用將變化的電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出將變化的電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出提供直流偏置提供直流偏置隔直（流）通交（流）隔直（流）通交（流） (2) 靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 放大電路建立正確的靜態(tài)，是保證動(dòng)態(tài)工作放大電路建立正確的

5、靜態(tài)，是保證動(dòng)態(tài)工作的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，正確地區(qū)分直流路和交流通路動(dòng)態(tài)，正確地區(qū)分直流路和交流通路。 動(dòng)態(tài)是目的動(dòng)態(tài)是目的, ,靜態(tài)是保證靜態(tài)是保證( (不失真不失真!)!) 時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱也稱直流工作狀態(tài)直流工作狀態(tài)0iu 時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱也稱交流工作狀態(tài)交流工作狀態(tài)0iu靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 直流通路直流通路直流量傳遞的途徑 （耦合電容開路）（耦合電容開路） 交流通路交流通路交流量傳遞的途徑 （直流電源和耦合電容短路）（直流電源和耦合電容短路）(3)

6、直流通路和交流通路(4) 放大原理o2ccc)b(cbbe1iuCuRiiiiuCu三極管放大作用 變化的 通過 轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓妮敵鯿icR三三. . 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)n(1)放大倍數(shù)n(2)輸入電阻Rin(3)輸出電阻Ron(4)通頻帶BW(1) 放大倍數(shù) 放大：輸出信號(hào)的電壓和電流幅度得到放大，所以輸出功率也會(huì)有所放大 放大倍數(shù)有：電壓放大倍數(shù)、電流放大倍電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)數(shù)和功率放大倍數(shù)功率放大倍數(shù),通常它們都是按正弦量定義的。放大倍數(shù)定義電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)iouUUA電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)ioiIIA源電壓放大倍數(shù)源電壓放大倍數(shù)sousUUA源

7、電流放大倍數(shù)源電流放大倍數(shù)soisIIA功率放大倍數(shù)功率放大倍數(shù)iopPPA (2) 輸入電阻 Ri 輸入電阻：輸入電阻：表明放大電路從信號(hào)源吸取電流大小的參數(shù)，Ri越大放大電路從信號(hào)源吸取的電流越小iiiIUR(3) 輸出電阻Ro 輸出電阻：輸出電阻：表明放大電路帶負(fù)載的能力，Ro越大表明放大電路帶負(fù)載的能力越差0,.oSL=URIUR也通過放大電路的負(fù)載特性曲線求也通過放大電路的負(fù)載特性曲線求Ro實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法Ro =Uo / Io=( UoUo)/ Io =( UoUo) RL / Uo =( Uo/ Uo) 1 RLooLIURU、為，測(cè)得時(shí)，帶開路時(shí)的輸出為 注意：放大倍數(shù)、輸入電阻、

8、輸出電阻通常都注意：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正弦信號(hào)下的交流參數(shù)，只有在放大電路處于放是在正弦信號(hào)下的交流參數(shù)，只有在放大電路處于放大狀態(tài)且輸出不失真的條件下才有意義。大狀態(tài)且輸出不失真的條件下才有意義。(4) 通頻帶BW00HL7.02)()(AAfAfAfL稱為下限截止頻率，稱為下限截止頻率，fH稱為上限截止頻率稱為上限截止頻率。 放大電路的增益放大電路的增益A(f) 是頻率的函數(shù)。在低是頻率的函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當(dāng)頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當(dāng)A(f)下降下降到中頻電壓放大倍數(shù)到中頻電壓放大倍數(shù)A0的的 1/ 時(shí)時(shí)，即，即2LHffBW放大電路的分析方

9、法放大電路的分析方法1 放大電路的靜態(tài)分析2 放大電路的動(dòng)態(tài)分析一一. . 放大電路的靜態(tài)分析放大電路的靜態(tài)分析分析對(duì)象：靜態(tài)工作點(diǎn) (IBQ、ICQ和和UCEQ) Q（Quiescent)分析方法： 一、計(jì)算法 二、圖解分析法分析路徑：直流通路直流通路設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的電路稱放大器的偏置電路。設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的電路稱放大器的偏置電路。q 對(duì)偏置電路的要求對(duì)偏置電路的要求 提供合適的提供合適的Q點(diǎn)，保證器件工作在放大模式。點(diǎn)，保證器件工作在放大模式。例如：偏置電路須保證三極管例如：偏置電路須保證三極管E結(jié)正偏、結(jié)正偏、C結(jié)反偏。結(jié)反偏。 當(dāng)環(huán)境溫度等因素變化時(shí)，能穩(wěn)定電路的當(dāng)環(huán)境溫度等因素變化時(shí)，

10、能穩(wěn)定電路的Q點(diǎn)點(diǎn)。例如：溫度升高，三極管參數(shù)例如：溫度升高，三極管參數(shù) 、ICBO 、VBE(on) 而這些參數(shù)的變化將直接引起而這些參數(shù)的變化將直接引起Q點(diǎn)發(fā)生變化。點(diǎn)發(fā)生變化。當(dāng)當(dāng)Q點(diǎn)過高或過低時(shí)，輸出波形有可能產(chǎn)生飽和或點(diǎn)過高或過低時(shí)，輸出波形有可能產(chǎn)生飽和或截止失真。截止失真。 一、計(jì)算法一、計(jì)算法直流通路畫法：C斷開BBEQCCBQRUVICBI ICCQCCCEQRIVUIBQ、ICQ和和UCEQ這些這些量代表的工作狀態(tài)稱量代表的工作狀態(tài)稱為為靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)，用用Q表表示。示。二、圖解法二、圖解法CCBEBbCBCECCCcVUIRI IUVI R直流負(fù)載線直流負(fù)載線BEB

11、CECBCE( ,)( ,)uf iuif iu1. 由直流負(fù)載列出方程由直流負(fù)載列出方程 uCE=VCCiCRc2. 在輸出特性曲線上確定在輸出特性曲線上確定兩個(gè)特殊點(diǎn)兩個(gè)特殊點(diǎn),即可即可 畫出直流負(fù)載線。畫出直流負(fù)載線。 直流負(fù)載線的確定方法直流負(fù)載線的確定方法：VCC 、 VCC /Rc3. 在輸入回路列方程式在輸入回路列方程式uBE =VCCiBRb4. 在輸入特性曲線上，作出輸入負(fù)載線，兩在輸入特性曲線上，作出輸入負(fù)載線，兩 線的交點(diǎn)即是線的交點(diǎn)即是Q。5. 得到得到Q點(diǎn)的參數(shù)點(diǎn)的參數(shù)IBQ、ICQ和和UCEQ。 二二. . 放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路的動(dòng)態(tài)分析分析對(duì)象：分析方法：

12、一、圖解分析法 二、微變等效電路法分析路徑：交流通路交流通路uAiRoR交流通路畫法：直流電源和C 對(duì)交流相當(dāng)于短路uo uce RLic（RLR LRC）交流負(fù)載線交流負(fù)載線斜率：1/ RL特點(diǎn)：過Q點(diǎn)UABRLICQ 交流負(fù)載線的橫截距為 ，由橫截距和 Q 點(diǎn)就可方便地畫出交流負(fù)載線。 由圖還可求出放大器的最大不失真輸出電壓。所謂不失真，是指 uo 的正、負(fù)半周完全對(duì)稱，由圖可見，uo 的正半周最大值為 ，uo 的負(fù)半周最大值為 。因此放大器的最大不失真輸出電壓為 LCQCEQRIULCQRICESCEQUUminmaxCESCEQLCQoUURIu，而當(dāng) 時(shí)，放大器有最大不失真輸出電壓，

13、這就要求 Q 點(diǎn)近似位于交流負(fù)載線的中心。 LCQRICESCEQUU一、圖解法ui uBE iB iC uCE |-uo| 1 1、交直流迭加、交直流迭加2 2、uo與與ui相位相反相位相反3 3、非線性失真：、非線性失真： 飽和失真、截止失真飽和失真、截止失真結(jié)論：結(jié)論：4 4、最大不失真輸出幅度、最大不失真輸出幅度(a) 飽和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ0(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCE波形的失真飽和失真截止失真放大電路工作到三極管的飽和區(qū)而引起放大電路工作到三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。的非線性失真。對(duì)于對(duì)于NPN管，輸出電

14、壓表現(xiàn)為底部失真管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真放大電路工作到三極管的截止區(qū)而引起放大電路工作到三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。的非線性失真。對(duì)于對(duì)于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真* 最大不失真輸出幅度 注意：對(duì)于PNP管，由于是負(fù)電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管正好相反。放大電路的最大不失真輸出幅度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(diǎn)工作點(diǎn)Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；中間部位； 2.要有合適的交流負(fù)載線要有合適的交流負(fù)載線。 q 圖解法圖解法 確定靜態(tài)工作點(diǎn)確定靜態(tài)

15、工作點(diǎn)( (方法同前方法同前) )。 畫交流負(fù)載線畫交流負(fù)載線。 畫波形畫波形，分析性能分析性能。過過Q點(diǎn)點(diǎn)、作、作斜率為斜率為- -1/R L的直線即交流負(fù)載線的直線即交流負(fù)載線。其中其中 R L= RC / RL分析步驟分析步驟: 圖解法直觀、實(shí)用，容易看出圖解法直觀、實(shí)用，容易看出Q點(diǎn)設(shè)置是否合適，波點(diǎn)設(shè)置是否合適，波形是否產(chǎn)生失真，但不適合分析含有電抗元件的復(fù)雜形是否產(chǎn)生失真，但不適合分析含有電抗元件的復(fù)雜電路。同時(shí)在輸入信號(hào)過小時(shí)作圖精確度降低。電路。同時(shí)在輸入信號(hào)過小時(shí)作圖精確度降低。例例 輸入正弦信號(hào)時(shí)，畫各極電壓與電流的波形。輸入正弦信號(hào)時(shí)，畫各極電壓與電流的波形。 tvBE0

16、QvBEiB0iCvCE0Q tiBIBQiC tICQ tvCE0- -1/R LVCEQibvi+ - -iBVBBiCVCCRBRC+- -vBE+ - -vCE+ - -+ - -RLC1C2QiC tICQ tvCE0VCEQibQ點(diǎn)在中點(diǎn)，動(dòng)態(tài)范圍最大，輸出波形不易失真。點(diǎn)在中點(diǎn)，動(dòng)態(tài)范圍最大，輸出波形不易失真。Q點(diǎn)波動(dòng)對(duì)輸出波形的影響：點(diǎn)波動(dòng)對(duì)輸出波形的影響：Q點(diǎn)升高，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易飽和失真。點(diǎn)升高，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易飽和失真。Q點(diǎn)降低，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易截止失真。點(diǎn)降低，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易截止失真。QibibiCvCE0QQ點(diǎn)位置與波形失真：

17、點(diǎn)位置與波形失真：Q點(diǎn)過點(diǎn)過低低，vO負(fù)負(fù)半周易半周易截止截止失真失真。 PNP管管 Q點(diǎn)過點(diǎn)過高高，vO正正半周易半周易飽和飽和失真失真。 Q點(diǎn)過點(diǎn)過低低，vO正正半周易半周易截止截止失真失真。 NPN管管 Q點(diǎn)過點(diǎn)過高高，vO負(fù)負(fù)半周易半周易飽和飽和失真失真。 由于由于PNP管電壓極性與管電壓極性與NPN管相反，故橫軸管相反，故橫軸vCE可改為可改為- -vCE。 消除飽和失真消除飽和失真降低降低Q點(diǎn)點(diǎn): :增大增大RB ，減小減小IBQ減小減小RC : : 負(fù)載線變徒負(fù)載線變徒, , 輸出動(dòng)態(tài)范圍增加。輸出動(dòng)態(tài)范圍增加。消除截止失真消除截止失真 升高升高Q點(diǎn)點(diǎn): : 減小減小RB ，增大

18、增大IBQn失真波形分析思路：失真波形分析思路：n 1， 由NPN管構(gòu)成共射組態(tài)電路，輸出信號(hào)波形出現(xiàn)頂部失真。表明三極管集電極電壓到達(dá)可能的最大值，即電源電壓VCC。此時(shí)集電極電阻RC中沒有電流流過，表明三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)。所以頂部失真為截止失真。n 由三極管輸出特性曲線可知，出現(xiàn)截止失真表明電路工作點(diǎn)設(shè)置過低，即ICQ較小引起。消除截止失真可提高工作點(diǎn)電流 ICQ，電路上可減小基極偏置電阻RB，IBQ=(VCC-UBEQ)/RB 增大， ICQ=IBQ+ICEQ也增大，可清除截止失真。n失真波形分析思路：失真波形分析思路：n 2， 如輸出波形表明集電極電位已降到可能的最低電位，即飽和壓降

19、UCES，所以此時(shí)失真為飽和失真。n 飽和失真是由于三極管靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置偏高引起，可增大RB使IBQ減小，從而使ICQ變小，來消除飽和失真。n 3， 注意：PNP管輸出波形失真性質(zhì)與NPN恰好相反。自己分析！n 下圖中示出了放大電路及其輸入、輸出波形，若要使0波形不失真，則（ ）nA：RC增大 B：RB增大 C：VCC減小 D：i增大n n n n n n n n n n n B二、微變等效電路法（1）模型的建立（2）共射電路的動(dòng)態(tài)分析三極管的微變等效電路三極管的微變等效電路 三極管各極電壓和電流的變化關(guān)系，在較大范圍內(nèi)是非線性的。如果三極管工作在小信號(hào)情況下，信號(hào)只是在靜態(tài)工作點(diǎn)附近小范圍變

20、化，三極管特性可看成是近似線性的，可用一個(gè)線性電路來代替，這個(gè)線性電路就稱為三極管的微變等效電路。 微：Q附近小范圍內(nèi) 變：變化量 晶體管微變等效電路晶體管微變等效電路 1.輸入端等效輸入端等效 IBUCEIBOQIBUBEUBE(a)ICICICQOUCEIBUCEICIB(b)UCEBBEbeIUr低頻小功率晶體管的輸入電阻常用下式計(jì)算： 式中，IE為射極靜態(tài)電流。 (1)26()200()beEmVrImnpn結(jié)方程：n 對(duì)于三極管，26(1)(1)26TuuUmVssdiieiedumVrdiI2626(1)26(1)b eb ebBEbebbb ebbEdumVmVrdiIImVrr

21、rrI 2. 輸出端等效輸出端等效 互相平行、間隔均勻，且與u軸線平行。當(dāng)u為常數(shù)時(shí)，從輸出端c、e極看，三極管就成了一個(gè)受控電流源， BCIIIBUCEIBOQIBUBEUBE(a)ICICICQOUCEIBUCEICIB(b)UCEUBEUCEbcerbeIBICIBrce(b)VUBEebIBICUCE(a)c 晶體三極管及微變等效（a）晶體三極管;（b）晶體三極管的微變等效（2 2） 共射電路的動(dòng)態(tài)分析共射電路的動(dòng)態(tài)分析n 微變等效電路的畫法微變等效電路的畫法n 交流計(jì)算交流計(jì)算l三極管用簡(jiǎn)化模型代替 微變等效電路的畫法l畫出交流通路畫 交流計(jì)算3)輸出電阻2)輸入電阻bebeBrrR

22、IURii.i/1)電壓放大倍數(shù)iouUUA.SL.oo.,U0o=CRURRIrbe=200+(1+)26 mV/ IEbebLbrIRILCLbeLRRRrR4)源電壓放大倍數(shù)siiuSiioSousrRRAUUUUUUA.例例：圖示電路，已知V12CCU，300BRk，3CRk，3LRk，3sRk，50，試求：（1）RL接入和斷開兩種情況下電路的電壓放大倍數(shù)uA；（2）輸入電阻 Ri和輸出電阻 Ro；（3）輸出端開路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)susUUAo。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQRsus+uiRL+uo+UCCRC

23、C1C2VRB+（1）RL接入時(shí)的電壓放大倍數(shù)uA為：78963. 0333350beLrRAuRL斷開時(shí)的電壓放大倍數(shù)uA為：156963. 0350beCrRAu（2）輸入電阻 Ri為：96. 0963. 0/300/beBrRRik輸出電阻 Ro為：3Co RR k（3）39)156(131oouisiisisusARRRUUUUUUARsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+例例 已知已知ICQ=1mA, =100 , vi =20sin t(mV), 試畫試畫出圖示電路的交流通路及交流等效電路出圖示電路的交流通路及交流等效電路, 并計(jì)算并計(jì)算vo。virb e ibibicRB+ - -RCRLvo+ - -viibicRBRC+ - -RL+ - -vok63. 226)1 (CQebIrvi+ - -iBVBBiCVCCRBRC+ - -+ - -RLC1C25k )/(LCcoRRivLiRrvebLbRiV)(sin52. 1tn1，放大器的輸入電阻反映放大器 向信號(hào)源索取電流的大小 ，而輸出電阻反映出放大器的 帶負(fù)載 能力。n2，只有電路既放大電流又放大電壓，才稱其有放大作用；（ ）討論一討論一畫圖示電路的直流通路和交流通路畫圖示電路的直流通路和交流通路。討論二討論二1、在什么參