基本放大電路

1、第二章基本放大電路2.1 放大的概念和放大電路的主要性能指標放大的概念以擴音機為例說明一下問題：如圖所示：一、放大電路放大的本質(zhì) 是能量的控制和轉(zhuǎn)換。二、電子電路放大的基本特征 是功率放大。三、放大電路組成的必要條件 是存在能夠控制能量的元件，即有源元件。四、放大的 前提 是不失真，即只有在不失真的情況下放大才有意義。五、放大電路的 測試信號 為正弦波，因為任何穩(wěn)態(tài)信號都可以分解為若干頻率正弦信號的疊加。放大電路的性能指標一、二、放大電路示意圖： （圖）任何一個放大電路都可以看成一個兩端口網(wǎng)絡，大電路作為負載相當于一個電阻，作為前級相當于電源。放大倍數(shù)解釋放AuuAuU 0AiiAiI 0Au

2、iU 0AiuI 0U iI iI iU i注： （1）在實測時，只有在不失真的情況下才有意義。（2）當輸入信號為緩慢變化量或直流變化量時，輸入、輸出量都用表示， 如： uI 、i I。三、輸入電阻RiU iI i四、輸出電阻（圖 2.1.3）U 0'R01 RL ， U 0 與 U 0 分別代表空載和帶負載時的輸U 0出電壓的有效值。解釋輸入、輸出電阻在多級放大電路中的作用。五、通頻帶（圖）1通頻帶產(chǎn)生原因：放大電路中存在電容、電感及半導體器件結(jié)電容等電抗元件。2通頻帶的定義：fbwf Hf L上限截止頻率、下限截止頻率。3通頻帶的意義：用于衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力。4通

3、頻帶的寬窄根據(jù)實際情況而定。六、非線性失真系數(shù)1 產(chǎn)生原因：放大器件具有非線性特性，線性放大范圍有一定的限度，當輸入信號幅度超過一定值后，輸出電壓將會產(chǎn)生非線性失真。2定義：輸出波形中的諧波成分總量與基波成分之比，22A2A3DA1A1七、最大不失真輸出電壓1 定義：當輸入電壓再增大就會使輸出波形產(chǎn)生非線性失真時的輸出電壓。2 實測：輸出波形的非線性失真系數(shù)剛剛達到額定值時的輸出電壓。3 表示法：有效值Uom、峰峰值U opp八、最大輸出功率與效率1 最大輸出功率Pom：在輸出信號不失真的情況下，負載上能夠獲得的最大功率。2 效率：直流能量的利用率九、各參數(shù)測試條件PomPV1Ri、 Ro 中

4、頻段小幅值輸入信號。2f L 、 f H 、 f bw 頻率范圍寬小幅值輸入信號。3Uom 、 Pom、 、 D 中頻段大幅值輸入信號。2.2 基本共射放大電路的工作原理2.2.1 基本共射放大電路的組成及各元件的作用（圖2.2.1）一、輸入信號 ui 為正弦波電壓，當 ui 為 0 時，放大電路處于靜態(tài)。二、基極電源 VBB ：使發(fā)射結(jié)正偏，并與基極電阻共同決定基極電流。三、集電極電源 VCC ：使集電結(jié)反偏，提供集電極電流及輸出所需的能量。四、ui 不為 0 時，產(chǎn)生動態(tài)基極電流，動態(tài)集電極電流，集電極電阻使得電流變化轉(zhuǎn)換成為電壓變化。五、三極管：控制器件，放大電路的核心作用。設置靜態(tài)工作

5、點的必要性一、靜態(tài)工作點1. 定義：當 ui 為 0 時， I BQ 、 I CQ 、 U BEQ 、 U CEQ 稱為放大電路的靜態(tài)工作點。2. 估算基礎：硅管 U BEQ 取 0.7V ；鍺管取 0.2V 。3. 靜態(tài)工作點表達式：自推二、設置靜態(tài)工作點的原因（圖）保證三極管處于線性放大的工作區(qū)域?；竟采浞糯箅娐返墓ぷ髟砑安ㄐ畏治鲆?、工作原理（圖）（加入電工學中的原理講解ppt）二、總結(jié)：1. 利用晶體管的電流放大作用， 并依靠集電極電阻將電流的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化來實現(xiàn)電壓信號的放大。2. 設置合適的靜態(tài)工作點， 保證晶體管在輸入信號的整個周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出電壓波形才不會

6、產(chǎn)生非線性失真。放大電路的組成原則一、組成原則1. 根據(jù)放大管的類型，選取合適的直流電源提供輸出能量，并保證靜態(tài)工作點；2. 電阻取值保證放大管有合適的靜態(tài)工作電流；3. 輸入信號必須能夠作用于放大管的輸入回路；4. 當負載接入時，保證放大管輸出回路的動態(tài)電流能夠作用于負載。二、常見的兩種共射放大電路1. 直接耦合共射放大電路 (圖（ 1）電路定義： 信號源與放大電路、 放大電路與負載電阻均直接連接， Rb1必不可少（如輸入短接，則導致發(fā)射結(jié)截止），防干擾共地。（ 2）靜態(tài)工作點： I BQVBBU BEQU BEQRb2Rb12. 阻容耦合共射放大電路 (圖（ 1）電路定義：通過耦合電容連接

7、。耦合電容定義（容量足夠大，設定在輸入信號頻率范圍內(nèi)容抗很小，相當于短路）。（ 2）優(yōu)點：輸入信號在一定頻率范圍內(nèi)幾乎毫無損失地加到放大管的輸入回路。（ 3）靜態(tài)工作點：2.3 放大電路的分析方法直流通路與交流通路一、直流通路1定義：在直流電源的作用下直流電流流經(jīng)的通路。2規(guī)則：（ 1）電容視為開路；（ 2）電感線圈視為短路；（ 3）信號源視為短路，但應保留其內(nèi)阻。3應用：研究靜態(tài)工作點。二、交流通路1定義：在輸入信號的作用下交流信號流經(jīng)的通路。2規(guī)則：（ 1）容量大的電容視為短路；（ 2）無內(nèi)阻的直流源視為短路。3應用：研究動態(tài)參數(shù)。三、舉例分析：（直流通路及交流通路）1基本共射放大電路（圖

8、）（圖）2直接耦合共射放大電路（圖）3阻容耦合共射放大電路（圖）（圖）四、分析放大電路的原則： “先靜態(tài)，后動態(tài)” ，靜態(tài)工作點合適，動態(tài)分析才有意義。圖解法一、圖解法：已知放大管的輸入、輸出特性以及各元件參數(shù)，利用作圖的方法對放大電路進行分析的方法。二、靜態(tài)工作點的分析（圖、圖）針對直接耦合講解1輸入回路負載線：輸入回路方程所確定的直線。（列方程）2輸出回路負載線：輸出回路方程所確定的直線。（列方程）三、電壓放大倍數(shù)的分析（針對直接耦合講解）1分析過程：（ 1）對于輸入信號uI 用輸入回路方程與輸入特性曲線求i B ；（ 2）輸出特性曲線求i C ；（ 3）輸出特性曲線求uCE（ 4）Auu

9、CEu0u Iu I2 Q 點對放大倍數(shù)的影響：（ 1）VBB 愈大、 Q 點愈高、曲線愈陡、放大倍數(shù)愈大；（ 2） Rc 愈小、負載線愈陡、放大倍數(shù)愈小。四、 波形非線性失真的分析（針對直接耦合講解）1 Q 點正常時的波形分析（圖2.3.6）2 Q 點過低：截止失真（圖2.3.7）消除方法（增大基極直流電源）3 Q 點過高：飽和失真（圖2.3.8）消除方法（增大基極電阻、減小集電極電阻、減小 ）4 最大不失真輸出電壓min VCCU CEQ , U CEQU CESUom 的求法： U om（圖22.3.6）五、直流負載線與交流負載線（針對阻容耦合講解）圖，圖1直流負載線：直流信號遵循的負載

10、線；2交流負載線：動態(tài)信號遵循的負載線，過 Q 點、斜率由集電極電阻與負載電阻決定；3阻容耦合交流、直流負載線不一樣，而直接耦合卻一樣。 （輸出回路的直流與交流通路是否一樣，決定了負載線是否一樣）六、圖解法的適用范圍輸出幅值較大、信號頻率不太高；Q 點位置；最大不失真輸出電壓；失真情況。七、例基本共射放大電路（圖2.2.1）中，電路參數(shù)變化使靜態(tài)工作點產(chǎn)生（圖2.3.10）的變化。等效電路法一、定義：在一定條件下，將晶體管的特性線性化，用線性電路來等效晶體管電路的分析方法。二、晶體管的直流模型及靜態(tài)工作點的估算法在估算的情況下，有以下各等效模型：1由 U BEQ 取固定數(shù)值，可以將 b e 間

11、等效為直流恒壓源； （如圖 2.3.11a）2由ICQI BQ ，可得輸出特性曲線是橫軸的平行線，而集電極電流等效為流控電流源；（如圖）3使用條件：晶體管工作在放大狀態(tài)。三、晶體管共射h 參數(shù)等效模型（微變等效電路法）1定義及應用條件：(查看電路書、理解h 參數(shù)、雙口網(wǎng)絡的含義)（ 1）應用條件：共射接法，低頻小信號；（ 2）定義：利用 h 參數(shù)（混合參數(shù)）來表示輸入、輸出的電壓與電流的相互關系，將晶體管看成一個線性雙口網(wǎng)絡的等效電路。2h 參數(shù)等效模型的由來（圖）（1）將晶體管看成一個雙口網(wǎng)絡，根據(jù)如圖所示的特性，可以得出下列關系式：uBEf (i B , uCE )i Cf (i B ,u

12、CE )（2）將上面瞬時量方程全微分，可得變化量的關系方程：duBEuBEuBEduCEdi Bi BU CEuCEI BdiCiCdi BiCduCEi BuCE I BU CE（3）用 交 流 分 量 來 代 替 式 中 的 微 分 ， 可 得 h 參 數(shù) 方 程 ：U beh11e I bh12eU ce 式中 e 表示共射接法。I ch21eI bh22eU ce（4）輸入端的等效：電阻h11e 與一個壓控電壓源h12eU ce 的串聯(lián)；（5）輸出端的等效：電導h22 e 與一個流控電流源h21e I b 的并聯(lián)。3 h 參數(shù)的物理意義（圖2.3.13）（1）h11e (uBE)表示小

13、信號作用下b e 間的動態(tài)電阻 rbe ，其值與 Q 點有關；iB（2）h12e (uBE)內(nèi)反饋系數(shù)，表示輸出電壓變化量對輸入電壓變化量的影uCE響，當 uCE1V 時，影響非常小，小于0.01;（ 3）（ 4）hh21e22e(iC)表示晶體管在 Q 點附近的電流放大系數(shù)；i B(iC)表示 c e 間動態(tài)電阻 rCE 的倒數(shù)，非常小。 0.00001uCE4 簡化的 h 參數(shù)等效模型（1）管子的內(nèi)反饋忽略不計；（2）ce 間電壓變化對集電極電流影響很小，rCE 無窮大；（3）當負載電阻的阻值與rCE 可比時，應考慮rCE 的影響。（4）簡化等效模型（圖2.3.14）5 rbe 的近似表達

14、式（圖2.3.15）（1）rbe 的等效電路（2）rberbb'(1)rb'e'u1di E ，因此 rb'e'U T（3）i EI S (eU T1) ，rb eduI EQ（4）rberbb'(1)U TI EQ（5）Q 點愈高， rbe 愈大。四、共射放大電路動態(tài)參數(shù)的分析（圖）1電壓放大倍數(shù)AuU oU i2輸入電阻 RiU iI iU o3輸出電阻Ro 或 RoI o五、利用等效電路進行動態(tài)分析的步驟1靜態(tài)分析求等效電阻；2交流通路；3等效晶體管；4整理電路；5求解；例（圖） p98例（圖）交流等效電路（圖）2.4 放大電路靜態(tài)工作點的

15、穩(wěn)定靜態(tài)工作點穩(wěn)定的必要性一、靜態(tài)工作點所影響的參數(shù)：1電壓放大倍數(shù)、輸入電阻等；2決定電路的失真與否。二、靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的主要原因：1溫度；（講解環(huán)境溫度上升所帶來的飽和趨勢）（圖 ）2電源電壓波動；3元件的老化。三、靜態(tài)工作點的穩(wěn)定方法：使基極靜態(tài)電流在溫度變化時，產(chǎn)生與集電極靜態(tài)電流相反的變化，從而使Q 點在晶體管輸出特性坐標平面中的位置基本不變。典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路一、電路組成和Q 點穩(wěn)定原理（圖）1講解穩(wěn)定方法；條件I1I BQ2反饋：將輸出量通過一定的方式引回到輸入回路來影響輸入量的措施。3負反饋：反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小。4直流負反饋：出現(xiàn)在直流通路之中的負反饋。5此電

16、路名稱：分壓式電流負反饋Q 點穩(wěn)定電路。二、靜態(tài)工作點的估算1估算法：基極電位不變；2戴維寧定理。（圖 ）（圖 ）三、動態(tài)參數(shù)的估算（圖）1阻容式耦合有旁路電容：2阻容式耦合無旁路電容：例（圖） p104穩(wěn)定靜態(tài)工作點的其他措施（圖）一、利用二極管的反向特性進行溫度補償：I RbVCC U BEQVCC 認為 I Rb 恒定；RbRb二、利用二極管的正向特性進行溫度補償：溫度升高時，二極管內(nèi)電流基本不變，其壓降減小，使得基極電位減??；另外還有發(fā)射極電阻的直流負反饋作用。2.5晶體管單管放大電路的三種基本接法基本共集放大電路（圖）一、電路的組成：以集電極為公共端，通過基極電流對發(fā)射極電流的控制作

17、用實現(xiàn)功率的放大。射極輸出器二、靜態(tài)分析三、動態(tài)分析（圖2.5.2 ）（輸出電阻的計算圖2.5.3）四、例 2.5.1p109（圖 2.5.1）基本共基放大電路（圖）一、電路組成：以基極為公共端，通過發(fā)射極電流對集電極電流的控制作用，實現(xiàn)電壓放大，從而實現(xiàn)功率放大。二、靜態(tài)分析：三、動態(tài)分析四、例三種接法的比較一、共射電路：1放大信號：電壓與電流；2電壓相位：相反；3輸入電阻：居中；4輸出電阻：較大；5頻帶：較窄；6用途：低頻電壓放大電路的單元電路；二、共集電路：1放大信號：電流；2電壓相位：相同；3輸入電阻：最大；4輸出電阻：最小；5頻帶：居中；6用途：電壓放大電路的輸入級和輸出級，功放電路

18、的輸出級；三、共基電路：1放大信號：電壓；2電壓相位：相同；3輸入電阻：??；4輸出電阻：同共射；5頻帶：寬；6用途：寬頻帶放大電路；2.6 晶體管基本放大電路的派生電路目的：改善放大電路的性能。方法：用多只晶體管構(gòu)成復合管；將兩種基本接法組合起來。復合管放大電路一、復合管的組成及其電流放大系數(shù)1復合管組成原則（ 1）正確的外加電壓、各極電流有合適的通路、工作在放大區(qū)；（ 2）第一只管的集電極、發(fā)射極接第二只管的基極。2復合管舉例（如圖所示）（ 1）兩只 NPN 型管構(gòu)成的 NPN 型管；（講解電流放大倍數(shù)）（ 2）兩只 PNP 型管構(gòu)成的 PNP 型管；（3）兩只不同類型管構(gòu)成的PNP 型管；

19、（4）兩只不同類型管構(gòu)成的NPN 型管；3問題：（ 1）結(jié)電容的作用使得高頻特性變壞；（ 2）ce 間的直流電壓足夠大。二、復合管共射放大電路(如圖 2.6.2 所示 )1 交流等效電路2 動態(tài)分析參數(shù)：（1）Au1212RC / RLrbe11rbe21（2）Ri Rb / rbe111rbe2（3）如果近似計算：放大倍數(shù)與單管相當，單輸入電阻增大，電流放大。三、復合管共集放大電路（如圖所示）分析動態(tài)參數(shù)，輸入電阻進一步增大，輸出電阻進一步減小。共射共基放大電路如圖 2.6.4 所示 AuI c1U 0U iI e 2特點：較好的電壓放大能力及較好的高頻特性。共集共基放大電路如圖所示特點：輸入電阻較大、一定的電壓放大能力、較寬的通頻帶。分析方法參考2.7 場效應管放大電路場效應管放大電路的三種接法（圖）場效應管放大電路靜態(tài)工作點的設置方法及其分析估算一、總原則：保證場效應管工作在恒流區(qū)二、基本共源放大電路（圖）1組成：各元器件的作用；2靜態(tài)分析：（ 1）用圖解法（圖）：先定 U GSQ ，再在輸出特性曲線上作負載線，求出Q；（ 2）電流方程法：利用電流方程iD三、自給偏壓電路（圖）1組成：因為耗盡型場效應管可以工作在源提供一個負的偏壓；2靜態(tài)分析： U GSQI DQ RS ， i DuGS2I DO1 求出 I DQ ，再求其他。U GS(th )U GS 小于零時