第12章 放大電路建模與分析1

第12章放大電路建模與分析1§12.1-1放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)§12.1-2基本共射放大電路的原理分析§12.2-1放大電路的靜態(tài)計(jì)算§12.2-2放大電路的動(dòng)態(tài)計(jì)算§12.4多級(jí)放大電路分析12.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)

1）.放大的基本概念

放大——把微弱的電信號(hào)的幅度放大。一個(gè)微弱的電信號(hào)通過放大器后，輸出電壓或電流的幅值到了放大，但它隨時(shí)間變化的規(guī)律不能變，即不失真。2）.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)放大電路輸入信號(hào)的條件和對(duì)輸出信號(hào)的要求，放大器可分為四種類型，所以有四種放大倍數(shù)的定義。a.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能力（1）電壓放大倍數(shù)定義為:AU=uo/ui（2）電流放大倍數(shù)定義為:AI=io/ii

（3）互阻增益定義為:Ar=uo/ii（4）互導(dǎo)增益定義為:Ag=io/uib.輸入電阻Ri——從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻Ri=ui/ii一般來說，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號(hào)源索取的電流越小。（2）當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)，Ri越大，ui就越接近uS。

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。

輸出電阻的定義：c.輸出電阻Ro——從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻d.通頻帶

由于電容、電感及放大管PN結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號(hào)頻率較低和較高時(shí)電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力。下限頻率上限頻率實(shí)際三極管的放大電路電壓放大倍數(shù)：輸入阻抗：輸出阻抗：共射極放大電路的主要指標(biāo)3）三極管放大電路分析的基本內(nèi)容(1）放大電路原理分析圖解分析，工作點(diǎn)，失真(3）交流動(dòng)態(tài)放大電路分析交流電路模型，放大系數(shù)，輸入輸出電阻計(jì)算(2）靜態(tài)工作點(diǎn)分析直流電路通路，直流計(jì)算直流通路模型分析法電路(4）各種聯(lián)結(jié)放大電路分析共射，共基，共集，復(fù)合管12.2基本共射放大電路的原理分析實(shí)際三極管的放大電路交流信號(hào)放大原理；（圖解分析）偏置電路與靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算；截至、飽和失真分析；共射基本放大電路放大電路原理1）靜態(tài)電路（工作點(diǎn)計(jì)算）直流通路2）小信號(hào)輸入注意：交流信號(hào)在原直流信號(hào)上疊加一交變分量。放大電路原理輸入端電壓電流關(guān)系若，則的波形如何？（輸入失真）輸出端電壓電流關(guān)系直流負(fù)載線線靜態(tài)工作點(diǎn)討論：靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)電流波形的影響？（輸出失真）放大電路原理3）動(dòng)態(tài)電路（計(jì)算交流小信號(hào)輸入輸出關(guān)系）注意：交流信號(hào)在原直流信號(hào)上疊加一交變分量，放大電路分析的重點(diǎn)是計(jì)算信號(hào)放大倍數(shù)，輸入等效阻抗，輸出阻抗等。共射基本放大電路交流通路模型分析法電路12.3放大電路的靜態(tài)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算與偏置電路阻容耦合共射放大電路

直流通路圖解法與等效電路計(jì)算法目的：確定動(dòng)態(tài)模型參數(shù)，判別工作狀態(tài)直流通路簡化通路圖解法輸入電路基極電流計(jì)算靜態(tài)基極電流模型計(jì)算法輸出電路計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)簡化通路計(jì)算法直流負(fù)載線圖解法靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置與飽和截至失真信號(hào)放大無失真討論：輸出交流信號(hào)無失真時(shí)最大值靜態(tài)工作點(diǎn)的作用？截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負(fù)載線。截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！飽和失真消除方法：增大Rb，減小Rc，減小β，減小VBB，增大VCC。：飽和失真是輸出回路產(chǎn)生失真。最大不失真輸出電壓Uom

：比較UCEQ與（VCC－UCEQ

），取其小者，除以。調(diào)整工作點(diǎn)可消除飽和失真1.在什么參數(shù)、如何變化時(shí)Q1→Q2→Q3→Q4？2.從輸出電壓上看，哪個(gè)Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生截止失真？哪個(gè)Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個(gè)Q點(diǎn)下Uom最大？3.設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)什么選擇VCC？討論：如何合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)？直流負(fù)載線與交流負(fù)載線阻容耦合共射放大電路

直流通路

直流負(fù)載線斜率與直流電路負(fù)載電阻有關(guān)。直流負(fù)載線與交流負(fù)載線阻容耦合共射放大電路

交流負(fù)載線斜率與交流電路負(fù)載電阻有關(guān)。時(shí)交流負(fù)載線靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路溫度升高引起增加??！1.為了穩(wěn)定Q點(diǎn)，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不隨溫度變化。2.通過加入實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓→IB↓→IC↓靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定典型電路偏置值計(jì)算（參數(shù)法）分壓電路用戴維南定理等效為：回路方程BJT各種直流偏置電路的組成靜態(tài)電路計(jì)算：1）設(shè)工作在放大區(qū)；2）計(jì)算判別工作區(qū)域；例1：已知，計(jì)算：直流電路模型解：直流電路模型例1：已知，計(jì)算：靜態(tài)工作點(diǎn)處于放大區(qū)域！例2：判別靜態(tài)工作點(diǎn)。解：穩(wěn)壓管作用顯然，管子工作在飽和狀態(tài)，MOSFET放大電路中的直流偏置電路計(jì)算

根據(jù)場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件，在g-s、d-s間加極性合適的電源1.基本共源放大電路dDQDDDSQRIVU-=GGGSQVU=N溝道增強(qiáng)型2.自給偏壓電路由正電源獲得負(fù)偏壓稱為自給偏壓哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點(diǎn)？N溝道結(jié)型N溝道結(jié)型特性曲線3.分壓式偏置電路為什么加Rg3?其數(shù)值應(yīng)大些小些？哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點(diǎn)？即典型的Q點(diǎn)穩(wěn)定電路12.4放大電路動(dòng)態(tài)分析

動(dòng)態(tài)分析是在放大電路的交流通路基礎(chǔ)上，假定放大器件工作在線性放大區(qū)內(nèi)，利用其小信號(hào)模型建立放大電路的等效電路，然后計(jì)算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。動(dòng)態(tài)放大電路計(jì)算交流（信號(hào)）分量。12.4.1.交流通路交流通路（交流信號(hào)計(jì)算的等效電路）①所有耦合電容和旁路電容當(dāng)作交流短路。容量設(shè)計(jì)得很大，容抗很小，可忽略不計(jì)。②所有直流電源當(dāng)作交流短路。理想電壓源對(duì)交流信號(hào)而言，其交流變化量為零，可忽略不計(jì)。(1)輸入回路b-e之間等效為一動(dòng)態(tài)電阻rbe。12.4.2、三極管的低頻小信號(hào)模型（放大狀態(tài)）①當(dāng)vCE＝VCEQ不變時(shí)，當(dāng)ΔiB和ΔvCE同時(shí)作用時(shí)，(2)輸出回路②當(dāng)iB＝IBQ＋ΔiB不變,vCE變化時(shí)，對(duì)電流影響動(dòng)態(tài)輸出電阻rce一般很大，通?？梢院雎裕ê喕Ｐ停?。輸出回路c-e間的模型由受控電流源“βΔiB”和c-e間動(dòng)態(tài)輸出電阻rce并聯(lián)組成。①只適用于低頻小信號(hào)；②變化量或交流分量，不允許出現(xiàn)直流量或瞬時(shí)量符號(hào)。③微變參數(shù)，與Q點(diǎn)有關(guān)，不是固定常數(shù)。④電流源“βΔiB”

方向和大小由ΔiB決定。無論對(duì)NPN型或PNP型都是如此。⑤rbe可用公式估算：在應(yīng)用三極管低頻小信號(hào)模型時(shí)應(yīng)注意：rbb′約為100~300ΩVT＝26mV12.4.3.基本放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路分析的一般步驟：①求靜態(tài)工作點(diǎn)（直流通路、折線化模型），根據(jù)Q點(diǎn)計(jì)算小信號(hào)模型參數(shù)，如rbe，gm

；②確定交流通路；③畫出微變等效電路（小信號(hào)模型）；④計(jì)算動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（如Av、Ri、Ro）。1．共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析計(jì)算：輸入電阻，輸出電阻，放大系數(shù)。（交流信號(hào)關(guān)系）交流小信號(hào)分析電路①求電壓放大倍數(shù)中頻小信號(hào)分析電路②計(jì)算輸入電阻③計(jì)算輸出電阻2.信號(hào)輸入輸出通路與電路三種組態(tài)1）共發(fā)射極放大電路（CE）1）共發(fā)射極放大電路（CE）1）共發(fā)射極放大電路（CE）不接Ce時(shí)2）.共集電極放大電路（CC）靜態(tài)工作點(diǎn)分析電路動(dòng)態(tài)參數(shù)分析（a）交流通道及微變等效電路1）輸入電壓加在b-c端；2）輸出電壓取自e-c端；3）公共端為c.共集電極放大電路（CC）（b）電壓放大倍數(shù)：（c）輸入電阻輸入電阻增大！(d)輸出電阻輸出電阻減??！射極輸出器的特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)=1，輸入阻抗高，輸出阻抗小。射極輸出器的應(yīng)用1、放在多級(jí)放大器的輸入端，提高整個(gè)放大器的輸入電阻。2、放在多級(jí)放大器的輸出端，減小整個(gè)放大器的輸出電阻。2、放在兩級(jí)之間，起緩沖作用。共集電極放大電路又稱為射極輸出器（射極跟隨器）等。3）共基極放大電路（CB）直流通路靜態(tài)工作點(diǎn)共基放大電路的動(dòng)態(tài)分析1）輸入電壓加在e-b端；2）輸出電壓取自c-b端；3）公共端為b.共基極放大電路（CB）（a）交流通道及微變等效電路共基放大電路的動(dòng)態(tài)分析Ro≈Rc3.放大電路三種組態(tài)性能指標(biāo)的比較電壓增益輸入電阻輸出電阻特點(diǎn)用途共射(CE)反相，電壓增益大較大(幾千歐)較大(Rc)具有電壓放大和電流放大作用電壓放大共集(CC)同相，近似為1最大最小輸入電阻高、輸出電阻低阻抗變換或電流放大共基(CB)同相，電壓增益較大最小(幾十歐)較大(Rc)頻率特性好寬頻或高頻放大電路例6：三極管CE放大電路如圖所示，設(shè)三極管在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的β＝50，。試計(jì)算：

（1）Av、Ri、Ro；（2）若不接Ce，計(jì)算Av、Ri、RokΩmAmA靜態(tài)工作點(diǎn)與微變等效電路參數(shù)計(jì)算（2）若不接Ce4.場效應(yīng)管的低頻小信號(hào)模型和動(dòng)態(tài)分析輸入回路：由于場效應(yīng)管的柵極電流為零，輸入回路柵極源極之間可用開路來等效。輸出回路：受控電流源“gmΔvGS”和動(dòng)態(tài)電阻rds并聯(lián)。1)、場效應(yīng)管的低頻小信號(hào)模型gm：低頻跨導(dǎo)，它表征了ΔvGS對(duì)ΔiD的控制能力。rds：輸出電阻（動(dòng)態(tài)電阻），通?？珊雎?。注意受控電流源方向!

對(duì)6種類型FET都適用。2)、FET放大電路的三種基本組態(tài)與偏置值計(jì)算共源組態(tài)(CS)共漏組態(tài)(CD)共柵組態(tài)(CG)3）FET放大電路的動(dòng)態(tài)分析a)共源（CS）放大電路與CE電路比較！b)共漏（CD）放大電路源極跟隨器！c)共柵（CG）放大電路12.5多級(jí)放大電路

多級(jí)放大電路可以充分利用各個(gè)單級(jí)放大電路的優(yōu)點(diǎn)，滿足各種不同的要求。2.5.1、級(jí)間耦合方式連接原則：①靜態(tài)時(shí)各級(jí)應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；②動(dòng)態(tài)時(shí)信號(hào)能實(shí)現(xiàn)暢通有效的傳遞。

◆阻容耦合

優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，在分立元件電路中應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是不能放大頻率較低的信號(hào)和直流信號(hào)，低頻響應(yīng)較差，且不便于集成化。

◆直接耦合

優(yōu)點(diǎn)是低頻特性好，可以放大變化緩慢的信號(hào)，易于集成化。缺點(diǎn)是各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試較困難；并且還存在零點(diǎn)漂移問題。

◆變壓器耦合

優(yōu)點(diǎn)是各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，能實(shí)現(xiàn)阻抗變換。缺點(diǎn)是頻率特性不好，且非常笨重。

◆光電耦合

在線性放大電路中，由于光電耦合器件特性的非線性限制了它的應(yīng)用,通常需進(jìn)行非線性補(bǔ)