模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)：基本放大電路

模擬電?技術(shù)基礎(chǔ)：基本放?電路?、放?的概念1、放?的對象均為變化量2、放?電路的本質(zhì)是能量的控制與轉(zhuǎn)換3、放?的基本特征是功率的放?4、有源元件：能夠控制能量的元件稱為有源元件5、放?的前提是不要失真?、放?電路的性能指標1、1、放?倍數(shù)：主要是電壓放?倍數(shù)：Auu=U。/Ui2、輸?電Ri:是從放?電路輸?端看進去的等效電阻，Rs是信號源內(nèi)阻，3、輸出電阻R。:是指從輸出端看進去的等效內(nèi)阻4、通頻帶：放?電路只適?于放?某?特定頻率范圍內(nèi)的信號，fL為下限截?頻率，fH為上上限截?頻率，低頻帶，?頻帶，通頻帶如圖所?5、?線性失真系數(shù)D6、最?不失真輸出電壓Uom7、最?輸出功率于效率Pom?、基本共射放?電路的?作原理輸?回路與輸出回路以發(fā)射極為公共端，故稱共射放?電路，并稱公共端為“地1、設置靜態(tài)?作點Q的必要性：是指輸?信號為0.直流電單獨作?時晶體管數(shù)據(jù)情況2、Q點不僅影響電路是否會產(chǎn)?失真，?且影響著放?電路?乎所有的動態(tài)參數(shù)2.2.3基本共射電路的?作原理級波形分析IBQ為靜態(tài)?作點的基極電流，基極總電流iB=IBQ+ib,由于基極對集電極電流的控制作?ib=βic,β為電流放?系數(shù)，集電極的電流ic=ICQ+βib，?由于Rc上的電壓增?。降壓管uCE必然減?（應為Vcc=icR+UCE,其中Vcc為常量）所以降壓管產(chǎn)??個與ic變化相反的交變電壓uce，降壓管uCE=UCEQ+uce,如圖?,若再將其中的直流分量UCEQ去掉就得到了放?了的交流電壓u。，如圖（d）以上可分析得：只有設置合適的靜態(tài)?作點，使交流信號駝載在直流分量上，以保證晶體管在的輸?信號在整個周期內(nèi)始終在放?狀態(tài)，才不會失真。2.2.4放?電路的組成原則1、組成原則2、常見的兩種共射放?電路1、可以發(fā)現(xiàn)該放?電路是將基極電源與集電極電源合?為?了，?且為了合理設置靜態(tài)?作點，在基極回路?增加了?個電阻，2、將輸?端短路便可求靜態(tài)?作點IBQ=（Vcc-UBEQ）/Rb2-UBEQ/Rb1ICQ=βIBQUCEQ=Vcc-ICQRc3、但是，清楚的是由于信號電壓在Rb1上均有損失，因?減?了晶體管基極與發(fā)射極之間的信號電壓，也就會影響電路的放?能?，所以引出如下電路由于電容有隔離直流，通過交流的作?，C1的作?為阻斷信號源與直流電路的并聯(lián)關(guān)系，從?直接作?在放?器上，C2的作?是將直流分量去掉，直接得到放?的交流信號IBQ=(Vcc-UBEQ)/RbICQ=βIBQUCEQ=Vcc-ICQRc2.3放?電路的分析?法2.3.1直流與交流通路直流通路是直流電源作?下直流電流流經(jīng)的通路，也就是靜態(tài)電流流經(jīng)的通路。?于研究靜態(tài)?作點。1、電容視為開路2、電感視為短路3、信號源視為短路，但保留其內(nèi)阻交流通路是交流信號流經(jīng)的通路1、容量?的電容視為短路2、?內(nèi)阻的直流電源視為短路4、在分析放?電路時，應遵循先靜態(tài)后動態(tài)的原則，求解靜態(tài)?作點時要利?直流通路，求解動態(tài)參數(shù)時應利?交流通路2.3.2圖解法?、靜態(tài)?作點的分析1、如圖：在其中，虛線之間是晶體管，虛線之外是其他原件。于是有當Δu1=0時，在晶體管的輸?回路中，靜態(tài)?作點即應該在其輸?特性曲線上，?應該在外電路的回路?程：uBE=Vcc-iBRb如圖：解即為靜態(tài)?作點，直線稱作輸?回路負載線。2、同理，在晶體管的輸出回路中，輸出特性曲線與輸出回路的?程的解就是靜態(tài)?作點。?、電壓放?倍數(shù)的分析給定Δu1，在輸?回路經(jīng)圖解可得ΔiB，根據(jù)ΔiB=βΔiC，在輸出回路中，根據(jù)三?形即可解除ΔuCE，經(jīng)圖解可得ΔiB，根據(jù)ΔiB=βΔiC，在輸出回路中，根據(jù)三?形即可解除ΔuCE，電壓放?倍數(shù)Au=ΔuCE/Δu1，以上即可求得電壓放?倍數(shù)。1、由此分析得，輸?電壓與輸出電壓的變化相反2、仔細分析可得Q點對放?電路的重要性三、波形?線性失真的分析1、截?失真：由（a）可知：當Q點過低時，b-e間的電壓在某段時間會?于Uon，三極管的開啟電壓，從??法產(chǎn)?電流，電流局部失真，導致輸出電壓失真，值得注意的是，輸出電壓的失真部位與輸?電路相反。解決?法：只有增?基極電路電源才能消除截?失真。2、飽和失真：當Q點過?時，輸?回路不會失真，但是回事輸出回路電壓在某時刻進?飽和區(qū)，?產(chǎn)?失真。為了消除飽和失真，就要適當降低Q點，1、增?基極電阻2、減?集電極電阻3、更換?只β較?的管?4、為了使最?不失真輸出電壓盡可能?，將Q點的橫坐標設為（Vcc+UCEs）/2處四、直流負載線與交流負載線這?是針對直接耦合與阻容耦合提出的1、根據(jù)阻容耦合的交流通路可以看出：當有負載時，輸出電壓是集電極Rc與負載電阻RL并聯(lián)產(chǎn)?的電壓，但是在ui=0時，應該看他的直流通路(a),可知在iB=ICQ時，管壓降應該為UCEQ，即交流負載線時通過Q點的，由點和斜率可得其交流負載線，2、直接耦合直流負載線與交流負載線是重合的，?對于阻容耦合來說，只有空載時兩條是、直線才合?為?。五、圖解法多適?于分析輸出幅值?較???作頻率不太?時的情況，在實際中，多?于分析Q點位置、最?不失真輸出電壓，和失真情況五、圖解法多適?于分析輸出幅值?較???作頻率不太?時的情況，在實際中，多?于分析Q點位置、最?不失真輸出電壓，和失真情況2.3.4等效電路法?、晶體管的直流模型及靜態(tài)?作點的估算法靜態(tài)?作點時，b-e之間直流電流恒定，產(chǎn)?恒定電流ICQ，即可將理想化直流模型如圖（c）所?，注意電流?向就?了。?、晶體管共射參數(shù)等效模型可以將共射電路等效為（d）所?的圖，四個參數(shù)如下圖所?：h1表?在輸?曲線上Q點處切線斜率的倒數(shù)，是動態(tài)的輸?電壓。h12e是當iB=IBQ時uBE對uCE的偏導數(shù)（值很?）h21e是uCE=UCEQ時。IC對iB的偏導數(shù)，即電流放?系數(shù)βh22e是iB=IBQ時，IC對uCE的偏導數(shù)（值很?)由于值很?的可以忽略，于是有：那么rbe是什么呢：h參數(shù)等效模型?于研究動態(tài)參數(shù)，它的四個動態(tài)參數(shù)都是在Q點求偏導數(shù)得到的，因此，只有在信號?較?，且?作線性度?較好的區(qū)域內(nèi)，分析計算結(jié)果誤差?較?，由于h參數(shù)沒有考慮到結(jié)電容的作?，只適?于低頻信號情況，故稱之為晶體管的低頻?信號模型。三、共射電路的動態(tài)分析1、放?倍數(shù)Au:Ui=Ib(Rb+rbe),U。=-IcRc=-βIbRc,相除即可2、輸?電阻：Ri=Rb+rbe3、輸出電阻：是指輸出回路的內(nèi)阻。R。=Rc2.4放?電路靜態(tài)?作點的穩(wěn)定2.4.2典型的靜態(tài)?作點穩(wěn)定電路?、電路組成和Q點穩(wěn)定電路（與以往的電路有區(qū)別，更穩(wěn)定）在圖（c)中，節(jié)點B的電流I2=I1+IBQ,為了穩(wěn)定Q點，通常使參數(shù)的選取滿?I1>>IBQ，因此I1約等于I2，于是基極的電位?乎僅僅取決于Rb1與Rb2對Vcc的分壓，?與環(huán)境溫度?關(guān)，即溫度變化時UBQ基本不變。于是有：當溫度升?時：集電極電流增?，導致發(fā)射極電流增?，導致Re上的電壓UE增?，發(fā)射極電位增?，?因為基極的電位基本不變，于是UBE減?，導致IB減?，導致Ic減?由此可見：電路Q點穩(wěn)定的原因是，1、Re的直流負反饋作?；2、在I1>>IBQ時，UBQ在溫度變化時基本不變。從理論上講，Re越?，反饋越強，Q點越穩(wěn)定，但是實際上，對于?定的集電極電流Ic,由于Vcc的限制，Rc太?會使晶體管進?飽和區(qū)，電路?法正常?作?、靜態(tài)?作點的估算經(jīng)過?系列的計算：我們通過（1+β）Re>>Rb,來判斷I1>>IBQ三、動態(tài)參數(shù)的估算1、有分析可得：Au=-βRL’/rbe,rbe會受溫度的影響，即Re是直流負反饋電阻，若將旁路電容Ce搞得很?，導致Re短路。2、分析可得：雖然使|Au|減?了，但由于Au僅僅決定于電阻取值，不受環(huán)境的影響，所以溫度穩(wěn)定性好?？偨Y(jié)：Re與旁路電容，若有旁路電容，雖然動態(tài)分析中可以忽略Re,從?使Au增?，但是會受到溫度的影響；若沒有旁路電容，Au雖然變?了，但是穩(wěn)定性增加了，所以?者需要權(quán)衡。2.4.3穩(wěn)定穩(wěn)態(tài)?作點的措施1、溫度補償法對于（a）來說：IR為?極管的反向電流，當溫度升?時，Ic增?，但是同時IR增?導致IB減?，（因為IR+IB?乎是個常量），?導致IC減?對于（b）來說：設溫度升?時，?極管內(nèi)電流基本不變，因此其壓降Ud必然減?，穩(wěn)定過程簡述如下2.5晶體管單管放?電路的三種基本接法2.5.1基本共集放?電路1、電路的組成動態(tài)分析：把2.5.1（c）的圖?其h參數(shù)等效模型取代便可得到由式?可以發(fā)現(xiàn)0<Au<1,當（1+β）Re>>Rb+rbe時，Au（向量為1），故常稱作射集跟隨器，電路電壓?反打能?，但是輸出電流Ie遠?于Ib,所以電路仍有功率放?作?輸?電阻：Ri=Rb+rbe+(1+β）Re,因為流過Re的電流為ie,因此共集放?電路的輸?電阻?共射放?電路的輸?電阻?很多，可達??千Ω輸出電阻：為了能計算輸出電阻，，令輸?信號為0，在輸出端加正弦電壓，得到電流，即可算出輸出電阻，由于Re的取值較?，所以R?？梢?到??歐。總結(jié)：共集電極放?電路輸?電阻?，輸出電阻?，因?從信號源索取的電流?，?且?guī)ж撦d能?強，所以常?于多級放?電路的輸?極和輸出級；也可?它連接兩電路，減少電路間直接相連所帶來的影響。輸出級；也可?它連接兩電路，減少電路間直接相連所帶來的影響。2…5.2基本共基極放?電路1、共基極放?電路?電流放?能?，電壓放?倍數(shù)與阻容耦合放?電路差不多，2、輸?電壓與輸出電壓同相，輸?電阻較共射電路?，輸出電阻與共射差不多3、共基極放?電路的最?優(yōu)點是頻帶寬，因?常?于?線電通信等??。2.6場效應管放?電路2.6.1場效應管放?電路的三種接法2.6.2場效應管放?電路靜態(tài)?作點的設置?法及其分析估算?、基本共源放?電路??了然。。。?、?給偏壓電路問：UGS為什么會?于0呢？靜態(tài)時，由于場效應管柵極電流為0，因?電阻Rg的電流為0，柵極電位UCQ也就為0，也就是說原極的電位?柵極來得?，于是產(chǎn)?了靜態(tài)電壓，UGSQ=-IDQ*Rs圖2.6.4（b)所?的是?給偏壓的?種特例，使?的是耗盡型mos管，因此不管正負均能?作。三、分壓式偏置電路（典型的穩(wěn)定電路）A點電位決定于Rg2與Rg1的分壓，因為Rg3上沒有電流，g點電位為與A點電位相等，但柵極電位仍?源極電位低，Rg3的作?是增?輸?電阻。2.6.3場效應管放?電路的動態(tài)分析?、場效應管的低頻?信號等效模型如圖是由h參數(shù)畫出的等效電路gm是輸出回路與輸?回路電壓之?，故稱為跨導，其量綱是電導。gm=偏iD/pianuGS,在?信號時，可以?IDQ近似iD，得出gm與Q點緊密相關(guān)，Q點愈?，gm愈?，因此，場效應管Q但也會影響失真。?、基本共源放?電路的動態(tài)分析共源放?電路具有?定的電壓放?能?，輸出電壓與輸?電壓，只是共源電路的輸?電阻?乎開路，很?。三、基本共漏放?電路的動態(tài)分析2.7基本放?電路的派?電路場效應管與晶體管相?，最突出的優(yōu)點時=是可以組成?輸?電阻的放?電路，此外，由于它還有噪聲低，溫度穩(wěn)定性好，抗輻射能?強等優(yōu)于晶體管的特點，?且便于集成化，構(gòu)成功耗電路，所以被?泛的應?于各種電?電路中。?、復合管放?電路1、晶體管組成及其電流放?電路特點：基極?：NPN管基極出PNP管β約等于=β1*β2（=β1+β2+β1β2)2、場效應管與晶體管組成的復合管及其跨導3、復合管