第二章放大電路分析基礎(chǔ)

第二章放大電路分析基礎(chǔ)第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月放大的實(shí)質(zhì)：用較小的信號去控制較大的信號2.1放大電路工作原理一、放大電路的組成原理直流電源及偏置電路輸入信號源輸出負(fù)載用等效電路表示放大器1、放大電路的結(jié)構(gòu)第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2、放大器的性能指標(biāo)輸入電阻輸出電阻增益非線性失真頻率響應(yīng)及帶寬第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月增益增益：放大倍數(shù)A，是放大器輸出量與輸入量的比值，反映放大器放大電信號的能力。電壓增益電流增益源電壓增益功率增益增益的分貝表示形式第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月若需要得到較大輸入電壓，希望輸入電阻若需要得到較大輸入電流，希望第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月若需要得到穩(wěn)定的輸出電流，則希望輸出電阻若需要提高放大器的帶負(fù)載能力,即使放大器輸出電壓穩(wěn)定,不受負(fù)載變化的影響,則希望負(fù)載開路時(shí)的輸出端電壓為Uo’負(fù)載端輸出電壓為Uo輸出電阻也可采用輸入短路,輸出去負(fù)載加電壓源的方法求得第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月頻率特性放大器中的電抗性元件對不同頻率的信號呈現(xiàn)出不同的阻抗，使放大器對不同頻率的輸入信號具有不同的增益，把放大器這種增益隨輸入信號頻率變化的特性稱為頻率特性。增益：放大電路對不同頻率的正弦信號放大倍數(shù)不同，相移也不一樣，當(dāng)輸入信號為包含多種頻率分量的非正弦信號時(shí)，若某些頻率超出通頻帶，輸出信號uo波形將產(chǎn)生失真。這種失真與放大電路的頻率特性有關(guān)，故稱為頻率失真。第7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月中頻增益低頻段中頻段高頻段通頻帶：當(dāng)f采用對數(shù)刻度，增益采用分貝刻度時(shí)，頻率特性圖又稱為波特圖。幅頻特性相頻特性第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月耦合電容，起隔離直流、耦合交流的作用3、共發(fā)射極基本放大電路參考零電位點(diǎn)使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)。集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸＜姌O電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。放大電路組成原則：1）三極管應(yīng)工作在放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏2）輸入信號加到發(fā)射結(jié)上控制三極管電流3）信號電壓經(jīng)放大后能傳輸?shù)截?fù)載上第9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月單電源供電的共發(fā)射極放大電路第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月有關(guān)符號的約定小寫字母、大寫下標(biāo)表示總量（含交、直流）。如，uCE、iB等。大寫字母、大寫下標(biāo)表示直流量。如，UCE、IC等。小寫字母、小寫下標(biāo)表示純交流量。如，uce、ib等。上方有圓點(diǎn)的大寫字母、小寫下標(biāo)表示相量。如，、等。第11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、直流通路和交流通路直流通路交流信號為0，電路中只有直流電壓、電流耦合電容開路放大電路中流通的電信號的瞬時(shí)值為交流和直流的組合，利用電路的線性工作特性,可以分別對直流信號和交流信號的影響進(jìn)行分析。第12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月交流通路耦合電容短路、電源短路只考慮對交流信號的放大作用的流通電路第13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月靜態(tài)是指無交流信號輸入時(shí)，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時(shí)三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。一、解析法求Q值直流通路2.2放大電路的直流工作狀態(tài)由基極回路求得由集電極回路求得由電流關(guān)系得第14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月IB=IBQ的輸出特性曲線由uCE=UCC－iCRC所決定的直流負(fù)載線兩者的交點(diǎn)Q就是靜態(tài)工作點(diǎn)過Q點(diǎn)作水平線，在縱軸上的截距即為ICQ過Q點(diǎn)作垂線，在橫軸上的截距即為UCQ二、圖解法第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電路參數(shù)對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響1、RB對Q點(diǎn)的影響2、RC對Q點(diǎn)的影響3、UCC對Q點(diǎn)的影響RB增加，IBQ減小，工作點(diǎn)沿負(fù)載線下移，反之上移。RC增加，直流負(fù)載線斜率減小，變得平坦，Q點(diǎn)沿iB＝IBQ左移；RC減小，直流負(fù)載線斜率增大，變得陡峭，Q點(diǎn)沿iB＝IBQ右移。UCC增加，IBQ增大，直流負(fù)載線平行上移，Q點(diǎn)往右上方移動；反之，Q點(diǎn)往左下方移動。第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

動態(tài)是指有交流信號輸入時(shí)，電路中的電流、電壓隨輸入信號作相應(yīng)變化的狀態(tài)。由于動態(tài)時(shí)放大電路是在直流電源UCC和交流輸入信號ui共同作用下工作，電路中的電壓uCE、電流iB和iC均包含直流和交流兩個分量。交流通路2.3放大電路的動態(tài)分析動態(tài)分析的目的：求解放大電路的增益、輸入輸出電阻第17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月一、圖解法分析動態(tài)特性iC/mAQA、在輸入曲線上求iBB、根據(jù)iB在輸出特性上求iC和uCE工作點(diǎn)的運(yùn)動軌跡稱為動態(tài)范圍uiuo共射電路為反相放大器交流負(fù)載線斜率為Q第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月波形分析第19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、放大電路的非線性失真QiCQ1、三極管的非線性特性引起的失真第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2、工作點(diǎn)Q不合適引起的失真iCQ飽和失真截止失真交流負(fù)載線ICQQQ點(diǎn)選擇在交流負(fù)載線的中心點(diǎn)，可獲得最大不失真輸出(max{})信號幅度不大時(shí)，為降低電源消耗，在保證不失真且得到一定電壓增益的條件下，可選擇低一點(diǎn)。第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。三、微變等效電路法

等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。1、基本思路

等效的模型：h參數(shù)等效電路混合參數(shù)π型等效電路第22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月輸入特性曲線在Q點(diǎn)附近的微小范圍內(nèi)可以認(rèn)為是線性的。當(dāng)uBE有一微小變化ΔUBE時(shí)，基極電流變化ΔIB，兩者的比值稱為三極管的動態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即：2、晶體管微變等效電路第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出特性曲線在放大區(qū)域內(nèi)可認(rèn)為呈水平線，集電極電流的微小變化ΔIC僅與基極電流的微小變化ΔIB有關(guān)，而與電壓uCE無關(guān)，故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個受ib控制的電流源，即：第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月四、三種基本組態(tài)放大電路的分析1、共射極放大電路的微變等效電路分析第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓放大倍數(shù)2）電壓增益與β、RC成正比討論：1）共射放大電路為反相放大電路3）電壓增益與Q點(diǎn)位置的高低（ICQ）成反比第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月電流放大倍數(shù)2）RL、RC成在輸出端產(chǎn)生分流作用討論：1）RB在輸入端產(chǎn)生分流作用共射放大電路是一種具有電壓和電流放大作用的反相放大器第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Ri討論：輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號源的負(fù)擔(dān)，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號源內(nèi)阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。Ri近似等于rbe，在幾百歐到幾千歐，一般認(rèn)為是較低的，并不理想。輸入電阻第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：對于負(fù)載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負(fù)載能力越強(qiáng)，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐，一般認(rèn)為是較大的，也不理想。輸出電阻第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月靜態(tài)分析2、共集電極放大電路電路形式——射極輸出器××由基極回路由集電極回路第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月動態(tài)分析第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓放大倍數(shù)動態(tài)分析1稱共集電極放大器為電壓跟隨器或射極跟隨器第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月輸入電阻輸出電阻第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：1）電壓放大倍數(shù)約等于1，即電壓跟隨。2）輸入電阻較高。3）輸出電阻較低。對共基極放大電路，其分析方法相同，參考教材P44第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三種組態(tài)放大電路比較1、共射電路具有反相作用對電壓、電流均能放大，輸入電阻值居中，輸出電阻較大，頻帶較窄。常用作低頻電壓放大電路的單元電路。2、共集電路只能放大電流，不能放大電壓，輸出電壓跟隨輸入電壓。輸入電阻最大，輸出電阻最小。常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級，功率放大電路也常用射極輸出電路。3、共基電路只能放大電壓不能放大電流，輸入電阻小，電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射電路相當(dāng)。頻率特性最好，常用于寬頻帶放大電路。第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度對工作點(diǎn)的影響溫度升高UBE減小ICBO增大β增大IC增大2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定及其偏置電路由此可見，溫度影響工作點(diǎn)的高低，溫度變化可能引起放大電路產(chǎn)生飽和或截止失真。解決措施1、將放大電路置于恒溫槽，但代價(jià)較高2、采用改進(jìn)的偏置電路，使Q點(diǎn)在工作溫度范圍內(nèi)受溫度影響小穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月條件：I2>>IB，則與溫度基本無關(guān)。調(diào)節(jié)過程：TUBEIBICIE=IC+IBICIEUBE=UB-IERe靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路通常第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月RB1+UCＣRCRB2RE直流通路靜態(tài)分析求Q（IBQ、ICQ和UCEQ）第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月動態(tài)分析CERb1+UCＣRCRb2ReRLuiuoeb+

–c+–旁路電容旁路電容CE對交流信號短路，減小Re對電壓增益的影響第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5多級放大電路單級放大器具有較大的放大倍數(shù)，但對于十分微弱的信號，放大倍數(shù)還需要大大提高；另外，三種組態(tài)的放大電路其性能指標(biāo)都不是很完善，可以采用由多個單級放大器連接構(gòu)成多級放大器來解決這些問題。多級放大器關(guān)注的問題：連接（即耦合）、性能指標(biāo)的計(jì)算第40頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月1、多級放大電路的組成一、多級放大電路的耦合方式信號源輸入級中間級輸出級負(fù)載多級放大電路輸入級：針對輸入信號性質(zhì)，采用不同的輸入電路形式，利于接收電壓或電流信號。中間級：主要任務(wù)是放大信號。輸出級：輸出足夠大的電壓或功率，驅(qū)動負(fù)載。第41頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2、各極之間的耦合方式阻容耦合：各極之間通過耦合電容及下級輸入電阻連接。

優(yōu)點(diǎn)：各級靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，可以單獨(dú)調(diào)整到合適位置；且不存在零點(diǎn)漂移問題。缺點(diǎn)：不能放大變化緩慢的信號和直流信號；且由于需要大容量的耦合電容，因此不能在集成電路中采用。第42頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月直接耦合優(yōu)點(diǎn)：能放大變化很緩慢的信號和直流分量變化的信號；且由于沒有耦合電容，故非常適宜于大規(guī)模集成。缺點(diǎn)：各級靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響；存在零點(diǎn)漂移問題。第43頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月變壓器耦合優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立，且變壓器具有阻抗變換作用，通過對其匝數(shù)的控制，可以使級與級之間達(dá)到阻抗匹配，獲得最大的功率增益，因此在輸出功率放大器中通常采用變壓器耦合電路。缺點(diǎn)：由于變壓器的頻帶比較窄，體積大，難以集成，所以在多級放大器中一般不采用這種耦合方式。級與級之間通過變壓器傳遞交流信號的耦合方式第44頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）靜態(tài)分析：（2）動態(tài)分析：注意：計(jì)算前級的電壓放大倍數(shù)時(shí)必須把后級的輸入電阻考慮到前級的負(fù)載電阻之中。如計(jì)算第一級的電壓放大倍數(shù)時(shí)，其負(fù)載電阻就是第二級的輸入電阻。二、阻容耦合多級放大電路分析②輸入電阻就是第一級的輸入電阻。