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§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)計算§12.2-2放大電路的動態(tài)計算§12.4多級放大電路分析12.1放大電路的基本概念及性能指標

1）.放大的基本概念

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

根據(jù)放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求，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）互導增益定義為:Ag=io/uib.輸入電阻Ri——從放大電路輸入端看進去的等效電阻Ri=ui/ii一般來說，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號源索取的電流越小。（2）當信號源有內阻時，Ri越大，ui就越接近uS。

輸出電阻是表明放大電路帶負載能力的，Ro越小，放大電路帶負載的能力越強，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去的等效電阻d.通頻帶

由于電容、電感及放大管PN結的電容效應，使放大電路在信號頻率較低和較高時電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產生相移。衡量放大電路對不同頻率信號的適應能力。下限頻率上限頻率實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3）三極管放大電路分析的基本內容(1）放大電路原理分析圖解分析，工作點，失真(3）交流動態(tài)放大電路分析交流電路模型，放大系數(shù)，輸入輸出電阻計算(2）靜態(tài)工作點分析直流電路通路，直流計算直流通路模型分析法電路(4）各種聯(lián)結放大電路分析共射，共基，共集，復合管12.2基本共射放大電路的原理分析實際三極管的放大電路交流信號放大原理；（圖解分析）偏置電路與靜態(tài)工作點計算；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（工作點計算）直流通路2）小信號輸入注意：交流信號在原直流信號上疊加一交變分量。放大電路原理輸入端電壓電流關系若，則的波形如何？（輸入失真）輸出端電壓電流關系直流負載線線靜態(tài)工作點討論：靜態(tài)工作點變化對電流波形的影響？（輸出失真）放大電路原理3）動態(tài)電路（計算交流小信號輸入輸出關系）注意：交流信號在原直流信號上疊加一交變分量，放大電路分析的重點是計算信號放大倍數(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)計算靜態(tài)工作點計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算法目的：確定動態(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算靜態(tài)基極電流模型計算法輸出電路計算靜態(tài)工作點簡化通路計算法直流負載線圖解法靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點設置與飽和截至失真信號放大無失真討論：輸出交流信號無失真時最大值靜態(tài)工作點的作用？截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負載線。截止失真是在輸入回路首先產生失真！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。調整工作點可消除飽和失真1.在什么參數(shù)、如何變化時Q1→Q2→Q3→Q4？2.從輸出電壓上看，哪個Q點下最易產生截止失真？哪個Q點下最易產生飽和失真？哪個Q點下Uom最大？3.設計放大電路時，應根據(jù)什么選擇VCC？討論：如何合理設置靜態(tài)工作點？直流負載線與交流負載線阻容耦合共射放大電路

直流通路

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

交流負載線斜率與交流電路負載電阻有關。時交流負載線靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路溫度升高引起增加??！1.為了穩(wěn)定Q點，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不隨溫度變化。2.通過加入實現(xiàn)靜態(tài)工作點穩(wěn)定T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓→IB↓→IC↓靜態(tài)工作點穩(wěn)定典型電路偏置值計算（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)電路計算：1）設工作在放大區(qū)；2）計算判別工作區(qū)域；例1：已知，計算：直流電路模型解：直流電路模型例1：已知，計算：靜態(tài)工作點處于放大區(qū)域！例2：判別靜態(tài)工作點。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算

根據(jù)場效應管工作在恒流區(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溝道增強型2.自給偏壓電路由正電源獲得負偏壓稱為自給偏壓哪種場效應管能夠采用這種電路形式設置Q點？N溝道結型N溝道結型特性曲線3.分壓式偏置電路為什么加Rg3?其數(shù)值應大些小些？哪種場效應管能夠采用這種電路形式設置Q點？即典型的Q點穩(wěn)定電路12.4放大電路動態(tài)分析

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

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

；②確定交流通路；③畫出微變等效電路（小信號模型）；④計算動態(tài)性能指標（如Av、Ri、Ro）。1．共射放大電路的動態(tài)分析計算：輸入電阻，輸出電阻，放大系數(shù)。（交流信號關系）交流小信號分析電路①求電壓放大倍數(shù)中頻小信號分析電路②計算輸入電阻③計算輸出電阻2.信號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2）.共集電極放大電路（CC）靜態(tài)工作點分析電路動態(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：電壓放大倍數(shù)=1，輸入阻抗高，輸出阻抗小。射極輸出器的應用1、放在多級放大器的輸入端，提高整個放大器的輸入電阻。2、放在多級放大器的輸出端，減小整個放大器的輸出電阻。2、放在兩級之間，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)工作點共基放大電路的動態(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態(tài)分析Ro≈Rc3.放大電路三種組態(tài)性能指標的比較電壓增益輸入電阻輸出電阻特點用途共射(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，設三極管在靜態(tài)工作點附近的β＝50，。試計算：

（1）Av、Ri、Ro；（2）若不接Ce，計算Av、Ri、RokΩmAmA靜態(tài)工作點與微變等效電路參數(shù)計算（2）若不接Ce4.場效應管的低頻小信號模型和動態(tài)分析輸入回路：由于場效應管的柵極電流為零，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”和動態(tài)電阻rds并聯(lián)。1)、場效應管的低頻小信號模型gm：低頻跨導，它表征了ΔvGS對ΔiD的控制能力。rds：輸出電阻（動態(tài)電阻），通常可忽略。注意受控電流源方向!

對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多級放大電路

多級放大電路可以充分利用各個單級放大電路的優(yōu)點，滿足各種不同的要求。2.5.1、級間耦合方式連接原則：①靜態(tài)時各級應設置合適的靜態(tài)工作點；②動態(tài)時信號能實現(xiàn)暢通有效的傳遞。

◆阻容耦合

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

◆直接耦合

優(yōu)點是低頻特性好，可以放大變化緩慢的信號，易于集成化。缺點是各級靜態(tài)工作點相互影響，分析、設計和調試較困難；并且還存在零點漂移問題。

◆變壓器耦合

優(yōu)點是各級靜態(tài)工作點互不影響，能實現(xiàn)阻抗變換。缺點是頻率特性不好，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用,通常需進行非線性補