低頻電路-基本放大電路1

模電數(shù)電第二章基本放大電路模擬電路部分1§2.1概論§2.2放大電路的組成和工作原理§2.3放大電路的分析方法§2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定§2.5射極輸出器§2.6

阻容耦合多級(jí)放大電路§2.7場(chǎng)效應(yīng)管放大電路第二章基本放大電路22.1.1放大的概念電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號(hào)放大成較大的信號(hào)。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的二端口網(wǎng)絡(luò)表示：uiuoAu§2.1概論32.1.2放大電路的性能指標(biāo)一、電壓放大倍數(shù)AuUi

和Uo

分別是輸入和輸出電壓的有效值。uiuoAuAu是復(fù)數(shù)，反映了輸出和輸入的幅值比與相位差。4二、輸入電阻ri放大電路一定要有前級(jí)（信號(hào)源）為其提供信號(hào)，那么就要從信號(hào)源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級(jí)取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級(jí)取得的電流越小，對(duì)前級(jí)的影響越小。Au~US定義：即：ri越大，ii就越小，ui就越接近uS5三、輸出電阻roAu~US放大電路對(duì)其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號(hào)源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個(gè)戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。~roUS'RLRL從負(fù)載的角度看內(nèi)阻越小越好，說明放大器的帶負(fù)載能力越強(qiáng)6如何確定電路的輸出電阻ro？步驟：1.所有的信號(hào)源去掉（保留受控源）。2.加壓求流法。UI方法一：計(jì)算。7方法二：測(cè)量。Uo1.測(cè)量開路電壓。~roUs'2.測(cè)量接入負(fù)載后的輸出電壓。~roUs'RLUo'步驟：3.計(jì)算。8四、通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線92.1.3符號(hào)規(guī)定UA大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量。uA小寫字母、大寫下標(biāo)，表示全量。ua小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量10三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理§2.2基本放大電路的組成和工作原理112.2.1共射放大電路的基本組成放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出？參考點(diǎn)RB+ECEBRCC1C2T12作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)?；鶚O電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2T13集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2T14集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。RB+ECEBRCC1C2T15耦合電容：電解電容，有極性。大小為10F~50F作用：隔離直流，同時(shí)能使交流信號(hào)順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T++16可以省去電路改進(jìn)：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2T++17單電源供電電路+ECRCC1C2TRB問：能否保證放大的偏置條件？如何保證？182.2.2基本放大電路的工作原理ui=0時(shí)由于電源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、靜態(tài)工作點(diǎn)RB+ECRCC1C2T19IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T20(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ

)分別對(duì)應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ21IBUBEQICUCEuCE怎么變化？假設(shè)uBE有一微小的變化ibtibtictuit（毫伏量級(jí)）（微安量級(jí)）（毫安量級(jí)）二。交直流疊加波形的關(guān)系22各點(diǎn)波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCEtuotuiiCuCEuoiBuce相位如何？uce與ui反相！23實(shí)現(xiàn)放大的條件1.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)。3.輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。4.輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號(hào)。24如何判斷一個(gè)電路是否能實(shí)現(xiàn)放大？3.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。4.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)。

如果已給定電路的參數(shù)，則計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)來判斷；如果未給定電路的參數(shù)，則根據(jù)電路結(jié)構(gòu)確定。1.信號(hào)能否輸入到放大電路中。2.信號(hào)能否輸出。與實(shí)現(xiàn)放大的條件相對(duì)應(yīng)，判斷的過程如下：25放大電路分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法計(jì)算機(jī)仿真§2.3放大電路的分析方法EWB、Pspice等262.3.1直流通道和交流通道放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號(hào)。但是，電容對(duì)交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對(duì)交流不起作用，即對(duì)交流短路。而對(duì)直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。交流通道：只考慮交流信號(hào)的分電路。直流通道：只考慮直流信號(hào)的分電路。信號(hào)的不同分量可以分別在不同的通道分析。27例：對(duì)直流只有+EC開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC28對(duì)交流信號(hào)(輸入信號(hào)ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路？29一、直流負(fù)載線ICUCEUCE~IC滿足什么關(guān)系？1.三極管的輸出特性。2.UCE=EC–ICRC。ICUCEECQ直流負(fù)載線與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)IB直流通道RB+ECRC2.3.2直流負(fù)載線和交流負(fù)載線Uce30二、交流負(fù)載線ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路交流負(fù)載線的斜率為：31交流負(fù)載線的作法ICUCEECQIB過Q點(diǎn)作一條直線，斜率為：交流負(fù)載線ICUCEictucetQQ1Q2322.3.3靜態(tài)分析一、估算法（1）根據(jù)直流通道估算IBIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。+EC直流通道RBRC33（2）根據(jù)直流通道估算UCE、IBICUCE直流通道RBRC34二、圖解法先估算IB，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與IB對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)。ICUCEQEC35例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：請(qǐng)注意電路中IB和IC的數(shù)量級(jí)。362.3.4動(dòng)態(tài)分析一、三極管的微變等效電路1.輸入回路iBuBE當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。uBEiB對(duì)輸入的微變信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。rbe的量級(jí)從幾百歐到幾千歐。對(duì)于小功率三極管：首先需將非線性元件近似為線性元件Q372.輸出回路iCuCE所以：(1)輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib

控制的電流源。近似平行(2)考慮uCE對(duì)iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻rce。rce的含義iCuCEQ38ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。3.三極管的微變等效電路rbeibib

rcerbeibibbce等效cbe注意這種等效只是在工作點(diǎn)附近線性區(qū)里39二、放大電路的微變等效電路將交流通道中的三極管用微變等效電路代替:交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL40三、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算結(jié)論：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRL負(fù)載電阻越大負(fù)載越輕負(fù)載電阻越小負(fù)載越重41四、輸入電阻的計(jì)算輸入電阻的定義：是動(dòng)態(tài)電阻。rbeRBRCRL電路的輸入電阻越大，從信號(hào)源取得的電流越小，因此一般總是希望較大的輸入電阻。(RB>>rbe)42五、輸出電阻的計(jì)算放大器中輸出電阻的定義：rbeRBRC00首先將信號(hào)源去掉，若信號(hào)源本身有內(nèi)阻，則短路時(shí)內(nèi)阻應(yīng)保留。用加壓求流法求輸出電阻：432.3.5失真分析在放大電路中，輸出信號(hào)應(yīng)該成比例地放大輸入信號(hào)（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號(hào)不能反映輸入信號(hào)的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。44ICUCEictucet我們來看一下Q與波形失真的關(guān)系Q因?yàn)镼在放大區(qū)所以波形無失真45iCuCEuo可輸出的最大不失真信號(hào)又稱放大器的動(dòng)態(tài)范圍。選擇靜態(tài)工作點(diǎn)ibQ46iCuCEuo1.Q點(diǎn)過低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)放大電路產(chǎn)生截止失真輸出波形輸入波形ib注意截止失真是由于輸入特性的非線性引起的47iCuCE2.Q點(diǎn)過高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)生飽和失真ib輸入波形uo輸出波形注意飽和失真是由于輸出特性的非線性引起的48為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。但是，溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn)。由于三極管的UBE、和ICEO這三個(gè)參數(shù)受溫度影響很大，而前面的電路中靜態(tài)工作點(diǎn)與這些參數(shù)都有關(guān)系，故靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)隨著溫度而改變。TUBEICEOQ§2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定49溫度對(duì)值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移。50小結(jié)：TIC固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。Q點(diǎn)不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、IC增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化。保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。電路見下頁。51分壓式偏置電路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、靜態(tài)分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路RE射極直流負(fù)反饋電阻CE

交流旁路電容52TUBEIBICUEIC本電路穩(wěn)壓的過程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過程。1.靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的原理設(shè)計(jì)使I2>>IB，于是I1約等于I2，使VB只取決于電阻分壓，不受溫度影響。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路B53I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路2.求靜態(tài)工作點(diǎn)算法一：I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路+EC將電路變換為54I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路+EC方框中部分用戴維南定理等效為：RdESB進(jìn)而，可求出IE

、UCE

。55I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路算法二：B56可以認(rèn)為與溫度無關(guān)。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十k。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路57例：已知=50，EC=12V，RB1=7.5k，RB2=2.5k，RC=2k，RE=1k，求該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo算法一的結(jié)果：算法二的結(jié)果：結(jié)論：兩種算法的結(jié)果近似相等，但算法二的計(jì)算過程要簡(jiǎn)單得多。58二、動(dòng)態(tài)分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR'B微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路59CE的作用：交流通路中，CE將RE短路，RE對(duì)交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。問題1：如果去掉CE，放大倍數(shù)怎樣？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo60去掉CE后的交流通路和微變等效電路：rbeRCRLRER'BRB1RCRLuiuoRB2RE可見放大倍數(shù)大大降低，但輸入阻抗提高了。61用加壓求流法求輸出電阻。rbeRCRER'BRSro=uo/io=u/i可見ro應(yīng)為Rc并聯(lián)虛線框內(nèi)的等效電阻Rd.但這個(gè)電阻極大可忽略.所以可近似有去掉信號(hào)源，內(nèi)阻保留。由輸出端外加一個(gè)電壓輸出電阻基本不變62RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2問題2：如果電路如下圖所示，如何分析？63I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CE