單管放大器的學(xué)習(xí)教案

單管放大器的學(xué)習(xí)教案第1頁/共120頁§2.1概論2.1.1放大的概念電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。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四端網(wǎng)絡(luò)表示，如圖。uiuoAv第2頁/共120頁2.1.2放大電路的性能指標(biāo)(1)電壓放大倍數(shù)AuUi和Uo分別是輸入和輸出電壓的有效值。uiuoAv其中A=Uo/Ui，是Uo和Ui的相位差A(yù)v=Uo/Ui=A第3頁/共120頁(2)輸入電阻ri輸入電阻是從放大電路輸入端看進去的等效電阻iiui輸入電阻：ri=ui/ii（加壓求流法）ri~uSRS信號源一般來說，ri越大越好。ri越大，ii就越小，ui就越接近uSAv輸入端輸出端第4頁/共120頁(3)輸出電阻ro放大電路對其負載而言，相當(dāng)于信號源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。輸出端~rouso輸出端Av~uS第5頁/共120頁?如何確定電路的輸出電阻？在電路的計算中求ro有兩個方法：1、所有的電源（包括信號源）置零，保留受控源。然后采用加壓求流法。ui~rousoro=u/i第6頁/共120頁uo測量開路電壓uo=uso2、開路電壓除以短路電流法。~rouso~rousoio測量短路電流io=uso/ro輸出電阻：uo/io=uso

/（uso/ro

）

=ro

第7頁/共120頁(4)通頻帶fAAm0.7AmfL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——幅頻特性曲線三分貝帶寬第8頁/共120頁2.1.3符號規(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。第9頁/共120頁uAua全量交流分量tUA直流分量第10頁/共120頁§2.2基本放大電路的組成和工作原理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第11頁/共120頁共射放大電路放大元件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RLRB+ECEBRCC1C2T第12頁/共120頁RB+ECEBRCC1C2TRL第13頁/共120頁共射放大電路組成使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點IB和UBE?；鶚O電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2TRL第14頁/共120頁共射放大電路集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2TRL第15頁/共120頁共射放大電路集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。RB+ECEBRCC1C2TRL第16頁/共120頁共射放大電路組成耦合電容：電解電容，有極性，大小為10F~50F作用：隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。++uiuoRB+ECEBRCC1C2TRL第17頁/共120頁單電源供電可以省去RB+ECEBRCC1C2TRL第18頁/共120頁RB單電源供電+ECRCC1C2TRL第19頁/共120頁(2-20)放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法計算機仿真第20頁/共120頁(2-21)直流通路與交流通路由于電路中電容（感）的存在，直流信號與交流信號流經(jīng)的通路不完全相同，因此兩者的分析方法也不相同。直流通路：靜態(tài)電流流經(jīng)的通路；交流通路：交流信號流經(jīng)的通路。第21頁/共120頁(2-22)放大電路分析原則先靜態(tài)，后動態(tài)（先直流，后交流）利用直流通路求解靜態(tài)工作點利用交流通路求解動態(tài)參數(shù)直流是條件，交流是目的第22頁/共120頁RB+ECRCC1C2開路開路RL放大電路的直流通道第23頁/共120頁(2-24)RB+ECRC第24頁/共120頁(2-25)RB+ECRCC1C2對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零放大器的交流通道RLuiuo1/C0第25頁/共120頁(2-26)RBRCRLuiuo交流通道第26頁/共120頁基本放大電路的工作原理RB+ECRCC1C2Tui=0時由于電源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICRLIB無信號輸入時靜態(tài)工作點第27頁/共120頁基本放大電路的工作原理RB+ECRCC1C2TICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RLIB靜態(tài)工作點第28頁/共120頁(IB,UBE)

和(IC,UCE)分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態(tài)工作點。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB第29頁/共120頁（1）估算IB（UBE

0.7V)RB+ECRCIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點（IB、UBE、IC、UCE）第30頁/共120頁（2）估算UCE、IcRB+ECRCICUCEIc=IB第31頁/共120頁(2-32)第32頁/共120頁(2-33)第33頁/共120頁(2-34)

例圖1.3.20所示電路中，晶體管為硅管，VCES=0.3V。求：當(dāng)VI=0V、VI=1V和VI=2V時VO=?

解：(1)VI=0V時，VBE<Von，晶體管截止，IC=IB=0，

VO=VCC=12V。第34頁/共120頁(2-35)(2)VI=1V時：第35頁/共120頁(2-36)(3)VI=2V時：晶體管工作于飽和狀態(tài)第36頁/共120頁(2-37)直流輸入回路

RC+VCCIB用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點第37頁/共120頁(2-38)

作直流負載線

第38頁/共120頁(2-39)輸入特性曲線和負載線

IBVBE0Q第39頁/共120頁ICUCEUCE=EC–ICRCEC直流負載線與IB所決定的那一條輸出特性曲線的交點就是Q點QIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC第40頁/共120頁IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么變化？動態(tài)分析----空載假設(shè)uBE靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上有一微小的變化ui第41頁/共120頁uCEICUCEic第42頁/共120頁RB+ECRCC1C2uiiBiCuCEuo各點波形uo比ui幅度放大且相位相反第43頁/共120頁(2-44)動態(tài)分析----有載M-N右邊的伏安特性為交流負載線，它的斜率為：iC/uCE=-1/R’L交流負載線比直流負載線陡，它同時過Q點。+uo-RcRb+ui-NRLRcMiCiC+uCE-+uCE-RLR’L=RC//RL第44頁/共120頁(2-45)交流負載線的作法ICUCEECQIB過Q點作一條直線,斜率為:交流負載線直流負載線第45頁/共120頁實現(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，使整個波形處于放大區(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。第46頁/共120頁(2-47)圖解法的應(yīng)用（一）分析輸出波形的非線性失真截止失真uBEuBEtt0iBiBQIBQ第47頁/共120頁(2-48)截止失真uCEiC0tiCICQuCEtQUCEQiB截止失真第48頁/共120頁(2-49)飽和失真uCEiC0tiCICQuCEtUCEQQiB飽和失真第49頁/共120頁(2-50)估算最大不失真輸出幅度最大不失真輸出幅度由圖中Q、C、D點決定；為了盡量使用動態(tài)工作范圍，Q點應(yīng)設(shè)置在線段CD的中點，這時：EF=FG

就是最大不失真電壓輸出波形的峰值。uCEiC0QEFGCD如果Q點不在線段CD的中點，則EFFG，最大不失真電壓輸出峰值由小的那段確定。第50頁/共120頁(2-51)放大電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響＋uo－C2TVCC+20VRc2.5kΩRb240kΩRL2.5kΩ＋ui

-uCEiC0uCEiC0Q1Q2Q1VCC2>VCC1VCC1VCC2Q2VCCRb2>Rb1第51頁/共120頁(2-52)(三)放大電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響＋uo－C2TVCC+20VRc2.5kΩRb240kΩRL2.5kΩ＋ui

-uCEiC0uCEiC0Q1Q2Q1RC2>RC1VCCQ2VCC2>

1第52頁/共120頁(2-53)小結(jié)：圖解法的主要優(yōu)缺點優(yōu)點：1）能分析靜，動態(tài)2）直觀、形象3）適用于大信號情況，如分析功率放大電路4）實際工作中有助于檢查Q點是否合適缺點：1）煩瑣，有作圖誤差，不易定量分析2）實際特性曲線有差別3）有局限，如不能用于有Re的電路4）無法分析高頻電路第53頁/共120頁(2-54)

例已知NPN型硅管T1~T4各電極的直流電位如表所示，試確定各晶體管的工作狀態(tài)。晶體管T1T2T3T4VB/V0.71-10VE/V00.3-1.70VC/V50.7015工作狀態(tài)提示：

NPN管（1）放大狀態(tài)：VBE>Von,VCE>VBE;（2）飽和狀態(tài)：VBE>Von,VCE<VBE;（3）截止?fàn)顟B(tài)：VBE<Von放大飽和放大截止第54頁/共120頁動態(tài)分析---微變等效法1、三極管的微變等效電路首先考察輸入回路iBuBE當(dāng)信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。uBEiB對輸入的小交流信號而言，三極管BE間等效于電阻rbe。第55頁/共120頁對輸入的小交流信號而言，三極管BE間等效于電阻rbe。becrbeibbeubeubeib第56頁/共120頁對于小功率三極管：rbe的量級從幾百歐到幾千歐。第57頁/共120頁考察輸出回路iCuCE所以：輸出端相當(dāng)于一個受ib控制的電流源。近似平行且電流源兩端還要并聯(lián)一個大電阻rce。第58頁/共120頁iCuCEiCuCErce的含義第59頁/共120頁ubeibuceicuberbeibibrceuceicrce很大，一般忽略。第60頁/共120頁等效三極管的微變等效電路ebcbecrbeic=ib第61頁/共120頁2、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rbeibibiiicuiuoRBRCRL第62頁/共120頁RBRCRLuiuorbeibibiiicuiuoRBRCRL交流通道微變等效電路第63頁/共120頁3、電壓放大倍數(shù)的計算：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRL第64頁/共120頁4、輸入電阻的計算：對于為它提供信號的信號源來說，電路是負載，這個負載的大小可以用輸入電阻來表示。輸入電阻的定義：輸入電阻是動態(tài)電阻。第65頁/共120頁電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。rbeRBRCRL第66頁/共120頁5、輸出電阻的計算：對于負載而言，放大電路相當(dāng)于信號源，可以將它進行戴維南等效，戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。計算輸出電阻的方法：所有獨立電源置零，保留受控源，加壓求流法。第67頁/共120頁rbeRBRC所以：用加壓求流法求輸出電阻：00第68頁/共120頁(2-69)

解：（1）畫直流通路

例放大電路如圖所示。試求:(1)Q點；(2)、、。已知=50。第69頁/共120頁(2-70)（2）畫微變等效電路第70頁/共120頁(2-71)靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器第71頁/共120頁(2-72)簡單共射極放大電路回顧RB+ECRCC1C2TRLuiuo固定偏置電路第72頁/共120頁(2-73)電容開路，畫出直流通道簡單共射極放大電路回顧RB+ECRC用估算法求靜態(tài)工作點Ic=IBIE=Ic+IB=（+1）IB

IC

第73頁/共120頁(2-74)簡單共射極放大電路回顧電容短路,直流電源短路，畫出交流通道RBRCRLuiuo第74頁/共120頁(2-75)用晶體管的微變等效電路代替晶體管，畫出該電路的微變等效電路，并計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻rbeibibiiicuiuoRBRCRLri=RB//rbero=RCRL=RC//RL若沒接RL，稱為空載，那么

RL=RC簡單共射極放大電路回顧第75頁/共120頁(2-76)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定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。但是，溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點。對于固定偏置電路而言，靜態(tài)工作受UBE、和ICEO影響，這三個參數(shù)隨溫度而變化，溫度對靜態(tài)工作點的影響主要體現(xiàn)在這一方面。Q變UBEICEO變T變IC變第76頁/共120頁(2-77)溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC第77頁/共120頁(2-78)溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移。第78頁/共120頁(2-79)總之：TIC常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。為此，需要改進偏置電路，當(dāng)溫度升高時,能夠自動減少IB，IBIC，從而抑制Q點的變化。保持Q點基本穩(wěn)定。第79頁/共120頁(2-80)I1I2IB靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器UBE=UB-UE=UB-IEREI2=（5~10）IBI1=I2+IBI2RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoBECIE=

IC+IBIC分壓式偏置電路RE射極直流負反饋電阻CE

交流旁路電容ICIE第80頁/共120頁(2-81)RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程TUBEICICIEUEUBUBE=UB-UE=UB-IEREUB被認為較穩(wěn)定ICIEIB由輸入特性曲線本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了RE形成了負反饋過程ECB第81頁/共120頁(2-82)直流通道及靜態(tài)工作點估算UBIB=IC/UCE=EC-ICRC-IEREICIE=UE/RE

=（UB-UBE）/RE

UBE0.7V

+ECRB1RCRB2REICIEIBUCE電容開路,畫出直流通道第82頁/共120頁(2-83)RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo電容短路,直流電源短路，畫出交流通道交流通道及微變等效電路BEC第83頁/共120頁(2-84)交流通道RB1RCRB2RLuiuoBECibiciii2i1微變等效電路rbeRCRLRB1RB2BECI1I2第84頁/共120頁(2-85)微變等效電路及電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計算ri=

RB1//RB2//rbero=

RCrbeRCRLRB1RB2BECI1I2RL=RC//RL第85頁/共120頁(2-86)例：上述靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器，各參數(shù)如下：

RB1=100k，RB2=33k，RE=2.5k，RC=5k，

RL=5k，=60。求：（1）估算靜態(tài)工作點；（2）空載電壓放大倍數(shù)、帶載電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻；（3）若信號源有RS=1k

的內(nèi)阻，帶載電壓放大倍數(shù)將變?yōu)槎嗌伲康?6頁/共120頁(2-87)RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V解：(1)估算靜態(tài)工作點UB=（3315）/（100+33）=3.7VICIE=UE/RE

=(UB-UBE)/RE

=(3.7-0.7)/2.5=1.2mAIB=IC/=1.2/60=0.02mA=20AUCE=EC-ICRC-IERE=12-1.2(5+2.5)=6V第87頁/共120頁(2-88)RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V解：(2)空載電壓放大倍數(shù)、帶載電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻=300+61(26/1.2)=1622=1.62kri=

RB1//RB2//rbe=100//33//1.62=1.52kro=

RC=5kAv空=-RC/rbe=-605/1.62=-186

Av載=-RL/rbe=-60(5//5)/1.62=-93第88頁/共120頁(2-89)RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V解：(3)信號源有RS=1k

的內(nèi)阻時，帶載電壓放大倍數(shù)為Aus載rbeRCRLRB1RB2BECI1I2RSUSRSUSriBECRLri=RB1//RB2//rbeRL=RC//RL第89頁/共120頁(2-90)RSUSri=RB1//RB2//rbeBECRLriUi=Usriri+RSUs=

Uiri+RSriRL=RC//RL信號源內(nèi)阻為0時的電壓放大倍數(shù)Av載=UoUi信號源內(nèi)阻為RS時的電壓放大倍數(shù)Avs載=UoUsri+RSriAvs載=UoUs=Uo=Av載riri+RSUi第90頁/共120頁(2-91)RSUSri=RB1//RB2//rbeBECRLriri=

RB1//RB2//rbe=1.52kRS=1k

RL=RC//RLAvs載=Av載riri+RS=-931.52/(1.52+1)=-56Av載=-RL/rbe=-93信號源有內(nèi)阻時，電壓放大倍數(shù)Aus減小。輸入電阻越大，若riRS，則AvsAv第91頁/共120頁(2-92)RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoBEC靜態(tài)工作點穩(wěn)定且具有射極交流負反饋電阻的放大器RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15VRFRECERE=2.4kRF=100第92頁/共120頁(2-93)靜態(tài)工作點穩(wěn)定且具有射極交流負反饋電阻的放大器直流通道及靜態(tài)工作點+ECRB1RCRB2REICIEIBUCERFRE和RF共同起直流負反饋的作用，穩(wěn)定靜態(tài)工作點因RE+RF=2.5k，所以較上述電路靜態(tài)工作點不變第93頁/共120頁(2-94)靜態(tài)工作點穩(wěn)定且具有射極交流負反饋電阻的放大器微變等效電路及電壓放大倍數(shù)rbeRCRLRB1RB2BECI1I2IeRFRB1=100kRB2=33kRE=2.4kRF=100RC=5kRL=5k=60EC=15VUi=Ibrbe+IeRF=Ibrbe+（1+

）IbRF=Ib[rbe+（1+

）RF]Uo=-Ic（RC//RL）=-IbRL

第94頁/共120頁(2-95)Ui=Ibrbe+IeRF=Ibrbe+（1+

）IbRF=Ib[rbe+（1+

）RF]Uo=-Ic（RC//RL）=-IbRL

=-

RLrbe+（1+

）RF=-60（5//5）/[1.62+(1+60)0.1]=-19RB1=100kRB2=33kRE=2.4kRF=100RC=5kRL=5k=60EC=15V=-93Av=UoUi=-IbRLIb[rbe+（1+

）RF]第95頁/共120頁(2-96)靜態(tài)工作點穩(wěn)定且具有射極交流負反饋電阻的放大器微變等效電路及輸入電阻輸出電阻rbeRCRLRB1RB2BECI1I2IeRFUi=Ib[rbe+（1+

）RF]Ib=Ui/[rbe+（1+

）RF]Ii=I1+I1+Ib=Ui/RB1+Ui/RB2+Ui/[rbe+（1+

）RF]輸出電阻RO=RC輸入電阻第96頁/共120頁(2-97)靜態(tài)工作點穩(wěn)定且具有射極交流負反饋電阻的放大器微變等效電路及輸入電阻輸出電阻Ui=Ib[rbe+（1+

）RF]Ib=Ui/[rbe+（1+

）RF]Ii=I1+I1+Ib=Ui/RB1+Ui/RB2+Ui/[rbe+（1+

）RF]ri=RB1//RB2///[rbe+（1+

）RF]=5.9k

ri=Ui/Ii=

Ui

Ui/RB1+Ui/RB2+Ui/[rbe+（1+

）RF]

對比ri=RB1//RB2///rbe=1.52k

第97頁/共120頁(2-98)射極輸出器第98頁/共120頁(2-99)射極輸出器RB+ECC1C2RERLuiuo特點：同相放大，放大倍數(shù)約為1，輸入電阻大，輸出電阻小RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12V第99頁/共120頁(2-100)直流通道及靜態(tài)工作點分析：EC=IBRB+UBE+IERE

=IBRB+UBE+(1+

）IBRE

=IB

RB+(1+

）RE+UBERB+ECREIBIEUBEUCEIC=IB

ICIE第100頁/共120頁(2-101)靜態(tài)工作點估算舉例：RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12VRB+ECREIBIEUBEUCE=12-0.7570+(1+100)5.6=0.01(mA)=(1+100)0.01=1.01(mA)IC=12-1.015.6=6.3(V)第101頁/共120頁(2-102)動態(tài)分析交流通道及微變等效電路RB+ECC1C2RERLuiuo第102頁/共120頁(2-103)交流通道及微變等效電路rbeRERLEBCRBRERLuiuoBCE第103頁/共120頁(2-104)動態(tài)分析：LbbebLbRI)1(rIRI)1(￠b++￠b+=···1、電壓放大倍數(shù)rbeRERLRLIevA=UoUi第104頁/共120頁(2-105)1、所以2、輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。討論輸出電壓與輸入電壓近似相等，電壓未被放大，但是電流放大了，即輸出功率被放大了。Av第105頁/共120頁(2-106)2、輸入電阻rbeRERLIRBIb=Uirbe+(1+)RLIi=IRB+Ib=UiRB+Uirbe+(1+)RLri=UiIi=UiUiRB+Uirbe+(1+)RL=RB//[rbe+(1+)RL]第106頁/共120頁(2-107)3、輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻。rbeRERsro置0保留第107頁/共120頁(2-108)RsrbeRE輸出電阻ro=RE//rbe1+當(dāng)RS=0時（加壓求流法）第108頁/共120頁(2-109)動態(tài)分析及估算舉例：=300+101(26/1.01)=2.9kRB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12VrbeRERLEBCIE=1.01mA第109頁/共120頁(2-110)RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12VrbeRERLEBCrbe=2.9k