長(zhǎng)沙理工大學(xué)《模擬電子技術(shù)》第02章-基本放大電課件

第二章基本放大電路2.1放大電路的基本概念及主要性能指標(biāo)2.2單管共射放大電路的工作原理2.3放大電路的圖解分析法2.4放大電路的模型分析法2.5

晶體管單管放大電路的三種基本接法2.6場(chǎng)效應(yīng)管放大電路重點(diǎn)掌握內(nèi)容：（1）基本概念（包括放大、失真、Q點(diǎn)、直流與交流通路、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)等）；（2）BJT共射、共集和共基三種基本放大電路的組成、工作原理、特點(diǎn)、靜態(tài)工作點(diǎn)(Q點(diǎn))和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的估算。（3）FET共源和共漏基本放大電路的組成、特點(diǎn)及基本計(jì)算。2.1放大電路的概念及主要性能指標(biāo)

一.放大的概念

放大——把微弱的電信號(hào)的幅度放大。一個(gè)微弱的電信號(hào)通過(guò)放大器后，輸出電壓或電流的幅值得到了放大，但它隨時(shí)間變化的規(guī)律不能變，即不失真。二.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能力

根據(jù)放大電路輸入信號(hào)的條件和對(duì)輸出信號(hào)的要求，放大器可分為四種類(lèi)型，所以有四種放大倍數(shù)的定義。（1）電壓放大倍數(shù)（電壓增益）定義為：AU=uo/ui（2）電流放大倍數(shù)（電流增益）定義為：AI=io/ii

（3）互阻放大倍數(shù)（互阻增益）定義為：Ar=uo/ii（4）互導(dǎo)放大倍數(shù)（互導(dǎo)增益）定義為：Ag=io/ui2.輸入電阻Ri——從輸入端看進(jìn)去的等效電阻Ri=ui/ii一般來(lái)說(shuō)，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號(hào)源索取的電流越小。（2）當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)，Ri越大，ui就越接近uS。3.輸出電阻Ro——從輸出端看進(jìn)去的等效內(nèi)阻

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。

輸出電阻的定義：+-負(fù)載+-放大電路~AB實(shí)測(cè)時(shí)，在輸入端加一個(gè)固定的ui，分別測(cè)得空載時(shí)的輸出電壓有效值uo’以及負(fù)載為RL時(shí)的輸出電壓有效值uo。

4.通頻帶Am0.7AmfL下限截止頻率fH上限截止頻率放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線中頻段(通頻帶)fA通頻帶：fbw=fH–fL5.非線性失真系數(shù)D定義：輸出波形中的諧波成分總量與基波成分之比。設(shè)基波幅值為A1，諧波幅值分別為A2

、A3

、…，則6.最大不失真輸出電壓定義：當(dāng)輸入電壓再增加就會(huì)使輸出波形產(chǎn)生非線性失真時(shí)的輸出電壓。有效值：最大值：峰峰值：7.最大輸出功率與轉(zhuǎn)換效率定義1：在輸出信號(hào)不失真的情況下，負(fù)載上能夠獲得的最大功率。定義2：最大輸出功率與直流電源提供的總功率之比。2.2基本（單管）共射放大電路的工作原理2.2.1．基本共射放大電路的組成及各元件的作用VCCVBBRbRcTuo+-ui+-IBIC基極電源基極偏置電阻集電極電源集電極負(fù)載電阻放大作用，電路核心輸入信號(hào)，正弦電壓VCCVBBRbRcTuo+-ui+-IBICRLui

+-耦合電容：電解電容，有極性，大小為10F~50F作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時(shí)能使信號(hào)順利輸入輸出。++基本放大電路的習(xí)慣畫(huà)法一、靜態(tài)工作點(diǎn)——ui=0時(shí)電路的工作狀態(tài)ui=0時(shí)由于電源的存在，電路中存在一組直流量。ICQIEQIBQ+UBEQ-+UCEQ-2.2.2．設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性由于(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)，所以稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBQUBEQQUCEQICQICUCEIB開(kāi)路畫(huà)出放大電路的直流通路

二、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算直流通路的畫(huà)法：交流電壓源短路，電容開(kāi)路。開(kāi)路畫(huà)直流通路：Rb稱(chēng)為偏置電阻，IB稱(chēng)為偏置電流。用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)（IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ）ICQ=IB例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：注意：電路中IBQ和ICQ的數(shù)量級(jí)三．為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)VCCRbRcTuo+-

只有在時(shí)晶體管才能導(dǎo)通，其它時(shí)間處于截止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致輸出波形嚴(yán)重失真，所以，必須設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號(hào)不失真。VCCVBBRbRcTuo+-IBIC放大電路處于靜態(tài)。2.2.3

基本共射放大電路的工作原理及波形分析1）→△UCE（-△IC×Rc）2）ui≠0

（加入交流信號(hào)）→△UBE→△IB→△IC（b△IB）電壓放大倍數(shù)：→uo

ui結(jié)論：（1）放大電路中的信號(hào)是交直流共存，可表示成：（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。uituotuBEtiBtiCtuCEtUBEQ

IBQ

ICQ

UCEQ

2.3放大電路的分析方法一.靜態(tài)分析（求靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)）二.動(dòng)態(tài)分析求放大器的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri、輸出電阻Ro。（1）近似估算（2）圖解法（1）等效電路法（2）圖解法2.3.1直流通路與交流通路直流通路交流通路直流通路交流通路VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+uCE—IB=40μAiC非線性部分線性部分iC=f(uCE)

iB=40μAM(VCC,0)(12,0)(0,3)iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB直流負(fù)載線斜率：UCEQ6VICQ1.5mAIB=40μAIC=1.5mAUCEQ=6V

直流工作點(diǎn)Q一、用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)2.3.2.圖解法iBuBEQuiibic1.交流放大原理（設(shè)輸出空載）假設(shè)在靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號(hào)uiib靜態(tài)工作點(diǎn)二.用圖解法分析放大器的動(dòng)態(tài)工作情況iCuCEuce注意：uce與ui反相！uiiBiCuCEuo各點(diǎn)波形uo比ui幅度放大且相位相反2.交流放大原理（輸出端加負(fù)載）畫(huà)出交流通路++-uTbRi+3.交流負(fù)載線輸出端接入負(fù)載RL：不影響Q點(diǎn)，

影響動(dòng)態(tài)性能！交流負(fù)載線++-uTbRi+其中：iCiCE交流負(fù)載線的作法：直流負(fù)載線方程：交流負(fù)載線方程：斜率為-1/R'L（R'L=RL∥Rc）斜率為-1/RC（1）先作直流負(fù)載線。（2）再作交流負(fù)載線。交流負(fù)載線通過(guò)Q點(diǎn)。斜率為-1/R'LiCuCE注意：（1）交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。（2）空載時(shí)，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合。iCuCEuo可輸出的最大不失真信號(hào)（1）合適的靜態(tài)工作點(diǎn)ib4．非線性失真與Q的關(guān)系iCuCEuo（2）Q點(diǎn)過(guò)低→信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)稱(chēng)為截止失真信號(hào)波形iCuCEuo（3）Q點(diǎn)過(guò)高→信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)稱(chēng)為飽和失真信號(hào)波形截止失真和飽和失真統(tǒng)稱(chēng)“非線性失真”2.3.3等效電路法思路：將非線性的BJT等效成一個(gè)線性電路條件：交流小信號(hào)一、簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路三極管簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路：其中：二.放大器的交流分析（動(dòng)態(tài)分析）1.畫(huà)出放大器的微變等效電路（1）畫(huà)出放大器的交流通路（2）將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路代替2、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。電路的輸入電阻越大，從信號(hào)源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻。3、輸入電阻的計(jì)算：根據(jù)輸入電阻的定義：所以：4、輸出電阻的計(jì)算：根據(jù)定義：0+-定義：當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)：由圖知：所以：例2.3.2共射放大電路如圖所示。設(shè)：VCC＝12V，Rb=300kΩ,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的b

=60。1、試求電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。解：2、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解：畫(huà)微變等效電路Ri=rbe//Rb≈rbe=863ΩRo=Rc=3kΩ

3.若輸出電壓的波形出現(xiàn)如下失真，是截止還是飽和失真？應(yīng)調(diào)節(jié)哪個(gè)元件？如何調(diào)節(jié)？解：為截止失真。應(yīng)減小Rb。例2.3.3在圖示電路中。設(shè)：VCC＝12V，Rb=510kΩ,Rc=3kΩ,晶體管的，b

=80，UBEQ＝0.7V；RL=3kΩ。（1）求出電路的（2）若所加信號(hào)源內(nèi)阻Rs為2kΩ，求出。解：（1）（2）對(duì)于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、和ICEO決定，這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。Q變UBEICEO變T變IC變2.4放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定一、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響1、溫度對(duì)UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEQICQ2、溫度對(duì)值及ICEO的影響T、ICEOICQiCuCEQQ′溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移?？傊篢ICQ（1）結(jié)構(gòu)及工作原理二.典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路選I1=（5~10）IBQ∴I1I2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定過(guò)程：TUBEICICIEUE

UBE=UB-UEUBQ穩(wěn)定IB由輸入特性曲線=UB-IE

ReIBQ=ICQ/UCEQ=VCC-ICQRCICQIEQ=UEQ/ReUEQ=UBQ-UBEQ

=（UBQ-UBEQ）/Re

-IEQRe=VCC–ICQ（RC+Re）（2）直流通路及靜態(tài)工作點(diǎn)估算:

將電容短路,直流電源短路，畫(huà)出電路的交流小信號(hào)等效電路。（3）動(dòng)態(tài)分析：電壓放大倍數(shù)：輸出電阻：輸入電阻：思考：若在Re兩端沒(méi)有并聯(lián)電容Ce是否會(huì)對(duì)Au、Ri、Ro產(chǎn)生影響？電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：輸出電阻：2.5.1基本共集放大電路一.電路構(gòu)成：2.5晶體管單管放大電路的三種基本接法二.靜態(tài)分析：+-三.動(dòng)態(tài)分析：三.動(dòng)態(tài)分析：-+射極輸出器的特點(diǎn)：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(yīng)用1、放在多級(jí)放大器的輸入端，提高整個(gè)放大器的輸入電阻。2、放在多級(jí)放大器的輸出端，減小整個(gè)放大器的輸出電阻。3、放在兩級(jí)之間，起緩沖作用。2.5.2基本共基放大電路一.靜態(tài)分析：二.動(dòng)態(tài)分析：2.5.3.三種組態(tài)的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：共射共基共集2.5.4復(fù)合管的組成及其電流放大系數(shù)二、復(fù)合管共射放大電路2.6

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路2.6.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的三種接法共源（共射）共漏（共集）共柵（共基）2.6.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置的及分析估算一、基本共源放大電路方法1、估算（計(jì)算）方法2、圖解法二、自給偏壓電路三、分壓式偏壓電路2.6.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析一、場(chǎng)效應(yīng)管的交流小信號(hào)模型

與雙極型晶體管一樣，場(chǎng)效應(yīng)管也是一種非線性器件，在交流小信號(hào)情況下，也可以由它的線性等效電路—交流小信號(hào)模型來(lái)代替。

二、基本共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析