模擬電路第二章-放大電路基礎(chǔ)

模擬電路第二章放大電路基礎(chǔ)模擬電路第二章放大電路基礎(chǔ)第2章放大電路基礎(chǔ)2.1教學(xué)要求1、掌握放大電路的組成原理，熟練掌握放大電路直流通路、交流通路及交流等效電路的畫(huà)法并能熟練判斷放大電路的組成是否合理。2、熟識(shí)理想情況下放大器的四種模型，并掌控增益、輸入電阻、電阻值等各項(xiàng)性能指標(biāo)的基本概念。3、掌握放大電路的分析方法，特別是微變等效電路分析法。4、掌控壓縮電路三種基本組態(tài)（ce、cc、cb及cs、cd、cg）的性能特點(diǎn)。5、介紹壓縮電路的級(jí)間耦合方式，熟識(shí)多級(jí)壓縮電路的分析方法。2.2基本概念和內(nèi)容要點(diǎn)2.2.1壓縮電路的基本概念1、放大電路的組成原理無(wú)論何種類(lèi)型的壓縮電路，均由三大部分共同組成，例如圖2.1右圖。第一部分就是具備壓縮促進(jìn)作用的半導(dǎo)體器件，例如三極管、場(chǎng)效應(yīng)管，它就是整個(gè)電路的核心。第二部分就是直流偏置電路，其促進(jìn)作用就是確保半導(dǎo)體器件工作在壓縮狀態(tài)。第三部分就是耦合電路，其促進(jìn)作用就是將輸出信號(hào)源和輸入功率分別相連接至壓縮管及的輸出端的和輸入端的。（1）偏置電路①在分立元件電路中，常用的偏置方式存有壓強(qiáng)偏置電路、自偏置電路等。其中，分后甩偏置電路適用于于任何類(lèi)型的放大器件；而自偏置電路只適合于用盡型場(chǎng)效應(yīng)管（如jfet及dmos管）。42輸出信號(hào)耦合電路耦合電路輸入功率t偏置電路外圍電路圖2.1下面詳述偏置電路和耦合電路的特點(diǎn)。②在集成電路中，廣泛采用電流源偏置方式。偏置電路除了為壓縮管提供更多最合適的靜態(tài)點(diǎn)（q）之外，還應(yīng)當(dāng)具備平衡q點(diǎn)的促進(jìn)作用。（2）耦合方式為了保證信號(hào)不失真地放大，放大器與信號(hào)源、放大器與負(fù)載、以及放大器的級(jí)與級(jí)之間的耦合方式必須保證交流信號(hào)正常傳輸，且盡量減小有用信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損失。實(shí)際電路有兩種耦合方式。①電容耦合，變壓器耦合這種耦合方式具有隔直流的作用，故各級(jí)q點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響，但不易集成，因此常用于分立元件放大器中。②輕易耦合這是集成電路中廣泛采用的一種耦合方式。這種耦合方式存在的兩個(gè)主要問(wèn)題是電平配置問(wèn)題和零點(diǎn)漂移問(wèn)題。解決電平配置問(wèn)題的主要方法是加電平位移電路；解決零點(diǎn)漂移問(wèn)題的主要措施是采用低溫漂的差分放大電路。2、放大電路的主要性能指標(biāo)及其意義（1）輸入和輸出電阻輸入電阻ri從放大器輸出端口視入的耦合電阻，它定義為放大器輸出電壓vi和輸出電流ii的比值，即為ri=viii（2―1）ri與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、負(fù)載電阻rl有關(guān)，表征了放大器對(duì)信號(hào)源的負(fù)載特性。輸出電阻ro是表征放大器帶負(fù)載能力的一個(gè)重要參數(shù)。它定義為輸入信號(hào)電壓源vs短路或電流源is開(kāi)路并斷開(kāi)負(fù)載時(shí)，從放大器輸出端口視入的一個(gè)等效電阻，即ro=v2i2rl=∞vs=0（2―2）式中v2為負(fù)載斷開(kāi)處加入的電壓，i2表示由v2引起的流入放大器輸出端口的電流，ro不僅與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)，還與源內(nèi)阻rs有關(guān)。若要求放大器具有恒定的電壓輸出，ro應(yīng)當(dāng)越小越不好；若建議放大器具備恒定的電流輸入，ro應(yīng)當(dāng)越大越不好。（2）壓縮倍數(shù)或增益它表示輸出信號(hào)的變化量與輸入信號(hào)的變化量之比，用來(lái)衡量放大器的放大能力。根據(jù)需要處理的輸入和輸出電量的不同，有四種不同的增益定義，它們分別是：①電壓增益voav=vi（2―3）43②電流增益互阻增益③④互導(dǎo)增益ioai=iivoar=iiioag=vi（2―4）（2―5）（2―6）為了表觀功率對(duì)增益的影響，導(dǎo)入功率rl開(kāi)路和短路時(shí)的增益。功率rl開(kāi)路時(shí)的電壓增益定義為votavt==avrl=∞vi（2―7）它與電壓增益av的關(guān)系為rl短路時(shí)的電流增益定義為它與電流增益ai的關(guān)系為rlav=avtro+rl（2―8）ionain==ai=0rlii（2―9）（2―10）為了表觀輸出信號(hào)源對(duì)放大器鞭策的大小，常常導(dǎo)入源增益的概念。其中，源電壓增益定義為源電流增益定義為（3）雜訊它是評(píng)價(jià)放大器放大信號(hào)質(zhì)量的重要指標(biāo)，常分為線性失真和非線性失真兩大類(lèi)。44roai=ainro+rlvoriavs==avvsrs+ri（2―11）iorsais==aiisrs+ri（2―12）線性失真又有頻率失真和瞬變失真之分，它是由于放大器是一種含有電抗元件的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生的。前者是由于對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)產(chǎn)生不同的增益和相移所引起的信號(hào)失真；后者是由于電抗元件對(duì)電壓或電流不能突變而引起的輸出波形的失真。線性失真不會(huì)在輸出信號(hào)中產(chǎn)生新的頻率分量。非線性失真則就是由于半導(dǎo)體器件的非線性特性所引發(fā)的。它可以引發(fā)輸入信號(hào)中產(chǎn)生代萊頻率分量。3、壓縮電路的類(lèi)型根據(jù)輸入和輸出電量的不同，放大器有四種增益表達(dá)式，相應(yīng)有四種類(lèi)型的放大器，它們的區(qū)別分散整體表現(xiàn)在對(duì)ri和ro的建議上。例如表中2.1右圖。表2.1放大器的類(lèi)型類(lèi)型模型增益+vo對(duì)ri的建議對(duì)ro的建議電壓放大器rsvs++viri+votrl－roav,avsri＞＞rs(ri→∞)ro＜＜rl(ro→0)－－－電流放大器isiirsriioniororlai,aisri＜＜rs(ri→0)ro＞＞rl(ro→∞)互導(dǎo)放大器rsvs++viriioniororlag,agsri＞＞rs(ri→∞)ro＞＞rl(ro→∞)－－互阻放大器isiirsri+votrl－ro+voar,arsri＜＜rs(ri→0)ro＜＜rl(ro→0)－4、壓縮電路的分析方法放大電路的分析分靜態(tài)（直流）分析和動(dòng)態(tài)（交流）分析，靜態(tài)分析是動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)，動(dòng)態(tài)性能的分析則是放大器分析的最終目的。目前，常用的放大器的分析方法有以下三種：（1）圖解分析法：利用晶體管的輸出、輸出特性曲線對(duì)放大器展開(kāi)分析。其關(guān)鍵在于并作放大器的直流功率線及交流功率線。該方法適合分析電路參數(shù)對(duì)q點(diǎn)的影響以及q點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響，分析放大器的非線性失真問(wèn)題，確認(rèn)放大器的最小不雜訊顫抖45態(tài)范圍vom等。該方法形象、直觀，但輸出信號(hào)過(guò)小時(shí)，分析誤差很大。（2）等效電路分析法：利用晶體管的直流及交流小信號(hào)模型對(duì)放大器進(jìn)行分析。其關(guān)鍵在于作放大器的直流交流通路，尤其是交流微變等效電路。該方法是工程上常用的分析方法，利用它可獲得放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)的工程近似值。（3）計(jì)算機(jī)仿真分析法：利用電路仿真程序展開(kāi)分析。例如利用pspice程序?qū)﹄娐氛归_(kāi)分析，它可以對(duì)電路展開(kāi)直流分析、交流大信號(hào)分析、瞬態(tài)分析、孟特卡羅（montecarlo）分析和最壞（worstcase）情況分析。2.2.2bjt放大電路1、壓縮電路的基本組態(tài)放大電路的組態(tài)是針對(duì)交流信號(hào)而言的。對(duì)于晶體三極管（或場(chǎng)效應(yīng)管）放大器，觀察輸入信號(hào)作用在哪個(gè)電極，輸出信號(hào)又從哪個(gè)電極取出，除此之外的另一個(gè)電極即為組態(tài)形式。例如：若輸入信號(hào)加在晶體三極管基極，輸出信號(hào)從集電極取出，則該電路為共發(fā)射極組態(tài)電路。bjt放大電路的三種基本組態(tài)為：共發(fā)射極、共集電極和共基極。2、三種基本組態(tài)壓縮電路的性能比較見(jiàn)表2.2。表中2.2bjt壓縮電路共發(fā)電路vccrb1c1trsvs+rb2rercc2rlce+vo共基電路共集電路rs+vsc1trb1rb2cbc2+rcrlvccvoc1rsv+rb2rb1vcctc2+vore－－－－rerl－－av－(大)rberb1∥rb2∥rbe(中)βrl′βrl′(大)rberbere∥(小)1+βrc(大)(考慮rce)－α≈－1輸入、輸出同相有電壓放大作用無(wú)電流放大作用作電流接續(xù)器構(gòu)成組合放大電路46(1+β)rl′≈1rbe+(1+β)rl′ri(1+β)rl′］