電氣工程模電輔導：2基本放大器

1、2.1 放大電路的基本概念及性能指標,一.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得到了放大，但它隨時間變化的規(guī)律不能變，即不失真,第二章 基本放大器,二.放大電路的主要技術(shù)指標,1.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/ui,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,2. 輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進去的等效電阻,Ri=ui /

2、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(nèi)阻時， Ri越大， ui就越接近uS,3. 輸出電阻Ro從放大電路輸出端看進去的等效電阻,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,4. 通頻帶,通頻帶,fbw=fHfL,放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線,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,2.2 單管共射放大電路 的工作原理,各元件作用,使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當?shù)撵oIB和UBE,基極電源與基極電阻,集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏,集電極電

3、阻RC，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?耦合電容： 電解電容，有極性， 大小為10F50F,作用：隔直通交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,各元件作用,基本放大電路的習慣畫法,1.靜態(tài)工作點Ui=0時電路的工作狀態(tài),三. 靜態(tài)工作點,ui=0時,由于電源的存在，電路中存在一組直流量,IC,UBE,UCE,由于(IB,UBE) 和( IC,UCE )分別對應于輸入、輸出特性曲線上的一個點，所以稱為靜態(tài)工作點,為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點,放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真,畫出放大電路的直流通路,2. 靜態(tài)工作點的估算,將交流電壓源短路，將電

4、容開路,直流通路的畫法,畫直流通路,Rb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,IC= IB,例：用估算法計算靜態(tài)工作點,已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5,解,請注意電路中IB和IC的數(shù)量級,2.3 放大電路的圖解分析法,一. 用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點,UCE=VCCICRC,直流負載線,由估算法求出IB，IB對應的輸出特性與直流負載線的交點就是工作點Q,IB,靜態(tài)UCE,靜態(tài)IC,1. 交流放大原理（設(shè)輸出空載,假設(shè)在靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號 ui,靜態(tài)工作點,二. 用圖解法分析放大器的

5、動態(tài)工作情況,注意：uce與ui反相,各點波形,uo比ui幅度放大且相位相反,工作原理演示,結(jié)論：（1）放大電路中的信號是交直流共存，可表示成,雖然交流量可正負變化，但瞬時量方向始終不變,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,對交流信號(輸入信號ui,2.放大器的交流通路,交流通路分析動態(tài)工作情況 交流通路的畫法,將直流電壓源短路，將電容短路,交流通路,3.交流負載線,輸出端接入負載RL：不影響Q 影響動態(tài),交流負載線,其中,交流量ic和uce有如下關(guān)系,即：交流負載線的斜率為,交流負載線的作法： 斜 率為-1/RL 。（ RL= RLRc,經(jīng)過Q點,交流負載線的作法

6、,IB,交流負載線,直流負載線,斜 率為-1/RL 。 （ RL= RLRc,經(jīng)過Q點,注意： （1）交流負載線是有交流 輸入信號時工作點的運動軌跡,2）空載時，交流負載線與直流負載線重合,uo,可輸出的最大不失真信號,1）合適的靜態(tài)工作點,4非線性失真與Q的關(guān)系,uo,2）Q點過低信號進入截止區(qū),稱為截止失真,信號波形,uo,3）Q點過高信號進入飽和區(qū),稱為飽和失真,信號波形,動畫演示,截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真,EWB演示放大器的飽和與截止失真,2.4 放大電路的交流模型分析法,條件：交流小信號,思路：將非線性的BJT等效成一個線性電路,1、三極管的h參數(shù)等效電路,一 . 三極管的

7、共射低頻h參數(shù)模型,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)理論,求變化量,在小信號情況下,各h參數(shù)的物理意義,輸出端交流短路時的 輸入電阻，用rbe表示,輸入端開路時的電壓反饋系數(shù)， 用r表示,輸出端交流短路時的電流放大 系數(shù)， 用表示,輸入端開路時的輸出電導，用1/rce表示,該式可寫為,由此畫出三極管的h參數(shù)等效電路,2、簡化的h參數(shù)等效電路,1）r10-3，忽略,2）rce105，忽略,得三極管簡化的h參數(shù)等效電路,3、rbe的計算,由PN結(jié)的電流公式,常溫下,其中：rbb=200,二. 放大器的交流分析,1. 畫出放大器的微變等效電路,動畫演示,1）畫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

8、代替,2、電壓放大倍數(shù)的計算,負載電阻越小，放大倍數(shù)越小,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,3、輸入電阻的計算,根據(jù)輸入電阻的定義,定義,當信號源有內(nèi)阻時,由圖知,所以,所以,4、輸出電阻的計算,根據(jù)定義,例2.4.1 共射放大電路如圖所示。設(shè)：VCC12V，Rb=300k,Rc=3k, RL=3k,BJT的b =50,1、試求電路的靜態(tài)工作點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：畫微變等效電路,Ri=rbe/Rbrbe=993,Ro=Rc=3k,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？應調(diào)節(jié)哪

9、個元件？如何調(diào)節(jié),解：為截止失真。 應減小Rb,對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO決定，這三個參數(shù)隨溫度而變化,三. 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,1. 溫度對靜態(tài)工作點的影響,1、溫度對UBE的影響,2、溫度對值及ICEO的影響,動畫演示,2. 靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器,選I2=（510）IB I1 I2,1） 結(jié)構(gòu)及工作原理,靜態(tài)工作點 穩(wěn)定過程,UBE=UB-UE =UB - IE Re,UB穩(wěn)定,演示,2）直流通道及靜態(tài)工作點估算,IB=IC,UCE = VCC - ICRC - IERe,IC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re,電容開路,畫出直流通

10、道,將電容短路,直流電源短路，畫出電路的交流小信號等效電路,3）動態(tài)分析,電壓放大倍數(shù),輸入電阻,輸出電阻,思考：若在Re兩端并電容Ce會對Au、Ri、Ro有什么影響,對信號源電壓的放大倍數(shù),信號源,考慮信號源內(nèi)阻RS 時,例1,在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶體管=50， UBE=0.6V, 試求: (1) 靜態(tài)工作點 IB、IC 及 UCE； (2) 畫出微變等效電路； (3) 輸入電阻ri、ro及 Au,解,1)由直流通路求靜態(tài)工作點,直流通路,2) 由微變等效電路求

11、Au、 ri 、 ro,2.5 共集和共基放大電路、電流源,一. 共集電極放大電路,1. 結(jié)構(gòu),2. 直流通道及靜態(tài)工作點分析,3. 動態(tài)分析,1）交流通道及微變等效電路,2）電壓放大倍數(shù),2）輸入電阻,3、輸出電阻,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,演示,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,二. 共基極電路,1. 靜態(tài)工作點,直流通路,2. 動態(tài)分析,畫出電路的交流小信號等效電路,1）電壓放大倍數(shù),2）輸入電阻,3）輸出電阻,3. 三種組態(tài)的比較

12、,共集,共基,共射,2.6 多級放大電路,一. 多級放大器的耦合方式,1.阻容耦合,優(yōu)點,各級放大器靜態(tài)工作點獨立,輸出溫度漂移比較小,缺點,不適合放大緩慢變化的信號,不便于作成集成電路,2.直接耦合,優(yōu)點,各級放大器靜態(tài)工作點相互影響,輸出溫度漂移嚴重,缺點,可放大緩慢變化的信號,電路中無電容，便于集成化,二. 多級放大器的分析,前級的輸出阻抗是后級的信號源阻抗,后級的輸入阻抗是前級的負載,1. 兩級之間的相互影響,2. 電壓放大倍數(shù)（以兩級為例,注意：在算前級放大倍數(shù)時，要把后級的輸入阻抗作為前級的負載,擴展到n級,3. 輸入電阻,4. 輸出電阻,Ri=Ri（最前級） (一般情況下,Ro=

13、Ro（最后級） (一般情況下,設(shè)：1=2=100，UBE1=UBE2=0.7 V,舉例1：兩級放大電路如下圖示，求Q、Au、Ri、Ro,解：（1）求靜態(tài)工作點,2）求電壓放大倍數(shù),先計算三極管的輸入電阻,畫微變等效電路,電壓增益,3）求輸入電阻,Ri =Ri1 =rbe1 / Rb1 / Rb2 =2.55 k,4）求輸出電阻,RO =RC2 =4.3 k,三. 阻容耦合共射放大電路的頻率響應（了解,對于如圖所示的共射放大電路，分低、中、高三個頻段加以研究,1 .中頻段 所有的電容均可忽略?？捎们懊嬷v的h參數(shù)等效電路分析,中頻電壓放大倍數(shù),2. 低頻段,在低頻段，三極管的極間電容可視為開路，耦合電容C1、C2不能忽略。 為方便分析，現(xiàn)在只考慮C1，將C2歸入第二級。畫出低頻等效電路如圖所示,可推出低頻電壓放大倍數(shù),該電路有 一個RC高通環(huán)節(jié)。 有下限截止頻率,共射放大電路低頻段的波特圖,幅頻響應,相頻響應,在高頻段，耦合電容C1、C2可以可視為短路，三極管的極間電容不能忽略。 這時要用混合等效電路，畫出高頻等效電路如圖所示,3. 高頻段,用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化,用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化,其中,用戴維南定理將C左端