放大電路動態(tài)分析7

第2章放大電路的動態(tài)分析2.2.1放大電路的主要性能指標(1)增益又稱放大倍數(shù)，衡量放大電路放大電信號能力。最常用的是電壓增益：開路電壓增益：負載開路（即RL=∞）時的電壓增益。源電壓增益：2021/5/91增益常用分貝（dB)作為單位，1分貝＝1/10貝爾，源于功率增益的對數(shù)：“0dB”相當于Av＝1；“20dB”相當于Av＝10；“40dB”相當于Av＝100；“-20dB”相當于Av＝0.1

；“-40dB”相當于Av＝0.01

；……分貝當用于電壓增益時：2021/5/92(2)輸入電阻Ri輸入電阻Ri是從放大電路輸入端看進去的等效電阻，定義為輸入電壓與輸入電流之比。輸入電阻反映了放大電路從信號源所汲取電壓的能力。Ri越大，則信號源內(nèi)阻上的壓降越小，放大電路所得到的輸入電壓越接近信號源電壓。輸入電阻影響源電壓增益2021/5/93(3)輸出電阻Ro放大電路負載開路時從輸出端看進去的等效電阻。輸出電阻Ro的大小，反映了放大電路帶負載的能力。Ro越小，則放大電路帶負載能力越強，電路輸出越接近恒壓源輸出。VoIoRo小Ro大VooRo=0放大電路負載特性開路輸出電壓Voo2021/5/94輸出電阻Ro的確定：①分析電路時采用在輸出端反加等效信號源的方法。②在實驗室采用測量的方法。2021/5/95(4)通頻帶當放大電路的信號頻率很低或很高時，由于電路中存在的電抗元件以及晶體管的結(jié)電容和極間電容的影響，放大電路的電壓放大倍數(shù)在低頻段或高頻段都要降低，只有在中頻段范圍內(nèi)放大倍數(shù)為常數(shù)。通頻帶越寬，表明放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力越強。如對于擴音機電路，其通頻帶應(yīng)大于音頻范圍(20Hz~20kHz)。上限頻率：fH下限頻率：fL通頻帶：2021/5/96(5)最大不失真輸出幅度最大不失真輸出幅度是放大電路在輸出波形不產(chǎn)生非線性失真的條件下，所能提供的最大輸出電壓(或輸出電流)的峰值，用Vom(或Iom)表示。截止失真：由于進入截止區(qū)而產(chǎn)生的失真。飽和失真：由于進入飽和區(qū)而產(chǎn)生的失真。2021/5/97

大寫大下標：直流量，如IB、IBQ、VCEQ。

符號表示

小寫小下標：交流量，如ib、vce、vi、vo。

小寫大下標：瞬時量，如iB、vCE。

大寫小下標：交流量的有效值、峰值或

峰峰值，如Ib、Vo、Vom、Vopp。例：VCEQ＝8V瞬時量直流量(靜態(tài)分量)交流量(動態(tài)分量)交流分量的有效值峰值2021/5/982.2.2半導(dǎo)體三極管和場效應(yīng)管的低頻小信號模型一、三極管的低頻小信號模型(1)輸入回路b-e之間等效為一動態(tài)電阻rbe。2021/5/99(2)輸出回路，集電極電流的變化ΔiC可以看作ΔiB和ΔvCE分別單獨變化時引起的。①當vCE＝VCEQ不變時，②當iB＝IBQ＋ΔiB不變時,當ΔiB和ΔvCE同時作用時，所以，輸出回路c-e間的模型由受控電流源“βΔiB”和c-e間動態(tài)輸出電阻rce并聯(lián)組成。2021/5/910動態(tài)輸出電阻rce一般很大，通常可以忽略。2021/5/911①只適用于低頻小信號下。②討論的是變化量或交流分量，不允許出現(xiàn)直流量或瞬時量符號。③微變參數(shù)，與Q點有關(guān)，不是固定常數(shù)。④電流源“βΔiB”方向和大小由ΔiB決定。無論對NPN型或PNP型都是如此。⑤rbe可用公式估算：在應(yīng)用三極管低頻小信號模型時應(yīng)注意：rbb′約為100~300ΩVT＝26mV2021/5/912

由網(wǎng)絡(luò)方程導(dǎo)出模型ΔvBE=h11ΔiB+h12ΔvCEΔiC=h21ΔiB+h22ΔvCE①h11是輸出端交流短路時的輸入電阻2021/5/913③h21是輸出端交流短路時的電流放大系數(shù)④h22是輸入端交流開路時的輸出電導(dǎo)由于四個參數(shù)的量綱不同，故稱混合參數(shù)（H參數(shù)）模型。當忽略h12時，H參數(shù)等效模型與小信號模型是相同的。h12輸出電壓的變化對輸入端電壓的變化的影響，可忽略不計。②h12是輸入端交流開路時的電壓反饋系數(shù)2021/5/914二、場效應(yīng)管的低頻小信號模型VDDVDD/RdQQ’gs+-ds+-2021/5/915輸入回路：由于場效應(yīng)管的柵極電流為零，輸入回路柵極源極之間可用開路來等效。輸出回路：受控電流源“gmΔvGS”和動態(tài)電阻rds并聯(lián)。gm：低頻跨導(dǎo)，它表征了ΔvGS對ΔiD的控制能力。rds：輸出電阻（動態(tài)電阻），通?？珊雎浴Ｊ芸仉娏髟捶较颍簩?種類型FET都適用。2021/5/9162.2.3放大電路的動態(tài)分析交流通路：是指放大電路在輸入信號作用下，與信號電流和信號電壓相關(guān)的通路，僅用于研究電路的動態(tài)性能指標。動態(tài)分析是在放大電路的交流通路基礎(chǔ)上，假定放大器件工作在線性放大區(qū)內(nèi)，利用其小信號模型建立放大電路的等效電路，然后計算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)性能指標。所有耦合電容和旁路電容當作交流短路；（∵容量設(shè)計得很大，容抗很小，∴可忽略不計。）所有直流電源當作交流短路。（∵理想電壓源對交流信號而言，其交流變化量為零，∴可交流短路。）

交流通路的畫法2021/5/917一、放大電路的三種基本組態(tài)

共射組態(tài)(CE)2021/5/918

共集組態(tài)(CC)2021/5/919

共基組態(tài)(CB)2021/5/920FET放大電路的三種基本組態(tài)

共源組態(tài)(CS)2021/5/921

共漏組態(tài)(CD)2021/5/922

共柵組態(tài)(CG)2021/5/923二、基本放大電路的動態(tài)分析①求靜態(tài)工作點，根據(jù)Q點計算小信號模型參數(shù)，如rbe；②確定交流通路；③畫出微變等效電路；④計算動態(tài)性能指標（如Av、Ri、Ro）。放大電路分析的一般步驟：2021/5/9241．共射放大電路的動態(tài)分析2021/5/925①求電壓放大倍數(shù)②計算輸入電阻③計算輸出電阻2021/5/9262．共集放大電路的動態(tài)分析①求電壓放大倍數(shù)且共集放大電路的電壓放大倍數(shù)近似為1，又稱為射極跟隨器。2021/5/927②計算輸入電阻③計算輸出電阻2021/5/928①求電壓放大倍數(shù)②計算輸入電阻③計算輸出電阻3．共基放大電路的動態(tài)分析Ro≈Rc2021/5/929【例3.1.1】三極管CE放大電路如圖3.1.15所示，設(shè)三極管在靜態(tài)工作點附近的β＝50。試計算：（1）Av、Ri、Ro；（2）若改用β＝100的三極管，重新計算Av、Ri、Ro；（3）若不接Ce，對電路的性能指標有何影響？2021/5/930（1）kΩmAmA解：RbRe2021/5/931（1）2021/5/932（2）若改用β＝100的三極管mAmARe能抑制溫漂，穩(wěn)定靜態(tài)工作點，還允許β在一定范圍內(nèi)選擇。β=50β=100IEQ

1.3mA1.36mAAv

-62-71rbe

1.2kΩ2.1kΩ2021/5/933（3）若不接Ce為什么需要接旁路電容Ce？2021/5/934【例3.1.2】由三極管構(gòu)成的電流源電路如圖3.1.17所示。設(shè)三極管的β＝50，rce＝50kΩ。要求：（1）寫出IC與VZ的關(guān)系式；（2）計算電流源的輸出電阻Ro；（3）分析當負載電阻RL改變時，電流源的靜態(tài)工作條件。解：（1）mA2021/5/935（2）計算Ro2021/5/936該電流源電路有很高的輸出電阻，因而具有較理想的恒流源特性。當時，（3）當負載電阻RL增大到使VCEQ＜0.7V時，晶體管進入飽和區(qū)，ICQ≠IEQ，因而ICQ無法繼續(xù)保持恒流。該恒流源電路僅允許負載RL在0~576Ω之間變化。2021/5/9374．FET放大電路的動態(tài)分析共源（CS）放大電路2021/5/938共漏（CD）放大電路2021/5/939共柵（CG）放大電路2021/5/940直流負載線方程直流負載線2021/5/941+-Rb+-vi交流負載線方程直流負載線直流負載線方程交流負載線截止失真飽和失真最大不失真輸出幅度2021/5/942三、放大電路三種組態(tài)性能指標的比較2021/5/9432.2.4多級放大電路的性能指標多級放大電路可以充分利用各個單級放大電路的優(yōu)點，滿足各種不同的要求。1．級間耦合連接原則：①靜態(tài)時各級應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點；②動態(tài)時信號能實現(xiàn)暢通有效的傳遞。

阻容耦合優(yōu)點是電路簡單，各級靜態(tài)工作點相不影響，在分立元件電路中應(yīng)用廣泛。缺點是不能放大頻率較低的信號和直流信號，低頻響應(yīng)較差，且不便于集成化。2021/5/944優(yōu)點是低頻特性好，可以放大變化緩慢的信號，易于集成化。缺點是各級靜態(tài)工作點相互影響，分析、設(shè)計和調(diào)試較困難；并且還存在零點漂移問題。

直接耦合

變壓器耦合優(yōu)點是各級靜態(tài)工作點互不影響，能實現(xiàn)阻抗變換。缺點是頻率特性不好，且非常笨重。2021/5/945

光電耦合抗干擾能力強，數(shù)字電路中應(yīng)用廣泛。2021/5/9462．多級放大電路的性能指標應(yīng)考慮負載效應(yīng)：后一級放大電路的輸入電阻作為前一級放大電路的負載對它的影響。2021/5/947多級電路的輸入電阻就是第一級放大電路的輸入電阻，當?shù)谝患墳镃C電路時，應(yīng)考慮第二級輸入電阻的影響。多級電路的輸出電阻就是末級放大電路的輸出電阻，當末級電路為CC電路時，應(yīng)考慮末前級輸出電阻的影響。2021/5/948【例3.1.3】已知β1＝β2＝5０，rbb'=300Ω，求（1）電壓放大倍數(shù)；（2）輸入電阻；（3）在A、B間跨接一個大容量的電容時，放大器輸入電阻能顯著提高嗎？2021/5/949c1RbR1R2rbe1Re1?ib1ib1Re2rbe2?ib2ib2R4+vi_b2e2c2b1e1+vo_2021/5/950解：（1）Rb2ReRb1RbA2021/5/9512021/5/952c1RbR1R2rbe1Re1?ib1ib1Re2rbe2?ib2ib2R4+vi_b2e2c2b1e1+vo_Ri22021/5/953（2）c1Rb