模擬電子技術(shù)第2章.ppt

1、(2-1),第2章 放大電路分析,(2-2),第2章 放大電路分析,2.1 放大電路的主要技術(shù)指標(biāo) 2.2 放大電路的工作原理 2.3 放大電路的分析方法,(2-3),1. 用途,電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號(hào)放大成較大的信號(hào)。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：,Au,放大電路概述,(2-4),2.符號(hào)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。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,(2-5),1.電壓放大倍數(shù)Au,2.輸入電阻ri,放大電路一定

2、要有前級(jí)（信號(hào)源）為其提供信號(hào)，那么就要從信號(hào)源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級(jí)取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級(jí)取得的電流越小，對(duì)前級(jí)的影響越小。,2.1 放大電路的主要技術(shù)指標(biāo),(2-6),3.輸出電阻ro,放大電路對(duì)其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號(hào)源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個(gè)戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。,(2-7),如何確定電路的輸出電阻ro ？,步驟：,1. 所有的電源置零 (將獨(dú)立源置零，保留受控源)。,2. 加壓求流法。,方法一：計(jì)算。,(2-8),方法二： 測(cè)量。,1. 測(cè)量開路電壓。,2. 測(cè)量接入負(fù)載后的輸出電壓。,步驟：,3. 計(jì)算。,(2-9),4.

3、通頻帶fbw,通頻帶：,fbw=fHfL,放大倍數(shù)隨頻率變化曲線,(2-10),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,2.2 放大電路的工作原理,(2-11),輸入,輸出,1.放大的條件,2.2.1放大電路的組成,(2-12),(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(diǎn)，使整個(gè)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(hào)。,1.放大的條件,(2-13),放大元件iC= iB，工作在放大區(qū)，要保

4、證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。,ui,uo,輸入,輸出,？,參考點(diǎn),+,+,_,_,2.各元件的作用,(2-14),集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。,(2-15),集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?(2-16),使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)。,基極電源與基極電阻,(2-17),耦合電容,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。,(2-18),可以省去,電路改進(jìn)：采用單電源供電,(2-19),單電源供電電路,(2-20),不能正常放大的電路,(a)靜態(tài)工作點(diǎn)不能正常設(shè)置,(b)交流信號(hào)不能正常輸入,(2-21),放大電路分析,靜態(tài)分析,動(dòng)態(tài)分析,估算法

5、,圖解法,微變等效電路法,圖解法,求IB、IC、UCE,主要求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻輸出電阻等,2.3 放大電路的分析方法,(2-22),1.直流通路,放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號(hào)。,但是，電容對(duì)交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對(duì)交流不起作用，即對(duì)交流短路。而對(duì)直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通路是不同的。,交流通路：只考慮交流信號(hào)的分電路。 直流通路：只考慮直流信號(hào)的分電路。 信號(hào)的不同分量可以分別在不同的通路分析。,2.3.1放大電路的靜態(tài)分析,(2-23),對(duì)直流信號(hào)（只有+UCC）,(2-24),由于電源的存在IB0,IC0,IBQ

6、,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,靜態(tài)工作點(diǎn),(2-25),IBQ,ICQ,( ICQ,UCEQ ),(IBQ,UBEQ),(2-26),(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)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。,(2-27),2.解析法估算靜態(tài)工作點(diǎn),（1）根據(jù)直流通路估算IB,Rb稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。,(2-28),（2）根據(jù)直流通路估算UCE、IC,(2-29),例2.3.1用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。,已知：UCC=12V，RC=3k，Rb=280k， =50。,解：,請(qǐng)注意電路中IB 和IC 的數(shù)量級(jí)。,(2-30),直流負(fù)載線,IC,UCE,UCE

7、IC滿足什么關(guān)系？,1. 三極管的輸出特性。,2. UCE=UCCICRC 。,直流 負(fù)載線,與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn),IB,3.圖解法估算靜態(tài)工作點(diǎn),(2-31),先估算 IB ，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與 IB 對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)。,(2-32),例2.3.2用圖解法估算靜態(tài)工作點(diǎn)。,解：,UCE=UCCICRC,IC=0, UCE=UCC,UCE=0, IC=UCC/RC,作出直流負(fù)載線,直流負(fù)載線與輸出特性交點(diǎn)Q,(2-33),4.電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,1).Rb對(duì)Q點(diǎn)的影響,Rb增大，Q點(diǎn)下移,Rb減小，Q點(diǎn)上移,(2-34),2).RC對(duì)

8、Q點(diǎn)的影響,RC RC2,RC改變直流負(fù)載線的斜率,RCRC1,(2-35),IC,UCE,改變UCC，Q點(diǎn)不但上下、還左右移動(dòng)。,UCC2 UCC,很少通過改變UCC來改變Q,UCC1UCC,(2-36),對(duì)交流信號(hào)(輸入信號(hào)ui),2.3.2 放大電路的動(dòng)態(tài)分析,1.交流通路,(2-37),IB,uCE怎么變化,？,假設(shè)uBE有一微小的變化,2.圖解法,(2-38),uce的變化沿一條直線(交流負(fù)載線）,uce相位如何,？,uce與ui反相！,(2-39),各點(diǎn)波形,(2-40),1).交流負(fù)載線,其中：,(2-41),iC 和 uCE是全量，與交流量ic和uce有如下關(guān)系,所以：,這條直

9、線通過Q點(diǎn)，稱為交流負(fù)載線。,(2-42),交流負(fù)載線的作法,IB,過Q點(diǎn)作一條直線，斜率為：,交流負(fù)載線,(2-43),uom,IB,電壓放大倍數(shù)：,交流負(fù)載線,2).圖解法分析電壓放大倍數(shù),(2-44),IB,例2.3.3用圖解法求電壓放大倍數(shù)。交流負(fù)載線已作出。,(2-45),在放大電路中，輸出信號(hào)應(yīng)該成比例地放大輸入信號(hào)（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號(hào)不能反映輸入信號(hào)的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。,為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。,3).圖解法分析非線性失真,(2-46),uo,可輸出的

10、最大不失真信號(hào),選擇靜態(tài)工作點(diǎn),(2-47),uo,1. Q點(diǎn)過低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū),放大電路產(chǎn)生 截止失真,(2-48),2. Q點(diǎn)過高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū),放大電路產(chǎn)生 飽和失真,(2-49),留有裕量,4).圖解法分析最大不失真電壓,uo,uo,(2-50),1）.三極管的微變等效電路,(1). b-e間等效,當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，將輸入特性近似線性。,uBE,對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。,rbe的量級(jí)從幾百歐到幾千歐。,如無特別標(biāo)明,3.解析法,(2-51),所以：,(1) 輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib 控制的電流源。,(2) 考慮 uCE對(duì) iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻rce

11、。,rce的含義,(2). c-e間等效,(2-52),rce很大， 一般忽略。,(3). bc間等效,c,b,e,(2-53),3).共射極放大電路的微變等效電路,將交流通路中的三極管用微變等效電路代替:,(2-54),微變等效電路,4).共射極放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算,(2-55),電壓放大倍數(shù)的計(jì)算,特點(diǎn)：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。,(2-56),輸入電阻的計(jì)算,對(duì)于為放大電路提供信號(hào)的信號(hào)源來說，放大電路是負(fù)載，這個(gè)負(fù)載的大小可以用輸入電阻來表示。,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的輸入電阻。,(2-57),所以：,用加壓求流法求輸出電阻：,輸出電

12、阻的計(jì)算,(2-58),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(diǎn)。但是，溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn)。,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，溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響主要體現(xiàn)在這一方面。,T,UBE,ICEO,Q,2.3.3靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路,(2-59),1.溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,溫度對(duì)UBE的影響,(2-60),溫度對(duì) 值及ICEO的影響,總的效果是：,(2-61),小結(jié)：,固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。 Q點(diǎn)不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、 IC

13、增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化。保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。,常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。電路見下頁。,(2-62),2.靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路,(2-63),穩(wěn)定工作點(diǎn)的過程實(shí)際是由于加了Re形成了負(fù)反饋的過程,R2,+UCC,RC,T,R1,Re,UB固定,1)工作原理,(2-64),UB固定,UB UBE,2)靜態(tài)分析,(2-65),可以認(rèn)為與溫度無關(guān)。,似乎I2越大越好，但是R1、R2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十k。,UCE UCC IE(RC +Re),(2-66),3)動(dòng)態(tài)分析,+UCC,uo,(2-67),問題1：如果去掉Ce，放大倍數(shù)怎樣？,(2-6

14、8),去掉 Ce 后的交流通路和微變等效電路：,(2-69),問題2：如果電路如下圖所示，如何分析？,(2-70),靜態(tài)分析：,直流通路,(2-71),動(dòng)態(tài)分析：,交流通路,(2-72),交流通路：,微變等效電路：,(2-73),問題：Au 和 Aus 的關(guān)系如何？,定義：,(2-74),例2.3.5共射放大電路，各參數(shù)如下： UCC=12V, R1=5k， R2=10k， Re=3.3k，RC=RL=2.7k， =50。 求：(1)估算靜態(tài)工作點(diǎn)。(2)估算Au 、 ri 、Ao。 (3) =100，靜態(tài)工作點(diǎn)及Au如何變化？ (4)對(duì)基本共射放大電路,變化前后,IC及Au如何變化？,(2-

15、75),R1=5k R2=10k Re=3.3k RC=2.7k RL=2.7k =50 UCC=12V,解(1)估算靜態(tài)工作點(diǎn),UCE UCC IE(RC +Re) =12-1 (2.7+3.3)=6V,直流通路,(2-76),(2)估算Au 、ri 、 rO .,ri= R1/ R2/ rbe =5/10/1.6261.1 k,ro= RC =2.7k,(2-77),(3) =100，靜態(tài)工作點(diǎn)及Au如何變化？,均不變,可見的改變對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)及電壓放大倍數(shù)影響小。,(2-78),(4)對(duì)基本共射放大電路,變化前后,IC及Au如何變化？,電路參數(shù)變化前后技術(shù)指標(biāo)不穩(wěn)定，較少采用。,(2-79

16、),2.3.4 共集電極和共基極放大電路,1. 共集電極放大電路,(2-80),1)靜態(tài)分析,(2-81),2)動(dòng)態(tài)分析,(2-82),(1)電壓放大倍數(shù),(2-83),1.,所以,但是，輸出電流Ie增加了。,2.,輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。,結(jié)論：,(2-84),(2)輸入電阻,輸入電阻較大，作為前一級(jí)的負(fù)載，對(duì)前一級(jí)的放大倍數(shù)影響較小。,(2-85),(3) 輸出電阻,用加壓求流法求輸出電阻。,(2-86),一般：,所以：,射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。,(2-87),如果考慮電源內(nèi)阻求輸出電阻。,(2-88),射極輸出器的應(yīng)用,1. 將射極輸出器放在電

17、路的首級(jí)，可以提高輸入電阻。,2. 將射極輸出器放在電路的末級(jí)，可以降 低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。,3. 將射極輸出器放在電路的兩級(jí)之間，可以起到電路的匹配作用。,(2-89),2. 共基極放大電路,(a)電路圖,(b)直流通路,(2-90),(b)直流通路,1)靜態(tài)分析,(2-91),(a)電路圖,(c)交流通路,(2-92),微變等效電路,2)動(dòng)態(tài)分析,(c)交流通路,(2-93),微變等效電路,(1)電壓放大倍數(shù),(2-94),(2)輸入電阻,(3)輸出電阻,受控源開路。,(2-95),2.3.5 三種基本放大電路的特點(diǎn)和用途,1. 特點(diǎn),共e極放大電路：放大電壓、電流。,共c極放大電

18、路：輸入電阻大，輸出電阻小。,共b極放大電路：輸入電阻小，頻帶寬。,2. 用途,共e極放大電路：廣泛用于低頻電壓放大。,共c極放大電路：可作多級(jí)放大電路的輸入級(jí)、中間級(jí)或輸出級(jí)。,共b極放大電路：常用于寬頻帶放大電路。,(2-96),耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合；光電耦合。,耦合：即信號(hào)的傳送。,多級(jí)放大電路對(duì)耦合電路要求：,1. 靜態(tài)：保證各級(jí)Q點(diǎn)設(shè)置,2. 動(dòng)態(tài): 傳送信號(hào)。,要求：波形不失真，減少壓降損失。,2.3.6 多級(jí)放大電路,多級(jí)放大電路的耦合方式,(2-97),多級(jí)放大電路的組成,輸入級(jí)：信號(hào)源為高內(nèi)阻電壓源，要求較高輸入電阻 信號(hào)源為電流源，要求低輸入電阻。,中間級(jí)：電壓放大，本身就有可能是多級(jí)電壓放大器。,輸出級(jí)：推動(dòng)負(fù)載。通常為功率放大器。,1.阻容耦合,缺點(diǎn)：低頻和直流信號(hào)不能通過。,優(yōu)點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立。,2.直接耦合,3.變壓器耦合,(2-98),4.阻容耦合多級(jí)放大電路技術(shù)指標(biāo)的估算,1.電壓放大倍數(shù).,各級(jí)電壓放大倍數(shù)可獨(dú)立計(jì)算，后級(jí)輸入電阻為前級(jí)負(fù)載電阻。,2.輸入電阻.,多級(jí)放大電路的輸入電阻為第一級(jí)放大電路的輸入電阻。,3.輸出電阻.,多級(jí)放大電路的輸出電阻為最后一級(jí)放