电子技术第02讲单管放大器.ppt

第第15章章 基本放大电路基本放大电路第第2讲讲15.1 概论概论 15.2 放大电路的组成和工作原理放大电路的组成和工作原理 15.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法1 15.1 概论概论15.1.1 放大的概念放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图。端网络表示，如图。uiuoAu215.1.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标(1)电压放大倍数电压放大倍数AuUi和和Uo分别是输入和输出电压的有效值。分别是输入和输出电压的有效值。uiuoAu其中其中A=Uo/Ui，是是Uo和和Ui的相位差的相位差3(2)输入电阻输入电阻ri输入电阻是从放大电路输入端看进去的输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻等效电阻iiui输入电阻：输入电阻：ri=ui/ii（加压求流法）（加压求流法）riuSRS信号源信号源一般来说，一般来说，ri越大越好。越大越好。ri越大，越大，ii就越小，就越小，ui就就越接近越接近uS。Au输入端输入端输出端输出端4(3)输出电阻输出电阻roAuuS放大电路对其放大电路对其负载负载而言，整个相当于信号而言，整个相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。输出端输出端rouso输出端输出端5一般来说，一般来说，ro越小越好。越小越好。ro越小，就相当于信号越小，就相当于信号源的内阻较小（电流变化后，信号源内耗小）源的内阻较小（电流变化后，信号源内耗小），负载变化时输出电压的变化就越小，放大电路带负载变化时输出电压的变化就越小，放大电路带负载的能力就越强。负载的能力就越强。如果内阻小，就可以使电能尽可能多的被送到负如果内阻小，就可以使电能尽可能多的被送到负载上而不是消耗在自身，这样在同样多的电能输载上而不是消耗在自身，这样在同样多的电能输入时，就可以得到更高的效率。入时，就可以得到更高的效率。SEE 第第3讲讲P396如何确定电路的输出电阻？如何确定电路的输出电阻？在电路的计算中求在电路的计算中求ro有两个方法：有两个方法：1、所有的电源（包括信号源）置零，所有的电源（包括信号源）置零，保留受控源。然后采用保留受控源。然后采用加压求流法加压求流法。uirousoro=u/i例：例：P47例例7uo测量开路电压测量开路电压uo=uso2、开路电压除以短路电流法开路电压除以短路电流法。rousorousoio测量短路电流测量短路电流io=uso/ro输出电阻：输出电阻：uo/io=uso/（uso/ro）=ro 8(4)通频带通频带（略（略 可参可参P56）fAAm0.7AmfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fHfL 放大倍数随频率放大倍数随频率变化曲线变化曲线幅幅频特性曲线频特性曲线三分贝带宽三分贝带宽3dB SEE 上册上册P139915.1.3 符号规定符号规定 P39表格表格UA大大写字母、写字母、大大写下标，表写下标，表示直流量。示直流量。uA小小写字母、写字母、大大写下标，表写下标，表示全量（总的瞬时值）。示全量（总的瞬时值）。ua小小写字母、写字母、小小写下标，表写下标，表示交流分量瞬时值。示交流分量瞬时值。Ua大大写字母、写字母、小小写下标，表写下标，表示交流分量有效值。示交流分量有效值。10uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 uA=UA+ua例如例如UA=5 ua=sin t uA=5+sin t11 15.2_3 基本放大电路的组成和工作原理基本放大电路的组成和工作原理晶体管放晶体管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理12RB+ECEBRCC1C2T共射放大电路共射放大电路放大元件放大元件iC=iB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RL13共射放大电路共射放大电路集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2TRL14共射放大电路组成共射放大电路组成使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的静并提供适当的静态工作点态工作点IB和和UBE。RB+ECEBRCC1C2TRL基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻15共射放大电路组成共射放大电路组成集电极电阻，将集电极电阻，将变化的电流转变变化的电流转变为变化的电压。为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2TRL16共射放大电路组成共射放大电路组成耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性，电解电容，有极性，大小为大小为10 F50 F作用：隔离输作用：隔离输入输出与电路入输出与电路直流的联系，直流的联系，同时能使信号同时能使信号顺利输入输出。顺利输入输出。RB+ECEBRCC1C2TRL+uiuo17单电源供电单电源供电可以省去可以省去RB+ECEBRCC1C2TRL18RB单电源供电单电源供电+ECRCC1C2TRLRB、RC都是必须的！参见都是必须的！参见P89习题习题19基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理RB+ECRCC1C2Tui=0时时由于电源由于电源的存在的存在IB 0IC 0ICIE=IB+ICRLIB无信号输入时无信号输入时静态工作点静态工作点20基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理RB+ECRCC1C2TICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RLIB静态工作点静态工作点21(IB,UBE)和和(IC,UCE)分别对应于输入输出特分别对应于输入输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。性曲线上的一个点，称为静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB22RB+ECRCC1C2开路开路开路开路RL放大电路的直流通道放大电路的直流通道23RB+ECRC直流通道直流通道24（1）估算）估算IB（UBE 0.7V)RB+ECRCIBUBERB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏置电流偏置电流。（一）用估算法分析放大器的静态（一）用估算法分析放大器的静态工作点（工作点（IB、UBE、IC、UCE）25（2）估算）估算UCE、IcRB+ECRCICUCEIc=IB26例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。P39 例例15.2.1 已知：已知：EC=12V，RC=4K，RB=300K ，。解：解：请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级UBE 27（二）用图解法分析放大器的静态工作点（二）用图解法分析放大器的静态工作点补充：非线性电阻电路的图解法补充：非线性电阻电路的图解法 电路的工作情况由电路的工作情况由负载线负载线与非线性元件的与非线性元件的伏安特性曲线伏安特性曲线的的交点交点确定。该交点称为工作确定。该交点称为工作点，它既符合非线性元件上的电压电流关系，点，它既符合非线性元件上的电压电流关系，又符合电路中的电压电流关系。又符合电路中的电压电流关系。如上册第如上册第2章第章第9节节28（二）用图解法分析放大器的静态工作点（二）用图解法分析放大器的静态工作点ICUCEUCE=ECICRCEC直流负载线直流负载线与与IB所决定所决定的那一条输的那一条输出特性曲线出特性曲线的交点就是的交点就是Q点。点。QIB静态静态UCE静态静态IC（IC最大最大饱和电流）饱和电流）29IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么变化怎么变化交流放大原理交流放大原理假设假设uBE静态工作点的基础上静态工作点的基础上有一微小的变化有一微小的变化 ui（微变）（微变）静态工作点静态工作点30ICUCEicuCE的变化沿一条直的变化沿一条直线线交流负载线交流负载线uCE交流负载线反映动态交流负载线反映动态时电流时电流iC和电压和电压uCE的的变化关系。变化关系。PPT3831RB+ECRCC1C2uiiBiCuCEuo各点波形各点波形uo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反32实现放大的条件实现放大的条件1、晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集、晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。电结反偏。2、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。区。设置方法？设置方法？3、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。流。4、输出回路将变化的集电极电流转化成变化的、输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。33作业：作业：P88 习题习题练习：练习：P88 习题，提示：注意放大状态习题，提示：注意放大状态下的下的B、C、E极电压间关系。极电压间关系。3415.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真35RB+ECRCC1C2对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零放大器的交流通道放大器的交流通道RLuiuo1/C 036RBRCRLuiuo交流通道交流通道37交流负载线交流负载线RBRCRLuiuoicuce其中：其中：uce=-ic（RC/RL）=-ic RL38交流量交流量ic和和uce有如下关系：有如下关系：这就是说，交流信号的变化沿着斜率为：这就是说，交流信号的变化沿着斜率为：的直线。的直线。这条直线通过这条直线通过Q点，称为点，称为交流负载线交流负载线。uce=-ic（RC/RL）=-ic RL或或ic=（-1/RL）uce39交流负载线的作法交流负载线的作法ICUCEECQIB过过Q点作一条直线点作一条直线,斜率为斜率为:交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线注：从图上注：从图上可得到的信可得到的信息！参照：息！参照：第第6版习题版习题4015.3.3 动态分析动态分析1、晶体管的晶体管的微变等效电路微变等效电路首先考察输入回路首先考察输入回路iBuBE当信号很小时，将输入当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线特性在小范围内近似线性性。uBE iB对输入的交流小信号对输入的交流小信号而言，晶体管而言，晶体管BE间等间等效于电阻效于电阻rbe。41对输入的交流小信号而言，晶体管对输入的交流小信号而言，晶体管BE间等效间等效于电阻于电阻rbe，在小信号情况下为一常数，手册在小信号情况下为一常数，手册中用中用hie代表。代表。becrbeibbeubeubeib42对于小功率晶体管：对于小功率晶体管：rbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。43考察输出回路考察输出回路iCuCE所以：所以：输出端相当于一个受输出端相当于一个受 ib控制的电流源。控制的电流源。近似平行近似平行且且电流源两端还要并联电流源两端还要并联一个大电阻一个大电阻rce。44iCuCE iC uCErce的含义的含义rce很大，一般忽略。很大，一般忽略。45ubeibuceicuberbe ibib rceuceicrce很大，一般忽略。很大，一般忽略。46等效等效晶体管的晶体管的微变等效电路微变等效电路ebcbecrbeic=ib472、放大电路的、放大电路的微变等效电路微变等效电路将交流通道中的晶体管用微变等效电路代替将交流通道中的晶体管用微变等效电路代替rbe ibibiiicuiuoRBRCRL48RBRCRLuiuorbe ibibiiicuiuoRBRCRL交交流流通通道道微微变变等等效效电电路路493、电压放大倍数的计算：、电压放大倍数的计算：结论：负载电阻越小，放大倍数越小。结论：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL504、放大电路输入电阻的计算：、放大电路输入电阻的计算：对于为它提供信号的信号源来说，放大电路是对于为它提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻就是从放大电路输入端看进去的等效电输入电阻就是从放大电路输入端看进去的等效电阻（参见阻（参见Slide4）。）。输入电阻的定义：输入电阻的定义：输入电阻是动态电阻。输入电阻是动态电阻。51电路的输入电阻越大，从信号源取得的电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的输电流越小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。入电阻。rbeRBRCRL注意区分注意区分ri和和rbe：ri放大电路输入电阻放大电路输入电阻，rbe晶体管输入电阻。晶体管输入电阻。525、放大电路输出电阻的计算：、放大电路输出电阻的计算：对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。是输出电阻。计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法：所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。53rbeRBRC所以：所以：用加压求用加压求流法求输流法求输出电阻：出电阻：005415.3.4 失真分析：失真分析：为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在设置在交交流负载线流负载线的中间部分。如果的中间部分。如果Q设置不合适，信号设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成进入截止区或饱和区，造成非线性失真非线性失真。失真失真输出波形较输入波形发生畸变，称为失真输出波形较输入波形发生畸变，称为失真55iCuCEuo可输出可输出的最大的最大不失真不失真信号信号合适的静态工作点合适的静态工作点ib56Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区称为截止失真称为截止失真信号波形信号波形57Q点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区称为饱和失真称为饱和失真信号波形信号波形58作业：作业：P89 习题习题练习练习：（1）第第6版版P86 习题，提示：直流负载线与交习题，提示：直流负载线与交流负载线的交点即为流负载线的交点即为Q点；通过两个负载线可点；通过两个负载线可以得出以得出UCC、ICS、RL等值。等值。DOC 文件文件（2）P91 习题，提示：首先画出放大电路的习题，提示：首先画出放大电路的微变等效电路。微变等效电路。596061