模拟电子技术第2章.ppt

(2-1)第第2章章 放大电路分析放大电路分析(2-2)第第2章章 放大电路分析放大电路分析2.1 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标2.2 放大电路的工作原理放大电路的工作原理2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法(2-3)1.用途用途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大放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。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：uiuoAu放大电路概述放大电路概述(2-4)2.符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量(2-5)1.电压放大倍数电压放大倍数Au2.输入电阻输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大电是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIiUSUi2.1 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标(2-6)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，相当于信号源，我们而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南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。等效电路的内阻就是输出电阻。roUS(2-7)如何确定电路的输出电阻如何确定电路的输出电阻ro？步骤：步骤：1.所有的电源置零所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。加压求流法。UI方法一：方法一：计算。计算。(2-8)方法二：方法二：测量。测量。Uo1.测量开路电压。测量开路电压。roUs2.测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。roUsRLUo步骤：步骤：3.计算。计算。(2-9)4.通频带通频带fbwfAuAum0.7AumfL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放大倍数放大倍数随频率变随频率变化曲线化曲线(2-10)三极管放三极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2.2 放大电路的工作原理放大电路的工作原理(2-11)输入输入输出输出uiuoRb+UCCUBBRCC1C2T+_+1.放大的条件放大的条件2.2.1放大电路的组成放大电路的组成(2-12)(1)晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。(2)正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电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。极电压，经电容滤波只输出交流信号。1.放大的条件放大的条件(2-13)放大元件放大元件iC=iB，工作在放大，工作在放大区，要保证集电区，要保证集电结反偏，发射结结反偏，发射结正偏。正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点Rb+UCCUBBRCC1C2T+_2.各元件的作用各元件的作用(2-14)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+UCCUBBRCC1C2T(2-15)集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。Rb+UCCUBBRCC1C2T(2-16)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。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻Rb+UCCUBBRCC1C2T(2-17)耦合电容耦合电容隔离输入输隔离输入输出与电路直出与电路直流的联系，流的联系，同时能使信同时能使信号顺利输入号顺利输入输出。输出。Rb+UCCUBBRCC1C2T(2-18)可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电Rb+UCCUBBRCC1C2T(2-19)单电源供电电路单电源供电电路+UCCRCC1C2TRbRL+_uiuo(2-20)不能正常放大的电路不能正常放大的电路+UCCRCC1C2TRL+_uiuo(a)+UCCRCC1C2TRL+_uiuo(b)RbC3(a)(a)静态工作点不能正常设置静态工作点不能正常设置(b)(b)交流信号不能正常输入交流信号不能正常输入(2-21)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求求IB、IC、UCE主要求电压放大倍数、输入电阻输出电阻等主要求电压放大倍数、输入电阻输出电阻等2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法(2-22)1.直流通路直流通路放大电路中各点的电压或电流都是在静态直放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通路是不同的。直流所走的通路是不同的。交流通路：交流通路：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通路：直流通路：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。2.3.1放大电路的静态分析放大电路的静态分析(2-23)对直流信号（只有对直流信号（只有+UCC）开路开路开路开路Rb+UCCRCC1C2T直流通路直流通路Rb+UCCRC(2-24)ui=0时时由于电源的由于电源的存在存在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ静态工作点静态工作点Rb+UCCRCC1C2T(2-25)IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)Rb+UCCRCC1C2T(2-26)(IBQ,UBEQ)和和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出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。特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ(2-27)2.解析法估算静态工作点解析法估算静态工作点（1）根据直流通路估算）根据直流通路估算IBIBUBERb称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏偏置电流置电流。+UCC直流通路直流通路RbRC(2-28)（2）根据直流通路估算）根据直流通路估算UCE、ICICUCE直流通路直流通路RbRCUCC(2-29)例例2.3.1用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：UCC=12V，RC=3k，Rb=280k，=50。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。(2-30)直流负载线直流负载线ICUCEUCEIC满足什么关系？满足什么关系？1.三极管的三极管的输出特性。输出特性。2.UCE=UCCICRC 。ICUCEUCCQ直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IB直流通路直流通路Rb+UCCRC3.图解法估算静态工作点图解法估算静态工作点(2-31)先估算先估算 IB，然后在输出特性曲线上作出直，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是载线的交点就是Q点。点。ICUCEQUCC(2-32)例例2.3.2用图解法估算静态工作点。用图解法估算静态工作点。解：解：+12VRCC1C2TRL+_uiuoRb280k3k3kQUCE=UCCICRCIC=0,UCE=UCCUCE=0,IC=UCC/RC作出直流负载线作出直流负载线直流负载线与输出特性交点直流负载线与输出特性交点Q(2-33)4.电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响ICUCEQUCC1).Rb对对Q点的影响点的影响Rb增大，增大，Q点下移点下移Rb减小，减小，Q点上移点上移Rb+UCCRC(2-34)ICUCEQUCC2).RC对对Q点的影响点的影响RC RC2RC改变直流负载线的斜率改变直流负载线的斜率QQRC UCC很少通过改变很少通过改变UCC来改变来改变QQQUCC1UBE2)静态分析静态分析(2-65)可以认为与温度无关。可以认为与温度无关。似乎似乎I2越大越好，越大越好，但是但是R1、R2太小，将太小，将增加损耗，降低输入增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几电阻。因此一般取几十十k。IR2IR1IBR2+UCCRCTR1Re直流通路直流通路UCE UCC IE(RC+Re)(2-66)3)动态分析动态分析+UCCuoR2RCC1C2R1CeReRLuiuoR1RCRLuiR2交流通路交流通路rbeRCRLRb微变等效电路微变等效电路(2-67)Ce的作用：交流通路中，的作用：交流通路中，Ce将将Re短路，短路，Re对对交流不起作用，放大倍数不受影响。交流不起作用，放大倍数不受影响。问题问题1：如果去掉如果去掉Ce，放大倍数怎样？，放大倍数怎样？I1I2IBR2+UCCRCC1C2R1CeReRLuiuo(2-68)去掉去掉 Ce 后的交流通路和微变等效电路：后的交流通路和微变等效电路：R1RCRLuiuoR2RerbeRCRLReRb(2-69)R2+UCCRCC1C2TR1CeRe1RLuiuoRe2问题问题2：如果电路如下图所示，如何分析？如果电路如下图所示，如何分析？(2-70)I1I2IBR2+UCCRCC1C2TR1CeRe1RLuiuoRe2I1I2IBR2+UCCRCC1TR1Re1Re2静态分析：静态分析：直流通路直流通路(2-71)R2+UCCRCC1C2TR1CeRe1RLuiuoRe2动态分析：动态分析：交流通路交流通路R1RCRLuiuoR2Re1(2-72)交流通路：交流通路：R1RCRLuiuoR2Re1微变等效电路：微变等效电路：rbeRCRLRe1Rb(2-73)问题：问题：Au 和和 Aus 的关系如何？的关系如何？定义：定义：放放大大电电路路RLRS(2-74)例例2.3.5共射放大电路，各参数如下共射放大电路，各参数如下：UCC=12V,R1=5k，R2=10k，Re=3.3k，RC=RL=2.7k，=50。求：求：(1)估算静态工作点。估算静态工作点。(2)估算估算Au、ri 、Ao。(3)=100，静态工作点及，静态工作点及Au如何变化？如何变化？(4)对基本对基本共射放大电路共射放大电路,变化前后变化前后,IC及及Au如何变化？如何变化？R2+UCCRCC1C2R1CeReRLuiuo(2-75)R1=5k R2=10k Re=3.3k RC=2.7k RL=2.7k =50UCC=12V解解(1)估算静态工作点估算静态工作点UCE UCC IE(RC+Re)=12-1 (2.7+3.3)=6V+UCCR2RCR1ReICIEIB直流通路直流通路(2-76)(2)估算估算Au、ri、rO.ri=R1/R2/rbe=5/10/1.626 1.1 k ro=RC=2.7k Au=-RL/rbe=-50 (2.7/2.7)/1.626 -41.5.rbeRCRLRb(b)微变等效电路微变等效电路=300+51 (26/1)1.626k (2-77)(3)=100，静态工作点及，静态工作点及Au如何变化？如何变化？均不变均不变+UCCR2RCR1ReICIEIB=300+101 (26/1)2.926k 可见可见 的改变对静态工作点及电压放大倍数影响小。的改变对静态工作点及电压放大倍数影响小。(2-78)+12VC1C2uiuoRb RCRL(4)对基本对基本共射放大电路共射放大电路,变化前后变化前后,IC及及Au如何变化？如何变化？电路参数电路参数变化前后技术指标不稳定，较少采用。变化前后技术指标不稳定，较少采用。(2-79)Rb+UCCC1C2ReRLuiuoRb+UCCRe直流通路直流通路2.3.4 共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路1.1.共集电极放大电路共集电极放大电路(2-80)1)静态分析静态分析IBIE折算折算Rb+UCCRe直流通路直流通路(2-81)2)动态分析动态分析Rb+UCCC1C2ReRLuiuo微变等效电路微变等效电路rbeReRLRb(2-82)(1)电压放大倍数电压放大倍数微变等效电路微变等效电路rbeReRLRb(2-83)1.所以所以但是，输出电流但是，输出电流Ie增加了。增加了。2.输入输出同相，输出电压跟随输入电压，输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称故称电压跟随器电压跟随器。结论：结论：(2-84)(2)输入电阻输入电阻输入电阻较大，作为前一级的负载，对前输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。一级的放大倍数影响较小。rbeReRLRb(2-85)(3)输出电阻输出电阻用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。电源置电源置0rorbeReRbrbeReRb(2-86)一般：一般：所以：所以：射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。(2-87)如果考虑电源内阻求输出电阻。如果考虑电源内阻求输出电阻。电源置电源置0rorbeReRbRsrbeReRsRb(2-88)射极输出器的应用射极输出器的应用1.将射极输出器放在电路的首级，可以提将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以降将射极输出器放在电路的末级，可以降 低输出电阻，提高带负载能力。低输出电阻，提高带负载能力。3.将射极输出器放在电路的两级之间，可将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。以起到电路的匹配作用。(2-89)2.2.共基极放大电路共基极放大电路UCCC1C2ReRLuiuo+Cb+R1R2Rc(a)(a)电路图电路图UCCRe+R1R2RcICQIEQIBQ(b)(b)直流通路直流通路(2-90)UCCRe+R1R2RcICIEIBQ(b)(b)直流通路直流通路1)静态分析静态分析(2-91)UCCC1C2ReRLuiuo+Cb+R1R2Rc(a)(a)电路图电路图(c)(c)交流通路交流通路ReRLuiuo+Rc(2-92)微变等效电路微变等效电路ReRLuiuo+Rc2)动态分析动态分析ReRL+Rcrbebce(c)(c)交流通路交流通路(2-93)微变等效电路微变等效电路ReRL+Rcrbebce(1)电压放大倍数电压放大倍数(2-94)ReRL+Rcrbebce(2)输入电阻输入电阻(3)输出电阻输出电阻输入为零，输入为零，为零，为零，受控源开路。受控源开路。(2-95)2.3.5 三种基本放大电路的特点和用途三种基本放大电路的特点和用途1.1.特点特点共共e e极放大电路：放大电压、电流。极放大电路：放大电压、电流。共共c c极放大电路：输入电阻大，输出电阻小。极放大电路：输入电阻大，输出电阻小。共共b b极放大电路：输入电阻小，频带宽。极放大电路：输入电阻小，频带宽。2.2.用途用途共共e e极放大电路：广泛用于低频电压放大。极放大电路：广泛用于低频电压放大。共共c c极放大电路：可作多级放大电路的输入级、中间极放大电路：可作多级放大电路的输入级、中间级或输出级。级或输出级。共共b b极放大电路：常用于宽频带放大电路。极放大电路：常用于宽频带放大电路。(2-96)耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1.静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置2.动态动态:传送信号。传送信号。第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第第 n 级级放大电路放大电路 第第 n-1 级级放大电路放大电路功放级功放级要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，减少压降损失。降损失。2.3.6 多级放大电路多级放大电路多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式(2-97)多级放大电路的组成多级放大电路的组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级输入级：信号源为高内阻电压源，要求较高输入电阻输入级：信号源为高内阻电压源，要求较高输入电阻信号源为电流源，要求低输入电阻。信号源为电流源，要求低输入电阻。中间级：电压放大，本身就有可能是多级电压放大器。中间级：电压放大，本身就有可能是多级电压放大器。输出级：推动负载。通常为功率放大器。输出级：推动负载。通常为功率放大器。1.阻容耦合阻容耦合缺点：低频和直流信号不能通过。缺点：低频和直流信号不能通过。优点：各级静态工作点相互独立。优点：各级静态工作点相互独立。2.直接耦合直接耦合3.变压器耦合变压器耦合(2-98)4.4.阻容耦合多级放大电路技术指标的估算阻容耦合多级放大电路技术指标的估算 1.电压放大倍数电压放大倍数.各级电压放大倍数可独立计算，后级输入电阻为前级各级电压放大倍数可独立计算，后级输入电阻为前级负载电阻。负载电阻。2.输入电阻输入电阻.多级放大电路的输入电阻为第一级放大电路的输入电阻。多级放大电路的输入电阻为第一级放大电路的输入电阻。3.输出电阻输出电阻.多级放大电路的输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻。多级放大电路的输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻。注意：有的电路要考虑后级对前级输入电阻的影响，注意：有的电路要考虑后级对前级输入电阻的影响，前级对后级输出电阻的影响。前级对后级输出电阻的影响。(2-99)微变等效电路微变等效电路的表达式。的表达式。例例2.3.7 2.3.7 两级放大电路两级放大电路,求求+UCCR1C2C3R3R2RLR7C1R5T1R4C4T2+_+R6+(2-100)先求电压放大倍数先求电压放大倍数的表达式。的表达式。例例2.3.7 2.3.7 两级放大电路两级放大电路,求求(2-101)输入电阻输入电阻的表达式。的表达式。例例2.3.7 2.3.7 两级放大电路两级放大电路,求求输出电阻输出电阻(2-102)多级阻容耦合放大器的特点：多级阻容耦合放大器的特点：(1)由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。点相互独立，分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1。(6)总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。的性能。(2-103)阻容耦合单级放大电路的频率特性：阻容耦合单级放大电路的频率特性：低频段：耦合电容对放大倍数的影响低频段：耦合电容对放大倍数的影响2.3.7 放大电路的频率特性简介放大电路的频率特性简介RbC1_+rbebeRC_+be+_(a)低频输入回路低频输入回路(b)输入回路等效电路输入回路等效电路使低频放大倍数下降及产生附加相移。使低频放大倍数下降及产生附加相移。(2-104)高频段：三极管结电容对放大倍数的影响高频段：三极管结电容对放大倍数的影响(a)高频输入回路高频输入回路(b)输入回路等效电路输入回路等效电路使低频放大倍数下降及产生附加相移。使低频放大倍数下降及产生附加相移。Rb_+rb eberbb b C RC_+be+_(2-105)阻容耦合单级放大电路的频率特性：阻容耦合单级放大电路的频率特性：耦合电耦合电容造成容造成三极管结三极管结电容造成电容造成fAfLfH1幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：f-180o-90o-270o-225o-135o(2-106)第第2章作业章作业:2-6(a)、(b)、(c)、(f),2-8,2-11,2-14,2-20