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1、第二章放大电路分析基础本讲稿第一页,共四十九页放大的实质:用较小的信号去控制较大的信号放大的实质:用较小的信号去控制较大的信号2.1 放大电路工作原理放大电路工作原理一、放大电路的组成原理一、放大电路的组成原理直流电源及偏置电路直流电源及偏置电路输入信号源输入信号源输出负载输出负载用等效电路表示放大用等效电路表示放大器器1 1、放大电路的结构、放大电路的结构、放大电路的结构、放大电路的结构本讲稿第二页,共四十九页2、放大器的性能指标、放大器的性能指标输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻增益增益增益增益非线性失真非线性失真非线性失真非线性失真频率响应及带宽频率响应及带
2、宽频率响应及带宽频率响应及带宽本讲稿第三页,共四十九页增益增益增益增益 :放大倍数:放大倍数A A,是放大器输出量与输入是放大器输出量与输入量的比值,反映放大器量的比值,反映放大器放大电信号的能力。放大电信号的能力。电压增益电压增益电流增益电流增益源电压增益源电压增益功率增益功率增益增益的分贝表示形式增益的分贝表示形式本讲稿第四页,共四十九页若需要得到较大输入电压,希望若需要得到较大输入电压,希望输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻若需要得到较大输入电流,希望若需要得到较大输入电流,希望本讲稿第五页,共四十九页若需要得到稳定的输出电流,则希望若需要得到稳定的输出电流,则希望输出电阻输出电阻若需要提
3、高放大器的带负载能力若需要提高放大器的带负载能力,即使放大器输出电即使放大器输出电压压稳定稳定,不受负载变化的影响不受负载变化的影响,则则希望希望负载开路时的输出端电压为负载开路时的输出端电压为Uo负载负载端端输出电压为输出电压为Uo输出电阻也可采输出电阻也可采用输入短路用输入短路,输输出去负载加电压出去负载加电压源的方法求得源的方法求得本讲稿第六页,共四十九页频率特性频率特性放大器中的电抗性元件对不同频率的信号呈现出不同的阻放大器中的电抗性元件对不同频率的信号呈现出不同的阻抗,使放大器对不同频率的输入信号具有不同的增益,把抗,使放大器对不同频率的输入信号具有不同的增益,把放大器这种增益随输入
4、信号频率变化的特性称为放大器这种增益随输入信号频率变化的特性称为频率特性频率特性频率特性频率特性。增益增益增益增益:放放大大电电路路对对不不同同频频率率的的正正弦弦信信号号放放大大倍倍数数不不同同,相相移移也也不不一一样样,当当输输入入信信号号为为包包含含多多种种频频率率分分量量的的非非正正弦弦信信号号时时,若若某某些些频频率率超超出出通通频频带带,输输出出信信号号uo波波形形将将产产生生失失真真。这这种种失失真真与与放放大大电路的频率特性有关,故称为电路的频率特性有关,故称为频率失真频率失真频率失真频率失真。本讲稿第七页,共四十九页中中频增益增益低低频段段中中频段段高高频段段通通频带:当当f
5、 f采用对数刻度,增益采用分贝刻度时,频采用对数刻度,增益采用分贝刻度时,频率特性图又称为率特性图又称为波特图波特图。幅频特性相频特性本讲稿第八页,共四十九页耦合电容,起耦合电容,起隔离直流隔离直流、耦合交流耦合交流的作用的作用3 3、共发射极基本放大电路、共发射极基本放大电路、共发射极基本放大电路、共发射极基本放大电路参考零电参考零电位点位点使发射结正偏,并提供适当的使发射结正偏,并提供适当的静态工作点。静态工作点。集电极电阻,将变化的电流转集电极电阻,将变化的电流转变为变化的电压。变为变化的电压。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。放
6、大电路组成原则:放大电路组成原则:放大电路组成原则:放大电路组成原则:1 1)三极管应工作在放大区:发射结正偏、集电结反偏)三极管应工作在放大区:发射结正偏、集电结反偏)三极管应工作在放大区:发射结正偏、集电结反偏)三极管应工作在放大区:发射结正偏、集电结反偏2 2)输入信号加到发射结上控制三极管电流)输入信号加到发射结上控制三极管电流)输入信号加到发射结上控制三极管电流)输入信号加到发射结上控制三极管电流3 3)信号电压经放大后能传输到负载上)信号电压经放大后能传输到负载上)信号电压经放大后能传输到负载上)信号电压经放大后能传输到负载上本讲稿第九页,共四十九页单电源供电的共发射极放大电路单电
7、源供电的共发射极放大电路单电源供电的共发射极放大电路单电源供电的共发射极放大电路本讲稿第十页,共四十九页有关符号的约定有关符号的约定 小小写写字字母母、大大写写下下标标表表示示总总量量(含含交交、直直流流)。如如,uCE、iB等。等。大大写写字字母母、大大写写下下标标表表示示直直流流量量。如如,UCE、IC等。等。小小写写字字母母、小小写写下下标标表表示示纯纯交交流流量量。如如,uce、ib等。等。上上方方有有圆圆点点的的大大写写字字母母、小小写写下下标标表表示示相相量量。如,如,、等。等。本讲稿第十一页,共四十九页二、直流通路和交流通路二、直流通路和交流通路直流通路直流通路直流通路直流通路
8、交流信号为交流信号为0,电路中,电路中只有直流电压、电流只有直流电压、电流耦合电容开路耦合电容开路 放大电路中流通的电信号的瞬时值放大电路中流通的电信号的瞬时值为交流和直流的组合,利用电路的线性为交流和直流的组合,利用电路的线性工作特性工作特性,可以分别对直流信号和交流信可以分别对直流信号和交流信号的影响进行分析。号的影响进行分析。本讲稿第十二页,共四十九页交流通路交流通路交流通路交流通路耦合电容短路、电耦合电容短路、电源短路源短路 只考虑对交流信号只考虑对交流信号的放大作用的流通电路的放大作用的流通电路本讲稿第十三页,共四十九页静静静静态态态态是是指指无无交交流流信信号号输输入入时时,电电路
9、路中中的的电电流流、电电压压都都不不变变的的状状态态,静静态态时时三三极极管管各各极极电电流流和和电电压压值值称称为为静静静静态态态态工工工工作作作作点点点点Q(主主要要指指IBQ、ICQ和和UCEQ)。)。一、解析法求一、解析法求Q值值直流通路直流通路直流通路直流通路2.2 放大电路的直流工作状态放大电路的直流工作状态由基极回路求得由基极回路求得由集电极回路求得由集电极回路求得由电流关系得由电流关系得本讲稿第十四页,共四十九页IB=IBQ的输出特的输出特性曲线性曲线由由uCE=UCCiCRC所决定的直流负载线所决定的直流负载线两者的交点两者的交点Q就是静态工作点就是静态工作点过过Q点作水平线
10、,在纵点作水平线,在纵轴上的截距即为轴上的截距即为ICQ过过Q点作垂线,在横轴上点作垂线,在横轴上的截距即为的截距即为UCQ二、图解法二、图解法本讲稿第十五页,共四十九页三、电路参数对静态工作点的影响三、电路参数对静态工作点的影响1 1、R RB B对对对对QQ点的影响点的影响点的影响点的影响2 2、R RC C对对对对QQ点的影响点的影响点的影响点的影响3 3、U UCCCC对对对对QQ点的影响点的影响点的影响点的影响RB增加,增加,IBQ减小,工作点沿负载线下移,反之减小,工作点沿负载线下移,反之上移。上移。RC增加,直流负载线斜率减小,变得平坦,增加,直流负载线斜率减小,变得平坦,Q点沿
11、点沿iBIBQ左移;左移;RC减小,直流负载线斜率增大,变得陡峭,减小,直流负载线斜率增大,变得陡峭,Q点沿点沿iBIBQ右移。右移。UCC增加,增加,IBQ增大,直流负载线平行上移,增大,直流负载线平行上移,Q点往右上方点往右上方移动;反之,移动;反之,Q点往左下方移动。点往左下方移动。本讲稿第十六页,共四十九页 动态动态动态动态是指有交流信号输入时,电路中的电流、电压随输入信号是指有交流信号输入时,电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流和交流输入信号输入信号ui共同作用下工作,电路中的电压共同
12、作用下工作,电路中的电压uCE、电流、电流iB和和iC均包含均包含直流和交流两个分量。直流和交流两个分量。交流通路交流通路交流通路交流通路2.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析动态分析的目的:求解放大电路的动态分析的目的:求解放大电路的增益增益、输入输出电阻输入输出电阻本讲稿第十七页,共四十九页一、图解法分析动态特性一、图解法分析动态特性iC/mAQA、在输入曲线上求、在输入曲线上求iBB、根据、根据iB在输出特性上求在输出特性上求iC和和uCE工作点的运动轨迹称为工作点的运动轨迹称为动态范围动态范围uiuo共射电路为反相放大器共射电路为反相放大器交流负载线斜交流负载线斜率为率为Q本讲稿
13、第十八页,共四十九页波形分析波形分析波形分析波形分析本讲稿第十九页,共四十九页二、放大电路的非线性失真二、放大电路的非线性失真QiCQ1 1、三极管的非线性特性引起的失真、三极管的非线性特性引起的失真、三极管的非线性特性引起的失真、三极管的非线性特性引起的失真本讲稿第二十页,共四十九页2 2、工作点、工作点、工作点、工作点QQ不合适引起的失真不合适引起的失真不合适引起的失真不合适引起的失真iCQ饱和失真饱和失真截止失真截止失真交流负载线交流负载线ICQQ Q Q点选择在交流负载线的中心点,可获得点选择在交流负载线的中心点,可获得最大不失真最大不失真最大不失真最大不失真输出输出输出输出(max
14、)max )max )max )信号幅度不大时,为降低电信号幅度不大时,为降低电源消耗,在保证不失真且得到一定电压增益的条件下,可源消耗,在保证不失真且得到一定电压增益的条件下,可选择低一点。选择低一点。本讲稿第二十一页,共四十九页 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路,就是放大电路的微变等效电路,然后用线性电路的分析方路,就是放大电路的微变等效电路,然后用线性电路的分析方法来分析,这种方法称为微变等效电路分析法。法来分析,这种方法称为微变等效电路分析法。三、微变等效电路法三、微变等效电路法 等效的条件等效的条件等效的条件等效的
15、条件是晶体管在小信号(微变量)情况下工是晶体管在小信号(微变量)情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内,用直线段作。这样就能在静态工作点附近的小范围内,用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。近似地代替晶体管的特性曲线。1、基本思路、基本思路 等效的模型等效的模型等效的模型等效的模型:h参数等效电路参数等效电路 混合参数混合参数型等效电路型等效电路本讲稿第二十二页,共四十九页 输入特性曲线在输入特性曲线在Q点附近的微小范围内点附近的微小范围内可以认为是线性的。当可以认为是线性的。当uBE有一微小变化有一微小变化UBE时,基极电流变化时,基极电流变化IB,两者的比值称,两者的比值称为三极管的
16、动态输入电阻,用为三极管的动态输入电阻,用rbe表示,即:表示,即:2、晶体管微变等效电路、晶体管微变等效电路本讲稿第二十三页,共四十九页 输出特性曲线在放大区域内可认为输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线,集电极电流的微小变化呈水平线,集电极电流的微小变化IC仅与基极电流的微小变化仅与基极电流的微小变化IB有关,而有关,而与电压与电压uCE无关,故集电极和发射极之间无关,故集电极和发射极之间可等效为一个受可等效为一个受ib控制的电流源,即:控制的电流源,即:本讲稿第二十四页,共四十九页四、三种基本组态放大电路的分析四、三种基本组态放大电路的分析1、共射极放大电路的微变等效电路分析、共射极放
17、大电路的微变等效电路分析本讲稿第二十五页,共四十九页电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数2 2)电压增益与)电压增益与)电压增益与)电压增益与、R RC C成正比成正比成正比成正比讨论:讨论:讨论:讨论:1 1)共射放大电路为反相放大电路)共射放大电路为反相放大电路)共射放大电路为反相放大电路)共射放大电路为反相放大电路3 3)电压增益与)电压增益与)电压增益与)电压增益与QQ点位置的高低(点位置的高低(点位置的高低(点位置的高低(I ICQCQ)成反比)成反比)成反比)成反比本讲稿第二十六页,共四十九页电流放大倍数电流放大倍数2)RL、RC成在输出端产生分流作用成在输出端产生分流
18、作用讨论:讨论:1)RB在输入端产生分流作用在输入端产生分流作用共射放大电路是一种具有电压和电流放大作用的反相放大器共射放大电路是一种具有电压和电流放大作用的反相放大器本讲稿第二十七页,共四十九页Ri讨论讨论讨论讨论:输入电阻:输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电的大小决定了放大电路从信号源吸取电流(输入电流)的大小。为了减轻信号源的负担,总希望流(输入电流)的大小。为了减轻信号源的负担,总希望Ri越大越好。另外,较大的输入电阻越大越好。另外,较大的输入电阻Ri,也可以降低信号源内阻,也可以降低信号源内阻Rs的影响,使放大电路获得较高的输入电压。的影响,使放大电路获得较高的输入电压。
19、Ri近似等于近似等于rbe,在几百欧到几千欧,一般认为是在几百欧到几千欧,一般认为是较低较低的,并不理想。的,并不理想。输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻本讲稿第二十八页,共四十九页讨论:讨论:讨论:讨论:对于负载而言,放大器的输出电阻对于负载而言,放大器的输出电阻Ro越小,负载电阻越小,负载电阻RL的的变化对输出电压的影响就越小,表明放大器带负载能力越强,因此总变化对输出电压的影响就越小,表明放大器带负载能力越强,因此总希望希望Ro越小越好。上式中越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧,一般认为是在几千欧到几十千欧,一般认为是较大较大的,也不理想。的,也不理想。输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻
20、本讲稿第二十九页,共四十九页静态分析静态分析2、共集电极放大电路、共集电极放大电路电路形式电路形式电路形式电路形式射极输出器射极输出器由基极回路由基极回路由集电极回路由集电极回路本讲稿第三十页,共四十九页动态分析动态分析动态分析动态分析本讲稿第三十一页,共四十九页电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数动态分析动态分析1称共集电极放大器为称共集电极放大器为称共集电极放大器为称共集电极放大器为电压跟随器电压跟随器电压跟随器电压跟随器或或或或射极跟随器射极跟随器射极跟随器射极跟随器本讲稿第三十二页,共四十九页输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻本讲稿第三十三页,
21、共四十九页讨论:讨论:讨论:讨论:1)电压放大倍数约等于)电压放大倍数约等于1,即,即电压跟随电压跟随电压跟随电压跟随。2)输入电阻较高输入电阻较高输入电阻较高输入电阻较高。3)输出电阻较低输出电阻较低输出电阻较低输出电阻较低。对共基极放大电路,其分析方法相同,参考教材对共基极放大电路,其分析方法相同,参考教材对共基极放大电路,其分析方法相同,参考教材对共基极放大电路,其分析方法相同,参考教材P44P44本讲稿第三十四页,共四十九页三种组态放大电路比较三种组态放大电路比较1、共射电路具有反相作用对电压、电流均能放大,输入电阻值、共射电路具有反相作用对电压、电流均能放大,输入电阻值居中,输出电阻
22、较大,频带较窄。常用作低频电压放大电路的单居中,输出电阻较大,频带较窄。常用作低频电压放大电路的单元电路。元电路。2、共集电路只能放大电流,不能放大电压,输出电压跟、共集电路只能放大电流,不能放大电压,输出电压跟随输入电压。输入电阻最大,输出电阻最小。常用于电随输入电压。输入电阻最大,输出电阻最小。常用于电压放大电路的输入级和输出级,功率放大电路也常用射压放大电路的输入级和输出级,功率放大电路也常用射极输出电路。极输出电路。3、共基电路只能放大电压不能放大电流,输入、共基电路只能放大电压不能放大电流,输入 电阻小,电压电阻小,电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当。频率特性最好,常用放大倍数和输
23、出电阻与共射电路相当。频率特性最好,常用于宽频带放大电路。于宽频带放大电路。本讲稿第三十五页,共四十九页温度对工作点的影响温度对工作点的影响温度升高温度升高UBE减小减小ICBO增大增大增大增大IC增大增大2.4 静态工作点的稳定及其偏置电路静态工作点的稳定及其偏置电路 由此可见,温度影响工作点的高低,温度变化由此可见,温度影响工作点的高低,温度变化可能引起放大电路产生饱和或截止失真。可能引起放大电路产生饱和或截止失真。解决措施解决措施解决措施解决措施1、将放大电路置于恒温槽,但代价较高、将放大电路置于恒温槽,但代价较高2、采用改进的偏置电路,使、采用改进的偏置电路,使Q点在工作温度范围点在工
24、作温度范围内受温度影响小稳定静态工作点内受温度影响小稳定静态工作点本讲稿第三十六页,共四十九页条件条件条件条件:I2IB,则,则与温度基本无关。与温度基本无关。调节过程:调节过程:TUBEIBICIE=IC+IBICIEUBE=UB-IERe静态工作点稳定的放大电路静态工作点稳定的放大电路静态工作点稳定的放大电路静态工作点稳定的放大电路通常通常本讲稿第三十七页,共四十九页RB1+UCRCRB2 RE直流通路直流通路静态分析静态分析静态分析静态分析求求Q(IBQ、ICQ和和UCEQ)本讲稿第三十八页,共四十九页动态分析动态分析动态分析动态分析CERb1+UCRC Rb2 ReRLuiuoeb+c
25、+旁路电容旁路电容旁路电容旁路电容CE对对交流信号短路,交流信号短路,减小减小Re对电压对电压增益的影响增益的影响本讲稿第三十九页,共四十九页2.5 多级放大电路多级放大电路 单级放大器具有较大的放大倍数,但对单级放大器具有较大的放大倍数,但对于十分微弱的信号,放大倍数还需要大大提于十分微弱的信号,放大倍数还需要大大提高;另外,三种组态的放大电路其性能指标高;另外,三种组态的放大电路其性能指标都不是很完善,可以采用由多个单级放大器都不是很完善,可以采用由多个单级放大器连接构成多级放大器来解决这些问题。连接构成多级放大器来解决这些问题。多级放大器关注的问题:多级放大器关注的问题:连接(即耦合)、
26、连接(即耦合)、性能指标的计算性能指标的计算本讲稿第四十页,共四十九页1 1、多级放大电路的组成、多级放大电路的组成、多级放大电路的组成、多级放大电路的组成一、多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式信号源信号源输入级输入级中间级中间级输出级输出级负载负载多级放大电路多级放大电路输入级:针对输入信号性质,采用不同的输入电路形式,输入级:针对输入信号性质,采用不同的输入电路形式,利于接收电压或电流信号。利于接收电压或电流信号。中间级:主要任务是放大信号。中间级:主要任务是放大信号。输出级:输出足够大的电压或功率,驱动负载。输出级:输出足够大的电压或功率,驱动负载。本讲稿第四十一页,共四十九页
27、2、各极之间的耦合方式、各极之间的耦合方式阻容耦合:阻容耦合:各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。优点优点优点优点:各级静态工作点互不影响,可以单独调整到合适位置;:各级静态工作点互不影响,可以单独调整到合适位置;且不存在零点漂移问题。且不存在零点漂移问题。缺点缺点缺点缺点:不:不能放大变化缓慢的信号和直流信号;且由于需要大容量的耦合电能放大变化缓慢的信号和直流信号;且由于需要大容量的耦合电容,因此不能在集成电路中采用。容,因此不能在集成电路中采用。本讲稿第四十二页,共四十九页直接耦合直接耦合直接耦合直接耦合优点优点优点优点:能放大变化很缓慢的信号和
28、直流分量变化的信号;且由:能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号;且由于没有耦合电容,故非常适宜于大规模集成。于没有耦合电容,故非常适宜于大规模集成。缺点缺点缺点缺点:各级静态工作点互相影响;存在零点漂移问题。:各级静态工作点互相影响;存在零点漂移问题。本讲稿第四十三页,共四十九页变压器耦合变压器耦合变压器耦合变压器耦合优点优点:静态工作点彼此独立,且变压器具有阻抗变换作用,通:静态工作点彼此独立,且变压器具有阻抗变换作用,通过对其匝数的控制,可以使级与级之间达到阻抗匹配,获得最过对其匝数的控制,可以使级与级之间达到阻抗匹配,获得最大的功率增益,因此在输出功率放大器中通常采用变压器耦合大的
29、功率增益,因此在输出功率放大器中通常采用变压器耦合电路。电路。缺点缺点:由于变压器的频带比较窄,体积大,难以集成,所以在多级放:由于变压器的频带比较窄,体积大,难以集成,所以在多级放大器中一般不采用这种耦合方式。大器中一般不采用这种耦合方式。级与级之间通过变压器传递交流信号的耦合方式本讲稿第四十四页,共四十九页(1)静态分析静态分析:(2)动态分析:动态分析:注注意意:计计算算前前级级的的电电压压放放大大倍倍数数时时必必须须把把后后级级的的输输入入电电阻阻考考虑虑到到前前级级的的负负载载电电阻阻之之中中。如如计计算算第第一一级级的的电电压压放放大大倍倍数数时时,其负载电阻就是第二级的输入电阻。
30、其负载电阻就是第二级的输入电阻。二、阻容耦合多级放大电路分析二、阻容耦合多级放大电路分析二、阻容耦合多级放大电路分析二、阻容耦合多级放大电路分析输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻就是第一级的输入电阻。就是第一级的输入电阻。输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻就是最后一级的输出电阻。就是最后一级的输出电阻。电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。等于各级电压放大倍数的乘积。各级单独计算。各级单独计算。本讲稿第四十五页,共四十九页例例题题 为提高放大电路的带为提高放大电路的带负载能力,多级放大器的负载能力,多级放大器的末级常采用共集电路。共末级常采用共集电路。共射射-
31、共集两级阻容耦合放共集两级阻容耦合放大电路如图所示。已知电大电路如图所示。已知电路中路中 1=2=50,VBE=0.7V。(1)求各级的静态工作点;求各级的静态工作点;(2)求电路的输入电阻求电路的输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro;(3)试分别计算试分别计算RL接在第一级输出端和第二级输出端时,电路的电压接在第一级输出端和第二级输出端时,电路的电压放大倍数。放大倍数。本讲稿第四十六页,共四十九页 各级静态工作点彼此独立,可各级静态工作点彼此独立,可分级计算。分级计算。解:解:(1)求各级的静态工作点;求各级的静态工作点;第二级:射极偏置第二级:射极偏置第一级:第一级:分压式射极偏置分压式射极偏置电容开路,所以电容开路,所以本讲稿第四十七页,共四十九页RiRoRo1(2)求求Ri和和Ro;=Ri=Ri1=R1/R2/rbe1+(1+1)R42.66k 本讲稿第四十八页,共四十九页(3)分别计算分别计算RL接在第一级输出端和第二级输出端时的电压增益接在第一级输出端和第二级输出端时的电压增益 Ri2=R6/rbe2+(1+)(R7/RL)=150/104=61.11k Ri2=本讲稿第四十九页,共四十九页
限制150内