第二章放大电路分析基础优秀PPT.ppt

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1、第二章放大电路分析基础第一页，本课件共有49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用等效电路表示放大器大器1 1、放大电路的结构、放大电路的结构、放大电路的结构、放大电路的结构第二页，本课件共有49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频率响应及带宽频率响应及带宽频率响应及带宽频率响应及带宽第三页，本课件共有49

2、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第四页，本课件共有49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，希望第五页，本课件共有49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

3、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第六页，本课件共有49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，把放大器这种增益随输入信号频率变化的特性增益，把放大器这种增益随输入信号频率变化的特性称为称为频率

4、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电路的频率特性有关，故称为路的频率特性有关，故称为频率失真频率失真频率失真频率失真。第七页，本课件共有49页中频增益中频增益低频段低频段中频段中频段高频段高频段通频带通频带：当当f f采用对数刻度，增益采用分贝刻度时，采用对数刻度，增益

5、采用分贝刻度时，频率特性图又称为频率特性图又称为波特图波特图。幅频特性相频特性第八页，本课件共有49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，并提供使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。适当的静态工作点。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

6、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第九页，本课件共有49页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第十页，本课件共有49页有关符号

7、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。第十一页，本课件共有49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 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

8、流通的电信号的瞬时放大电路中流通的电信号的瞬时值为交流和直流的组合，利用电路的值为交流和直流的组合，利用电路的线性工作特性线性工作特性,可以分别对直流信号可以分别对直流信号和交流信号的影响进行分析。和交流信号的影响进行分析。第十二页，本课件共有49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 只考虑对交流信号的只考虑对交流信号的放大作用的流通电路放大作用的流通电路第十三页，本课件共有49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

9、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（主要指（主要指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第十四页，本课件共有49页IB=IBQ的输出的输出特性曲线特性曲线由由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，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

10、的截距即为UCQ二、图解法二、图解法第十五页，本课件共有49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点沿点沿iBIBQ左移；左移；RC减小，直流负载线斜

11、率增大，变得陡减小，直流负载线斜率增大，变得陡峭，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点往右点往右上方移动；反之，上方移动；反之，Q点往左下方移动。点往左下方移动。第十六页，本课件共有49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电源UCC和交流输入信号和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流电流iB和和

12、iC均包含直流和交流两个分量。均包含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第十七页，本课件共有49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交流负载线斜率为斜率为Q第十八页，本课件共有49页波形分析波形分析第十九页，本课

13、件共有49页二、放大电路的非线性失真二、放大电路的非线性失真QiCQ1、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第二十页，本课件共有49页2、工作点、工作点Q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 )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

14、低一点。选择低一点。第二十一页，本课件共有49页 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个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法来分析，这种方法称为微变等效电路分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。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，用直线段近作。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

15、管的特性曲线。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第二十二页，本课件共有49页 输入特性曲线在输入特性曲线在Q点附近的微小范点附近的微小范围内可以认为是线性的。当围内可以认为是线性的。当uBE有一微有一微小变化小变化UBE时，基极电流变化时，基极电流变化IB，两者，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，用的比值称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第二十三页，本课件共有49页 输出特性曲线在放大区域内可认为输出特性曲线在

16、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无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受间可等效为一个受ib控制的电流源，控制的电流源，即：即：第二十四页，本课件共有49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、共射极放大电路的微变等效电路分析第二十五页，本课件共有49页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

17、：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）成反比第二十六页，本课件共有49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第二十七页，本课件共有49页Ri讨论讨论

18、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，总希流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望望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，也可以降低信号源内阻信号源内阻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。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，并的，并不理想。不理想。输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻第二十八页，本课件共有49页讨论：讨论：讨论：讨论：对

19、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，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，因此总希望因此总希望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，一在几千欧到几十千欧，一般认为是般认为是较大较大的，也不理想。的，也不理想。输出电阻输出电阻第二十九页，本课件共有49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第三十页，本课件共有49页动态分析动态分析第

20、三十一页，本课件共有49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射极跟随器射极跟随器第三十二页，本课件共有49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第三十三页，本课件共有49页讨论：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

21、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第三十四页，本课件共有49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，、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，输出电阻较大，频带较窄。常用作输入电阻值居中，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。低频电压放大电路的单元电路。2、共集电路只能放大电流，不能放大电压，输出电、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。常压跟随输

22、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极输出电路。也常用射极输出电路。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 电阻电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当。频率小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当。频率特性最好，常用于宽频带放大电路。特性最好，常用于宽频带放大电路。第三十五页，本课件共有49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

23、及其偏置电路 由此可见，温度影响工作点的高低，温度变化可由此可见，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。能引起放大电路产生饱和或截止失真。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第三十六页，本课件共有49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

24、点稳定的放大电路通常通常第三十七页，本课件共有49页RB1+UCRCRB2 RE直流通路直流通路静态分析静态分析求求Q（IBQ、ICQ和和UCEQ）第三十八页，本课件共有49页动态分析动态分析动态分析动态分析CERb1+UCRC Rb2 ReRLuiuoeb+c+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第三十九页，本课件共有49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

25、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）、连接（即耦合）、性能指标的计算性能指标的计算第四十页，本课件共有49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

26、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。第四十一页，本课件共有49页2 2、各极之间的耦合方式、各极之间的耦合方式、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：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。置；且不存在零点漂

27、移问题。缺点缺点缺点缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流信号；且由于需要大容：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容，因此不能在集成电路中采用。量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。第四十二页，本课件共有49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直流分量变化的信号；：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。且由于没有耦合电容，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。第四十三页，本课件共有49页变压器耦

28、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，：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，获得最大的功率增益，因此在输出功率放大器中通常采用变压得最大的功率增益，因此在输出功率放大器中通常采用变压器耦合电路。器耦合电路。缺点缺点：由于变压器的频带比较窄，体积大，难以集成，所以：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。在多级放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第四十四页，本课件共有49页（

29、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，其其负载电阻就是第二级的输入电阻。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

30、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。第四十五页，本课件共有49页例例题题 为提高放大电路为提高放大电路的带负载能力，多级的带负载能力，多级放大器的末级常采用放大器的末级常采用共集电路。共射共集电路。共射-共共集两级阻容耦合放大集两级阻容耦合放大电路如图所示。已知电路如图所示。已知电路中电路中 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

31、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。第四十六页，本课件共有49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，所以第四十七页，本课件共有49页RiRoRo1(2)求求Ri和和Ro；=Ri=Ri1=R1/R2/rbe1+(1+1)R42.66k 第四十八页，本课件共有49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=第四十九页，本课件共有49页