第2章 基本放大电路.pptx
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1、2.1 2.1 放大电路的基本概念及性能指放大电路的基本概念及性能指标标 一.放大的基本概念 放大电路主要用于放大微弱的电信号,使输出放大电路主要用于放大微弱的电信号,使输出电压或电流在幅度上得到了放大,从而可以得电压或电流在幅度上得到了放大,从而可以得到所需要的功率。电信号的放大到所需要的功率。电信号的放大主要指电压放主要指电压放大,所用的电路称为电压放大电路。由于信号大,所用的电路称为电压放大电路。由于信号是连续的函数。称为模拟信号,处理模拟信号是连续的函数。称为模拟信号,处理模拟信号的电路称为模拟电路。的电路称为模拟电路。第一节第1页/共118页第一节二.放大电路的主要研究对象(技术指标
2、)1.放大能力 表示放大器的输出/输入的信号强度比或称放大倍数(增益)A(Amplater)。一.放大的基本概念 第2页/共118页根据放大电路输入信号和输出信号的类型,有四种放大倍数的定义。(1)电压放大倍数)电压放大倍数:Au=Uo/Ui (2)电流放大倍数)电流放大倍数:Ai=Io/Ii (3)互阻增益)互阻增益:Ar=Uo/Ii(4)互导增益)互导增益:Ag=Io/Ui第一节第3页/共118页(1)输入电阻输入电阻Ri从放大电路输入端看进去从放大电路输入端看进去的等效电阻,定义为:的等效电阻,定义为:IiUiRiUSRS信号源信号源Au输入端输入端输出端输出端Ri=Ui/IiUO=02
3、、输入、输入/输出电阻输出电阻第一节第4页/共118页IiUiRiUSRS信号源信号源一般来说(不考虑阻抗匹配),一般来说(不考虑阻抗匹配),Ri越大越好。越大越好。(1)Ri越大,越大,Ii就越小,从信号源索取的电流越小。就越小,从信号源索取的电流越小。(2)当信号源有内阻时,)当信号源有内阻时,Ri越大,越大,Ui就越接近就越接近US。Au输入端输入端输出端输出端2、输入、输入/输出电阻输出电阻第一节第5页/共118页(2)输出电阻输出电阻Ro从放大电路输出端从放大电路输出端 看进去的等效电阻。定义为:看进去的等效电阻。定义为:RO=UO/IO us=0AuuS输出端开路输出端开路放大电路
4、放大电路UOIORouso输出端开路输出端开路放大电路放大电路UOIO第一节第6页/共118页 输出电阻是表明放大电路带负载的能力,输出电阻是表明放大电路带负载的能力,一一般来说(不考虑阻抗匹配),般来说(不考虑阻抗匹配),Ro越小越好。越小越好。Ro越小,放大电路带负载的能力越强,反之越小,放大电路带负载的能力越强,反之则差。则差。第一节第7页/共118页3、通频带:、通频带:衡量放大电路对不同频率信号的放大能力衡量放大电路对不同频率信号的放大能力通频带:通频带:fbw=fHfL放大倍数随频率变化的曲线幅频特性曲线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
5、频带通频带第一节Am是中频放大倍数是中频放大倍数第8页/共118页4、最大不失真输出幅度iCuCEuo输出的最大不失真电压UCmib最大不失真电流ICm幅度(1)理想工作状态图)理想工作状态图第一节第9页/共118页(2)饱和失真图ICQIC0tUCEUCEQ0最大电流范围ic静态工作电流静态工作电流ICQ偏偏大,引起饱和失真大,引起饱和失真最大电压范围uceVcc-UCEQRcIcm=Ucm=UCEQ-Uces第一节第10页/共118页(3)截止失真图ICQIC0tUCE0ict静态工作电流静态工作电流ICQ偏偏小,引起截止失真小,引起截止失真Vcc-UcesRcIcm=Ucm=Vcc-UC
6、EQ第一节第11页/共118页三极管的放大原理共射放大电路的组成分析基本放大电路的工作原理静态工作点第二章第12页/共118页2.2 2.2 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理一三极管的放大原一三极管的放大原理理三极管工作在放大区:发射结正偏,集电结反偏。第二节第13页/共118页一三极管的放大原理一三极管的放大原理UCE(-ICRc)放大原理:UBEIBIC(bIB)电压放大倍数:第二节第14页/共118页集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL二.共射极放大电路的组成分析VCC第二节第15页/共118页Rb+VCCVBBRCC1C2Tui
7、uo输入输入输出输出参考点参考点RL基极电源VBB与基极电阻Rb使发射结正偏,并提供适当的静态工作点IB和UBE。共射放大电路共射放大电路第二节第16页/共118页共射放大电路共射放大电路Rb+VCCVBBRCC1C2TRL第二节第17页/共118页Rb+VCCVBBRCC1C2TRL+uiuo共射放大电路共射放大电路第二节第18页/共118页Rb单电源供电单电源供电+VCCRCC1C2TRL实际电路实际电路第二节第19页/共118页Rb+VCCRCC1C2Tui=0时时IC0ICIE=IB+ICRLIB无信号输入时无信号输入时1.静态工作点静态工作点u i=0时电路的工作状态时电路的工作状态
8、 三.静态工作点(直流工作状态)第二节第20页/共118页Rb+VCCRCC1C2TICQUBEUCEQ(IBQ,ICQ,UCEQ)(UBE=0.7V)RLIBQ静态工作点静态工作点第二节第21页/共118页(IB,UBE)和和(IC,UCE)分别对应于输入输出特性分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为曲线上的一个点称为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点?放大电路建立正确的静态工作点,是为了放大电路建立正确的静态工作点,是为了使三极管工作在线性区,以保证信号不失真。使三极管工作在线性区,以保证信号不失真。第二节第22页/共118页开路
9、开路Rb+VCCRCC1C2RL画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路 2.直流通路和静态工作点的估算将交流电压源短路,将电容开路直流通路的画法:直流通路的画法:开路开路第二节第23页/共118页Rb+VCCRC共射电路的直流通道图共射电路的直流通道图第二节第24页/共118页(1)估算)估算IBQ(UBE 0.7V)Rb+VCCRCIBUBERb称为称为偏置电阻偏置电阻,IB称称为为偏置电流偏置电流。简单电路静态工作的估算(简单电路静态工作的估算(IBQ、ICQ、UCEQ)第二节第25页/共118页(2)估算)估算UCE、ICRb+VCCRCICUCEICQ=IBQ第二节第26页/共1
10、18页2.3 放大电路分析常用的两种分析方法放大电路分析常用的两种分析方法图解分析法等效电路法利利用用晶晶体体管管的的特特性性曲曲线线,用作图的方法来分析。用作图的方法来分析。将具有非线性特性的晶体将具有非线性特性的晶体管近似用线性等效电路来管近似用线性等效电路来代替,然后利用电路理论代替,然后利用电路理论求解。求解。第二章第27页/共118页一一.用图解法分析放大器的静态工作点用图解法分析放大器的静态工作点UCE=VCCICRCVCCICUCE直流负载线由估算法求出IB,IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QQIB静态静态UCE静态静态IC放大电路的图解分析法第三节第28页/共11
11、8页IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么变化怎么变化1.交流放大原理(设输出空载)交流放大原理(设输出空载)假设在静态工作点的基础上,假设在静态工作点的基础上,输入一微小的正弦信号输入一微小的正弦信号 ui静态工作点静态工作点二二.用图解法分析放大器的动态工作情况用图解法分析放大器的动态工作情况第三节第29页/共118页ICUCEicuCE也沿着也沿着负载线变化负载线变化uCEUCE与Ui反相!第三节第30页/共118页Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo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第三节第31页/共118页结论:结论:(1)放大电路中
12、的信号)放大电路中的信号是交直流共存,可表示成:是交直流共存,可表示成:虽然交流量可正负变化,虽然交流量可正负变化,但瞬时量方向始终不变但瞬时量方向始终不变(2 2)输出)输出u uo o与输入与输入u ui i相比,相比,幅度被放大了,频率不变,幅度被放大了,频率不变,但相位相反。但相位相反。第三节第32页/共118页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零2.放大器的交流通路放大器的交流通路Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/C 0交流通路交流通路分析动态工作情况分析动态工作情况交流通路的画法:交流通路的画法:第三节第33页/共118页RbRCRLuiuo交
13、流通道交流通道第三节第34页/共118页Rb+VCCRCC1C2RL3.交流负载线交流负载线输出端接入负载输出端接入负载RL:不影响不影响Q 影响动态!影响动态!第三节第35页/共118页交流负载线交流负载线RbRCRLuiuoicuce其中:其中:uce=-ic(RC/RL)=-ic RL第三节第36页/共118页交流量交流量ic和和uce有如下关系:有如下关系:这就是说,交流负载线的斜率为:这就是说,交流负载线的斜率为:uce=-ic(RC/RL)=-ic RL或或ic=(-1/RL)uce交流负载线的作法:斜 率为-1/RL。(RL=RLRc)经过经过Q点。点。第三节第37页/共118页
14、交流负载线的作法交流负载线的作法ICUCEVCCQIB直流负载线斜率为-1/RL RL=RLRc)经过经过Q点。点。注意:注意:(1)交流负载线是有交流)交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运输入信号时工作点的运动轨迹。动轨迹。(2)空载时,交流负载线与直流负载线重合。)空载时,交流负载线与直流负载线重合。第三节第38页/共118页最大输出电压幅值最大输出电压幅值Uomax直流负载线直流负载线根据直流通根据直流通路列出方程得到:路列出方程得到:交流负载线交流负载线根据微变等效根据微变等效电路列出方程得到:电路列出方程得到:在不发生失真的情况下,在不发生失真的情况下,最大输出电压幅值:最大输出
15、电压幅值:第三节第39页/共118页iCuCEuo可输出的最大不失真信号(1)合适的静态工作点)合适的静态工作点ib4非线性失真与Q的关系第三节第40页/共118页iCuCEuo(2)Q点过低点过低信号进入截止区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第三节第41页/共118页消除截止失真提高静态工作点的位置,适当减小提高静态工作点的位置,适当减小输入输入信号信号ui的幅值。的幅值。对于图示共射极放大电路对于图示共射极放大电路可以减小可以减小Rb阻值,增大阻值,增大IBQ。+_RbuiVBBTVccRcuo+_+第三节第42页/共118页iCuCEuo(3)Q点过高点过高信号进入
16、饱和区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截止失真和饱截止失真和饱和失真统称和失真统称“非线性失真非线性失真”第三节第43页/共118页消除饱和失真降低静态工作点的位置,以及适当降低静态工作点的位置,以及适当减少输入信号减少输入信号ui的幅值。的幅值。可以增大可以增大Rb阻值,减小阻值,减小IBQ,;也可以减小,;也可以减小RC,增大增大UCEQ。+_RbuiVBBTVccRcuo+_+第三节第44页/共118页图解法一般多适用于分析输出幅值比较大而工作频率不太高的情况。在实际应用中,多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压和失真情况。第三节第45页/共118页放大电路的交流模
17、型分析法放大电路的交流模型分析法(等效电路法)(等效电路法)思路:将非线性的思路:将非线性的BJT等效成一个线性电路等效成一个线性电路条件:交流小信号条件:交流小信号第三节第46页/共118页1、三极管的、三极管的h参数等效电路参数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,将输当信号很小时,将输入特性在小范围内近入特性在小范围内近似线性似线性。uBE iB对输入的小交流信号而言,三极管BE间等效于电阻rbe。一一.三极管的共射低频三极管的共射低频h参数模型参数模型第三节第47页/共118页对输入的小交流信号而言,三极管BE间等效于电阻rbe。becrbeibbeubeub
18、eib第三节第48页/共118页rbe的计算:的计算:根据根据PN结的伏安特性方程结的伏安特性方程:推导出推导出:第三节第49页/共118页考察输出回路考察输出回路iCuCE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电流源两端还要并两端还要并联一个大电阻联一个大电阻rce。第三节第50页/共118页iCuCE iC uCErce的含义的含义第三节第51页/共118页ubeibuceicuberbe ibib rceuceic画出三极管的画出三极管的h参数等效电路参数等效电路第三节第52页/共118页三极管的三极管的简化简化微变等效电路微变等
19、效电路等效等效ebcebcrbeic=ib第三节第53页/共118页三极管的简化微变等效电路三极管的简化微变等效电路请注意如下问题请注意如下问题:电流源为一受控源,而不是独立的电源。电流源为一受控源,而不是独立的电源。电流源的流向不能随意假定,而是由电流源的流向不能随意假定,而是由i ib b决决定。定。该模型仅适用于交流小信号,不能用于静该模型仅适用于交流小信号,不能用于静态分析和大信号。态分析和大信号。第三节第54页/共118页二二.放大器的交流分析放大器的交流分析1.画出放大器的微变等效电路画出放大器的微变等效电路(1)画出放大器的交流通路)画出放大器的交流通路第三节第55页/共118页
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