模电212223基本放大电路.pptx

《模电212223基本放大电路.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电212223基本放大电路.pptx（43页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、本章要求掌握掌握（1)1)放大、静态工作点、饱和失真与截止失真、直流通路与交放大、静态工作点、饱和失真与截止失真、直流通路与交流通路、直流负载线与交流负载线、流通路、直流负载线与交流负载线、h参数等效模型、放大倍数、参数等效模型、放大倍数、输入电阻和输出电阻、最大不失真输出电压、静态工作点的稳定。输入电阻和输出电阻、最大不失真输出电压、静态工作点的稳定。（2）放大电路的组成原则和各种基本放大电路的工作原理及特点放大电路的组成原则和各种基本放大电路的工作原理及特点（3 3）放大电路的分析方法，能够正确估算基本放大电路的静态工放大电路的分析方法，能够正确估算基本放大电路的静态工作点和动态参数作点和

2、动态参数Au、Ri、R0。理解理解：派生电路的特点，电路输出波形产生截止失真和饱和：派生电路的特点，电路输出波形产生截止失真和饱和失真失真的原因的原因了解：了解：稳定静态工作点的必要性及稳定的方法稳定静态工作点的必要性及稳定的方法第1页/共43页2 21 1 放大放大的概念和放大电路主要性能指标的概念和放大电路主要性能指标2.1.1 2.1.1 放大的概念放大电路声音声音话筒(传感器)扬声器(执行机构)图2.1.1 扩音器示意图电子学中的放大放大的对象：变化量表象：将信号的幅值由小变大本质：实现能量的控制和转换。基本特征：是功率放大。有源元件具有能量作用的元件（三极管）（扬声器所获得的能量远大

3、于话筒送出的能量）第2页/共43页2.1.2 2.1.2 放大电路的性能指标1.1.放大倍数（Au）衡量放大电路放大能力的重要指标，其值为输出量电压放大倍数电流放大倍数2.输入电阻Ri （从放大电路输入端看进去的等效电阻）定义为输入电压有效值Ui和输入电流有效值I i之比，即 表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri愈大，放大电路从信号源吸取的电流愈小，反之则愈大。RiRi大i i小（负载轻）好（对信号源索取的能量低）;Ri;Ri小i i大（负载重）。（或）与输入量（或）之比。信号源负载第3页/共43页输出电阻是表明放大电路带负载的能力。Ro大，则RL的变化对输出电压VO的影响越大，表明放

4、大电路带负载的能力差，反之则强。3.输出电阻R Ro o从放大电路输出端看进去的等效内阻。RL=信号源负载故希望：Ri大，Ro小原则：将负载电阻RL开路，并想象在输出端加一个电压源,将输入电压信号源短路，但保留内阻。然后计算IT及RO。第4页/共43页4.4.通频带图2.1.4 放大电路的频率指标当A(f )下降到中频电压放大倍数Am的 1/1/时，即放大电路的增益A(f )是频率的函数在一定的频率范围内fL 下限截止频率，fH 称为上限截止频率。fbw 为通带频率（反应对不同频率的通过能力）第5页/共43页5.非线性失真系数D 输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数D。A1

5、为基波幅值A A2 2、A3为谐波幅值6.最大不失真输出电压Uom 当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。7.最大输出功率与效率在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率，记为Pom。直流电源能量的利用率称为效率Pv为电源消耗的功率放大电路实质：能量较小的输入信号通过晶体管的控制作用，去控制电源E EC C（集电极电源）所供给的能量，以在输出端获得一个能量较大的信号。晶体管是一个控制元件。第6页/共43页2 22 2 基本基本共射放大电路的工作原理共射放大电路的工作原理 基本放大电路：22.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用 基本组成如下：晶体管T基极电阻Rb

6、 集电极电源VCC 集电极电阻Rc输入信号ui 基极电源VBB 核心元件，起放大作用与基极电源一起共同决定基极电流IB使晶体管b-e间电压UBEUon使晶体管的集电结反向偏置，以保证晶体管工作在放大状态将IC转换为c-e间的电压UCE=Vcc-IcRc正弦波电压VCCRSusRbVBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE信号源信号源信号源信号源负载负载负载负载由一个三极管所组成的简单放大电路第7页/共43页基本组成如下：VCCRSusRbVBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiEVBB、VCC：几伏至几十伏：几伏至几十伏Rb:几百千欧几百千欧Rc

7、:几千欧几千欧 为分析方便，对交流电压为分析方便，对交流电压和电流要标假定的正方向，和电流要标假定的正方向，即参考方向。对交流电压，即参考方向。对交流电压，以放大电路的输入和输出以放大电路的输入和输出回路的共同端作负端，其回路的共同端作负端，其它各点为正端；对交流电它各点为正端；对交流电流，参考方向是流，参考方向是ic、ib以以流入电极为正，流入电极为正，ie以流出以流出电极为正，对微变等效电电极为正，对微变等效电路中的受控源，受控量的路中的受控源，受控量的参考方向取决于控制量的参考方向取决于控制量的参考方向。参考方向。第8页/共43页单电源供电时的习惯画法单电源供电时的习惯画法共发射极基本电

8、路共发射极基本电路VccRSesRbRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiEVCCRSusRbVBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE第9页/共43页电流分成直流电流和交流电流两大类。凡方向不随时间变化的电流都可称为直流电流；大小、方向都不随时间变化的电流叫稳恒直流；凡大小、方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电流或交变电流。第10页/共43页2.2.22.2.2.放大电路的工作特点放大电路的工作特点UBEIBICUCE1.无输入信号(ui=0)时 静态（直流工作状态）uBEtOiBtOiCtOuCEtOIBUBEOQIBUBEICUCEOQUCEI

9、C=0VccRbRCC1C2T+ui+uBEuCE iCiBiEuo第11页/共43页UBEIB？ICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO2、有输入信号(ui 0)时:静态+动态（交、直流工作状态）交直流信号共存无输入信号(ui=0)时:有输入信号有输入信号(u ui i 0)0)时时 uCE=VCC iC RC VccRbRCC1C2T+ui+uBEuCE iCiBiEuo uo 0uBE=UBE+uiiB=IB+ibiC=IC+icuCE=UCE+uo第12页/共43页结论：结论：(1)(1)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发加上输入信号电压后，各电极电流

10、和电压的大小均发(2)(2)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电即电路路(3)(3)输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差180180，即共发射，即共发射uitOuotO极电路具有反相作用。极电路具有反相作用。具有电压放大作用。具有电压放大作用。终不变。终不变。生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始第13页/共43页uBE=0，三极管截止2.2.3 静态和静态工作点1.1.静态和静态工作点静态：时，放大电路的工作状态称为静态（直流工作状态）静态工作点：静态

11、时电路中各电极电流和各电极之间的电压2.为什么要设置静态工作点.图2.2.2 没有设置合适的静态工作点RbRc+VCCuiT+-+-uo(IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ)uBEtOuCEtO(1)ui=0时UonVCCtuo0t0ui（避免失真）不产生失真的条件在输入信号一个周期内，直流分量交流分量uBE=ui(2)Ui0时Uon第14页/共43页2.2.4 2.2.4 放大电路的组成原则1.组成原则（1）发射结正偏，集电结反偏，有适当的静态工作点（2）输入信号能顺利传递（3）失真度不超过允许范围2.常见的两种共射放大电路（）直接耦合共射放大电路必不可少！若Rb10，则静态时，由于输入端短

12、路，晶体管截止，电路不可能正常工作。（2）阻容耦合共射放大电路隔直，通交第15页/共43页2 23 3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法分析的任务求静态时的 IBQ、ICQ、UCEQ求动态时的分析方法估算法：求静态工作点图解法：适用于动态和静态分析微变等效法：适用于动态分析2.3.1 直流通路与交流通路1、直流通路在直流电源作用下直流电流流经的通路，画法：电容视为开路，电感视为短路，信号源视为短路，即静态电流流经的通路，用于研究静态工作点。但应保留其内阻。放大电路的分析主要包含两个部分:直流分析,又称为静态分析,用于求出电路的直流工作状态,即基极直流电流IB;集电极直流电流IC;集电极与发

13、射极间直流电压UCE。交流分析,又称动态分析,用来求出电压放大倍数、输入电阻和输出电阻三项性能指标。第16页/共43页直流通路断开断开断开断开+VCCRbRCT+UBEUCEICIBIE+VCCRSusRbRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE第17页/共43页+VCCRSusRbRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE2、交流通路容量大的电容（如耦合电容）视为短路；画法RbRCuiuORLRSus+短路短路短路短路对地短路对地短路交流通路交流通路无内阻的直流电源（如+VCC）视为短路。用于研究动态参数。动态时（ui0）交流信号电流流经的通路，第18页/共

14、43页Rb2Rc+VCCuiT+-+-uoRb1RL2.3.2 估算法求静态工作点求静态工作点：A.B.C.Rb2Rc+VCCui=0+-+-uoRb1RL+-UBEQIBQIRb1IRb2ICQUCEQ令ui采用该方法必须已知三极管的 值。硅管UBE=0.7V，锗管UBE=0.2V第19页/共43页例：例：用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。由KVL可得：由KVL可得：ReIEQ+VCCRbRC+UBEQUCEQICQIBQ第20页/共43页2.3.3 图解法 在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它各元件参数的情况下,利用作图的方法对放大电路进行分

15、析即为图解法.第21页/共43页1.图解法分析静态当uI=0时在输出回路，（1）直流负载线直流负载线QiB=IBQ 输出回路图解分析uCEiC0ICQVCCVCC基本共射放大电路RciCRbTVCC+-uCE+-uBEiBVCC/RCUCEQ（2）确定 iB=IBQ直流负载线方程iC=0uCE=0RbRc+VccuiT+_+_uoC1RL+_+_C2第22页/共43页（3）参数对静态工作点的影响uCEiC0IBQQRb对Q点的影响直流负载线不变Q1Q2工作点在Q1Q2间移动Rc对Q点的影响Q1Q2特性曲线不变工作点在Q1 Q2 间移动Vcc对Q点的影响直流负载线斜率不变，工作点在直流负载线上移

16、动第23页/共43页2.图解法分析动态 阻容耦合共射放大电路RbRc+VCCuiT+-+-uoC1RL+-+-C2RbRc+-RL+-（1）直流负载线IBQQuCEiC0ICQVCCUCEQ直流负载线(-1/Rc)（2）交流负载线-ui0信号遵循的负载线。在输出特性曲线上观察放大电路在ui0的工作情况icuce第24页/共43页 斜率为-1/(RcRL)。交流负载线的画法：ABIBQQuCEiC0ICQVCCUCEQ直流负载线(-1/Rc)交流负载线-1/(RcRL)UCEQ+ICQRL交流负载线应具备的两个特征：必过Q点；（1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。（2）空载时，交

17、流负载线与直流负载线重合。注意：第25页/共43页（3）动态分析动态分析QuCE/VttiB B/AIBtiC C/mAICiB B/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoR RL L=uo比比ui幅度大且相位相反幅度大且相位相反uo RL对uo的影响：在输入信号ui不变的情况下，输出电压uo的幅值变小。电压放大倍数变小，最大不失真输出电压也变小。R RL L 第26页/共43页 输入回路的波形分析3.图解分析法的应用 输出回路的波形分析（1）图解分析法分析波形的非线性失真三极管特性曲线的非线性引起的失真非线性失真第27页/共43页截

18、止失真 工作点太低抑制失真的方法uiuotiB B/AiB B/AuBE/VtuBE/VUBEQOOOQQuCE/VtiC C/mAuCE/VOOUCEQ第28页/共43页（2）饱和失真工作点太高抑制饱和失真的方法或退出饱和ouBE/ViB/mAQ2uoUCEQQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOOQ1otuBE/VUBEQui第29页/共43页iB=IBQQuCEiC0ICQVCCVCC/RC负载线问题1的解决UCEQ临界饱和UCESiB=IBQQuCEiC0ICQVCCVCC/RC负载线问题2的解决UCEQ临界饱和UCES以UCEQ为中心,取VCC-UCEQ和UC

19、EQ-UCES这两段距离中小的数值，就是能输出的最大不失真幅值（峰值）。为使电路不失真输出幅值最大，Q点应设在负载线对应于uCE=UCES和IB=0两点间的中点。(1)若 Q 点已定（在放大区），能输出的不失真最大幅度是多大？(2)Q点设在什么地方能使电路不失真输出幅值最大？4.图解法分析最大不失真电压第30页/共43页 对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线与交5、图解法的适用范围 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。流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路情况，只有在空载情况下，两条直线才和二为一。结论：第31页/共43页2.3.3 等效电路法1、晶体

20、管简化h参数等效模型2、共射放大电路动态参数的分析将晶体管的模型以电路的形式表达后，用解电路的方法来进行分析和计算的。第32页/共43页输入端口输出端口+-uBEiBiC+-uCEbeceiB0uBEQiBuBEiBQuCEiC0VCCVCC/RCiC在输入特性Q点附近输入电阻在输出特性Q点附近（与uCE无关）+-+-在共射接法放大电路中,在低频小信号作用下,将晶体管看成一个线性双口网络,利用网络的h参数来表示输入、输出的电压与电流的相互关系，便可得出等效电路，成为共射h参数等效模型。该模型只能用于放大电路动态小信号参数分析。（1）简化h参数等效模型1、晶体管简化h参数等效模型 I b 是受控

21、源，且为电流控制电流源，其电流方向与I b的方向是关联的。第33页/共43页rbbbbcerbe（2）rbe的近似表达式crbbbrberecerbcrcbe或 该式表明，Q点愈高，即IEQ(ICQ)愈大，rbe 愈小基区体电阻发射区体电阻 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出；rbe 与与Q点有关，可用图示仪点有关，可用图示仪测出。也可用公式估算：测出。也可用公式估算：工程上工程上BJT H参数的确定参数的确定第34页/共43页该模型只能用于交流通路。h参数等效模型只适用于低频信号，信号比较小且工作在线性度比较好的区域时，计算的结果误差才较小。基本放大电路有三种接法，所以管子三个极在小信号等效

22、电路中的位置要随不同接法而改变。bece+-+-+-uBEiC+-uCEiB第35页/共43页2、共射放大电路动态参数的分析+VCCRSRbRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiERbRCuiuORLRSus+-+-RcRbRs+-RL电路的交流等效电路us第36页/共43页RL=“-”号表示u0与ui相差1800(1)电压放大倍数的计算+-+-RcRbRs+-RL(2)输入电阻的计算ri(3)输出电阻的计算=0=0R0Rs第37页/共43页 1.电路如图所示。电路如图所示。试画出试画出其小信号等效模型电路。其小信号等效模型电路。解：解：例题例题第38页/共43页例2.3.3

23、 在图所示电路中，已知VCC=12V,Rb=510k,Rc=3k；晶体管的rbb=150 ，=80，导通时的UBEQ=0.7V；RL=3k 。求（1）求出电路的 、和 ；（2）若所加信号源内阻RS为2k ，求出RbRc+VccuiT+_+_uoC1RL+_+_C2解：(1)首先求出Q点和rbeUCEQ大于UBEQ，说明Q点在晶体管的放大区。第39页/共43页画出交流等效电路如图所示。+-+-RcRbRs+-RLRbRc+VccuiT+_+_uoC1RL+_+_C2第40页/共43页+-+-RcRbRs+-RL (2)根据 的定义 的数值总是小于 的数值，输入电阻愈大，愈接近 ，也就愈接近。实际温度变化会影响少子的运动，IC变化，AV变化，输出不稳定，故电路需要改良，以针对温度对IC产生的影响。第41页/共43页作 业 2.5 2.7 2.10 2.11 2.12 2.13 2.16第42页/共43页感谢您的观看。第43页/共43页