模拟电子电路第2章放大电路的分析.ppt

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1、第第3章章 放大电路基础放大电路基础3.1 概论概论 3.2 放大电路的组成和工作原理放大电路的组成和工作原理 3.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 3.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 3.5 射极输出器射极输出器 3.6 场效应管放大电路场效应管放大电路 3.7 阻容耦合多级放大电路阻容耦合多级放大电路 3.8 差动放大电路差动放大电路 3.9 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应1 重重 点点一点：直流工作点的估算一点：直流工作点的估算二法：图解法二法：图解法 微变等效电路法微变等效电路法(小信号小信号模型分析法）模型分析法）三三特特性性：输输入入/输输出出特特性性

2、放放大大特特性性 频频 率特性率特性四电路：共射电路四电路：共射电路2个个 共集电路共集电路 1个个 差动放大电路差动放大电路1个个2 3.1 概论概论3.1.1 放大的概念放大的概念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放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。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。uiuoAu33.1.2 放大电路的性能指标（放大电路的性能指标（4个指标）个指标）(1)电压放大倍数电压放大倍数AuUi和和Uo分别是

3、输入和输出电压的有效值。分别是输入和输出电压的有效值。(2)输入电阻输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为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。其提供信号，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路从其前级取电流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，从其前级取大小的参数。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。得的电流越小，对前级的影响越小。4AuIiUSUi输入电阻：输入电阻：5(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，而言，相当于信号源，我们可以将它看成一个等效电路，

4、这个等效我们可以将它看成一个等效电路，这个等效电路的内阻就是输出电阻。电路的内阻就是输出电阻。ro6如何确定电路的输出电阻？如何确定电路的输出电阻？在电路的计算中求在电路的计算中求ro方法：方法：1、所有的独立电源置零，保留受控源、所有的独立电源置零，保留受控源。2、加压求流法。、加压求流法。UI将独立源置零，将独立源置零，保留受控源。保留受控源。7(4)通频带通频带fAuAum0.7AumfL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8符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表大写字母、大写下标，表示直流量

5、。示直流量。uA小写字母、大写下标，表小写字母、大写下标，表示全量。示全量。ua小写字母、小写下标，表小写字母、小写下标，表示交流分量。示交流分量。9uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 10 3.2 基本放大电路的组成和工作原理基本放大电路的组成和工作原理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11RB+ECEBRCC1C2T共射放大电路共射放大电路放大元件放大元件iC=iB，工作在放大区，工作在放大区，要保证集电结反要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，

6、发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点12共射放大电路共射放大电路集电极电源，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+ECEBRCC1C2T13共射放大电路共射放大电路集电极电阻，将集电极电阻，将变化的电流转变变化的电流转变为变化的电压。为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2T14共射放大电路组成共射放大电路组成使发射结正偏，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。基极电源与基基极电源与基极电阻极电阻RB+ECEBRCC1C2T15共射放大电路组成共射放大电路组成耦合电容耦合电容隔离输入输出隔离输入输出与电路直流的

7、与电路直流的联系，同时能联系，同时能使信号顺利输使信号顺利输入输出。入输出。RB+ECEBRCC1C2T16单电源供电单电源供电可以省去可以省去RB+ECEBRCC1C2T17单电源供电单电源供电RB+ECRCC1C2T下面我们对此通道的直流和交流通路进行分析下面我们对此通道的直流和交流通路进行分析183.2.1 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 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。但是但是,电容对交、直流的作用不同。如果电电容对交、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，容容量足

8、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，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。交直流所走的通道是不同的。这样就有了这样就有了交流通道交流通道（只考虑交流信号的分（只考虑交流信号的分电路）和电路）和直流通道直流通道（只考虑直流信号的分电路）（只考虑直流信号的分电路）。不同的信号可以分别在不同的通道分析。不同的信号可以分别在不同的通道分析。19RB+ECRCC1C2例：例：对直流信号（只有对直流信号（只有+EC）开路开路开路开路20RB+ECRC直流通道直流通道21RB+ECRCC1C2对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路

9、短路短路短路置零置零22RBRCRLuiuo交流通道交流通道下面我们利用不同方法对共射电路进行静态特性和动下面我们利用不同方法对共射电路进行静态特性和动态特性的分析态特性的分析233.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析（直流状态分析）（直流状态分析）动态分析动态分析（交流状（交流状态分析）态分析）估算法估算法图解法图解法微变等效电微变等效电路法路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真24静态分析（分析静态工作点静态分析（分析静态工作点Q）1、估算法：、估算法：（1）根据直流通道估算根据直流通道估算IBRB+ECRCIBUBERB称为称为偏置电阻偏置电阻

10、，IB称为称为偏置电流偏置电流。25（2）根据直流通道估算根据直流通道估算UCE、ICRB+ECRCICUCE26例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。已知：已知：EC=12V，RC=4K，RB=300K ，=37.5。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27(IBQ,UBEQ)和和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输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。出特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ28图解法之前，先看看直流负载线的概念图解法之前，先看看直流负载线的概念UCEIC满足什满足什么关

11、系？么关系？（1）、输出特性。）、输出特性。IB为一固定数值时，为一固定数值时，EC可变时候，可变时候，IC和和UCE的关系，（即一的关系，（即一条输出特性曲线的特点）输出特性曲线条输出特性曲线的特点）输出特性曲线已经在前面讲解。已经在前面讲解。-三极管的非线性三极管的非线性特性特性（2）、当）、当IB为一变化数值时，为一变化数值时，EC不变时候，不变时候，IC和和UCE满足满足直流负载线的关系，直流负载线的关系，UCE=ECICRC。（即不同输。（即不同输出特性曲线的特点）出特性曲线的特点）三极管的线性特性三极管的线性特性2图解法：图解法：ICUCERB+ECEBRCC1C2T29ICUCE

12、UCE=ECICRCEC直流负载线直流负载线直流负载线直流负载线与输出特性与输出特性的交点就是的交点就是Q点点QIB两条曲线的交点同时满足以上两条曲线的交点同时满足以上两种关系的，即为静态工作点。两种关系的，即为静态工作点。30图解法具体做法：图解法具体做法：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对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是负载线的交点就是Q点。点。ICUCEQEC31IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么变化怎么变化、动态工作情况分析法、动态工作情况分析法1图解法图解法动态情况分析即分

13、析交流信号的放大原理动态情况分析即分析交流信号的放大原理假设假设uBE有一微小的变化有一微小的变化32ICUCEicuCE的变化沿一条交的变化沿一条交流负载线变化流负载线变化ucuCE相位如何相位如何uCE与与ui反相！反相！33RB+ECRCC1C2uiiBiCuCuo各点波形各点波形34实现放大的条件实现放大的条件1、晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集、晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。电结反偏。2、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。区。3、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。流

14、。4、输出回路将变化的集电极电流转化成变化的、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。集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。353.3.3 失真分析：失真分析：为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交设置在交流负载线的中间部分。如果流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成进入截止区或饱和区，造成非线性失真非线性失真。36iCuCE合适的静态工作点合适的静态工作点uo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号ib37iCuCEuoQ点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区称为截止失真

15、称为截止失真信号波形信号波形38iCuCEuoQ点过高，信号进入饱和区点过高，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39动态分析方法动态分析方法2小信号模型法（微变等效电路法小信号模型法（微变等效电路法1、三极管的三极管的微变等效电路微变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，将输入当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线特性在小范围内近似线性性。uBE iB对输入的小交流信号对输入的小交流信号而言，三极管发射节而言，三极管发射节相当于电阻相当于电阻rbe。40对于小功率三极管：对于小功率三极管：其中其中200欧姆表示基区的体电阻，而欧姆表示基区的体电阻

16、，而公式后半部分表示发射结的电阻，公式后半部分表示发射结的电阻，发射区的体电阻忽略，发射区的体电阻忽略，rbe的量级从的量级从几百欧到几千欧。几百欧到几千欧。41考察输出回路考察输出回路iCuCE所以：所以：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42iCuCE iC uCErce的含义的含义输出端还要并联一个大电阻输出端还要并联一个大电阻rce。原因是输出曲线只是近似平行，原因是输出曲线只是近似平行，43ubeibuceicuberbe ibib rceuceicrce很大，一般忽略。很大，一般忽略。44等效等效弄清楚等效的概念：弄清楚等效的概念

17、：1、对谁等效。、对谁等效。2、怎么等效。、怎么等效。ebcbec452、放大电路的、放大电路的微变等效电路微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替将交流通道中的三极管用微变等效电路代替rbe ibibiiicuiuoRBRCRL463、电压放大倍数的计算：、电压放大倍数的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL474、输入电阻的计算：、输入电阻的计算：对于为它提供信号的信号源来说，放大电路是对于为它提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：输入电阻的定义

18、：输入电阻是动态电阻。输入电阻是动态电阻。48电路的输入电阻越大，从信号源取得的电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的输电流越小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。入电阻。rbeRBRCRL495、输出电阻的计算：、输出电阻的计算：对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它转变为一个等效电路，该等效电路的内阻就将它转变为一个等效电路，该等效电路的内阻就是输出电阻。是输出电阻。计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法：1、所有独立电源置零，保留受控源，加压求流、所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。法。500rbeRB

19、RC0所以：所以：用加压求用加压求流法求输流法求输出电阻：出电阻：51 3.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。影响静态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由工作点由UBE,IB、和和IC决定，这些参数随温度决定，这些参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。一方面。RB+ECRCC1C2T52温度温度U

20、BE影响影响UBE的温度系数为的温度系数为2.2mv/OC,既随着温度上既随着温度上升而下降。升而下降。随着温度增加，加快了载流子的扩散速度，随着温度增加，加快了载流子的扩散速度，使基区电子与空穴的数目减少，更多的电子使基区电子与空穴的数目减少，更多的电子进入集电区，使进入集电区，使IC增加，增加，增加，总的效果增加，总的效果使的静态工作电向上移。使的静态工作电向上移。53iCuCEQQ总的效果是：总的效果是：温度上升时，温度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移，造线上移，造成成Q点上移。点上移。54总之：总之：TIC固定偏置电路的固定偏置电路的Q点是不稳定的。为此，需要点是不稳定的。为此，需要

21、改进偏置电路，当温度升高、改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自增加时，能够自动减少动减少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变化。保持点的变化。保持Q点基本稳点基本稳定。定。常采用分压式偏置电路常采用分压式偏置电路(射极偏置电路）来稳射极偏置电路）来稳定静态工作点。电路见下页。定静态工作点。电路见下页。55偏置电路偏置电路RB1+ECRCC1C2RB2RERLuiuoI1I2IB分析直流特性：分析直流特性：56RB1+ECRCC1C2RB2RERLuiuoI1I2IB 可以认为与温度无关，可以认为与温度无关，其原因见下页：其原因见下页：57RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI

22、1I2IB本电路稳压本电路稳压的过程实际的过程实际是由于加了是由于加了RE形成了形成了负负反馈反馈过程过程TUBEIBICUEIC而而UB被被RB1和和RB2固定固定58rbeRCRLRE射极偏置电路的微变等效电路（交流小信号模型）射极偏置电路的微变等效电路（交流小信号模型）59rbeRCRLRE将将RE折算折算到基极到基极去掉负载后的等输出电阻去掉负载后的等输出电阻60 3.5 共集电极电路（射极输出器）共集电极电路（射极输出器）RB+ECRCC1C2RERLuiuo假设假设EC=0,即即EC和地端短接，对于交流信号而言，输和地端短接，对于交流信号而言，输入端连接入端连接B和地端（和地端（C

23、端），输出端为端），输出端为E端和地端（端和地端（C端），即共用端），即共用C端，所以为共集电极电路。端，所以为共集电极电路。61静态分析：静态分析：RB+ECRCREIBIE折算折算62动态分析：动态分析：参数参数1、电压放大倍数、电压放大倍数rbeRERL631、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，故共集电极电路也称为故共集电极电路也称为电压跟随器电压跟随器。讨论讨论64参数参数2、输入电阻、输入电阻输入电阻高，输入电阻高，对前级有利。对前级有利。rbeRERL65参数参数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。rbeRERsro置置0其中其中US输入交流电源（信号源），输入交流电源（信号源），RS为交流电源内阻为交流电源内阻66rbeRERs67rbeRERs68一般一般所以所以射极输出器的输出电阻很小，带负载能射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。力强。69讨论讨论1、将射极输出器放在电路的首级，可以提高、将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。输入电阻。2、将射极输出器放在电路的末级，可以降低输、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。出电阻，提高带负载能力。70