模拟电子技术第2章.pptx
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1、会计学1模拟电子技术第模拟电子技术第2章章2.1 2.1 放大电路的基本概念及性能指标放大电路的基本概念及性能指标 一一.放大的基本概念放大的基本概念 放大放大把微弱的电信号的幅度放大。把微弱的电信号的幅度放大。一个微弱的电信号通过放大器后,输出电压或电流的幅得到了放大,但它随时间变化的规律不能变一个微弱的电信号通过放大器后,输出电压或电流的幅得到了放大,但它随时间变化的规律不能变,即,即不失真不失真。第1页/共100页二二二二.放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标1.1.放大倍数放大倍数表示放大器的放大能力表示放大器的放大能力 根根根根据据
2、据据放放放放大大大大电电电电路路路路输输输输入入入入信信信信号号号号的的的的条条条条件件件件和和和和对对对对输输输输出出出出信信信信号号号号的的的的要要要要求求求求,放放放放大大大大器器器器可可可可分分分分为为为为四四四四种种种种类型,所以有四种类型,所以有四种类型,所以有四种类型,所以有四种放大倍数的定义。放大倍数的定义。放大倍数的定义。放大倍数的定义。(1)电压放大倍数)电压放大倍数定义为定义为:AU=uo/ui(2)电流放大倍数)电流放大倍数定义为定义为:AI=io/ii (3)互阻增益)互阻增益定义为定义为:Ar=uo/ii(4)互导增益)互导增益定义为定义为:Ag=io/ui第2页/
3、共100页2.输入电阻输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻从放大电路输入端看进去的等效电阻Ri=ui/ii一般来说,一般来说,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。第3页/共100页3.输出电阻输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻从放大电路输出端看进去的等效电阻 输出电阻是表明放大电路带负载能力的,输出电阻是表明放大电路带负载能力的,Ro越小,越小,放大电路带负载的能力越强,反之则差。放大电路带负载的能力越强,反之则差
4、。输出电阻输出电阻的定义:的定义:第4页/共100页4.通频带通频带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频带:通频带:fbw=fHfL放大倍数随频放大倍数随频率变化曲线率变化曲线幅频特性曲幅频特性曲线线 3dB带宽带宽第5页/共100页2.2 2.2 2.2 2.2 单管共射放大电路的工作原理单管共射放大电路的工作原理单管共射放大电路的工作原理单管共射放大电路的工作原理一三极管的放大原理一三极管的放大原理一三极管的放大原理一三极管的放大原理三极管工作在放大区:三极管工作在放大区:三极管工作在放大区:三极管工作在放大区:发射结正偏,发射结正偏,发射结正偏,
5、发射结正偏,集电结反偏。集电结反偏。集电结反偏。集电结反偏。UCE(-ICRc)放大原理:放大原理:UBEIBIC(IB)电压放大倍数:电压放大倍数:u uo o u ui i1第6页/共100页放大元件放大元件iC=iB,工作在放大区,要保证集电结反偏,发射结正偏。,工作在放大区,要保证集电结反偏,发射结正偏。二二.单管共单管共射射极放大电路的结极放大电路的结构及各元件的作用构及各元件的作用第7页/共100页各元件作用:各元件作用:使发射结正偏,并提供适当的静使发射结正偏,并提供适当的静IB和和UBE。基极电源与基极电阻基极电源与基极电阻集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电
6、源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻集电极电阻RC,将变化的电流转变为变化的电压。,将变化的电流转变为变化的电压。第8页/共100页耦合电容:耦合电容:电解电容,有极性,电解电容,有极性,大小为大小为10 F50 F作用:作用:隔直通交隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系,同时能使信号顺利输入输出。隔离输入输出与电路直流的联系,同时能使信号顺利输入输出。+各元件作用:各元件作用:第9页/共100页基本放大电路的习惯画法基本放大电路的习惯画法第10页/共100页1.静态工作点静态工作点Ui=0时电路的工作状态时电路的工作状态 三三.静态工作点静态工作点ui=0时时由于电源的由于电源的
7、存在,电路存在,电路中存在一组中存在一组直流量。直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-2第11页/共100页由于由于(IB,UBE)和和(IC,UCE)分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点,所以称为性曲线上的一个点,所以称为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点?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,是为了使三极管工作在线性区,以保证信号不失真。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。第12页/共100页开路开路画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路 2.2
8、.静态工作点的估算静态工作点的估算 将交流电压源短路,将电容开路。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3第13页/共100页画直流通路:画直流通路:Rb称为称为偏置电阻偏置电阻,IB称为称为偏置电流偏置电流。用估算法分析放大器的静态工作点用估算法分析放大器的静态工作点(IB、UBE、IC、UCE)IC=IB第14页/共100页例: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:VCC=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的数量级的数量级第15页/共100页一一.用图解法分析放大器的静态工
9、作点用图解法分析放大器的静态工作点UCE=VCCICRCVCCICUCE直流负载线直流负载线由估算法求出由估算法求出I IB B,I IB B对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q QQIB静态静态UCE静态静态IC2.3 2.3 放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法4第16页/共100页iBuBEQuiibic1.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,输入一微小的正弦信号假设在静态工作点的基础上,输入一微小的正弦信号 uiib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
10、的动态工作情况iCuCEuce注意:注意:uce与与ui反相反相!5第17页/共100页uiiBiCuCEuo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18页/共100页结论:结论:(1)放大电路中的信号是交直流共存,可表示成:)放大电路中的信号是交直流共存,可表示成:虽然交流量可正负变化,但瞬时量方向始终不变虽然交流量可正负变化,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,幅度被放大了,频率不变,但相位相反。相比,幅度被放大了,频率不变,但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot第19页/共100页对交流信号对交流信号(
11、输入信号输入信号ui)2.放大器的交流通路放大器的交流通路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:将直流电压源短路,将电容短路。将直流电压源短路,将电容短路。短路短路短路短路置零置零6第20页/共100页交流通路交流通路第21页/共100页3.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22页/共100页交流负载线交流负载线ic其中:其中:uce=-ic(RC/RL)=-ic RL第23页/共100页交流量交流量ic和和uce有如下关系:有如下关系:即:交流负载线的斜率为:即:交流负载线的斜率为:uce=-
12、ic(RC/RL)=-ic RL或或ic=(-1/RL)uce交流负载线的作法:交流负载线的作法:斜斜 率为率为-1/RL。(。(RL=RL Rc)经过经过Q点。点。第24页/共100页交流负载线的作法:交流负载线的作法:iCuCEVCCQIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线斜斜 率为率为-1/RL。(RL=RL Rc)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动轨迹。输入信号时工作点的运动轨迹。(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25页/共100页iCuCEuo可输出可输出的最大的最大
13、不失真不失真信号信号(1)合适的静态工作点)合适的静态工作点ib4非线性失真与非线性失真与Q Q的关系的关系7第26页/共100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27页/共100页iCuCEuo(3)Q点过高点过高信号进入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和失真截止失真和饱和失真统称统称“非线性失真非线性失真”第28页/共100页2.4 放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法思路: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
14、流小信号8第29页/共100页1、三极管的、三极管的h参数等效电路参数等效电路一一.三极管的共射低频三极管的共射低频h参数模型参数模型根据网络参数理论:根据网络参数理论:求变化量:求变化量:在小信号情况下:在小信号情况下:9第30页/共100页各各h参数的物理意义:参数的物理意义:iBuBE uBE iB输出端交流短路时的输出端交流短路时的 输入电阻,用输入电阻,用rbe表示。表示。输入端开路时的电压反馈系数,输入端开路时的电压反馈系数,用用r表示。表示。iBuBE uBE uCE第31页/共100页 iC iBiCuCE输出端交流短路时的电流放大输出端交流短路时的电流放大 系数,系数,用用表
15、示。表示。输入端开路时的输出电导,用输入端开路时的输出电导,用1/rce表示。表示。iCuCE iC uCE第32页/共100页该式可写为:该式可写为:由此画出三极管的由此画出三极管的h参数等效电路参数等效电路:第33页/共100页2、简化的简化的h h参数参数等效电路等效电路(1)r10-3,忽略。,忽略。(2)rce105,忽略。,忽略。得三极管简化的得三极管简化的h h参数等效电路。参数等效电路。10第34页/共100页3、rbe的计算:的计算:由由PN结的电流公式:结的电流公式:(常温下)(常温下)其中:其中:rbb=200所以:所以:第35页/共100页二二.放大器的交流分析放大器的
16、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(2)将交流通路中的三极管用)将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替参数等效电路代替11第36页/共100页2 2、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。第37页/共100页电路的输入电阻越大,从信号源取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得的电流越小,因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。较大的的输入电阻。3 3、输入电阻的计算:、输入电阻的计算:根据输入电阻的定义:根据输入电阻的定义:第38页/
17、共100页定义:定义:当信号源有内阻时:当信号源有内阻时:由图知:由图知:所以:所以:第39页/共100页所以:所以:4、输出电阻的计算:、输出电阻的计算:根据定义:根据定义:0+-第40页/共100页对于前面的电路(固定偏置电路)而言,对于前面的电路(固定偏置电路)而言,静态工作点由静态工作点由UBE、和和ICEO决定,这三个参决定,这三个参数随温度而变化。数随温度而变化。Q变变UBE ICEO变变T变变IC变变三三.静态工作点的稳定静态工作点的稳定1.温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响12第41页/共100页1、温度对、温度对UBE的影响的影响iBuBE25 C50CTUBEIB
18、IC第42页/共100页2、温度对、温度对 值及值及ICEO的影响的影响T、ICEOICiCuCEQQ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。总之:总之:TIC第43页/共100页I1I2IB2.静态工作点稳定的放大器静态工作点稳定的放大器选选I2=(510)IB I1 I2ICIE(1)结结构及工作构及工作原理原理13第44页/共100页静态工作点静态工作点稳定过程:稳定过程:TUBEICICIEUE UBE=UB-UE =UB-IE ReUB稳定稳定IB由输入特性曲线由输入特性曲线I1I2IBICIE第45页/共100页(2)直流通道及静态工作
19、点估算)直流通道及静态工作点估算:IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReIC IE=UE/Re =(UB-UBE)/Re 电容开路电容开路,画出直流通道画出直流通道第46页/共100页 将电容短路将电容短路,直流电源短路,画出电路的直流电源短路,画出电路的交流小信号等效电路交流小信号等效电路(3)动态分析:)动态分析:第47页/共100页电压放大倍数:电压放大倍数:RL=RC/RL第48页/共100页输入电阻:输入电阻:输出电阻:输出电阻:第49页/共100页思考:思考:若在若在Re两端并电容两端并电容Ce会对会对Au、Ri、Ro有什么影响?有什么影响?第50页/共100页一一.共集电
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