模拟电路与数字电路3章g.

3放大电路基础基本放大电路：一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。3.1概述基本放大电路共基极放大电路（CB）共发射极放大电路（CE）共集电极放大电路（CC）1.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。3.2共发射极放大电路共射极放大电路的简化电路（一般选取VCC＝VBB）及习惯画法耦合(隔直)电容C1，C2——输入电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。作用“传送交流，隔离直流”。基本组成：三极管T——起放大作用。集电极电阻RC，负载电阻RL——将变化的集电极电流转换为电压输出。偏置电路VCC，Rb——使三极管工作在线性区。•Vbb是基极回路的直流电源，负端接发射极，正端通过基极电阻Rb接基极，以保证发射结为正向偏置，并通过Rb，由VBB供给基极一个合适的基极电流IB(常称为偏流)。•Vcc是集电极回路的直流电源,负端接发射极，正端通过电阻Rc接集电极，以保证集电结为反向偏置；固定偏流电路偏流IB决定于VBB和Rb的大小，VBB和Rb一经确定后，偏流IB就是固定的，称为固定偏流电路。Rb又称为基极偏置电阻。bBBbBEBBBRVRVVI•输入电压vi从电路的A、O两点(输入端)输入，输出电压vo由B、O两点(称输出端)输出。•输入端的交流电压vi通过电容Cb1加到BJT的发射结，引起基极电流iB相应的变化。iB的变化使集电极电流iC随之变化。cCCCCERiVv共射极放大电路工作原理共射极放大电路工作原理•iC的变化量在集电极电阻Rc上产生压降。当iC的瞬时值增加时，集电极电压vCE要减小，其变化与iC相反。vCE的变化量经过电容Cb2传送到输出端成为输出电压vo。•电路参数选择适当，vo的幅度将比vi大得多，从而达到放大的目的。三极管放大作用o2cecc)b(cbbe1ivcvRiiiivcvβ放大电路工作过程变化的电流通过Rc转变为变化的电压输出放大作用是利用BJT的基极对集电极的控制作用来实现的，即在输入端加一个能量较小的信号，通过BJT的基极电流去控制流过集电极电路的电流，从而将直流电源VCC的能量转化为所需要的形式供给负载。放大作用的本质放大作用实质上是放大器件的控制作用；放大器是一种能量控制部件。注意：放大作用是针对变化量而言的.例:测量三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。解：（a）放大（b）截止（c）饱和BECEuu0BEuCEBEuu例：用数字电压表测得VB=4.5V、VE=3.8V、VC=8V，电路如图所示。试判断三极管的工作状态。CEBEuu3.3图解分析法3.3.1静态工作情况分析•静态——当放大电路没有输入信号(vi＝0)时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。在静态工作情况下，BJT各电极的直流电压和直流电流的数值，将在管子的特性曲线上确定一点，这点常称为Q点。•动态——当放大电路输入信号后，电路中各处的电压、电流便处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。1、近似估算Q点•对于静态工作情况，可以近似地进行估算，也可用图解法求解。这里先通过一例题估算Q点，然后再详细讨论图解法。例1电路如下图所示，试近似估算它的Q点。如已知β，利用式(1)和式(2)可以近似估算放大电路的Q点。bCCBRVIcCCCCERIVV在计算Q点时，只需考虑图中由VCC、Rb、Rc及BJT所组成的直流通路。∵对应于iB的集电极电流iC，并注意此时iB=IB，iC=IC，有：IC=βIB（1）从图中的集电极回路，可得:（2）解：2．用图解法确定Q点(1)把放大电路分成非线性和线性两个部分；非线性部分包括非线性器件---BJT和确定其偏流的VBB和Rb，线性电路部分包括Vcc和Rc的串联电路。(2)作出电路非线性部分的V－I特性——BJT的输出特性；BJT的偏流由VBB及Rb确定，vCE和ic的关系是BJT对应于iB=IB的一条输出特性曲线。(3)作出线性部分的V－I特性——直流负载线；直流负载线与横轴和纵轴分别相交于两点，其斜率－l／Rc是由集电极负载电阻Rc确定的。cCCCCERiVvbBBBRVI电路的线性与非线性两部分是串联在一起构成一个电路整体，图中只有两部分V-I特性的交点Q所对应的电流电压值，同时满足Q点表示在给定条件下电路的工作状态。(4)由电路的线性与非线性两部分V－I特性的交点确定Q点。•1、三极管放大电路中_____是核心器件，用来实现放大，电容在电路的作用是_____•2、三极管放大电路静态分析就是要计算静态工作点，即计算、、三个值。•3、当时，放大电路的工作状态称为静态;当时，放大电路的工作状态称为动态。•4、画放大电路的直流通路时，电路中的电容应;画放大电路的交流通路时，电路中的电容应.5、在共发射极基本交流放大电路中，已知UCC=12V，RC=4k，RL=4k，RB=300k，β=37.5试求放大电路的静态值3.3.2动态工作情况分析1．放大电路在接入正弦信号时的工作情况•接入正弦信号时，电路处在动态工作情况，可根据输入信号电压vi通过图解确定输出电压vo，从而得出vo与vi之间的相位关系和动态范围。图解的步骤：先根据输入信号电压vi在输入特性上画出iB的波形，然后根据iB的变化在输出特性上画出iC和vCE的波形。viiBiC和vCE(1)根据vi在输入特性上求iB设输入电压vi＝0.02sinωt（V）由图可读出对应于峰值为0.02V的输入电压，基极电流iB将在60μA与20μA之间变动。曲线①------vBE就是在原有直流电压VBE的基础上叠加了一个交流量vi(vbe)曲线②------根据vBE的变化规律，可从输入特性画出对应的iB的波形图•动态工作范围——直流负载线是不变的，iB变动时，直流负载线与输出特性的交点也随之而变，对应于iB＝60μA和iB=20μA的输出特性与直流负载线的交点分别是Q''和Q'点，放大电路只能在负载线的Q'Q''段上工作，直线段Q'Q''是工作点移动的轨迹，称为动态工作范围。(2)根据iB在输出特性上求iC和vCE•在坐标平面上面出对应的iB、ic和vCE的波形图，如曲线②、③、④所示。vCE中的交流量vce的波形就是输出电压vo的波形。几点结论①没有输入信号电压时，BJT各电极都是恒定的电流和电压(IB、Ic、VCE)，当在放大电路输入端加入输入信号电压后，iB、ic和vCE都在原来静态直流量的基础上叠加了一个交流量，即iB=IB+ib，iC=IC+ic，vCE=VCE+vce放大电路中电压、电流包含两个分量：一个是静态工作情况决定的直流成分IB、Ic、VCE，另一个是由输入电压引起的交流成分ib、ic和vce。虽然这些电流、电压的瞬时值是变化的，但它们的方向始终是不变的。③vo(vce)与vi相位相反，称为放大电路的反相作用，共射极放大电路又叫做反相电压放大电路，它是一种重要的电路组态。②vCE中的交流分量vce(即经Cb1隔直后的交流输出电压vo)的幅度远比vi为大，且同为正弦波电压，体现了放大作用。放大电路输出端接上负载电阻RL的电路（a）电路图（b）交流通路2．交流负载线对于交流分量来说，用R'L来表示电流、电压之间的关系。即：表示交流分量电压、电流关系的负载线的斜率应该是—1／R'L,而不是—1／Rc。交流负载线和直流负载线必然在Q点相交。通过Q点作一条斜率为—1／R'L的直线就可得到交流负载线。•把由斜率为—1／R'L定出的负载线称为交流负载线，它由交流通路决定。交流负载线表示动态时工作点移动的轨迹。OiCVCCvCEQIBQ直流负载线斜率为VCCRC1RC1RL′交流负载线斜率为VCEQICQICQR’LICQR’L+VCEQiBvCEQ点的选择•Q点的选择可以采取比较灵活的原则。当信号幅度不大时，为了降低直流电源Vcc的能量消耗，在不产生失真和保证一定的电压增益的前提下，可把Q点选得低一些。•Q点选得过低，将产生截止失真；若Q点选得过高，将引起饱和失真。•一般，Q点选在交流负载线的中央，这时可获得最大的不失真输出，亦即可得到最大的动态工作范围。iCuCEuo可输出的最大不失真信号选择静态工作点ibiCuCEuo1.Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ibiCuCE2.Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形3．BJT的三个工作区域•BJT的基本特点是通过电流控制实现放大作用，但是这种放大作用并不是在任何情况下都能实现的。•如果Q点过高，BJT就会从放大转化为饱和，而Q点过低时，BJT又会从放大转化为截止，这时BJT的工作性质也就起了变化。•饱和、放大、截止称为BJT的三种工作状态，对应这三种工作状态，可把BJT的输出特性分成三个区域，即:饱和区、放大区和截止区。BJT的三个工作区域•饱和现象的产生是由于工作点上移使vCE减小到一定的程度后，即使IB增加，IC却不能增加即不再服从Ic＝βIB的规律了。一般把输出特性直线上升和弯曲部分划为饱和区。在饱和状态下，BJT的VCE很小，BJT如同工作在短接状态。•BJT输出特性的平坦部分接近于恒流特性，这部分符合Ic＝βIB的规律，称为放大区，这是放大电路的工作区域。饱和失真和截止失真•如IB减小，则Q点就会沿直流负载线向下移动，当IB＝0时，工作到Q2点，Ic＝ICEQ≈0，这时IB＝0，Ic≈0，VCE≈VCC，BJT如同工作在断开状态，一般把输出特性IB＝0曲线以下的部分称为截止区。•改变IB就可使BJT的三种状态互相转化。在放大电路中要尽量避免工作到饱和区和截止区，以免产生饱和失真和截止失真，甚至失去放大作用。一些典型数据•在实际工作中，常可利用测量BJT各电极之间的电压来判断它的工作状态。•NPN型BJT结电压的典型数据是，对于NPN型硅BJT，处于饱和状态时，VBE＝0.7V，VCE＝0.3V，即Je、Jc为正偏，若在放大区，VBE＝0.7V，此时Je正偏、Jc反偏；而当处于截止状态时，则VBE＝0V，此时Je零偏或反偏，Jc也反偏（指可靠截止）。实际上，当VBE＜0.5V时，即已进入截止状态。•对于PNP型BJT而言，其电压的符号应当相反。RLvSRbRc+bec－+－vO12V++C1C2377kΩ6kΩ3kΩRSVCC[例]共射组态放大电路.已知β=50,VCES=0.7V,VBE=0.7V,AV=-91.（1）画出直流负载线、交流负载线；（2）求出电路最大的不失真输出电压幅值（有效值）；（3）若输入信号为vi=27sinωt（mV），该电路能否正常放大该信号？（4）为使电路具有最大的输出电压幅值，如何调整电路元件参数？电路的最大的不失真输出电压幅值为多少？3.4小信号模型分析法•BJT的小信号建模，通常有两种方法：一种是已知网络的特性方程，按此方程画出小信号模型；另一种则是从网络所代表的BJT的物理机构出发加以分析，再用电阻、电容、电感等电路元件来模拟其物理过程，从而得出模型。•如果放大电路的输入信号电压很小，可以把BJT小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而把BJT这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理，这就是BJT小信号建模的指导思想。——这是非线性问题线性化的工程处理方法。3.4.1BJT的小信号建模•双口有源器件网络——该网络有输入端和输出端两个端口，可以选择vi、vo及i1、i2这四个参数中的其中两个作为自变量，其余两个作为应变量，就可得到不同的网络参数，如Z参数(开路阻抗参数)，Y参数(短路导纳参数)和H参数(混合参数)等。•H参数在低频时用得较广泛。1．BJTH参数(Hybrid)的引出•BJT在共射极接法时，可表示为双口网络。BJT的H参数小信号模型（a）B