[信息与通信]模拟电子技术姚娅川第2章 基本放大电路

模拟电子技术第二章基本放大电路主要内容2.2放大电路的组成及工作原理2.3放大电路的基本分析方法2.4静态工作点稳定电路2.5基本放大电路的三种组态2.1放大电路基础2.6场效应管放大电路2.7放大电路的频率响应2.1放大电路基础一.放大的基本概念放大——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，即不失真++++-uo+u+-i放大电路u-R+SSRL信号源负载iiio二.放大电路的主要技术指标1.放大倍数——表示放大器的放大能力根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。（1）电压放大倍数定义为:AU=uo/ui（2）电流放大倍数定义为:AI=io/ii（3）互阻增益定义为:Ar=uo/ii（4）互导增益定义为:Ag=io/ui++++-uo+u+-i放大电路u-R+SSRL信号源负载iiio2.输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻Ri=ui/ii一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，Ri越大，ui就越接近uS。+++++i-oiii++-信号源S放大电路oS-LuR负载RuuRiRi3.输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻++++S+o负载LS+信号源-u-oiiiRR放大电路-+iuuRiRiouoRRo输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差0,ooosL=uRiuR输出电阻的定义：4.通频带fAAm0.7AmfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线3dB带宽5.非线形失真系数D223211()()....UUDUU当输入单一频率的正弦信号时，输出波形除基波分量外，还含有一定数量的谐波。所有的谐波的总量与基波成分之比，定义为非线形失真系数D6.最大输出电压输出波形在没有明显失真的情况下，放大电路能够提供给负载的最大输出电压，最常用有效值表示omU7.最大输出功率与效率放大电路的输出功率，是指在输出信号不产生明显失真的前提下，能够向负载提供的最大输出功率，用表示omP放大电路的效率定义为最大输出功率与直流电源消耗功率之比omPVPomVPP2.2放大电路的组成及工作原理2.2.1基本共射放大电路的组成++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR放大电路的组成原则1、必须保证放大管工作在放大区必须根据所用放大管的类型提供合适的直流电源，并设计合适的偏置电路来保证放大管始终处于放大区2、保证待放大信号能输入、放大后的信号能输出由于放大功能是以放大管为核心完成的，所以应在电路接法上保证待放大的信号能加到放大管的输入端口上，且同时保证放大后的信号（或）能输送到负载上3、为使信号不失真，在没外加信号作用下，放大管不但要处于放大状态，还应有一个合适的静态工作点。三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。→△UCE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）电压放大倍数：→uoiouUUAVcRTVBBCCbR-+BEU-UCE+ICIBuiUBE+△IB+△CI+△UCE+△o-u+ui2.2.2放大电路的工作原理放大元件iC=biB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。二.单管共射极放大电路的结构及各元件的作用++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV各元件作用：使发射结正偏，并提供适当的静IB和UBE。基极电源与基极电阻++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F~50F作用：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。++++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV各元件作用：一、直流通路和交流通路通常，放大电路中交流信号的作用和直流电源的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，引入直流通路和交流通路直流通路：①us=0，保留Rs；②电容开路；③电感相当于短路（线圈电阻近似为0）交流通路：①大容量电容相当于短路；②直流电源相当于短路（内阻为0）2.3放大电路的基本分析方法对交流信号(输入信号ui)二、放大器的交流通路交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法：-u+T+b2V-uRc.ob1RLC+b1CCCRi将直流电压源短路，将电容短路。短路短路置零cCQCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRUVICCb－＝2.放大器的交流通路1.放大器的直流通路cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQRIVUIIRUVIb－＝一.静态分析2.3.2图解法BEccBbuViRBQIBEQUBiCCVCCbVROBEu输入回路负载线QCQICEQUBiCCVCCcVROCEu负载线QCEccCcuViR图解法的基本思路是利用晶体管内部的电压和电流特性曲线与晶体管外部的电压和电流的关系曲线来分析放大电路的工作状态iBuBEQuiibic1.交流负载线（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uiib静态工作点二.动态分析iCiCEuce注意：uce与ui反相！bRTiuLR1C2CcRBEQUCEQUCCVbRTiu1CLRCCVccVCQICEQUCCVOCEuQ交流负载线1()//cLRRCi直流负载线1()cR'CQLIRBQI()bciiCCV2.图解法分析信号的波形BEuBEQUBiBQIOQbeubitttQCiCEuccVCEQUcccVRouCQIbiBQIciOtOO1t1t2t2t3t3t4t4t()BQCQIItt()BCiiiuOO1t1t2t2t3t3t4t4tttouCEQUCEu3.放大电路的非线性失真分析失真是指输出信号波形不能重现输入信号的波形行状。如果晶体管的静态工作点选择不当或输入信号过大，会使放大电路工作在晶体管的非线性区，从而导致输出波形出现失真，这种失真称为非线性失真，包括截止失真和饱和失真CQICEQUCiCCV/CCcVROCEuQtou饱和失真CQICEQUCiCCV/CCcVROCEuQtou截止失真基本共射放大电路饱和失真图基本共射放大电路截止失真4.最大不失真输出电压最大不失真输出电压是放大电路主要指标之一，指的是在不失真情况下能够输出的最大电压CQICEQUCCVOCEuQ交流负载线CiBQIABCESU2.3.3等效电路法思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路条件：交流小信号BQIBQIbBEQUCEQUCQIonU一、晶体管的直流等效模型二、晶体管微变等效模型当输入信号在一个很小范围变化时，可认为电路工作点在特性曲线的直线范围内移动，则晶体管可视为一个线性双口网络。即用一个线性等效电路来代替非线性的晶体管，相应电路称为晶体管的微变等效电路，此时含了非线性元件的放大电路转化为线性电路++++i-ube+-ubTce+ci++++bucei+-+ibecu-二端口网络1、h参数小信号模型根据网络参数理论：),(CEB1BEuifu＝),(CEB2Cuifi＝求变化量：CECEBEBBBEBEBCEduuudiiuduiu＝CECECBBCCBCEduuidiiidiiu＝在小信号情况下：cerebiebeuhihu＝ceoebfecuhihi＝++++i-uBE+-uBTCE+Ci各h参数的物理意义：CEBBEieuiuh＝BCEBEreiuuhiBuBEuBEiB——输出端交流短路时的输入电阻，用rbe表示。——输入端开路时的电压反馈系数，用μr表示。iBuBEuBEuCEcerebiebeuhihu＝ceoebfecuhihi＝CEBCfeuiih＝BCECoeiuih＝iCiBiCuCE——输出端交流短路时的电流放大系数，用β表示。——输入端开路时的输出电导，用1/rce表示。iCuCEiCuCEcerebiebeuhihu＝ceoebfecuhihi＝该式可写为：cerbbebeuiru＝cecebc/ruiib＝由此画出三极管的h参数等效电路：++++i-ube+-ubTce+ci++++icbebβicrcebe+μr-cece-u+biru+-beu2、简化的h参数等效电路++++icbebβicrcebe+μr-cece-u+biru+-beu（1）μr＜10-3，忽略。（2）rce＞105，忽略。得三极管简化的h参数等效电路。3、rbe的计算：由PN结的电流公式：)1(eTEB/SEUUIIEBEe1dUdIrTE/TS)(eTEBUIUIUUEETemV26IIUr（常温下）ebbbebbbbbbebe)(1)(1'rβririβriiur＝其中：rbb’=200Ω+++bceberbbrBICIIEber)mA(mV26)(1200EbeIβr＝所以：1.画出放大器的微变等效电路（1）画出放大器的交流通路（2）将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替--++.cuLoibbeRrβicibi.iiRubR+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR三、放大电路动态分析2、电压放大倍数的计算：bebiriuLboRiubbeLiourRuuAbLCLRRR//负载电阻越小，放大倍数越小--++.cuLoibbeRrβicibi.iiRubRiiiuRibeb//rRber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的输入电阻3、输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：-+-+RbrbeibbiiicioLcRu.Ru.iiRRoβ定义：放大+iuR+uS--S电路iRRL+Ou-当信号源有内阻时：iouuuA＝sousuuA＝由图知：ssiiiuRRRu＝所以：siiosousuuuuuuA＝usiiARRR＝cibbeRrβicbibRiioRcoooRiuR所以：4、输出电阻的计算：根据定义：oi00,ooosL=uRiuRou+-oubRcRiuBBVTccVccVbRcRBBVT对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、b和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。Q变UBEbICEO变T变IC变一、温度对静态工作点的影响2.4静态工作点稳定电路1、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC2、温度对b值及ICEO的影响Tb、ICEOICiCuCEQQ´温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。总之：TIC动画演示温度对Q点的影响CBBECCEOCC)(C)(C)(IIUTIITIT不变温度b位置就可能基本不变。在输出特性坐标系中的、，则，若此时温度CEQCQBCC)(UIIIT二、电路的组成及工作原理路中可视为短路。为旁路电容，在交流通eC基本不随温度变化。，因此，即＞＞点，通常为了稳定CCb21b1bBQ21B1VRRRUIIIIQ稳定。，则＞＞若＝设EQBEBEBQBEBEBEQIUUUUUUeBEQBQEQRUUII1I2IBCCb2b1b2BRRRVU三、放大电路静态工作点的稳定选I2=（5~10）IB∴I1I2ICIE+++b2Rb1b1CCTCRRVRu+-Lo-+uiCb2Rce（1）结构及工作原理静态工作点稳定过程：Re的直流负反馈作用TUBEICICIEUECCb2b1b2BRRRVUUBE=UB-UE=UB-IEReUB稳定IB由输入特