模拟电子技术基础童诗白第四版

华成英[e-mail]第二章基本放大电路华成英[e-mail]第二章基本放大电路§2.1放大的概念与放大电路的性能指标§2.2基本共射放大电路的工作原理§2.3放大电路的分析方法§2.4静态工作点的稳定§2.5晶体管放大电路的三种接法§2.6场效应管及其基本放大电路§2.7基本放大电路的派生电路华成英[e-mail]§2.1放大的概念与放大电路的性能指标一、放大的概念二、放大电路的性能指标华成英[e-mail]一、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电华成英[e-mail]二、性能指标ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1.放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。华成英[e-mail]——负载开路时的电压增益A.电压放大模型ovAiR——输入电阻oR——输出电阻由输出回路得:LoLiOoRRRAVvv则电压增益为:iovvVALoLoRRRAv由此可见:LRvA即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望…？（考虑改变放大电路的参数）LoRR理想情况0oR2.放大电路模型华成英[e-mail]另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减。siRR理想情况有sisiivvRRR要想减小衰减，则希望…？iRA.电压放大模型2.放大电路模型华成英[e-mail]——负载短路时的电流增益B.电流放大模型siA由输出回路得：LooioRRRiAiis则电流增益为：ioiiAiLooRRRAis由此可见：LRiA要想减小负载的影响，则希望…？LoRR理想情况：oR由输入回路得：isssiRRRii要想减小对信号源的衰减，则希望…？siRR理想情况：0iR华成英[e-mail]2.输入电阻和输出电阻将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。Lo'oLoo'oo)1(RUURUUUR空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值iiiIUR输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻华成英[e-mail]+-·VsIi·Rs••+-ViRiAVoVi··Ro••+-•Io·+-RL·VoRoRi放大电路的基本模型1)输入电阻RiIi·Vi·Ri=+-+-RsVi·Ii··Vs·+-Ii·RsVi··IsVsRs电源的等效变换华成英[e-mail]2)输出电阻Ro问题：对放大电路来说，希望输入电阻Ri越大越好还是越小越好？⑴对输入为电压源的电路，Ri越大越好！（分压大）⑵对输入为电流源的电路，Ri越小越好！（分流大）问题：Ro大好还是小好？⑴输出为电压信号时，Ro越小越好（恒压源）⑵输出为电流信号时，Ro越大越好（恒流源）输入端信号源短路，但保留Rs，负载开路（拿掉RL）··则Ls,0ttoRvviR注意：输入、输出电阻为交流电阻华成英[e-mail]3.增益反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力。其中：(dB)lg20vA电压增益四种增益：iovvvAioiiAiioiArvioviAgiAA、v常用分贝（dB）表示。(dB)lg20iA电流增益(dB)lg10PA功率增益华成英[e-mail]4.通频带4.最大不失真输出电压Uom：交流有效值。由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率LHbwfff5.最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数华成英[e-mail]§2.2基本共射放大电路的工作原理一、电路的组成及各元件的作用二、设置静态工作点的必要性三、波形分析四、放大电路的组成原则华成英[e-mail]基本共射极放大电路一、电路的组成及各元件的作用华成英[e-mail]基本组成如下：–三极管T——–负载电阻Rc、RL——–偏置电路VBB、Rb——起放大作用。将变化的集电极电流转换为电压输出。提供电源，并使三极管工作在线性区。)(oCEcbIcuuuiiuR动态信号作用时：输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。华成英[e-mail]二、设置静态工作点的必要性输出电压必然失真！设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？华成英[e-mail]四、放大电路的组成原则•静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。•动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。•对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。华成英[e-mail]两种实用放大电路：（1）直接耦合放大电路问题：1.两种电源2.信号源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，b1BEQRUU动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失－＋UBEQ华成英[e-mail]两种实用放大电路：（2）阻容耦合放大电路耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。C1、C2为耦合电容！＋－UBEQ－＋UCEQ华成英[e-mail]§2.3放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路二、图解法三、等效电路法华成英[e-mail]一、放大电路的直流通路和交流通路1.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）。2.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）。通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。华成英[e-mail]VUIIRUVI－＝基本共射放大电路的直流通路和交流通路列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQ＝βIBQ，可估算出静态工作点。VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。华成英[e-mail]VUIIRUVI－＝当VCCUBEQ时，bCCBQRVI已知：VCC＝12V，Rb＝600kΩ，Rc＝3kΩ，β＝100。Q＝？直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路华成英[e-mail]二、图解法应实测特性曲线bBBBBERiVucCCCCERiVu输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线1.静态分析：图解二元方程华成英[e-mail]2.电压放大倍数的分析符号为“－”。反相，与给定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(bBIBBBERiuVuIuBBQBiIICiCEu斜率不变华成英[e-mail]3.失真分析•截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。t截止失真是在输入回路首先产生失真！减小Rb能消除截止失真吗？华成英[e-mail]•饱和失真•消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCC。''Q'''QRb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑：饱和失真是输出回路产生失真。2•最大不失真输出电压Uom：比较UCEQ与（VCC－UCEQ），取其小者，除以。这可不是好办法！华成英[e-mail]清华大学华成英[e-mail]讨论一1.用NPN型晶体管组成一个共射放大电路。2.用PNP型晶体管组成一个共射放大电路。3.画出图示电路的直流通路和交流通路。华成英[e-mail]静态工作点对波形失真的影响截止失真的波形讨论二华成英[e-mail]饱和失真的波形华成英[e-mail]波形的失真饱和失真截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。华成英[e-mail]4.图解分析法的适用范围适用于幅度较大而工作频率不太高的工作情况。优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。华成英[e-mail]讨论一1.在什么参数、如何变化时Q1→Q2→Q3→Q4？2.从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？3.设计放大电路时，应根据什么选择VCC？华成英[e-mail]三、等效电路法•半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。1.直流模型：适于Q点的分析理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。cCQCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRUVICC－＝输入回路等效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源华成英[e-mail]2.晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）•在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。)()(CEBCCEBBEuifiuifu，，低频小信号模型华成英[e-mail]ce22b21cce12b11beUhIhIUhIhU在低频、小信号作用下的关系式CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIU交流等效模型（按式子画模型）电阻无量纲无量纲电导华成英[e-mail]参数的物理意义beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihib-e间的动态电阻内反馈系数电流放大系数c-e间的电导分清主次，合理近似！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？华成英[e-mail]H参数小信号模型H参数都是