第2章 放大电路分析基础

第2章放大电路分析基础第2章放大电路分析基础2.1基本放大电路的组成及工作原理2.2图解分析法2.3等效电路法2.4放大电路静态工作点的稳定2.5共集电极和共基极电路2.6多级放大电路第2章放大电路分析基础2.1基本放大电路的组成及工作原理2.1.1基本共射放大电路的组成及各元件的作用图2.2.1基本共射放大电路uSTuiuouCE第2章放大电路分析基础图2.2.1所示基本共射放大电路中，晶体管T是起放大作用的核心元件。输入信号为正弦波信号ui(源uS)。图中晶体三极管是NPN型硅管，处于放大状态时具有电流放大作用，IC=βIB。当放大电路处于静态，即ui=0时，直流电压源VBB使晶体管b-e间电压UBE大于开启电压Uon，并与基极电阻Rb(又称偏流电阻)配合决定基极电流IB，使晶体管能工作在特性曲线的线性部分；直流电压源VCC的电压足够高(VBBVCC)，使晶体管的集电结反向偏置，保证晶体管处于放大状态，因此集电极电流IC=IB；流过集电极电阻Rc的电流就是IC，于是Rc上的电压为ICRc，根据KVL，c-e间电压UCE=VCCICRc。第2章放大电路分析基础图中C1用于连接信号源与放大电路，C2用于连接放大电路与负载(电阻RL)。电子线路中起连接作用的电容称为耦合电容，利用电容连接的电路称为阻容耦合。由于电容的容抗与信号频率成反比，它们把信号源与放大电路之间，放大电路与负载之间的直流隔开，起“隔离直流，通过交流”的作用。在图2.1所示电路中，C1左边、C2右边只有交流而无直流，中间部分为交直流共存。由于耦合电容的容量较大，一般多采用电解电容器。在使用时，应注意它的极性与加在它两端的工作电压极性相一致，正极接高电位，负极接低电位。ui=0时，C1两端的电压为UBE，C2两端的电压为UCE，极性如图所示。RL为负载电阻，无RL，空载。第2章放大电路分析基础当放大电路处于动态，即ui0时，由于电容两端电压不能突变，b-e间电压在直流电压UBE的基础上叠加一正弦电压ui，因而基极电流在直流电流IB的基础上叠加一正弦电流ib，基极总电流为iB=IBib；根据晶体管处于放大状态时的电流分配关系，集电极电流也在直流电流IC的基础上叠加一正弦电流ic，ic=ib，集电极总电流为iC=ICic；正弦电流ic在集电极电阻Rc(空载)上产生与ic波形相同的正弦电压icRc，集电极电阻Rc将集电极电流的变化转变成电压的变化，使管压降uCE产生变化，uCE=VCCiCRc=VCCICRcicRc=UCEicRc=UCEuce，所以管压降是在静态电压UCE的基础上叠加一正弦电压uce，且uce与ic反相。经C2输出的电压uo就是正弦电压uce。第2章放大电路分析基础IBOUBEUBEOt(a)OiBt＝tIBibtOO＋(b)OiCt＝tICIctOO＋(c)ui放大电路的各极间波形第2章放大电路分析基础图2.2.3基本共射放大电路的波形输出和输入反相！第2章放大电路分析基础得到两方面的结论：放大电路的工作原理和组成原则2.1.2放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理是，对于处于放大状态的晶体管，当ui作用于晶体管的发射结使基极电流在直流电流IB的基础上叠加一正弦电流ib时，由于晶体管处于放大状态时的电流分配关系，集电极电流也在直流电流IC的基础上叠加一正弦电流ic，ic=ib，ic在集电极电阻Rc(空载)上产生与ic波形相同的正弦电压icRc，集电极电阻Rc将集电极电流的变化转变成电压的变化，在放大电路输出端得到与ui反相且幅值放大的输出电压uo=uce=icRc。第2章放大电路分析基础在基本共射放大电路中，电压和电流都得到放大(ic=ib，uoui)，即功率得到放大。需要提醒大家的是，输出功率并非来自输入信号(信号源)，而是来自直流电源VCC。正是由于iB或iE对iC的控制作用，使得在ui的作用下直流电源VCC输出的电流中包含与ui同样变化且被放大的分量，即放大电路的输出功率是在输入信号的作用下通过晶体管将直流电源的能量转换而来。因此，放大电路放大的实质是能量的控制和转换，放大的量是变化量。能控制能量的元件称为有源元件，在放大电路中一定有有源元件，如晶体管等。第2章放大电路分析基础2.1.3晶体管放大电路的组成原则•静态工作点合适：极性、电压合适的直流电源、合适的电阻参数，使晶体管有合适的静态电流，保证晶体管工作在放大区。•输入信号能够作用于晶体管的发射结，使产生iB或iE；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：输入输出信号、直流电源共地、直流电源种类尽可能少。常见的两种共射放大电路。第2章放大电路分析基础两种实用放大电路阻容耦合放大电路问题：两个电源解决方案：将两个电源合二为一uiTuCEuSuo静态时，C1、C2上电压？CEQC2BEQC1UUUU，第2章放大电路分析基础两种实用放大电路直接耦合放大电路问题：若信号频率较低，则不能用阻容耦合。解决方案：采用直接耦合——去掉耦合电容，为避免ui直接接在b-e两端，原C1处接一电阻。静态时，b1BEQRUU动态时，b-e间电压是uI与Rb1上电压之和。第2章放大电路分析基础放大电路的耦合方式耦合方式即连接方式。常见的输入、输出信号与放大电路的连接方式除了阻容耦合和直接耦合外，还有变压器耦合和光电耦合。•光电耦合——利用光电耦合器件连接，通常用于信号源与放大电路相距较远无法共地(由于导线电阻)的情况。•变压器耦合可实现阻抗变换。•4种藕和方式中，阻容耦合和变压器耦合不能用于缓变信号•4种藕和方式中，直接耦合放大电路的静态工作点受信号源和负载的影响，其余的静态工作点独立于信号源和负载，因为它们之间的直流通路是互相隔离的。第2章放大电路分析基础其它耦合方式L2'L2c21RIRIPPl，变压器耦合图9.1.2(a)变压器耦合共射放大电路理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。从变压器原边看到的等效电阻实现阻抗变换L221L2c2'L)(RNNRIIRl第2章放大电路分析基础其它形式的放大电路放大电路是一个二端口网络晶体管是一个三端器件，若分别以基极、发射极、集电极作为输入、输出的公共端，其余两端作为输入端和输出端，则最多可有6种接法。但是，根据组成原则，集电极不能作为输入端，基极不能作为输出端，因此放大电路有三种接法。第2章放大电路分析基础(a)ceiEiCb(b)cebiBiC(c)输出回路输入回路ecbiBiE(a)共发射极；(b)共集电极；(c)共基极第2章放大电路分析基础分析放大电路的基本原则放大电路放大的是动态信号，但是，由前面关于放大原理的分析可知，对动态信号的放大是在静态的基础上实现的。因此分析放大电路时，须先静态后动态。分析静态时，用放大电路的直流通路；分析动态时，用含交流分量的电路。一、放大电路的直流通路和交流通路二、图解法三、等效电路法第2章放大电路分析基础一、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。第2章放大电路分析基础cCQCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRUVICC－＝VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。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。第2章放大电路分析基础cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQRIVUIIRUVI－＝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第2章放大电路分析基础讨论一画图示电路的直流通路和交流通路。第2章放大电路分析基础二、图解法应用实测特性曲线1.静态分析：图解二元方程组bBBBBERiVucCCCCERiVu输入回路负载线QIBQUBEQQIBQICQUCEQ负载线第2章放大电路分析基础2、电压放大倍数的分析符号为“－”。反相，与给定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(bBIBBBERiuVuIuBBQBiIICiCEu斜率不变第2章放大电路分析基础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！'Q减小Rb能消除截止失真吗？第2章放大电路分析基础饱和失真饱和失真产生于晶体管的输出回路！截止失真、饱和失真是由于器件的非线性产生的，属于非线性失真，产生新的频率成分。第2章放大电路分析基础消除饱和失真的方法•消除方法：增大Rb，减小VBB，减小Rc，减小β，增大VCC。''Q'''QRb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑2•最大不失真输出电压Uom：比较(UCEQUCES)与（VCC－UCEQ），取其小者，除以。这可不是好办法！第2章放大电路分析基础4、图解法的特点•形象直观；•适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析；•能够用于大信号分析；•不易准确求解；•不能求解输入电阻、输出电阻、频带等等参数。第2章放大电路分析基础直流负载线和交流负载线Uom=?Q点在什么位置Uom最大？交流负载线应过Q点，且斜率决定于（Rc∥RL）B'RILCQ第2章放大电路分析基础讨论二(例2.3.1P.93)1．当Q点作Q1→Q2→Q3→Q4的变化时，是哪个参数的变化造成的，是如何变化的？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？第2章放大电路分析基础讨论三2．空载和带载两种情况下Uom分别为多少？3．在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？已知ICQ＝2mA，UCES＝0.7V。1．在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载情况呢？第2章放大电路分析基础直流负载线uCE=1223=6V，Ucem4V；基本同时交流负载线过Q点和uCE=9V，Ucem2V；先出现截止失真。若VCC变为9V，其余参数不变，则对于同样幅值的输入可出现空载时输出电压饱和失真，而带上负载后这种失真消除。B'RILCQ讨论三(CONTINUE)第2章放大电路分析基础三、等效电路法将晶体管的特性曲线折线化，建立线性模型，用于直流分析。1．直流模型：适于Q点的分析第2章放大电路分析基础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。第2章放大电路分析基础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两端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。)()(CEBCCEBBEuifiuifu，，第2章放大电路分析基础在低频、小信号作用下的关系式CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIUce22b21Cce12b11beUhIhIUhIhU交流等效模型（按式子画模型）电阻无量纲无量纲电导正弦信号微变信号CECECBBCCCECEBEBBBEBEBQCEQBQCEQuuiiiiiuuuiiuuIUIU第2章放大电路分析基础h参数的物理意义beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEB