模电第2章--基本放大电路

2.1放大电路的基本概念2.2基本放大电路的分析方法2.3场效应三极管放大电路的分析方法2.1放大的基本概念和放大电路的主要性能指标2.1.1放大的概念2.1.2放大电路的主要技术指标2.1.3基本放大电路的工作原理2.1.1放大的概念基本放大电路一般是指由一个三极管（或场效应管）与相应元件组成的三种基本组态放大电路。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。共发射极、共集电极、共基极放大电路的结构示意框图见图03.01。图03.01放大概念示意图2.1.2放大电路的主要技术指标•(1)放大倍数•(2)输入电阻Ri•(3)输出电阻Ro•(4)通频带(1)放大倍数输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图03.02所示。图03.02放大倍数的定义互阻放大倍数定义为(2.1.3)io/IUAui电压放大倍数定义为(2.1.1)io/UUAu功率放大倍数定义为(2.1.5)iiooio//IVIVPPAp互导放大倍数定义为(2.1.4)ioiuUIA/电流放大倍数定义为(2.1.2)io/IIAi(2)输入电阻Ri输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri大放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。Ri的定义见图03.03和式(03.04)(03.04)iiiIUR图03.03输入电阻的定义(3)输出电阻Ro输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。Ro的定义见图03.04和式(03.05)。(03.05)0,.o.ooSL=URIUR图03.04是从输出端加假想电源Uo求Ro，)05.03(')b(04.03oooL根据式。开路时的输出为，、，测得时，在带根据图UIURo'U(a)从假想的求RoRo图03.04输出电阻的定义'o=oLoLURRRULooRUUR1='o注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。图2.1.3两个放大电路相连的示意图(4)通频带00HL7.02)()(AAfAfA(03.06)相应的频率fL称为下限频率，fH称为上限频率。图03.05通频带的定义放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的1/时，即2问题1：放大电路的输出电阻小，对放大电路输出电压的稳定性是否有利？问题2：有一个放大电路的输入信号的频率成分为100Hz~10kHz，那么放大电路的通频带应如何选择？如果放大电路的通频带比输入信号的频带窄，那么输出信号将发什么变化？2.2基本共射放大电路的工作原理(2.2.1)共发射极组态交流基本放大电路的组成(2.2.2)静态和动态(2.2.3)直流通道和交流通道(2.2.4)放大原理基本组成如下：三极管T——负载电阻Rc、RL——偏置电路VCC、Rb——耦合电容C1、C2——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。输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。(2.2.1)共发射极组态交流基本放大电路的组成图03.06共发射极组态交流基本放大电路(2.2.2)设置静态工作点的必要性静态——时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。0iu放大电路建立正确的静态工作点，是保证动态工作的前提。动态——时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。0iu情况一、没有设置合适的静态工作点CCCCVRIVUIβIIcCQCEQBQCQBQ00静态时：。V0iu情况二、合理地设置静态工作点cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQRIVUIβIRUVI静态时：。V0iuQ点合适情况下基本共射放大电路的波形分析(2.2.3)基本共射放大电路的工作原理及波形分析1、直接耦合共射放大电路(2.2.4)常见的两种基本共射放大电路2、阻容耦合共射放大电路2、阻容耦合共射放大电路2.3双极型三极管放大电路的基本分析方法2.3.1放大电路的直流通路与交流通路2.3.2放大电路的图解分析2.3.3三极管的低频小信号模型2.3.4共射组态基本放大电路微变等效电路分析法2.3.5放大器工作点稳定问题2.3.6共集、共基组态基本放大电路直流通道交流通道在直流电源的作用下直流电流流经的通道。电容—开路；电感—短路；信号源—短路，但应保留其内阻。能通过交流的电路通道。电容（容量足够大，如耦合电容）--短路；直流电源—短路。(2.3.1)直流通道和交流通道(a)直流通道(b)交流通道图03.07基本放大电路的直流通道和交流通道图2.2.1所示基本共射放大电路的直流通路和交流通路图2.2.1所示基本共射放大电路的交流通路图2.2.1所示基本共射放大电路的直流通路图2.2.1所示基本共射放大电路图2.3.2直接耦合共射放大电路及其直流通路和交流通路阻容耦合共射放大电路交流通路直流通路2.3.2放大电路的图解分析法放大电路的分析有静态分析和动态分析。一、静态分析二、动态分析一、放大电路的静态分析静态分析有计算法和图解分析法两种。（1）静态工作状态的计算分析法（2）静态工作状态的图解分析法①静态工作状态的计算分析法cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQRIVUIβIRUVIIBQ、ICQ和UCEQ这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位UB、UE和UC即可确定三极管的静态工作状态。根据直流通道可对放大电路的静态进行计算②静态工作状态的图解分析法图03.08放大电路静态工作状态的图解分析放大电路的静态工作状态的图解分析如图03.08所示。cCCCCEbBECCBRiVuRuRVRuVibBEbCCiBiC1.由直流负载列出方程uCE=VCC－iCRc2.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线。直流负载线的确定方法：VCC、VCC/Rc3.在输入回路列方程式uBE=VCC－iBRb4.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。5.得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。例3.1：测量三极管三个电极对地电位如图03.09所示，试判断三极管的工作状态。图03.09三极管工作状态判断放大截止饱和二、放大电路的动态图解分析•（1）交流负载线•（2）交流工作状态的图解分析•（3）最大不失真输出幅度•（4）非线性失真•（5）输出功率和功率三角形基本共射放大电路iBiC利用图解法求电压放大倍数bBEbIBBIRuRuVRuuVibBEBBB基本共射放大电路的波形分析bBEbIBBIRuRuVRuuVibBEBBB（1）交流负载线交流负载线确定方法：1.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为-1/R'L。2.R'L=RL∥Rc，是交流负载电阻。3.交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。4.交流负载线与直流负载线相交Q点。图03.11放大电路的动态工作状态的图解分析iBiC（动画3-1）图03.12放大电路的动态图解分析通过图解分析，可得如下结论：1.uiuBEiBiCuCE|-uo|2.uo与ui相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。(2)交流工作状态的图解分析图2.3.9直流负载线和交流负载线①饱和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。(3)波形非线性失真的分析注意：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。②截止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。(3)最大不失真输出幅度注意：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。③放大电路的最大不失真输出幅度放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。图03.14放大器的最大不失真输出幅度（动画3-4）%10012322VVVTHD非线性失真系数的定义：在某一正弦信号输入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比，用THD表示，即左图电路，由于电路参数的改变使Q点移动。返回iBiC1.从Q1到Q1(5)输出功率和功率三角形omomomomo2122IVIVP要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom和Iom都要大。图03.15功率三角形放大电路向电阻性负载提供的输出功率在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。2.3.3等效电路法•（１）模型的建立•（２）主要参数•（３）h参数•（４）h参数微变等效电路简化模型基本共射放大电路iBiC一、晶体管的直流模型二、晶体管共射h参数等效模型1.三极管可以用一个模型来代替。2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。（1）模型的建立iBiC+-uBE+-uCEbeciBiC（1）模型的建立iBiC+-uBE+-uCEbeciBiC（1）模型的建立),(),(CEBCCEBBEuifiuifuceebeceebebeUhIhIUhIhU2221c1211图2.3.13h参数的物理意义及求解方法三极管模型CE0BCECB0CEBCCCE0BCEBEB0CEBBEBEuuiiiiiuuuiiuuiuiuCECCEBEBCEBCEduuidiiididuuudiiuduICECBUBCICEBEBUBBEceebeceebebeUhIhIUhIhU2221c1211(3)h参数CE)/(BBE11euiuh，称为输入电阻，即rbe。0B)/(CEBE12iuuh，称为电压反馈系数。0CE)/(BC21uiih，称为电流放大系数，即。0B)/(CEC22iuih，称为输出电导，即1/rce。1.三极管可以用一个模型来代替。2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。三极管的低频小信号模型如图03.16所示。图03.16双极型三极管h参数模型图2.3.12晶体管的共射h参数等效模型（2)模型中的主要参数①rbe——三极管的交流输入电阻根据二极管的方程式1)e(T/SUuIi对于三极管的发射结TEB'TEB'/ES/ESEe1)e(UUuuIIi求发射结的动态电导，b相当基区内一个点，b是基极。TE/ESTEB'EeTEB'e1dd1UiIUuirUure≈UT/iEreQ≈UT/IEQ=26(mV)/IEQ(mA)rbeQ=rbb'+rbe≈300+(1+)26/IEQ（03.11）②iB——输出电流源表示三极管的电流放大作用。反映了三极管具有电流控制电流源CCCS的特性。rbe—re归算到基极回路的电阻。rbb相当于基区的体电阻,对于小功率三极管rbb≈300，。(3)h参数),(),(CEBCCEBBEuifiuifuCE0BCECB0CEBCCCE0BCEBEB0CEBBEBEuuiiiiiuuuiiuuiuiu