模拟电子技术基础第二章

第三版童诗白第二章基本放大电路2.1放大的概念和电路主要指标2.7场效应管放大电路2.6晶体管基本放大电路的派生电路2.5单管放大电路的三种基本接法2.4放大电路静态工作点的稳定2.3放大电路的分析方法2.2基本共射放大电路的工作原理第三版童诗白本章重点和考点:1.共射放大电路的静态工作点分析和动态参数计算。2.放大电路失真分析和最大输出电压计算。3.BJT三种组态的特点、FET三种组态的特点。本章教学时数：10学时第三版童诗白本章讨论的问题：1.什么是放大？放大电路放大信号与放大镜放大物体意义相同吗？放大的特征是什么？2.为什么晶体管的输入、输出特性说明它有放大作用？如何将晶体管接入电路才能起到放大作用？组成放大电路的原则是什么？有几种接法？3.如何评价放大电路的性能？有哪些主要指标？第三版童诗白本章讨论的问题：4.晶体管三种基本放大电路各有什么特点？如何根据它们的特点组成派生电路？5.如何根据放大电路的组成原则利用场效应管构成放大电路？它有三种接法吗？6.场效应管放大电路与晶体管放大电路有哪些不同处？在不同的场合下，应如何选用放大电路？第二章基本放大电路2.1放大的概念和电路主要指标(第五讲）2.1.1放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络(二端口）表示，如图：放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。放大电路放大的本质是能量的控制和转换。uoAuui第二章基本放大电路2.1.2.放大电路的性能指标放大电路示意图图2.1.2放大电路示意图第二章基本放大电路一、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）电压放大倍数为:Auu=UO/UI（重点）（2）电流放大倍数为:Aii=IO/II（4）互导放大倍数为:Aiu=IO/UI（3）互阻放大倍数为:Aui=UO/II本章重点研究电压放大倍数Auu第二章基本放大电路二、输入电阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIi~USUiRi=Ui/Ii一般来说，Ri越大越好。Why？第二章基本放大电路三、输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。LS0oooRUIUR输入端正弦电压，分别测量空载和输出端接负载RL的输出电压、。oUiUoULooo)1(RUUR输出电阻愈小，带载能力愈强。LoLooRRRUU第二章基本放大电路四、通频带fAuAum0.7AumfL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通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。第二章基本放大电路五、非线性失真系数D所有谐波总量与基波成分之比，即12322AAAD六、最大不失真输出幅度在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom、Iom)。七、最大输出功率与效率输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号Pom表示。VomPP：效率PV：直流电源消耗的功率2.2基本共射放大电路的工作原理2.2.1基本共射放大电路的组成及各元件作用T：NPN型三极管，为放大元件；VCC：为输出信号提供能量；RC：当iC通过Rc，将电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路的输出端；VBB、Rb：为发射结提供正向偏置电压，提供静态基极电流(静态基流)。图2.2.1基本共射放大电路T第二章基本放大电路第二章基本放大电路放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。2.2.2设置静态工作点的必要性一、静态工作点(QuiescentPoint)静态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、ICQ和UCEQ图2.2.1基本共射放大电路TbBEQBBBQRUVICCCCCERIVUQQICQ=IBQ对于NPN硅管UBEQ＝0.7V，PNP锗管UBEQ＝-0.2V第二章基本放大电路二、为什么要设置静态工作点图2.2.2没有设置合适的静态工作点T+ui-输出电压会出现失真对放大电路的基本要求：1.输出波形不能失真。2.输出信号能够放大。Q点不仅影响放大电路是否会失真，而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。第二章基本放大电路→△uCE（-△iC×Rc）iU→△uBE→△iB→△iC（△iB）电压放大倍数：→oU-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCEBE+△UIUB+△IIC+△U+△CEUOiouUUABCE一．放大原理2.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析若设置了适当静态工作点第二章基本放大电路IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQ-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCEBE+△UIUB+△IIC+△U+△CEUOceCEQCEcCQCbBQBbeBEQBEuUuiIiiIiuUu符号说明基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。各电压、电流的波形第二章基本放大电路2.2.4放大电路的组成原则一、组成原则1.必须有为放大管提供合适Q点的直流电源。保证晶体管工作在放大区；场效应管工作在恒流区。2.电阻适当，同电源配合，使放大管有合适Q点。3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管能产生△uBE，对于场效应管能产生△uGS，从而改变输出回路的电流，放大输入信号。4.当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。第二章基本放大电路二、常见的两种共射放大电路1.直接耦合共射放大电路图2.2.5阻容耦合共射放大电路T2.阻容耦合共射放大电路bBEQCCBQRUVIICQIBQUCEQ=VCC–ICQRCb1BEQb2BEQCCBQRURUVIICQIBQUCEQ=VCC–ICQRC图2.2.4直接耦合共射放大电路TRb1Rb2放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：第二章基本放大电路共射极放大电路（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）uA40300k2V1bBECCBQRUVI（2）当Rb=100k时，3.2mAuA4080BCII5.6V3.2mA2k-V12CcCCCEQIRVU静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：uA120100k2V1bCCBRVImA6.9uA12080BCIIV2.79.6mA2k-V12CcCCCEQIRVUmA62k2V1cCESCCCMRUVICMBII由于所以BJT工作在饱和区。UCEQ不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），例题第二章基本放大电路复习：1.放大电路的性能指标有哪些？2.放大电路为什么要设置静态工作点？包括哪几个参数？3.如何从计算出来的Q点判断放大电路处于什么工作区？第二章基本放大电路2.3.1直流通路和交流通路阻容耦合放大电路的直流通路耦合电容：通交流、隔直流直流电源：内阻为零直流电源和耦合电容对交流相当于短路共射极放大电路2.3放大电路的分析方法+-阻容耦合放大电路的交流通路2.3.2图解法在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。一、静态工作点的分析1.先用估算的方法计算输入回路IBQ、UBEQ。2.用图解法确定输出回路静态值。方法：根据uCE=VCCiCRc式确定两个特殊点cCCCCECCCEC00RViuVui时，当时，当第二章基本放大电路输出回路输出特性CCCCCECCCEC00RViuVui，，直流负载线Q由静态工作点Q确定的ICQ、UCEQ为静态值。第二章基本放大电路T【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知Rb=280k，Rc=3k，集电极直流电源VCC=12V，试用图解法确定静态工作点。解：首先估算IBQμA40mA)2807.012(bBEQCCBQRUVI做直流负载线，确定Q点根据UCEQ=VCC–ICQRciC=0，uCE=12V；uCE=0，iC=4mA.第二章基本放大电路0iB=0µA20µA40µA60µA80µA134224681012MQ静态工作点IBQ=40µA，ICQ=2mA，UCEQ=6V.uCE/V由Q点确定静态值为：iC/mA第二章基本放大电路二、电压放大倍数的分析1.交流通路的输出回路输出通路的外电路是Rc和RL的并联。2.交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：LCLL//1RRRR，其中OIBiC/mAuCE/VQ静态工作点第二章基本放大电路3.动态工作情况图解分析0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB/µAuBE/ViBUBE（动画3-1）第二章基本放大电路交流负载线直流负载线4.57.5uCE912t0ICQiC/mA0IB=40µA2060804Q260uCE/ViC/mA0tuCE/VUCEQiC输出回路工作情况分析第二章基本放大电路4.电压放大倍数BECEIOΔΔΔΔuuuuAu【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如右图，RL=3k。uCE=(4.5–7.5)V=3VuBE=(0.72–0.68)V=0.04V解：求确定交流负载线LRk5.1//LCLRRR取iB=(60–20)A=40A则输入、输出特性曲线上有7504.03ΔΔBECEuuAu图2.4.3(a)T第二章基本放大电路三、波形非线性失真的分析1.静态工作点过低，引起iB、iC、uCE的波形失真ibui结论：iB波形失真OQOttOuBE/ViB/µAuBE/ViB/µAIBQ——截止失真（动画3-2）第二章基本放大电路iC、uCE(uo)波形失真NPN管截止失真时的输出uo波形。uo波形顶部失真uo=uceOiCtOOQtuCE/VuCE/ViC/mAICQUCEQ第二章基本放大电路OIB=0QtOONPN管uo波形tiCuCE/VuCE/ViC/mAuo=uceib(不失真)ICQUCEQ2.Q点过高，引起iC、uCE的波形失真—饱和失真uo波形底部失真第二章基本放大电路3.用图解法估算最大输出幅度OiB=0QuCE/ViC/mAACBDE交流负载线输出波形没有明显失真时能够输出最大电压。即输出特性的A、B所限定的范围。Q尽量设在线段AB的中点。则AQ=QB，CD=DE问题：如何求最大不失真输出电压？Uomax=min[(UCEQ-UCES),(UCC–UCEQ)]第二章基本放大电路4.用图解法分析电路参数对静态工作点的影响（1）改变Rb，保持VCC，Rc，不变；OIBiCuCEQ1Rb增大，Rb减小，Q点下移；Q点上移；Q2OIBiCuCEQ1Q3（2）改变VCC，保持Rb，Rc，不变；升高VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。Q2第二章基本放大电路3.改变Rc，保持Rb，VCC，不变；4.改变，保持Rb，Rc，VCC不变；增大Rc，直流负载线斜率改变，则Q点向饱和区移近。OIBiCuCEQ1Q2OIBiCuCEQ1Q2增大，ICQ增大，UCEQ减小，则Q点移近饱和区。图2.4.9(c)图2.4.9(d)第二章基本放大电路图解