电子技术第2章-基本放大电路

1第2章基本放大电路2020/5/15基本放大电路的组成及工作原理第2章基本放大电路放大器的分析方法常见的放大电路放大器的频率特性多级放大器本章小结2第2章基本放大电路2020/5/15主要要求：1.了解基本放大电路的组成2.1基本放大电路的组成及工作原理2.掌握其工作原理,及静态工作点的求解3.了解放大器的主要性能指标3第2章基本放大电路2020/5/152.1.1放大器的电路组成放大器的作用就是把微弱的电信号不失真的加以放大。放大器的框图4第2章基本放大电路2020/5/15所谓失真,就是输入信号经放大器输出后,发生了波形畸变.5第2章基本放大电路2020/5/15晶体管V具有放大作用,是放大器的核心;基极电阻Rb,与基极电流集电极电流和三极管的电压偏置有密切关系;集电极电阻Rc,把放大的电流转换成电压输出;耦合电容C1和C2,具有隔直通交作用,传递交流信号又使放大器不受信号源和输出负载的影响.按放大目的的不同,放大器又分交流放大器,直流放大器,脉冲放大器,下面以共射极交流基本放大电路为例分析:6第2章基本放大电路2020/5/152.1.2放大器的工作原理适当选取Rb,RC,UCC参数,晶体管就能工作在放大区:若晶体管射基极等效动态电阻为rbe,加入输入信号ui前iB=IB,则分析电路:符号说明:以基极电流为例,iB代表基极电流的瞬时值,IB代表直流分量,ib代表交流分量,有效值用Ib表示,复数量量用表示.bI7第2章基本放大电路2020/5/158第2章基本放大电路2020/5/15放大电路的工作原理:微弱的电压信号uiicuoBJTRC利用晶体管的控制作用，把直流电能转化成交流电能ui经过输入端电容C1与UBE叠加到晶体管输入端,使基极电流iB发生变化,进而使集电极电流ic发生变化,ic在RC上的压降使晶体管输出端电压发生变化,最后经过电容C2输出交流电压uo(从图中可见uo与ui相位相反,称为放大器的倒相作用,适当选取RC,uo会比ui大的多)9第2章基本放大电路2020/5/152.1.3晶体管的直流通路和静态工作点晶体管是放大电路的核心，要使晶体管正常发挥作用，还需要具备一定的外部条件即合适的静态工作点。1.静态工作点的意义当ui=0时，放大电路中没有交流成分，称为静态,或称为直流工作状态。静态工作点可以用晶体管的电流,电压一组数值来表示,分别是基极电流IBQ，集电极电流ICQ及集射极电压UCEQ。它们在三极管特性曲线上所确定的一个点,称为静态工作点，习惯上常用Q表示,又称为Q点.10第2章基本放大电路2020/5/15IBQ太小,交流信号ui的负半波的全部或部分会使发射结进入“死区”,电路处于截止状态,失去对负半波的正常放大作用;IBQ过大当输入信号正半周到来时,电路会进入饱和区,同样不能正常放大.可见IBQ的值对放大电路工作好坏起着重要作用,此外还有ICQ和UCEQ,Q点是由三者共同决定.理想的Q点应处在放大区,当到来时,随成线性变化,在变化内,输出特性曲线间隔均匀,不能脱离安全工作区11第2章基本放大电路2020/5/152.求静态工作点处于静态状况下的电路,只有直流成分而无交流成分,可删去电容,变为直流通路.12第2章基本放大电路2020/5/15依据KVL有:UBEQ近似等于二极管的正向电压值,一般取:UBEQ0.3V(硅管)0.7V(锗管)UCCUBEQIBQ≈UCC／RCICQ+UCEQ－UCC=0ICQ=IBQbBEQCCBQRUUI13第2章基本放大电路2020/5/15注：所述求静态工作点的方法是假设晶体管工作在放大区的，如果求出管压降太小，接近零或负值时，说明集电结失去正常的反向电压偏置，晶体管接近或已进入饱和区，这时β将逐渐减小或根本无放大作用，此时管压降近似为零。【例2.1.1】求如图所示放大电路的静态工作点。已知UCC=12V,Rc=2kΩ,Rb=30kΩ,β＝80。解:uAmAkVVRUUIbBEQCCBQ4004.03007.012VVRIUUmAmAIIcCQCCCEQBQCQ6.5)22.312(2.304.08014第2章基本放大电路2020/5/152.1.4放大器的主要性能指标1.放大倍数或增益电压放大倍数Au电流放大倍数Ai功率放大倍数Ap工程上经常用以10为底的对数来表示电压放大倍数和电流放大倍数的大小，(dB)10lg(dB)A20lg)电流(电压AP功率增益增益15第2章基本放大电路2020/5/152.最大输出幅度放大器能供给的最大输出电压(最大输出电流)的大小,用Uomax和Iomax表示.3.非线性失真由于晶体管输入,输出特性在动态范围内不可能保持完全的线性,输出波形不可避免的发生线性失真.4.输入电阻从放大电路的输入端看进去的等效电阻被称为放大电路的输入电阻，定义为16第2章基本放大电路2020/5/155.输出电阻输出电阻是从放大电路输出端看进去的等效电阻※当用恒压源时,总是希望输入电阻越大越好,可以减小输入电流,减小信号源内阻上的压降,增加输出电压的幅值;放大器的输出电阻越小越好,增加输出电压的稳定性,改善负荷性能LOOOOoLLORrUrRRUUU)1(''17第2章基本放大电路2020/5/15设这时放大倍数为,当放大倍数下降为时,所对应频率分别为上限频率fH和下限频率fL,两频率之间的频率范围,称为放大器的通频带.6.通频带放大器对不同频率的交流信号有着不同的放大倍数,一般说来,频率太高或太低放大倍数都要下降,只有对某一频率段放大倍数才较高且基本保持不变18第2章基本放大电路2020/5/157.最大输出功率和效率放大器最大输出功率是指它能向负载提供的最大交流功率,用Pomax表示.放大器的效率规定为放大器输出的最大功率与所消耗的直流电的总功率PE之比,用表示:=Pomax/PE19第2章基本放大电路2020/5/152.2放大器的分析方法主要要求：1.掌握放大器的图解分析法。2.了解放大器的偏置电路。3.掌握微变等效电路分析法。20第2章基本放大电路2020/5/152.2.1图解法图解法就是在晶体管特性曲线上，用作图的方法来分析放大1.直流负载线和静态工作点cCEcCCcCECCCcCCCCERURURUUIRIUU（2,2,1）静态时直流负载线21第2章基本放大电路2020/5/15由于式（2,2,1）是线性方程，当UCC选定后，这条直线就完全由直流负载电阻Rc确定，所以把这条直线叫做直流负载线。直流负载线的作法是：找出两个特殊点M（0，UCC）和N（UCC/Rc，0），将M、N连接,其直流负载线的斜率为cRk1tan22第2章基本放大电路2020/5/15静态工作点4004.0470)7.020(mkVRUUIbBEQCCBQ①基极电流由KVL得:23第2章基本放大电路2020/5/15②作直流负载线则它和IB=40uA曲线的交点,即是静态工作点QQ点即为静态工作点,读出输出曲线上对应的数值是:IBQ=40uAICQ=1.8mAUCEQ=9.2V24第2章基本放大电路2020/5/15放大电路的输入端有输入信号，输出端开路，这种电路称为空载放大电路，虽然电压和电流增加了交流成分，但输出回路仍与静态的直流通路完全一样。cCCCCERiUu所以，可用直流负载线来分析空载时的电压放大倍数.iBEQBEiuUutVusin02.0③空载时的电压放大倍数因为25第2章基本放大电路2020/5/15根据iB的变化情况，可知工作点是在以Q为中心的Q1、Q2两点之间变化由图（a）所示基极电流iBiB=IBQ+ii=40+20sinωtμA26第2章基本放大电路2020/5/15画出iC和uCE的变化曲线如图（bVttutVutmioCEC)sin(3.4sin3.4sin3.49sin7.08.127第2章基本放大电路2020/5/1521502.03.4imomioUUUUA所以电压放大倍数为28第2章基本放大电路2020/5/152.交流负载线和动态分析①交流通路29第2章基本放大电路2020/5/15②交流负载线先画直流负载线MNuUuiIiRiuceCEQCEcCQCLCCE'uRRRIUiCELLLCQCEQC'''1得:这就是交流负载线由于R’L(=RL∥RC)RC,交流负载线比直流负载线的斜率的绝对值大,所以更陡些.30第2章基本放大电路2020/5/15交流负载线具有如下两个特点:(1)交流负载线必通过静态工作点,因为当输入信号ui的瞬时值为零时,如忽略电容C1和C2的影响,则电路状态和静态时相同。(2)另一特点是交流负载线的斜率由RL’表示。LRk1tanuCE=-icRL’iC=ICQ+icuCEQ=UCEQ+uce31第2章基本放大电路2020/5/15【例2.2.1】如图所示放大电路,已知UCC=12V,Rc=4kΩ,Rb=300kΩ,RL=4kΩui=0.02sinwtV,晶体管的输出特性曲线如图,试画出直流负载线和交流负载线,并计算电压放大倍数?●作直流负载线:iB=40uA曲线与MN交点即为静态工作点Q,静态值:IBQ=40uAICQ=1.5mAUCEQ=6V又ccCCCERiUu点得时当点得时当N,3,0M,12,0mARUIuVUuiCCCCQCECCCEcuAkVRUUIbBEQCCBQ40300)7.012([解]32第2章基本放大电路2020/5/15●作交流负载线:在轴上定点L，使得OL=6mA，连接ML过Q点作M’N’∥ML，则M’N’为所求交流负载线.●用交流负载线求电压放大倍数:依照iB的变化，找到交流负载线上Q1’和Q2’，以Q点为中心，对应横坐标即是输出交流电压的变化uo=-1.5sinwtV=1.5sin(wt-π)V7502.05.1VVUUUUAimomioumAkVRUkRRRLCCLCL62122//''可见，接入RL以后交流负载线变变陡，uCE的变化范围变小放大倍数降低了33第2章基本放大电路2020/5/15③动态分析动态范围：把输出电压uO在交流负载线上的变化范围线性动态范围：静态工作点选在放大区的中间，这时输出电压的波形是和输入电压波形相似的正弦波。34第2章基本放大电路2020/5/15假设静态工作点没有选择在放大区中间，沿负载线偏上或偏下，这时输出电压信号以静态工作点Q为中心沿负载线波动，就可能进入饱和区或截止区，输出电压信号就不能保证与输入电压信号相似，这种情况的输出信号叫作失真。进入截止区产生的失真称为截止失真，进入饱和区的失真称为饱和失真。35第2章基本放大电路2020/5/15从以上分析可以看出，静态工作点是否选择合适对克服失真起主要作用。影响静态工作点的主要因素有UCC，RC,Rb。这三个因素中，一般UCC确定后不易改变；RC对静态工作点影响相比较小；Rb是这三个因素中最主要因素，一般可认为IBQ与Rb成反比，饱和失真时，应增大Rb使IBQ减小，降低工作点Q（或减小）；截止失真时，应减小Rb，使IBQ增大，来升高静态工作点Q.只要调节Rb总可以使静态工作点工作在放大区直流负载线中间，在调节有困难时，再考虑调节UCC和RC。合理选择以上参数，直至波形不失真时为止。36第2章基本放大电路2020/5/152.2.2放大器的偏置电路合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。Q点位置过高、过低都可使信号产生失真，前面分析时只考虑放大电路的内部因素，在外界条件变化时，也会使静态工作点移动，进而产生失真。因此设法稳定静态工作点是一个重要问题.37第2章基本放大电路2020/5/151.静态工作点不稳定的原因静态工作点不稳定的原因很多,如温度变化,电源波动,元件老化而使参数发生变化等,其中最主要的是温