《模拟电路》基本放大器

第二章基本放大器2.2单管共射放大电路的工作原理2.3放大电路的图解分析法2.4放大电路的模型分析法2.5共集和共基放大电路及BJT电流源电路2.6多级放大电路2.7BJT放大电路的频率响应2.1放大电路的基本概念及性能指标2.1放大电路的基本概念及性能指标一.放大的基本概念放大——把微弱的电信号的幅度放大。一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅得到了放大，但它随时间变化的规律不能变，即不失真。++++-uo+u+-i放大电路u-R+SSRL信号源负载iiio二.放大电路的主要技术指标1.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）电压放大倍数定义为:AU=uo/ui（2）电流放大倍数定义为:AI=io/ii（3）互阻增益定义为:Ar=uo/ii（4）互导增益定义为:Ag=io/ui++++-uo+u+-i放大电路u-R+SSRL信号源负载iiio2.输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻Ri=ui/ii一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，Ri越大，ui就越接近uS。+++++i-oiii++-信号源S放大电路oS-LuR负载RuuRiRi3.输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻++++S+o负载LS+信号源-u-oiiiRR放大电路-+iuuRiRiouoRRo输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。0,ooosL=uRiuR输出电阻的定义：4.通频带fAAm0.7AmfL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——幅频特性曲线3dB带宽2.2单管共射放大电路的工作原理一．三极管的放大原理三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。→△UCE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）电压放大倍数：→uoiouUUAVcRTVBBCCbR-+BEU-UCE+ICIBuiUBE+△IB+△CI+△UCE+△o-u+ui放大元件iC=biB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。二.单管共射极放大电路的结构及各元件的作用++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV各元件作用：使发射结正偏，并提供适当的静IB和UBE。基极电源与基极电阻++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F~50F作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。++++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV各元件作用：基本放大电路的习惯画法++b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR1.静态工作点——Ui=0时电路的工作状态三.静态工作点-u+TRb2Lb1oCRCub1+R+CC-.iVcui=0时由于电源的存在，电路中存在一组直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。开路画出放大电路的直流通路2.静态工作点的估算将交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画法：开路-u+TRb2Lb1oCRCub1+R+CC-.iVc画直流通路：+TRb1RCCVcRb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）IC=bIBbBECCBRUVIbCCV7.0RVCCCCCERIVU例：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，b=37.5。解：A400.04mA30012bCCBμRVImA5.104.05.37BCIIb6V41.512CCCCCERIVU请注意电路中IB和IC的数量级+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR一.用图解法分析放大器的静态工作点UCE=VCC–ICRCVCCICUCECCCRV直流负载线由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QQIB静态UCE静态IC2.3放大电路的图解分析法+++++CRciuVb1TuCC+b2R-oC+b-iBuBEQuiibic1.交流放大原理（设输出空载）假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号uiib静态工作点二.用图解法分析放大器的动态工作情况iCuCEuce注意：uce与ui反相！1b+b2CRcCVRCCb1uiiBiCuCEuo各点波形uo比ui幅度放大且相位相反工作原理演示结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：ceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot对交流信号(输入信号ui)2.放大器的交流通路交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法：-u+T+b2V-uRc.ob1RLC+b1CCCRi将直流电压源短路，将电容短路。短路短路置零交流通路+++R--uoTuRbRLic+3.交流负载线输出端接入负载RL：不影响Q影响动态！+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR交流负载线ic其中：CLL//RRRuce=-ic（RC//RL）=-icRL+++R--uoTuRbRLic+交流量ic和uce有如下关系：即：交流负载线的斜率为：L1Ruce=-ic（RC//RL）=-icRL或ic=（-1/RL）uce交流负载线的作法：①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。交流负载线的作法：iCiCEVCCCCCRVQIB交流负载线直流负载线①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。iCuCEuo可输出的最大不失真信号（1）合适的静态工作点ib4．非线性失真与Q的关系iCuCEuo（2）Q点过低→信号进入截止区称为截止失真信号波形iCuCEuo（3）Q点过高→信号进入饱和区称为饱和失真信号波形动画演示截止失真和饱和失真统称“非线性失真”EWB演示——放大器的饱和与截止失真2.4放大电路的交流模型分析法思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路条件：交流小信号++++i-ube+-ubTce+ci++++bucei+-+ibecu-二端口网络1、三极管的h参数等效电路一.三极管的共射低频h参数模型根据网络参数理论：),(CEB1BEuifu＝),(CEB2Cuifi＝求变化量：CECEBEBBBEBEBCEduuudiiuduiu＝CECECBBCCBCEduuidiiidiiu＝在小信号情况下：cerebiebeuhihu＝ceoebfecuhihi＝++++i-uBE+-uBTCE+Ci各h参数的物理意义：CEBBEieuiuh＝BCEBEreiuuhiBuBEuBEiB——输出端交流短路时的输入电阻，用rbe表示。——输入端开路时的电压反馈系数，用μr表示。iBuBEuBEuCEcerebiebeuhihu＝ceoebfecuhihi＝CEBCfeuiih＝BCECoeiuih＝iCiBiCuCE——输出端交流短路时的电流放大系数，用β表示。——输入端开路时的输出电导，用1/rce表示。iCuCEiCuCEcerebiebeuhihu＝ceoebfecuhihi＝该式可写为：cerbbebeuiru＝cecebc/ruiib＝由此画出三极管的h参数等效电路：++++i-ube+-ubTce+ci++++icbebβicrcebe+μr-cece-u+biru+-beu2、简化的h参数等效电路++++icbebβicrcebe+μr-cece-u+biru+-beu（1）μr＜10-3，忽略。（2）rce＞105，忽略。得三极管简化的h参数等效电路。++++iibebb-βcebe-+rccubie+u3、rbe的计算：由PN结的电流公式：)1(eTEB/SEUUIIEBEe1dUdIrTE/TS)(eTEBUIUIUUEETemV26IIUr（常温下）ebbbebbbbbbebe)(1)(1rβririβriiur＝其中：rbb’=200Ω+++bceberbbrBICIIEber)mA(mV26)(1200EbeIβr＝所以：二.放大器的交流分析1.画出放大器的微变等效电路动画演示（1）画出放大器的交流通路（2）将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替--++.cuLoibbeRrβicibi.iiRubR+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR2、电压放大倍数的计算：bebiriuLboRiubbeLiourRuuAbLCLRRR//负载电阻越小，放大倍数越小。--++.cuLoibbeRrβicibi.iiRubRiiiuRibeb//rRber电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。3、输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：-+-+RbrbeibbiiicioLcRu.Ru.iiRRoβ定义：放大+iuR+uS--S电路iRRL+Ou-当信号源有内阻时：iouuuA＝sousuuA＝由图知：ssiiiuRRRu＝所以：siiosousuuuuuuA＝usiiARRR＝cibbeRrβicbibRiioRcoooRiuR所以：4、输出电阻的计算：根据定义：oi00,ooosL=uRiuRou+-例2.4.1共射放大电路如图所示。设：VCC＝12V，Rb=300kΩ,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的b=60。+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR1、试求电路的静态工作点Q。A40300kV12bBBBQRVI2mAA4050QBCQIβI＝6V3k2mAV12CCQCCCEQRIVU解：+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR2、估算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。解：画微变等效电路--++.cuLoibbeRrβicibi.iiRubR)mA(mV26)(1200EbeIβr＝993)mA(2mV2661200＝750.993kk3k50beLu∥３－＝rRβARi=rbe//Rb≈rbe=993ΩRo=Rc=3kΩ+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR3.若输出电压的波形出现如下失真，是截止还是饱和失真？应调节哪个元件？如何调节？解：为截止失真。应减小Rb。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、b和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。Q变UBEbICEO变T变IC变三.静态工作点的稳定1.温度对静态工作点的影响1、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC2、温度对b值及ICEO的影响Tb、ICEOICiCuCEQQ´温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。总之：TIC动画演示I1I2IBCCb2b1b2BRRRVU2.静态工作点稳定的放大器选I2=（5~10）IB∴I1I2ICIE+++b2Rb1b1CCT