中国石油大学 模拟电子技术基础课件

1放大电路的基本概念及性能指标单管共发射极放大电路放大电路的图解分析方法放大电路的小信号模型分析方法共集电极和共基极放大电路场效应管放大电路多级放大电路放大电路的频率响应Chapter2基本放大电路22.1放大电路的基本概念及性能指标放大电路的基本概念放大电路的主要技术指标32.1.1放大电路的基本概念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放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电路实现的。放大电路也是构成其他模拟电路如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元。放大电路一般表示为：A放大电路RLRS+++−−信号源负载uiuoiiious−42.1.2放大电路的主要技术指标放大倍数A输入电阻ri输出电阻ro通频带BW51、放大倍数A放大倍数又称增益，是衡量放大电路放大能力的指标。通常采用正弦量为输入信号us。A放大电路RLRSSUiUoUoIiI+++−−信号源负载−电压放大倍数：iouUUA源电压放大倍数：sousUUA电流放大倍数：ioiIIA互导放大倍数：互阻放大倍数：iorIUAiogUIA6注意：1.上述四种放大电路没有本质区别，只是考虑的侧重点不同，而且它们之间可以相互转换。2.增益也可以用以10为底的对数表示电压增益=20lg|Au|（dB)(分贝）功率增益=10lg|Ap|（dB)(分贝）3.A是一个复数，既有大小，又有正负，正表示输入与输出信号同相位，负表示输入与输出信号反相位。72、输入电阻riiiiIUrA放大电路RLRSSUiUiI++−−riri的大小将影响放大电路从信号源中获得输入电压的大小，故ri是衡量放大电路对信号衰减程度的指标。sisiiUrRrURLRssUiUoUoIiI+++−−−rirooU+−放大电路uisiArRrUUAsous83、输出电阻roLs0oooRUIUrro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响越小。故ro是表明放大电路带负载能力的指标。A放大电路RSSUoUoI++−−roRLRssUiUoUoIiI+++−−−rirooU+−放大电路ooLoUrRRUL由等效电路可见94、通频带BWumumHuLu707.02)()(AAfAfA放大电路只适合放大某一频段的信号。由于电路中电抗元件和管子结电容的影响当信号频率太高或太低时，放大倍数都要下降。AuAum0.707AumfLfHf0BW0.7下限频率上限频率通频带BW10问题2：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3：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，那么输出信号将发生什么变化？问题1：某放大电路，输入10mV时，输入电流为10mA，则ri=?，若RL=1kΩ,Uo=0.5V,则增益为多少？若负载电阻断开，Uo=0.55V，则ro=?112.2单管共发射极放大电路共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的工作原理121、共发射极放大电路的组成起放大作用保证us加到发射结，不影响发射结偏置保证信号输送到负载，不影响集电结偏置提供能量，并使BJT工作在放大区将iC转换为uo提供BJT所需的偏置电压132、共发射极放大电路的工作原理若电路参数选择得当，uo的幅度将比ui大得多，从而达到放大的目的。oCECCBCBBEi21uuRiiiiuCCu）（ui=0时，电路中只有直流，BBEBBBRUVIBCII14加入ui后，iB、iC、uCE都在静态直流量的基础上叠加了一个交流量，即iB=IBQ+ibiC=ICQ+icuCE=UCEQ+uceuCE中的交流成分uce远大于ui，且波形相同，体现了放大作用；uo（uce）与ui相位相反，又称反相放大。④符号规定：直流量：字母大写，下标大写。IB，IC，UCE。交流量：字母小写，下标小写。ib，ic，uce。瞬时量：字母小写，下标大写。iB，iC，uCE。15162.3放大电路的图解分析方法图解法是指以三极管的特性曲线为基础，用作图的方法确定放大电路的工作状态。静态：当输入信号us=0时，电路中各电压、电流均为直流，故称静态。管子在静态时的电压、电流（IBQ、ICQ、UCEQ、）称静态工作点Q。动态：当放大电路输入信号后，电路中各电压、电流便在其静态值附近随信号变化，称动态。常用的放大电路分析法有图解法和微变等效电路法。分析的步骤都是先静态分析后动态分析。静态分析确定静态工作点Q，动态分析计算放大电路的性能指标如A、ri、ro等。171、静态分析静态分析可分如下步骤：1）画出直流通路(直流电流通过的路径）将电容开路。2）由输入回路计算基极电流bCCbBEQCCBQRVRUVI工程上，为方便起见，IBQ一般都采用分析法求得。IBQ183）在三极管输出特性上作直流负载线VCCVCCRC1RC-2个特殊点：），（0MCCV），（CCC0NRVMN称放大电路的直流负载线，斜率为−1/RC。NM输出回路线性部分的电压、电流关系：UCE=VCC−ICRC或CCECCCRUVI19VCCVCCRC1RC-MN4）求静态工作点QICQUCEQQ静态工作点直线MN和IB=IBQ的输出特性曲线的交点即为静态工作点Q。Q点对应的电压、电流值就是静态工作下三极管的UCEQ和ICQ。202、动态分析1）放大电路接入交流信号时的工作情况（设RL=∞）212）画出交流通路C1、C2在一定频率信号作用下，其容抗可忽略；直流电源VCC内阻很小可视为短路，即在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。放大电路工作时，输出端总是要接负载。负载对放大电路的影响如何？交流通路LCLCLCL//RRRRRRR显然，放大电路的交流负载电阻为：223）交流负载线输出端口有：uce=−icR'L由于交流信号是叠加在静态工作点上的，故交流负载线是通过Q点的一条直线，其斜率为-1/R'L。P点：（UCEQ+ICQR'L，0）连接Q、P点得交流负载线。确定方法234）放大电路的动态范围和非线性失真放大电路除了应有一定的放大倍数外，还要求输出信号无明显失真。动态范围：不失真最大输出电压的峰-峰值Uo（P-P）a.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；b.要有合适的交流负载线。iCuCEuo可输出的最大不失真信号24iCuCEuoQ点过低，信号进入截止区称为截止失真对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。不产生截止失真的条件：Uom≤ICQR'L25iCuCEuoQ点过高，信号进入饱和区称为饱和失真对于NPN管，输出电压表现为底部失真。不产生饱和失真的条件：Uom≤UCEQ－UCES2627例1分析图示各电路有无正常电压放大的能力。无电压放大能力。因为没接入RC，交流输出短路。无电压放大能力。因为VBB对交流输入信号短路，ui无法控制ib。解：注意三点（1）偏置是否合适；（2）输入信号能否加入；（3）输出信号能否输出。28无电压放大能力。因为UBEQ=0，管子静态时工作于截止区。无电压放大能力。因管子集电极与负载间无耦合电容，且负载电阻值很小，会使管子静态时的UCEQ值非常小，以致于工作到饱和区。292.4放大电路的小信号模型分析方法BJT的小信号模型小信号模型分析法温度对工作点的影响与分压式偏置电路302.4.1BJT的小信号模型1、共射BJT的H参数模型H参数的导出接成共发射极组态的BJT可看成一双口网络，端口特性表示为++−−iBiCuBEuCEuBE=f1（iB，uCE）iC=f2（iB，uCE）在小信号下，管子工作在Q点附近，故可在Q点处对上式全微分CECECBBCCCECEBEBBBEBEduuidiiididuuudiiuduQQQQ31CECECBBCCCECEBEBBBEBEduuidiiididuuudiiuduQQQQ用交流量取代微分项ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu式中：be0bbeBBEieceriuiuhuQ输出交流短路时的输入电阻，单位Ωr0cebeCEBErebuuuuuhiQ0bcBCfeceuQiiiihce0cecCECce1bruiuihiQ输入交流开路时的输出电导，单位S输出交流短路时的电流放大系数，无量纲输入交流开路时的电压反馈系数，无量纲32H参数的物理意义33++−−iBiCuBEuCEceoebfeccerebiebeuhihiuhihu34简化H参数模型hre为BJT的内部电压反馈，一般在10-3~10-4数量级内，即当输出电压uce=10mV时，将在输入回路引入约1μV的内部反馈电压，故取hre=0。hoe为BJT的共发射极输出电阻rce=1/hoe，一般在10~200kΩ，当R'Lrce，hoe可忽略。hre、hoe忽略后，可得简化H参数模型。35rbe的确定rbe可用下列公式估算ebbebbbbe1rrrrr）（）（）（mAmV26EQEQTeIIVrre归算到基极回路的电阻rbb′为基区体电阻，对于低频小功率管，rbb′约200Ω；re为发射结结电阻，可由PN结方程导出：）（）（）（mAmV261200EQbeIr即36注意问题：BJT的小信号模型只能用于放大电路的动态性能分析，不能用于计算静态工作点，但其参数与Q点有密切相关。受控源βib代表BJT的电流控制作用，其方向由ib（也即ube）来决定，不能任意假定。372.4.2小信号模型分析法BQCQII1、静态工作点的估算由直流通路，得bCCbBEQCCBQRVRUVICQCCCCEQIRVU将已知参数代入，β=37.5，得IBQ=40μAICQ=1.5mAUCEQ=6V382、动态分析1）画交流通路2）画出小信号等效电路394）求电压放大倍数Au由输入回路：bbeiIrULcoRIUbcIILcL//RRRiouUUAbeLrR5.86867.04//45.37）（3）求rbeEQbe261200Ir）（由公式可得8675.1265.38200且由输出回路：负号表示uo与ui反相405）求输入电阻riri根据输入电阻定义，有867//bebirRrro6）求输出电阻ro根据输入电阻定义，有k4coRr7）求源电压增益AussousUUAiosiUUUUuisiArRr=–54.941两种分析方法的比较图解法：真实反映BJT的非线性，在输入大信号以及分析输出幅值和波形失真的情况时，用图解法较为合适。小信号模型法：用线性元件建立模型电路，然后利用线性电路的分析法计算放大电路的各项性能指标，尤其当信号频率较高时，管子性能仍可通过在模型电路中加入某些元件来反映，而图解法则不适用。