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当前位置:首页 > 电子/通信 > 综合/其它 > 模拟电子技术 叶文霞 ch4-2 BJT放大电路(1)
放大电路模型和主要性能指标(参见课本绪论第1.4节和1.5节)放大电路的表示方法和类型放大电路模型放大电路的主要性能指标12一、放大电路的表示方法和类型电压放大电路iovvvA/=电压增益信号源直流电源¾四种放大类型:负载电流放大电路电流增益ioiiiA/=互阻放大电路互阻增益iorivA/=互导放大电路互导增益iogviA/=3放大电路的表示方法和类型(续)放大的对象:变化量放大的本质:能量的控制和转换放大电路的特征:功率放大放大电路的必备元件:有源器件(晶体三极管或场效应管)放大的前提:不失真或在容许的失真范围内4二、放大电路模型放大电路模型是指忽略实际放大电路的内部结构,采用一些基本元件构成的电路来等效放大电路的输入和输出特性。共有四种模型:电压放大、电流放大、互阻放大、互导放大电压放大模型输入电阻Ri-从放大器输入端口看进去的交流等效电阻受控电压源Avovi(其中Avo为输出开路(RL=∞)时的电压增益)输出电阻Ro-从放大器输出端口看进去的交流等效电阻RiRo¾电压放大模型组成元件:vo′=Avovi--空载输出电压5三、放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标输入电阻Ri输出电阻Ro增益(放大倍数)频率响应非线性失真放大电路的性能指标是衡量其品质优劣的标准,并决定电路的适用范围.6放大电路的主要性能指标(1)1.输入电阻Rivi=Rs+RiRivsRi的大小决定了放大电路从信号源得到的信号大小。Ri的计算方法输入为vs时Ri越大(RiRs),Rs对信号源电压衰减越小,vi越接近vs。(当输入为电流信号is时,Ri越小,ii越接近is,即要求RiRs)vsRsRi+vi-+-vtRi=it+-RivtRLit放大电路7放大电路的主要性能指标(2)2.输出电阻RoRo的计算方法输出电阻的大小决定放大电路带负载的能力(即输出量随负载变化的程度)Ro越小,vo越稳定,RL变化对vo的影响越小,则带负载的能力越强。(Ro越大,输出电流io越稳定,RL变化对io的影响越小)RLRo+vo-vO’+-oLoLovRRRv′+=Ro(vs短路)Rsvt放大电路itvtRo=RL=∞vs=0(Rs保留)it8放大电路的主要性能指标(3)3.增益(放大倍数)其中(dB)lg20vA=电压增益四种增益:iovvv=AioiiAi=ioiArv=ioviAg=iAA、v常用分贝(dB)表示。(dB)lg20iA=电流增益(dB)lg10PA=功率增益20dB10-20dB0.140dB0dB-3dB-40dB|Av|的分贝表示10010.7070.01|Av|的数值表示例:9练习1.有两个电压放大倍数相同、输入和输出电阻不同的放大电路A和B,对同一个具有内阻的信号源电压进行放大,在负载开路的条件下测得A的输出电压比B的小,这说明A的。(A.输入电阻,B.输出电阻)比B的。(C.大,D.小)。AD2.一电压放大电路输出端接1KΩ负载电阻时,输出电压为1V(有效值),负载断开时,输出电压为1.1V(有效值),则该电路输出电阻为。100Ω104.2基本共射极放大电路C1、C2-耦合电容或隔直电容,作用是通交流隔直流。Rb-基极偏置电阻,Rc-集电极电阻,RL-负载电阻工作原理:oCCBBEisvviivvv⎯→⎯→→→⎯→⎯或基本CE放大电路组成:iBiCiE(阻容耦合方式)(直接耦合方式)vo11放大电路的两种工作状态静态—输入信号vi=0时放大电路的工作状态,电路中的电压、电流都是直流量,即直流工作状态。动态—有输入信号vi时放大电路的工作状态,各极电流、电压都在静态值的基础上变动。称为静态工作点Q(IBQ,ICQ,IEQ,VBEQ,VCEQ)放大电路建立正确的静态工作点Q,是保证动态工作的前提。分析放大电路时常将直流和交流分开进行,总的响应是交直流量的叠加。饱和区静态和动态分析要分别通过直流通路和交流通路进行Q12直流通路的画法:交流电压源短路,电容开路交流通路的画法:直流电压源短路(电流源或恒流源为开路),电容短路------分别指直流电流/交流电流流通的路径直流通路与交流通路直流通路例:交流通路13练习画出下面放大电路的直流和交流通路.14静态工作点的近似计算VBEQ≈0.7V(硅),ICQ=βIBQ=4mA,解:直流通路bBEQCCBQRVVI−=cCQCCCEQRIVV−=ICQIBQ+VCEQ-(由于C2的隔直作用,RL对Q点没有影响)例:已知VCC=10V,Rb=232.5kΩ,Rc=1.5kΩ,RL=0.75kΩ,β=100Akµ405.2327.010=−=IEQ=(1+β)IBQ=4.04mA=10–4mA×1.5k=4V154.3放大电路的分析方法图解法:利用BJT的输入、输出特性曲线,分析放大电路的静态工作点和动态工作情况,适用于信号幅度较大且工作频率不太高的情况。小信号模型分析法:利用BJT的小信号模型,分析计算放大电路的动态性能指标(电压增益,输入电阻,输出电阻等),适用于输入信号幅度较小的情况。放大电路的基本分析方法有两种:164.3.1图解分析法静态工作点的图解分析动态工作情况的图解分析非线性失真最大动态工作范围输入特性曲线iB=f(vBE)⏐vCE=常数输出特性曲线iC=f(vCE)⏐iB=常数(分析时取vCE1V的一条曲线)17一.静态工作点的图解分析2.由直流通路的输出回路列出方程:VCE=VCC-ICRc1.由直流通路的输入回路列方程式:VBE=VCC-IBRb直流负载线IBQVBEQcCCRVCCVQQICQVCEQ(斜率=)CR1−bCCRV斜率bR1−一般先估算IBQ,再由输出特性曲线求ICQ和VCEQ.iB=IBQ先求出IBQ,则IBQ对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q例:18二.动态工作情况的图解分析分析在输入信号作用下,放大电路中各电压/电流波形的幅值大小和相位关系。交流负载线iC=f(vCE)动态时工作点的移动轨迹---交流负载线必过静态工作点Q交流负载线的斜率由交流vce和ic的关系式确定如何求交流负载线的方程?¾方法一:¾方法二:利用vCE=VCEQ+vce、iC=ICQ+ic以及vce和ic的关系式求求放大电路的交流负载线交流通路(其中R'L=RL∥Rc)交流负载线方程为:例:icib+vce-(直流负载线方程:VCE=VCC-ICRc)(图中电压的+、–极性和电流方向为假定的正参考方向)LCQCEQRIVVCC′+=′由交流通路得:LcRivce′−=交流负载线斜率为L/1R′−LCQCEQ)(RIiVvCCE′−−=LLCQCEQ)(RiRIVC′−′+=LCCRiVC′−′=:若去掉RL,交流负载线方程是什么?20放大电路接入正弦信号的波形分析vbe=vi输入特性iB输出特性iCvCE交流负载线ceCEQCEcCQCvVviIi+=+=bBQBiIi+=ICQVCEQIBQ21•共射放大电路中的电流、电压波形放大电路的波形分析输出电压与输入电压反相cCQCiIi+=bBQBiIi+=ceCEQCEvVv+=(vo)vi22非线性失真静态工作点Q设置不当,或者即使Q点位置合适而输入信号幅度过大,使BJT进入了截止区或饱和区,造成电压和电流波形产生失真,分别称为截止失真和饱和失真。截止失真饱和失真(截止失真和饱和失真统称为非线性失真)Q点偏低Q点偏高23衡量非线性失真的指标非线性失真系数%100122×=γ∑∞=okokVV输入为标准的正弦波信号,测得输出电压信号vo,将vo分解为其基波分量vo1与各谐波vok(k=2,…,∞)分量之和即vo=vo1+vo2+...+vok则定义其中,Vo1、Vok为基波分量vo1与各高次谐波分量vok的有效值24V'CC放大电路的最大不失真输出幅度Vcem(cut)=V'CC-VCEQVcem(sat)=VCEQ-VCESVcem(sat)Vcem(cut)同理,可由图中求得ic的最大不失真幅值Icm。最大不失真输出幅度:不发生饱和失真及截止失真时的输出电压或输出电流的最大幅值。不发生饱和失真时的vce最大输出幅值为:不发生截止失真时的vce最大输出幅值为:直流负载线交流负载线vce最大不失真幅值为:Vcem=min{Vcem(cut),Vcem(sat)}VCEQVCES25当输入信号较大时,为了扩大输出动态范围,宜将Q点设置在交流负载线中部,使:Vcem(cut)=Vcem(sat)最大不失真输出电压的峰-峰值称为输出动态范围最大动态工作范围Vcem(sat)Vcem(cut)当输入信号较小时,在保证输出不失真和一定电压增益的条件下,可以将Q点位置设置低一点,以降低功耗。26图解分析法的适用范围幅度较大而工作频率不太高的情况优点:直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存,静态和动态等重要概念;有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点:不能分析工作频率较高时的电路工作状态,也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。27练习1.如图所示的放大电路,VCC=10V,Rb=186kΩ,Rc=1.5kΩ,RL=0.75kΩ,VBE=0.7V,三极管的输出特性曲线如图所示,(1)用图解法确定Q点。(2)若vi幅值增大使输出电压出现失真,将首先出现什么失真?求vo最大不失真输出幅度。+Vcc+_+_vivoRbRcRL0iC/mAvCE/V224466881080uA60uA40uA20uAQ28练习2.某晶体管的输出特性曲线和用该晶体管组成的放大电路及其直流、交流负载线如下图所示。电源电压VCC=V,静态电流ICQ=mA,静态电压VCEQ=V,Rc=,Re=,最大不失真输出电压幅值Vom=V,若输入正弦交流信号幅值增大,输出波形首先出现失真。120236uCEV60µA40µA50µA30µA51448=10µAIB20µA2610+VCCC2RLC1uiuo1.5kΩRb2Rb1RcCeReQiCmA
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