电子技术-chapter2基本放大电路(含场效应管)1

下一页总目录章目录返回上一页第2章基本放大电路2.1基本放大电路概述2.2放大电路的静态分析2.4静态工作点的稳定2.5射极输出器2.8互补对称功率放大电路2.6场效应管及其放大电路2.3放大电路的动态分析2.7阻容耦合多级放大电路下一页总目录章目录返回上一页本章要求：1.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极放大电路的性能特点;2.掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法，掌握放大电路电压放大倍数、输入、输出电阻的计算;3.了解多级放大的概念，了解互补功率放大电路的工作原理。第2章基本放大电路下一页总目录章目录返回上一页本章作业P60:2.4P61:2.72.92.102.112.122.17下一页总目录章目录返回上一页一、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电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。下一页总目录章目录返回上一页二、性能指标ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1.放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。下一页总目录章目录返回上一页2.输入电阻和输出电阻将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。Lo'oLoo'oo)1(RUURUUUR空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值iiiIUR输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻下一页总目录章目录返回上一页3.通频带4.最大不失真输出电压Uom：交流有效值。由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率LHbwfff5.最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数下一页总目录章目录返回上一页按工作频率直流放大器交流放大器按电路结构分立元件放大器集成放大器放大电路的分类本章主要讨论电压放大电路。按用途电流放大器功率放大器电压放大器下一页总目录章目录返回上一页2.1基本放大电路概述2.1.1共发射极放大电路组成晶体管T--放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。基极电源EB与基极电阻RB--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE共发射极基本电路Common-EmitterAmplifier下一页总目录章目录返回上一页集电极电源EC--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C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。共发射极基本电路Common-EmitterAmplifierECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2.1.1共发射极放大电路组成2.1基本放大电路概述下一页总目录章目录返回上一页单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2.1基本放大电路概述下一页总目录章目录返回上一页2.1.2直流通路和交流通路因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。DCchannelandACchannel下一页总目录章目录返回上一页UBEIBICUCE无输入信号(ui=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO2.1.3共发射极基本放大电路的工作原理下一页总目录章目录返回上一页ICUCEOIBUBEO结论：(1)无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和IC、UCE。(IB、UBE)和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。QIBUBEQUCEIC下一页总目录章目录返回上一页UBEIB无输入信号(ui=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号(ui≠0)时uCE=UCC－iCRCuo0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO2.1.3共发射极基本放大电路的工作原理下一页总目录章目录返回上一页结论：(2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析下一页总目录章目录返回上一页结论：(3)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。(4)输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO下一页总目录章目录返回上一页信号放大过程静态：未加输入信号时放大器的工作状态。动态：加上输入信号时放大器的工作状态。下一页总目录章目录返回上一页总结：放大电路的组成原则(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。(1)根据晶体管的类型提供直流电源，以使晶体管工作在放大区，发射结正偏，集电结反偏。(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大区。(3)输入信号必须作用于输入回路，且输入信号将变化的电压转化成变化的基极电流。下一页总目录章目录返回上一页2.2放大电路的静态分析静态：放大电路无信号输入（ui=0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压、电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。设置Q点的目的：(1)使放大电路的放大信号不失真；(2)使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。——静态工作点Q：IB、IC、UCE。静态分析：确定放大电路的静态值。(StaticAnalysis)下一页总目录章目录返回上一页直流通路通路的画法：直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB、IC、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2.2放大电路的静态分析下一页总目录章目录返回上一页1.估算法:用放大电路的直流通路确定静态值1.直流通路估算IBBBECCBRUUI所以BCCBRUI根据电流放大作用CEOBCIIIBBIβIβ2.由直流通路估算UCE、IC当UBEUCC时，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+UBE由KVL:UCC=ICRC+UCE所以UCE=UCC–ICRC下一页总目录章目录返回上一页例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意：电路中IB和IC的数量级不同mAmABCCB04030012.RUImAmABC51040537...IIVVCCCCCE645112.RIUU+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB下一页总目录章目录返回上一页例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。EECCCCCERIRIUUEBBECCB)1(RβRUUIBCIβIEEBEBBCCRIURIUEBBEBB)1(RIβURI由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB下一页总目录章目录返回上一页2.图解法用作图的方法确定静态值步骤：1.用估算法确定IB优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。2.由输出特性确定IC和UCC常数B)(CECIUfIUCE=UCC–ICRC直流负载线方程+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE下一页总目录章目录返回上一页2.图解法BBECCBRUUICtanR1直流负载线斜率ICQUCEQCCCRUUCC常数B)(CECIUfIUCE=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点O下一页总目录章目录返回上一页2.3放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入（ui0）时的工作状态。分析方法：微变等效电路法，图解法。所用电路：放大电路的交流通路。动态分析:计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象：各极电压和电流的交流分量。目的：找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。(DynamicAnalysis)下一页总目录章目录返回上一页UA:大写字母、大写下标，表示直流量。uA:小写字母、大写下标，表示全量。ua:小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量符号约定下一页总目录章目录返回上一页2.3.1微变等效电路法微变等效电路(Small-signalequivalentcircuits)：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。下一页总目录章目录返回上一页晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。1.晶体管的微变等效电路UBEIBCEBBEbeUIUr2.3.1微变等效电路法(1)输入回路QCEbbeUiu输入特性晶体管的输入电阻晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。IBUBEO下一页总目录章目录返回上一页BECrbeibBEubeubeib＋＋rbe一般为几百欧到几千欧。对输入的小交流信号而言，三极管B、E间等效于电阻rbe。对于小功率三极管：)mA()mV(26)1()(200EbeIβr下一页总目录章目录返回上一页(2)输出回路CEBCUIIβrce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性ICUCEQ输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。CEbcUii晶体管的电流放大系数晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由来确定ic和ib之间的关系。一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。BCCEceIIUrBcceIiuOIBICICIBuCEiC下一页总目录章目录返回上一页CibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-1.晶体管的微变等效电路rbeBE晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。下一页总目录章目录返回上一页XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源