模拟电子技术PPT电子课件教案-第2章_基本放大电路.ppt

模拟电子技术,第二章 基本放大电路,主要内容,2.2放大电路的组成及工作原理,2.3 放大电路的基本分析方法,2.4 静态工作点稳定电路,2.5 基本放大电路的三种组态,2.1 放大电路基础,2.6 场效应管放大电路,2.7 放大电路的频率响应,2.1 放大电路基础,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,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,2. 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。,3. 输出电阻ro从放大电路输出端看进去的等效电阻,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,输出电阻的定义：,4. 通频带,通频带：,fbw=fhfl,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,5.非线形失真系数d,当输入单一频率的正弦信号时，输出波形除基波分量外，还含有一定数量的谐波。所有的谐波的总量与基波成分之比，定义为非线形失真系数d,6.最大输出电压,输出波形在没有明显失真的情况下，放大电路能够提供给负载的最大输出电压，最常用有效值 表示,7. 最大输出功率与效率,放大电路的输出功率，是指在输出信号不产生明显失真的前提下，能够向负载提供的最大输出功率，用 表示,放大电路的效率 定义为最大输出功率 与直流电源消耗功率 之比,2.2 放大电路的组成及工作原理,2.2.1 基本共射放大电路的组成,放大电路的组成原则,1、必须保证放大管工作在放大区 必须根据所用放大管的类型提供合适的直流电源，并设计合适的偏置电路来保证放大管始终处于放大区,2、保证待放大信号能输入、放大后的信号能输出 由于放大功能是以放大管为核心完成的，所以应在电路接法上保证待放大的信号 能加到放大管的输入端口上，且同时保证放大后的信号 （或 ）能输送到负载上,3、为使信号不失真，在没外加信号作用下，放大管不但要处于放大状态，还应有一个合适的静态工作点。,三极管工作在放大区： 发射结正偏， 集电结反偏。,uce（-icrc）,放大原理：,ube,ib,ic（bib）,电压放大倍数：, uo,ui,2.2.2 放大电路的工作原理,放大元件ic=ib，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,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,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10f50f,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。,+,+,各元件作用：,一、直流通路和交流通路 通常，放大电路中交流信号的作用和直流电源的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，引入直流通路和交流通路 直流通路： us=0，保留rs；电容开路；电感相当于短路（线圈电阻近似为0） 交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路（内阻为0）,2.3 放大电路的基本分析方法,对交流信号(输入信号ui),二、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：,将直流电压源短路，将电容短路。,2.放大器的交流通路,1.放大器的直流通路,一. 静态分析,2.3.2 图解法,图解法的基本思路是利用晶体管内部的电压和电流特性曲线与晶体管外部的电压和电流的关系曲线来分析放大电路的工作状态,1. 交流负载线（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 ui,静态工作点,二. 动态分析,注意：uce与ui反相！,2. 图解法分析信号的波形,3. 放大电路的非线性失真分析,失真是指输出信号波形不能重现输入信号的波形行状。如果晶体管的静态工作点选择不当或输入信号过大，会使放大电路工作在晶体管的非线性区，从而导致输出波形出现失真，这种失真称为非线性失真，包括截止失真和饱和失真,基本共射放大电路饱和失真图,基本共射放大电路截止失真,4. 最大不失真输出电压,最大不失真输出电压是放大电路主要指标之一，指的是在不失真情况下能够输出的最大电压,2.3.3 等效电路法,思路：将非线性的bjt等效成一个线性电路,条件：交流小信号,一、晶体管的直流等效模型,二、晶体管微变等效模型,当输入信号在一个很小范围变化时，可认为电路工作点在特性曲线的直线范围内移动，则晶体管可视为一个线性双口网络。即用一个线性等效电路来代替非线性的晶体管，相应电路称为晶体管的微变等效电路，此时含了非线性元件的放大电路转化为线性电路,1、h参数小信号模型,根据网络参数理论：,求变化量：,在小信号情况下：,各h参数的物理意义：,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r表示。,输出端交流短路时的电流放大 系数， 用表示。,输入端开路时的输出电导，用1/rce表示。,该式可写为：,由此画出三极管的h参数等效电路：,2、简化的h参数等效电路,（1）r10-3，忽略。,（2）rce105，忽略。,得三极管简化的h参数等效电路。,3、rbe的计算：,由pn结的电流公式：,（常温下）,其中：rbb=200,1. 画出放大器的微变等效电路,（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,三、放大电路动态分析,2、电压放大倍数的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小,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：,定义：,当信号源有内阻时：,由图知：,所以：,所以：,4、输出电阻的计算：,根据定义：,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由ube、和iceo决定，这三个参数随温度而变化。,一、温度对静态工作点的影响,2.4静态工作点稳定电路,1、温度对ube的影响,2、温度对值及iceo的影响,动画演示,温度对q点的影响,二、电路的组成及工作原理,三、放大电路静态工作点的稳定,选i2=（510）ib i1 i2,（1） 结构及工作原理,静态工作点稳定过程： re的直流负反馈作用,ube=ub-ue =ub - ie re,ub稳定,（2）直流通道及静态工作点估算:,ib=ic/,uce = vcc - icrc - iere,ic ie =ue/re = （ub- ube）/ re,电容开路,画出直流通道,将电容短路,直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路,（3）动态分析：,电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,三、稳定静态工作点的方法,引入直流负反馈 温度补偿：rb1或rb2采用热敏电阻。 rb1应具有负温度系数， rb2应具有正温度系数。,2.5.1 共集放大电路,1. 结构：,2.5 基本放大电路的三种组态,2. 直流通道及静态工作点分析：,3. 动态分析,（1）交流通道及微变等效电路,（2）电压放大倍数：,（3）输入电阻,（4）输出电阻,先算出 ，根据前面用含受控源电路等效电阻算法，令信号源电压为零，保留其内阻，断开负载，外加电压 ，算出电流 ，可得 ，,射极输出器的特点：电压放大倍数=1， 输入阻抗高，输出阻抗小。,射极输出器的应用,1、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。,2、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。,2、放在两级之间，起缓冲作用。,2.5.2 共基极电路,1. 静态工作点,直流通路：,2. 动态分析,画出电路的交流小信号等效电路,（1）电压放大倍数,（2）输入电阻,（3）输出电阻,2.5.3 三种放大电路比较,共集,共基,共射,三种接法的比较：空载情况下,接法 共射 共集 共基 au 大 小于1 大 ai 1 ri 中 大 小 ro 大 小 大 其它 频带宽,2.6 场效应管放大电路,2.6.1场效应管放大电路的静态偏置,一、偏置电路,自给偏压电路,分压式偏置电路,二、静态工作点的确定,1. 自给偏压电路,这种电路结构适用于结型场效应管和耗尽型mos管，它们的转移特性方程为,三个方程式联立求解，得静态工作点q,2. 分压偏置电路,增强型mos管，则其转移特性方程为,三个方程式联立求解，得静态工作点q,2.6.2场效应管放大电路的微变等效电路法,一、场效应管的微变等效模型,场效应管二端口等效电路,微变等效模型,简化微变等效模型,二、场效应管三种组态的动态分析,1、共源极放大电路,2、共漏放大电路,2.7放大电路的频率响应,放大电路的电压增益及输出与输入电压之间的相位差都是频率的函数，这种函数关系称为频率响应,2.7.1频率响应的基本概念,一、幅频特性和相频特性,放大电路的频率特性定义为,：电压放大倍数的幅值与频率关系，称为幅频特性,：放大电路输出电压和输入电压之间的相位差与频率关系，称为相频特性,（a）幅频特性,（b）相频特性,二、波特图,三、频率失真,放大电路中因电抗元件（如电容）、晶体管极间电容或连线分布电容等存在，它们在不同频率下的电抗值不同，使得放大电路对不同频率信号在幅度上和相位上放大的效果不完全一样，使输出信号波形不能重现输入信号波形，从而产生失真，这种失真称为频率失真 幅频失真 相频失真,2.7.2 晶体管的混合 模型,一、混合 模型,二、混合等效模型的单向化处理,(a),(b),由图(a)得：,在共射放大电路中,其中,则,简化后的混合模型,三、主要参数计算,低频时,四、晶体管电流放大系数 的频率响应,2.7.3 单管共射放大电路的频率响应,(a)电路结构,(b)等效电路,一、中频段,二、低频段,令,则,在低频下单管共射放大电路的对数幅频特性和相频特性为,三、高频段,令,则,在高频下单管共射放大电路的对数幅频特性和相频特性为,四、完整的频率特性,在全部频率范围内，电压放大倍数的表达式为,只需将单管共射放大电路频率特性的中频段、低频段和高频段画在一张图上，就可以得到完整的频率特性,五、放大电路频率响应的改善和增益带宽积,1、频率响应的改善,（1）减小 ，改善低频响应,减小可采用使 容量增加或使相应的回路电阻加大，但这种改善是很有限的，最好是去掉耦合电容而改用直接耦合方式,（2）增大 ，改善高频响应,需减小 间等效电容 及其回路等效电阻 来增加,（3）引入负反馈 在放大电路中引入负反馈，可以扩展电路的通频带，这也是工程中常采用的方法之一,2、增益带宽积,本章小结,1基本放大电路的组成。 bjt加上合适的偏置电路（偏置电路保证bjt 工作在放大区）。 2交流与直流。正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了分析方便，常将两