模拟电路与数字电路PPT学习教案

1、会计学1 模拟电路与数字电路模拟电路与数字电路 + _ vi ii + _ vo io 信号源信号源负载负载 直流电源直流电源 放大电路放大电路 信号功率增大信号功率增大 信号功率小信号功率小 第二章第二章 基本放大电路基本放大电路 一、放大的概念 第1页/共41页 2、放大电路的本质：用较小能量控制较大能量。（用一个能 量较小的输入信号对直流电源的能量进行控制和转换，使之转 换成较大的交流电能输出，以便驱动负载。） 1、放大电路作用：通过晶体管和场效应管组成的放大电路， 在保证输出和输入信号波形基本相同的前提下，将微弱的电信 号增强到需要的强度输出。 3、放大电路的基本特征：功率放大。 4、

2、转换、控制能量的元件（有源元件）-晶体管和场效应管 5、放大前提：信号不失真。 第2页/共41页 1、放大倍数 电压放大倍数：输出电压比输入电压。 电流放大倍数：输出电流比输入电流。 + _ vi ii + _ vo io 信号源信号源负载负载 直流电源直流电源 放大电路放大电路 信号功率增大信号功率增大 信号功率小信号功率小 i o v V V A i o i I I A 二、放大电路主要性能指标 第3页/共41页 2、输入电阻ri -输入电压有效值Vi和输入电流Ii有效值之比。 s V i V o V o V 从输入端看进去的从输入端看进去的 等效电阻等效电阻 i r i r o r i

3、i i I V r i i i I V r 第4页/共41页 3、输出电阻ro -从放大电路输出端看见去的等效电阻。 它反映放大电路带负载能力，输出电阻越小，放大电路带负载能力越强。 s V i V o V o V o Lo L o V Rr R V L o o o )R V V (r1 从输出端看进去等效成有内阻的电压源，内阻即输出电阻。从输出端看进去等效成有内阻的电压源，内阻即输出电阻。 空载时输出电压有效值空载时输出电压有效值 带带RL时的输出电压有效值时的输出电压有效值 i r o r 第5页/共41页 4、频率响应： 反映放大电路放大能力随信号频率变化的特性 5、最大输出范围与非线性

4、失真 放大电路只适用于放大某一特定频率范围（通频带）内的信号。 非线性失真-输出信号与输入信号产生明显的差别，这种差 别体现为一种非线性。 s V i V o V o V 第6页/共41页 2.1 2.1 共发射极放大电路共发射极放大电路 VBB VCC vi vo vs VT 2.2.1、电路组成及各元件作用 信号源信号源 信号源内阻信号源内阻 输入电压输入电压输出电压输出电压 第7页/共41页 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 1、电路组成 VBB VCC vi vo VT vs 第8页/共41页 电路改成电位画 法 +VCC vi vo vs VT VBB VCC vi voVT vs

5、第9页/共41页 一、电路特点 1、直流量、交流量共存于放大电路，前者是直流电源作用的结 果，后者是输入的交流信号作用的结果； 2、由于电感、电容元件的存在，直流量和交流量流经的通路不 同。 2.2.2、放大电路的直流通路和交流通路 名称名称直流分量直流分量 交流分量交流分量 直流直流+ 交流交流 瞬时值瞬时值有效值有效值 基极电流基极电流 集电极电流集电极电流 发射极电流发射极电流 管压降管压降 发射结压降发射结压降 IB IC IE VCE VBE ib ic ie vce vbe Ib Ic Ie Vce Vbe iB iC iE vCE vBE 第10页/共41页 （3）静态-没有交流

6、信号输入，即vi=0时，电路中只有直流电源在工作的状态。 （4）静态工作点-静态时晶体管各电极直流电流和极间直流电压称为静态工作点，简称Q点。 Q点：IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ 二、几个概念 （1）直流通路-在直流电源作用下直流电流流经的通路。（用于确定静态工作点。） （2）交流通路-输入信号作用下交流信号流经的通路。（用于研究动态参数和性能。） （5）动态-输入交流信号vi0时，电路中各处电压、电流处于交变状态，电路处于动态工作状态，简称动态。 b e c 第11页/共41页 +VCC vi vo vs vBE iB iC vCE Q IBQ VBEQ vBE iB Q VCEQ I

7、CQ IBQ iC vCE 第12页/共41页 第13页/共41页 1、绘制放大电路的直流通路原则： 信号源视为短路，保留内阻； 电容视为开路； 电感线圈视为短路，忽略线圈内阻。 三、绘制直流、交流通路原则： +VCC vi vo vs VT 直流通路用于分析放大电路的静态工作点直流通路用于分析放大电路的静态工作点 第14页/共41页 2、绘制放大电路的交流通路的原则： 无内阻的直流电源（如VCC可看作电容）视为短路； 容量大的耦合电容容抗可忽略，视为短路。 vi vo vs VT +VCC vi vo vs VT 交流通路用于分析放大电路的动态参数交流通路用于分析放大电路的动态参数 第15页

8、/共41页 若去掉基极电源，输入回 路没有VBB，静态时此处相当于 短路，晶体管处于截止状态。 四、设置静态工作点的必要性 A BVCEQ=VCC ICQ=0 IBQ=0 VBEQ=0 VCC vCE 为什么放大的对象是动态信号， 却要晶体管在信号为零时有合适 的直流电流和极间电压？ 第16页/共41页 放 大 电 路 分 析 静态分析（确定放大器件工作状态） 图解分析 等效电路分析 动态分析（分析放大电路性能） 图解分析 等效电路分析 计算机仿真 IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ Av、ri、ro 2.1.3 放大电路的分析方法 第17页/共41页 第一、静态分析 静态分析的目的-确定晶体

9、管静态工作点（Q点），判断晶体 管是否工作于放大状态。 2、等效电路法-利用晶体 管直流工作状态下的等效模型， 对线性化后的器件用电路分析方 法来确定电压、电流。 1、图解法-利用晶体管（非线性元件）的输入、输出特性曲 线和外接线性电路特性曲线，通过作图寻找它们的交点（静态工作 点、Q点），来确定相应的电压和电流，从而分析放大器工作状态 的方法。 IBQ、 VBEQ 、 ICQ、VCEQ +VCC vi vo vs VT 图解法分析前提-必须知道放大器件的特性曲线。 第18页/共41页 第二、动态分析。 动态分析的目的-分析放大电路的性能指标（放大倍数、输入 电阻、输出电阻等）。 1、图解法-

10、在已知放大器件特性曲线的前提下，通过作图分 析放大器基本性能的方法。 2、等效电路法-利用晶体管在交流工作情况下的等效模型， 对线性化后的器件模型用电路分析方法来确定放大器性能指标。 微变等效电路法 线性化近似的前提-输入变化幅度不大的小信号。 +VCC vi vo vs VT 第19页/共41页 分析放大电路遵循的原则：“先静态、后动态” 一、放大电路的静态分析 利用直流通路 第20页/共41页 静态分析等效电路法归纳 （2）放大状态晶体管等效电路 （1）直流通路 +VCC vi vo vs VT （3）放大电路静态等效电路 近似条件：VBE 0.7V(硅管) 或 0.3V(锗管) VCC

11、RB RC IC + _VCE + _ VCC + _ VBE IB IB BC E 第21页/共41页 （4）近似估算 IBQ =(VCC VBEQ)/RB ICQ =IBQ VCEQ = VCC ICQRC VCC RB RC IC + _VCE + _ VCC + _ VBE IB IB IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ BC E VBE 0.7V(硅管) 第22页/共41页 二、放大电路的动态分析二、放大电路的动态分析 动态分析目的：确定放大电路的性能指标。包括放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出等。 当输入信号vi0，电路中各处电压、电流在静态工作点基础上叠加一个随vi变化

12、的交流分量。 三极管基极的电流波形 (a)直流分量； (b)交流分量； (c)总变化量 ib t bBQB iIi t IB IBQ iB t IBQ 利用交流通路 第23页/共41页 vbe ib vce ic vbe rbe ib ib vce ic e bc e bc 弄清楚等效的概念：1、对谁等效。 2、怎么等效。 1、动态分析的等效电路法 晶体管的微变等效电路 第24页/共41页 b) 晶体管的微变等效电路 模型适用：只用于动态参数 分析，不用于静态参数求解； 只适用于低频小幅信号。 vi vs +VCC vo VT vs vi vo a)交流通路 s V i V o V c) 放大

13、电路的微变等效电路 动态分析微变等效电路法归纳步骤 第25页/共41页 vs vi vo s V i V o V vi vs +VCC vo VT 第26页/共41页 （1）电压放大倍数-输出电压与输出电流的相量之比。 负载电阻越小，放大倍数越小。 2、放大电路的动态参数分析 be L be LC beb LCb i o v r R r /RR rI /RRI V V A ）（ ）（ S V i V o V 第27页/共41页 （2）输入电阻ri-从放大电路输入端往放大器内部看除源后 的等效电阻。（除源-电压源短路、电流源断路） ri ro i V S V o V bebeB i beBi i

14、 i i r/rR I ）/r（RI I V r ri ro i V S V o V bebeBi r/rRr 第28页/共41页 （3）输出电阻ro-对负载而言，从放大电路输出端往放大电路内 部看，除源后的等效内阻。 ro=Rc ri ro i V S V o V ri ro i V S V o V 除源（电压源短路、电流源断路） 第29页/共41页 第一种方法：分析法。 将信号源短路，令vs=0，保留信号源内阻Rs。将负载开路RL=， 从输出端加交流电压VO，在输出端产生电流Io。 ro = vs=0,RL= I rO V . . 由于Vs=0，Ib=0， Ic=Ib=0，相当于电流源 支

15、路开路。 ro=Rc . . . 通过计算获得： o V 第30页/共41页 第二种方法：实验法。 在输入端加固定电压Vi，先测量输出端负载开路时的电压Vo，再 接入负载电阻RL（阻值已知），测输出端电压Vo。 . . L O O O )R V V (r1 V rR R V O OL L O ri ro i V S V o V VO rO O V RL 第31页/共41页 （4）电源电压放大倍数-输出电压与源电压相量之比。 当需要考虑信号源内阻当需要考虑信号源内阻Rs的对放大器电压放大倍数的影响：的对放大器电压放大倍数的影响： 考虑信号源内阻时，电压放大倍数下降。 ro i V S V o V

16、 vv is i i o s i s o sv APA rR r V V V V V V A s is i i V rR r V ri 第32页/共41页 例题1：共射放大电路如图所示。 设：VCC12V，Rb=300k， Rc=3k，RL=3k， RS=200， BJT的=50。 （1）试求电路的静态工作点Q。 mA.A.I I QBCQ 88163750 解：静态分析 A k V. R VV I b BECC BQ 6 .37 300 )7012( VkmA.VRIVV cCQCCCEQ 63 881 12 + + + C T b1 CC Rb V L + uo R - u + - i b

17、2 C c R +VCC vi vo VT V.VBEQ70 V.V CEQ 30 + + + C T b1 CC Rb V L + uo R - u + - i b2 C c R +VCC VT 第33页/共41页 （2）估算电路的电压放大倍数、输入电阻 ri和输出电阻ro。 mA. mA (mA)I mV r (mA)I mV )(r r CQ bb EQ bb be 991 881 26 50300 26 26 1 + + + C T b1 CC Rb V L + uo R - u + - i b2 C c R vi voVT - - + + . c u Lo i b be Rr ic

18、i b i . i i Ru b R vi vo 解： vi vo vs 第34页/共41页 rbe 991 - - + + . c uLo i b be Rr ic i b i . i i Ru b R vi vo 75 0.991k k3k50 ）（ ）（ be LC beb LCb i o v r /RR rI /RRI V V A 第35页/共41页 ri=rbe/Rbrbe=991 - - + + . c u Lo i b be Rr ic i b i . i i Ru b R vi vo ro=Rc=3k 第36页/共41页 + + + C T b1 CC Rb V L + uo R - u + - i b2 C c R vi voVT （