模拟电路-p2.1放大概念与性能指标

电压放大器功率放大器直流电源电路几V几拾V几mV♫♪8MIC§2.1放大的概念与放大电路的性能指标一.放大器的等效电路1).扩音机电路框图①放大要求：幅度放大，波形不失真；②放大对象：交流量(即变化量)；③放大实质：实现能量转换与控制。2).放大器外部电路的等效在对放大器进行交流分析时把放大器视为无源双口网络,由定理,把放大器的前级电路等效为电阻与电压源的串联称为信号源，把后级电路等效为一电阻称为负载电阻。放大器(无源双口)uSRSRL信号源–+ui+uo–+R

——信号源内阻SuS——信号源电压o电阻R

与电压源串联。再用定理，把放大器输入端等效i为电阻R

称为放大器oR

称为放大器输出电阻3).放大器电路的等效的输入电阻。ui

=

RiiSRRS

Ri把输出端等效为ui

i

uSOCOOLRL

uR

Ru

iS无源单口uSRSuiuoRL–++–+Ri放大器有源单口iSuSRSuiRL–++uo–++ROuOC放大器uoRiR0uOC–+–++iiioui放大器uiiiiouo二.放大器的放大倍数直流放大器.........电流放大器跨导放大器u电压放大器

AV

ouiioiiiA

iVIA

ioupopiAP

功率放大器三.电压放大器的主要技术指标1).电压放大倍数AUSURi

uR

i

uSRS

Ri

RS

Ri

uOA

2).源电压放大倍数AVSUSS

iUSAu

R

R

A

uO

RiuSiuORL放大器u

RiR0uOC++RS信号源–+–+iUuA

uORRS

RiuOui

i

uS3).输入电阻RiRRS

Riui

i

uSiiiiuR

Ri

越大，输入信号vi

的衰减越小，Ri是衡量放大器对信号源衰减程度的重要指标。对信号源而言，放大器作为它的负载，这个负载即放大器的输入电阻Ri

(从输入端看进去的等效电阻)。放大器的输入电阻Ri是信号源的负载电阻uSiuORL放大器u

RiR0uOC++RS信号源–+–+ii4).输出电阻RORO越小,放大器带负载的能力越强,获得的功率越大。例：有两个放大器A和B分别对同一个电压信号进行放大。输出端开路时输出电压同是5V；都接入2KW负载后UO1下降为2.5V

,

UO2为4V

。这说明放大器A的输出电阻为

2K

W,放大器B的输出电阻为

500

W。O

LO

OCRR

Ru

L

uuRO

OiO

uOC

0RL

uSiuORL放大器u

RiR0uOC++RS信号源–+–+io5).

放大器的通频带AUfAUMffL

H2

UMA

UM2AL对应的频率为f

、

fHfL

称为

截止频率;fH

称为高端截止频率。.AU=

AU

(

j

f

)fW=fH

–fL

称为放大器的通频带（放大电路的带宽）。对于音频放大器:

f

=20~20KHz,

fL=20Hz,

fH=20KHz对于直流放大器:

fL=0Hz工程上AU一般用对数表示:AU

(dB)=20log

AU

(dB—分贝)20dB=10;

40dB=100;

60dB=1000。§2.2

基本共射放大电路的工作原理一、典型共射基本放大电路的组成VCC

,VBB：提供能源,并为放大器件提供正确的偏置；

RB：基极偏置电阻，为BJT提供适当的偏置电流IB

,使放大器工作在放大状态；RC：集电极负载电阻,将C极电流的变化转化为电压输出；C1

,C2

：耦合电容(隔直通交)；RL:下级电路输入电阻。信号源RSus+RB+C1C2+ui

VBB

VCCRCuORL二、单电源共射极放大电路实际电路中一般采用单电源供电,在图(1)中令VBB

=VCCRB

+C1C2+uiVBBRCVCCuO图(1)RBC1C2+uiRC

VCC+uO图(2)BC1C2+ui合并VBB与VCC成图(2)

，VCC用电位表示成图(3)。+VCCR

RC+uO图(3)放大电路分析图解法等效电路分析法图解法等效电路分析法静态分析（确定放大器件工作状态）求IB、IC

、UCE动态分析（分析放大电路性能）求AU、Ri

、Ro

等计算机仿真

SPICESPICEPROORCADPSPICE通用电路设计§2.3

放大器的分析方法一、放大器的静态与动态分析i静态:当放大电路u

=0时,电路中各处的电压、电流都为直流,称为直流工作状态,简称静态。UCE(V)IC(mA)IIB5IB4B3IB2i

=

IB1BiB=0UCEQ静态工作点：静态下，IB、IC、UCE在管子特性曲线上有一确定的点，此点为静态工作点，又叫Q点。动态：当放大电路输入信号后(ui0),电路中各处的电压、电流处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。ICQQIBQ动态分析目的：得出uO与ui

的相位关系和动态范围。iBtt0u0t0UIB0iCIC0uCECEt放大电路接入正弦信号时的工作情况设:us=10sint

mVRSus+RLiBRBC1+ui+VCCC2RC+uOiC+vCE直流通路由放大电路的直流通路确定晶体管的静态工作点。RSus+RL+RBC1C2uiRC+uORB一.直流通路当放大电路处于静态(ui=0)时，电路中各处的电压、电流都为直流，直流电流流经的通路称为直流通路。在直流通路中,应将电容开路;电感短路。+VCC

+VCCRC§2.3.1

放大器的直流通路和交流通路二.交流通路当放大电路处于动态(ui≠0)时，交流电流流经的通路称为交流通路。在交流通路中,应将大容量电容短路;直流电压源短路。C1jC

Z

IC

0

;

电压源的交流等效电阻

U

0由交流通路计算放大电路的交流参数。RSRLusRB++uiRCuo交流通路+RSus+RL+RBC1C2ui+VCCRC+uOCE电路直流通路交流通路例1，CE电路的直流通路和交流通路T+uiR2RC1C

C2RLR1

RECE+uoVCCR2

RCR1TREVCC+ui+uOTRC

RLR1

R2+uo+uiR2RCRLR1CBRSusVCCRE例2，CB电路的直流通路和交流通路C1

C2直流通路+uo+uiRCRLRSusRE交流通路R2VCCRCRER1UBRSus+RLRB+C1C2ui+VCCRC+uO三.晶体管静态工作点的确定RB+VCC

直流通路RCBBRI

UBE

VCC由:

IC=

IB、UCE=VCC-

ICRCIBQ=15

A、ICQ=1.5mA、UCEQ=6VIICUBE+UCEB+设

=100;

VCC=12V;

RB=750K

RC=4K。估算IB、IC、UCE1).固定基流偏置电路Q点坐标为：IBQ=15A、ICQ=1.5mA、UCEQ=6VUCE(V)IC(mA)430

2

4

6

821.51QIBQ2).基极分压偏置电路T+uiRb2RCC1C2RLRb1RECE+uoVCC直流通路Rb1RCRERb2UBIBI2VCCICUCE基极分压偏置电路是一种抗温漂电路，在此电路中如果温度变化时，UB点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。选择电路参数使I2

>>IB

,则CCb1

b2BRb2VR

RU

a)

稳定Q点的机理:电路中RE可起监视IC变化并稳定IC的作用，UE=IERERb1RCREUBRb2IBI1VCCICUCET→IC→IE→IERE,UB不变→(UB=UBE+IERE)→UBE→IB→IC

。b)

静态工作点(Q点)的估算CRI

IE

UB

UBEEIB=

IC/bUB=UBE

+IERE

，UCE=VCC

-ICRC

-IERE

VCC

-IC(RC

+RE)。CCb1

b2BRb2VR

RU

例1：电路如图,已知BJT的=50。估算IB、IC、UCE

。+uiRCC1C2RL+15VuoRBRECE+230KW2KWT1KW2KWVCCRCRBREVCC+15V1KWIEIBIC230UBEKW

2KWT

+UCE+解：①画直流通路；②求IB由KVL:IBRB+UBE+IERE=15其中

IE=

(1+)

IB

51A230

K

511K15

0.7R

(1

)RI

B

E

UBEVCCB+15VRE230VCC1KWIERBIBICUBERCKW

2KWT

+UCE+IC=

IB=

50×51＝2.55mAUCE=VCC

–

ICRC

–

IERE

VCC

–

IC(RC

+RE)③求IC、UCE∵

IC

IEUCE

15

-2.55m×3K

15-7.65=

7.35V∴

IB

51A

;

IC

2.55mA

;

UCE

7.35V例2,反馈式偏置电路如图,已知BJT的

=50。设VCC=15V、RB=510K、RC=3K。估算IB、IC、UCE

。RB+C1C2+ui+VCCRCuORB+VCCRC+UCEIRIBICUBE+解：由KCL:IR=IB

+IC=(1+)IBUCE=VCC

–IRRC=VCC

–(1+)IB

RCBBRI

UBE

UCEUCE=

?IB=

?UCE=VCC

–

IRRC=VCC

–

(1+)

IB

RCRBU

UIB

CE

BERB+VCCRC+UCEIRIBICUBE+CCCUVU

RBECECE10U

15

3

(

U

0.7

)CECEUCE=11.7VBBR

510

K

UCE

UBE

11.7

0.7

22AI

=

50;

VCC=15V;RB=510K

RC=3K。IC=

IB=1.1mABRbI

UBE

VCCIC

β

IBUCE

VCC

IC

RCi当u=0时CEC

CCR

RI

f

(U

)

VCC

UCE一.直流负载线(DC

load

line)由直流负载线可确定电路的静态工作点IC

、UCE。直流负载线方程§2.3.2

图解法RSus+RL+ui+VCCC2RC+uOUBEUCERBC1

IB++--RRICEC

CC

f

(

U

)

UCE

VCC在放大器输出特性中上式表征一条直线。C

CCRR

UCE

VCC由

I对应的直线，称为直流负载线(DCL)在已知BJT输出特性曲线时，由直流负载线与IB曲线的交点(Q点)，可求得(Q点)坐标ICQ

、UCEQ

。CR

1直线斜率为iC(mA)100806040iB=20(A)uCE(V)RC24VCC0

2

4

6

8

10

VCCUCEQICQ1IBQQ图解法确定静态工作点步骤：作三极管的输出特性曲线作直流负载线UCE

=12

4

IC估算IBBB

40AR

VCCI

UBEd.确定Q点IB=40A所对应的特性曲线和直流负载线的交点即Q点。Q点坐标为：IBQ=40

A、iCQ=1.5mA、UCEQ=6VRB282k+C1C

12V2+ui+VCCRC4kOIBUCE

u+iC(mA)421Q100806040iB=20(A)uCE(V)RCVCC0

2

4

6

8

10UCEQVCCICQ二.交流负载线(AC

load

line)交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。RSus+RLRB+ui+VCCC2RC+uOC

I1

BBEUCE+U+--RL+

UCEC2RCVCCiC+uCER'LVCC'把放大器的输出部分电路视为单口作戴维宁等效，因为静态时电容电压UC2＝UCE

，可把电容视为电压源处理。R'L=

RC∥RLRLCECCRC

RL

U

V

(VCC

UCE

)

UCE

IC

RL由等效输出回路得到交流负载线直线方程为：uCE=VCC'R'LiC＝f

(iC)+uCEiCR'LVCC'iCuCE0QICUCE

CCRLV

CCV

'其中VCC'=UCE

+ICR'L；R'L=RC∥RL交流负载线是一条过Q(IC,UCE)点,LR斜率k为

1

的直线CE

CC

CERLi

1

(

u

U

)

IuCE=

(UCE+ICR'L)

R'L

iC由直线的点斜式方程:y

k(

x

x0

)

y0QACLDCL例:已知静态直流工作点解:VCC'=UCE+ICR'L=6+1.5m×2k=9VuCE=VCC'R'LiC=

9

2iCR'L=4k//4k=2kW得交流负载线uCE=

9

2iC+C1RB

C

12V282k2+uiIC=1.5mA、UCE=6V。求交流负载线ACL。+VCCRC4kuOiB+uCE

RL4k100Ci

(mA)8060IB

=

40A200

3

6

9

12

uCE(V)54321.51ui设

ui

=

0.02sint

(V)iB(A)OiB(A)BEu

(V)406020

IBQQQuBE(V)t

O

0.2

0.4 0.6

0.8OtUBEuBE

=UBE

+

ube=

0.7+0.02sint

(V)iB

=

IB

+ib=

40+20sint

(

A)RB282k+C1C

12V2+ui+VCCRC4kuOiB+uCE

RL4k三.输入交流信号时的图解分析1.在输入特性上求iB

。tuCE(V)uceUCEOtiC(mA)ICOQQiBACLQ