数电模电路-模电课件第二章

1第二章

基本放大电路内容提要：2.1放大的概念和放大电路的主要性能指标2.2基本共射放大电路的工作原理2.3放大电路的分析方法2.4放大电路静态工作点的稳定2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法2.6场效应管放大电路2.7基本放大电路的派生电路2.8Multisim应用举例22.1概述一、放大的概念例：扩音器1、放大的对象为变化量2、输入、输出能量不等，本质是能量的控制与转换3、功率放大为基本特征（功放）4、有源元件（能够控制能量的元件，如晶体管、场效应管）5、不失真才有意义3二、放大电路的性能指标

1、放大倍数（对于小功率放大电路只考虑单一指标放大倍数，不研究功放）注：若输入信号缓慢变化或直流量变化，则各量用Δi、Δu表示42、输入电阻Ri放大电路可以看成是信号源的负载，Ri是从放大电路输入端看进去的等效电阻。Ri＝Ui/Ii（有效值）US、RS为定值，为获得大的Ui、需Ri↑，为获得大的Ii、需Ri↓。3、输出电阻RO放大电路的输出可以看成一有内阻的电压源，Ro是从放大电路输出端看进去的等效电阻。RO越小→RL变化时UO变化越小→放大电路带负载能力越强5Ri

、RO描述了电子电路相互连接时的影响：RLⅠ＝RiⅡ，RSⅡ＝ROⅠ→Ri

、RO会影响A64、通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力由于储能元件的存在，低、高频时减小并有相移，一般放大电路只适用于放大某一特定频率范围的信号。例：某幅频特性fbW＝fH－fLfbW↑→放大电路对不同频率信号的适应能力强f＝0或f＝∞时,应用：①功放fbW＝20Hz～20kHz②选频放大电路fbW尽窄可能75、非线性失真系数D6、最大不失真输出电压Uom7、最大输出功率与效率最大输出功率Pom效率：直流电源的利用率η＝Pom/PVP79～思考题81、ui＝0时：

VBB使得UBE＞Uon，经Rb形成IBVCC足够高使得UCE＞UBE，T工作在放大状态，IC＝βIB，UCE＝VCC－ICRC2、ui≠0时：ui→ib→βib＝ic→uO＝uce——电压放大3、该接法称为共射接法

2.2基本共射放大电路的工作原理以基本共射放大电路为例，阐明放大电路的组成原则及电路中各元件的作用。一、电路组成9二、静态工作点交流ui＝0时的IB、UBE、IC、UCE记为IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ硅管时UBEQ可以认为是0.7V设置静态工作点的必要性：保证三极管工作在放大区10三、波形分析图中uO的波形是去掉了直流分量UCEQ所得到的，与ui反相。可见静态工作点的设置：将交流分量驮载在直流分量之上，保证在输入信号的整个周期内T都工作在放大状态，保证输出放大且不产生非线性失真。11四、电路组成原则1、组成原则①直流电源、静态工作点②电阻、合适的静态电流③输入信号作用于输入回路产生iB或iE或uBE④输出iC能够作用于负载122、两种常见的共射放大电路①直接耦合共射放大电路电路特点：㈠共射共地㈡射极、集电极电源合二为一㈢Rb1、Rb2、RC设置合理，保证静态工作点（放大状态）静态工作点分析:分析时只分析直流——交流输入端视为短路接地说明：Rb1必不可少，否则IBQ＝0，只有Rb1、Rb2配合才能保证IBQ。13②阻容耦合共射放大电路∵基本共射放大电路中信号电压ui在Rb上有压降直接耦合共射放大电路种信号电压ui在Rb1上有压降∴为了降低损耗，采用以下电路：耦合电容作用：（1/ωC隔直通交）电容对该放大电路直流特性无影响，交流信号ui可顺利通过电容C1加入输入回路，输出信号交流部分可顺利通过电容C2输出uo，滤掉了直流成分。——阻容耦合14静态时UC1＝UBEQUC2＝UCEQuBE＝UBEQ＋uiuo＝uCE－UCEQ以后的分析中β交、直流通用P84～例2.2.1P85～思考题P136～自测题一、二P138～习题2.1152.3放大电路的分析方法目的：求解静态工作点和动态参数，先静态后动态一、直流通路与交流通路直流通路：仅仅在直流电源作用下直流电流流经的通路。①电容开路1/ωC②电感短路ωL③交流信号源短路、但保留RS交流通路：仅仅在交流电源作用下交流电流流经的通路。①电容短路，容量大的电容②直流电源短路16例：1、基本共射放大电路172、直接耦合共射放大电路183、阻容耦合共射放大电路作业：P138～习题2.219习题2.220自测题二：21习题2.122二、图解法1、静态工作点①输入特性曲线上过（VBB，0），（0，VBB/Rb）作直线，与曲线交点为Q（UBEQ，IBQ）∵uBE＝VBB－iBRb∴所作直线为输入回路负载线，斜率为－1/Rb23②输出特性曲线上过（VCC，0），（0，VCC/Rc）作直线，与IB＝IBQ这条输出特性曲线交于一点Q（UCEQ，ICQ）∵uCE＝VCC－icRc∴所作直线为输出回路负载线（直流负载线），斜率为－1/Rc如果输出特性曲线中没有IB＝IBQ那条输出特性曲线，则应该补测该曲线。242、电压放大倍数AuΔuI→VBB＋ΔuI→ΔiB→ΔiC→ΔuCE→Au＝ΔuCE/ΔuI253、失真截止失真：uo上半峰（顶部）、ic下半峰（底部）

饱和失真：uo下半峰（底部）、ic上半峰（顶部）26最大不失真电压Uom的求法：以UCEQ为中心，取（VCC－UCEQ）和（UCEQ－UCES）这两段距离中较小的数值。若除以，则得到最大不失真电压的有效值Uom。为了使Uom尽可能大，应将Q点置于（VCC－UCES）/2的位置。274、直流负载线与交流负载线阻容耦合放大电路带负载时，输出电压同时加在RC和RL上，当ic确定后，输出电压的大小取决于RC//RL，而不是RC。因此前述负载线uCE＝VCC－icRc称为直流负载线，而动态信号遵循的负载线称为交流负载线。交流负载线具备两个特征：①∵ui＝0时，IC＝ICQ、UCE＝UCEQ，∴交流负载线过Q点。②斜率为－1/（RC//RL）。交流负载线作法：过Q点与［UCEQ＋ICQ（RC//RL），0］作直线。28放大电路带上RL之后，在输入信号ui不变的情况下，输出电压uo的幅值变小，即Au变小、Uom变小。注意：直接耦合放大电路的交、直流负载线是同一条；阻容耦合放大电路只有在空载情况下两条直线才合二为一。295、图解法适用范围优点：形象直观缺点：必须实测所用晶体管的特性曲线；定量分析时误差较大；只能反映信号频率低时的电压电流关系。适用范围：输出幅值比较大而工作频率不太高的情况。实际应用中多用于分析Q点的位置、Uom和失真情况。P93～例2.3.130三、等效电路法与二极管同理，线性化建模1、直流模型及静态工作点的估算直流晶体管模型：前述Q点的计算已经应用了该模型，外加直流通路计算即可。会分析、计算即可，模型不用死记。312、晶体管的h参数模型适用于低频小信号，又称为低频小信号模型。以共射h参数模型为例：32得h参数模型：简化→UT＝26mV，rbb‘一般为300Ω，ICQ↑→rbe↓333、共射放大电路的动态参数用h参数模型代替基本共射放大电路的交流通路中的晶体管：34电路分析步骤：1、静态Q→rbe；2、动态各参数35P101～例2.3.21、静态Q点2、动态分析36P102～例2.3.31、静态Q点2、动态分析模型等效电路：Ri与RS无关，RO与RL无关373、求AusP103～思考题P136～自测题三、四P138～习题2.5、2.6、2.8作业：P138～习题2.4、2.7、2.9、2.10382.4放大电路Q点的稳定一、稳定的必要性及原理1、必要性

Q点不仅决定了电路是否失真，而且还影响了Au、Ri、Ro等动态参数，其稳定性至关重要。电源电压波动、元件老化、温度变化等都是造成Q点不稳定的因素，其中温度的影响最为重要：温度T↑→β↑→IC↑→UCE↓→Q点向左移→饱和温度T↓→β↓→IC↓→UCE↑→Q点向右移→截止2、原理依靠IBQ产生与ICQ变化相反的变化来补偿ICQ的变化，从而稳定Q点。方法：反馈法、补偿法39二、典型的稳定Q点电路（反馈法）（a）直接耦合电路（b）阻容耦合电路（c）直流通路直流电流负反馈Q点稳定电路，（b）图又称为电阻分压式直流电流负反馈阻容耦合共射放大电路。（a）、（b）两图的直流通路相同，通过分析直流通路研究Q点的稳定：通常为了稳定Q点，电路参数的选取使得：I1＞＞IBQ，则：由于电阻的热稳定性，温度变，UBQ不变温度T↑→β↑→IC↑、IE↑→IERe↑→UBE＝（UBQ－IERe）↓→IB↓→IC↓两个条件：UBQ、Re40电路分析：1、Q点估算法：41精确计算：无论电路参数的选取是否使得：I1＞＞IBQ，可利用戴维南定理求得直流通路的等效电路：422、动态参数（a）直接耦合暂不作要求（b）阻容耦合带旁路电容Ce，交流时Re被短路：43无旁路电容Ce，交流时考虑Re：无旁路电容Ce时的电压放大倍数远小于带旁路电容Ce时的电压放大倍数。说明Re的存在稳定了Q点，但却以牺牲电压放大倍数为代价。带旁路电容Ce时，即可以在直流时稳定Q点，又可以在动态时有足够的电压放大倍数。44P108～例2.4.145三、补偿法稳定Q点的措施1、利用二极管的反向特性进行温度补偿温度T↑→β↑→IC↑

＼→IR↑→IB↓→IC↓462、利用二极管的正向特性进行温度补偿温度T↑→β↑→IC↑→UE↑

＼→UD↓→UB↓→UBE↓→IC↓P110～思考题作业：习题2.11、2.13472.5晶体管单管放大电路的三种基本接法共射放大电路中，就三极管本身而言，放大的是电流，通过外电路的不同接法，可以实现对电压的放大。最终目的实现了功率的放大。共射、共集、共基是单管放大电路的三种基本接法，它们都实现了功率的放大。已经学过的共射电路有：①基本共射（图2.2.1）②直接耦合（图2.2.4）③阻容耦合（图2.2.5）④电阻分压式直接耦合＋Re（图2.4.2a）⑤电阻分压式阻容耦合＋Re（图2.4.2b）⑥电阻分压式阻容耦合＋Re＋Ce（图2.4.2b）48一、共集放大电路（射极输出器）1、基本电路构成（a）电路（b）直流通路（c）交流通路2、Q点493、动态分析共集放大电路常称为射极输出器，放大倍数小于并接近于1，可作为电压跟随器；Ri大，Ro小，从信号索取的电流小而且带负载能力强，所以常用于多级放大电路的输入级和输出级；也可用来连接两电路，减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用。

50P113～例2.5.1代入数据计算例：（习题2.12）电路如图P2.12所示，晶体管的＝80，rbe=1kΩ。（1）求出Q点；（2）分别求出RL＝∞和RL＝3kΩ时电路的和Ri；（3）求出Ro。解：（1）Q点（2）动态分析RL＝∞：51RL＝3kΩ：52二、共基放大电路1、电路结构（a）电路——共基共地（b）交流通路c）交流等效电路532、Q点3、动态54共基放大电路输入—输出电流为iE——iC，无电流放大能力具备电压放大能力，放大能力与共射放大电路相当，且为同相放大；输入电阻小，输出电阻与共射放大电路相当；共基放大电路的最大优点是频带宽，多用于无线电通讯应用。P115～例2.5.2代入数据计算

例：（习题2.3b）分析所示电路的Q点、Ri和Ro的表达式。设静态时R2中的电流远大于T的基极电流。55三、三种接法比较接法RiRoAu频率特点及应用共射中大－频带窄常作为低频放大电路单元电路共集大小≤1无电流放大能力、只有电压放大能力，常作为多级放大电路的输入级、输出级和中间级，功率放大电路常采用共基小大＋频带宽频率特性最好，常用于宽频带放大电路P115～思考题P138～习题2.3562.6晶体管基本放大电路的派生电路为了进一步改善放大电路的性能，可用多只晶体管构成复合管来取代基本放大电路中的一只晶体管；也可根据需要将两种基本接法组合起来，以得到多方面性能具佳的放大电路。57一、复合管放大电路1、复合管的组成及其电流放大系数两只同类型的晶体管组成的复合管：等效为与组成它们同类型的管子（a）NPN（b）PNP58两只不同类型的晶体管组成的复合管：等效为与T1同类型的管子（c）PNP（d）NPN59复合管组成原则：①在正确的外加电压下每只管子的各极均有合适的通路，且都工作在放大区；②为了实现电流放大，应将第一只管子的集电极或发射极电流作为第二只管子的基极电流（a）图中：iB=iB1iE=iE2iC=iC1+iC2=β1iB1＋β2（1＋β1）iB1＝(β1+β2+β1β2)iB1∵β1β2＞＞β2∴β≈β1β2同理可得其余3图的β均为β1β260由于复合管的β很大，只需很小的iB就能获得很大的iC。有时还可以将3只晶体管结成复合管、或将晶体管与场效应管结成复合管。但是为了保证晶体管工作于放大区，c—e间的直流电压必须足够大，这就必须提高电源电压；同时晶体管数目增多后，频率特性会因结电容的作用变坏。所以3只晶体管组成的复合管很少用。612、复合管共射放大电路阻容耦合共射放大电路中的晶体管用复合管取代：1、静态Q点622、动态分析与单管放大电路相比，电流放大能力增大约β倍，电压放大能力相当，输入电阻增大。633、复合管共集放大电路64

再次强调：任何电路输入电阻与电压源内阻无关，输出电阻与负载电阻无关。65二、共射—共基放大电路共射：电压放大能力较强共基：频率特性较好66三、共集—共基放大电路共集：输入电阻大共基：有一定的电压放大能力，频率特性号67P129～思考题P144～习题2.18682.7场效应管放大电路uGS→iD实现能量的控制，构成放大电路；Ri大，常作为多级放大电路的输入级。一、场效应管放大电路的三种接法（a）共源——共射（b）共漏——共集（c）共栅——共基69二、场效应管放大电路静态工作点的设置与分析Q点设置的必要性：与晶体管放大电路一样，为了使电路正常放大，必须保证场效应管工作于恒流区。1、基本共源放大电路N沟道增强型MOS管①uGS>0且VGG>UGS(th)②VDD保证uDS>uGS-UGS(th)，恒流区③VDD为负载提供能量④Rd同Rc，将iD的变化转化为uDS的变化、实现电压放大70静态分析：令ui＝0①图解分析法UGSQ＝VGGuDS＝VDD－iDRd（直流负载线）曲线与直线的交点坐标即静态工作点②利用场效应管的电流方程求出IDQ其中IDO是uGS＝2UGS（