AET_02_基本放大电路.ppt

1、模拟电子技术,Analog Electronic Technology,朱家富,重庆文理学院 电子电气工程学院,第二章 基本放大电路,2.1 概论 2.2 放大电路的组成和工作原理 2.3 放大电路的分析方法 2.4 静态工作点的稳定 2.5 射极输出器 2.6 场效应管放大电路,2-2, 2.1 概论,2.1.1 放大的概念,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。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端(二端口)网络表示，如图：,Au,2-3,2.1.2 放大电路的性能指标,一、电压放大倍数Au,Ui 和Uo 分别是输入和输出电压的有效值。,A

2、u是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。,2-4,二、输入电阻ri,放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。,定义：,即：ri越大，Ii 就越小，ui就越接近uS,2-5,三、输出电阻ro,放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,2-6,如何确定电路的输出电阻ro ？,步骤：,1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。,2. 加压求流法。,方法一：计算。,2-7,方法二：测量。,1

3、. 测量开路电压。,2. 测量接入负载后的输出电压。,步骤：,3. 计算。,2-8,四、通频带,通频带：,BW=fHfL,放大倍数的大小随频率变化曲线幅频特性曲线,2-9,2.1.3 符号规定,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。,uA,ua,全量uA,交流分量ua,t,UA直流分量,2-10, 2.2 基本放大电路的组成和工作原理,三极管放大电路有三种形式 （三组态）,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,2-11,2.2.1 共射放大电路的基本组成,放大元件iC= iB，工作在放大

4、区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,输入,输出,？,参考点,2-12,作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。,基极电源与基极电阻,2-13,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,2-14,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,2-15,耦合电容： 电解电容，有极性。 大小为10F50F,作用：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。,2-16,可以省去,电路改进：采用单电源供电,2-17,2-18,2.2.2 基本放大电路的工作原理,由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,一、静态工作点,2-19,IBQ,ICQ,( ICQ,

5、UCEQ ),(IBQ,UBEQ),2-20,(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )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。,2-21,IB,uCE怎么变化,？,假设uBE有一微小的变化,2-22,uCE的变化沿一条直线,uce相位如何,？,uce与ui反相！,2-23,各点波形,2-24,实现放大的条件,1. 晶体管必须偏置在放大区: 发射结正偏，集电结反偏。,2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。,3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。,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，经电容滤波只输出交流信号。,2-25,如何判断一个电路是

6、否能实现放大？,3. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。,4. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。 如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来判断；如果未给定电路的参数，则假定参数设置正确。,1. 信号能否输入到放大电路中。,2. 信号能否输出。,与实现放大的条件相对应，判断的过程如下：,2-26,2.3 放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,2-27,2.3.1 直流通道和交流通道,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。,但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为

7、它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。,2-28,例：,对直流信号（只有+EC）,2-29,对交流信号(输入信号ui),2-30,一、直流负载线,IC,UCE,UCEIC满足什么关系？,1. 三极管的输出特性。,2. UCE=ECICRC 。,直流 负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,2.3.2 直流负载线和交流负载线,2-31,二、交流负载线,其中：,2-32,iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系,所以：,这条

8、直线通过Q点，称为交流负载线。,2-33,交流负载线的作法,IB,过Q点作一条直线，斜率为：,交流负载线,2-34,2.3.3 静态分析,一、估算法,（1）根据直流通道估算IB,RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,2-35,（2）根据直流通道估算UCE、IB,IC,UCE,2-36,二、图解法,先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。,2-37,例：用估算法计算静态工作点。,已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级。,2-38,2.3.4 动态分析,一、三极管的微

9、变等效电路,1. 输入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。,rbe的量级从几百欧到几千欧。,2-39,2. 输出回路,所以：,(1) 输出端相当于一个受ib 控制的电流源。,(2) 考虑 uCE对 iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,2-40,rce很大， 一般忽略。,3. 三极管的微变等效电路,c,b,e,2-41,二、放大电路的微变等效电路,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:,2-42,三、电压放大倍数的计算,特点：负载电阻越小，放大倍数越小。,2-43,四、输入电阻的计算,对于为放大电路

10、提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。,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。,2-44,五、输出电阻的计算,对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方法：,(1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。,(2) 所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。,2-45,所以：,用加压求流法求输出电阻：,2-46,2.3.5 失真分析,在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输

11、入信号的情况，放大电路产生非线性失真。,为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。,下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为空载(RL=)。,2-47,uo,可输出的最大不失真信号,选择静态工作点,2-48,uo,1. Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生 截止失真,2-49,2. Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生 饱和失真,2-50,2.4 静态工作点的稳定,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由

12、UBE、 和ICEO 决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。,T,UBE,ICEO,Q,2-51,一、温度对UBE的影响,2-52,二、温度对 值及ICEO的影响,总的效果是：,2-53,小结：,固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。,2-54,分压式偏置电路：,一、静态分析,RE射极直流负反馈电阻,CE 交流旁路电容,2-55,本电路稳压的过程实

13、际是由于加了RE形成了负反馈过程,1. 静态工作点稳定的原理,2-56,2. 求静态工作点,算法一：,上述四个方程联立，可求出IE ，进而，可求出UCE 。,本算法比较麻烦，通常采用下面介绍的算法二、三。,2-57,方框中部分用戴维南定理等效为：,进而，可求出IE 、UCE 。,算法二：,2-58,算法三：,2-59,可以认为与温度无关。,似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。,2-60,例：已知=50， EC=12V， RB1=7.5k， RB2=2.5k， RC=2k， RE=1k， 求该电路的静态工作点。,算法一、二的结果：,算法三的结果：

14、,结论：三种算法的结果近似相等，但算法三的计算过程要简单得多。,2-61,二、动态分析,+EC,uo,2-62,问题1：如果去掉CE，放大倍数怎样？,2-63,去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：,2-64,用加压求流法求输出电阻。,可见，去掉CE后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。,2-65,问题2：如果电路如下图所示，如何分析？,2-66,静态分析：,直流通路,2-67,动态分析：,交流通路,2-68,交流通路：,微变等效电路：,2-69,问题：Au 和 Aus 的关系如何？,定义：,2-70, 2.5 射极输出器,2-71,一、静态分析,2-72,二、动态分析,2-73

15、,2-74,1. 电压放大倍数,2-75,1.,所以,但是，输出电流Ie增加了。,2.,输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,结论：,2-76,2. 输入电阻,输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小且取得的信号大。,2-77,3. 输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,2-78,一般：,所以：,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,所谓带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变。,2-79,例：已知射极输出器的参数如下：RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V,求Au 、 ri和ro 。 设：RS=1 k， 求：Aus

16、、 ri和ro 。 3 . RL=1k时，求Au 。,2-80,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V,2-81,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V,1. 求Au 、 ri和ro 。,rbe=2.9 k，RS=0,2-82,2. 设：RS=1 k， 求：Aus 、 ri和ro,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V,rbe=2.9 k，RS=0,2-83,RL=1k时,3. RL=1k和时，求Au 。,比较：空载时, Au=0.995 RL=5.6k时, Au=0.990 RL=1k时, Au=

17、0.967,RL=时,可见：射极输出器 带负载能力强。,2-84,射极输出器的使用,1. 将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。,2. 将射极输出器放在电路的末级，可以降 低输出电阻，提高带负载能。,3. 将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。,2-85, 2.6 场效应管放大电路,(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。,(2) 动态：能为交流信号提供通路。,组成原则：,分析方法：,2-86,2.6.1 场效应管的微变等效电路,跨导,漏极输出电阻,2-87,场效应管的微变等效电路为：,2-88,2.6.2 场效应管的共源极放大电路,一、静态分析,求：UDS和 ID。,设：UGUGS,则：UGUS,而：IG=0,所以：,2-89,二、动态分析,2-90,ro=RD=10k,2-91,2.6.3 源极输出器,一、静态分析,USUG,UDS=UDD- US =20-5=15V,2-92,二、动态分析,2-93