基本放大電路

1、第二章基本放大電路2.1 放大的概念和放大電路的主要性能指標(biāo)放大的概念以擴(kuò)音機(jī)為例說(shuō)明一下問(wèn)題：如圖所示：一、放大電路放大的本質(zhì) 是能量的控制和轉(zhuǎn)換。二、電子電路放大的基本特征 是功率放大。三、放大電路組成的必要條件 是存在能夠控制能量的元件，即有源元件。四、放大的 前提 是不失真，即只有在不失真的情況下放大才有意義。五、放大電路的 測(cè)試信號(hào) 為正弦波，因?yàn)槿魏畏€(wěn)態(tài)信號(hào)都可以分解為若干頻率正弦信號(hào)的疊加。放大電路的性能指標(biāo)一、二、放大電路示意圖： （圖）任何一個(gè)放大電路都可以看成一個(gè)兩端口網(wǎng)絡(luò)，大電路作為負(fù)載相當(dāng)于一個(gè)電阻，作為前級(jí)相當(dāng)于電源。放大倍數(shù)解釋放AuuAuU 0AiiAiI 0Au

2、iU 0AiuI 0U iI iI iU i注： （1）在實(shí)測(cè)時(shí)，只有在不失真的情況下才有意義。（2）當(dāng)輸入信號(hào)為緩慢變化量或直流變化量時(shí)，輸入、輸出量都用表示， 如： uI 、i I。三、輸入電阻RiU iI i四、輸出電阻（圖 2.1.3）U 0'R01 RL ， U 0 與 U 0 分別代表空載和帶負(fù)載時(shí)的輸U(kuò) 0出電壓的有效值。解釋輸入、輸出電阻在多級(jí)放大電路中的作用。五、通頻帶（圖）1通頻帶產(chǎn)生原因：放大電路中存在電容、電感及半導(dǎo)體器件結(jié)電容等電抗元件。2通頻帶的定義：fbwf Hf L上限截止頻率、下限截止頻率。3通頻帶的意義：用于衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。4通

3、頻帶的寬窄根據(jù)實(shí)際情況而定。六、非線性失真系數(shù)1 產(chǎn)生原因：放大器件具有非線性特性，線性放大范圍有一定的限度，當(dāng)輸入信號(hào)幅度超過(guò)一定值后，輸出電壓將會(huì)產(chǎn)生非線性失真。2定義：輸出波形中的諧波成分總量與基波成分之比，22A2A3DA1A1七、最大不失真輸出電壓1 定義：當(dāng)輸入電壓再增大就會(huì)使輸出波形產(chǎn)生非線性失真時(shí)的輸出電壓。2 實(shí)測(cè)：輸出波形的非線性失真系數(shù)剛剛達(dá)到額定值時(shí)的輸出電壓。3 表示法：有效值Uom、峰峰值U opp八、最大輸出功率與效率1 最大輸出功率Pom：在輸出信號(hào)不失真的情況下，負(fù)載上能夠獲得的最大功率。2 效率：直流能量的利用率九、各參數(shù)測(cè)試條件PomPV1Ri、 Ro 中

4、頻段小幅值輸入信號(hào)。2f L 、 f H 、 f bw 頻率范圍寬小幅值輸入信號(hào)。3Uom 、 Pom、 、 D 中頻段大幅值輸入信號(hào)。2.2 基本共射放大電路的工作原理2.2.1 基本共射放大電路的組成及各元件的作用（圖2.2.1）一、輸入信號(hào) ui 為正弦波電壓，當(dāng) ui 為 0 時(shí)，放大電路處于靜態(tài)。二、基極電源 VBB ：使發(fā)射結(jié)正偏，并與基極電阻共同決定基極電流。三、集電極電源 VCC ：使集電結(jié)反偏，提供集電極電流及輸出所需的能量。四、ui 不為 0 時(shí)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)基極電流，動(dòng)態(tài)集電極電流，集電極電阻使得電流變化轉(zhuǎn)換成為電壓變化。五、三極管：控制器件，放大電路的核心作用。設(shè)置靜態(tài)工作

5、點(diǎn)的必要性一、靜態(tài)工作點(diǎn)1. 定義：當(dāng) ui 為 0 時(shí)， I BQ 、 I CQ 、 U BEQ 、 U CEQ 稱(chēng)為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。2. 估算基礎(chǔ)：硅管 U BEQ 取 0.7V ；鍺管取 0.2V 。3. 靜態(tài)工作點(diǎn)表達(dá)式：自推二、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的原因（圖）保證三極管處于線性放大的工作區(qū)域?；竟采浞糯箅娐返墓ぷ髟砑安ㄐ畏治鲆?、工作原理（圖）（加入電工學(xué)中的原理講解ppt）二、總結(jié)：1. 利用晶體管的電流放大作用， 并依靠集電極電阻將電流的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的放大。2. 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)， 保證晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出電壓波形才不會(huì)

6、產(chǎn)生非線性失真。放大電路的組成原則一、組成原則1. 根據(jù)放大管的類(lèi)型，選取合適的直流電源提供輸出能量，并保證靜態(tài)工作點(diǎn)；2. 電阻取值保證放大管有合適的靜態(tài)工作電流；3. 輸入信號(hào)必須能夠作用于放大管的輸入回路；4. 當(dāng)負(fù)載接入時(shí)，保證放大管輸出回路的動(dòng)態(tài)電流能夠作用于負(fù)載。二、常見(jiàn)的兩種共射放大電路1. 直接耦合共射放大電路 (圖（ 1）電路定義： 信號(hào)源與放大電路、 放大電路與負(fù)載電阻均直接連接， Rb1必不可少（如輸入短接，則導(dǎo)致發(fā)射結(jié)截止），防干擾共地。（ 2）靜態(tài)工作點(diǎn)： I BQVBBU BEQU BEQRb2Rb12. 阻容耦合共射放大電路 (圖（ 1）電路定義：通過(guò)耦合電容連接

7、。耦合電容定義（容量足夠大，設(shè)定在輸入信號(hào)頻率范圍內(nèi)容抗很小，相當(dāng)于短路）。（ 2）優(yōu)點(diǎn)：輸入信號(hào)在一定頻率范圍內(nèi)幾乎毫無(wú)損失地加到放大管的輸入回路。（ 3）靜態(tài)工作點(diǎn)：2.3 放大電路的分析方法直流通路與交流通路一、直流通路1定義：在直流電源的作用下直流電流流經(jīng)的通路。2規(guī)則：（ 1）電容視為開(kāi)路；（ 2）電感線圈視為短路；（ 3）信號(hào)源視為短路，但應(yīng)保留其內(nèi)阻。3應(yīng)用：研究靜態(tài)工作點(diǎn)。二、交流通路1定義：在輸入信號(hào)的作用下交流信號(hào)流經(jīng)的通路。2規(guī)則：（ 1）容量大的電容視為短路；（ 2）無(wú)內(nèi)阻的直流源視為短路。3應(yīng)用：研究動(dòng)態(tài)參數(shù)。三、舉例分析：（直流通路及交流通路）1基本共射放大電路（圖

8、）（圖）2直接耦合共射放大電路（圖）3阻容耦合共射放大電路（圖）（圖）四、分析放大電路的原則： “先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)” ，靜態(tài)工作點(diǎn)合適，動(dòng)態(tài)分析才有意義。圖解法一、圖解法：已知放大管的輸入、輸出特性以及各元件參數(shù)，利用作圖的方法對(duì)放大電路進(jìn)行分析的方法。二、靜態(tài)工作點(diǎn)的分析（圖、圖）針對(duì)直接耦合講解1輸入回路負(fù)載線：輸入回路方程所確定的直線。（列方程）2輸出回路負(fù)載線：輸出回路方程所確定的直線。（列方程）三、電壓放大倍數(shù)的分析（針對(duì)直接耦合講解）1分析過(guò)程：（ 1）對(duì)于輸入信號(hào)uI 用輸入回路方程與輸入特性曲線求i B ；（ 2）輸出特性曲線求i C ；（ 3）輸出特性曲線求uCE（ 4）Auu

9、CEu0u Iu I2 Q 點(diǎn)對(duì)放大倍數(shù)的影響：（ 1）VBB 愈大、 Q 點(diǎn)愈高、曲線愈陡、放大倍數(shù)愈大；（ 2） Rc 愈小、負(fù)載線愈陡、放大倍數(shù)愈小。四、 波形非線性失真的分析（針對(duì)直接耦合講解）1 Q 點(diǎn)正常時(shí)的波形分析（圖2.3.6）2 Q 點(diǎn)過(guò)低：截止失真（圖2.3.7）消除方法（增大基極直流電源）3 Q 點(diǎn)過(guò)高：飽和失真（圖2.3.8）消除方法（增大基極電阻、減小集電極電阻、減小 ）4 最大不失真輸出電壓min VCCU CEQ , U CEQU CESUom 的求法： U om（圖22.3.6）五、直流負(fù)載線與交流負(fù)載線（針對(duì)阻容耦合講解）圖，圖1直流負(fù)載線：直流信號(hào)遵循的負(fù)載

10、線；2交流負(fù)載線：動(dòng)態(tài)信號(hào)遵循的負(fù)載線，過(guò) Q 點(diǎn)、斜率由集電極電阻與負(fù)載電阻決定；3阻容耦合交流、直流負(fù)載線不一樣，而直接耦合卻一樣。 （輸出回路的直流與交流通路是否一樣，決定了負(fù)載線是否一樣）六、圖解法的適用范圍輸出幅值較大、信號(hào)頻率不太高；Q 點(diǎn)位置；最大不失真輸出電壓；失真情況。七、例基本共射放大電路（圖2.2.1）中，電路參數(shù)變化使靜態(tài)工作點(diǎn)產(chǎn)生（圖2.3.10）的變化。等效電路法一、定義：在一定條件下，將晶體管的特性線性化，用線性電路來(lái)等效晶體管電路的分析方法。二、晶體管的直流模型及靜態(tài)工作點(diǎn)的估算法在估算的情況下，有以下各等效模型：1由 U BEQ 取固定數(shù)值，可以將 b e 間

11、等效為直流恒壓源； （如圖 2.3.11a）2由ICQI BQ ，可得輸出特性曲線是橫軸的平行線，而集電極電流等效為流控電流源；（如圖）3使用條件：晶體管工作在放大狀態(tài)。三、晶體管共射h 參數(shù)等效模型（微變等效電路法）1定義及應(yīng)用條件：(查看電路書(shū)、理解h 參數(shù)、雙口網(wǎng)絡(luò)的含義)（ 1）應(yīng)用條件：共射接法，低頻小信號(hào)；（ 2）定義：利用 h 參數(shù)（混合參數(shù)）來(lái)表示輸入、輸出的電壓與電流的相互關(guān)系，將晶體管看成一個(gè)線性雙口網(wǎng)絡(luò)的等效電路。2h 參數(shù)等效模型的由來(lái)（圖）（1）將晶體管看成一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)如圖所示的特性，可以得出下列關(guān)系式：uBEf (i B , uCE )i Cf (i B ,u

12、CE )（2）將上面瞬時(shí)量方程全微分，可得變化量的關(guān)系方程：duBEuBEuBEduCEdi Bi BU CEuCEI BdiCiCdi BiCduCEi BuCE I BU CE（3）用 交 流 分 量 來(lái) 代 替 式 中 的 微 分 ， 可 得 h 參 數(shù) 方 程 ：U beh11e I bh12eU ce 式中 e 表示共射接法。I ch21eI bh22eU ce（4）輸入端的等效：電阻h11e 與一個(gè)壓控電壓源h12eU ce 的串聯(lián)；（5）輸出端的等效：電導(dǎo)h22 e 與一個(gè)流控電流源h21e I b 的并聯(lián)。3 h 參數(shù)的物理意義（圖2.3.13）（1）h11e (uBE)表示小

13、信號(hào)作用下b e 間的動(dòng)態(tài)電阻 rbe ，其值與 Q 點(diǎn)有關(guān)；iB（2）h12e (uBE)內(nèi)反饋系數(shù)，表示輸出電壓變化量對(duì)輸入電壓變化量的影uCE響，當(dāng) uCE1V 時(shí)，影響非常小，小于0.01;（ 3）（ 4）hh21e22e(iC)表示晶體管在 Q 點(diǎn)附近的電流放大系數(shù)；i B(iC)表示 c e 間動(dòng)態(tài)電阻 rCE 的倒數(shù)，非常小。 0.00001uCE4 簡(jiǎn)化的 h 參數(shù)等效模型（1）管子的內(nèi)反饋忽略不計(jì)；（2）ce 間電壓變化對(duì)集電極電流影響很小，rCE 無(wú)窮大；（3）當(dāng)負(fù)載電阻的阻值與rCE 可比時(shí)，應(yīng)考慮rCE 的影響。（4）簡(jiǎn)化等效模型（圖2.3.14）5 rbe 的近似表達(dá)

14、式（圖2.3.15）（1）rbe 的等效電路（2）rberbb'(1)rb'e'u1di E ，因此 rb'e'U T（3）i EI S (eU T1) ，rb eduI EQ（4）rberbb'(1)U TI EQ（5）Q 點(diǎn)愈高， rbe 愈大。四、共射放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析（圖）1電壓放大倍數(shù)AuU oU i2輸入電阻 RiU iI iU o3輸出電阻Ro 或 RoI o五、利用等效電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的步驟1靜態(tài)分析求等效電阻；2交流通路；3等效晶體管；4整理電路；5求解；例（圖） p98例（圖）交流等效電路（圖）2.4 放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的

15、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要性一、靜態(tài)工作點(diǎn)所影響的參數(shù)：1電壓放大倍數(shù)、輸入電阻等；2決定電路的失真與否。二、靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的主要原因：1溫度；（講解環(huán)境溫度上升所帶來(lái)的飽和趨勢(shì)）（圖 ）2電源電壓波動(dòng)；3元件的老化。三、靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定方法：使基極靜態(tài)電流在溫度變化時(shí)，產(chǎn)生與集電極靜態(tài)電流相反的變化，從而使Q 點(diǎn)在晶體管輸出特性坐標(biāo)平面中的位置基本不變。典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路一、電路組成和Q 點(diǎn)穩(wěn)定原理（圖）1講解穩(wěn)定方法；條件I1I BQ2反饋：將輸出量通過(guò)一定的方式引回到輸入回路來(lái)影響輸入量的措施。3負(fù)反饋：反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小。4直流負(fù)反饋：出現(xiàn)在直流通路之中的負(fù)反饋。5此電

16、路名稱(chēng)：分壓式電流負(fù)反饋Q 點(diǎn)穩(wěn)定電路。二、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算1估算法：基極電位不變；2戴維寧定理。（圖 ）（圖 ）三、動(dòng)態(tài)參數(shù)的估算（圖）1阻容式耦合有旁路電容：2阻容式耦合無(wú)旁路電容：例（圖） p104穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的其他措施（圖）一、利用二極管的反向特性進(jìn)行溫度補(bǔ)償：I RbVCC U BEQVCC 認(rèn)為 I Rb 恒定；RbRb二、利用二極管的正向特性進(jìn)行溫度補(bǔ)償：溫度升高時(shí)，二極管內(nèi)電流基本不變，其壓降減小，使得基極電位減??；另外還有發(fā)射極電阻的直流負(fù)反饋?zhàn)饔谩?.5晶體管單管放大電路的三種基本接法基本共集放大電路（圖）一、電路的組成：以集電極為公共端，通過(guò)基極電流對(duì)發(fā)射極電流的控制作

17、用實(shí)現(xiàn)功率的放大。射極輸出器二、靜態(tài)分析三、動(dòng)態(tài)分析（圖2.5.2 ）（輸出電阻的計(jì)算圖2.5.3）四、例 2.5.1p109（圖 2.5.1）基本共基放大電路（圖）一、電路組成：以基極為公共端，通過(guò)發(fā)射極電流對(duì)集電極電流的控制作用，實(shí)現(xiàn)電壓放大，從而實(shí)現(xiàn)功率放大。二、靜態(tài)分析：三、動(dòng)態(tài)分析四、例三種接法的比較一、共射電路：1放大信號(hào)：電壓與電流；2電壓相位：相反；3輸入電阻：居中；4輸出電阻：較大；5頻帶：較窄；6用途：低頻電壓放大電路的單元電路；二、共集電路：1放大信號(hào)：電流；2電壓相位：相同；3輸入電阻：最大；4輸出電阻：最?。?頻帶：居中；6用途：電壓放大電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)，功放電路

18、的輸出級(jí)；三、共基電路：1放大信號(hào)：電壓；2電壓相位：相同；3輸入電阻：??；4輸出電阻：同共射；5頻帶：寬；6用途：寬頻帶放大電路；2.6 晶體管基本放大電路的派生電路目的：改善放大電路的性能。方法：用多只晶體管構(gòu)成復(fù)合管；將兩種基本接法組合起來(lái)。復(fù)合管放大電路一、復(fù)合管的組成及其電流放大系數(shù)1復(fù)合管組成原則（ 1）正確的外加電壓、各極電流有合適的通路、工作在放大區(qū)；（ 2）第一只管的集電極、發(fā)射極接第二只管的基極。2復(fù)合管舉例（如圖所示）（ 1）兩只 NPN 型管構(gòu)成的 NPN 型管；（講解電流放大倍數(shù)）（ 2）兩只 PNP 型管構(gòu)成的 PNP 型管；（3）兩只不同類(lèi)型管構(gòu)成的PNP 型管；

19、（4）兩只不同類(lèi)型管構(gòu)成的NPN 型管；3問(wèn)題：（ 1）結(jié)電容的作用使得高頻特性變壞；（ 2）ce 間的直流電壓足夠大。二、復(fù)合管共射放大電路(如圖 2.6.2 所示 )1 交流等效電路2 動(dòng)態(tài)分析參數(shù)：（1）Au1212RC / RLrbe11rbe21（2）Ri Rb / rbe111rbe2（3）如果近似計(jì)算：放大倍數(shù)與單管相當(dāng)，單輸入電阻增大，電流放大。三、復(fù)合管共集放大電路（如圖所示）分析動(dòng)態(tài)參數(shù)，輸入電阻進(jìn)一步增大，輸出電阻進(jìn)一步減小。共射共基放大電路如圖 2.6.4 所示 AuI c1U 0U iI e 2特點(diǎn)：較好的電壓放大能力及較好的高頻特性。共集共基放大電路如圖所示特點(diǎn)：輸入電阻較大、一定的電壓放大能力、較寬的通頻帶。分析方法參考2.7 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的三種接法（圖）場(chǎng)效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法及其分析估算一、總原則：保證場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)二、基本共源放大電路（圖）1組成：各元器件的作用；2靜態(tài)分析：（ 1）用圖解法（圖）：先定 U GSQ ，再在輸出特性曲線上作負(fù)載線，求出Q；（ 2）電流方程法：利用電流方程iD三、自給偏壓電路（圖）1組成：因?yàn)楹谋M型場(chǎng)效應(yīng)管可以工作在源提供一個(gè)負(fù)的偏壓；2靜態(tài)分析： U GSQI DQ RS ， i DuGS2I DO1 求出 I DQ ，再求其他。U GS(th )U GS 小于零時(shí)