模擬電路第二章-放大電路基礎(chǔ)

模擬電路第二章放大電路基礎(chǔ)模擬電路第二章放大電路基礎(chǔ)第2章放大電路基礎(chǔ)2.1教學(xué)要求1、掌握放大電路的組成原理，熟練掌握放大電路直流通路、交流通路及交流等效電路的畫法并能熟練判斷放大電路的組成是否合理。2、熟識理想情況下放大器的四種模型，并掌控增益、輸入電阻、電阻值等各項性能指標(biāo)的基本概念。3、掌握放大電路的分析方法，特別是微變等效電路分析法。4、掌控壓縮電路三種基本組態(tài)（ce、cc、cb及cs、cd、cg）的性能特點。5、介紹壓縮電路的級間耦合方式，熟識多級壓縮電路的分析方法。2.2基本概念和內(nèi)容要點2.2.1壓縮電路的基本概念1、放大電路的組成原理無論何種類型的壓縮電路，均由三大部分共同組成，例如圖2.1右圖。第一部分就是具備壓縮促進作用的半導(dǎo)體器件，例如三極管、場效應(yīng)管，它就是整個電路的核心。第二部分就是直流偏置電路，其促進作用就是確保半導(dǎo)體器件工作在壓縮狀態(tài)。第三部分就是耦合電路，其促進作用就是將輸出信號源和輸入功率分別相連接至壓縮管及的輸出端的和輸入端的。（1）偏置電路①在分立元件電路中，常用的偏置方式存有壓強偏置電路、自偏置電路等。其中，分后甩偏置電路適用于于任何類型的放大器件；而自偏置電路只適合于用盡型場效應(yīng)管（如jfet及dmos管）。42輸出信號耦合電路耦合電路輸入功率t偏置電路外圍電路圖2.1下面詳述偏置電路和耦合電路的特點。②在集成電路中，廣泛采用電流源偏置方式。偏置電路除了為壓縮管提供更多最合適的靜態(tài)點（q）之外，還應(yīng)當(dāng)具備平衡q點的促進作用。（2）耦合方式為了保證信號不失真地放大，放大器與信號源、放大器與負載、以及放大器的級與級之間的耦合方式必須保證交流信號正常傳輸，且盡量減小有用信號在傳輸過程中的損失。實際電路有兩種耦合方式。①電容耦合，變壓器耦合這種耦合方式具有隔直流的作用，故各級q點相互獨立，互不影響，但不易集成，因此常用于分立元件放大器中。②輕易耦合這是集成電路中廣泛采用的一種耦合方式。這種耦合方式存在的兩個主要問題是電平配置問題和零點漂移問題。解決電平配置問題的主要方法是加電平位移電路；解決零點漂移問題的主要措施是采用低溫漂的差分放大電路。2、放大電路的主要性能指標(biāo)及其意義（1）輸入和輸出電阻輸入電阻ri從放大器輸出端口視入的耦合電阻，它定義為放大器輸出電壓vi和輸出電流ii的比值，即為ri=viii（2―1）ri與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、負載電阻rl有關(guān)，表征了放大器對信號源的負載特性。輸出電阻ro是表征放大器帶負載能力的一個重要參數(shù)。它定義為輸入信號電壓源vs短路或電流源is開路并斷開負載時，從放大器輸出端口視入的一個等效電阻，即ro=v2i2rl=∞vs=0（2―2）式中v2為負載斷開處加入的電壓，i2表示由v2引起的流入放大器輸出端口的電流，ro不僅與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)，還與源內(nèi)阻rs有關(guān)。若要求放大器具有恒定的電壓輸出，ro應(yīng)當(dāng)越小越不好；若建議放大器具備恒定的電流輸入，ro應(yīng)當(dāng)越大越不好。（2）壓縮倍數(shù)或增益它表示輸出信號的變化量與輸入信號的變化量之比，用來衡量放大器的放大能力。根據(jù)需要處理的輸入和輸出電量的不同，有四種不同的增益定義，它們分別是：①電壓增益voav=vi（2―3）43②電流增益互阻增益③④互導(dǎo)增益ioai=iivoar=iiioag=vi（2―4）（2―5）（2―6）為了表觀功率對增益的影響，導(dǎo)入功率rl開路和短路時的增益。功率rl開路時的電壓增益定義為votavt==avrl=∞vi（2―7）它與電壓增益av的關(guān)系為rl短路時的電流增益定義為它與電流增益ai的關(guān)系為rlav=avtro+rl（2―8）ionain==ai=0rlii（2―9）（2―10）為了表觀輸出信號源對放大器鞭策的大小，常常導(dǎo)入源增益的概念。其中，源電壓增益定義為源電流增益定義為（3）雜訊它是評價放大器放大信號質(zhì)量的重要指標(biāo)，常分為線性失真和非線性失真兩大類。44roai=ainro+rlvoriavs==avvsrs+ri（2―11）iorsais==aiisrs+ri（2―12）線性失真又有頻率失真和瞬變失真之分，它是由于放大器是一種含有電抗元件的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生的。前者是由于對不同頻率的輸入信號產(chǎn)生不同的增益和相移所引起的信號失真；后者是由于電抗元件對電壓或電流不能突變而引起的輸出波形的失真。線性失真不會在輸出信號中產(chǎn)生新的頻率分量。非線性失真則就是由于半導(dǎo)體器件的非線性特性所引發(fā)的。它可以引發(fā)輸入信號中產(chǎn)生代萊頻率分量。3、壓縮電路的類型根據(jù)輸入和輸出電量的不同，放大器有四種增益表達式，相應(yīng)有四種類型的放大器，它們的區(qū)別分散整體表現(xiàn)在對ri和ro的建議上。例如表中2.1右圖。表2.1放大器的類型類型模型增益+vo對ri的建議對ro的建議電壓放大器rsvs++viri+votrl－roav,avsri＞＞rs(ri→∞)ro＜＜rl(ro→0)－－－電流放大器isiirsriioniororlai,aisri＜＜rs(ri→0)ro＞＞rl(ro→∞)互導(dǎo)放大器rsvs++viriioniororlag,agsri＞＞rs(ri→∞)ro＞＞rl(ro→∞)－－互阻放大器isiirsri+votrl－ro+voar,arsri＜＜rs(ri→0)ro＜＜rl(ro→0)－4、壓縮電路的分析方法放大電路的分析分靜態(tài)（直流）分析和動態(tài)（交流）分析，靜態(tài)分析是動態(tài)分析的基礎(chǔ)，動態(tài)性能的分析則是放大器分析的最終目的。目前，常用的放大器的分析方法有以下三種：（1）圖解分析法：利用晶體管的輸出、輸出特性曲線對放大器展開分析。其關(guān)鍵在于并作放大器的直流功率線及交流功率線。該方法適合分析電路參數(shù)對q點的影響以及q點對放大器性能的影響，分析放大器的非線性失真問題，確認放大器的最小不雜訊顫抖45態(tài)范圍vom等。該方法形象、直觀，但輸出信號過小時，分析誤差很大。（2）等效電路分析法：利用晶體管的直流及交流小信號模型對放大器進行分析。其關(guān)鍵在于作放大器的直流交流通路，尤其是交流微變等效電路。該方法是工程上常用的分析方法，利用它可獲得放大器各項性能指標(biāo)的工程近似值。（3）計算機仿真分析法：利用電路仿真程序展開分析。例如利用pspice程序?qū)﹄娐氛归_分析，它可以對電路展開直流分析、交流大信號分析、瞬態(tài)分析、孟特卡羅（montecarlo）分析和最壞（worstcase）情況分析。2.2.2bjt放大電路1、壓縮電路的基本組態(tài)放大電路的組態(tài)是針對交流信號而言的。對于晶體三極管（或場效應(yīng)管）放大器，觀察輸入信號作用在哪個電極，輸出信號又從哪個電極取出，除此之外的另一個電極即為組態(tài)形式。例如：若輸入信號加在晶體三極管基極，輸出信號從集電極取出，則該電路為共發(fā)射極組態(tài)電路。bjt放大電路的三種基本組態(tài)為：共發(fā)射極、共集電極和共基極。2、三種基本組態(tài)壓縮電路的性能比較見表2.2。表中2.2bjt壓縮電路共發(fā)電路vccrb1c1trsvs+rb2rercc2rlce+vo共基電路共集電路rs+vsc1trb1rb2cbc2+rcrlvccvoc1rsv+rb2rb1vcctc2+vore－－－－rerl－－av－(大)rberb1∥rb2∥rbe(中)βrl′βrl′(大)rberbere∥(小)1+βrc(大)(考慮rce)－α≈－1輸入、輸出同相有電壓放大作用無電流放大作用作電流接續(xù)器構(gòu)成組合放大電路46(1+β)rl′≈1rbe+(1+β)rl′ri(1+β)rl′］