模擬電子電路原理與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：2 基本放大電路

1、基本放大電路放大電路基本接法基本共射放大電路放大電路的分析基本共基基本共集靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定簡(jiǎn)化電路靜態(tài)工作點(diǎn)動(dòng)態(tài)分析性能指標(biāo)概念放大條件直流通路和交流通路靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析溫度的影響射極偏置電路復(fù)合管放大電路共集共基放大電路共射共基放大電路派生電路圖解法小信號(hào)模型法場(chǎng)效應(yīng)管放大電路三種接法比較目錄與固定偏置的比較放大電路的概念放大的概念電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號(hào)放大成較大的信號(hào)。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡(luò)表示，如圖：uiuoAu放大電路的概念和主要指標(biāo)Exit放大電路的性能指標(biāo)一、電壓放大倍數(shù)AuUi 和Uo 分別是輸入和輸出電壓的有效值

2、。二、輸入電阻ri 輸入電阻是衡量放大電路從其前級(jí)取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級(jí)取得的電流越小，對(duì)前級(jí)的影響越小。AuIiUSUi主要指標(biāo)Exit三、輸出電阻ro 放大電路對(duì)其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號(hào)源，我們將它等效為戴維南等效電路，這里的內(nèi)阻就是輸出電阻。AuUSroUS主要指標(biāo)放大電路的性能指標(biāo)Exit如何確定電路的輸出電阻ro？步驟：所有的電源置零 (將獨(dú)立源置零， 保留受控源)。2. 加壓求流法。UI方法一：計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)Exit方法二：測(cè)量Uo1. 測(cè)量開路電壓。roUs2. 測(cè)量接入負(fù)載后的輸出電壓。roUsRLUo步驟：3. 計(jì)算如何確定電路的輸出電阻ro？放大電路

3、的性能指標(biāo)Exit四、通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fHfL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線主要指標(biāo)放大電路的性能指標(biāo)Exit三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理基本共射放大電路Exit簡(jiǎn)化電路及習(xí)慣畫法 共射極基本放大電路習(xí)慣畫法基本共射放大電路Exitui=0時(shí)由于電源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQRB+ECRCC1C2T靜態(tài)工作點(diǎn)基本共射放大電路ExitIBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T靜態(tài)工作點(diǎn)基本共射放大電路Exit

4、(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分別對(duì)應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)基本共射放大電路Exit1. 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析 電路圖動(dòng)態(tài)分析基本共射放大電路 共射極放大電路Exit通過(guò)圖解分析，可得如下結(jié)論： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo與vi相位相反； 3. 可以測(cè)量出放大電路的電壓放大倍數(shù)； 4. 可以確定最大不失真輸出幅度。 # 動(dòng)態(tài)工作時(shí)， iB、 iC的實(shí)際電流方向是否改變，vCE的實(shí)際電壓極性是否改變？1. 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析動(dòng)態(tài)分析基本共射

5、放大電路Exit2. 各點(diǎn)波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB動(dòng)態(tài)分析基本共射放大電路動(dòng)態(tài)分析Exit1. 晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2. 正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)。3. 輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。4. 輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號(hào)。實(shí)現(xiàn)放的大條件基本共射放大電路Exit放大電路分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法計(jì)算機(jī)仿真放大電路的分析Exit放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號(hào)。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對(duì)交

6、流短路,而對(duì)直流開路。交流通道：只考慮交流信號(hào)的分電路。直流通道：只考慮直流信號(hào)的分電路。信號(hào)的不同分量可以分別在不同的通道分析。直流通路和交流通路放大電路的分析Exit必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。 共射極放大電路1. 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn) 畫直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-靜態(tài)分析放大電路的分析Exit 列輸入回路方程： VBE =VCCIBRb 列輸出回路方程（直流負(fù)載線）：VCE=VCCICRc直流通路IBVBE+-ICVCE+-1. 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)分析放大電路的分析Exit 在輸入特性曲線上，作直線 VBE =VCCIBRb，兩 線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn)

7、，得到IBQ。 在輸出特性曲線上，作直流負(fù)載線 VCE=VCCICRc，與IBQ曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，得到VCEQ 和 ICQ。1. 用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)分析放大電路的分析Exit 共射極放大電路2. 用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)根據(jù)直流通路可知：必須已知三極管的 值。一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V。靜態(tài)分析放大電路的分析直流通路IBVBE+-ICVCE+-共射極放大電路直流通路Exit靜態(tài)分析直接耦合共射放大電路2. 用近似估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)分析放大電路的分析Exit 放大電路如圖所示。已知BJT的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：（

8、1）放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？解： 靜態(tài)工作點(diǎn)為Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。 例題 共射極放大電路靜態(tài)分析放大電路的分析Exit當(dāng)Rb=100k時(shí)，所以BJT工作在飽和區(qū)。 VCE0，故IC的最大電流為：此時(shí)，Q（120uA，6mA，0V）， （2）當(dāng)Rb=300k時(shí)，放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降） 放大電路如圖所示。已知BJT的=80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求： 例題靜態(tài)分析放大電路的分析 共射極放大電路解：Exit1.靜態(tài)工作點(diǎn)的分析 單擊放映動(dòng)態(tài)分析（圖解法）動(dòng)態(tài)分析放大電路

9、的分析一、圖解法2.電壓放大倍數(shù)的分析圖1圖2Exit由交流通路得純交流負(fù)載線:（圖）vce= -ic (Rc /RL)3.交流通路及交流負(fù)載線交流負(fù)載線：過(guò)輸出特性曲線上Q點(diǎn)的一條斜率為-1/RL 的直線。（圖）RL= RLRc， 是交流負(fù)載電阻。 交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)Q點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。 動(dòng)態(tài)分析一、圖解法放大電路的分析 共射極放大電路交流通路icvce+-電路圖通路圖ExitExit飽和失真截止失真4. 波形失真 動(dòng)態(tài)工作時(shí)的工作點(diǎn)到達(dá)了三極管的飽和區(qū)Q1 動(dòng)態(tài)工作時(shí)的工作點(diǎn)到達(dá)了三極管的截止區(qū)Q2# 進(jìn)入失真后,輸出波形如何?A03302A03305動(dòng)態(tài)分析放大電路的分析一、圖解法

10、動(dòng)態(tài)分析放大電路的分析一、圖解法5. 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析 （單擊放映）6. 放大電路的動(dòng)態(tài)范圍 放大電路獲得最大的不失真輸出幅度： 工作點(diǎn)Q要設(shè)置在輸出特性 曲線放大區(qū)的中間部位 要有合適的交流負(fù)載線A03306圖2圖1Exit例2.3.1 Exit建模的意義建模的思路 當(dāng)輸入信號(hào)電壓很小時(shí)，把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來(lái)代替，從而可以把三極管所組成的電路當(dāng)作線性電路來(lái)處理。 將非線性器件做線性化處理，從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。二、小信號(hào)模型法BJT的小信號(hào)建模動(dòng)態(tài)分析放大電路的分析Exit1. 晶體管的直流模型 當(dāng) UBEQ=常數(shù)時(shí)：則be間等效為直流恒壓源。晶體管輸入特

11、性如圖(a)。 說(shuō)明：ICQ僅決定于IBQ而與UCEQ無(wú)關(guān).即輸出特性曲線為橫軸的平行線.如圖(b)。晶體管直流模型二、小信號(hào)模型法ExitUi= hiIi+ hrUoIo= hfIi+ hoUoUiUoIiIo四端口網(wǎng)絡(luò)2. H參數(shù)概念輸出端短路時(shí)的輸入電阻；輸出端短路時(shí)的正向電流傳輸系數(shù)；輸入端開路時(shí)的反向電壓傳輸系數(shù)；輸入端開路時(shí)的輸出電導(dǎo)； 對(duì)一個(gè)四端口網(wǎng)絡(luò)，可以有H、Y、Z、G四種參數(shù)描述。其中，H參數(shù)的描述公式為： 四個(gè)參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)(H參數(shù))。二、小信號(hào)模型法Exit在小信號(hào)情況下，對(duì)上兩式取全微分得: BJT雙口網(wǎng)絡(luò)，有輸入特性和輸出特性曲線:iB=f(vBE

12、) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以寫成：BJT雙口網(wǎng)絡(luò)vBEvCEiBcebiC3. BJT的H參數(shù)定義二、小信號(hào)模型法Exit輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻；輸出端交流短路時(shí)的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)；輸入端交流開路時(shí)的反向電壓傳輸比；輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)。對(duì)照H參數(shù)的公式可知：用小信號(hào)交流分量表示:vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce注意：字母大小寫以示區(qū)別3. BJT的H參數(shù)定義二、小信號(hào)模型法Exit可得小信號(hào)模型根據(jù): vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce H參數(shù)是小信號(hào)參數(shù)，即微變

13、參數(shù)或交流參數(shù)。 H參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。 H參數(shù)只適合對(duì)交流信號(hào)的分析。BJT的H參數(shù)模型H參數(shù)小信號(hào)模型BJT雙口網(wǎng)絡(luò)vBEvCEiBcebiC3. BJT的H參數(shù)定義二、小信號(hào)模型法Exit4. h參數(shù)的物理意義及求解方法 hie: 當(dāng)Uce=UCEQ時(shí),uBE對(duì)iB的偏導(dǎo)數(shù).即Q點(diǎn)處切線斜率的倒數(shù).be間的動(dòng)態(tài)電阻. 如圖(a): hre: 當(dāng)IB=IBQ時(shí)uBE對(duì)uCE的偏導(dǎo)數(shù). 稱內(nèi)反饋系數(shù). 如圖(b):二、小信號(hào)模型法vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceExit hfe : 當(dāng)Uce=UCEQ時(shí),Q點(diǎn)附近的電流放大倍數(shù).如圖(c)

14、: hoe : 當(dāng)IB=IBQ時(shí),ic對(duì)uCE的偏導(dǎo)數(shù). 即IB=IBQ的那條輸出特性曲線上Q點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù).ce間的動(dòng)態(tài)電導(dǎo). 如圖(d):4. h參數(shù)的物理意義及求解方法二、小信號(hào)模型法vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceExit記 rbe= hie = hfe uT = hre rce= 1/hoe則BJT的H參數(shù)模型 如圖(b)：5. 模型的簡(jiǎn)化BJT的H參數(shù)模型 (a)二、小信號(hào)模型法 ibicvceibvbeT vcerberceBJT的H參數(shù)模型 (b) T很小，一般為10-310-4 rce很大，約為100k。忽略它們的影響，得到簡(jiǎn)化電路。圖說(shuō)明

15、ib 是受控源 ，且為電流控制電流源(CCCS)。 電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的。 Exit 一般用測(cè)試儀測(cè)出； rbe 與Q點(diǎn)有關(guān)，可用圖示儀測(cè)出。也可用公式估算： rbe= rb + (1+ ) re其中對(duì)于低頻小功率管 rb200 則 而 (T=300K) 6. H參數(shù)的確定工程上BJT H參數(shù)的確定二、小信號(hào)模型法ExitRbviRbRbviRcRbviRcRLH參數(shù)小信號(hào)等效電路(1) 畫小信號(hào)等效電路 共射極放大電路交流通路icvce+-二、小信號(hào)模型法7. 小信號(hào)模型法的分析思路共射放大電路圖交流通路圖Exit根據(jù)RbviRcRL則電壓增益為 求電壓增益(2) 求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)

16、二、小信號(hào)模型法7. 小信號(hào)模型法的分析思路ExitRbRcRLRi 求輸出電阻令Ro = Rc 所以 求輸入電阻(2) 求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)二、小信號(hào)模型法7. 小信號(hào)模型法的分析思路Exit 1. 電路如圖所示。試畫出其小信號(hào)等效模型電路。 解：例題動(dòng)態(tài)分析（小信號(hào)法）例題二、小信號(hào)模型法Exit 解：（1）2. 放大電路如圖所示。試求： （1）Q點(diǎn)； （2）已知=50。動(dòng)態(tài)分析（小信號(hào)法）例題例題二、小信號(hào)模型法、。Exit2. 放大電路如圖所示。試求： （1）Q點(diǎn)； （2）已知=50。例題二、小信號(hào)模型法、。 解：（2）Exit1. 對(duì)ICBO的影響2. 對(duì)輸入特性曲線的影響溫度T 輸出

17、特性曲線上移溫度T 輸入特性曲線左移3. 對(duì) 的影響溫度每升高1,要增加0.5%1.0%溫度T 輸出特性曲線族間距增大總之： ICBO ICEO T VBE IB IC 溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定Exit1. 穩(wěn)定工作點(diǎn)原理目標(biāo)：溫度變化時(shí)，IC維持恒定。 如果溫度變化時(shí)，b點(diǎn)電位能基本不變，則可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。T 穩(wěn)定原理： IC IEIC VE、VB不變 VBE IB（反饋控制）b點(diǎn)電位基本不變的條件：I1 IB ，此時(shí)，不隨溫度變化而變化。VB VBE 且Re可取大些，反饋控制作用更強(qiáng)。 一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 射極偏置電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定Ex

18、itI1I2IBRB1+VCCRCC1TRB2RE1RE2直流通路一、靜態(tài)分析靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定射極偏置電路阻容耦合分壓式偏置電路RB1+VCCRCC1C2RB2CERERLuiuo圖Exit可以認(rèn)為與溫度無(wú)關(guān)。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十k。I1I2IBRB1+VCCRCC1TRB2RE1RE2直流通路一、靜態(tài)分析靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定射極偏置電路ExitTUBEIBICUEIC 本電路穩(wěn)壓的過(guò)程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過(guò)程I1I2IBRB1+VCCRCC1TRB2RE1RE2直流通路一、靜態(tài)分析靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定射極偏置電路Exit 畫小信

19、號(hào)等效電路 確定模型參數(shù)已知，求rbe。二、電壓增益靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定射極偏置電路Exit輸出回路：輸入回路：電壓增益： 增益二、電壓增益靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定射極偏置電路Exit根據(jù)定義：由電路列出方程則輸入電阻三、輸入電阻靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定射極偏置電路Exit求輸出電阻的等效電路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨(dú)立源置零負(fù)載開路輸出端口加測(cè)試電壓四、輸出電阻靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定射極偏置電路Exit四、輸出電阻靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定射極偏置電路輸出電阻 若考慮rce的影響時(shí)，對(duì)回路1和2列KVL方程其中：則當(dāng)時(shí)，一般（）Exit靜態(tài)：固定偏流電路與射極偏置電路的比較 共射極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定Exit 固定偏流共射極放大電路Rbvi

20、RcRL固定偏流電路的小信號(hào)等效電路Ro = Rc # 射極偏置電路做如何改進(jìn)，既可以使其具有溫度穩(wěn)定性，又可以使其具有與固定偏流電路相同的動(dòng)態(tài)指標(biāo)？b動(dòng)態(tài)固定偏流電路與射極偏置電路的比較靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定Exitbb改進(jìn)1靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定射極偏置電路等效電路等效電路改 進(jìn) 電 路Exit1改進(jìn)2靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定Exit單管放大電路的三種基本接法RB+VCCC1C2RERLuiuoRB+VCCRE直流通道基本接法（基本共集）基本共集放大電路Exit一、靜態(tài)分析IBIERB+VCCRE直流通道單管放大電路的三種基本接法基本共集放大電路ExitRB+VCCC1C2RERLuiuorbeRERLRB微

21、變等效電路二、動(dòng)態(tài)分析單管放大電路的三種基本接法基本共集放大電路Exit1. 電壓放大倍數(shù)rbeRERLRB單管放大電路的三種基本接法基本共集放大電路Exit1.所以但是，輸出電流Ie增加了。2. 輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電 壓，故稱電壓跟隨器。結(jié)論：1. 電壓放大倍數(shù)基本共集放大電路單管放大電路的三種基本接法Exit2. 輸入電阻 輸入電阻較大，作為前一級(jí)的負(fù)載，對(duì)前一級(jí)的放大倍數(shù)影響較小?；竟布糯箅娐穯喂芊糯箅娐返娜N基本接法rbeRERLRBExit用加壓求流法求輸出電阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS電源置03. 輸出電阻基本共集放大電路單管放大電路的三種基本接法E

22、xit3. 輸出電阻基本共集放大電路單管放大電路的三種基本接法設(shè)：rbeRERBRSExit一般：所以：射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。3. 輸出電阻基本共集放大電路單管放大電路的三種基本接法Exit射極輸出器的使用1. 將射極輸出器放在電路的首級(jí)，可以提高輸入電阻。2. 將射極輸出器放在電路的末級(jí)，可以降 低輸出電阻，提高帶負(fù)載能。3. 將射極輸出器放在電路的兩級(jí)之間，可以起到電路的匹配作用?；竟布竟布糯箅娐穯喂芊糯箅娐返娜N基本接法Exit1. 靜態(tài)工作點(diǎn) 直流通路與射極偏置電路相同基本共基放大電路單管放大電路的三種基本接法Exit2. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)基本共基放大電路單管放大電路

23、的三種基本接法Exit 電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：基本共基放大電路單管放大電路的三種基本接法2. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)Exit 輸出電阻 輸入電阻基本共基放大電路單管放大電路的三種基本接法2. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)Exit電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：三種組態(tài)的比較Exit作用：提高電流放大系數(shù)，增大電阻rbe復(fù)合管也稱為達(dá)林頓管晶體管基本放大電路的派生電路Exit復(fù)合管放大電路復(fù)合管放大電路復(fù)合管共射放大電路晶體管基本放大電路的派生電路 采用復(fù)合管后，增強(qiáng)了電流放大能力，從而減小了對(duì)信號(hào)源驅(qū)動(dòng)電流的要求；若驅(qū)動(dòng)電流不變，輸出電流將增大約倍。Exit復(fù)合管共集放大電路晶體管基本放大電路的派生電路 輸入電阻

24、Ri中與Rb相并聯(lián)的部分大大提高，而輸出電阻Ro中與Re相并聯(lián)的部分大大降低，使共集放大電路Ri大、 Ro小的特點(diǎn)得到進(jìn)一步的發(fā)揮。Exit復(fù)合管放大電路復(fù)合管共射共基放大電路晶體管基本放大電路的派生電路共射共基放大電路的交流通路 共基電路輸入電阻小，使共射電路的高頻特性得到改善。Exit共射共基復(fù)合管共集共基放大電路晶體管基本放大電路的派生電路共集共基放大電路的交流通路 特點(diǎn)：電路具有較寬的通頻帶。Exit共集共基1. 電路特點(diǎn)FET的直流偏置電路 柵極只需要偏壓，不需要偏流 各類FET的偏置極性區(qū)別： N溝道器件加正漏源偏壓； P溝道器件加負(fù)漏源偏壓； 耗盡型器件加反極性柵壓； 增強(qiáng)型器件加同極性柵壓； 采用偏置穩(wěn)定電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路Exit(1)自偏壓電路(2) 分壓式自偏壓電路vGSvGSvGSvGSvGSvGS =- iDR2. 典型電路FET的直流偏置電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路圖ExitVGS =VDS =VDD-