模拟电路讲义.ppt

2.4.2放大概念和放大电路主要性能指标放大概念和放大电路主要性能指标2.4.3 基本共射放大电路分析基本共射放大电路分析2.4.1放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理2.4.4 工作点稳定的共射放大电路工作点稳定的共射放大电路2.4.5 共集电极放大电路共集电极放大电路2.4.6 共基极放大电路共基极放大电路2.4.7 复合管复合管2.4 基本放大电路基本放大电路2.4.8 三种放大电路比较三种放大电路比较u放大的对象：变化量放大的对象：变化量u放大的本质：能量的控制放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真，放大的前提放大的基本要求：不失真，放大的前提u放大电路的必备元件：有源器件（晶体管或场效应管）。放大电路的必备元件：有源器件（晶体管或场效应管）。判断电路能否放判断电路能否放大的基本出发点大的基本出发点2.4.1 放大的概念放大的概念放放大大器器直直 流流 电电 源源话筒话筒 输入输入扬声器扬声器输出输出放大电路放大电路实质实质上是一上是一个受输入信号控制的个受输入信号控制的能量转换器能量转换器。（电源。（电源转换为输出信号）转换为输出信号）任何放大电路均可看成为二端口网络任何放大电路均可看成为二端口网络1 22+us放大放大电路电路RS+ui+uoRLioiius 信号源电压信号源电压Rs 信号源内阻信号源内阻RL 负载电阻负载电阻ui 输入电压输入电压uo 输出电压输出电压ii 输入电流输入电流io 输出电流输出电流2.4.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标11 22+us放大放大电路电路RS+ui+uoRLioii电压增益电压增益 Au(dB)=20lg|Au|一、一、放大倍数放大倍数电压放大倍数电压放大倍数 Au=uo/ui电流放大倍数电流放大倍数 Ai=io/ii功率放大倍数功率放大倍数 Ap=po/pi电流增益电流增益 Ai(dB)=20lg|Ai|功率增益功率增益 Ap(dB)=10lg|Ap|互阻增益互阻增益 Ar=uo/ii 互导增益互导增益 Ag=io/ui二、输入电阻二、输入电阻从放大电路输入端看进去的等效电阻从放大电路输入端看进去的等效电阻1+usRS+uiiiRi一般来说，一般来说，Ri越大越好。越大越好。（1）Ri越大，越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，）当信号源有内阻时，Ri越大，越大，ui就越接近就越接近uS。三、输出电阻三、输出电阻放放大大电电路路的的输输出出相相当当于于是是负负载载的的信信号号源源，该该信信号号源源的的内内阻阻称称为电路的输出电阻为电路的输出电阻。计算计算：i22 11 us=0RS+u放大放大电路电路Ro测量测量：uot 负载开路时的输出电压；负载开路时的输出电压；uo 带负载时的输出电压，带负载时的输出电压，Ro 越小，越小，uot 和和 uo 越越接近接近。22 11+usRS+ui+uoRLRo+uotRi四、四、通频带通频带电电抗抗元元件件(主主要要是是电电容容)使使放放大大电电路路对对不不同同频频率率输输入入信信号号的放大能力不同，反映在的放大能力不同，反映在：Au(f)幅频特性幅频特性 (f)相频特性相频特性1.幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性fAu(f)OfO2.频带宽度频带宽度(带宽带宽)BWAumfLfH下限下限频率频率 上上限限频率频率 中频段中频段低频段低频段高频段高频段BW0.7BW0.7=fH fL(Band Width)五、最大输出功率和效率五、最大输出功率和效率效率效率 =最大输出功率最大输出功率Pom直流提供功率直流提供功率PDC 总变化量（总瞬时值）：是直流量与交流量的叠总变化量（总瞬时值）：是直流量与交流量的叠加量，字母小写，下标大写，如：加量，字母小写，下标大写，如：放大电路中既有直流量如直流电源放大电路中既有直流量如直流电源VCC；又有交流量如；又有交流量如交流电压交流电压ui，还有交直流复合（叠加）量如交流电流，还有交直流复合（叠加）量如交流电流iB。直流分量：直流分量：大写字母大写字母+大写下标；如：大写下标；如：IB交流分量：交流分量：小写字母小写字母+小写下标；如：小写下标；如：ib瞬时值：瞬时值：小写字母小写字母+大写下标；如：大写下标；如：iB 直流分量直流分量+交流分量；如：交流分量；如：iB=IB+ib交流有效值：交流有效值：大写字母大写字母+小写下标；如：小写下标；如：Ib为便于区分，特作以下规定：为便于区分，特作以下规定：六、放大电路中电压、电流方向及符号的规定六、放大电路中电压、电流方向及符号的规定。iB、iC、uBE、uCE一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用VBB、Rb：使：使UBE Uon，且有且有合适的合适的IB。VCC：使：使UCEUon，同时作为负同时作为负载的能源载的能源。Rc：将：将iC转换成转换成uCE(uo)。动态信号作用时：动态信号作用时：输入电压输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、为零时，晶体管各极的电流、b-e间间的电压、的电压、管压降称为静态工作点管压降称为静态工作点Q，记作记作IBQ、ICQ（IEQ）、）、UBEQ、UCEQ。2.4.3 基本共射放大电路的工作原理与分析方法基本共射放大电路的工作原理与分析方法二、设置静态工作点的必要性二、设置静态工作点的必要性 输出电压必然失真！输出电压必然失真！放大的对象是动态信号，但前提是不失真。若去掉直流偏放大的对象是动态信号，但前提是不失真。若去掉直流偏置，在置，在ui负半周以及负半周以及ui正半周其幅值小于晶体管发射结的导通正半周其幅值小于晶体管发射结的导通电压时，晶体管截止，所以造成了严重的失真，所以，设置电压时，晶体管截止，所以造成了严重的失真，所以，设置静态工作点是十分必要的。此外，静态工作点的设置，还影静态工作点是十分必要的。此外，静态工作点的设置，还影响到其它动态参数，必须合理设置静态工作点，在以后各节响到其它动态参数，必须合理设置静态工作点，在以后各节再进行说明。再进行说明。(a)ui=0 静态工作情况静态工作情况（各支路只有直流成分）（各支路只有直流成分）三、基本共射放大电路的工作原理及波形分析三、基本共射放大电路的工作原理及波形分析(b)ui=sin t 动态工作情况动态工作情况iB=IBQ+ibiC=ICQ+icuCE=UCEQ+uceuo=uce三、基本共射放大电路的工作原理及波形分析三、基本共射放大电路的工作原理及波形分析三、基本共射放大电路的工作原理及波形分析三、基本共射放大电路的工作原理及波形分析饱和失真饱和失真截止失真截止失真底部失真底部失真顶部失真顶部失真动态信号动态信号驮载在静驮载在静态之上态之上输出和输入反相！输出和输入反相！要想不失真，就要要想不失真，就要在信号的整个周期内在信号的整个周期内保证晶体管始终工作保证晶体管始终工作在放大区！在放大区！四、放大电路的组成原则四、放大电路的组成原则（4）此外）此外对实用放大电路对实用放大电路还还要求要求输入和输出信号要共地、直输入和输出信号要共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。（1）外外加加直直流流电电源源的的极极性性必必须须使使发发射射结结正正偏偏，集集电电结反偏。则有：结反偏。则有：（2）输输入入回回路路的的接接法法应应使使输输入入电电压压 u 能能够够传传送送到到三三极极管管的的基极回路，使基极电流产生相应的变化量基极回路，使基极电流产生相应的变化量 iB。（3）输出回路的接法应使变化量）输出回路的接法应使变化量 iC 能够转化为变化量能够转化为变化量 uCE，并传送到放大电路的输出端。并传送到放大电路的输出端。实用的实用的放大电路放大电路直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题：问题：1.两种电源两种电源2.信号源与放大电路不信号源与放大电路不“共地共地”将将两个电源两个电源合二为一合二为一共地，且要使信号共地，且要使信号驮载在静态之上驮载在静态之上静态时，静态时，动态时，动态时，b-e间电压是间电压是uI与与Rb1上的电压之和。上的电压之和。实用放大电路实用放大电路阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应足够耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似大，即对于交流信号近似为短路。其作用是为短路。其作用是“隔离隔离直流、通过交流直流、通过交流”。静态时，静态时，C1、C2上电压？上电压？动态时，动态时，C1、C2为耦合电容！为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。负载上只有交流信号。课堂讨论1.下左图的电路能够放大信号么？下左图的电路能够放大信号么？2.下右图的下右图的PNP型晶体管组成一个共射放大电型晶体管组成一个共射放大电路正确么？路正确么？五、直流通路和交流通路五、直流通路和交流通路1.直流通路画法直流通路画法（用于分析静态工作点）（用于分析静态工作点）将将Us=0，但保留，但保留Rs；电容开路；电容开路；电感相当于短路（线圈电阻近似为电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。）。2.交流通路画法交流通路画法（用于分析动态参数）（用于分析动态参数）大容量电容相当于短路；大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路（内阻为直流电源相当于短路（内阻为0）。）。若电路有变压器则需要保留。若电路有变压器则需要保留。通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入引入直流通路和交流通路直流通路和交流通路的概念。的概念。VBB越大，越大，UBEQ取不同的取不同的值所引起的值所引起的IBQ的误差越小。的误差越小。3.基本共射放大电路的直流通路和静态求解基本共射放大电路的直流通路和静态求解 列晶体管输入、输出回路方程，将列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令作为已知条件，令ICQIBQ，可估算出静态工作点。可估算出静态工作点。当当VCCUBEQ时，时，已知：已知：VCC12V，Rb600k，Rc3k，100。Q？直流通路直流通路4.阻容耦合单管共射放大电路的交流通路阻容耦合单管共射放大电路的交流通路讨论一讨论一画出图示电路的直流通路和交流通路。画出图示电路的直流通路和交流通路。将将uS短路，即为直流通路。短路，即为直流通路。六、图解法六、图解法（应实测器件的特性曲线）应实测器件的特性曲线）1.1.静态分析：图解二元方程静态分析：图解二元方程输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQQIBQICQUCEQ负载线负载线2.2.电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析斜率不变斜率不变3.失真分析失真分析截止失真截止失真消除方法：增大消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！截止失真是在输入回路首先产生失真！减小减小Rb能消除截止失真吗？能消除截止失真吗？饱和失真饱和失真饱和失真产生于晶体管的输出回路！饱和失真产生于晶体管的输出回路！消除饱和失真的方法消除饱和失真的方法消除方法：增大消除方法：增大Rb，减小减小VBB，减小减小Rc，减小减小，增大增大VCC。Rb或或或或VBB Rc或或VCC 最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom：比较比较UCEQ-Uces与（与（VCC UCEQ），），取其小者，除以取其小者，除以 。这这可不是可不是好办法！好办法！4、直流负载线和交流负载线、直流负载线和交流负载线Uom=?Q点在什么位置点在什么位置Uom最大？最大？交流负载线应过交流负载线应过Q点，且点，且斜率决定于（斜率决定于（RcRL）5、图解法优缺点、图解法优缺点优点优点:1.既能分析静态既能分析静态,也能分析动态的工作情况；也能分析动态的工作情况；2.直观直观 形象；形象；3.适合分析具有特殊输入适合分析具有特殊输入/输出特性的管子；输出特性的管子；4.适合分析工作在大信号状态下的放大电路。适合分析工作在大信号状态下的放大电路。缺点缺点:1.特性曲线存在误差；特性曲线存在误差；2.作图麻烦，易带来误差；作图麻烦，易带来误差；3.无法分析复杂电路和高频信号。无法分析复杂电路和高频信号。讨论二讨论二1.在什么参数、如何变化时在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？2.从输出电压上看，哪个从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪点下最易产生截止失真？哪个个Q点下最易产生饱和失真？哪个点下最易产生饱和失真？哪个Q点下点下Uom最大？最大？3.设计放大电路时，应根据什么选择设计放大电路时，应根据什么选择VCC？讨论三讨论三2.空载和带载两种情况下空载和带载两种情况下Uom分别为多少？分别为多少？3.在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？带上负载后这种失真消除？已知已知ICQ2mA，UCES0.7V。1.在空载情况下，当输在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？若带负载的情况下呢？（一）微变等效电路法的概念（一）微变等效电路法的概念 所谓等效电路分析，是在一定条件下，将所谓等效电路分析，是在一定条件下，将非线性元件等效为线性元件，运用线性电路的非线性元件等效为线性元件，运用线性电路的计算方法分析放大器交流指标。计算方法分析放大器交流指标。适用条件：适用条件：1、静态工作点设在放大区，无非线性失真；静态工作点设在放大区，无非线性失真；2、只对交流小信号等效。、只对交流小信号等效。七、等效电路法七、等效电路法ibicicBCEib ib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-简化的晶体管的简化的晶体管的h参数微变等效电路参数微变等效电路rbeBEC 晶体管的晶体管的B、E之间可之间可用用rbe等效代替。等效代替。晶体管的晶体管的C、E之间可用一受控之间可用一受控电流源电流源ic=ib等效代替。等效代替。简化的简化的h h参数等效电路交流等效模型参数等效电路交流等效模型查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得由由IEQ算出算出在在输入特性曲线上，输入特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！a、第一步画出放大电路的交流通路。、第一步画出放大电路的交流通路。b、第二步用晶体管的微变等效电路替代交流通路中、第二步用晶体管的微变等效电路替代交流通路中的晶体管。的晶体管。c、利用微变等效关系对放大电路交流性能指标的计、利用微变等效关系对放大电路交流性能指标的计算。算。（二）（二）利用微变等效方法对利用微变等效方法对放大电路的动态分析步骤放大电路的动态分析步骤放大电路的放大电路的交流等效电路交流等效电路1、基本共射放大电路的动态分析基本共射放大电路的动态分析2、阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析讨论四讨论四：基本共射放大电路的静态分析基本共射放大电路的静态分析QIBQ35AUBEQ0.65V讨论四讨论四：基本共射放大电路的动态分析基本共射放大电路的动态分析讨论五讨论五：阻容耦合共射放大电路的静态分析阻容耦合共射放大电路的静态分析为什么可为什么可忽略？忽略？讨论五：讨论五：阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析一、温度对一、温度对静态工作静态工作点的影响点的影响 所谓所谓Q点稳定，是指点稳定，是指ICQ和和UCEQ在温度变化时基本不变，在温度变化时基本不变，这是靠这是靠IBQ的变化得来的。的变化得来的。T（）ICQQ 若温度升高时要若温度升高时要Q回到回到Q，则只有减小，则只有减小IBQICEO若若UCEQ不变不变IBQQ2.4.4 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定二、二、静态工作点稳定的共射放大静态工作点稳定的共射放大电路电路 1.电路组成电路组成直流通路？直流通路？Ce为为旁路电容，旁路电容，在交流在交流通路中可视为短路通路中可视为短路2.稳定原理稳定原理 为了稳定为了稳定Q点，通常点，通常I1 IB，即，即I1 I2；因此；因此基本不随温度变化。基本不随温度变化。T()ICUE UBE（UB基本不变）基本不变）IB IC Re 的的作用作用T()ICUE UBE（UB基本不变）基本不变）IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。点越稳定。关于反馈的一些概念：关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。为正反馈。Re有上限值吗？有上限值吗？IC通过通过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大，反馈的结果使之减小增大，反馈的结果使之减小3.Q点分析点分析分压式电流负反馈工作点稳定电路分压式电流负反馈工作点稳定电路a.分压式分压式Q点点计算计算（忽略（忽略 ）b、利用戴维宁定理等效变换后求解、利用戴维宁定理等效变换后求解Q点点4.动态分析动态分析有旁路电容Ce时：无旁路电容无旁路电容Ce时：时：三、稳定静态工作点的方法汇总三、稳定静态工作点的方法汇总引入直流负反馈引入直流负反馈温度补偿：利用对温度敏感温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接的元件，在温度变化时直接影响输入回路。影响输入回路。例如，例如，Rb1或或Rb2采用热敏采用热敏电阻。电阻。Rb1应具有负温度应具有负温度系数，系数，Rb2应具有正温度应具有正温度系数。系数。讨论讨论图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？若采用了措施，则是什么措施？2.4.5、基本共集放大电路、基本共集放大电路 1.共集电极放大电路的电原理图共集电极放大电路的电原理图直流通路与工作点直流通路与工作点Q：2.动态分析：电压放大倍数动态分析：电压放大倍数故称之为射极故称之为射极电压跟随器电压跟随器Uo Ui2.动态分析：输入电阻的分析动态分析：输入电阻的分析Ri与负载有关！与负载有关！2.动态分析：输出电阻的分析动态分析：输出电阻的分析（外施电压法）（外施电压法）Ro与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！3.特点特点 输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压，输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压，输入输出电压同相；在一定条件下有电压跟随作用！输入输出电压同相；在一定条件下有电压跟随作用！令令Us为零，保留为零，保留Rs，在输出端加，在输出端加u，得：，得：2.4.6、基本共基放大电路、基本共基放大电路 1.电路结构电路结构2、静态分析静态分析3.动态分析动态分析4.特点：特点：输入输出电压同相，输入电阻小，频带宽！只放大输入输出电压同相，输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！电压，不放大电流！58ib1(1+1)ib1(1+1)(1+2)ib1=(1+1+2+1 2)ib1 1 2 rbe=rbe1+(1+1)rbe2 2(1+1)ib1 1 ib1ibicie(1+2+1 2)ib1V1V2一、一、复合管复合管(达林顿达林顿)复合管的组成：复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。多只管子合理连接等效成一只管子。目的：目的：增大增大，减小前级驱动电流，改变管子的类型。，减小前级驱动电流，改变管子的类型。2.4.7 达林顿管达林顿管59V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP构成复合管的规则：构成复合管的规则：1)保证两个管子的各电极电流能够正常流通保证两个管子的各电极电流能够正常流通2)第一只管子的第一只管子的C和和E总是接在第二只管子总是接在第二只管子C、B之间之间3)复合管类型与第一只管子相同；功率决定于后一只管子。复合管类型与第一只管子相同；功率决定于后一只管子。60复合管的最大优点电流放大倍数大！改进改进接有泻放电阻的复合管：接有泻放电阻的复合管：V1V2ICEO1 2 ICEO1R泻放泻放电阻电阻减小减小二二 复合管放大电路复合管放大电路2.4.8 三种接法的比较：空载情况下三种接法的比较：空载情况下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽三种接法的组合形式三种接法的组合形式（了解）（了解）为使单级放大电路具有多方面的优良性能，有时为使单级放大电路具有多方面的优良性能，有时采用组合接法。例如：采用组合接法。例如：共集共基形式：输入电阻高、电压放大倍数较大、共集共基形式：输入电阻高、电压放大倍数较大、频带宽频带宽共集共射形式：输入电阻高、电压放大倍数较大共集共射形式：输入电阻高、电压放大倍数较大 具有什么特具有什么特点？是为了增点？是为了增强电压放大能强电压放大能力吗？力吗？讨论一讨论一 图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。电阻和输出电阻的表达式。电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。1.Q为多少？为多少？2.Re有稳定有稳定Q点的作用吗？点的作用吗？3.电路的交流等效电路？电路的交流等效电路？4.V 变化时，电压放大倍数如何变化？变化时，电压放大倍数如何变化？讨论二讨论二讨论二讨论二结论：这是一个电可调增益放大器！结论：这是一个电可调增益放大器！