高频电路先修基础知识.ppt

先修基础知识复习 1. 二极管基础知识 2. 三极管基础知识 3. 放大电路基础 4. 负反馈放大电路 5. 谐振回路 1 1 1.1 导体、半导体和绝缘体 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。 1. 二极管基础知识 2 2 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能力 明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的 导电能力明显改变。 3 3 本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体 。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体 点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其 它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原 子之间形成共价键，共用一对价电子。 硅和锗的晶 体结构： 4 4 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使 半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半 导体的某种载流子浓度大大增加。 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也 称为（空穴半导体）。 N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体 ，也称为（电子半导体）。 5 5 N 型半导体 N型半导体中，自由电子的浓度远大于空穴浓 度，所以称自由电子为多数载流子（简称多子）， 空穴为少数载流子（简称少子）。 P 型半导体 P 型半导体中空穴的浓度远大于自由电子浓度 ，所以称空穴为多数载流子（简称多子），自由电 子为少数载流子（简称少子）。 在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体 和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界 面处就形成了PN 结。 PN 结的形成 6 6 PN结的单向导电性 PN 结加上正向电压、正向偏置： P 区加正、N 区加负电压。 PN 结加上反向电压、反向偏置： P 区加负、N 区加正电压。 7 7 1、空间电荷区中没有载流子。 2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴（多 子） 、N 区中的电子（多子）向对方运 动（扩散运动）。 3、P 区中的电子（少子）和N区中的空穴（ 少子），数量有限，因此由它们形成的电 流很小。 总结总结: : 8 8 PN结的高频等效电路及最高工作频率 PN结的高频等效电路 PN结既表现出非线性电阻的特性，又表现出非 线性电容的特性，总效果相当于结电容CJ与结电阻 r 并联。 为保证PN结的单向导电性不被破坏，所允 许加在PN结上的交变电压的最高频率，称为 PN结的最高工作频率。 9 9 1.2 半导体二极管 PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。 引线 外壳线 触丝线 基片 点接触型 PN结 面接触型 二极管的电路符号 ： PN + _ 1010 伏安特性 U I 死区电压： 硅管0.6V,锗管0.2V。 导通压降: 硅 管0.60.7V,锗 管0.20.3V。 反向击穿 电压UBR 1111 主要参数 （1）最大整流电流 IFM 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向 平均电流。 （2）反向击穿特性与最大工作电压URM 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流 剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热 而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压URM 一般是UBR的一半。 1212 （3）反向特性与反向饱和电流 IS 外加反向电压时，二极管有反向电流 通过。随 后反向电压继续增加时，反向电流几乎不变，这个 电流称反向饱和电流IS 。 . 反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反 向电流越小越好。 . 反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大 。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管 大几十到几百倍。 1313 从伏安特性可以看出，二极管的U、关系不具备 线性关系，为非线性元件。它具有单向导电性。 以上均是二极管的直流参数。二极管的应用是主 要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保 护等等。下面介绍两个交流参数。 S ： 反向饱和电流 :为温度的电压当量，又称热电压，其 中T为热力学温度。UT一般取为26mv 。 根据理论分析，二极管的伏安特性可用下式描述： 1414 （4） 微变电阻 rD iD uD ID UD Q iD uD rD 是二极管特性曲线上工 作点Q 附近电压的变化与 电流的变化之比： 显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻。 1515 （5）二极管的极间电容 二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成 ：势垒电容CB和扩散电容CD。 势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时 ，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现 出的电容是势垒电容。 扩散电容：为了形成正向电流（ 扩散电流），注入P 区的少子（ 电子）在P 区有浓度差，越靠近 PN结浓度越大，即在P 区有电子 的积累。同理，在N区有空穴的积 累。正向电流大，积累的电荷多 。这样所产生的电容就是扩散电 容CD。 P +- N 1616 CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向 偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略 。 PN结高频小信号时的等效电路： 势垒电容和扩散电 容的综合效应 rd 1717 （1）理想二极管等效电路 伏安特性 等效电路 半导体二极管的等效电路 1818 （2）考虑正向压降的等效电路 伏安特性 等效电路 1919 二极管：死区电压=0 .5V，正向压降0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0 RL uiuo ui uo t t 二极管的应用举例1：二极管半波整流 2020 例2 二极管门电路如图(a)所示，输入电压ui1 (t)和ui2 (t)如图 (b)和(c)所示，请分析电路中各二极管的工作状态，画出该电 路的输出波形uo (t) ，并指出电路所实现的功能。 2121 课堂练习：二极管的应用举例2 t t t ui uR uo RRL uiuR uo 2222 2.1 三极管的结构及符号 B E C N N P 基极 发射极 集电极 NPN型 P N P 集电极 基极 发射极 B C E PNP型 2. 三极管基础知识 2323 B E C N N P 基极 发射极 集电极 基区：较薄， 掺杂浓度低 集电区： 面积较大 发射区： 掺杂浓度较高 N P N 2424 B E C IB IE IC NPN型三极管 B E C IB IE IC PNP型三极管 2525 2.2 三极管的主要参数 前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公 共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接 法。共射直流电流放大倍数： 工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流 上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应 的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数 为： 1. 电流放大倍数 和 2626 例：UCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。 在以后的计算中，一般作近似处理： = 另外，电流放大倍数 2727 2.集-基极反向截止电流ICBO A ICBO ICBO是集 电结反偏 由少子的 漂移形成 的反向电 流，受温 度的变化 影响。 2828 B E C N N P ICBO ICEO= IBE+ICBO IBE IBE ICBO进入N 区，形成 IBE。 根据放大关系，由 于IBE的存在，必有 电流IBE。 集电结反 偏有ICBO 3. 集-射极反向截止电流ICEO ICEO受温度影 响很大，当 温度上升时 ，ICEO增加很 快，所以IC也 相应增加。 三极管的温 度特性较差 。 2929 4.集电极最大电流ICM 集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降 ，当值下降到正常值的三分之二时的集电极 电流即为ICM。 5.集-射极反向击穿电压 当集-射极之间的电压UCE超过一定的数值时 ，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是 25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。 3030 6. 集电极最大允许功耗PCM 集电极电流IC 流过三极管， 所发出的焦耳 热为： PC =ICUCE 必定导致结温 上升，所以PC 有限制。 PCPCM IC UCE ICUCE=PCM ICM U(BR)CEO 安全工作区 3131 f ：共射极截止频率 fT：特征频率 的频率特性 7频率参数 频率大于f 后有 3232 共基直流电流传输方程 ： 2.3 三极管的工作原理 若CBO很小，可忽略: 被称为共基电流 放大倍数。 IB IE IC V EEVCC 三极管为共射极接法时， 可以定义共射电流放大倍数 由于 共射直流电流传输方程 ： RBVCC VBB RC IB IE IC 3333 （1）两个反向饱和电流之间的关系：若令B =0时的C 用 来表示CEO。 （2）若CEO很小可忽略，则 （3） 和 两种电流放大系数均表示的电流控制作用 注意： 3434 2.3.1 三极管特性曲线 IC mA A VVUCE UBE RB IB VCC VBB （实验线路） RC 共射极接法电路 3535 1、输入特性 UCE 1V IB(A) UBE(V) 20 40 60 80 0.40.8 工作压降： 硅管 UBE0.60.7V,锗 管UBE0.20.3V。 UCE=0V UCE =0.5V 死区电压 ，硅管 0.5V，锗 管0.2V。 3636 2、输出特性 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)36912 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域满 足IC=IB 称为线性 区（放大 区）。 当UCE大于一定的 数值时，IC只与IB 有关，IC=IB。 CEO：基极开路时，集电极和发射极之间的穿透电流。 CEO 3737 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)36912 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域中UCEUBE,集 电结正偏，IBIC， UCE0.3V称为饱和区 。 CEO 3838 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)36912 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域中 : IB=0,IC=ICEO, UBEIC，UCE0.3V (3) 截止区： UBE Icmax(=2 mA)， Q位于饱和区。(实际上，此时IC 和IB 已不是的关系） 4848 一、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 端网络表示，如图： uiuo Au 3. 放大电路基础 4949 输 出 耦 合 电 路 输 入 信 号 源 输 入 耦 合 电 路 有 源 器 件 负 载 直流电源 及 偏置电路 放大电路的基本组成 uo ui 5050 二、 放大电路的性能指标 1、电压放大倍数Au Ui 和Uo 分别是输入和输出电压 的有效值。 2、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。 Au Ii US Ui 5151 3、输出电阻ro AuUS 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。 ro US 5252 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。 U I 方法一：计算。 5353 方法二：测量。 Uo 1. 测量开路电压。 ro Us 2. 测量接入负载后的输出电压。 ro UsRL Uo 步骤： 3. 计算。 5454 4、通频带 f Au Aum 0.7Aum fL下限截 止频率 fH上限截 止频率 通频带：fbw=fHfL 放大倍数 随频率变 化曲线 5555 三、 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 t UA直流分量 全量 交流分量 ua uA =UA+ ua 5656 三极管放 大电路有 三种形式 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 5757 3.1 共射放大电路 5858 放大元件iC= iB ，工作在放大区 ，要保证集电结 反偏，发射结正 偏。 ui uo 输入 输出 参考点 RB +EC EB RC C1 C2 T 5959 集电极电源， 为电路提供能 量。并保证集 电结反偏。 RB +EC EB RC C1 C2 T 6060 集电极电阻， 将变化的电流 转变为变化的 电压。 RB +EC EB RC C1 C2 T 6161 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 RB +EC EB RC C1 C2 T 6262 耦合电容 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。 RB +EC EB RC C1 C2 T 6363 可以省去 电路改进：采用单电源供电 RB +EC EB RC C1 C2 T 6464 单电源供电电路 +EC RC C1 C2 T RB 6565 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ui 的分电路。 直流通道：只考虑直流信号UA 的分电路。 31.1 共射放大电路的工作原理 当输入信号ui =0时，称放大电路的工作状态为静态 。当输入信号u i 0 时，称放大电路工作在动态 。 6666 例：对直流信号（只有+EC） 开路 开路 RB +EC RC C1 C2 T 直流通道 RB +EC RC 6767 对交流信号(输入信号ui ) 短路 短路 置零 RB +EC RC C1 C2 T RB RCRL ui uo 交流通路 ui 6868 ui=0时 由于电源 的存在， IB 0 IC0 IBQ ICQ IEQ=IBQ+ICQ 一、放大电路的静态工作原理 +EC RC T RB C2 C1 6969 (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。 IB UBE Q IBQ UBEQ IC UCE Q UCEQ ICQ 7070 RB T R C RL+ - B EE C ui + - uo ib ic 二、放大电路的动态工作原理 +EC RC T RB C2 C1 交流通路 7171 iB UBE Q IC UCE uCE怎么变化 假设，uBE有一微小的变化 ib t Q iB t ib ui t UBE iC t ic 7272 各点波形 ui t iB t iC t uC t uo t +EC RC T RB C2 C1 ui iC uC uo iB 7373 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。 7474 3.1.2 共射放大电路的的分析方法 放大 电路 分析 图解法 微变等效 电路法 估算法 计算机仿真 动态分析 非线性失真的分析 静态分析 静态分析 动态分析 7575 20 40 60 iB ( A) 00.4 0.6 Q Q Q u (a) (V)BE 直流通路输入回路电压方程 1. 图解法 （1）静态分析 利用输入特性曲线确定 IBQ和UBEQ 直流通路的电压方程 输入特性用函数式 两方程联立，其解就是 静态工作点。 RB +VCC RC 7676 利用输出特性曲线确定 ICQ和UCEQ 直流负载线与 iB = IBQ 对 应的那条输出特性曲线的 交点就是静态工作点 Q 。 I 0 i C(mA) uCE (V) CQ=1.5 1 2 3 4 20 60 80 100 IBQ=40A 246810 12 (b) M N UCEQ 直流通路输入回路电压方程 直流负载线 在输出特性曲线上作直流负载线 按此直线方程，在方程 输出特性曲线上画出的直线， 称为直流负载线。 Q Q Q 直流负载线方程 7777 根据ui 在输入特性曲线 上求iB和 uBE （2）动态分析 wt U BEQ 1 u i 20 40 60 iB ( A) o0.20.40.6 Q Q Q uBE (V) wt o iB ( A) o uBE (V) 2 ib IBQ 7878 o i C (mA) uCE (V) 1 2 3 20 60 80 100 IBQ=40 A 24612 wt o iC (mA) 3 ic 4.5 9 Q Q Q ICQ o u CE (V) wt A U CEQ uce 4 B 在输出特性曲线上作 交流负载线 由iB的变化在输出特 性曲线上求iC和 uCE 交流负载线 斜率为： 7979 iC uCE uo 可输出的 最大不失 真信号 选择静态工作点 ib （3）非线性失真的分析 8080 Q点过低，信号进入 截止区截止失真 8181 Q点过高，信号进入 饱和区饱和失真 8282 （4）最大输出电压幅值 UBO=UCEQ-UCES UOA=ICQRL 8383 估算法常用来计算直流通道 （1）根据直流通道估算IB IB UBE RB称为偏置电阻，IB称为偏 置电流。 +EC 直流通道 RBRC 8484 （2）根据直流通道估算UCE、IB IC UCE 直流通道 RBRC 8585 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。 RB +EC RC 8686 ube ib uce ic ube uce ic rce很大， 一般忽略。 三极管的微变等效电路 rbe ib ib rce rbe ib ib b c e 等 效 c b e 2.微变等效电路法 常用来计算直流通道 8787 将交流通道中的三极管用微变等效电路代替: 交流通路 RB RCRL ui uo ui rbe ib ibiiic uo RB RC RL 8888 共射放大电路的微变等效电路 8989 （1）静态分析 画出直流通路 求rbe 对于小功率三极管： 列方程求解直流工作点 9090 （2）动态分析 画出交流通路 画出微变等效电路 求电压放大倍数 Au 求输入电阻 Ri 求输入电阻 Ro 求源电压放大倍数 Aus 9191 目的：使得ICQ避免受温度的影响分压射极偏置 电路可以稳定Q 点。 Rs u s - + u i + - RE RB1 RB2 RC RL C1 C2 CE + - uo +VCC I1 I2 IBQ ICQ T 1电路结构 3.1.3 射极偏置电路 9292 分压式偏置电路： RB1 +VCC RC C1 C2 RB2 CE RE RL uiuo 静态分析 I1 I2 IB RB1 +VCC RC C1 T RB2RE1 RE2 直流通路 2电路的静态工作点确定 9393 I1 I2 IB RB1 +VCC RC C1 T RB2RE1 RE2 直流通路 9494 T UBEQ IBQ ICQUEQ ICQ 本电路稳压的 过程实际是由 于加了RE形成 了负反馈过程 I1 I2 IB RB1 +VCC RC C1 T RB2RE1 RE2 9595 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。 I1 I2 IB RB1 +VCC RC C1 T RB2RE1 RE2 直流通路 9696 3电路的动态性能指标计算 交流通路 9797 求电压放大倍数 Au 求输入电阻 Ri 求输入电阻 Ro 微变等效电路 RB1RB2 Rs us + - + - uiRLRC RE + - uo BC E i b RiRiRoRo ib rbe = RC 9898 问题：Au 和 Aus 的关系如何？ 定义： 放 大 电 路 RL RS 9999 原因：电压放大倍数明显下降 。 方法：发射极电阻RE上并联一个大容量的旁路 电容 CE 。 影响： 静态工作点: 不变 求电压放大倍数 Au 求输入电阻 Ri 求输入电阻 Ro : 不变 4射极偏置电路电路的改进 100100 例3.1.1 确定静态工作点； 确定动态指标 确定静态工作点 101101 微变等效电路 解 （1）确定Q 点 (UBQ 、IEQ 、 UCEQ ) （2）确定动态指标 (rbe 、 Au 、 Ri 、 Aus 、 Ro ) 确定动态指标 102102 3.2.1 共集放大电路 3.2.2 共基放大电路 3.2.3 三种组态放大电路的比较 3.2 共集放大电路与共基放大电路 103103 3.2.1 共集放大电路 B C E +V CC u s + - Rs T R B R E R L C 1 C 2 + - u o (a)(b) + - us Rs RB R E R L T C E B 原理图 交流通路 1.静态分析 104104 E B C 2. 动态分析 求输入电阻 105105 求输出电阻 E B C 106106 u0 E B C ui 107107 3.2.2 共基放大电路 共基放大电路原理图 共基放大电路交流通路 E B C E B C 108108 例3.2.1 电路如上图 =50。试分析它的静态工作情况，并求出 它的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。 us - + Rs i b + - ui R i B CE RERCRLr be ib i i iei c Ro + - uo 共基放大电路的微变等效电路 109109 解：（1）求Q点 （2）利用微变等效电路计算电压放大倍数、输入电阻和 输出电阻 us - + R s i b + - ui R i B CE RERCR L r be i b iiieic R o + - uo 110110 3.2.3 三种组态放大电路的比较 共基放大电路频率特性较好，常于宽带放大电路和高频放大电路 适用场合： 共射放大电路多用于多级放大电路的中间级。 共集放大电路常用于多级放大电路的输入级、隔离级或输出级。 共射放大 共集放大 共基放大 电压放大倍数Au 较大 小于和接近1 较大 电流放大倍数Ai 较大 较大 小于1 输出/入电压相位 反相 同相 同相 输入电阻Ri 适中 较大 较小 输出电阻Ro 适中 较小 适中 111111 3.3.1多级放大电路的组成 3.3.2多级放大电路的耦合方式 3.3.3多级放大电路的分析计算 3.3 多级放大电路 112112 耦合方式是指放大电路级与级之间的连接方式。 多级放大电路中常用的耦合方式主要有三种： 1.直接耦合 2.变压器耦合 3.阻容耦合 3.3.2多级放大电路的耦合方式 多级放大电路对耦合电路要求： 1. 静态：保证各级Q点设置 2. 动态: 传送信号。 要求：波形不 失真，减少压 降损失。 113113 1.直接耦合 直接耦合放大电路 114114 2.变压器耦合 变压器耦合放大电路 115115 3.阻容耦合 阻容耦合放大电路 116116 2.动态性能指标的分析计算 输入电阻和输出电阻 + - u s R s R L + - ui 第 级 1 第 级 2 第 级 n + - + uo1uo2 + - + u o(n-1) uo 3.3.3多级放大电路的分析计算 1.静态工作点的分析计算 电压放大倍数 117117 多级阻容耦合放大器的特点： (1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点 相互独立，分别估算。 (2) 前一级的输出电压 = 后一级的输入电压。 (3) 总电压放大倍数 = 各级放大倍数的乘积。 (4) 总输入电阻 Ri = 第一级的输入电阻Ri1 。 (5) 后一级的输入电阻 = 前一级的交流负载电阻。 (6) 总输出电阻 = 最后一级的输出电阻。 由上述特点可知，射极输出器接在多级放 大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减 小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而 改善放大电路的性能。 118118 放大电路 例3.3.1 两管的 均为50, ， 试计算Au、Ri 和 Ro 119119 120120 例：放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V ，R1=100k， R2=33k ，RE1=2.5k，RC=5k ，1=60 ； RB=570k ，RE2=5.6k ， 2 =100 ，RS=20k ，RL=5k uo +EC R1RC C11 C12 R2 CE RE1ui Ri T1 放大电路一 RB +EC C21 C22 RE2 ui uo T2 放大电路二 5k570k 5.6k 121121 1. 求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。 2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输 出，求放大倍数Au、Ri 和 Ro 。 3. 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一 输出，求放大倍数 Au和 Aus 。 +EC R1RC C11 C12 R2 CE RE1ui Ri1 uo T1 RB +EC C21 C22 RE2 ui uo T2 122122 Ri1 = R1/ R2/ rbe1 =1.52 k 结论： (1) 由于RS大，而Ri 小，致使放大倍数降低； (2) 放大倍数与负载的大小有关。例： RL=5k 时, Au= - 93；RL=1k 时, Au= - 31 。 1. 求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。 +EC R1RC C1 C2 R2 CE RE RL ui uo us RS Ri1 T1 123123 2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出 ，求放大倍数Au 、Ri 和 Ro 。 rbe2=2.36 k rbe1=1.62 k Ro1=RC=5 k us RS RB +EC C22 RE2 uo T2 RL R1RC C11 R2 CE RE1ui Ri1 T1 Ri2 5k 5.6k 570k 124124 125125 讨论：电路带负载能力。 2. 输出不接射极输出器时的带负载能力 ： RL=5k 时： Au=-93 RL=1k 时： Au=-31 即：当负载电阻由5k变为1k时，放大倍数降低 到原来的92.3% 放大倍数降低到原来的30% RL=5 k时： Au1=-185，Au2=0.99，Ri2=173 k Au= Au1 Au2 =-183 RL=1 k时： Au1=-174 ，Au2=0.97，Ri2=76 k Au= Au1 Au2 =-169 1. 输出接射极输出器时的带负载能力： 126126 3. 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一 输出，求放大倍数Aus 。 Au2= -93 Ri2 =1.52 k Au1=0.98 Ri =101 k +EC R1RC C12 R2 CE RE1 Ri uo T1 ui RB C21 RE2 T2 us RS 127127 输入不接射极输出器时： 可见，输入接射极输出器可提高整个 放大电路的放大倍数Aus。 128128 阻容耦合电路的频率特性： f A 耦合电 容造成 三极管结 电容造成 采用直接耦合的方式可降低放大电路的下限 截止频率，扩大通频带。下面将要介绍的差 动放大器即采用直接耦合方式。 129129 4.1 反馈的基本概念 4.2 反馈的分类与判断 4.3 反馈放大器的一般表达式 4 .负反馈放大电路 130130 4.1.1 反馈的基本概念 反馈示意图 放大器放大倍数 反馈系数 整个放大电路的放大倍数 (开环放大倍数 ) (闭环放大倍数) 131131 4.1.2 反馈的分类与判断 1 反馈的分类 （1） 正反馈和负反馈 判断:瞬时极性法 正反馈 负反馈 132132 （2） 直流反馈和交流反馈 直流反馈 133133 交流反馈 134134 （3） 电压反馈和电流反馈 反馈信号取自负载RL上的输出电压，称为电压反馈；反馈 信号取自负载RL上的输出电流，称为电流反馈。 判断：开路短路法 如果反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式相加减 （即反馈信号与输入信号串联），称为串联反馈；如果反馈信 号与输入信号在输入回路中以电流形式相加减（即反馈信号与 输入信号并联），称为并联反馈。 （4） 串联反馈与并联反馈 135135 2 负反馈组态的判断 根据反馈信号在输出端采样方式和输入端 信号相减方式的不同，可以分为四种组态： 电压串联负反馈 电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈 136136 （1） 电压串联负反馈 基本放大器的电压放大倍数 反馈系数 方框图 电路图 137137 （2） 电压并联负反馈 放大倍数（互阻放大倍数） 反馈系数 电路图 方框图 138138 （3） 电流串联负反馈 放大倍数（互导放大倍数） 反馈系数 电路图 方框图 139139 （4） 电流并联负反馈 其放大倍数（电流放大倍数） 反馈系数 电路图 方框图 140140 四种负反馈组态放大器的放大倍数 和反馈系数 的比较 负负反馈组馈组 态态 输输出信 号 反馈馈信 号 放大倍数 反馈馈系数 电压电压 串联联 (电压电压 放大倍数 ) 电压电压 并联联 (互阻放大倍数) 电电流串联联 (互导导放大倍数) 电电流并联联 (电电流放大倍数) 141141 在负反馈时，各信号量之间的关系为： 一般表达式为 为基本放大器的放大倍数（开环放大倍数）； 为 施加反馈后放大器的放大倍数（闭环放大倍数）； 为信 号沿着基本放大器和反馈网络组成的环路传递一周后得到的 放大倍数，称为环路增益。 表示引入反馈前后放大电路的放大倍数所变化 的倍数，称为反馈深度。 4.1.3 反馈放大器的一般表达式 142142 关于反馈深度 1若 ，则 ，即引入反馈后，放大 倍数减小了，这种反馈称为负反馈。 2若 ，则 ，即引入反馈后，放大倍 数增大了，这种反馈称为正反馈。 3若 ，则 ，说明反馈放大器没有输入信号 时，仍有输出信号，此时放大电路处于自激振荡状态。 这说明闭环放大倍数 主要取决于反馈系数 ，与开环增 益 几乎无关。 4当 时，称为深度负反馈，此时 143143 4.2 负反馈对放大器性能的影响 4.2.1 提高放大倍数的稳定性 4.2.2 减小非线性失真 4.2.3 扩展通频带 4.2.4 对输入电阻和输出电阻的影响 144144 4.2.1 提高放大倍数的稳定性 将Af对A求导数 两边除以闭环增益Af 假定电路在中频段工作 上式表明，负反馈放大器闭环放大倍数Af的相对变化量，等 于无反馈时基本放大器放大倍数的相对变化量的 。也 就是说，引入负反馈后，放大倍数下降了 倍，但放大倍 数的稳定性却提高了 倍。 145145 4.2.2 减小非线性失真 放大器件的特性是非线性的，当输入信号为单一频率的 正弦波时，输出信号将不再是正弦波。除了基波以外，还含 有一系列的谐波成分，这种失真称为非线性失真。 引入负反馈可以减小非线性失真。可以证明，在非线性 失真不太严重时，引入负反馈后，负反馈放大器非线性失真 近似减小为原来的 。但必须指出，负反馈措施 不能降低输入信号中固有的非线性失真。 146146 负反馈减小非线性失真动画演示 147147 4.2.3 扩展通频带 设无反馈时基本放大器在高频段的放大倍数为 式中Am、fH 分别为无反馈时放大器的中频放大倍数和上限 频率引入负反馈后，可得负反馈放大器的放大倍数为 148148 引入负反馈后的中频放大倍数Am和上限频率fH分别为 可见，引入负反馈后，中频放大倍数减小了 倍 而上限截止频率增大了 倍 149149 4.2.4 对输入电阻和输出电阻的影响 1负反馈对输入电阻的影响 反馈信号在放大器输入回路中以串联形式和输入 信号相减，是串联反馈，串联反馈使输入电阻增大。 反馈信号在放大器输入回路中以并联形式和输入 信号相减，是并联反馈，并联反馈使输入电阻减小。 150150 负反馈放大器 的输入电阻为 ： 基本放大器的 输入电阻为 ： （1） 串联负反馈使输入电阻增大 151151 因为 所以 由此可见，引入串联负反馈，放大电路的输入电阻将增 大 倍，电压串联负反馈和电流串联负反馈都是如此 。 152152 （2）并联负反馈使输入电阻减小 基本放大器的 输入电阻为： 负反馈放大器 的输入电阻为 ： 153153 因为 所以 由此可见，引入并联负反馈，放大电路的输入电阻将 减小 倍，电压并联负反馈和电流并联负反馈都 是如此。 154154 2负反馈对输出电阻的影响 在电压反馈电路中，反馈信号取自于输出电压，反馈使 输出电阻减小。 在电流反馈电路中，反馈信号取自于输出电流，反馈使 输出电阻增大。 155155 （1） 电压负反馈使输出电阻减小 电压负反馈放大 器的输出电阻为 由此可见，引入电压负反馈，放大器的输出电阻 减小 倍，电压并联负反馈和电压串联负 反馈都是如此。156156 （2）电流负反馈使输出电阻增大 电压负反馈放大 器的输出电阻为 由于是电流负反馈，有 所以 由此可见，引入电流负反馈，放大器的输出电阻增 大 倍，电流并联负反馈和电流串联负反馈都 是如此。 157157 4.3 深度负反馈放大器的分析计算 负反馈放大电路的分析计算方法有多种，各有特点。我 们根据负反馈的深浅分两种情况讨论。实际的负反馈放大电 路大多能满足深度负反馈的条件，通常采用工程近似来估算 放大器的性能。 如果负反馈放大器满足深度负反馈条件，即 。 只要计算出反馈系数 ，即可得到 。( 为广义的放 大倍数 ) 158158 例4.3.1 求下列各电路的闭环电压放大倍数 图(a)为电压串联负反馈。反馈系数为 闭环电压放大倍数为 159159 电压并联负反馈。 反馈系数为 闭环放大倍数为 闭环电压放大倍数为 160160 电流串联负反馈。 反馈系数为 闭环放大倍数为 闭环电压放大倍数为 161161 电流并联负反馈。 反馈系数为 闭环放大倍数为 闭环电压放大倍数为 162162 采用微变等效电路法，可导出该共集放大器的电压放大倍数为 当满足深度负反馈时 ， 图(a)为电压串联负反 馈，反馈系数为 闭环电压放大倍数为 例4.3.2 求下列各电路的闭环电压放大倍数 163163 图(b)为电压并联负反馈， 反馈系数为 闭环放大倍数为 闭环电压放大倍数为 164164 图(c)为电流串联负反馈，反馈 系数为 闭环放大倍数为 闭环电压放大倍数为 若采用微变等效电路法，可 导出该放大器的放大倍数为： 当深度负反馈时 ， 165165 闭环放大倍数为 闭环电压放大倍数为 图(d)为电流并联负反馈，反馈系数为 Ui + _ C1 RB R3 R4 R5 C2 C3 R L T1T2 +VCC + _ R 6 Uo IoI i If R2 R1 166166 课堂练习：估算图5-16(a)所示串联电压负反馈放大器的闭 环电压增益Auf=Uo/Ui。 解 由于是串联电压负反馈, 故UiUf 。由图 (b)可知, 输出电压 Uo经Rf 和 Re1 分压后反馈至输入回路, 即 167167 5. 5. 谐振回路谐振回路 1 串联谐振回路 2 并联谐振回路 3 耦合回路 168168 谐振回路由电感线圈和电容组成，当外界授予 一定能量，电路参数满足一定关系时，可以在回路 中产生电压和电流的周期振荡回路。 该电路在某一频率的交变信号作用下,能在电 抗原件上产生最大的电压或流过最大的电流，即具 有谐振特性，故该电路又称谐振回路。 谐振回路按电路的形式分为： 1.串联谐振回路 2.并联谐振回路 3.耦合谐振回路 用途 ： 1.利用他的选频特性构成各种谐振发大器 2.在自激振荡器中充当谐振回路 3.在调制、变频、解调充当选频网络 169169 发生RLC在串联电路中的谐振称为串联谐振。对于下图所示 串联电路，其阻抗为 若呈现电阻性，电路工作于谐振状 态，则必满足X=0，即 发生谐振时的角频率叫做谐振角频 率，谐振频率分别为： 1 串联谐振回路 170170 回路阻抗的模|Zs|和幅角随变化的曲线分别如 下图所示： r |Zs| O 0 / 2 / 2 0 O 171171 当r； 当0时，回路呈感性，|Zs|r； 当0时，感抗与容抗相等，|Zs|最小，并为纯电阻r， 我们称此时发生了串联谐振，且串联谐振角频率0为: X O 0 容性