电工与电子第9章备课笔记2.doc

第9章 三极管放大电路本章主要内容 本章重点讲述基本放大电路的组成原理和分析方法，分别由BJT和FET组成的三种组态基本放大电路的特点和应用场合。多级放大电路的耦合方式和分析方法。 首先介绍基本放大电路的组成原则。三极管的低频小信号模型。固定偏置共射放大电路的图解法和等效电路法静态和动态分析，最大不失真输出电压和波形失真分析。分压式偏置共射放大电路的分析以及稳定静态工作点的方法。共集和共基放大电路的分析，由BJT构成的三种组态放大电路的特点和应用场合。然后介绍由FET构成的共源、共漏和共栅放大电路的静态和动态分析、特点和应用场合。最后介绍多级放大电路的两种耦合方式、直接耦合多级放大电路的静态偏置以及多级放大电路的静态和动态分析。通过习题课掌握放大电路的静态偏置方法和性能指标的分析计算方法。 学时分配本章有七讲，每讲两个学时。1、放大的本质；2、放大电路工作原理及静态工作点的作用；3、利用放大电路的组成原则判断放大电路能否正常工作；本讲难点1、放大电路静态工作点的设置方法；2、利用放大电路的组成原则判断放大电路能否正常工作；教学组织过程 本讲以教师讲授为主。用多媒体演示放大电路的组成原理、信号传输过程和设置合适Q点的必要性等，便于学生理解和掌握。判断放大电路能否正常工作举例可以启发讨论。9,1 交流电压放大电路的组成和信号的放大概述1、放大的概念在电子电路中，放大的对象是变化量，常用的测试信号是正弦波。放大电路放大的本质是在输入信号的作用下，通过有源元件（BJT或FET）对直流电源的能量进行控制和转换，使负载从电源中获得输出信号的能量，比信号源向放大电路提供的能量大的多。因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，表现为输出电压大于输入电压，输出电流大于输入电流，或者二者兼而有之。在放大电路中必须存在能够控制能量的元件，即有源元件，如BJT和FET等。放大的前提是不失真，只有在不失真的情况下放大才有意义。2、电路的主要性能指标1） 输入电阻：从输入端看进去的等效电阻，反映放大电路从信号源索取电流的大小。2） 输出电阻：从输出端看进去的等效输出信号源的内阻，说明放大电路带负载的能力。3） 放大倍数（或增益）：输出变化量幅值与输入变化量幅值之比。或二者的正弦交流值之比，用以衡量电路的放大能力。根据放大电路输入量和输出量为电压或电流的不同，有四种不同的放大倍数：电压放大倍数、电流放大倍数、互阻放大倍数和互导放大倍数。电压放大倍数定义为： 电流放大倍数定义为： 互阻放大倍数定义为： 互导放大倍数定义为：注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。4）最大不失真输出电压：未产生截止失真和饱和失真时，最大输出信号的正弦有效值或峰值。一般用有效值UOM表示；也可以用峰峰值UOPP表示。5）上限频率、下限频率和通频带：由于放大电路中存在电感、电容及半导体器件结电容，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的幅值会下降并产生相移。一般，放大电路只适合于放大某一特定频率范围内的信号。如P75图2.1.4所示。上限频率fH（或称为上限截止频率）：在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。下限频率fL（或称为下限截止频率）：在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。通频带fBW：fBW = fH - fL 通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。6）最大输出功率POM与效率：POM是在输出信号基本不失真的情况下，负载能够从放大电路获得的最大功率，是负载从直流电源获得的信号功率。此时，输出电压达到最大不失真输出电压。为直流电源能量的利用率。 式中为电源消耗的功率7）非线性失真系数D：在某一正弦信号输入下，输出波形因放大器件的非线性特性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比。即 ，式中：为基波幅值，、为各次谐波幅值；3、两种常见的共射放大电路组成及各部分作用1）直接耦合共射放大电路：信号源与放大电路、放大电路与负载之间均直接相连。适合于放大直流信号和变化缓慢的交流信号。2）阻容耦合共射放大电路：信号源与放大电路、放大电路与负载之间均通过耦合电容相连。不能放大直流信号和变化缓慢的交流信号；只能放大某一频段范围的信号。如P72图2.7所示。3）放大电路中元件及作用（1）三极管T 起放大作用。（2）集电极负载电阻RC 将变化的集电极电流转换为电压输出。 （3）偏置电路VCC，Rb使三极管工作在放大区，VCC还为输出提供能量。（4）耦合电容C1，C2输入电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。4、静态工作点设置的必要性对放大电路的基本要求一是不失真，二是能放大。只有保证在交流信号的整个周期内三极管均处于放大状态，输出信号才不会产生失真。故需要设置合适的静态工作点。Q点不仅电路是否会产生失真，而且影响放大电路几乎所有的动态参数。5、基本共射放大电路的工作原理及波形分析对于基本放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，以保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。波形分析见P74图2.8所示。 基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠将电流的变化转化为电压的变化来实现的。6、放大电路的组成原则1）为了使BJT工作于放大区、FET工作于恒流区,必须给放大电路设置合适的静态工作点，以保证放大电路不失真。2）在输入回路加入ui应能引起uBE的变化,从而引起iB和iC的变化。3）输出回路的接法应当使iC尽可能多地流到负载RL中去,或者说应将集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端。 9,2 共发射极放大电路放大电压的基本本讲重点1、基本放大电路静态工作点的估算； 2、BJT的h参数等效模型及放大电路输入电阻、输出电阻与电压放大倍数的计算；本讲难点1， 放大电路的微变等效电路的画法；2、放大电路输入电阻、输出电阻与电压放大倍数的计算；教学组织过程 本讲以教师讲授为主。用多媒体演示图解法求Q点、及分析非线形失真；用直流通路估算Q点；BJT的h参数模型建立、微变等效电路的画法及动态参数计算等，便于学生理解和掌握。主要内容1、直流通路、交流通路及其画法（1）直流通路：在直流电源的作用下，直流电流流经的通路，用于求解静态工作点Q的值。（2）直流通路的画法：电容视为开路、电感视为短路；信号源视为短路，但应保留内阻。（3）交流通路：在输入信号作用下，交流信号流经的通路，用于研究和求解动态参数。（4）交流通路的画法：耦合电容视为短路；无内阻直流电源视为短路；2、放大电路的静态分析和动态分析（1）静态分析：就是求解静态工作点Q，在输入信号为零时，BJT或FET各电极间的电流和电压就是Q点。可用估算法或图解法求解。（2）动态分析就是求解各动态参数和分析输出波形。通常，利用三极管h参数等效模型画出放大电路在小信号作用下的微变等效电路，并进而计算输入电阻、输出电阻与电压放大倍数。或利用图解法确定最大不失真输出电压的幅值、分析非线性失真等情况。放大电路的分析应遵循“先静态，后动态”。的原则，只有静态工作点合适，动态分析才有意义；Q点不但影响电路输出信号是否失真，而且与动态参数密切相关。3、图解法确定Q点和最大不失真输出电压 （1）用图解法确定Q点的步骤：已知晶体管的输出特性曲线族由直流通路求得IBQ 列直流通路的输出回路电压方程得直流负载线在输出特性曲线平面上作出直流负载线由IBQ所确定的输出特性曲线与直流负载线的交点即为Q点。（2）输出波形的非线性失真非线性失真包括饱和失真和截止失真。饱和失真是由于放大电路中三极管工作在饱和区而引起的非线性失真。截止失真是由于放大电路中三极管工作在截止区而引起的非线性失真。放大电路要想获得大的不失真输出，需要满足两个条件：一是Q点要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；二是要有合适的交流负载线。（3）直流负载线和交流负载线 由放大电路输出回路电压方程所确定的直线称为负载线。由直流通路确定的负载线为直流负载线；由交流通路确定的负载线为交流负载线，可通过Q、B两点作出。对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线与交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路，只有在空载情况下，两条直线才合二为一。（4）最大不失真输出电压有效值 式中：说明：当放大电路带上负载后，在输入信号不变的情况下，输出信号的幅度变小。举例：如P83例2.2图2.17所示，放大电路静态工作点和动态范围的确定。4、等效电路法求解静态工作点即利用直流通路估算静态工作点、和。其中硅管的；锗管的，无须求解；其余三个参数的求解方法为：（1）列放大电路输入回路电压方程可求得；（2）根据放大区三极管电流方程可求得；（3）列放大电路输出回路电压方程可求得；5、5、BJT的h参数等效模型（1）BJT等效模型的建立：三极管可以用一个二端口模型来代替；对于低频模型可以不考虑结电容的影响；小信号意味着三极管近似在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。（2）BJT的h参数方程及等效模型 或简化为： BJT的h参数等效模型如P31图1.31所示。（3）h参数的物理意义1即rbe：三极管的交流输入电阻，对于小功率三极管可用近似公式计算如下：2电压反馈系数：反映三极管内部的电压反馈，因数值很小，一般可以忽略。3：在小信号作用时，表示晶体管在Q点附近的的电流放大系数b 。4：三极管输出电导，反映输出特性上翘的程度。常称1/为c-e间动态电阻。通常的值小于10-5S，当其与电流源并联时，因分流极小，可作开路处理。注意：h参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。h参数与工作点有关，在放大区基本不变。h参数都是微变参数，所以只适合对交流小信号的分析6、等效电路法求解放大电路的动态参数将BJT的h参数等效模型代入放大电路的交流通路，即为放大电路的微变等效电路。放大电路的动态分析就是利用放大电路的微变等效电路计算输入电阻、输出电阻与电压放大倍数。举例：如P86例2.3图2.20所示放大电路静态工作点的求解和性能指标计算。9,3 共集电极放大电路放大电压的分析本讲重点1、放大电路稳定静态工作点的原理和常用方法；2，分压式偏置电路Q的估算； 3，分压式偏置电路动态性能指标的计算；本讲难点1、稳定静态工作点的原理和措施；2、分压式偏置电路微变等效电路画法及动态性能指标的计算；教学组织过程 本讲以教师讲授为主。用多媒体演示稳定静态工作点的原理和常用方法、分压式偏置电路Q的估算、动态性能指标的计算等，便于学生理解和掌握。主要内容1、静态工作点稳定的必要性 静态工作点不但决定了电路是否产生失真，而且还影响着电压放大倍数和输入电阻等动态参数。实际上，电源电压的波动、元件老化以及因温度变化所引起的晶体管参数变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时甚至造成电路无法正常工作。在引起Q点不稳定的诸多因素中，温度对晶体管的影响是最主要的。2、温度变化对静态工作点产生的影响温度变化对静态工作点的影响主要表现为，温度变化影响晶体管的三个主要参数：、和。这三者随温度升高产生变化，其结果都使值增大。硅管的小，受温度影响小，故其和受温度影响是主要的；锗管的大，受温度影响是主要的。3、稳定静态工作点的原则和措施为了保证输出信号不失真，对放大电路必须设置合适的静态工作点，并保证工作点的稳定。（1）采用不同偏置电路稳定静态工作点的原则是：当温度升高使增大时，要自动减小以牵制的增大。（2）稳定静态工作点可以归纳为三种方法：P89图2.21所示。（1）温度补偿；（2）直流负反馈；（3）集成电路中采用恒流源偏置技术；4、典型静态工作点稳定电路分压式偏置电路的分析 1）Q点稳定原理分压偏置电路如P90图2.22所示。稳定静态工作点的条件为：I1IB和VBUBE；此时， ，即当温度变化时，基本不变。T（）（）（因为基本不变） 静态工作点的稳定过程为： 当温度降低时，各物理量向相反方向变化。这种将输出量（）通过一定的方式（利用将的变化转化为电压的变化）引回到输入回路来影响输入量的措施称为反馈。可见，在Q点稳定过程中，作为负反馈电阻起着重要的作用。典型静态工作点稳定电路利用直流负反馈来稳定Q点。2）分压式偏置电路的静态分析分压式偏置电路的静态分析有两种方法：一是戴维南等效电路法；二是估算法，这种方法的使用条件为I1IBE，或者。 3）分压式偏置电路的动态分析 动态分析时，射极旁路电容应看成短路。画放大电路的微变等效电路时，要特别注意射极电阻有无被射极旁路电容旁路，正确画出“交流地”的位置，根据实际电路进行计算即可。共集放大电路和共基放大电路重点1、共集和共基放大电路的性能指标计算；2、三种接法放大电路的特点及应用场合；本讲难点1、共集和共基放大电路微变等效电路的画法；2、共集和共基放大电路微变等效电路的输入、输出电阻计算；教学组织过程 本讲以教师讲授为主。用多媒体演示三种接法电路的构成方法，便于学生理解和掌握。启发讨论三种不同接法电路各自特点及应用场合。主要内容1、三极管放大电路的基本接法三极管放大电路的基本接法亦称为基本组态，有共射（包括工作点稳定电路）、共基和共集三种。共射放大电路以发射极为公共端，通过iB 对ic的控制作用实现功率放大。共集放大电路以集电极为公共端，通过iB对iE的控制作用实现功率放大。共基放大电路以基极为公共端，通过iE对iB的控制作用实现功率放大。2、共集放大电路的组成及静态和动态分析1） 共集放大电路的组成共集放大电路亦称为射极输出器如P92图2.23（a）所示，为了保证晶体管工作在放大区，在晶体管的输入回路，、与VCC共同确定合适的静态基极电流；晶体管输出回路中，电源 VCC，提供集电极电流和输出电流，并与配合提供合适的管压降UCE 。 2）共集放大电路的静态分析与共射电路静态分析方法基本相同。（1）列放大电路输入方程可求得；（2）根据放大区三极管电流方程可求得；（3）列放大电路输出方程可求得； 3）共集放大电路的动态分析共集放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共集放大电路的“交流地”是集电极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同，如P92图2.23（d）所示。 3、共基放大电路的静态和动态分析1）共基放大电路的静态分析与共射电路静态分析方法基本相同。（1）列放大电路输入回路电压方程可求得；（2）根据放大区三极管电流方程 可求得；（3）列放大电路输出回路电压方程可求得； 2）共基放大电路的动态分析共基放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共基放大电路的“交流地”是基极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同。如P94图2.24所示。4、三种接法的比较共射放大电路既有电压放大作用又有电流放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，适用于一般放大。共集放大电路只有电流放大作用而没有电压放大作用，因其输入电阻高而常做为多级放大电路的输入级，因其输出电阻低而常做为多级放大电路的输出级，因其放大倍数接近于1而用于信号的跟随。共基放大电路只有电压放大作用而没有电流放大作用，输入电阻小，高频特性好，适用于宽频带放大电路。9,4 典型交流电压放大电路本讲重点1、交流放大电路静态工作点的设置方法；2、交流放大电路小信号模型分析法；3、交流放大电路的特点本讲难点1、场效应管放大电路静态工作点的设置方法；2、场效应管放大电路小信号模型分析法；教学组织过程 本讲以教师讲授为主。用多媒体演示FET放大电路Q点设置方法、小信号模型及其分析方法等，便于学生理解和掌握。启发讨论FET与BJT三种不同接法电路特性及应用对比。主要内容1、场效应管放大电路的三种接法场效应管的三个电极源极、栅极和漏极与晶体管的三个电极发射极、基极和集电极相对应，因此在组成电路时也有三种接法：共源放大电路、共栅放大电路和共漏放大电路。2、FET放大电路的直流偏置FET是电压控制器件，因此放大电路要求建立合适的偏置电压，而不要求偏置电流。FET有JFET、MOSFET，N沟、P沟，增强型、耗尽型之分。它们各自的结构不同，伏安特性有差异，因此在放大电路中对偏置电路有不同要求。JFET必须反极性偏置，即UGS与UDS极性相反；增强型MOSFET的UGS与UDS必须同极性偏置；耗尽型MOSFET的UGS可正偏、零偏或反偏。因此，JFET和耗尽型MOSFET通常采用自给偏压和分压式偏置电路，而增强型MOSFET通常采用分压式偏置电路。3、FET放大电路的静态分析考虑FET管子的输入电阻很高，FET的栅极几乎不取用电流，可以认为IGQ =0。对FET放大电路进行静态分析有两种方法：图解法和估算法。静态分析时只须计算三个参数：UGSQ、IDQ和UDSQ即可，下面分别举例说明。1）自给偏压放大电路共源自给偏置放大电路及其直流通路如图2.25所示UGS=VGVSISRs0 可见依靠JFET自身的源极电流IS所产生的电压降ISRs，使得栅-源极间获得了负偏置电压。（1）估算法静态分析列输入回路电压方程： JFET（或耗尽型FET）的电流方程： 联解上述两式并舍去不合理的一组解，可求得和。列输出回路电压方程求得 （2）图解法静态分析列输出直流负载线方程：UDS=VDDID(Rd+Rs) 在JFET的输出特性曲线上作出直流负载线，与晶体管类似，直流负载线与横轴交点为VDD，纵轴交点为，斜率为。根据负载线与UGS为不同值的各条输出特性曲线的交点为坐标，可在iD uGS坐标平面上作出iD=f (uGS)曲线，（动态转移特性曲线）列输入直流负载线方程：UGS=IDRs 在转移特性曲线平面上，作出输入回路的直流负载线，它通过原点，斜率为。显然，静态的UGS与IS既要满足动态转移特性曲线所确定的约束关系，又要满足输入回路直流负载线所确定的约束关系，因此静态工作点位于两条线的交点Q。在图2.26（a）和（b）图上读出Q点的值（UGSQ、IDQ和UDSQ）。2）增强型FET分压式偏置电路增强型FET分压式偏置电路如图2.27所示。该电路利用电阻对电源VDD进行分压，从而给栅极提供固定的偏置电压： 源极对地的电压和自偏置时一样： VS=ISRs 因此栅源极间偏置电压由上述两部分所构成 （1）估算法由直流通路输入回路电压方程： 和 得： 增强型FET的电流方程： 联解上述两式并舍去不合理的一组解，可求得和。列输出回路电压方程求得 （2）图解法 作出动态转移特性曲线； 作出输入回路的直流负载线，它与横越轴交于，纵轴交于，斜率为。显然，动态转移特性曲线与负载线的交点Q即为该电路的静态工作点。 4、FET低频小信号等效模型将FET看成一个二端口网络，栅极与源极之间为输入端口，漏极与源极之间为输出端口。与双极型三极管相比，输入电阻无穷大，相当于开路。VCCS的电流源s还并联了一个输出电阻rds，在双极型三极管的简化模型中，因输出电阻很大可视为开路，在此可暂时保留。其它部分与双极型三极管放大电路情况一样。MOS管小信号工作时的电压方程为： 式中，为那条转移特性曲线上Q点处的导数，即以Q点为切点的切线的斜率。是输出回路电流与输入回路电压之比，故称为跨导，其量纲为电导。可通过对MOS管电流方程求导，得出的表达式。MOS管低频小信号模型如P48图1.51所示。5、共源、共漏和共栅放大电路的动态分析将FET的小信号等效模型代入放大电路的交流通路中画出微变等效电路，与BJT相比，FET输入电阻无穷大，相当开路。VCCS的电流源s还并联了一个输出电阻rds，在BJT的简化模型中，因输出电阻很大视为开路，在此可暂时保留。其它部分与双极型三极管放大电路情况基本一致。6、场效应管放大电路的特点FET放大电路与BJT放大电路相比，最突出的优点是可以组成高输入电阻的放大电路，此外，由于它还有噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强、便于集成等特点，广泛用于各种电子电路中。场效应管放大电路的共源接法、共漏接法与晶体管放大电路的共射、共集接法相对应，但比晶体管电路输入电阻高、噪声系数低、电压放大倍数小，适用于做电压放大电路的输入级。9,5 多级电压放大电路本讲重点1、多级放大电路的耦合方式及其特点、直接耦合放大电路静态工作点的设置；2、两级阻容耦合电路的动态分析；本讲难点1，直接耦合放大电路静态工作点的设置；2，多级放大电路的动态分析方法；教学组织过程 本讲以教师讲授为主。用多媒体演示直接耦合放大电路静态工作点的设置、两级阻容耦合电路的动态分析方法等，便于学生理解和掌握。启发讨论多级放大电路的耦合方式及其特点。主要内容1、单管放大电路的局限性和多级放大电路的提出在实际应用中，一般对放大电路的性能有多方面的要求：如输入电阻大于2M、电压放大倍数大于2000、输出电阻小于100等，依靠单管放大电路的任何一种，都不可能同时满足要求。这时，就可以选择多个基本放大电路，并将它们合理连接，从而构成多级放大电路。组成多级放大电路的每一个基本单管放大电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。2、多级放大电路的基本耦合方式及其特点1）直接耦合：耦合电路采用直接连接或电阻连接，不采用电抗性元件。直接耦合放大电路存在温度漂移问题，但因其低频特性好，能够放大变化缓慢的信号且便于集成，而得到越来越广泛的应用。但直接耦合电路各级静态工作点之间会相互影响，应注意静态工作点的稳定问题。2）阻容耦合：将放大电路前一级的输出端通过电容接到后一级的输入端。阻容耦合放大电路利用耦合电容隔离直流，较好地解决了温漂问题，但其低频特性差，不便于集成，因此仅在分立元件电路中采用。3）变压器耦合：将放大电路前一级的输出端通过变压器接到后一级的输入端或负载电阻上。采用变压器耦合也可以隔除直流，传递一定频率的交流信号，各放大级的Q互相独立。但低频特性差，不便于集成。变压器耦合的优点是可以实现输出级与负载的阻抗匹配，以获得有效的功率传输。常用作调谐放大电路或输出功率很大的功率放大电路。4）光电耦合：以光信号为媒介来实现电信号的耦合与传递。光电 耦合放大电路利用光电耦合器将信号源与输出回路隔离，两部分可采用独立电源且分别接不同的“地”，因而，即使是远距离传输，也可以避免各种电干扰。3、直接耦合多级放大电路静态工作点的设置直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，这是构成直接耦合多级放大电路时首先要加以解决的问题。(1)电位移动直接耦合放大电路如果将基本放大电路去掉耦合电容，前后级直接连接，则VC1=VB2 ，VC2 = VB2+ VCB2VB2（VC1）这样，集电极电位就要逐级提高，为此后面的放大级要加入较大的发射极电阻或在后级的发射极加稳压管，如P108图2.32所示。由于集电极电位逐级升高，以至于接近电源电压，从而使后级无法设置正确的工作点。这种方式只适用于级数较少的电路。(2)NPN+PNP组合电平移动直接耦合放大电路级间采用NPN管和PNP管搭配的方式，由于NPN管集电极电位高于基极电位，PNP管集电极电位低于基极电位，它们的组合使用可避免集电极电位的逐级升高，如P109图2.33所示。(3)电流源电平移动放大电路在模拟集成电路中常采用一种电流源电平移动电路，电流源在电路中的作用实际上是个有源负载，其上的直流压降小，通过R1上的压降可实现直流电平移动。但电流源交流电阻大，在R1上的信号损失相对较小，从而保证信号的有效传递。同时，输出端的直流电平并不高，实现了直流电平的合理移动。如图2.34所示。4、直接耦合多级放大电路的零点漂移问题1）零点漂移：当放大器的输入信号时，其输出电压往往不为常数，或者三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。2）产生零点漂移的原因：电路中参数变化，如电源电压波动、元件老化、半导体元件参数随温度而变化。其中主要原因是温度的影响，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。一般将在一定时间内，或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。例如 mV/C 或 mV/min。 5、多级放大电路的静态分析 1）直接耦合放大电路的静态分析 直接耦合放大电路各级之间的直流通路相连，静态工作点相互影响，因而在求解Q点时，应写出直流通路中各个回路的方程，然后求解。使用各种计算机辅助分析软件可使电路设计和Q点的求解过程大大简化。2）阻容耦合多级放大电路的静态分析阻容耦合多级放大电路中，由于级间耦合电容的隔直作用，所以，每一级Q点都可以按单管放大电路求解。6、多级放大电路的动态分析多级放大电路的总电压放大倍数等于组成它的各级放大电路电压放大倍数的乘积，即，其输入电阻是第一级的输入电阻，输出电阻是末级的输出电阻。在求解某一级电压放大倍数时，有两种处理方法：一是将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑（后级的Ri就是前级的），简称输入电阻法；二是将后一级与前一级之间开路，计算前一级的开路电压和输出电阻，作为后一级的信号源和内阻，简称开路电压法。举例：两级放大电路的分析，如P110图2.35所示。习题课本讲的教学目的为了使同学们在学完第一二章常用半导体器件，以及由其组成的基本放大电路和多级放大电路后,能熟练掌握二极管、三极管和放大电路的基本概念；半导体器件的特性、主要参数的物理意义及其选用原则；放大电路组成原则和工作原理、分析方法；稳定静态工作点的必要性和稳定Q点的措施；以及输出波形产生失真的原因和改善方法。同时提高同学们实际选用半导体器件、设计与使用放大电路的能力，培养学生的自学能力，我们特地安排这次习题课。9,6 放大电路中的负反馈主要内容1、基本概念反馈、正反馈和负反馈、电压反馈和电流反馈、并联反馈和串联反馈等基本概念；2、反馈类型判断：有无反馈？是直流反馈、还是交流反馈？是正反馈、还是负反馈？3、交流负反馈的四种组态及判断方法；4、交流负反馈放大电路的一般表达式；5、放大电路中引入不同组态的负反馈后，对电路性能的影响；6、深度负反馈的概念，在深度负反馈条件下，放大倍数的估算；9,6,1 反馈的基本概念重点1， 负反馈概念。2、各种反馈类型的判断。本讲难点并联和串联负反馈及电流负反馈的判断主要内容1、反馈的基本概念1）什么是反馈反馈：将放大器输出信号的一部分或全部经反馈网络送回输入端。反馈的示意图见下图所示。反馈信号的传输是反向传输。开环：放大电路无反馈，信号的传输只能正向从输入端到输出端。闭环：放大电路有反馈，将输出信号送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。 图示中是输入信号，是反馈信号，称为净输入信号。所以有 2) 负反馈和正反馈负反馈：加入反馈后，净输入信号，输出幅度增加。应用：正反馈提高了增益，常用于波形发生器。3) 交流反馈和直流反馈直流反馈：反馈信号只有直流成分；交流反馈：反馈信号只有交流成分；交直流反馈：反馈信号既有交流成分又有直流成分。直流负反馈作用：稳定静态工作点；交流负反馈作用：从不同方面改善动态技术指标，对Au、Ri、Ro有影响。2、反馈的判断1）有无反馈的判断（1） 是否存在除前向放大通路外，另有输出至输入的通路即反馈通路；（2） 反馈至输入端不能接地，否则不是反馈。2）正、负反馈极性的判断之一 瞬时极性法（1）在输入端，先假定输入信号的瞬时极性；可用“+”、“-”或“”、“”表示；（2）根据放大电路各级的组态，决定输出量与反馈量的瞬时极性;（3）最后观察引回到输入端反馈信号的瞬时极性，若使净输入信号增强，为正反馈，否 则为负反馈。注意：* 极性按中频段考虑； * 必须熟悉放大电路输入和输出量的相位关系。 * 反馈类型主要取决于电路的连接方式，而与Ui的极性无关。对单个运放一般有：反馈接至反相输入端为负反馈 反馈接至同相输入端为正反馈3）电压反馈和电流反馈（1）电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例（采样输出电压）；（2）电流反馈，反馈信号的大小与输出电流成比例（采样输出电流）。（3）判断方法：将输出电压短路，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。应用中，若要稳定输出端某一电量，则采样该电量，以负反馈形式送输入端。电压负反馈作用：稳定放大电路的输出电压。电流负反馈作用：稳定放大电路的输出电流。4）串联反馈和并联反馈（根据反馈信号在输入端的求和方式）（1）串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极上，此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。（2）并联反馈，反馈信号加在放大电路输入回路的同一个电极，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。（3）判别方法：将反馈节点对地短接，若输入信号仍能送入放大电路，则反馈为串联反馈，否则为并联反馈。对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。 对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相输入端则为串联反馈。5）正、负反馈极性的判断法之二：在明确串联反馈和并联反馈后，正、负反馈极性可用下列方法来判断：（1）反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时：瞬时极性相同的为正反馈；瞬时极性相反的是负反馈；（2）反馈信号和输入信号加于输入回路两点时：瞬时极性相同的为负反馈；瞬时极性相反的是正反馈。对三极管放大电路来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相输入端。 注意：输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。6）直、交流反馈方法判断：根据反馈网络中是否有动态元件进行判断。（1）若反馈网络无动态元件（通常为电容），则反馈信号交、直流并存；（2）若反馈网络有电容串联，则只有交流反馈；（3）若反馈网络有电容并联，则只有直流反馈。9,6,2、负反馈放大电路的四种基本组态1）负反馈的基本组态类型：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。2) 负反馈放大电路反馈组态的判断方法： （1）从放大器输出端的采样物理量，看反馈量取自电压还是电流；（2）从输入端的连接方式，判断反馈是串联还是并联。3）四种负反馈组态及组态的判断（1）电压串联负反馈* 表现形式：输出和反馈均以电压的形式出现(a)分立元件放大电路 (b)集成运放放大电路在放大器输出端，采样输出电压, 反馈量 与 成正比，为电压反馈 ；在放大器输入端,信号以电压形式出现, 与 相串联,为串联反馈 ；* 参量表示： 因输出端采样电压，在输入端是输入电压和反馈电压相减，所以： 闭环放大倍数： 反馈系数 。对于图上 (a) ， 对于图下 (b) * 判断方法对上图(a)所示电路，根据瞬时极性法判断，经Rf加在发射极E1上的反馈电压为+，与输入电压极性相同，且加在输入回路的两点，故为串联负反馈。反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈。后级对前级的这一反馈是交流反馈，同时Re1上还有第一级本身的负反馈。对图(b)，因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端，故为串联反馈，根据瞬时极性判断是负反馈，且为电压负反馈。结论是交直流串联电压负反馈。（2）电流串联负反馈* 表现形式：输出采样输出电流，而反馈量则以电压的形式出现电路如下图所示。图(a)是共射基本放大电路将Ce去掉而构成。图 (b)是由集成运放构成。 (a) (b) * 参量表示：对图 (b)的电路，求其互导增益 于是1/R ，这里忽略了Rf的分流作用。电压增益为 * 判断方法：对图(a)，反馈电压从Re上取出，根据瞬时极性和反馈电压接入方式，可判断为串联负反馈。因输出电压短路，反馈电压仍然存在，故为串联电流负反馈。（3）电压并联负反馈* 表现形式：输出采样输出电压，而反馈量则以电流的形式出现.电路如下图所示。* 参量表示： 称为互阻增益，称为互导反馈系数，相乘无量纲。 而电压增益为 * 判断方法：因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且为电压负反馈。因为并联反馈，在输入端采用电流相加减。即为电压并联负反馈。（4）电流并联负反馈电流并联负反馈的电路如下图 (a)、(b)所示。* 表现形式：输出和反馈均以电流的形式出现 (a) (b) * 参量表示： 电流反馈系数是，以图 (b)为例,有: 电流放大倍数 显然，电流放大倍数基本上只与外电路的参数有关，与运放内部参数无关。电压放大倍数为 * 判断方法：因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且因输出电压短路，反馈电压仍然存在，因为并联反馈，在输入端采用电流相加减。即为电流并联负反馈。对于图(a)电路，反馈节点与输入点相同，所以是电流并联负反馈。对于图(b)电路，也为电流并联负反馈。9,6,3深度负反馈放大电路放大倍数的估算本讲重点1、反馈基本框图和基本反馈方程2、深度负反馈条件下的电压增益工程估算。本讲难点深度负反馈条件下的电压增益工程估算。教学过程组织讲授主要内容1、 负反馈放大电路的方块图表示法 反馈放大电路的基本方程:放大电路的开环放大倍数:反馈网络的反馈系数: 放大电路的闭环放大倍数:有： ，称为环路放大倍数。2、四种组态电路的方块图将负反馈放大电路的基本放大电路与反馈网络均看成为二端口网络，则不同反馈组态表明两个网络的不同连接方式。 四种不同组态的方块图见图6.10不同组态负反馈放大电路的闭环放大倍数具有不同的物理意义。但在不同组态负反馈放大电路中环路放大倍数均为无量纲。3、闭环放大倍数的一般表达式和反馈深度：1）一般表达式由于: ,则: 在中频段：2）反馈深度环路增益|是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，当|1时称为深度负反馈，相当于|1。则：闭环放大倍数 在深度负反馈条件下，闭环放大倍数与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。将称为反馈深度。 =它反映了反馈对放大电路影响的程度。可分为下列三种情况 当 |1时，|，相当负反馈 当 |1时，|，相当正反馈 当 |=0 时，|= ，相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。3、深度负反馈放大电路放大倍数的分析在深度负反馈条件下往往采用的近似计算。1）利用闭环放大倍数求解。 这里的是广义的，其含义因反馈组态而异：对于电压串联负反馈为；对于电流并联负反馈为；对于电压并联负反馈为；对于电流串联负反馈为。如要估算电压放倍数，了外，其它几种增益都要转换。反馈系数的确定：如果是并联反馈，将输人端对地短路，可求出反馈系数如果是串联反馈，将输人回路开路，可求出反馈系数2） 利用求解。对于串联反馈，相当于基本放大器输人端电压为O（虚短特性体现）。对于并联反馈，相当于基本放大器输入端电流为0（虚断特性体现）。抓住这个特点写出有关方程式，往往可以直接而且简捷地得到电压放大倍数。这是分析反馈电路的一种实用方法。 3）对非深反馈电路，利用由方块图导出的公式求解Rif、Rofy及。关键：找出A和F，即把闭环的反馈放大器分解成基本放大器和反馈网络两个独立部分。 确定A的原则：不计主反馈作用；计入反馈网络的负载效应。9,6,4负反馈对放大电路的影响1） 负反馈对放大倍数的影响 根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降|1+AF|倍，只不过不同的反馈组态AF的量纲不同而已。在负反馈条件下放大倍数的稳定性也得到了提高。 有反馈时，增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。2）负反馈对输入和输出电阻的影响 负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联反馈或并联反馈有关，而与电压反馈或电流反馈无关。负反馈对输出电阻的影响与反馈采样的方式有关，即与电压反馈或电流反馈有关，而与串联反馈或并联反馈无关。（1）对输入电阻的影响串联负反馈使输入电阻增加，并联负反馈使输入电阻减小（2）电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈可以使输出电阻增加， 电压负反馈可以使输出电阻减小，这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的。输出电阻小，带负载能力强，输出电压的降落就小。3） 负反馈对通频带的影响 放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。 有反馈时的通频带为无反馈时的通频带的(1+AmF)倍。 负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的特性，即增益与通频带之积为常数4） 负反馈对非线性失真的影响 负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环内产生的非线性失真。因加入负反馈，放大电路的输出幅度下降，不好对比，因此必须要加大输入信号，使加入负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时的输出幅度才有意义。5） 负反馈对噪声、干扰和温漂的影响负反馈只对反馈环内的噪声和干扰有抑制作用，且必须加大输入信号后才使抑制作用有效。6） 放大电路中引人负反馈的一般原则本章小结本章主要讲述了反馈的基本概念、负反馈放大电路的方块图及一负反馈对放大电路性能的影响和放大电路的稳定性等问题，阐明了反馈的判断方法、深度负反馈条件下放大倍数的估算方法、根据需要正确引入负反馈的方法、负反馈放火电路稳定性的判断方法和自激振荡的消除方法等。主要小结为：一、反馈的概念在电子电路中，将输出量（输出电压或输出电流）的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。若反馈的结果使输出量的变化（或净输入量）减小，则称之为负反馈；反之，则称之为正反馈。若反馈存在于直流通路，则称为直流反馈；若反馈存在于交流通路，则称为