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电子
学习
模拟
摹拟
电路
教案
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0515、电子学习模拟电路教案,电子,学习,模拟,摹拟,电路,教案
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(2-1),第二章 基本放大电路,2.1 概论, 2.2 放大电路的组成和工作原理, 2.3 放大电路的分析方法, 2.4 静态工作点的稳定, 2.5 射极输出器, 2.6 场效应管放大电路, 2.7 阻容耦合多级放大电路, 2.8 差动放大电路,(2-2), 2.1 概论,2.1.1 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。,Au,(2-3),2.1.2 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。,(2-4),输入电阻：,(2-5),(3)输出电阻ro,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。,(2-6),如何确定电路的输出电阻？,在电路的计算中求ro有两个方法：,1、所有的电源置零。,2、加压求流法。,将独立源置零，保留受控源。,(2-7),输出电阻的测量方法,测量开路电压,(2-8),输出电阻的测量方法,测量接入负载后的输出电压,(2-9),(4)通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线,(2-10),2.1.3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。,(2-11),uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,(2-12), 2.2 基本放大电路的组成和工作原理,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,(2-13),共射放大电路,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。,输入,输出,？,参考点,(2-14),共射放大电路,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,(2-15),共射放大电路,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,(2-16),共射放大电路组成,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,(2-17),共射放大电路组成,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。,(2-18),单电源供电,可以省去,(2-19),RB,单电源供电,(2-20),基本放大电路的工作原理,由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,(2-21),基本放大电路的工作原理,IBQ,ICQ,( ICQ,UCEQ ),(IBQ,UBEQ),(2-22),(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。,(2-23),uCE怎么变化,？,交流放大原理,假设uBE有一微小的变化,(2-24),uCE的变化沿一条直线,uCE相位如何,？,uCE与uBE反相！,(2-25),各点波形,(2-26),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。,(2-27),2.3 放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,(2-28),2.3.1 直流通道和交流通道,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。,这样就有了交流通道（只考虑交流信号的分电路）和直流通道（只考虑直流信号的分电路）。不同的信号可以分别在不同的通道分析。,(2-29),例：,对直流信号（只有+EC）,(2-30),直流通道,(2-31),对交流信号(输入信号ui),(2-32),交流通道,(2-33),2.3.2直流负载线,IC,UCE,UCEIC满足什么关系？,1、输出特性。,2、UCE=ECICRC。,(2-34),UCE=ECICRC,直流负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,(2-35),2.3.3 交流负载线,其中：,(2-36),iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系,所以：,这就是说，交流信号的变化沿着斜率为：,的直线。,这条直线通过Q点，称为交流负载线。,(2-37),交流负载线的作法,IB,过Q点作一条直线,斜率为:,交流负载线,(2-38),2.3.3静态分析,1、估算法：,（1）,根据直流通道估算IB,RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,(2-39),（2）,根据直流通道估算UCE、IB,IC,UCE,(2-40),2、图解法：,先估算IB，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IB对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。,(2-41),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,(2-42),2.3.4 动态分析,1、,三极管的微变等效电路,首先考察输入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。,(2-43),对于小功率三极管：,rbe的量级从几百欧到几千欧。,(2-44),考察输出回路,所以：,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,输出端还要并联一个大电阻rce。,(2-45),rce的含义,(2-46),rce很大，一般忽略。,(2-47),弄清楚等效的概念：,1、对谁等效。2、怎么等效。,e,b,c,b,e,c,(2-48),2、放大电路的微变等效电路,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替,(2-49),3、电压放大倍数的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,(2-50),4、输入电阻的计算：,对于为它提供信号的信号源来说，电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。,输入电阻的定义：,输入电阻是动态电阻。,(2-51),电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,(2-52),5、输出电阻的计算：,对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方法：,1、所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。,2、所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。,(2-53),所以：,用加压求流法求输出电阻：,(2-54),2.3.4 失真分析：,为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。,(2-55),uo,可输出的最大不失真信号,合适的静态工作点,(2-56),uo,Q点过低，信号进入截止区,称为截止失真,信号波形,(2-57),uo,Q点过高，信号进入饱和区,称为饱和失真,信号波形,(2-58), 2.4 静态工作点的稳定,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。,T,UBE,ICEO,Q,(2-59),温度对UBE的影响,(2-60),温度对值及ICEO的影响,总的效果是：,(2-61),总之：,固定偏置电路的Q点是不稳定的。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。,(2-62),(2-63),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。,(2-64),本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,(2-65),如果去掉CE，放大倍数怎样？,(2-66),去掉CE后的微变等效电路,将RE折算到基极,(2-67),去掉CE后的微变等效电路,(2-68), 2.5 射极输出器,(2-69),静态分析：,(2-70),动态分析：,1、电压放大倍数,(2-71),1、,所以,但是，输出电流Ie增加了。,2、,输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,讨论,(2-72),2、输入电阻,输入电阻高，对前级有利。,(2-73),3、输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,置0,(2-74),(2-75),(2-76),一般,所以,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,(2-77),讨论,1、将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。,2、将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能。,3、将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。,(2-78), 2.6 场效应管放大电路,2.6.1 电路的组成原则及分析方法,(1).静态：适当的静态工作点，使FET工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。,(2).动态: 能为交流信号提供通路。,组成原则,静态分析：,估算法、图解法。,动态分析：,微变等效电路法。,分析方法,(2-79),2.6.2 场效应管的微变等效电路,跨导,漏极输出电阻,(2-80),(2-81),2.6.3 静态分析：,求：UDS和 ID。,(2-82),设：UGUGS,则：UGUS,而：IG=0,所以：,(2-83),2.6.4 动态分析：,ri,ro,(2-84),ro=RD=10K,(2-85),2.6.4 源极输出器：,(2-86),微变等效电路：,(2-87),求ro,加压求流法。,(2-88),2.7 多级阻容耦合放大电路,2.7.1 典型电路,2.7.2 性能分析,(2-89),耦合,耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。,(2-90),设: 1=2=50, rbe1 = 2.9K , rbe2 = 1.7K,2.7.1 典型电路,(2-91),对耦合电路要求：,要求,动态: 传送信号,减少压降损失,耦合电路：,静态：保证各级Q点设置,波形不失真,(2-92),阻容耦合电路的频率特性,耦合电容造成,三极管结电容造成,(2-93),关键 :考虑级间影响,1. 静态: Q点同单级,2. 动态性能:,方法:,ri2 = RL1,2.7.2 性能分析,(2-94),考虑级间影响,1,(2-95),解: 1. 微变等效电路:,(2-96),2.动态参数：,1,ri = R1 / rbe1 +（ +1)RL1 ,其中 RL1= RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe1=RE1/RL1=RE1/ri2,= 27 / 1.7 1.7K, ri =1000K/(2.9+511.7)K 82K,2,ro = RC2= 10K,(2-97),3,中频电压放大倍数:,其中：,(2-98),(2-99),2.8 差动放大电路,2.8.1.直接耦合放大电路的特殊问题2.8.2 基本型差动放大器2.8.3 双电源长尾式差放2.8.4 恒流源式差放2.8.5 差动电路的几种接法,(2-100),2.8.1直接耦合电路的特殊问题,特殊问题:,R2 、RE2 : 为设置合适的Q点而增加。,1.前后级Q点相互影响:,(2-101),2.零点漂移:,当 ui= 0 时：,特殊问题:,有时会将信号淹没,(2-102),1.结构:,对称,2.8.2基本型差动放大器,(2-103),2.抑制零漂的原理:,uo= uC1 - uC2 = 0,uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0,当ui1 = ui2 = 0 时：,当温度变化时：,(2-104),1.结构:,为了使左右平衡，可设置调零电位器:,2.8.3 双电源长尾式差放,ui1,(2-105),2. 静态分析:,温度T,IC,IE = 2IC,UE,UBE,IB,IC,ui1 = ui2 = 0,RE : 强负反馈作用,(2-106),2). Q点的计算:,直流通路,IC1= IC2= IC= IB,UC1= UC2= UCCICRC,UE1= UE2 =IBRBUBE,UCE1= UCE2 = UC1UE1,(2-107),3. 动态分析:,1) 输入信号分类,1,差模输入:,ui1 = -ui2= ud,差模电压放大倍数:,共模输入:,2,ui1 = ui2 = uC,共模电压放大倍数:,共模抑制比:,KCMRR =,KCMRR (dB) =,(分贝),（Common - Mode Rejection Ratio),(differential mode),( common mode),(2-108),3,任意输入: ui1 , ui2,差模分量:,共模分量:,ud,uC,ui1 = uC + ud,ui2 = uC - ud,叠加,分解,例题:,ui1 = 20 mv , ui2 = 10 mv,则：ud = 5mv , uc = 15mv, ui1 = 15mv + 5mv,ui2= 15mv - 5mv,(2-109),ui = ui1 - ui2 = 2ud,即:,2) 差模输入,均压器,(2-110),1,RE对差模信号作用:,ui1,ui2,ib1 , ic1,ib2 , ic2,ic1 = - ic2,i
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