模拟电子线路(模电)基本放大器静态动态分析精选ppt课件.ppt

基本放大电路 1放大电路的组成及技术指标2放大电路的分析方法3放大电路的稳定偏置4各种基本组态放大电路的分析与比较5放大电路的频率响应 一 放大的基本概念 基本放大电路 由一个三极管与相应元件组成的基本组态放大电路 1 放大电路用于放大微弱信号 输出电压或电流在幅度上得到了放大 输出信号的能量得到了加强 2 输出信号的能量实际上是由直流电源提供的 只是经过三极管的控制 使之转换成信号能量 提供给负载 共发射极 共集电极 共基极 共源极 共漏极 放大对象 主要放大微弱 变化的信号 交流小信号 使UO或IO PO得到放大 放大实质 能量的转换 直流能转为交流能三极管 换能器 放大器的组成原则 直流偏置电路 即直流通路 要保证器件工作在放大模式 交流通路要保证信号能正常传输 即有输入信号vi时 应有vo输出 判断一个电路是否具有放大作用 关键就是看它的直流通路与交流通路是否合理 若有任何一部分不合理 则该电路就不具有放大作用 元件参数的选择要保证信号能不失真地放大 即电路需提供合适的Q点及足够的放大倍数 二 放大电路的组成及工作原理 1 共发射极组态基本放大电路的组成 2 静态和动态 3 直流通路和交流通路 4 放大原理 三极管VT负载电阻RC RL偏置电路VCC RB耦合电容C1 C2 1 共发射极组态基本放大电路的组成 起放大作用 将变化的电流转换为电压输出 提供直流偏置 隔直 流 通交 流 2 静态和动态 放大电路建立正确的静态 是保证动态工作的前提 分析放大电路必须要正确地区分静态和动态 正确地区分直流路和交流通路 动态是目的 静态是保证 不失真 时 放大电路的工作状态 也称直流工作状态 时 放大电路的工作状态 也称交流工作状态 静态 动态 直流通路 直流量传递的途径 耦合电容开路 交流通路 交流量传递的途径 直流电源和耦合电容短路 3 直流通路和交流通路 4 放大原理 三极管放大作用 变化的通过转变为变化的输出 三 放大电路的主要技术指标 1 放大倍数 2 输入电阻Ri 3 输出电阻Ro 4 通频带BW 1 放大倍数 放大 输出信号的电压和电流幅度得到放大 所以输出功率也会有所放大放大倍数有 电压放大倍数 电流放大倍数和功率放大倍数 通常它们都是按正弦量定义的 放大倍数定义 电压放大倍数 电流放大倍数 源电压放大倍数 源电流放大倍数 功率放大倍数 2 输入电阻Ri 输入电阻 表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数 Ri越大放大电路从信号源吸取的电流越小 3 输出电阻Ro 输出电阻 表明放大电路带负载的能力 Ro越大表明放大电路带负载的能力越差 也通过放大电路的负载特性曲线求Ro 实验法 Ro Uo Io U o Uo Io U o Uo RL Uo U o Uo 1 RL 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 通频带BW fL称为下限截止频率 fH称为上限截止频率 放大电路的增益A f 是频率的函数 在低频段和高频段放大倍数都要下降 当A f 下降到中频电压放大倍数A0的1 时 即 放大电路的分析方法 1放大电路的静态分析2放大电路的动态分析 一 放大电路的静态分析 分析对象 静态工作点 IBQ ICQ和UCEQ Q Quiescent 分析方法 一 计算法二 图解分析法分析路径 直流通路 偏置电路 设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路 对偏置电路的要求 提供合适的Q点 保证器件工作在放大模式 例如 偏置电路须保证三极管E结正偏 C结反偏 当环境温度等因素变化时 能稳定电路的Q点 例如 温度升高 三极管参数 ICBO VBE on 而这些参数的变化将直接引起Q点发生变化 当Q点过高或过低时 输出波形有可能产生饱和或截止失真 一 计算法 直流通路画法 C断开 IBQ ICQ和UCEQ这些量代表的工作状态称为静态工作点 用Q表示 二 图解法 1 由直流负载列出方程uCE VCC iCRc2 在输出特性曲线上确定两个特殊点 即可画出直流负载线 直流负载线的确定方法 VCC VCC Rc 3 在输入回路列方程式uBE VCC iBRb 4 在输入特性曲线上 作出输入负载线 两线的交点即是Q 5 得到Q点的参数IBQ ICQ和UCEQ 二 放大电路的动态分析 分析对象 分析方法 一 图解分析法二 微变等效电路法分析路径 交流通路 交流通路画法 直流电源和C对交流相当于短路 uo uce R Lic R L RL RC 交流负载线的横截距为 由横截距和Q点就可方便地画出交流负载线 由图还可求出放大器的最大不失真输出电压 所谓不失真 是指uo的正 负半周完全对称 由图可见 uo的正半周最大值为 uo的负半周最大值为 因此放大器的最大不失真输出电压为 而当 时 放大器有最大不失真输出电压 这就要求Q点近似位于交流负载线的中心 一 图解法 ui uBE iB iC uCE uo 波形的失真 饱和失真 截止失真 放大电路工作到三极管的饱和区而引起的非线性失真 对于NPN管 输出电压表现为底部失真 放大电路工作到三极管的截止区而引起的非线性失真 对于NPN管 输出电压表现为顶部失真 最大不失真输出幅度 注意 对于PNP管 由于是负电源供电 失真的表现形式 与NPN管正好相反 放大电路的最大不失真输出幅度 放大电路要想获得大的不失真输出幅度 需要 1 工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位 2 要有合适的交流负载线 图解法 确定静态工作点 方法同前 画交流负载线 画波形 分析性能 过Q点 作斜率为 1 R L的直线即交流负载线 其中R L RC RL 分析步骤 图解法直观 实用 容易看出Q点设置是否合适 波形是否产生失真 但不适合分析含有电抗元件的复杂电路 同时在输入信号过小时作图精确度降低 例输入正弦信号时 画各极电压与电流的波形 IBQ ICQ VCEQ Q ICQ VCEQ Q点在中点 动态范围最大 输出波形不易失真 Q点升高 不失真动态范围减小 输出易饱和失真 Q点降低 不失真动态范围减小 输出易截止失真 Q Q Q点位置与波形失真 由于PNP管电压极性与NPN管相反 故横轴vCE可改为 vCE 消除截止失真 升高Q点 减小RB 增大IBQ 失真波形分析思路 1 由NPN管构成共射组态电路 输出信号波形出现顶部失真 表明三极管集电极电压到达可能的最大值 即电源电压VCC 此时集电极电阻RC中没有电流流过 表明三极管工作在截止状态 所以顶部失真为截止失真 由三极管输出特性曲线可知 出现截止失真表明电路工作点设置过低 即ICQ较小引起 消除截止失真可提高工作点电流ICQ 电路上可减小基极偏置电阻RB IBQ VCC UBEQ RB增大 ICQ IBQ ICEQ也增大 可清除截止失真 失真波形分析思路 2 如输出波形表明集电极电位已降到可能的最低电位 即饱和压降UCES 所以此时失真为饱和失真 饱和失真是由于三极管静态工作点设置偏高引起 可增大RB使IBQ减小 从而使ICQ变小 来消除饱和失真 3 注意 PNP管输出波形失真性质与NPN恰好相反 自己分析 下图中示出了放大电路及其输入 输出波形 若要使 0波形不失真 则 A RC增大B RB增大C VCC减小D i增大 B 二 微变等效电路法 1 模型的建立 2 共射电路的动态分析 三极管的微变等效电路 三极管各极电压和电流的变化关系 在较大范围内是非线性的 如果三极管工作在小信号情况下 信号只是在静态工作点附近小范围变化 三极管特性可看成是近似线性的 可用一个线性电路来代替 这个线性电路就称为三极管的微变等效电路 微 Q附近小范围内变 变化量 晶体管微变等效电路 1 输入端等效 低频小功率晶体管的输入电阻常用下式计算 式中 IE为射极静态电流 pn结方程 对于三极管 2 输出端等效 互相平行 间隔均匀 且与u 轴线平行 当u 为常数时 从输出端c e极看 三极管就成了一个受控电流源 晶体三极管及微变等效 a 晶体三极管 b 晶体三极管的微变等效 2 共射电路的动态分析 微变等效电路的画法交流计算 三极管用简化模型代替 微变等效电路的画法 画出交流通路画 交流计算 3 输出电阻 2 输入电阻 1 电压放大倍数 rbe 200 1 26mV IE 4 源电压放大倍数 例已知ICQ 1mA 100 vi 20sin t mV 试画出图示电路的交流通路及交流等效电路 并计算vo 1 放大器的输入电阻反映放大器向信号源索取电流的大小 而输出电阻反映出放大器的带负载能力 2 只有电路既放大电流又放大电压 才称其有放大作用 讨论一 画图示电路的直流通路和交流通路 讨论二 1 在什么参数 如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4 2 从输出电压上看 哪个Q点下最易产生截止失真 哪个Q点下最易产生饱和失真 哪个Q点下Uom最大 3 设计放大电路时 应根据什么选择VCC 讨论三 2 空载和带载两种情况下Uom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 而带上负载后这种失真消除 已知ICQ 2mA UCES 0