模拟电子技术第三章-单管放大器

第三章单管放大器3.1单管共射放大器3.2放大器3.3稳定静态工作点电路3.4晶体管其他配置单管放大器3.5场效应管单管放大器简介单管放大器是指由晶体管组成的放大器。三极管可以由三种类型的单管放大器组成：共发射极放大器、共集电极放大器和共基极放大器。3.1单管共源共栅放大器，图3-1 RC耦合共源共栅放大器，3.1.1典型共源共栅放大器1。放大器的基本结构，元件功能：晶体管T:电流放大功能，是放大器的核心元件。Rb:提供适当的基本电流IB。集电极电位因集成电路的变化而变化，导致输出端电压的变化。电容器C1和C2:耦合电容器隔离d C和交流。2。静态工作点的定义。当交流输入信号ui=0时，晶体管每个极的电流、b-e之间的电压和管电压降被称为静态工作点或DC工作点Q，称为Q点，通常被称为IBQ、ICQ、UBEQ和UCEQ。思考，输出电压一定是扭曲的！设置适当的静态工作点！为什么放大的物体是一个动态信号，但当信号为零时，晶体管应该有适当的DC电流和电极间电压？3.1.2放大器的构成原理构成放大器时必须遵循以下原则：适当的静态工作点：适当的DC电源、适当的电路参数。动态信号可以作用在晶体管的输入环路上，并且可以在负载上获得放大的动态信号。实用放大电路的要求：公共接地，尽可能少的DC电源类型，负载上没有DC元件。在图3-2(a)中，电路没有放大效应。校正方法是将电容器C1移动到图3-1所示的位置。在图3-2(b)中，该电路的交流信号不能输出。校正方法是在集电极和DC电源VCC之间增加一个集电极电阻Rc，将放大的集电极电流转换成输出电压。图3-2示例3.1(a)、(b)、(示例3.1)的电路图，尝试分析图3-2所示的电路是否具有放大效应。如果不能扩大，如何纠正？3.2、放大器分析放大器分析包括两个方面：第一，静态分析(也称为直流分析或静态工作点分析)第二，动态分析(也称为交流分析或小信号分析)，3.2.1直流路径和交流路径一般而言，在放大器中，直流流和交流流总是共存的。然而，由于电容器、电感器和电源的存在，直流电流和交流电流流经的路径并不完全相同。为了进行相应的分析，有必要分别给出DC路径和交流路径。DC路径：DC电流在DC电源作用下流经的路径，遵循以下原则：电容被视为开路；(2)电感被视为短路；(3)电压信号源被视为短路，但其内部电阻保持不变；电流信号源被视为开路，其内阻被保留。交流路径是信号在输入交流信号作用下流动的路径，遵循以下原则：耦合电容或旁路电容被认为是短路；(2)任一恒定信号视为0，DC电压源视为接地，DC电流源视为开路；(3)不考虑内阻时，二极管和稳压管可视为短路。3.2.2等效电路法在小信号作用下，晶体管的非线性可用线性电路近似。(1)静态分析1。画出放大电路2的DC路径。根据回路电压方程和三极管的电流关系，有：(2)动态分析1。画出放大电路的交流路径；2.交流路径中的三极管被微变量等效电路代替，得到放大电路的交流等效电路。3.根据交流等效电路计算au、Ri、ro，1)放大系数，考虑：负载开路时为Au，2)根据Ri的定义计算输入阻抗，3)输出阻抗为Ro绘制等效电路：使ui=0。该图的分析显示ib=0，受控电流源ic=ib=0，即受控电流源等效P79的练习2(a，b，c，d)显示了图示电路的DC路径和交流路径。3.2.3图形分析法，作业中已知放大器管输入特性图、输出特性图和放大器中各元件的参数，用绘图的方法分析放大器是图解法。1.静态分析1)静态工作点的图解法，2)电路参数对静态工作点的影响通过上述静态工作点的图解法，可以看出影响静态工作点的参数有VCC、铷和铷。改变Rb:输出回路的负载线不变，点Q将沿着负载线上下移动，如图(A)所示。改变Rc:输出环路负载线的斜率改变，点Q在IBQ所在的输出特性曲线上移动，如图(b)所示。改变VCC:输出环路负载线移动，点Q移动，如图(c)所示。当VCC发生变化时，输出回路的负载线和IBQ所在的输出特性曲线也会发生变化，因此通常明智的做法是改变VCC。动态分析(1)放大器管和ui的输入特性曲线描述了输入环路中的电压ube和电流iB的波形(uCE和ic的波形是从iB的变化曲线、输出特性曲线和输出负载线绘制的。输入电路图解法，输出电路图解法，从图中可以看出放大器的有载增益降低。3.静态工作点设置和非线性失真分析放大器工作点Q1设置过低，导致截止失真。放大器的工作点对Q2来说太高，导致饱和失真。如何消除因Q点选择不当造成的失真？截止失真：消除方法：增加VBB，即向上移动输入环路负载线。饱和失真：降低铷能消除截止失真吗？消除方法：增加Rb，减少Rc，减少，减少VBB，增加VCC。最大未失真输出电压Uom:将UCEQ与(VCC-UCEQ)进行比较，取较小者，除以。静态工作点选择的一般原则通过以上分析可以看出，静态工作点的选择应根据输出电压uo和交流负载的幅值综合考虑。如果输入信号ui的幅度大，则输出电压uo的幅度也大。为了减少波形失真，静态工作点优选地选择在交流负载线的中点，这可以确保U0的正负半周对称性。如果输入信号ui的幅度小并且其输出电压的幅度小，此时，为了降低DC电源VCC的功率损耗，静态工作点通常被选择为较低而没有失真，并且静态工作点可以被选择为位于交流负载线的中点之下。5.图解法的局限性和适用范围图解法必须有所用管子的特性曲线。一般来说，测试三极管特性曲线的成本相对较高，所以图解法不经济。(2)图解法只能分析简单的无反馈电路，对更复杂的放大器无能为力。(3)图解法不考虑三极管的结电容，只适用于中低频放大器。(4)然而，图解法有一个优点。了解放大器的原理是非常有帮助的，尤其是在设计大功率放大器的输出电路时，经常使用图解法。3.3稳定静态工作点电路3.3.1稳定静态工作点的必要性，放大器的静态工作点对放大性能有重要影响。因此，确保放大器正常工作的关键是选择合适的工作点并保持其稳定。静态工作点的不稳定因素：电源电压的变化、老化引起的电路元件参数值的变化、温度对器件参数的影响等。晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线以及稳定静态工作点的方法包括：在电路中加入二极管、热敏电阻等温度敏感元件，这些元件应用范围小，调试麻烦，成本高。(2)通过引入负反馈电路来稳定工作点是最有效的方法。ICQ，3.3.2带Re的共源共栅放大器，部分偏压稳定放大器，DC路径：如果Rb1、Rb2和Re的值关于反馈的一些概念：以某种方式将输出引导回输入回路以影响输入的措施称为反馈。DC路径中的反馈称为DC反馈。当输出量的变化减少时，反馈的结果称为负反馈，否则称为正反馈。Re有上限吗？(1)静态分析。顺便说一下，这里讨论了如何选择Re的值。利用戴维宁定理，上图可以转换成下图所示的电路，其中：(2)动态分析(1)电压放大系数(2)输入阻抗(3)输出阻抗，发射极偏置电路的微变量等效电路，例3.3在具有Re的共发射极放大器中，当ce开路时，电路的哪些动态参数会发生变化？它是如何改变的？解决方案：旁路电容开路时的交流等效电路如下图所示。没有旁路电容的微可变等效电路通常具有：可以看出，Re减少|Au|，但是由于Au仅由电阻值决定，它不受环境温度的影响，并且输入阻抗也增加。在Re的两端与电解电容器Ce结合后，DC工作点可以稳定而不影响放大器增益。温度补偿：当温度变化时，使用温度敏感元件直接影响输入电路。例如，Rb1或Rb2使用热敏电阻。他们的温度系数是多少？思维P8145作业3.4三极管其它配置的单管放大器3.4.1单管共集电极放大器，信号由基极输入，由发射极输出，所以又称发射极输出。Rb提供基本静态工作电流；Re是发射极电阻，它将发射极电流转换成电压；C1和C2分别是输入环路和输出环路的耦合电容。图3-15基本集总放大器，(1)静态分析显示放大器的DC路径。输入回路的方程如下：IB、IE和UCE公式如下：(2)输入阻抗，(2)动态分析，(1)电压放大系数1，画出放大器的交流路径；2.绘制差动变压器的等效电路；3.列出输入和输出电压的表达式：电压放大系数：特性：高输入阻抗和低输出阻抗。用途：作为电压型放大器的输入级或输出级。(3)输出阻抗绘制集总放大器输出阻抗的等效电路、集总放大器输出阻抗的等效电路、3.4.2单管共基放大器、3-18共基放大器，图3-18是典型的共基放大器。(1)静态分析放大器的DC路径与稳定的Q点共射电路的相同，因此其静态工作点方法也相同：(1) DC路径，(2)输入阻抗，(3)输出阻抗，特性：共基放大器具有通带宽的优点，在高频电路中起重要作用，其原理将在第5章中说明。(1)电压放大系数，微可变等效电路，(2)动态分析，3.4.3三个单管放大器的性能比较，(3)共射共基放大器、共射共基放大器和共射共基放大器的性能比较：示例3.4如图所示，放大器电路设置为晶体管=100，=200，导通时UBEQ=0.7V。(1)解释该放大器是什么类型的放大器。(2)找到q值。(3)找到电路的Au、Ri和ro；放大器电路图，解决方案：(1)放大器是发射极输出，是集总放大器电路。(2)当UI=0时，从图中可以看出：放大电路、微变量等效电路、解决方案：(1)画出放大电路的微变量等效电路，(2)该电路是由PNP管组成的共发射极放大器。如图所示，放大器电路被设置为(1)找到电路的Au、Ri、Ro和Aus。(2)解释放大器是什么类型的放大器。示例3.6电路如图(a)所示。输入电压uI1和uI2的波形如图(b)所示。二极管导通电压UD=0.7V.试着画出输出电压U0的波形并标出振幅。如图所示，二极管导通电压ud=0.7v，常温下UT26mV，电容c可视为交流信号短路。Ui为正弦波，有效值为10mV。流经二极管的交流电流的有效值是多少？解决方案：二极管的DC电流ID=(V-UD)/R=2.6毫安，其动态电阻RDUT/ID=10。因此，动态电流有效值ID=UI/RD 1MA，图3-29第80页(b)(c)交流/DC路径，(b)、(c)、(82第8页和第10页，操作，下星期一的交流操作，3.5场效应管放大器，场效应管放大器：共源极、共漏极和共栅极，其中共栅极电路很少使用。本书仅介绍具有公共源极和公共漏极两种配置的场效应晶体管放大器。1。自偏置共源放大器，图3-21共源放大器，3.5.1共源放大器，1)静态分析，DC路径，思考：自偏置适用于增强型电子管吗？为什么？UGS由电阻抗上的电压降提供，2)静态工作点的图形分析，场效应管放大器的图形方法，(a)传输特性曲线，(b)输出特性曲线，输出电路特性方程，(b)输入电路特性方程，(2)动态分析，如果电容为CS，(2)输入阻抗加到电路上，(3)输出阻抗，(1)如果电路中没有电容Cs:电压放大系数，(3)无旁路电容Cs的微变量等效电路， 图3-21是从偏置放大器导出的公共，(2)偏置共源放大器，图3-23是偏置电路，DC路径，(1)静态分析，思考：偏置适用于哪种场效应晶体管？Rg3用于提高输入阻抗。(2)动态分析1)如果电路中没有电容器cs，电压放大系数，如果电容器Cs被添加到电路中，2)输入阻抗，3)输出阻抗，微可变等效电路，图3-23部分电压偏置电路，3.5.2公共漏极放大器，1。静态分析当对放大器进行静态分析时，除了传输特性方程被耗尽型方程取代之外，其余与部分电压偏置电路相同。图3-24共漏放大器电路，2。动态分析1)电压放大。可以看出，共漏放大器的电压放大倍数小于1，此时放大倍数接近1，输出电压与输入电压同相，所以共漏放大器也称为源跟随器。2)输入阻抗，微变化等效电路，输出电阻：输出阻抗计算电路，3)输出阻抗计算公共漏极放大器输出阻抗等效电路。输入电压源ui被短路，并且在RL被移除之后，电压信号uo被施加到输出端子以产生io。此时ui=0，ugs=-usg=-uo不等于0，因此受控电流源电流gmugs不为零。电路如图(a)所示。众所周知，当-VDD=-40V，R