模拟电子技术_第二章_基本放大电路_刘广孚_1

1、12主要内容主要内容放大电路的基本概念及其性能指标放大电路的基本概念及其性能指标单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路场效应管放大电路场效应管放大电路多级放大电路多级放大电路放大电路的频率响应放大电路的频率响应32.1放大电路的基本概念及其性能指标一、放大电路的基本概念一、放大电路的基本概念 放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度幅度上得到了放大，输出信号的上得到了放大，输出信号的能量能量得到了加

2、强。得到了加强。 放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电路实现的。放大电路也是构成其他模拟电路如滤波、振荡路实现的。放大电路也是构成其他模拟电路如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元。、稳压等功能电路的基本单元。放大电路一般表示为：放大电路一般表示为：A放大电路放大电路RLRS+信号源信号源负载负载uiuoiiious4放大电路的类型：放大电路的类型：电压放大、电流放大、互阻电压放大、电流放大、互阻放大和互导放大。放大和互导放大。+UiUoIiIo放放大大 RLRs+ Us. . . . . .电压放大倍数电压放大倍数iouUUA 电流放大

3、倍数电流放大倍数ioiIIA 互阻增益互阻增益)(iorIUA 互导增益互导增益)S(iogUIA 四种放大电路没有本质四种放大电路没有本质区别，只是考虑的侧重区别，只是考虑的侧重点不同，而且它们之间点不同，而且它们之间可以相互转换。可以相互转换。5二、放大电路的性能指标二、放大电路的性能指标1、增益（又叫放大倍数）、增益（又叫放大倍数）Au、Ai、Ar、Ag 反映放大器放大信号的能力。反映放大器放大信号的能力。对数增益（工程上）对数增益（工程上）“甲放大电路的增甲放大电路的增益 为益 为 - 2 0- 2 0 倍倍 ” 和和“乙放大电路的增乙放大电路的增益为益为-20dB-20dB”，问，问

4、哪个电路的增益大？哪个电路的增益大？AP(dB)dBlg10pAdBlg20uAAu(dB)dBlg20iAAi(dB)62、输入电阻、输入电阻riiiiIUr衡量放大电路对信号源衰减程度的指标。衡量放大电路对信号源衰减程度的指标。+UoIo放放大大 RLRs+ Ii. .Us. .Ui. . .+ riRs+ Ii. .Us. .Ui. .考虑到信号源内阻的衰减考虑到信号源内阻的衰减siRr 有有sisiiUrRrU 要想减小衰减，则希望要想减小衰减，则希望？理想理想 ir.73、输出电阻、输出电阻ro LSTTRUIUr0o衡量放大电路带负载的能力。衡量放大电路带负载的能力。+UoIo放放

5、大大 RLRs+ Ii. .Us. .Ui. . .IT放大放大电路电路Rs+ UT. . .求放大电路的输出电阻求放大电路的输出电阻+ RLro+ Io. .UOC. .Uo. .LoLOCoRrRUU ro越大，负载变动，输出电越大，负载变动，输出电压的变动也越大。压的变动也越大。 ro0？8上上限限频频率率Hf普通音响系统放大电路的幅频响应普通音响系统放大电路的幅频响应03dB20lg|AV|/dB带宽带宽2204060202 1022 1032 104f/HzfLfH下下限限频频率率Lf带宽带宽 LHffBW 4、频率特性及通频带、频率特性及通频带)f()f(A)f(U)f(U)f(A

6、uiou 95、最大不失真输出幅度、最大不失真输出幅度Uom当输入信号增大，使输出波形不失真时的最当输入信号增大，使输出波形不失真时的最大输出幅度。大输出幅度。6、最大输出功率与效率、最大输出功率与效率最大输出功率：在输出信号基本不失真的情况最大输出功率：在输出信号基本不失真的情况下，所能输出的最大功率。下，所能输出的最大功率。EOPP 102.2 单管共发射极放大电路放大作用放大作用保证保证us加到发射结，且加到发射结，且VBB不影响不影响us保证只将保证只将信号信号输送到负载输送到负载提供能量，并提供能量，并使使BJT工作在工作在放大区放大区将将iC转换为转换为uCE的变化的变化提供提供B

7、JT所需所需的偏置电压的偏置电压1112ui=0ui =Umsin t共射极放大电路的工作原理共射极放大电路的工作原理符号规定：符号规定：直流量：直流量：字母大写，下标大写。字母大写，下标大写。IB，IC，UCE。交流量：交流量：字母小写，下标小写。字母小写，下标小写。ib，ic，uce。瞬时量：瞬时量：字母小写，下标大写。字母小写，下标大写。iB，iC，uCE。132.3 2.3 放大电路的图解分析方法放大电路的图解分析方法讨论的问题：讨论的问题：什么是什么是直流负载线直流负载线？什么是？什么是交流交流负载线负载线？放大电路最佳放大电路最佳Q点点的设计与什么有关？的设计与什么有关？14 静态

8、静态：输入输入信号为信号为零零（ui= 0 ）时，放大电路的）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。工作状态，也称直流工作状态。电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为特性曲线上确定为一点，称为静态工作点静态工作点，常称，常称为为Q点。一般用点。一般用IB、 IC、和和UCE （或（或IBQ、ICQ、和、和UCEQ ）表示。）表示。15bCCbBEQCCBQRVRUVI 1 1、画出直流通路、画出直流通路 原则：放大电路中的所有电原则：放大电路中的所有电容看作开路，电感看作短路。容看作开路，电感看作短路。IBQ2 2、静

9、态工作点的近似估算、静态工作点的近似估算BQCQII UCEQ=VCC-RCICQ固定偏流电路固定偏流电路163 3、用图解法确定静态工作点、用图解法确定静态工作点VCCVCCRCuCE=VCCiCRCNMCR1 1）计算）计算IBQ2）画出直流负载线）画出直流负载线3）两条线的交点）两条线的交点Q.QICQUCEQ静态工作点静态工作点bCCbBEQCCBQRVRUVI 172.3.2 放大电路的动态分析放大电路的动态分析QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线QQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA4

10、0uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uAQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060（设（设RL=）18加入加入ui后，后，iB、iC、uCE都在静态都在静态直流量直流量的的基础上基础上叠加叠加了一个了一个交流量交流量，即，即 iB=IBQ+ib iC=

11、ICQ+ic uCE=UCEQ+uce uCE中的交流成分中的交流成分uce远大于远大于ui，且波形相，且波形相同，体现了放大作用；同，体现了放大作用；uo（uce）与）与ui相位相反，又称相位相反，又称反相放大反相放大。19交流通路交流通路LCLCLCL/RRRRRRR 放大电路的交流负载电阻为：放大电路的交流负载电阻为： 耦合电容耦合电容C1、C2很大，对交流很大，对交流信号来说，容抗近似为零，视为信号来说，容抗近似为零，视为短路；短路； 直流电源直流电源VCC的电压值不会因交的电压值不会因交流信号的加入而变化，或者说它流信号的加入而变化，或者说它的交流电压为的交流电压为0，因此相当于对地

12、，因此相当于对地短路。短路。 放大电路工作时，输出端总是要接负载。负载对放大电放大电路工作时，输出端总是要接负载。负载对放大电路的影响如何？路的影响如何？20输出端口有：输出端口有： uce= ic RL由于交流信号是叠加在静态工作点上的，故交流由于交流信号是叠加在静态工作点上的，故交流负载线是负载线是通过通过Q点点的一条直线，其斜率为的一条直线，其斜率为1/RL。P点：（点：（UCEQ+ICQ RL ，0）连接连接Q、P点得交流负载线。点得交流负载线。uCE-UCEQ= ( iCICQ)RL21iCuCEuouiuo22iCuCEuouiuo23iCuCEuouiuo24Q偏低偏低，引起引起

13、截止失真截止失真。对于对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。管，输出电压表现为顶部失真。Q偏高偏高，引起引起饱和失真饱和失真。对于对于NPN管，输出电压表现为底部失真管，输出电压表现为底部失真。当当输入信号幅度过大输入信号幅度过大，可能同时出现以上两种失真，称为双，可能同时出现以上两种失真，称为双向失真。向失真。以上失真是由于三极管的非线性引起的，总称为非线性失真。以上失真是由于三极管的非线性引起的，总称为非线性失真。25最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度是指放大电路在不失真是指放大电路在不失真的前提下所能输出的最大电压，用的前提下所能输出的最大电压，用Uom表示。表示。在输入信号一定的情况

14、下，在输入信号一定的情况下，Uom与静态工作点与静态工作点Q在交流负在交流负载线上的位置有关。载线上的位置有关。,min omomomUUU 为了扩大输出动态范围，应将静态工作点设置在交流负为了扩大输出动态范围，应将静态工作点设置在交流负载线的中央。载线的中央。输出动态范围等于输出动态范围等于2UomUomUCEQUCESUomICQRL262.4 放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法讨论的问题：讨论的问题： BJT小信号线性化模型要求的条件是什么？小信号线性化模型要求的条件是什么？可用于分析放大电路的什么指标？可用于分析放大电路的什么指标？ 为什么必须找出放大电路的为什么必须

15、找出放大电路的Q点后才能进行交点后才能进行交流分析。流分析。272.4.1 BJT2.4.1 BJT的的H H参数小信号模型参数小信号模型1、H参数模型参数模型接成共发射极组态的接成共发射极组态的BJT可看成可看成一双口网络，端口特性表示为一双口网络，端口特性表示为+iBiCuBEuCEuBE= f1（iB，uCE）iC= f2（iB，uCE）在在小信号小信号下，下，BJT在在Q点附近点附近可可线性化线性化。 CECECBBCCCECEBEBBBEBEduuidiiididuuudiiuduQQQQ在在Q点处对点处对上式全微分上式全微分28 CECECBBCCCECEBEBBBEBEduuid

16、iiididuuudiiuduQQQQ用交流量取代微分项用交流量取代微分项 ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu式中：式中：be0bbeBBEieceriuiuhuQ 输出交流短路时的输入输出交流短路时的输入电阻，单位电阻，单位r0cebeCEBErebuuuuuhiQ 0bcBCfeceuQiiiihce0cecCECoe1bruiuihiQ 输入交流开路时的输出输入交流开路时的输出电导，单位电导，单位S输出交流短路时的电流输出交流短路时的电流放大系数，无量纲放大系数，无量纲输入交流开路时的反向输入交流开路时的反向电压传输比，无量纲电压传输比，无量纲29+ibicubeuc

17、e ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu302、简化、简化H参数模型参数模型hre为为BJT的内部电压反馈，一般在的内部电压反馈，一般在10-310-4数数量级内，即当输出电压量级内，即当输出电压uce=10mV时，将在输入回时，将在输入回路引入约路引入约1V的内部反馈电压，故取的内部反馈电压，故取hre=0。1/hoe为为BJT的共发射极输出电阻的共发射极输出电阻rce=1/hoe，一，一般在般在10200k，当，当RLUSQ时，时，UGSQ0，满足增强型场效应管偏置的要求；，满足增强型场效应管偏置的要求；UGQUSQ时，时，UGSQ0，满足耗尽型和结型场效应管偏置的，满足

18、耗尽型和结型场效应管偏置的要求。要求。55),(DSGSDuufi 对上式求全微分对上式求全微分把场效应管看作一个双端口网络。把场效应管看作一个双端口网络。DSGSDSDGSDSGSDDduUuiduUuidi 令令mDSGSDgUui dsGSDSDrUui1 在直流工作点附近，且交流变化量很小时，在直流工作点附近，且交流变化量很小时，gm和和rds近似近似为常量。微变量为常量。微变量du和和di可由交流小信号代替。可由交流小信号代替。dsdsgsmdurugi1 56FET是电压控制器件，在低频小信是电压控制器件，在低频小信号工作时，可认为号工作时，可认为 ri= 简化简化dsdsgsmdurugi1 57交流小信号等效电路如图交流小信号等效电路如图1）电压增益）电压增益AuiouUUA gsLdgsm/URRUg）（ LmRg 2）输入电阻）输入电阻rigg2g1gi/RRRRr 3）输出电阻）输出电阻roro= Rd1 1、共源放大电路、共源放大电路58iouUUA