模拟电子线路(模电)基本放大器静态动态分析（课堂PPT）

1、 基本放大电路基本放大电路1 放大电路的组成及技术指标放大电路的组成及技术指标2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法3 放大电路的稳定偏置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放大电路的频率响应一. 放大的基本概念 基本放大电路基本放大电路由一个三极管与相应元件由一个三极管与相应元件组成的组成的基本组态基本组态放大电路。放大电路。 1.1.放大电路用于放大微弱信号，输出电压或电流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。在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。 2. 2.输

2、出信号的能量实际上是由直流电源提供的，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，提供只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。给负载。共发射极、共集电极、共基极、共源极、共漏极共发射极、共集电极、共基极、共源极、共漏极 放大对象：放大对象：主要放大主要放大微弱微弱、变化变化的信号（交流的信号（交流小信号），使小信号），使U UO O或或I IO O、P PO O得到放大！得到放大！ 放大实质放大实质：能量的转换：能量的转换直流能转为直流能转为交流能交流能 三极管三极管换能器换能器放大器的组成原则：放大器的组成原则： 直流偏置电路直流偏置电路（

3、即直流通路）要保证器件工作（即直流通路）要保证器件工作 在放大模式。在放大模式。 交流通路交流通路要保证信号能正常传输，即有输入信要保证信号能正常传输，即有输入信 号号vi时，应有时，应有vo输出。输出。 判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它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。不合理，则该电路就不具有放大作用。 元件参数的选择元件参数的选择要保证信号能不失真地放大。要保证信号能不失真地放大。 即电路需提供合适的即电路需提供合适的Q点及足够的放大倍数。点及足够的放

4、大倍数。二. 放大电路的组成及工作原理(1) (1) 共发射极组态基本放大电路的组成共发射极组态基本放大电路的组成(2) (2) 静态和动态静态和动态(3) (3) 直流通路和交流通路直流通路和交流通路(4) (4) 放大原理放大原理 三三 极极 管管VT 负载电阻负载电阻RC 、RL 偏置电路偏置电路VCC 、RB 耦合电容耦合电容C1 、C2(1) 共发射极组态基本放大电路的组成起放大作用起放大作用将变化的电流转换为电压输出将变化的电流转换为电压输出提供直流偏置提供直流偏置隔直（流）通交（流）隔直（流）通交（流） (2) 静态和动态 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作放大电路建立正确的

5、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，正确地区分直流路和交流通路。 动态是目的动态是目的, ,静态是保证静态是保证( (不失真不失真!)!) 时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称直流工作状态直流工作状态0iu 时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称交流工作状态交流工作状态0iu静态静态动态动态 直流通路直流通路直流量传递的途径 （耦合电容开路）（耦合电容开路） 交流通路交流通路交流量传递的途径 （直流电源和耦合电容短路）（直流电源和耦合电容短路）(3)

6、直流通路和交流通路(4) 放大原理o2ccc)b(cbbe1iuCuRiiiiuCu三极管放大作用 变化的 通过 转变为变化的输出cicR三三. . 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标n(1)放大倍数n(2)输入电阻Rin(3)输出电阻Ron(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、电流放大倍电压放大倍数、电流放大倍数数和功率放大倍数功率放大倍数,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压放大倍数iouUUA电流放大倍数电流放大倍数ioiIIA源电压放大倍数源电压放大倍数sousUUA源

7、电流放大倍数源电流放大倍数soisIIA功率放大倍数功率放大倍数iopPPA (2) 输入电阻 Ri 输入电阻：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iiiIUR(3) 输出电阻Ro 输出电阻：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0,.oSL=URIUR也通过放大电路的负载特性曲线求也通过放大电路的负载特性曲线求Ro实验法实验法Ro =Uo / Io=( UoUo)/ Io =( UoUo) RL / Uo =( Uo/ Uo) 1 RLooLIURU、为，测得时，带开路时的输出为 注意：放大倍数、输入电阻、

8、输出电阻通常都注意：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。大状态且输出不失真的条件下才有意义。(4) 通频带BW00HL7.02)()(AAfAfAfL称为下限截止频率，称为下限截止频率，fH称为上限截止频率称为上限截止频率。 放大电路的增益放大电路的增益A(f) 是频率的函数。在低是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降下降到中频电压放大倍数到中频电压放大倍数A0的的 1/ 时时，即，即2LHffBW放大电路的分析方

9、法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一一. . 放大电路的静态分析放大电路的静态分析分析对象：静态工作点 (IBQ、ICQ和和UCEQ) Q（Quiescent)分析方法： 一、计算法 二、图解分析法分析路径：直流通路直流通路设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。q 对偏置电路的要求对偏置电路的要求 提供合适的提供合适的Q点，保证器件工作在放大模式。点，保证器件工作在放大模式。例如：偏置电路须保证三极管例如：偏置电路须保证三极管E结正偏、结正偏、C结反偏。结反偏。 当环境温度等因素变化时，能稳定电路的当环境温度等因素变化时，

10、能稳定电路的Q点点。例如：温度升高，三极管参数例如：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而这些参数的变化将直接引起Q点发生变化。点发生变化。当当Q点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或截止失真。截止失真。 一、计算法一、计算法直流通路画法：C断开BBEQCCBQRUVICBI ICCQCCCEQRIVUIBQ、ICQ和和UCEQ这些这些量代表的工作状态称量代表的工作状态称为为静态工作点静态工作点，用用Q表表示。示。二、图解法二、图解法CCBEBbCBCECCCcVUIRI IUVI R直流负载线直流负载线BEB

11、CECBCE( ,)( ,)uf iuif iu1. 由直流负载列出方程由直流负载列出方程 uCE=VCCiCRc2. 在输出特性曲线上确定在输出特性曲线上确定两个特殊点两个特殊点,即可即可 画出直流负载线。画出直流负载线。 直流负载线的确定方法直流负载线的确定方法：VCC 、 VCC /Rc3. 在输入回路列方程式在输入回路列方程式uBE =VCCiBRb4. 在输入特性曲线上，作出输入负载线，两在输入特性曲线上，作出输入负载线，两 线的交点即是线的交点即是Q。5. 得到得到Q点的参数点的参数IBQ、ICQ和和UCEQ。 二二. . 放大电路的动态分析放大电路的动态分析分析对象：分析方法：

12、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uAiRoR交流通路画法：直流电源和C 对交流相当于短路uo uce RLic（RLR LRC）交流负载线交流负载线斜率：1/ RL特点：过Q点UABRLICQ 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 LCQCEQRIULCQRICESCEQUUminmaxCESCEQLCQoUURIu，而当 时，放大器有最大不失真输出电压，

13、这就要求 Q 点近似位于交流负载线的中心。 LCQRICESCEQUU一、图解法ui uBE iB iC uCE |-uo| 1 1、交直流迭加、交直流迭加2 2、uo与与ui相位相反相位相反3 3、非线性失真：、非线性失真： 饱和失真、截止失真饱和失真、截止失真结论：结论：4 4、最大不失真输出幅度、最大不失真输出幅度(a) 饱和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ0(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCE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放大电路工作到三极管的饱和区而引起的非线性失真。的非线性失真。对于对于NPN管，输出电

14、压表现为底部失真管，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放大电路工作到三极管的截止区而引起的非线性失真。的非线性失真。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* 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：放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要： 1.工作点工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；中间部位； 2.要有合适的交流负载线要有合适的交流负载线。 q 图解法图解法 确定静态工作点确定静态

15、工作点( (方法同前方法同前) )。 画交流负载线画交流负载线。 画波形画波形，分析性能分析性能。过过Q点点、作、作斜率为斜率为- -1/R L的直线即交流负载线的直线即交流负载线。其中其中 R L= RC / RL分析步骤分析步骤: 图解法直观、实用，容易看出图解法直观、实用，容易看出Q点设置是否合适，波点设置是否合适，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。电路。同时在输入信号过小时作图精确度降低。例例 输入正弦信号时，画各极电压与电流的波形。输入正弦信号时，画各极电压与电流的波形。 tvBE0

16、QvBEiB0iCvCE0Q tiBIBQiC tICQ tvCE0- -1/R LVCEQibvi+ - -iBVBBiCVCCRBRC+- -vBE+ - -vCE+ - -+ - -RLC1C2QiC tICQ tvCE0VCEQibQ点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。Q点波动对输出波形的影响：点波动对输出波形的影响：Q点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。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。点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。QibibiCvCE0QQ点位置与波形失真：

17、点位置与波形失真：Q点过点过低低，vO负负半周易半周易截止截止失真失真。 PNP管管 Q点过点过高高，vO正正半周易半周易饱和饱和失真失真。 Q点过点过低低，vO正正半周易半周易截止截止失真失真。 NPN管管 Q点过点过高高，vO负负半周易半周易饱和饱和失真失真。 由于由于PNP管电压极性与管电压极性与NPN管相反，故横轴管相反，故横轴vCE可改为可改为- -vCE。 消除饱和失真消除饱和失真降低降低Q点点: :增大增大RB ，减小减小IBQ减小减小RC : : 负载线变徒负载线变徒, , 输出动态范围增加。输出动态范围增加。消除截止失真消除截止失真 升高升高Q点点: : 减小减小RB ，增大

18、增大IBQn失真波形分析思路：失真波形分析思路：n 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。n 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。n失真波形分析思路：失真波形分析思路：n 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

19、UCES，所以此时失真为饱和失真。n 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。n 3， 注意：PNP管输出波形失真性质与NPN恰好相反。自己分析！n 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（ ）nA：RC增大 B：RB增大 C：VCC减小 D：i增大n n n n n n n n n n n 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

20、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晶体管微变等效电路 1.输入端等效输入端等效 IBUCEIBOQIBUBEUBE(a)ICICICQOUCEIBUCEICIB(b)UCEBBEbeIUr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。 (1)26()200()beEmVrImnpn结方程：n 对于三极管，26(1)(1)26TuuUmVssdiieiedumVrdiI2626(1)26(1)b eb ebBEbebbb ebbEdumVmVrdiIImVrr

21、rrI 2. 输出端等效输出端等效 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， BCIIIBUCEIBOQIBUBEUBE(a)ICICICQOUCEIBUCEICIB(b)UCEUBEUCEbcerbeIBICIBrce(b)VUBEebIBICUCE(a)c 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 2） 共射电路的动态分析共射电路的动态分析n 微变等效电路的画法微变等效电路的画法n 交流计算交流计算l三极管用简化模型代替 微变等效电路的画法l画出交流通路画 交流计算3)输出电阻2)输入电阻bebeBrrR

22、IURii.i/1)电压放大倍数iouUUA.SL.oo.,U0o=CRURRIrbe=200+(1+)26 mV/ IEbebLbrIRILCLbeLRRRrR4)源电压放大倍数siiuSiioSousrRRAUUUUUUA.例例：图示电路，已知V12CCU，300BRk，3CRk，3LRk，3sRk，50，试求：（1）RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数uA；（2）输入电阻 Ri和输出电阻 Ro；（3）输出端开路时的源电压放大倍数susUUAo。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQRsus+uiRL+uo+UCCRC

23、C1C2VRB+（1）RL接入时的电压放大倍数uA为：78963. 0333350beLrRAuRL断开时的电压放大倍数uA为：156963. 0350beCrRAu（2）输入电阻 Ri为：96. 0963. 0/300/beBrRRik输出电阻 Ro为：3Co RR k（3）39)156(131oouisiisisusARRRUUUUUUARsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+例例 已知已知ICQ=1mA, =100 , vi =20sin t(mV), 试画试画出图示电路的交流通路及交流等效电路出图示电路的交流通路及交流等效电路, 并计算并计算vo。virb e ibibicRB+ - -RCRLvo+ - -viibicRBRC+ - -RL+ - -vok63. 226)1 (CQebIrvi+ - -iBVBBiCVCCRBRC+ - -+ - -RLC1C25k )/(LCcoRRivLiRrvebLbRiV)(sin52. 1tn1，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。n2，只有电路既放大电流又放大电压，才称其有放大作用；（ ）讨论一讨论一画图示电路的直流通路和交流通路画图示电路的直流通路和交流通路。讨论二讨论二1、在什么参