模拟电子技术(第二章)

1、2.1 放大的概念与放大电路的性能指标2.2 基本共射极放大电路2.3 放大电路的分析方法2.4 静态工作点的稳定2.5 晶体管放大电路的三种接法2.6 多级放大电路2.7 放大电路的频率响应一、放大的概念u放大的对象：变化量u放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电2.1 放大的概念与放大电路的性能指标二、 性能指标ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1. 放大倍数： ：输输出量与出量与输输入量之比入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流

2、输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。2、 、输输入入电电阻阻 Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，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。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的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，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。对前级的影响越小。AuIiUSUiRi=Ui / Ii一般来说，一般来说， R Ri i越大越好。越大越好。3、输出电阻、输出电阻 Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。从放大电路输出

3、端看进去的等效电阻。 LS0oooRUIUR输入端正弦电压输入端正弦电压 ，分别测量空载和输出端接负载，分别测量空载和输出端接负载 RL 的输出电压的输出电压 、 。oU iUoULooo)1(RUUR 输出电阻愈小，带载能力愈强。输出电阻愈小，带载能力愈强。LoLooRRRUU 输入电阻和输出电阻 将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。LooLoooo) 1(RUURUUUR空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值iiiIUR 输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻4. 通频带 由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数

4、值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率LHbwfff通通频带频带： ：fbw=fHfL通频通频带带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。5、最大不失真输出幅度、最大不失真输出幅度 在输出波形没有在输出波形没有明显失真明显失真情况下放大电路能够提供给情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压负载的最大输出电压( (或最大输出电流或最大输出电流) )可用峰可用峰-峰值峰值( (UOPP、IOPP) )表示，或有效值表示表示，或有效值表示( (Uom 、Iom) )。6、最大输出功率与效率：、最大输出功率与

5、效率：功率放大电路的参数 输出不产生输出不产生明显失真明显失真的最大输出功率。用符号的最大输出功率。用符号 Pom表示。表示。VomPP ：效率：效率PV：直流电源消耗的功率直流电源消耗的功率一、电路的组成VBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。VCC：使UCEUBE，同时作为负载的能源。Rc：将iC转换成uCE(uo) 。)( oCEcbIcuuuiiuR动态信号作用时： 输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。共射2.2 基本共射极放大电路二、基本共射放大电路的波形分析t tuCEUCEQ

6、VCCOt tuCEUCEQVCCO饱和失真底部失真截止失真顶部失真输出和输入反相！动态信号驮载在静态之上与iC变化方向相反 要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！三、放大电路的组成原则 静静态态工作点合适：合适的直流工作点合适：合适的直流电电源、合适的源、合适的电电路路参数。参数。 动态动态信号能信号能够够作用于晶体管的作用于晶体管的输输入回路，在入回路，在负负载载上能上能够获够获得放大了的得放大了的动态动态信号。信号。 对实对实用放大用放大电电路的要求：共地、直流路的要求：共地、直流电电源种源种类类尽尽可能少、可能少、负载负载上无直流分量。上无直流分量。两种实用放大

7、电路：（ （1 1） ）直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题：1. 两种电源2. 信号源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，b1BEQRUU动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失 UBEQ两种实用放大电路：（ （2 2） ）阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。静态时，C1、C2上电压？UC1UBEQ.UC2UCEQ动态时，C1、C2为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。2.3 2.3 放大电路的分

8、析方法一、放大电路的直流通路和交流通路二、图解法三、等效电路法一、放大电路的直流通路和交流通路1. 直流通路： ： U Us s=0=0，保留，保留R Rs s； ；电电容开路；容开路； 电电感相当于短路（感相当于短路（线线圈圈电电阻近似阻近似为为0 0）。）。2. 交流通路： ：大容量大容量电电容相当于短路；容相当于短路；直流直流电电源相当于短路（内阻源相当于短路（内阻为为0 0）。）。 通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。IBQVBBUBEQRbICQ IBQUCEQVCC ICQRc基本共射

9、放大电路的直流通路和交流通路 列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQIBQ，可估算出静态工作点。 VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。IBQVCCUBEQRbICQ IBQUCEQVCC ICQRc当VCCUBEQ时，bCCBQRVI已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路二、图解法bBBBBERiVucCCCCERiVu输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线1. 静态分析：图解二元方程2. 电压放大倍数的分析uIiBiCuCE(uO) AuuOuIuO/

10、uI AubBIBBBERiuVuIuBBQBiIICiCEu斜率不变3. 失真分析 截止失真截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。t截止失真是在输入回路首先产生失真！减小Rb能消除截止失真吗？ 饱饱和失真和失真 消除方法：消除方法：增大增大Rb，减小，减小Rc，减小，减小，减小，减小VBB，增大，增大VCC。 。 Q QRb或或VBB Rc或VCC：饱和失真是输出回路产生失真。2 最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。这可不是好办法！三、等效电路法 半半导导体器件的非体器件的非线线性特性使放大性特性使放大电电路的分析复路的分析

11、复杂杂化。化。利用利用线线性元件建立模型，来描述非性元件建立模型，来描述非线线性器件的特性。性器件的特性。1. 直流模型：适于Q点的分析理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。IBQVBBUBEQRbICQ IBQUCEQVCC ICQRc输入回路等效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源2. 晶体管的h h参数等效模型（交流等效模型） 在交流通路中可将晶体管看成在交流通路中可将晶体管看成为为一个二端口网一个二端口网络络， ，输输入回路、入回路、输输出回路各出回路各为为一个端口。一个端口。uBE f (iBQuCE)iC f (iBQuCE)低频小信号模型ce22b21cce

12、12b11be UhIhIUhIhU在低在低频频、小信号作用下的关系式、小信号作用下的关系式CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIU交流等效模型（按式子画模型）电阻无量纲无量纲电导h h参数的物理意参数的物理意义义beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihib-e间的动态电阻内反馈系数电流放大系数c-e间的电导分清主次，合理近似！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？简简化的化的h h参数等效参数等效电电路交流等效模型路交流等效模型EQTbbebbbbbebe)1 ( IUr

13、rrIUr查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结的电流方程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！3. 放大电路的动态分析)()(bebbbebiirRIrRIUccoRIUbebcio rRRUUAubebiiirRIURcoRR 放大电路的交流等效电路阻容耦合共射放大阻容耦合共射放大电电路的路的动态动态分析分析 A u U o U i I c(Rc/RL) I brbe RLrbeRi Rb/rbe rbeuuARRRUUUUUUAisiiosisoscoRR 输入电阻中不应含有Rs!输出电阻中不应含有RL!2.4 静态工作点的稳定一、温度对静态工

14、作点的影响二、静态工作点稳定的典型电路三、稳定静态工作点的方法一、温度对静态工作点的影响 所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。 若温度升高时要Q回到Q，则只有减小IBQT（ ）ICQQICEO若UBEQ不变IBQQ二、静态工作点稳定的典型电路 直流通路？Ce为旁路电容，在交流通路中可视为短路1. 电路组成CCb21b1bBQVRRRUeBEQBQEQ RUUI2. 稳定原理 为了稳定Q点，通常I1 IB，即I1 I2；因此基本不随温度变化。设UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEUBE，则IEQ稳定。R Re e 的的作用作用T()ICUE UB

15、E（UB基本不变） IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。关于反馈的一些概念： 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。Re有上限值吗？IC通过Re转换为UE影响UBE温度升高IC增大，反馈的结果使之减小3. Q Q 点分析VBBRb1Rb1 Rb2 VCCRb Rb1/Rb2eBEQBQEQCCb21b1bBQRUUIVRRRU)( ecEQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU1EQBQII分压式电流负反馈工作点稳定电路Rb上静态电压是否可忽略

16、不计？eEQBEQbBQBBRIURIVRb1/Rb2 (1)Re?判断方法：4. 动态分析beLio rRUUAuRi Rb1/Rb2/rbecoRR ee)1 ( )( beLebebLcbioRrRRIrIRRIUUAuRi Rb1/Rb2/rbe(1)Re利?弊?(1)Re rbeAu RLRe无旁路电容Ce时：如何提高电压放大能力？三、稳定静态工作点的方法 引入直流引入直流负负反反馈馈 温度温度补偿补偿：利用：利用对对温度敏温度敏感的元件，在温度感的元件，在温度变变化化时时直接影响直接影响输输入回路。入回路。 例如，例如，R Rb1b1或或R Rb2b2采用采用热热敏敏电电阻。阻。

17、它它们们的温度系数？的温度系数？T IC UE UBE IB IC Rb1 UB2.5 2.5 晶体管放大电路的三种接法一、基本共集放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较一、基本共集放大电路eEQCEQCCeEQBEQbBQBBRIUVRIURIVeEQCCCEQBQEQebBEQBBBQ)1 ()1 (RIVUIIRRUVI1. 静态分析2. 动态分析： ：电压电压放大倍数放大倍数ebebeeebebbeeio)1 ()1 ( )(RrRRRIrRIRIUUAu1Re Rb rbe A u1 UoUi 故称之为射极跟随器Uo Ui2. 动态分析： ：输输入入电电阻的分析阻的分

18、析ebebbiiii)1 (RrRIUIURRi与负载有关！RL)/)(1 (LebebiRRrRR带负载电阻后从基极看Re，被增大到（1+）倍2. 动态分析： ：输输出出电电阻的分析阻的分析RoUoIoUoIRe IeUoUoRe(1)UoRb rbe Re/Rb rbe1Ro与信号源内阻有关！3. 特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！ oU令Us为零，保留Rs，在输出端加Uo，产生Io, 。oooIUR 从射极看基极回路电阻，被减小到（1+）倍二、基本共基放大电路eBEQBBEQRUVI1EQBQIIBEQcEQCCCEQURIVUCCBEQC

19、EQeCQBBeEQBEQVUURIVRIU1. 静态分析2. 动态分析3. 特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！1beeirRRcoRR ebecbebeeccio)1 ( RrRrIRIRIUUAu三、三种接法的比较：空空载载情况下情况下 共射共射 共集共集 共基共基 A Au u 大大 小于小于1 1 大大 A Ai i 1 1 R Ri i 中中 大大 小小 R Ro o 大大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽试分析图示各电路是否能够放大正弦交流信号,简述理由。 设图中所有电容对交流信号均可视为短路。画出图示各电路的直流通路和交流通路。设所有电容对交流 信号均可视为

20、短路大大( (数数值值同共射同共射电电路，但同相路，但同相) )小小( (小于、近于小于、近于 1 ) )大大( (十几十几 一几百一几百) ) 小小 大大( (几十几十 一百以上一百以上) ) 大大( (几十几十 一百以上一百以上) )电电路路组态组态性能性能共共 射射 组组 态态共共 集集 组组 态态共共 基基 组组 态态C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiUC1Rb+VCCC2RL+Re+iUOUC1Rb+VCCC2RL+iUOURciAuA 1beLrR ebee)1()1(RrR beLrR 频频率率响响应应大大( (几百千欧几百千欧 几兆欧几兆欧) )小小( (几欧几欧

21、 几十欧几十欧) )中中( (几十千欧几十千欧几百千欧几百千欧) )rce小小( (几欧几欧 几十欧几十欧) )大大( (几十千欧以上几十千欧以上) )中中(几百欧几百欧几千欧几千欧) rbe组态组态性能性能共共 射射 组组 态态共共 集集 组组 态态共共 基基 组组 态态iRoR 1sbeRrce)1(r 1berebe)1(Rr 差差较较好好好好2.6 多级放大电路一、多一、多级级放大放大电电路的耦合方路的耦合方式式将多个将多个单级单级基本放大基本放大电电路合理路合理联联接，构成多接，构成多级级放放大大电电路路组组成多成多级级放大放大电电路的每一个基本路的每一个基本电电路称路称为为一一级级

22、， ，级级与与级级之之间间的的连连接称接称为为级间级间耦合耦合。 。四种常四种常见见的耦合方式的耦合方式：直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合变压变压器耦合器耦合光光电电耦合耦合1直接耦合直接耦合特点：特点：( (1) ) 可以放大交流和可以放大交流和缓缓慢慢变变化及直流信号；化及直流信号；( (2) ) 便于集成化。便于集成化。( (3) )各各级级静静态态工作点互相影工作点互相影响；基极和集响；基极和集电电极极电电位会随着位会随着级级数增加而上升；数增加而上升；( (4) )零点漂移（如何克服）。零点漂移（如何克服）。Rc1Rb1+VCC+T1+ iUOURc2Rb2T2直接耦合放大直接耦合放

23、大电电路静路静态态工作点的工作点的设设置置改改进电进电路路电电路中接入路中接入 Re2， ，保保证证第一第一级级集集电电极有极有较较高的静高的静态电态电位，但位，但第二第二级级放大倍数放大倍数严严重重下降。下降。 改改进电进电路路) )稳压稳压管管动态电动态电阻阻很小，可以使第二很小，可以使第二级级的放大倍数的放大倍数损损失小。失小。但集但集电电极极电压变电压变化范化范围围减小。减小。DZRc1Rb1+VCC+T1+ iUOURc2RT2Rc1Rb1+VCC+T1+ iUOURc2Re2T22阻容耦合阻容耦合特点：静特点：静态态工作点相互独立，在分立元件工作点相互独立，在分立元件电电路中广路中

24、广泛使用。在集成泛使用。在集成电电路中无法制造大容量路中无法制造大容量电电容，不便于容，不便于集成化，尽量不用。集成化，尽量不用。共射共射电电路路共集共集电电路路有零点漂移有零点漂移吗吗？ 利用利用电电容容连连接信号接信号源与放大源与放大电电路、放大路、放大电电路的前后路的前后级级、放大、放大电电路与路与负载负载， ，为为阻容阻容耦合。耦合。3 变压变压器耦合器耦合(a)电电路路(b)交流等效交流等效电电路路以前功率放大以前功率放大电电路广泛采用此耦合方式。路广泛采用此耦合方式。目前基本不用。目前基本不用。4光光电电耦合耦合光光电电耦合是以光信号耦合是以光信号为为媒介来媒介来实现电实现电信号的

25、耦合和信号的耦合和传递传递的，因而其抗干的，因而其抗干扰扰能力能力强强而得到越来越广泛的而得到越来越广泛的应应用。用。光光电电耦合耦合图图3.1.5光光电电耦合器及其耦合器及其传输传输特性特性发发光元件光元件光敏元件光敏元件光光电电耦合放大耦合放大电电路路图图3.1.6光光电电耦合放大耦合放大电电路路目前市目前市场场上已有集成光上已有集成光电电耦合放大耦合放大电电路，路，具有具有较强较强的放大能力。的放大能力。二、多级放大电路的动态分析二、多级放大电路的动态分析1、 、电压电压放大倍数放大倍数总电压总电压放大倍数等于各放大倍数等于各级电压级电压放大倍数的乘放大倍数的乘积积，即，即unuuuAA

26、AA 21其中，其中， n 为为多多级级放大放大电电路的路的级级数。数。2、 、 输输入入电电阻和阻和输输出出电电阻阻 多多级级放大放大电电路的路的输输入入电电阻就是阻就是输输入入级级的的输输入入电电阻阻 输输出出电电阻就是阻就是输输出出级级的的输输出出电电阻。阻。 具体具体计计算算时时，有，有时时它它们们不不仅仅仅仅决定于本决定于本级级参数，也与参数，也与后后级级或前或前级级的参数有关。的参数有关。二、动态参数分析二、动态参数分析1. 1.电压放大倍数电压放大倍数 njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2. 2. 输入电阻输入电阻i1iRR 3. 3. 输出电阻输出电阻nR

27、Roo 对电压对电压放大放大电电路的要求：路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的数的数值值大，大，最大不失真最大不失真输输出出电压电压大。大。总电压总电压放大倍数等于各放大倍数等于各级电压级电压放大倍数的乘放大倍数的乘积积输输入入电电阻就是阻就是输输入入级级的的输输入入电电阻阻输输出出电电阻就是阻就是输输出出级级的的输输出出电电阻阻Ri2 R5/rbe2(12)(R6/RL) A u1 (R3/Ri2)rbe1 A u2(12 ) (R6/RL)rbe2(12 ) (R6/RL) A u A u1 A u2Ri R1/R2/rbe1Ro R6/R3/R5 rbe214 4、分析举例、分析举例 放大放大电电路路对对信号信号频频率的适率的适应应程度，即程度，即信号信号频频率率对对放大倍数的影响。放大倍数的影响。