电子技术傅颖88课件

电子技术主讲教师：傅颖项目二放大器2.基本放大电路及其分析方法2.1概论2.2共射放大电路的组成和工作原理2.3放大电路的性能指标2.4放大电路的分析方法1.放大概念放大现象：电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成负载（例如喇叭或者仪表）所需要的值。用来对电信号进行幅度放大的电路叫做放大电路，也叫做放大器Amplifier。放大特点：物体形状按照比例放大；遵循能量守恒。2.放大的本质放大电路本质就是实现小能量对大能量的控制和转换，输出信号的能量得到了加强。对放大电路的要求：一是要放大，二是要不失真。3.放大电路的组态电压放大电路用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：

2.1概论uiuoAu放大器(晶体管)晶体管在放大电路中的三种连接方式：双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入，两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公用电极。三种接法也称为三种组态。

2.1概论2.1概论三极管放大电路有三种形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器为例学习工作原理2.2共射放大电路的组成和工作原理共射放大电路的基本组成：放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RB+VCCEBRCC1C2T2.2共射放大电路的组成和工作原理电路改进：采用单电源供电可以省去RB+VCCEBRCC1C2T2.2共射放大电路的组成和工作原理单电源供电电路+VCCRCC1C2TRB2.2共射放大电路的组成和工作原理耦合电容隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。RB+VCCRCC1C22.2共射放大电路的组成和工作原理集电极电源，为电路提供能量。直流信号交流信号并存RB+VCCRCC1C22.2共射放大电路的组成和工作原理集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+VCCRCC1C22.2共射放大电路的组成和工作原理基极电阻：1.给发射结提供正向偏置电压；2.决定基极静态电流IB的大小。RB+VCCRCC1C22.2共射放大电路的组成和工作原理基本放大电路的放大过程各点波形：RB+VCCRCC1C2uitiBtiCtuCEtuotuiiCuCEuoiB2.2共射放大电路的组成和工作原理基本放大电路的放大过程一、ui=0时（静态工作点）IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+VCCRCC1C2T2.2共射放大电路的组成和工作原理基本放大电路的放大过程(IBQ

,

UBEQ)和(ICQ

,

UCEQ)

分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ2.2共射放大电路的组成和工作原理基本放大电路的放大过程二、

时,uBE=

ui+UBEQ，图形怎么画？IBUBEQICUCEuCE怎么变化？假设uBE有一微小的变化ibtibtictuit2.2共射放大电路的组成和工作原理基本放大电路的放大过程二、

时,uBE=

ui+UBEQ，图形怎么画？uce相位如何？uce与ui反相！ICUCEictucet2.2共射放大电路的组成和工作原理基本放大电路的放大过程请总结设置静态工作点的必要性。实现放大的条件：1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。各点波形：RB+VCCRCC1C2uitiBtiCtuCEtuotuiiCuCEuoiB2.3放大电路的性能指标一、电压放大倍数Au

Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值。2.3放大电路的性能指标二、输入电阻Ri

放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号。输入电阻是衡量放大电路对前级电路索取电压的能力。结论：输入电阻越大，从其前级取得的电压越大。AuIi~USUi2.3放大电路的性能指标三、输出电阻Ro任何放大电路的输出都可以等效成一个有内阻的电压源，从放大电路输出端看进去的等效电阻称为输出电阻RO。RO越小，负载电阻RL变化时UO的变化越小，称为放大电路的带负载能力越强。2.3放大电路的性能指标工程测量方法：1.测量开路电压

。2.测量接入负载后的输出电压

。3.计算。2.3放大电路的性能指标思考：研究输入、输出电阻的意义。例：若放大器多级相连时，要考虑输入、输出电阻的影响。2.3放大电路的性能指标四、通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。2.3放大电路的性能指标fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线我们以共射放大电路为研究对象。通常，电路中直流电源的作用和交流信号的作用总是共存的。但是，由于电容电抗元件的存在，直流量所流经的通路与交流信号所流经的通路不完全相同。因此，为了研究问题方便，常把两种通路区分开来。1、直流通路和交流通路交流通路：只考虑交流信号的分电路。直流通路：只考虑直流信号的分电路。例：对直流信号（只有+EC）2.4放大电路的分析方法2.4放大电路的分析方法开路开路RB+VCCRCC1C2T直流通道RB+VCCRC对交流信号(输入信号ui)：2.4放大电路的分析方法短路短路置零RB+VCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路练习：画出直流通路和交流通路。练习答案：画出直流通路和交流通路。2.4放大电路的分析方法2、静态分析方法估算法（1）根据直流通道估算IBQ，UBEQ。RB称为基极偏置电阻，IB称为基极偏置电流。2.4放大电路的分析方法IBQUBEQ+VCC直流通道RBRC2、静态分析方法估算法（2）根据直流通道估算UCEQ、ICQ。2.4放大电路的分析方法ICUCE直流通道RBRC+VCC（放大状态）（饱和状态）例：用估算法计算静态工作点。已知：EC=12V，RC=3k，RB=300k，

=50。解：若电路中RB=30k，晶体管的工作状态怎样？2.4放大电路的分析方法2、静态分析方法图解法为了比较直观地了解晶体管静态工作点的位置，便于分析失真问题，可采用图解法。已知条件：三极管输入特性曲线和输出特性曲线，所有电路的参数。静态时，△ui=0，对直流通道进行分析：输入特性曲线；输出特性曲线。2.4放大电路的分析方法直流通道RB+VCCRC2、静态分析方法图解法电路静态时，△ui=0，输入回路电路方程为：采用作图方法在iB/uBE坐标系内分别作出曲线，其交点即为IBQ、UBEQ。显然方程为一直线方程，称为输入负载线。在实际应用中，由于UBEQ近似为0.7V，故图解法会忽略画输入负载线的步骤，而改为估算。故图解法步骤如下：（1）估算IBQ；（2）然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IBQ对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。2.4放大电路的分析方法2、静态分析方法图解法应用同样方法在输出回路可以写出回路方程为：VCC-ICRC=UCE在放大回路中可测量出iC/uCE座标系中在不同IB下的关系曲线,上述直线方程与输出关系曲线在IB=IBQ时的交点值即为ICQ、UCEQ。上述直线方程对应的直线即为输出负载线，也称直流负载线。直流负载线的意义？2.4放大电路的分析方法2、静态分析方法图解法例：如图(a)所示电路,已知Rb=280kΩ,Rc=3kΩ,UCC=12V,三极管的输出特性曲线如图(b)所示,试用图解法确定静态工作点。2.4放大电路的分析方法38M2、静态分析方法图解法解：首先写出直流负载方程,并作出直流负载线:然后,由基极输入回路,计算IBQ。直流负载线与iB=IBQ=40μA这一条特性曲线的交点,即为Q点,从图上查出IBQ=40μA,ICQ=2mA,UCEQ=6V。2.4放大电路的分析方法图解法总结：

主要功能：分析静态工作点，动态范围和波形失真。分析步骤：

①

画出三极管的输出特性，根据电路参数求出IBQ；

②

作直流负载线，确定静态工作点；

③

通过静态工作点作交流负载线；

④

根据输入信号引起的ib变化，由交流负载线确定iC和uCE的变化范围；

⑤

检查是否有失真，确定输出波形。2.4放大电路的分析方法练习1：放大电路及三极管的输出特性如图所示，UCC=18V；Rb=300kΩ；RC=4.5kΩ；RL=18kΩ，UBE可忽略不计。（a）作出直流负载线，求静态工作点；（b）作出交流负载线；（c）若增大输入电压，首先出现何种失真？请说明消除该失真的方法。2.4放大电路的分析方法3、动态分析方法图解法2.4放大电路的分析方法ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路3、动态分析方法图解法ic和uce是交流量，与全量iC和uCE有如下关系。所以：即：全量信号的变化沿着斜率为

的直线。这条直线通过Q点，称为交流负载线。2.4放大电路的分析方法3、动态分析方法图解法过Q点作一条直线，斜率为：交流负载线的意义？2.4放大电路的分析方法iCuCEECQIB交流负载线

共射极放大电路3、动态分析方法图解法动态工作时，iB、iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？2.4放大电路的分析方法假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号ui练习2：已知如图所示电路中VCC＝16V，RC＝4kΩ，静态管压降UCEQ＝6V；并在输出端加负载电阻RL，其阻值为4kΩ。请问：该电路的最大不失真输出电压有效值Uom≈3.5V。2.4放大电路的分析方法非线性失真分析：失真——信号经过放大电路放大后，输出波形和输入波形不完全一致，发生畸变，称为“失真”。产生非线性失真的原因：主要与静态工作点的位置和输入信号的幅值大小有关。①截止失真2.4放大电路的分析方法iCuCEuo输出波形输入波形ib②饱和失真2.4放大电路的分析方法iCuCEib输入波形uo输出波形思考题：1.试分析下列问题：（1）增大Rc时，直流负载线将如何变化？Q点怎样变化？（2）增大Rb时，直流负载线将如何变化？Q点怎样变化？（3）减小VCC时，直流负载线将如何变化？Q点怎样变化？（4）减小RL时，直流负载线将如何变化？Q点怎样变化？交流负载线怎么变化？2.4放大电路的分析方法

共射极放大电路思考题：2.放大电路如图所示：当测得BJT的VCE接近VCC的值时，问管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？答：截止状态。故障原因可能有：•Rb支路可能开路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-ICRc=VCC。•C1可能对地短路，VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC-ICRc=VCC。2.4放大电路的分析方法

共射极放大电路icuceRBRCRLuiuo交流通路

3、动态分析方法---微变等效电路法2.4放大电路的分析方法微变等效电路分析法1、晶体管的微变等效电路2、计算电压放大倍数3、计算输入电阻4、计算输出电阻

一、电压放大倍数AuUi和Uo分别是输入和输出电压的有效值。2.4放大电路的分析方法二、输入电阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号。输入电阻是衡量放大电路对前级电路索取电压的能力。结论：输入电阻越大，从其前级取得的电压越大。2.4放大电路的分析方法AuIi~USUi三、输出电阻Ro任何放大电路的输出都可以等效成一个有内阻的电压源，从放大电路输出端看进去的等效电阻称为输出电阻RO。RO越小，负载电阻RL变化时UO的变化越小，称为放大电路的带负载能力越强。2.4放大电路的分析方法思考：研究输入、输出电阻的意义例：若放大器多级相连时，要考虑输入、输出电阻的影响。2.4放大电路的分析方法2.4放大电路的分析方法icuceRBRCRLuiuo交流通路3、动态分析方法微变等效电路法由于放大电路中BJT是一个非线性器件，电路的分析不能运用我们在电路分析中已掌握的公式和定律。如能在一定条件下，建立BJT的线性化模型，将BJT非线性器件线性化，那么，对放大电路的分析就迎刃而解了。从实际的BJT特性曲线可见，从实际的BJT特性曲线可见，在小范围内可将其非线性作线性化处理，此时，BJT的电流、电压有线性关系存在。这样，在小信号范围可建立BJT的线性模型了。此时，BJT的电流、电压有线性关系存在。这样，在小信号范围可建立BJT的线性模型了。2.4放大电路的分析方法1、三极管的微变等效电路画法（1）输入回路：当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。2.4放大电路的分析方法iBuBE

uBE

iB对输入的小交流信号而言，三极管基极和射基之间可用交流电阻rbe来等效。Rbb的值一般为300欧。1、三极管的微变等效电路画法（2）输出回路：输出端相当于一个受ib控制的电流源；uCE对iC几乎无影响，等效电流源的内阻非常大，用rce表示。2.4放大电路的分析方法iCuCE

近似平行rce

的含义

iC

uCE1、三极管的微变等效电路画法2.4放大电路的分析方法ubeuceicrce很大，一般忽略。rbe

ibib

rcerbe

ibibbce等效bubeibuceicce1、三极管的微变等效电路画法将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:放大电路的微变等效电路。2.4放大电路的分析方法61交流通路RBRCRLuiuouirbe

ibibiiicuoRBRCRL关于微变等效电路的几点说明：①对于微变输入信号，晶体管的基极和发射极之间可用交流电阻rbe来代替；集电极和发射极之间可以用内阻很大的受控电流源βΔib来代替。②微变等效电路适用的前提条件是：微变小信号，对于大信号电路（如功率放大电路）不适用。③微变等效电路中的受控电流源不能独立存在，其方向不能随意假定。④微变等效电路中的电压、电流都是交流量，电路中无直流量，因此不能用微变等效电路来求解静态工作点Q的值。⑤用晶体管的微变等效电路直接取代交流通路中的晶体管。即不管电路是什么组态，晶体管的b、e间用交流电阻rbe代替，c、e间用受控电流源βΔib代替。2.4放大电路的分析方法2、电压放大倍数的计算2.4放大电路的分析方法rbeRBRCRL3、输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。2.4放大电路的分析方法输入电阻的定义：是动态电阻。rbeRBRCRL4、输出电阻的计算2.4放大电路的分析方法rbeRBRC所以：总结：微变等效电路分析法分析步骤：

1、交流通路（耦合电容和电压源短路）2、微变等效电路（将交流通路中的三极管用微变等效模型替代）3、计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。例：阻容耦合共射放大电路，已知UBE=0.7Vβ=50,Rb=377k,RC=6k,Rs=100,RL=3k,Vcc=12V，计算:1.电路的静态工作点Q;2.reb，电压放大倍数Au,Aus;3.输入、输出电阻Ri、Ro。2.4放大电路的分析方法解：1.静态工作点Q

根据直流通路可得：

IBQ=(Vcc

－UBE)/Rb=(12－0.7)/377=30(uA)ICQ=βIBQ=50×0.03=1.5(mA)UCEQ=Vcc

－ICQ·RC=12－1.5×6=3(V)

2.4放大电路的分析方法+EC直流通道RBRC解：2.电压放大倍数Au

画出电路的微变等效

图如图，则

Au=Uo/Ui=-(βRC//RL)/rbe而rbe≈rbb＋26

/IBQ

=300+26mV/30uA

≈1.18k∴Au=－50×(6//3)/1.18=－85Aus=－792.4放大电路的分析方法3.输入、输出电阻Ri、Ro

画出电路的微变等效

图如图，则

Ri=(Rb//rbe)=377//1.18≈1.18kRo=Rc=6k2.4放大电路的分析方法【例】简单放大电路如下图所示，ＶCC=12V，晶体管为硅管，其β=70,rbb′=300Ω，已