放大电路的基本原理.ppt

1、第二章放大电路的基本原理,2.1放大的概念,2.2单管共发射极放大电路,2.3放大电路的主要技术指标,2.4放大电路的基本分析方法,2.5 工作点的稳定问题,2.6放大电路的三种基本组态,2.8多级放大电路,本章概述： 1.本章的教学内容是模拟电子技术中最基本的部分，称之为“基础之基础”，十分重要；,2.本章基本概念：放大的本质、静态 和动态、直流通路和交流通路、工作点、负载线、非线性失真、放大倍数、输入电阻和输出电阻等;,3.本章分析的“单管放大电路”：是组成其他各种复杂电路的基础；,4.本章介绍两种基本分析方法（图解法、微变等效电路法），是模拟电子电路最基本的、最常用的分析方法。,附：电路

2、中有关符号规定,直 流 量：,大写字母、大写脚码 如 IB、UCE,交流瞬时量：,小写字母、小写脚码 如 ib、uce,交流有效量：,大写字母、小写脚码 如 Ib、Uce,交直流总量：,小写字母、大写脚码 如 iB、uCE,正弦量相量：,大写字母上面加“”、小写脚码 如：,2.4.4微变等效电路法,晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。,微变等效条件,研究的对象仅仅是变化量,信号的变化范围很小,输入特性:,输出特性:,1. 三极管的h

3、参数微变等效电路 三极管处于共e极状态时, 输入回路和输出回路各变量之间的关系由以下形式表示:,输入特性:,用全微分形式表示 uBE和 iC， 并引入h参数(hybrid），则有：,输出特性:,简化的 h 参数微变等效电路,的物理意义：输出端交流短路时管子的输入电阻。在小信号共射电路中，对于低频、小功率三极管，如果没有特别说明:,h参数等效电路,（1） 画出实际电路的交流通道。 （2）把交流通道中的晶体管用h参数等效电路代替。,简化h参数等效电路,（1） 画出实际电路的交流通道。 （2）忽略影响小的次要因素。 （3）把交流通道中的晶体管用简化h参数等效电路代替。,*小信号模型的应用注意事项：,

4、 h参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 h参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。 h参数与静态工作点Q有关。,2. h参数的确定, 一般用测试仪测出；, rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,一般也用公式估算 rbe,3.晶体管输入电阻rbe 的计算,rbb ：基区体电阻。,reb ：基射之间结电阻。,UT ：温度电压当量,对低频、小功率管, rbb 约为200-300 ，故得 rbe 的近似估算公式：,一、 三极管的微变等效电路,晶体管的输入特性曲线 ,rbe ：晶体管的输入电阻。,在小信号的条件下，rbe是一常数。晶体管的输入电路可用 rbe 等效代替。,1. 输入电路,Q

5、 点附近的工作段,近似地看成直线 ,可认为 uBE 与 iB 成正比,图 2.4.10(a),-(简化的 h 参数微变等效电路),2. 输出电路,假设在 Q 点附近特性曲线基本上是水平的(iC 与 uCE无关)，数量关系上， iC 比 iB 大 倍；,从三极管输出端看，可以用 iB 恒流源代替三极管；,该恒流源为受控源；,为 iB 对 iC 的控制。,图 2.4.10(b),3.三极管的简化 h 参数等效电路,二. 求出：电压放大倍数 Au；输入电阻 Ri、输出电阻 RO,Ri = rbe / Rb ，,Ro = Rc,图 2.4.12单管共射放大电路的等效电路,电流放大倍数与电压放大倍数之间

6、关系,1. 当 IEQ 一定时， 愈大则 rbe 也愈大，选用 值较大的三极管其 Au 并不能按比例地提高；,因：,2. 当 值一定时，IEQ 愈大则 rbe 愈小，可以得到较大的 Au ，这种方法比较有效。,(三)微变等效电路法步骤小结：,1.估算静态工作点：首先利用近似估算法（已知）或图解法(已知输出特性曲线) 确定放大电路的静态工作点 Q ，确定静态工作点处参数 。 2.估算rbe： 确定微变等效电路参数 和 rbe 。 3. 画出放大电路的微变等效电路： 可先用h参数等效电路替代三极管，然后画出放大电路其余部分的交流通路，得到放大器微变等效电路。（也可先画出交流通道再用h参数等效电路替

7、代三极管） 4. 列出电路方程并求解有关动态量：Au、Ri、Ro。,例1：电路及参数如图所示，已知=50，rbb=300，C1、C2足够大，试求：（1）Q点；（2）估算rbe；（3）求Au；（4）求Ri和Ro；（5）求Aus=Uo/Us,解（1）IBQ=VCC/RB=10/49020A ICQ=IBQ=2050=1mA UCEQ=VCC-ICRc=7.8v,交流通路,例1：电路及参数如图所示，已知=50，rbb=300，C1、C2足够大，试求：（1）Q点；（2）估算rbe；（3）求Au；（4）求Ri和Ro；（5）求Aus=Uo/Us,解（1）IBQ=VCC/RB=10/49020A ICQ=I

8、BQ=2050=1mA UCEQ=VCC-ICRc=7.8v （2）rbe=300+(1+)26mv/ICQ=1.6k （3） Au=-RL/rbe-34 （4） Ri=Rb/rberbe=1.6k Ro=Rc=2.2k,uo,交流通路,例1：电路及参数如图所示，已知=50，rbb=300，C1、C2足够大，试求：（1）Q点；（2）估算hie；（3）求Au；（4）求Ri和Ro；（5）求Aus=Uo/Us,解：（5）求Aus=Uo/Us,电路的输入电阻越大越好。,已求得 Ri=Rb/rberbe=1.6k,2.5工作点的稳定问题,2.5.1温度对静态工作点的影响,三极管是一种对温度十分敏感的元件

9、。温度变化对管子参数的影响主要表现有：,1. UBE 改变。UBE 的温度系数约为 2 mV/C。当温度升高时，集电极电流增大： T UBEIBIC,2. 改变。温度每升高 1C， 值约增加 0.5% 1 %， 温度系数分散性较大。 T IC,3. ICBO 改变。温度每升高 10C ，ICBQ 大致将增加一倍。T ICBO ICEO IC,2.5.2静态工作点稳定电路,一.电路组成：,即UB由Rb1的分压确定，与管子参数基本无关，从而保证了基极对地有一个稳定的电压，此时要求I1IB即Rb1，Rb2较小。,利用Rb1和Rb2组成的分压器固定基极电位UB 使 I2 I1IB UB=I1Rb1=,

10、Q点稳定电路,利用Rb1和Rb2组成的分压器固定基极电位UB 使 I2 I1IB UB=I1Rb1=,利用Re将IE的变化转化为电压的变化。 （UE=IERe） 则： UBE=UB-UE UE=ReIE,Re形成了负反馈,利用Re将IE的变化转化为电压的变化:UE=IERe,1.稳定工作点的原理：,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,利用Rb1和Rb2组成的 分压器固定基极电位UB,2. 工作点稳定的条件：,（1）条件：IRIB UBUBE,UB不能太大：UBUEUCE放大器的动态范围变窄 （2） CE的作用：使ui几乎不受损失地加到be之间 此外和Re配合，保持发射极一定的直

11、流电位,注意：参数Rb1，Rb2 大小要合适。Rb1，Rb2太小出现问题： （I）使电流大耗电多；（II）Rb1，Rb2的分流使输入电阻变小。,IR=（510）IB UB=（510）UBE,二、静态分析 -Q值的计算方法:,动态分析：交流通路中Re被短路，放大倍数公式不变：,三、动态分析,带RE的(无旁路电容CE) 共发射极放大电路的分析,带RE的(无旁路电容CE) 共发射极放大电路的分析,问题：如果电路如图所示，如何分析？P106:2-15,静态分析：,直流通路,动态分析：,交流通路,Q点稳定电路举例:,例：电路的形式及参数如图所示， 设rbb=300。 （1）确定Q点;（2）估算rbe （

12、3）计算Au、Ri和Ro,ui,解（1） 求Q点：,ICIEUB/Re=4v/2k=2mA UCE=VCC-ICRC-IERE=3v IB=IC/=2mA/40=50A,（2）估算rbe：,rbe=300+（1+）,（3）计算Au,ui,求Ri和Ro Ri=Rb1/Rb2/rberbe=833 Ro=Rc=2.5k,RL=RC/RL=2.55/(2.5+5)=1.66k 则,ui,ui,讨论： 1.若没有电容Ce，再求解上题。,此时，Q点和保持不变， 而,=11.5k,（没有电容Ce ，导致 Au减小了！，Ri增大了！）,ui,2. 如果有信号源内阻 Rs=100， 求Aus=Uo/Us,ui

13、,Aus=-79.70.89=-71.16 （Rs导致了电压放大倍数减小）,而,则,ui,ui,2.6放大电路的三种基本组态,三种基本接法,共射组态(CE),共集组态(CC),共基组态(CB),共集电极放大电路 共基极放大电路,思考:如何画等效电路？,(a)电路图,(a)电路图,微变等效电路法步骤：,1.估算静态工作点： （已知）首先画出直流通路，利用近似估算法确定放大电路的静态工作点 Q (IB , IC , UCE) 2.估算rbe： 确定微变等效电路参数 和 rbe 。 3. 画出放大电路的微变等效电路： 首先画出交流通道；再用h参数等效电路替代三极管；然后画出放大电路其余部分的交流通路

14、，得到放大器微变等效电路。 4. 列出电路方程并求解有关动态量：Au、Ri、Ro。,放大器有共发射极、共基极、共集电极三种基本组态，三种组态三极管h参数等效电路如下：,2.6放大电路的三种基本组态,三种基本接法,共射组态(CE）,共集组态(CC),共基组态(CB),2.6.1共集电极放大电路为射极输出器,电路图,一、电路组成,二、静态分析,由直流通路求得静态工作点Q：,由基极回路列KVL:,图 2.6.1共集电极放大电路,求得静态基极电流,则,三、动态分析： 画出交流通路和微变等效电路，求出： 电压放大倍数 Au、输入电阻 Ri、输出电阻 RO,共集电极放大电路为射极输出器,(b)等效电路,思

15、考:如何画等效电路？,(a)电路图,画出共集电极放大电路的微变等效电路：,先求出:管子输入端口的戴维宁等效电路US串RS;输出端口等效电阻Re=Re/RL,三、动态分析： 画出交流通路和微变等效电路，求出： 电压放大倍数 Au、输入电阻 Ri、输出电阻 RO,共集电极放大电路为射极输出器,(b)等效电路,思考:如何画等效电路？,(a)电路图,先求出:管子输入端口的戴维宁等效电路US串RS;输出端口等效电阻Re=Re/RL,1、电流放大倍数,所以,2、电压放大倍数,结论：电压放大倍数恒小于 1，而接近 1，且输出电压与输入电压同相，又称射极跟随器。,3、输入电阻,输入电阻较大，且于负载电阻大小有

16、关。,Ri,注意：该电阻没有计入Rb，是从管子的输入端口看进去的等效电阻。,4、输出电阻 “加压求流法”,输出电阻低，故带载能力比较强。,Ro,图 2.6.2求射极输出器 Ro 的等效电路“加压求流法”,射极输出器主要特点和应用,1、特点： （1）Au小于1而接近于1，且Uo与Ui同相，即输出电压与输入电压差不多，故又称为射极跟随器。 （2）射极跟随器有电流放大能力。 （3） 输入电阻高、输出电阻低。,2、 应用 射极跟随器通常用作隔离级，以及多级放大器的输入级和输出级。,例1：图示电路，已知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100 ，=50。试估算静态工作点，并求

17、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,解：（1）画出直流通路， 用估算法计算静态工作点,2-16中RS=0,2-16中RS=0,2.6.2共基极放大电路,图 2.6.3共基极放大电路,(a)原理电路,VEE 保证发射结正偏；VCC 保证集电结反偏；三极管工作在放大区。,(b)实际电路,实际电路采用一个电源 VCC ，用 Rb1、Rb2 分压提供基极正偏电压。,直流通路：静态分析 ：计算Q点,2.6.2 共基极放大电路,一、电路形式 ：,二、静态分析 ： 计算静态工作点Q(IB , IC , UCE),共基极放大器h参数等效电路,共基极放大电路,微变等效电路：,共基极放大器,共基极放大器交流通路1

18、,共基极放大器交流通路2,共基极放大器h参数等效电路,三、动态分析 ：,1、电流放大倍数,微变等效电路,由图可得：,所以,由于 小于 1 而近似等于 1 ，所以共基极放电电路没有电流放大作用。,共基极组态微变等效电路,2、电压放大倍数,由微变等效电路可得,共基极放大电路没有电流放大作用，但是具有电压放大作用。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说明该电路输入、输出信号同相位。,3、输入电阻Ri,暂不考虑电阻 Re 的作用,4、输出电阻Ro,Ro = Rc,当输入端短路时， 电流源Ib不再输出电流，故,注意：该电阻没有计入Re，是从管子的输入端口看进去的等效电阻。,共基极组态微变等效电路,2

19、.6.3三种基本组态的比较,2.6.3三种基本组态的比较,2.8多级放大电路,2.8.1多级放大电路的耦合方式,三种耦合方式,阻容耦合,直接耦合,变压器耦合,一、阻容耦合,图 2.8.1阻容耦合放大电路,第 一 级,第 二 级,优点：,(1) 前、后级直流电路互不相通，静态工作点相互独立； (2) 选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。,不足：,(1) 不适合传送缓慢变化的信号； (2) 无法实现线性集成电路。,二、直接耦合,图 2.8.2两个单管放大电路简单的直接耦合,1.特点：,(1) 可以放大交流和缓慢变化及直流信号； (2) 便于集成化

20、。,(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升； (4)零点漂移。,2. 零点漂移,直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。,原因：放大器件的参数受温度影响而使 Q 点不稳定。,图 2.8.5零点漂移现象,放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。,抑制零点漂移的措施：,(1) 引入直流负反馈以稳定 Q 点(分压式稳定Q电路)；,(2) 利用热敏元件补偿放大器的零漂；,(3) 采用差分放大电路。,三、变压器耦合,选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输出功率。,图 2.8.8变压器耦合放大电路,第二级VT2、VT3组成推挽

21、式放大电路，信号正负半周 VT2、VT3 轮流导电。,优点：,(1) 能实现阻抗变换；,(2) 静态工作点互相独立。,缺点：,(1) 变压器笨重； (2) 无法集成化； (3) 直流和缓慢变化信号不能通过变压器。,三种耦合方式的比较,2.8.2多级放大电路的电压放大倍数,和输入、输出电阻,一、电压放大倍数,总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即,其中， n 为多级放大电路的级数。,二、 输入电阻和输出电阻,通常，多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻；输出电阻就是输出级的输出电阻。,具体计算时，有时它们不仅仅决定于本级参数，也与后级或前级的参数有关。,（1）第一级输出电阻RO1=第二级信号源内阻RS2 （2）第二级输入电阻Ri2=第一级负载电阻RL1 依次类推。,第 一 级,第 二 级,例1： 下图所示两级放大电路中，