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第二章 基本放大电路 2.1放大电路概述 2.2基本放大电路的工作原理 2.3图解分析法 2.4微变等效电路分析法 2.5静态工作点稳定电路

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1 第二章 基本放大电路 2.1放大电路概述 2.2基本放大电路的工作原理 2.3图解分析法 2.4微变等效电路分析法 2.5静态工作点稳定电路
2.6共集和共基放大电路 2.7场效应管基本放大电路 返回

2 2.1放大电路概述 一.放大电路的概念 (输出回路) (输入回路) 放大功能——通过电能转换把微弱的电信号增强到所要求的电压、电流或功率值。
返回

3 一个微弱的电信号通过放大器后,输出电压或电流的幅值得到了放大,但它随时间变化的规律不能变——不失真。 即输出量的变化与输入量的变化要成比例。 三种基本连接方式:共射、共集、共基。
返回

4 (1)电压放大倍数定义为: AU=uo/ui
二.放大电路的主要性能指标 1.放大倍数(增益)——表示放大器的放大能力 (1)电压放大倍数定义为: AU=uo/ui (2)电流放大倍数定义为: AI=io/ii 返回

5 2. 输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻
Ri=ui / ii 一般来说, Ri越大越好。 (1)Ri越大,ii就越小,从信号源索取的电流越小。 (2)当信号源有内阻时, Ri越大, ui就越接近uS。 返回

6 3. 输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻
输出电阻的定义: 输出电阻是表明放大电路带负载能力的,Ro越小,放大电路带负载的能力越强,反之则差。 返回

7 4.最大输出功率POM—在输出信号基本不失真的情况下能输出的最大功率。 效率η=Pom/PS*100% (ps——直流电源提供的功率)
5、最大输出幅度UOM(或IOM): 输出波形没有明显失真情况下,放大电路能提供给负载的最大输出电压(或电流)。 返回

8 2.2 基本放大电路的工作原理 一、电路构成及各元件的作用: (一)放大电路的构成: 输出回路 输入回路 返回

9 (二)放大电路中各元件的作用 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。 返回

10 各元件作用: 集电极电阻RC,将变化的电流转变为变化的电压。 使发射结正偏,并提供适当的静IB和UBE。 基极电源与基极电阻
集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。 返回

11 各元件作用: + + 作用:隔直通交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。 耦合电容: 电解电容,有极性,
大小为10F~50F + + 返回

12 基本放大电路的习惯画法 返回

13 二、放大电路中电流、电压的符号及波形 (一)电路中电流、电压的符号规定 (二)电路中电流、电压的波形
静态——无信号输入时,电路中只存在直流电流和直流电压,此时放大电路的工作状态为静态 (1)放大电路工作在动态时,uBE 、iB 、uCE 、iC 的波形都是由直流分量和交流分量合成的结果。 (2)若参数选择恰当,将有uo幅值›› ui 幅值,即放大作用。 动画演示 返回

14 (一)直流通路—放大电路中直流分量通过的路径。(画直流通路时,电容视为开路,电感视为短路,其他不变)
三、放大电路中的直流通路与交流通路 (一)直流通路—放大电路中直流分量通过的路径。(画直流通路时,电容视为开路,电感视为短路,其他不变) (二)交流通路—放大电路中交流电流通过的路径。(容抗小的电容、内阻小的直流电源,视为短路) 返回

15 Q IB 静态IC VCC 动画演示 静态UCE 2.3 图解分析法 —运用三极管的特性曲线,作图分析放大电路性能 IC 返回
图解分析法 —运用三极管的特性曲线,作图分析放大电路性能 一. 静态工作情况分析 直流负载线 UCE=VCC–ICRC IC UCE 由估算法求出IB,IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q Q 静态IC IB VCC VBB=UBE+IBRB (UBE= 0.7V) 动画演示 静态UCE IB = (VBB-UBE)/RB

16 - - ui=0时 1.静态工作点——Ui=0时电路的工作状态 由于电源的存在,电路中存在一组直流量。 + UCE + UBE IE IC
IB IC + UCE - + UBE - IE ui=0时 返回

17 为什么要设置静态工作点? IC IB Q Q IB IB IC UBE UCE UCE UBE
由于(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点,所以称为静态工作点。 放大电路建立正确的静态工作点,是为了使三极管工作在线性区,以保证信号不失真。 为什么要设置静态工作点? IC UCE IB IB UBE Q Q IB IC UCE UBE 返回

18 静态工作点的估算 将交流电压源 短路,将电容开路。 画出放大电路的直流通路 直流通路的画法: 开路 开路 返回

19 用估算法分析放大器的静态工作点( IB、UBE、IC、UCE)
画直流通路: IC= IB Rb称为偏置电阻,IB称为偏置电流。 返回

20 例:用估算法计算静态工作点。 已知:VCC=12V,RC=4K,Rb=300K ,=37.5。 解: 请注意电路中IB和IC的数量级
返回

21 二、动态工作情况分析 动态—放大电路有输入信号时的工作状态。 (一)不带负载时的动态分析 基本共射放大电路 返回

22 ib ic ib Q ui uce iC uCE iB uBE 注意:uce与ui反相! 静态工作点
返回

23 各点波形 iC uo ui uCE uB iB UB 工作原理演示
返回 各点波形 iC uo ui uCE uB iB UB 工作原理演示 uo比ui幅度放大且相位相反

24 结论:(1)放大电路中的信号是交直流共存,可表示成:
ui t uBE t iB iC uCE 虽然交流量可正负变化,但瞬时量方向始终不变 (2)输出uo与输入ui相比,幅度被放大了,频率不变,但相位相反。 uo t 返回

25 (二)带负载时的动态分析 输出端接入负载RL:1、不影响Q 2、影响动态! 返回

26 交流负载线 ic uce=-ic(RC//RL) = -ic RL 其中: 返回

27 uce=-ic(RC//RL)= -ic RL
交流量I c 和 uc e 有如下关系: uce=-ic(RC//RL)= -ic RL 或ic=(-1/ RL) uce 即:交流负载线的斜率为: 交流负载线的作法: ①斜 率为-1/R'L 。( R'L= RL∥Rc ) ②经过Q点。 返回

28 交流负载线的作法: iCE 交流负载线 直流负载线 Q IB VCC
①斜 率为-1/R'L 。 ( R'L= RL∥Rc ) Q IB ②经过Q点。 VCC 注意: (1)交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。 (2)空载时,交流负载线与直流负载线重合。 返回

29 三.静态工作点与波形失真的关系 (1)合适的静态工作点 iC uCE ib 可输出的最大不失真信号 uo 返回

30 (2)Q点过低→信号进入截止区 iC uCE 信号波形 uo 称为截止失真 返回

31 (3)Q点过高→信号进入饱和区 信号波形 iC uCE 称为饱和失真 截止失真和饱和失真统称“非线性失真” uo 返回

32 四、电路参数对静态工作点的影响 (一)Rb (二)RC (三)UCC 静态工作点应选在交流负载线的中点 小信号的放大电路——工作点适当选低
大信号的放大电路——工作点适当选高 返回

33 2.4 微变等效电路分析法 一、静态工作点的估算: IBQ UCC/Rb ICQ   IBQ UCEQ = UCC - ICQRC
2.4 微变等效电路分析法 一、静态工作点的估算: IBQ UCC/Rb ICQ   IBQ UCEQ = UCC - ICQRC 二、微变等效电路与动态分析 (一)三极管的简化微变等效电路 ube ube rbe 1、三极管输入回路等效电路  ib ube 2、三极管输出回路的等效电路 返回

34 (二)动态分析 1、共射放大电路的简化微变等效电路 共射放大电路 微变等效电路 返回

35 2、电压放大倍数的计算: 负载电阻越小,放大倍数越小。 返回

36 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。
3、输入电阻的计算: 根据输入电阻的定义: 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。 返回

37 4、输出电阻的计算: + - 返回

38 Q变 T 2.5 静态工作点稳定电路 UBE IC变 变  变 ICEO
2.5 静态工作点稳定电路 1. 温度变化对静态工作点的影响 对于前面的电路(固定偏置电路)而言,静态工作点受到UBE、和ICEO影响,这三个参数随温度而变化。 UBE ICEO Q变 T IC变 返回

39 1、温度对UBE的影响 T UBE iB uBE 25 ºC 50ºC IB IC 返回

40 2、温度对值及ICEO的影响 IC T 、 ICEO iC Q´ Q uCE 总之: T IC
返回

41 二.分压式偏置稳定电路 (1) 电路的特点和工作原理 IC I1 IB I2 IE 选I2=(5~10)IB ∴I1 I2 返回

42 IC I1 IB I2 IE IC UBE T IE UE IB IC 静态工作点 稳定过程: UB稳定 UBE=UB-UE
=UB - IE Re IC UBE T IE UE IB 由输入特性曲线 IC 返回

43 (二)静态工作点的近似估算: V + T R 电容开路,画出直流通道 ICQ IEQ =UE/Re = (UB- UBEQ)/ Re
CC ICQ IEQ =UE/Re = (UB- UBEQ)/ Re IBQ=ICQ/ UCEQ = VCC - ICQRC - ICQRe 返回

44 (三)电压放大倍数的估算: 返回

45 (四)输入电阻和输出电阻的估算 输入电阻 返回

46 输出电阻 b Re ) 1 ( i β + = 返回

47 第六节 共集放大电路和共基放大电路 + R V T u - R - R u 一、共集放大电路 (射极输出器) βIb Ib ICQ IBQ
e b CC T + βIb u i b - + R S Ib ICQ IBQ rbe - R u e o L IEQ 返回

48 (一)静态工作点 (二)电压放大倍数近似=1 (三)输入电阻高 (四)输出电阻低 + V T R u R - u R - R - R up
e b CC T ICQ IBQ IBQ +UBEQ +IEQRE VCC=Rb IEQ= (1+β) IBQ IBQ=(VCC-UBEQ)/(Rb+RE(1+β)) IEQ UCEQ=VCC-IEQRe=Vcc-(1+β)Re (二)电压放大倍数近似=1 + βIb UO=IERL’=(1+ β)IbRL’ RL’=RL//Re u i b - + R S Ib rbe Ui=Ibrbe+(1+β) IbRL’ - R u e o L Au=Uo/Ui= -βIbRL’/[Ibrbe+(1+β)Re] Au=Uo/Ui= -(1+β)RL’/[rbe+(1+β)Re]=1 (三)输入电阻高 + βIb b - + R S Ib rbe Ri=Rb//Ri’= Rb//[rbe+(1+β)] up - R e (四)输出电阻低 Ro=UP//Ip= Re//{[rbe+Rs’]/(1+β)} 返回

49 (四)射极输出器输出电阻低 ip=ie+βib+ib Rs’=Rs//Rb R - R up - rbe - Re up R - βIb
Ro=up//ip= Re//{[rbe+Rs’]/(1+β)} Re βib ie up - ip b - + R S rbe Rs’=Rs//Rb 返回

50 1、放在多级放大器的输入端,提高整个放大器的输入电阻。
射极输出器的特点: 1、电压放大倍数=1;2、同相; 3、 输入阻抗高; 、输出阻抗小。 射极输出器的应用 1、放在多级放大器的输入端,提高整个放大器的输入电阻。 2、放在多级放大器的输出端,减小整个放大器的输出电阻。 3、放在两级之间,起缓冲作用。 返回

51 三.放大电路三种组态的比较 共基 共射 共集 电压增益: 输入电阻: 输出电阻: 返回

52 *2. 7 场效应管基本放大电路 一. 场效应管的直流偏置电路和静态分析 保证管子工作在饱和区,输出信号不失真
*2. 7 场效应管基本放大电路 一. 场效应管的直流偏置电路和静态分析 保证管子工作在饱和区,输出信号不失真 (一)自偏压电路 计算Q点:UGS 、 ID 、UDS 已知UP ,由 UGS = - IDR ID 可解出Q点的UGS 、 ID UGS =- IDR 再求: UDS =VDD- ID (Rd + RS ) 注意:该电路产生负的栅源电压,所以只能用于需要负栅源电压的电路。 返回

53 2.分压式自偏压电路 计算Q点: 已知UP ,由 可解出Q点的UGS 、 ID UDS =VDD- ID (Rd + R ) 再求:
该电路产生的栅源电压可正可负,所以适用于所有的场效应管电路。 返回

54 二.场效应管放大电路的微变等效电路分析 (一)场效应管微变等效电路
其中:gmugs是压控电流源,它体现了输入电压对输出电流的控制作用。称为低频跨导。 rds为输出电阻,类似于双极型晶体管的rce。 返回

55 (二) 场效应管共源放大电路 返回

56 共源放大电路的微变等效电路。 (1)电压放大倍数 (2)输入电阻 (3)输出电阻 返回

57 (三)共漏极放大电路—源极输出器 1、电压放大倍数 2、输入电阻 返回

58 3、 输出电阻 由图有 所以 返回

59 *2.8 差动放大电路 即:1=2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC
*2.8 差动放大电路 一、射极耦合差动放大电路 即:1=2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb 电路构成 返回

60 (二)静态分析 静态集电极电流 集电极电位 基极电位 (对地) 静态基极电流 返回

61 (三)动态分析 差动放大电路一般有两个输入端: 差动放大电路可以有两个输出端: 双端输入——从两输入端同时加信号。
单端输入——仅从一个输入端对地加信号。 差动放大电路可以有两个输出端: 双端输出——从C1 和C2输出。 单端输出——从C1或C2 对地输出。 返回

62 差动放大器共有四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输出(双入双出) 2. 双端输入、单端输出(双入单出)
3. 单端输入、双端输出(单入双出) 4. 单端输入、单端输出(单入单出) 返回

63 1、共模信号的抑制 共模输入时的等效电路 返回

64 2.双端输入双端输出 (1)差模电压放大倍数 (2)共模电压放大倍数 (3)差模输入电阻 (4)输出电阻 返回

65 3. 双端输入单端输出 (1)差模电压放大倍数 这种方式适用 于将差分信号转换 为单端输出的信号。 (2)差模输入电阻 (3)输出电阻 返回

66 加大Re,可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re 。
二. 恒流源式差动电路 根据共模抑制比公式: 加大Re,可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re 。 恒流源的作用 等效很大的交流电阻,直流电阻并不大。 恒流源使共模放大倍数减小,而不影响差模放大倍数,从而增加共模抑制比。 返回

67 恒流源式差动电路的计算: 静态工作点: 动态: 恒流源等效电阻: 返回

68 三.差动放大电路的输入、输出接法 差动放大器共有四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输出(双入双出) 主要讨论的问题有:
2. 双端输入、单端输出(双入单出) 3. 单端输入、双端输出(单入双出) 4. 单端输入、单端输出(单入单出) 主要讨论的问题有: 差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻 返回

69 本章小结 1.FET分为JFET和MOSFET两种,工作时只有一种载流子参与导电,因此称为单极性型晶体管。FET是一种压控电流型器件,改变其栅源电压就可以改变其漏极电流。 2.FET放大器的偏置电路与BJT放大器不同,主要有自偏压式和分压式两种。 3. FET放大电路也有三种组态:共源、共漏和共栅。 电路的动态分析需首先利用FET的交流模型建立电路的交流等效电路,然后再进行计算,求出电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等量。 返回


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