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1、第二章 基本放大电路,第二章 基本放大电路,2.1 放大的概念与放大电路的性能指标,2.2 基本共射放大电路的工作原理,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 场效应管基本放大电路,2.7 基本放大电路的派生电路,2.1 放大的概念与放大电路的性能指标,一、放大的概念,二、放大电路的性能指标,一、放大的概念,放大的对象：变化量（通常情况）放大的本质：能量的控制与转换放大的特征：功率放大（电压或电流）放大的基本要求：不失真或失真小于一定值,判断电路能否放大的基本出发点,至少一路直流电源供电,二、性能指标,1.放大倍数：输出量与输入量之比,电
2、压放大倍数是最常被研究和测试的参数,对信号而言，任何放大电路均可等效成二端口网络。,2.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。,空载时输出电压有效值,带RL时的输出电压有效值,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,课堂练习：根据外部可测特性如何求出Ro？,3.通频带,4.最大不失真输出电压Uom：交流有效值。,由于（耦合）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值下降，并产生相移。,衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。,5.最大输出功率Pom和效率：功率放大电路的参数,2.2 基本共射放大电路的工作原理
3、,一、电路的组成及各元件的作用,二、设置静态工作点的必要性,三、波形分析,四、放大电路的组成原则,一、电路的组成及各元件的作用,VBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。,VCC：使UCEUBE，同时作为负载的转换能源。,Rc：将iC转换成uCE(uo)。,动态信号作用时：,输入（交变）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,二、设置静态工作点的必要性,输出电压波形必然发生（严重）失真！要解决失真问题，首先必需设置合适的静态工作点；且，Q点几乎影响着所有的动态参数！,为什么放大的对象是动态信号，却
4、要求晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？,三、基本共射放大电路的波形分析,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！,四、放大电路的组成原则,静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路（元件）参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。,两种实用放大电路：（1）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，,动态时，VCC和uI同时作用于晶体管
5、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,（2）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？,动态时，,C1、C2为耦合电容！,uBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。,作业2.1,2.3 放大电路的分析方法,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,直流通路 确定原则：Us=0，保留Rs；电容开路；电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。2.交流通路 确定原则：直流电源相当于短路（内阻为0）；大容量电容相当于短路;
6、大容量电感相当于开路。,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，引入直流（偏置）通路和交流（信号）通路的概念。,基本共射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和作为已知条件，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。,交流通路,直流通路,当VCCUBEQ时，,已知：VCC12V，Rb600k，Rc3k，100。Q？,阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路,交流通路,二、图解法 应实测特性曲线,输入回路负载线,IBQ,负载线,1.静态分析：图解二元方
7、程,2.电压放大倍数的分析,斜率不变,3.失真分析,截止失真,消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。,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？,饱和失真,消除方法：增大Rb，减小Rc，减小，减小VBB，增大VCC。,Rb或或VBB,Rc或VCC,：饱和失真（主要）是输出回路产生的失真。,最大不失真输出电压Uom：比较（UCEQ UCES）与（VCC UCEQ），取其小者，除以(?)。,4.直流负载线与交流负载线,对于上图所示的阻容耦合放大器，显然其交流（动态）输出电压是集电极电流ic在Rc/RL上产生的压降！（Vce变化与直流不同！）,直流负载线,交流负载线,过
8、Q点新作一如后斜率的直线可得之？,斜率：/Rc,斜率：/(Rc/RL),参见书中图2.3.10（page93）,交流通路,讨论：基本电路与输出特性Q点如下,1.在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？,2.从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？,3.设计放大电路时，应根据什么选择VCC？,三、等效电路法,半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。所谓等效就是：基于线性元件建立器件模型，从而近似地描述非线性器件的特性。,1.直流模型：适于Q点的分析,利用估算法求解静态工作点，实质上是利用了直流模型。,输入回路等效为恒压源,输出回路
9、等效为电流控制的电流源,2.晶体管的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为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。,低频小信号模型,在低频、小信号作用下的关系式,交流等效模型（按式子画模型）,电阻,无量纲,无量纲,电导,h参数的物理意义,b-e间的动态电阻,内反馈系数,交流电流放大系数,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？,简化的h参数等效电路交流等效模型,查阅手册,利用PN结的电流方程可求得,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,放大电路的交流等效电路,直流耦合电路,阻容耦合共射放大电路的
10、动态分析,输入电阻中不应含有Rs!,输出电阻中不应含有RL!,交流等效电路,例（2.3.3）已知：,试求：,解：（1）由,（2）,可求得静态Q点!,交流等效模型,作业 2.2 2.3 2.4 2.6,清华大学 华成英,讨论一,用NPN型晶体管组成一个在本节授课中未见过的共射放大电路。,3.用PNP型晶体管组成一个共射放大电路。,2.画出图示电路的直流通路和交流通路。,课堂练习,2.空载和带载两种情况下Uom分别为多少？,讨论二,已知ICQ2mA，UCES0.7V。,1.在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？,3.在图示电路中，有无可能在空载时输出
11、电压失真，而带上负载后这种失真消除？,4.增强电压放大能力的方法？,讨论三：基本共射放大电路的静态分析和动态分析,为什么用图解法求解IBQ和UBEQ？,讨论四：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析,讨论五：波形分析,失真了吗？如何判断？原因？,饱和失真,2.4 静态工作点的稳定,一、温度对静态工作点的影响,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IBQ,二、静态工作点稳定的典型电路,Ce为旁路电容，在交流通路中可视为短路,1.电路
12、组成,2.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 UBEQ0UBE，若UBQ UBEQ0UBE，则IEQ稳定。,Re 的作用,T()ICUE UBE（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，从而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？,3.Q 点分析,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不计？,判断方法：,4.动态分析,利?弊?,无旁路
13、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,引入直流负反馈温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。例如，Rb1或Rb2采用热敏电阻。它们的温度系数？,清华大学 华成英,讨论一,图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？,若采用了措施，则是什么措施？,作业2.9 2.10 2.11,2.5 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,1.静态分析,2.动态分析：电压放大倍数,故称之为射极跟随器,交流等效模型？-课堂练习：试画出左侧电路（h参数）交流等效模型,2.动态分析：输入
14、电阻的分析,Ri与负载有关！,带负载电阻后,2.动态分析：输出电阻的分析,Ro与信号源内阻有关！,3.该电路特点：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！有功率增益！,令Us为零，保留Rs，在输出端加Uo，产生Io,。,二、基本共基放大电路,1.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！,三、三种接法的比较：空载情况下,接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 频带 窄 中 宽,讨论一：图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放
15、大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。,电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。,1.Q点怎么算？,讨论二,2.Re有稳定Q点的作用吗？,3.电路的交流等效电路？,4.V 变化时，电压放大倍数如何变化？,清华大学 华成英,讨论二,改变电压放大倍数,动态等效电路？,作业2.13,2.6 场效应管基本放大电路,一、场效应管放大电路静态工作点的设置方法,二、场效应管放大电路的动态分析,一、场效应管静态工作点的设置方法,根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间加极性合适的电源,1.基本共源放大电路,2.自给偏压电路,由正电源获得负偏压称为自给偏压,哪些种类的场效应管能够采用这种电路形式设置Q
16、点？,3.分压式偏置电路,为什么加Rg3?其数值应大些小些？,哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？,即典型的Q点稳定电路,二、场效应管放大电路的动态分析,近似分析时可认为其为无穷大！,根据iD的表达式或转移特性可求得gm。,与晶体管的h参数等效模型类比：,1.场效应管的交流等效模型,2.基本共源放大电路的动态分析,若Rd=3k，Rg=5k，gm=2mS，则与共射电路比较。,例（2.6.1）电路如侧，若,解：由,3.基本共漏放大电路的动态分析,若Rs=3k，gm=2mS，则,基本共漏放大电路输出电阻的分析,若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?,作业2.14 2.17,2.7 派生电路,一、复合管,二、派生电路举例,一、复合管,复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。,不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。,目的：增大，减小前级驱动电流，改变管子的类型。,讨论一：判断下列各图是否能组成复合管,在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。,课堂练习：试画出该复合管的等效类型，并推导出其直流电流放大倍数,清华大学 华成英,Ri=?Ro=?,讨论二,二、派生电路举例：组合的结果带来什么好处？,宽频带，以及更大的增益！,作业2.1 2.2 2.3 2.4 2.6 2.9 2.102.11 2.13 2.14 2.17 2.18,
