模拟电子技术基础第2章-课件2.ppt
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1、2.2 放大的基本概念和放大电路的主要性能指标放大的基本概念和放大电路的主要性能指标 主要内容包括主要内容包括:2.1 双极结型晶体管双极结型晶体管(BJT)2.2 放大的基本概念和放大电路的主要性能指标放大的基本概念和放大电路的主要性能指标2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.4 放大电路的分析放大电路的分析 2.5 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定2.6 共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路2.7 三极管基本放大电路的派生电路三极管基本放大电路的派生电路2.2.1 2.2.1 放大电路的作用放大电路的作用 模拟电路最基本的功能是对信号进
2、行放大,放大是通过放大电路实现的。放大电路可看成一个双口网络,待放大的信号作为输入,放大以后的信号作为输出,驱动负载或送入下一级电路。2.2 2.2 放大的基本概念和放大电路的主要性能指标放大的基本概念和放大电路的主要性能指标 ii+iu io 放大电路器+VCC(直流电源)+Ou 1+1 2+2 O+2.2.1 2.2.1 放大电路的作用放大电路的作用扩音机就是放大电路的一个应用例子扩音机就是放大电路的一个应用例子2.2 放大的基本概念和放大电路的主要性能指标放大的基本概念和放大电路的主要性能指标 Rs ii+RL+iui io 放大电路+VCC+(b)sui oui 2.2.1 2.2.1
3、 放大电路的作用放大电路的作用1)放大,表面看是将信号的幅度由小增大,但放大的本质首先是实现能量的控制与转换。2)由于输入信号的能量较微弱,不足以驱动负载,因此需要在放大电路中另外提供一个直流电源,通过三极管等器件的控制,使放大电路将直流电源的能量转换为较大的交流输出能量,去推动负载。这种小能量对大能量的控制作用就是放大作用。3)放大电路也称为有源电路,放大电路中的放大元件,如三极管等,也称为有源器件。4)放大的前提是不失真。2.2 放大的基本概念和放大电路的主要性能指标放大的基本概念和放大电路的主要性能指标 ii+iu io 放大电路器+VCC(直流电源)+Ou 1+1 2+2 O+2.2.
4、2 2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1.1.增益(放大倍数)增益(放大倍数)a.a.电压增益电压增益:b.:b.电流增益:电流增益:c.c.互阻增益互阻增益:d.d.互导增益互导增益:OUiUAUOIiIAI2.2 放大的基本概念和放大电路的主要性能指标放大的基本概念和放大电路的主要性能指标 20lgUUAA增益值通常很大,常以分贝(dB)为单位,如电压增益:OIiIAIOGiIAUORiUAI 2.2.输入电阻输入电阻2.2.2 2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标iiiURI2.2 放大的基本概念和放大电路的主要性能指标放大的基本概念和放大电路的
5、主要性能指标 Rs+Us Ui+Ro UoOiOOioO+Ri RL Ui AUO Io Ii 2.2.2 2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2.2.输入电阻输入电阻放放大大电电路路RSISRisiiisRUURR若信号源为电压源形式,Ri相比 Rs越大,越有利于放大 若信号源为电流源形式,Ri相比 Rs越小,越有利于放大 sisisRIIRR 3.3.输出电阻输出电阻0s 0|oUoUR2.2.2 2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2.2.2 2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标3.3.输出电阻输出电阻若输出为电压形式,Ro相比
6、RL越小,RL的变化引起的输出电压变化小,有利放大 若输出为电流形式,Ro相比RL越大,RL的变化引起的输出电流变化越小,有利放大 OISoiLORIIARR Ro RL AIS Io Ii oLUOUiLOURAAURR Rs+Us Ui+Ro UoOiOOioO+Ri RL Ui AUO Io Ii 2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4非线性失真非线性失真由放大器件的非线性特性引起的失真。由放大器件的非线性特性引起的失真。当输入较大,超出三极管线性范围时,如输入为正弦波,输出成为非正弦波,输出信号中除了基波外,还含有许多谐波分量,即在输出信号中产生了输入信号中没有的新
7、的频率分量,这是非线性失真的基本特征。2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4非线性失真非线性失真非线性失真的程度由非线性失真系数来衡量,定义为非线性失真的程度由非线性失真系数来衡量,定义为:221100%kkDUU其中:U1是输出信号基波分量的有效值,Uk是各次谐波分量的有效值。非线性失真对某些放大电路,显得尤其重要,例如,高保真度非线性失真对某些放大电路,显得尤其重要,例如,高保真度的音响系统和广播电视系统即是常见的例子。的音响系统和广播电视系统即是常见的例子。5.最大输出幅值实际放大器只在一定的输入信号范围内具有线性的传输特性,当输入较小时,输出电压与输入电压成线性关系
8、;超出这个范围,输出波形将出现失真。也就是说,实际放大器的输入信号、输出信号的最大值是受限制的。通常把非线性失真系数达到某一规定值,例如5%时的输出幅值称为最大输出幅值。2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标6.最大输出功率与效率 最大功率是指输出信号不失真的情况下,电路能够输出的最大功率,也称最大不失真功率,记作 。在放大器中,输入信号的功率是很小的,经过放大后可得到较大的输出功率,这些多出来的能量是由直流电源提供的。放大的实质是能量的控制和转换,因此就存在转换效率问题。放大电路的效率定义为:式中,是输出信号功率,为直流电源提供的平均功率。omPoVPPoPVP2.2.2
9、放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标7.7.频率响应频率响应2.2.2 2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标20lg()UAjdB频率特性:频率特性:幅频特性:幅频特性:,相频特性:相频特性:()放大电路对不同频率的正弦信号的稳态响应称为频率响应放大电路对不同频率的正弦信号的稳态响应称为频率响应。放大电路对放大电路对不同频率的信号具有不同的增益不同频率的信号具有不同的增益,该增益用复数表,该增益用复数表示,是频率的函数。常用的放大电路的频率响应表达式为示,是频率的函数。常用的放大电路的频率响应表达式为 ()()()UUAjAj()UAj2.2.2 放大电路的主要性能
10、指标放大电路的主要性能指标HLBWff3dB频率点,半功率点带宽:fH 为上限截止(转折)频率;fL为下限截止(转折)频率。7.7.频率响应频率响应频率失真:频率失真:若放大电路对复杂信号若放大电路对复杂信号的各个频率成分放大程度不一样的各个频率成分放大程度不一样,就会造成频率失真就会造成频率失真 a.幅度失真:幅度失真:如果受放大电路带宽限如果受放大电路带宽限制基波增益较小,高次谐波增益较制基波增益较小,高次谐波增益较大,于是输出电压波形产生了失真。大,于是输出电压波形产生了失真。2.2.2 2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标幅度失真幅度失真 7.7.频率响应频率响应
11、b.相位失真:相位失真:当放大电当放大电路对不同频率的信号产路对不同频率的信号产生的相移不同时也要产生的相移不同时也要产 生失真。生失真。以上两种失真统称为以上两种失真统称为频率失真频率失真,又称为,又称为线性线性失真失真。2.2.2 2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标相位失真相位失真 7.7.频率响应频率响应2.2.2 2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标主要有:放大电路的主要性能指标主要有:增益增益 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻 非线性失真非线性失真 最大输出幅值最大输出幅值 最大输出功率与效率最大输出功率与效率 频率响
12、应频率响应.2.2.3 放大电路模型放大电路模型根据对放大电路性能的具体要求,可分为四类。电压放大电路:着重考虑电路输出电压和输入电压的关系电流放大电路:着重考虑电路输出电流和输入电流的关系互阻放大电路:着重考虑电路输出电压和输入电流的关系互导放大电路:着重考虑电路输出电流和输入电压的关系 电压放大电路:电流放大电路:互阻放大电路:互导放大电路:oIiIA IoUiUA UoIiIA IoGiUIARioUA IoIiIA IoIiIA IoUiUA UoIiIA IoGiUIARioUA IoIiIA I四种不同的放大电路,不管其实现方式如何,均可抽象为相应的电路模型。iSiRUURiRso
13、iUUA UO000LUOiLLUUOiLRUA URRURAAURR1.电压放大2.2.3 放大电路模型放大电路模型电压增益:OUiUAU Rs+Us Ui+Ro UoOiOOioO+Ri RL Ui AUO Io Ii 0O0000SiLSiLSiSSiRARRRAARRRRR b.b.电流放大电流放大2.电流放大 Rs Ro Ri RL AIS Io Ii Is Ii 2.2.3 放大电路模型放大电路模型oIiIA I电流增益:OIiIAI在理想状态下,互阻放大电路要求输入电阻在理想状态下,互阻放大电路要求输入电阻 R Ri i=0=0且输出电阻且输出电阻 R R0 0=0=0。ORiU
14、AI3.互阻放大2.2.3 放大电路模型放大电路模型RioUA I互阻增益:4.4.互导放大互导放大OGiIAU在理想状态下,放大电路要求输入电阻在理想状态下,放大电路要求输入电阻Ri=,输出电阻输出电阻R0=。oGiUIA互导增益:互导增益:2.2.3 放大电路模型放大电路模型2.2.1 放大电路的作用放大电路的作用2.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2.2.3 放大电路模型放大电路模型2.2 放大的基本概念和放大电路的主要性能指标放大的基本概念和放大电路的主要性能指标 在本节中,我们考虑三种基本放大电路中的第一种在本节中,我们考虑三种基本放大电路中的第一种共共发射极电路
15、。发射极电路。并并由此说明放大电路的工作原理。由此说明放大电路的工作原理。BJT的三种组态的三种组态2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理 使T的发射结为正向偏置,且 大于PN结的开启电压,使集电结反向偏置,从而使T工作在放大区。2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理 2.3.1 基本共射放大电路的工作原理及波形分析基本共射放大电路的工作原理及波形分析BBVBEUCCV1.3,0.7,100,5,4,100BBBEbCCCVV UV RK VV RK电路中的电流电压关系:假设2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理 2.3.1 基
16、本共射放大电路的工作原理及波形分析基本共射放大电路的工作原理及波形分析1.30.70.006()100100BBIBEIIBbVuUuuimARK0.6()1ICBumAKii1.30.72.64100CECCC CCCCBICCCIuVR iVRiuVRuK 2.64oCEIuuu输出电压的变化量为:4oIuu 2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理 2.3.1 基本共射放大电路的工作原理及波形分析基本共射放大电路的工作原理及波形分析上述计算式写成更一般的形式:若输入按照正弦规律变化,则各点的波形如图.4oIuu 0.006()100IBBQBuiIimA0.6()1I
17、CCQCuiIimA2.64CECEQCEIuUuu 2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理 2.3.1 基本共射放大电路的工作原理及波形分析基本共射放大电路的工作原理及波形分析 是由直流电源是由直流电源 和和 建立的静态直流量,这些值决定的工建立的静态直流量,这些值决定的工作点称为静态工作点作点称为静态工作点 Q(quiescent point:Q-point)。是由变是由变化的输入引起的交变部分。化的输入引起的交变部分。,BQCQCEQIIUBBVCCV,BCCEoiiuu符号约定:符号约定:B,BEiu含有直流和交流的瞬时值含有直流和交流的瞬时值B,BEIU直流电流
18、和电压直流电流和电压b,beiu只含交流的瞬时值只含交流的瞬时值b,beIU正弦交流的相量正弦交流的相量BEUBEubeubeU2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理 2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理 2.3.2 基本共射放大电路的组成及各元件的作用基本共射放大电路的组成及各元件的作用组成放大电路的原则:1)根据所用晶体管的类型,设置直流电源,以建立合适的静态工作点,并为输出提供能源。选择合适的电阻,使晶体管工作在放大区。2)输入信号能够作用于放大电路的输入回路,对共射极放大电路而言,输入信号必须能够改变基极和发射极之间的电压,进而改变基极电流
19、,产生 3)当负载接入时,必须保证放大电路输出回路的动态电流能够作用于负载,从而使负载获得比输入信号大的电流或电压。Bi2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理 2.3.2 基本共射放大电路的组成及各元件的作用基本共射放大电路的组成及各元件的作用按照上述原则,常见的共射放大电路有1)阻容耦合放大电路:C1,C2为隔直电容2)直接耦合放大电路 分析放大电路是在理解放大电路工作原理的基础上,求解静态工作点和各项动态参数。下面针对电子电路中存在晶体管等非线性器件,而且交流量和直流量同时存在于电路中的特点,讨论具有普遍意义的放大电路分析方法。2.4 放大电路的分析放大电路的分析一般
20、情况下,放大电路中直流量和交流量同时存在。但由于电容、电感等电抗元件的作用,直流量所流经的通路和交流量所流经的通路是不完全相同的。因此,为了研究问题的方便,常把直流电源对电路的作用和交流输入信号对电路的作用区分开来,分别处理。2.4 放大电路的分析放大电路的分析2.4.1 直流通路和交流通路直流通路和交流通路2.4.2 图解分析法图解分析法2.4.3 小信号模型分析法小信号模型分析法2.4.1 2.4.1 直流通路和交流通路直流通路和交流通路2.4 放大电路的分析放大电路的分析1.1.直流通路直流通路阻容耦合放大电路的直流通路阻容耦合放大电路的直流通路 2.4.1 2.4.1 直流通路和交流通
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