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    华成英第四版_第2章_基本放大电路

    时间：2020-10-21 00:30:18 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：电路 第四版 放大

    　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 场效应管及其基本放大电路 2.7 基本放大电路的派生电路

    　 2.1 放大电路的概念与放大电路的性能指标 一、放大的概念

    　Vcc 至少一路直流电源供电

    　放大的对象：变化量。

    　放大的本质：能量的控制。

    　放大的特征：功率放大。（判断电路能否放大的基本出发点）

    　放大的基本要求：不失真。（放大的前提）

    　二、放大电路的性能指标 对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。

    　 1. 放大倍数：输出量与输入量之比。

    　ioUUA Au uu  

    　 ioIIA Ai ii  

    　 ioIUA ui

    　 ioUIA iu

    　电压放大

    　电流放大

    　 互阻放大

    　互导放大 电压放大倍数是最常被研究和测试的参数。

    　2. 输入电阻与输出电阻

    　 iiiIUR 

    　输入电压与输出电压的 有效值之比。

    　LooLoo oRUURUU UR ) 1 (" "  "oU ：空载时输出电压有效值；oU ：带LR 时的输出电压有效值。

    　3. 通频带 衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。

    　由于电容、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下降，并产生相移。（注：也包括平行导线间的分布电容等）

    　4. 最大不失真输出电压 U om ：交流有效值。

    　5. 最大输出功率 P om 和效率 η：功率放大电路的参数。

    　 2.2 基本共射 放大电路的 工作原理 一、电路的组成及各元件的作用 V BB 、R b ：使 U BE ＞ U on ，且有合适的 I B 。

    　V CC ：使 U CE ≥U BE ，同时作为负载的能源。

    　 R c ：将 Δi C 转换成 Δu CE (u o ) 。

    　动态信号作用时：

    　) ( o CE c b Icu u u i i uR      

    　压 输入电压 u i 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 ，作 记作 I BQ 、 、 I CQ （ （I EQ ）、 U BEQ 、 、

    　U CEQ 。

    　。

    　二、设置静态工作点的必要性 为什么放大信号对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电压和极间电压？

    　 输出电压必然失真！

    　设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题， 但 但 Q 点几乎影响着所有的动态参数！

    　三、基本共射放大电路的波形分析

    　 底部失真

    　 顶部失真

    　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 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。

    　两种实用的放大电路 1. 直接耦合放大电路

    　问题：

    　将两个电源合二为一

    　 静态时，b1BEQ RU U 

    　1) 两种电源

    　 动态时，V CC 和 u I 同时作用于晶体管的输入回路。

    　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。

    　2. 阻容耦合放大电路

    　 C 1 、C 2 为耦合电容！

    　 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，C 1 、C 2 上电压？CEQ C2 BEQ C1U U U U   ，

    　动态时，u BE ＝u I ＋U BEQ ，信号驮载在静态之上。负载 上只有交流信号。

    　 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 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，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。

    　1. 直流通路：

    　①U s =0，保留 R s ；②电容开路；③电感相当于短路（线圈电阻近似为 0）。

    　2. 交流通路：

    　①容量电容相当于短路；②直流电源相当于短路（内阻为 0）。

    　基本共射放大电路的直流 通路和交流通路

    　 c CQ CC CEQBQ CQbBEQ BBBQ R I V UI IRU VI  －＝

    　 列晶体管输入、输出回路方程，将 U BEQ 作为已知条件，令 I CQ ＝βI BQ ，可估算出静态工作点。

    　阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路

    　二、图解法（应实测特性曲线）

    　1.静态分析（图解二元方程）

    　2.电压放大倍数分析 b B I BB BER i u V u    

    　符号为“－”。

    　反相， 与 ， 给定u uA u uuuA u u i i uI OIOO CE C B I) (           

    　 3.失真分析 1) 截止失真

    　 截止失真是在输入回路首先产生失真！

    　消除方法：增大 V BB ，即向上平移输入回路负载线。

    　减小 R b 能消除截止失真吗？ 2) 饱和失真：输出回路产生失真。

    　一、 等效电路法

    　消除方法：增大 R b ，减小 R c ，减小 β，小 减小 V BB 大 ，增大 V CC 。

    　。

    　最大不失真输出电压 U om

    　：比较 U CEQ 与（ V CC － U CEQ

    　），取其小者，除以 2 。

    　讨论一 1. 用 NPN 型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路。

    　2. 用 PNP 型晶体管组成一个共射放大电路。

    　3. 画出图示电路的直流通路和交流通路。

    　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。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。

    　1. 直流模型：适于 Q 点的分析

    　 bBEQ BBBQRU VI－＝

    　BQ CQ I I  

    　 c CQ CEQR I V UCC 

    　 利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。

    　2. 晶体管的 h 参数等效模型（交流等效模型）

    　低频小信号模型 在交流通路中可将晶体管看成一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。

    　在低频、小信号作用下的关系式 CECECBBCCCECEBEBBBEBEd d dd d dB CEB CEuuiiiiiuuuiiuuI UI U

    　  ce 22 b 21 cce 12 b 11 be

    　U h I h IU h I h U     交流等效模型（按式子画模型）

    　h 参数的物理意义

    　 b-e 间动态电阻：beBBE11CEriuhU

    　内反馈系数：

    　BCEBE12 Iuuh

    　 电流放大系数：

    　 CEBC21 Uiih

    　c-e 间的电导：ce CEC221Br uihi

    　分清主次，合理近似！什么情况下 h 12 和 h 22 的作用可忽略不计？ 简化的 h 参数等效电路－交流等效模型

    　EQTbb" e b" bb"bbebe) 1 (

    　IUr r rIUr       

    　 在输入特性曲线上，Q 点越高，r be 越小！

    　四、放大电路的动态分析

    　 放大电路的交流等效电路

    　阻容耦合共射放大电路的动态分析

    　输入电阻不应含有 R s ；

    　输出电阻不应含有 R L .

    　讨论一

    　 1.

    　在什么参数、如何变化时 Q 1 → Q 2

    　→ Q 3

    　→ Q 4 ？ 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 U om 最大？ 3.

    　设计放大电路时，应根据什么选择 V CC ？

    　讨论二

    　已知 I CQ ＝2mA，U CES ＝0.7V。

    　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？ 2. 空载和带载两种情况下 U om 分别为多少？ 3. 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，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

    　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

    　 2.4 静态工作点的稳定 一、温度对静态工作点的影响

    　 所谓 Q 点稳定，是指 I CQ 和 U CEQ 在温度变化时基本不变，这是靠 I BQ 的变化得来的。

    　二、静态工作点稳定的典型电路 1.

    　电路组成

    　C e 为旁路电容，在交流通路中可视为短路 2.

    　稳定原理

    　设 U BEQ ＝ U BE ＋ΔU BE ，若 U BQ － U BE >>ΔU BE ，则 I EQ 稳定。

    　 R e 的作用：T( ℃)↑→I C ↑→U E ↑→U BE ↓ （U B 基本不变）→ I B

    　↓→ I C ↓

    　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。

    　I C 过 通过 R e 为 转换为 ΔU E 响 影响 U BE

    　 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。

    　高 温度升高 I C 增大，反馈的结果使之减小 R e 起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q 点越稳定。

    　 R e 有上限值吗？ 3.

    　Q 点分析

    　e EQ BEQ b BQ BBR I U R I V   

    　分压式电流负反馈工作点稳定电路

    　 判断方法：

    　 4.

    　动态分析

    　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，R b1 或 R b2 采用热敏电阻。

    　它们的温度系数？

    　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？

    　 2.5 晶体管放大电路的三种接法 一、基本共集放大电路

    　1.静态分析 e EQ CEQ CCe EQ BEQ b BQ BBR I U VR I U R I V    2.动态分析 电压放大倍数

    　 U o ＜ U i

    　输入电阻的分析

    　R i 与负载有关！

    　

    　输出电阻的分析 令 U s 为零，保留 R s ，在输出端加 U o ，产生 I o ，o o oI U R  。

    　R o 与信号源内阻有关！

    　从射极看基极回路电阻，被减小到（1+β）倍。

    　3.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！

    　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、三种接法放大电路的比较（ 空载情况下）

    　接法 共射 共集 共基 A u

    　大 小于 1 大 A i

    　β 1+β α R i

    　中 大 小 R o

    　大 小 中 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、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。

    　接法 共射 共集 共基 输入 b b e 输出 c e c 讨论二 电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。

    　1. Q 为多少？ 2. R e 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？

    　改变电压放大倍数

    　 2.6 场效应管及其基本放大电路 一、场效应管（以 N 沟道为例）

    　单极型管∶噪声小、抗辐射能力强、低电压工作

    　场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的 e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。

    　1. 结型场效应管

    　符号

    　 结构示意图 栅 栅- 源电压对导电沟道宽度的控制作用

    　沟道最宽

    　沟道变窄

    　 沟道消失称为夹断 u GS 可以控制导电沟道的宽度。为什么 g-s 必须加负电压？ 漏 漏- 源电压对漏极电流的影响

    　 场效应管工作在恒流区的条件是什么？ 转移特性 常量 DS) (GS D Uu f i

    　场效应管工作在恒流区，因而 u GS ＞U GS （ off ）

    　且 u GD ＜U GS （ off ）

    　。

    　在恒流区时：

    　输出特性 常量 GS) (DS D Uu f i

    　 低频跨导：

    　常量 DSGSDm Uuig

    　 不同型号的管子 U GS （ off ）

    　、I DSS 将不同。

    　2.

    　绝缘栅型场效应管 增强型管

    　u GS 增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个 N 区相接时，形成导电沟道。

    　增强型 MOS 管 u DS 对 i D 的影响

    　 i D 随 u DS 的增大

    　 u GD ＝U GS （ th ）

    　,预夹断

    　 i D 几乎仅仅受控于 u GS ，

    　而增大，可变电阻区

    　恒流区 用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N 沟道增强型 MOS 管工作在恒流区的条件是什么？

    　耗尽型 MOS 管

    　耗尽型 MOS 管在 u GS ＞0、 u GS

    　＜0、 u GS

    　＝0 时均可导通，且与结型场效应管不同，由于 SiO 2 绝缘层的存在，在 u GS ＞0 时仍保持 g-s 间电阻非常大的特点。

    　MOS 管的特性 1)增强型 MOS 管

    　 在恒流区时，2GS(th)GSDO D) 1 (  UuI i ，式中DOI 为GS(th) GS2U u  时的Di 。

    　2)耗尽型 MOS 管

    　 利用 Multisim 测试场效应管的输出特性

    　从输出特性曲线说明场效应管的哪些特点？

    　3.

    　场效应管的分类 工作在恒流区时 g-s、d-s 间的电压极性

    　 u GS =0 可工作在恒流区的场效应管有哪几种？

    　u GS ＞0 才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？

    　u GS ＜0 才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？

    　二、场效应管静态工作点的设置方法 1.

    　基本共源放大电路 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。

    　2.

    　自给偏压电路

    　置 哪种场效应管能够采用这种电路形式设置 Q 点？

    　3.

    　分压式偏置电路

    　为什么加 R g3 ?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？ 三、场效应管放大电路的动态分析 1.

    　场效应管的交流等效模型 与晶体管的 h 参数等效模型类比：

    　DSGSDm Uuig

    　根据 i D 的表达式或转移特性可求得 g m 。

    　 2.

    　基本共源放大电路的动态分析

    　若 R d =3kΩ， R g =5kΩ， g m =2mS，则 ? uA与共射电路比较。

    　3.

    　基本共漏放大电路的动态分析

    　基本共漏放大电路输出电阻的分析

    　 若 R s =3kΩ，g m =2mS，则 R o =?

    　 2.7 基本放大电路的派生电路 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。

    　目的：增大 β，减小前级驱动电流，改变管子的类型。

    　 不同类型的管子复合后，其类型决定于 T 1 管。

    　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。

    　讨论二

    　二、派生电路举例：

    　组合的结果带来什么好处？

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