第二章放大电路分析基础
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第二章放大电路分析基础〖本章主要内容〗本章重点讲述基本放大电路的组成原理和分析方法,三种组态基本放大电路的特点和应用场合。
多级放大电路的耦合方式和分析方法,差动放大器的分析方法。
首先介绍基本放大电路的组成原则。
三极管的低频小信号模型。
固定偏置共射放大电路的图解法和等效电路法静态和动态分析,最大不失真输出电压和波形失真分析。
分压式偏置共射放大电路的分析以及稳定静态工作点的方法。
共集和共基放大电路的分析,由BJT 构成的三种组态放大电路的特点和应用场合。
然后介绍多级放大电路的两种耦合方式、直接耦合多级放大电路的静态偏置以及多级放大电路的静态和动态分析,差动放大器的分析方法。
通过习题课掌握放大电路的静态偏置方法和性能指标的分析计算方法。
〖学时分配〗本章有6 讲,每讲两个学时。
第四讲放大电路的工作原理一、主要内容1、放大的概念在电子电路中,放大的对象是变化量,常用的测试信号是正弦波。
放大电路放大的本质是在输入信号的作用下,通过有源元件(BJT或FET)对直流电源的能量进行控制和转换,使负载从电源中获得输出信号的能量,比信号源向放大电路提供的能量大的多。
因此,电子电路放大的基本特征是功率放大,表现为输出电压大于输入电压,输出电流大于输入电流,或者二者兼而有之。
在放大电路中必须存在能够控制能量的元件,即有源元件,如BJT和FET等。
放大的前提是不失真,只有在不失真的情况下放大才有意义。
2、电路的主要性能指标1)输入电阻R i:从输入端看进去的等效电阻,反映放大电路从信号源索取电流的大小。
2)输出电阻R o:从输出端看进去的等效输出信号源的内阻,说明放大电路带负载的能力。
3)放大倍数(或增益):输出变化量幅值与输入变化量幅值之比。
或二者的正弦交流值之比,用以衡量电路的放大能力。
根据放大电路输入量和输出量为电压或电流的不同,有四种不同的放大倍数:电压放大倍数、电流放大倍数、互阻放大倍数和互导放大倍数。
电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。
第二章放大电路分析基础§2、1 放大电路工作原理一:放大电路的组成原理基本共发射极电路如图右所示。
图中V 是NPN 型三极管,担负放大作用,是整个电路的核心器件。
放大电路的组成原则是:(1):放大器件工作在放大区(三极管的发射结正向偏置,集电结反向偏置)(2):输入信号能输送至放大器件的输入端(三极管的发射结)(3):有信号电压输出。
我们判断一个放大电路能否放大输入,可按上述原则进行。
如用PNP 三极管,则电源和电容C1,C2的极性均反向。
基本放大电路的习惯画法(1) (2)二:直流通路和交流通路在分析放大电路时有两类问题:直流问题和交流问题。
(1)直流通路:将放大电路中的电容视为开路,电感视为短路即得。
它又被称为静态分析。
(2)交流通路:将放大电路中的电容视为短路,电感视为开路,直流电源视为短路即得。
它又被称为动态分析。
按上述原则,可画出图(2)的直流通路和交流通路。
如图所示(3)和(4)。
++b2b -i u C +R -b1R u To L +C c R V CCBBV ++b2b -i u C +R -b1R u To L +C c R V CCBBV +++C Tb1CC R b V L+u o R -u +-ib2C cR§2、2 放大电路的直流工作状态直流工作点,又称为静态工作点,简称Q 点。
它可以通过公式求出,也可以通过作图的方法求出。
一:公式法计算Q 点根据放大电路的直流通路,估算出放大电路的静态工作点。
下面把求I B 、I C 、U CE 的公式列出来三极管导通时,U BE 的变化很小,可视为常数,我们一般认为:硅管为 0.7V锗管为 0.2V例:用估算法计算静态工作点。
已知:V CC=12V ,R C=4K Ω,R b=300K Ω,β=37.5。
解:二:图解法计算Q 点三极管的电流、电压关系可用输入特性曲线和输出特性曲线表示,我们可以在特性曲线上,直接用作图的方法来确定静态工作点。
第三章放大电路实际中常常需要把一些微弱信号,放大到便于测量和利用的程度。
例如,从收音机天线接收到的无线电信号或者从传感器得到的信号,有时只有微伏或毫伏的数量级,必须经过放大才能驱动扬声器或者进行观察、记录和控制。
所谓放大,表面上是将信号的幅度由小增大,但是,放大的实质是能量的转换,即由一个较小的输入信号控制直流电源,使之转换成交流能量输出,驱动负载。
第二讲共射极放大电路§1、放大电路的组成原理1.放大电路的组成的原则是:⑴为保证三极管工作在放大区,发射结必须正向偏置;集电结必须反向运用。
⑵电路中应保证输入信号能加至三极管的发射结,以控制三极管的电流。
同时,也要保证放大了的信号从电路中输出。
耦合电容(隔直电容)的作用:使交流信号顺利通过,而无直流联系。
实际中,为了方便,采用单电源,如下左图。
习惯画法如下右图。
2.、直流通路和交流通路直流通路:电容视为开路,电感视为短路交流通路:电容和电感作为电抗元件处理,一般电容按短路处理,电感按开路处理。
直流电源因为其两端的电压固定不变,内阻视为零,故在画交流通路时也按短路处理。
放大电路的分析也包含两部分直流分析:又称为静态分析,用于求出电路的直流工作状态,即基极直流电流I B;集电极直流电流I C ;集电极与发射极间的直流电压U CE 。
交流分析:又称为动态分析,用来求出电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
§2 放大电路的直流工作状态放大电器核心器件是具有放大能力的三极管,而三极管要保证在放大区,其e 结应正向偏置,c 结应反向偏置,即要求对三极管设置正常的直流工作状态,直流工作点,又称静态工作点,简称Q 点。
一、解析法确定静态工作点根据放大电路的直流通路,可以估算出该放大电路的静态工作点。
求静态工作点就是求I B I C U CE 1. 求I BbBECC BQ R U U I -=由于三极管导通时,U BE 变化很小,可视为常数。
一般地 硅管 U BE =0.6~0.8V 取0.7V 锗管 U BE =0.1~0.3V 取0.2V 当U CC 、R b 已知,可求出I BQ2. 求I CBQ CQ I I β=3. 求U CEC C CC CEQ R I U U -=二、图解法确定静态工作点三极管电流、电压关系可用其输入特性曲线和输出特性曲线表示。
第二章放大电路分析基础在生产和生活实践活动中,常常需要把微弱的电在生产和生活实践活动中,信号加以放大,用以推动执行机构,信号加以放大,用以推动执行机构,以便有效地进行观察、测量和控制。
例如,进行观察、测量和控制。
例如,收音机中来自天线的微弱信号被其内部放大以后推动扬声器发声;线的微弱信号被其内部放大以后推动扬声器发声;来自各种探测器(如传感器)来自各种探测器(如传感器)的微弱信号经放大以后再作处理,使显示器显示有关信息或者推动以后再作处理,控制设备动作,以达到自动控制的目的。
控制设备动作,以达到自动控制的目的。
放大电信号是电子电路的基本用途之一,信号是电子电路的基本用途之一,将微弱电信号放大成较大信号的电路称为放大电路或放大器,放大成较大信号的电路称为放大电路或放大器,其工作示意图如图2所示所示。
其工作示意图如图所示。
图2放大电路工作示意图“放大是放大器的一种特定的工作性能,它将微放大”是放大器的一种特定的工作性能放大是放大器的一种特定的工作性能,弱小信号加以放大再输出。
放大放大”的实质是以微弱小信号加以放大再输出。
“放大的实质是以微弱小信号控制放大电路工作,弱小信号控制放大电路工作,将电源能量转化为与微弱小信号相对应的大信号能量输出,与微弱小信号相对应的大信号能量输出,驱动负这里反映的“放大是一种以小控大的能力。
放大”是一种以小控大的能力载。
这里反映的放大是一种以小控大的能力。
三极管具有电流放大作用(即三极管可利用控制三极管具有电流放大作用(基极电流从而控制集电极电流以实现放大目的),基极电流从而控制集电极电流以实现放大目的),利用此特性可组成放大电路。
利用此特性可组成放大电路。
放大电路的作用表面上是将信号的幅度由小增大,面上是将信号的幅度由小增大,即输出信号的电压或电流在幅度上得到了放大,压或电流在幅度上得到了放大,但其实质是能量转换,即利用三极管的控制作用将直流电源能量转换,转换成交流能量输出,转换成交流能量输出,使输出信号的能量得到了加强。
第二章放大电路分析基础内容引出:实际中常常需要把一些微弱信号,放大到便于测量和利用的程度。
例如,从收音机天线接收到的无线电信号或者从传感器得到的信号,有时只有微伏或毫伏的数量级,必须经过放大才能驱动扬声器或者进行观察、记录和控制。
因此需要有放大电路对微弱的信号放大。
本章主要内容:2.1放大电路的组成2.2放大电路的工作原理2.3放大电路的性能指标2.4放大电路的分析方法2.5静态工作点的稳定2.6放大电路的三种组态2.7多级放大电路本章小结重点:放大电路的组成原理;放大电路的分析方法;放大电路三种组态的特点。
难点:基本放大电路的分析方法。
返回目录2.1放大电路的组成授课思路:以共射极放大电路为例介绍放大电路的组成→介绍电路中各元件的作用→总结出放大电路组成原则。
2.1.1放大电路的组成图2.1(a)是NPN管组成的基本放大电路。
其中 U s 为信号源电压, R s 为信号源电阻; U i 为放大电路输入信号; U o 为放大电路输出信号。
由于图2.1所示电路的输入回路与输出回路以发射极为公共端,故称之为共射极放大电路。
各元件的作用:VT——放大电流。
U BB 、 R b ——提供发射结正向偏置电压;确定静态基极偏置电流; R b 的存在还保证了三极管能接受到输入信号。
U CC 、 R c ——提供集电结反向偏置电压;通过 R c 将电流变化转换为电压变化,使电路能输出信号。
C 1 、 C 2 ——耦合电容,通交流隔直流。
图2.1(a)是原理图,实际放大电路采用单电源供电,如图2.1(b)所示。
放大电路的组成原则:1.保证三极管处于放大状态,即发射结正向偏置,集电结反向偏置。
2.保证输入信号能输入到三极管输入端。
3.保证放大电路能输出信号。
放大电路输入信号为零时,电路只有直流电流;当有信号输入时,电路中还有交流电流。
因此,放大电路中既有直流分量又有交流分量,由于它们流通的路径不一样,因此,分析时要分开考虑。
第二章放大电路分析基础本章介绍三极管的三种基本组态放大电路的分析方法,为分析其他复杂电路打下基础。
本章内容:2.1、放大电路工作原理2.2、放大电路的直流工作状态2.3、放大电路的动态分析2.4、静态工作点的稳定及其偏置电路2.5、多级放大电路本章要点:1、放大电路直流状态的解析法和图解法2、放大电路交流状态的图解法和微变等效电路法3、三种基本组态放大电路的分析方法4、多级放大电路的耦合方式及其分析方法电子课件二:放大电路分析基础课时授课教案一授课计划批准人:批准日期:课序:4授课日期:授课班次:课题:第二章第2.1节:放大电路工作原理目的要求:1、掌握基本放大电路的组成原则2、掌握放大电路的直流通路和交流通路3、理解放大电路的工作原理重点:放大电路的工作原理难点:放大电路的交流通路教学方法手段:结合电子课件讲解教具:电子课件、计算机、投影屏幕复习提问:1、三极管的类型及外部工作条件?2、三级管的特性曲线有何规律?课堂讨论:1、如何画放大电路的直流通路和交流通路?2、放大电路中三极管各极电流和极间电压如何变化?布置作业:课时分配:二、授课内容引言放大电路的任务是不失真地把微小信号放大到所需要的程度。
本节首先分析放大电路的组成原则及工作原理。
2.1、放大电路工作原理2.2.1、放大电路的组成一、电路组成基本共发射极放大电路如图2一1所示。
V──放大三级管V CC──主电源、能源VBB──发射结偏置电源RC──直流负载电阻,用来确定直流工作点RB──发射结偏置电阻RL──负载电阻R S 、us──信号源的电压和内阻C 1、C2──耦合电容二、工作条件1、三极管应处于放大状态。
即发射结正偏,集电结反偏。
2、能够输入和输出信号。
3、不失真地放大信号。
为了方便起见通常把V CC及V BB合并为一个直流电源,如图2一2所示。
2.1.2 直流通路和交流通路一、直流通路当交流输入信号为零时,电路中只有直流电流和电压,叫直流通路,又叫直流状态。
第二章放大电路分析基础1、放大电路工作原理2、2、放大电路的直流工作状态2、3、放大电路的动态分析2、4、静态工作点的稳定及其偏置电路2、5、多级放大电路本章要点:1、放大电路直流状态的解析法和图解法2、放大电路交流状态的图解法和微变等效电路法3、三种基本组态放大电路的分析方法4、多级放大电路的耦合方式及其分析方法电子课件二:放大电路分析基础课时授课教案一授课计划批准人:批准日期:课序:4授课日期:授课班次:课题:第二章第2、1节:放大电路工作原理目的要求:1、掌握基本放大电路的组成原则2、掌握放大电路的直流通路和交流通路3、理解放大电路的工作原理重点:放大电路的工作原理难点:放大电路的交流通路教学方法手段:结合电子课件讲解教具:电子课件、计算机、投影屏幕复习提问:1、三极管的类型及外部工作条件?2、三级管的特性曲线有何规律?课堂讨论:1、如何画放大电路的直流通路和交流通路?2、放大电路中三极管各极电流和极间电压如何变化?布置作业:课时分配:课堂教学环节复习提问新课讲解课堂讨论每课小结布置作业时间分配(分钟)8751052二、授课内容引言放大电路的任务是不失真地把微小信号放大到所需要的程度。
本节首先分析放大电路的组成原则及工作原理。
2、1、放大电路工作原理2、2、1、放大电路的组成一、电路组成基本共发射极放大电路如图2一1所示。
V──放大三级管VCC──主电源、能源VBB──发射结偏置电源RC──直流负载电阻,用来确定直流工作点RB──发射结偏置电阻RL──负载电阻RS、us──信号源的电压和内阻C1、C2──耦合电容二、工作条件1、三极管应处于放大状态。
即发射结正偏,集电结反偏。
2、能够输入和输出信号。
3、不失真地放大信号。
为了方便起见通常把VCC及VBB合并为一个直流电源,如图2一2所示。
2、1、2 直流通路和交流通路一、直流通路当交流输入信号为零时,电路中只有直流电流和电压,叫直流通路,又叫直流状态。
此时,可把耦合电容视为开路。
如图2一3(a)所示直流状态又叫静态。
分析直流电路,叫直流分析,也叫静态分析。
目的在于分析直流工作点,即求解:IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ。
二、交流通路当只考虑交流输入信号时的通路,叫交流通路,又叫交流状态。
此时,耦合电容及直流电源VCC均视为短路。
如图2一3(b)所示。
交流状态,又叫动态。
分析交流电路,又叫动态分析。
目的在于分析交流放大陪数,输入电阻和和输出电阻。
2、1、3 放大原理一、静态分析当交流输入信号为零时,只有直流电源VCC产生固定的直流电流IBQ、ICQ、IEQ和直流电压UBEQ、UCEQ。
二、动态分析当交流信号输入时,在三极管各极电流和极间电压中产生交流分量ib、ic、ube、uce。
由直流电源VCC和交流输入信号ui共同作用的结果,产生如下电流和电压:(RL开路时)经耦合电容滤去直流分量后,只输出交流分量uo,电流及电压波形如图2一9所示。
小结1、三极管基本放大电路由三极管、耦合电容、电阻、直流电源、信号源及负载组成。
2、放大电路正常工作的条件是:三极管处于放大状态,能够输入和输出信号,且不失真地放大信号。
3、放大电路有静态和动态两种工作状态。
进行静态分析时,耦合电容应开路;进行动态分析时,耦合电容和直流电源应短路。
4、在放大电路中三极管的各极电流和极间电压既含有直流分量,又含有交流分量,经电容隔去直流后,只输出交流信号。
课时授课教案一授课计划批准人:批准日期:课序:4授课日期:授课班次:课题:第二章第2、2节:放大电路的直流工作状态目的要求:1、掌握放大电路直流工作点的解析法及图解法2、掌握电路参数对直流工作点的影响规律重点:直流工作点的解析法难点:电路参数对直流工作点的影响教学方法手段:结合电子课件讲解教具:电子课件、计算机、投影屏幕复习提问:1、如何画放大电路的直流通路和交流通路?2、三极管放大电路的工作原理?课堂讨论:1、如何用图解法确定直流工作点?2、电路参数如何影响直流工作点?布置作业:课时分配:课堂教学环节复习提问新课讲解课堂讨论每课小结布置作业时间分配(分钟)二、授课内容2、2 放大电路的直流工作状态引言分析放大电路的直流状态,其目的不仅在于使三极管处于放大状态,而且应把直流工作点确定在最佳状态,以保证最大限度且不失真地放大信号。
2、2、1 解析法确定静态工作点放大电路如图2-2(b)所示。
根据如图2-3(a)所示的放大电路的直流通路,首先取:UBEQ=0、7V(硅三极管)UBEQ=0、3V(锗三极管)2、2、2 图解法确定静态工作点1、用输入特性曲线确定直流工作点① ②方程①的图象如图中曲线所示,方程②为直线方程,其图象如AB直线所示。
二图象的交点Q即为直流工作点,其对应坐标分别为UBEQ、IBQ。
如图2-4(d)所示。
2、用输出特性曲线确定直流工作点①②方程①和②的图象的交点Q即为直流工作点,其对应坐标分别为UCEQ、ICQ、IBQ。
直流工作点应确定在直流负载线的中点附近,或者说确定在放大区的中央。
如图2一5所示。
这样可最大限度且不失真地放大信号。
2、2、3 电路参数对直流工作点的影响一、Rb对Q的影响因RC、VCC不变,直流负载线不变。
故当Rb增大时,则Q点沿直流负载线向下移动,输入信号幅度逐渐增大时,首先产生载止失真。
反之,当Rb减小时,Q点向上移动。
如图2一6(a)所示。
二、RC对Q的影响因VCC、Rb不变,IBQ不变。
故当RC增大时,减小,Q点向左移动;反之,Q点向右移动,如图2一6(b)所示。
三、VCC对Q的影响因Rb、RC不变。
故当VCC减小时,IBQ减小,同时直流负载线向左平移,Q点向左下方向移动;反之,Q向右上方移动。
如图2一6(c)所示。
为了克服电路参数对直流工作点的影响,直流电源VCC应当采用稳压电源。
RC及Rb 应采用分稳定的电阻。
小结1、可用解析法和图解法确定放大电路的直流工作点,前者简便,较精确;后者麻烦,不很精确,但直观。
2、用解析法确定直流工作点时,首先依三极管的材料选取UBEQ的值。
再依具体直流电路计算出IBQ、ICQ、IEQ、UCEQ。
3、用图解法确定直流工作点时,步骤如下:(1)首先用图解法或计算法确定UBEQ 、IBQ。
(2)在输出特性曲线中画出直流负载线。
(3)直流负载线与IBQ对应的那条输出特性曲线的交点Q即为直流工作点。
(4)最后确定Q点所对应的坐标UCEQ、ICQ。
作业教材P56 习题二:1、2、3、4、5、6、课时授课教案一授课计划批准人:批准日期:课序:5 授课日期:授课班次:课题:第二章第2、3节放大电路的动态分析目的要求:1、熟练掌握放大电路的微变等效电路法。
2、牢固掌握三种基本组态放大电路的分析方法。
3、了解三极管放大电路产生非线性失真的原因及克服方法。
重点:放大电路的的微变等效电路法。
难点:共集电极放大电路的动态分析教学方法手段:结合电子课件讲解教具:电子课件、计算机、投影屏幕复习提问:1、如何确定放大电路的直流工作点?2、电路参数如何影响直流工作点?课堂讨论:1、在什么条件下才能应用微变等效电路法?2、三极管三种基本组态放大电路的特点?布置作业:课时分配:课堂教学环节复习提问新课讲解课堂讨论每课小结布置作业时间分配(分钟)8751052二授课内容2、3 放大电路的动态分析引言当交流信号输入放大电路时,三极管各极电流和极间电压均发生变化,不仅有直流电源产生的直流分量,还有交流输入信号产生的交流分量。
2、3、1 图解分析动态电路一、交流负载线对交流信号而言,在通带内,耦合电容C1和C2可视为短路,电源VCC也视为短路。
交流负载电阻为:交流负载线的斜率为:交流负载线必定要经过直流工作点Q。
首先任意作一条斜率为的辅助线,如图2-7中的虚线所示。
然后过Q点作一条平行于辅助线的直线,该直线即为交流负载线。
或者取,过点和Q点作一条直线即为交流负载线。
二、电流和电压波形波形如图2-9所示。
2、3、2 放大电路的非线性失真一、产生非线性失真的原因1.三极管特性曲线的非线性引起的失真,如图2-10所示。
2.直流工作点不适当引起的失真,如图2-11所示。
3.交流输入信号的幅值过大会引起双向失真。
最大不失真输出电压的振幅为:二、克服非线性失真的措施1.从三极管输入特性曲线看,工作点Q应避开其弯曲部分,而确定在特性曲线线性度较好的地方。
2.从输出特性曲线看,直流工作点Q应确定在直流负载线或交流负载线的中点,不可偏高和偏低。
3.输入信号的幅值必须适当。
2、3、3 微变等效电路法一、条件当放大电路输入微变信号时,三极管各极电流和极间电压只在直流工作点附近很小的范围内变化。
只要直流工作点Q选得适当,在微小信号作用下,三极管的输入特性曲线和输出特性曲线可视为一小段直线,这样就可以把非线性的三极管用一个线性电流控制电流源的模型来代替。
进而建立整个放大电路的微变等效电路,然后按线性电路进行分析。
二、三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路如图2-15所示。
从基极和发射极看,可视为一个电阻;从集电极和发射极看,可视为一个电流控制电流源。
(低频小功率管)左右(高频小功率管)2、3、4三种基本组态放大电路的分析一、共发射极放大电路电路如图2-18(a)所示。
1.静态分析2.动态分析微变等效电路如图2-18(b)所示。
(1)电压放大倍数(2)输入电阻(3)输出电阻利用外加电源法求解使(4)源电压放大倍数结论:(1)输入电压与输出电压反相位/(2)电压放大倍数大。
(3)输入电阻较小。
(4)输出电阻较大二、共集电极放大电路电路如图2-19(a)所示。
1、静态分析2、动态分析微变等效电路如图2-19(b)所示。
(1)电压放大倍数当(2)输入电阻(3)输出电阻利用外加电源法求解,如图2-20所示。
结论:(1)输出电压与输入电压同相位。
(2)电压放大倍数小于一而近似等于一。
(3)输入电阻很大。
(4)输出电阻很小。
三、共基极放大电路电路如图2-21(a)所示1、静态分析2、动态分析微变等效电路如图2-21(b)所示。
(1)电压放大倍数(2)输出电阻(3)输入电阻结论:(1)输出电压与输入电压同相位。
(2)电压放大倍数大。
(3)输入电阻很小(4)输出电阻大小结1、在小信号作用下,可用微变等效电路法分析放大电路,其中三极管用线性电流控制电流源代替。
2、三极管特性曲线的非线性、直流工作点不适当、输入信号的幅值过大,都可能引起非线性失真。
3、三种基本组态放大电路各有各的特点,各有各的用途。
4、放大电路的动态性能指标有:放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、输出功率、转换效率等。
作业教材P58 习题二:67891011 课时授课教案一授课计划批准人:批准日期:课序:6 授课日期:授课班次:课题:第二章第2、4节静态工作点的稳定及其偏置电路目的要求:1、掌握放大电路的基本偏置方式及其特点。