《模拟电子技术》备课笔记

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1、第二章 放大电路基础第一节 放大电路基本概念和主要性能指标和共射极放大电路组成及工作原理【教学目的】了解放大电路、放大电路模型、熟悉放大电路的主要性能指标，掌握共射极放大电路组成及工作原理、放大电路的分析方法【教学重点】共射极放大电路组成及工作原理、放大电路的分析方法【教学难点】共射极放大电路组成及工作原理、放大电路的分析方法【教学方法及手段】【课外作业】多媒体辅助教学【学时分配】2学时【自学内容】 【教学内容】1.放大的基本概念2.放大电路、放大电路模型、放大电路的主要性能指标3电路组成4工作原理5放大电路的分析方法1.1、电路放大的概念放大的本质是能量的控制和转换1.2、放大电路的主要性能

2、指标放大器可视为一个双端口网络，1. 电路增益 1）电压增益：（无量纲） 2）电流增益：（无量纲）3）互阻增益 （） 4）互导增益 （S）2. 输入电阻从放大电路输入端看进去的等效电阻为：3. 输出电阻：从放大电路输出端逆向看进去的电阻值为：（）在信号源短路（=0,但保留Rs）和负载开路（RL=）的条件下，在放大电路的输出端加一测试电压，相应的产生一测试电流，于是可得输出电阻为：为减少信号的衰减，输入电压信号时要求其输入电阻Ri越大越好，输入电流信号时要求其输入电阻Ri越小越好；输出电压信号时要求其输出电阻Ro越小越好，输出电流信号时要求其输出电阻Ro越大越好。4. 通频带宽BW 5. 非线性

3、失真系数6. 最大不失真输出电压7. 最大输出功率Pom与效率Pom/Pv 1.3共射极放大电路组成l 电路组成放大电路组成原则：u 提供直流电源，为电路提供能源。u 电源的极性和大小应保证BJT基极与发射极之间处于正向偏置；而集电极与基极之间处于反向偏置，从而使BJT工作在放大区。 u 电阻取值与电源配合，使放大管有合适的静态点。 u 输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。 u 当负载接入时，必须保证放大管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得多的信号电流或信号电压。共射极放大电路l 简化电路及习惯画法l 简单工作原理共射极基本放大电路的电压放大作用是利用了BJT的

4、电流控制作用，并依靠Rc将放大后的电流的变化转为电压变化来实现的。l 放大电路的分析方法静态：输入信号为零时，电路的工作状态，也称直流工作状态。动态：输入信号不为零时，电路的工作状态，也称交流工作状态。电路处于静态时，三极管个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。l 直流通路和交流通路根据叠加原理可将电路中的信号分解为：直流信号和交流信号。直流信号通过直流通路求解，交流信号通过交流通路求解。直流通路:当没加输入信号时，电路在直流电源作用下，直流电流流经的通路。直流通路用于确定静态工作点。直流通路画

5、法：电容视为开路；电感线圈视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻。交流通路:在输入信号作用下交流信号流经的通路。交流通路用于计算电路的动态性能指标。交流通路画法：容量大的电容视为短路；直流电源视为短路。对于放大电路来说其最基本要求，一是不失真，二是能够放大。只有在信号的整个周期内BJT始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。静态工作点设置合适能实现线性放大；静态工作点设置偏高会产生饱和失真；静态工作点设置偏低会产生截止失真。Q点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响着放大电路几乎所有的动态系数。直流分析, 又称为静态分析, 求电路的直流工作状态, 即基极直流电流IB; 集电极直流电流IC;

6、集电极与发射极间直流电压UCE。 交流分析, 又称动态分析, 求电压放大倍数、 输入电阻和输出电阻三项性能指标。 1.4 放大电路的直流工作状态l 解析法确定静态工作点（两个回路方程）输入回路方程基极电流IBQ: 输出回路方程集电极电流ICQ：【例】 估算图放大电路的静态工作点。设UCC=12 V, Rc=3k, Rb=280k, 。解 第二节 图解分析法【教学目的】掌握图解分析法的原理和主要应用方法【教学重点】 图解分析法的主要应用方法【教学难点】 放大电路中利用图解法进行静、动态分析【教学方法及手段】多媒体辅助教学【课外作业】 2.4【学时分配】 2学时【自学内容】【教学内容】1. 图解法

7、确定静态工作点；2. 图解法分析动态特性。2.1 图解法确定静态工作点将图改画成直流通路。 由两端向左看, 其iCuCE关系由三极管的输出特性曲线确定, uCE=UCC-iCRcuCE与iC是线性关系, 只需确定两点即可: l 图解法求Q点的步骤: (1) 在输出特性曲线所在坐标中, 按直流负载线方程uCE=UCC-iCRc, 作出直流负载线。 (2) 由基极回路求出IBQ。 (3) 找出iB=IBQ这一条输出特性曲线, 与直流负载线的交点即为Q点。读出Q点坐标的电流、电压值即为所求。【例】如图所示电路, 已知Rb=280k, Rc=3k, UCC=12V, 三极管的输出特性曲线如图所示, 试

8、用图解法确定静态工作点。 解 首先写出直流负载方程, 并作出直流负载线: 然后, 由基极输入回路, 计算IBQ直流负载线与iB=IBQ=40A这一条特性曲线的交点, 即为Q点, 从图上查出IBQ=40 A, ICQ=2mA, UCEQ=6V,结果一致。l 电路参数对静态工作点的影响Rc对Q点的影响Rc的变化, 仅改变直流负载线的N点, 即仅改变直流负载线的斜率。 Rc减小, N点上升, 直流负载线变陡, 工作点沿iB=IBQ这一条特性曲线右移。 Rc增大, N点下降, 直流负载线变平坦, 工作点沿iB=IBQ这一条特性曲线向左移。如图所示。 UCC对Q点的影响 UCC的变化不仅影响IBQ, 还

9、影响直流负载线, 因此, UCC对Q点的影响较复杂。 UCC上升, IBQ增大, 同时直流负载线M点和N点同时增大, 故直流负载线平行上移, 所以工作点向右上方移动。 UCC下降, IBQ下降, 同时直流负载线平行下移。所以工作点向左下方移动。如图所示。 实际调试中, 主要通过改变电阻Rb来改变静态工作点, 而很少通过改变UCC来改变工作点。 2.2 放大电路的动态分析l 图解法分析动态特性u 交流负载线的作法u 交流负载线两个特点: (1) 交流负载线必通过静态工作点, (2) 另一特点是交流负载线的斜率由表示。 过Q点, 作一条 斜率 的直线,就是交流负载线。【例】作图的交流负载线。已知特

10、性曲线如图所示, UCC=12V, Rc=3k,RL=3k, Rb=280k。解： 首先作出直流负载线, 求出Q点,。 显然作一条辅助线, 使其取U=6 V、I=4mA, 连接该两点即为交流负载线的辅助线, 过Q点作辅助线的平行线, 即为交流负载线。可以看出 。与按 相一致。放大电路的非线性失真由三极管特性曲线非线性引起的失真工作点不合适引起的失真。放大电路存在最大不失真输出电压幅值Umax或峰-峰值Up - p。 最大不失真输出电压是指: 当工作状态已定的前提下, 逐渐增大输入信号, 三极管尚未进入截止或饱和时, 输出所能获得的最大不失真输出电压。如ui增大首先进入饱和区, 则最大不失真输出

11、电压受饱和区限制, Ucem=UCEQ-Uces; 如首先进入截止区, 则最大不失真输出电压受截止区限制, Ucem=ICQR, 最大不失真输出电压值, 选取其中小的一个。第三节 微变等效电路法【教学目的】掌握用微变等效电路法分析放大电路的动态工作情况【教学重点】微变等效电路法的应用【教学难点】微变等效电路分析法【教学方法及手段】多媒体辅助教学【课外作业】 2.10、2.13【学时分配】 2学时【自学内容】【教学内容】1 低频H参数电路模型2 微变等效电路法的应用3 放大电路的工作点稳定问题3.1 低频H参数电路模型 意义：由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模

12、型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。思路：当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。 对于共发射极晶体管放大电路，在低频工作条件下，当把它看成一个双端口网络时，若取iB和uCE为自变量，则有 在工作点处，对式)取全微分，得 当输入为正弦量并用有效值表示时，以上两式可写为分别定义为晶体管输出交流短路时的输入电阻、输入交流开路时的反向电压传

13、输系数、输出交流短路时的电流放大系数和输入交流开路时的输出电导。四个参数具有不同的量纲，而且要在输入开路或输出交流短路条件下求得。共射极放大器的交流等效电路3.2 微变等效电路分析法l 微变等效电路分析法的一般步骤：u 根据直流通路估算静态工作点，并确定H参数； u 画出放大电路的交流通路； u 交流通路用BJT的H参数小信号模型代替电路中的BJT，画出放大电路的小 信号模型等效电路。 u 根据放大电路的小信号模型等效电路计算放大电路的交流指标 、 、 。hrevceibhiehfeibic1/hoevcevbe+-+-+-ebcBJT的H参数模型ibhiehfeibic1/hoevcevbe

14、+-+-ebcBJT的H参数简化模型ibrbeibicrcevcevbe+-+-ebcBJT的H参数简化模型H参数：；rbe 与Q点有关， 公式估算 3.3用微变等效电路分析共射极基本放大电路1) 利用直流通路求Q点：一般硅管VBF=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。2) 画出小信号等效电路3) 求电压增益：4) 求输入电阻：求输出电阻：例：电路如图所示，若三极管UBE=0.7V，UCE(sat)=0.3V，rbb100，Rs=1k,Rb=560k,Rc=4k,RL=4k,Vcc=12V,50。（1） 估算电路的静态工作点。（2）求Au，Ri，Ro和Aus。解：（1）求其静态工作点。（2

15、）首先画出微变等效电路图。 rberbb（1+）UT/IE1.4k； AuRL/ rbe71.4； 其中RLRC/RL； RiRb/rbe1.4k ；RoRc4k ； AusRi/（Ri+Rs）Au41.7 ；l 图解法和小信号模型分析方法的比较图解法的特点是真实地根据BJT的非线性特性求解。它在输入大信号以及分析输出幅值和波形失真的情况时比较合适。小信号模型分析法的特点是在小信号条件下，将BJT线性化为我们所熟悉的线性网络来，进而利用电路理论的方法分析放大电路的各项技术指标，它适用于放大电路工作于小信号时的动态分析。 3.4射极偏置电路l 稳定工作点原理：目标：温度变化时，使IC维持恒定。如

16、果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。射极偏置电路电路稳定工作点的物理过程：利用Rb1和Rb2组成的分压器以固定基极电位。如果I1IB（I1是流经Rb1、Rb2的电流），就可近似地认为基极电位VBRb2VCC/（Rb1+ Rb2）。在此条件下，当温度上升时，IC（IE）将增加，由于IE的增加，在Re上产生的压降IERe也要增加，使外加于管子的VBE减小（因VBE=VBIERe，而VB又被Rb1和Rb2所固定），由于VBE的减小使IB自动减小，结果牵制了IC的增加，从而使IC基本恒定。这就是反馈控制的原理。 由上述分析可知，I愈大于IB及VB愈大于VBE，则该电路稳定Q的效

17、果愈好。为兼顾其他指标，设计此种电路时，一般可选取I1=（510）IB（硅管）；I1=（1020）IB（锗管） VB=（35）V（硅管）；VB=（13）V；（锗管） l 放大电路指标分析静态工作点： 电压增益：输入电阻： 输出电阻：电路处于放大区的条件：l 射极偏置电路改进具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标，共射极放大器如图所示。分压式稳定偏置电路，使晶体管有一合适工作点(ICQ，UCEQ)。由于旁通电容CE将RE交流短路，因而射极交流接地。由放大器交流通路画出图所示交流等效电路。虚线方框部分是被替换的晶体管交流模型。u 电压放大倍数Au 输入交流电压可表示为输出交流电

18、压为故得电压放大倍数u 输出电阻 按照Ro的定义，在)电路的输出端加一电压Uo，并将Us短路时，因Ib=0，则受控源Ib=0。这时，从输出端看进去的电阻为RC，因此u 源电压放大倍数Aus Aus定义为输出电压Uo与信号源电压Us的比值，即u 将旁通电容CE开路即发射极接有电阻RE时的情况 对交流信号而言，发射极将通过电阻RE接地，交流等效电路 放大倍数减小。这是因为RE的自动调节(负反馈)作用，使得输出随输入的变化受到抑制，从而导致Au减小。当(1+)RErbe时，则有输入电阻Ri变为 Ri=RB1RB2R即射极电阻RE折合到基极支路应扩大(1+)倍。因此，放大器的输入电输出电阻 Ro=RC

19、。 例 在图电路中，若RB1=75k，RB2=25k,RC=RL=2k,RE=1k,UCC=12V，晶体管采用3DG6管，=80, r bb=100,Rs=0.6k,试求该放大器的直流工作点ICQ、UCEQ及Au,Ri,Ro和Aus等项指标。解 按估算法计算Q点： 第四节 晶体管单管放大电路三种基本接法【教学目的】掌握晶体管单管放大电路三种基本接法，了解晶体管基本放大电路的派生电路；【教学重点】 共集、共基放大电路工作原理和三种基本组态的性能比较；【教学难点】 求共集、共基放大电路的性能指标；【教学方法及手段】多媒体教学【课外作业】 2.17、2.18、2.19【学时分配】 2学时【自学内容】

20、【教学内容】1. 共集电极放大器和共基极放大器；2. 组合放大电路。4.1 共集电极放大器和共基极放大器l 共集电极放大器 具有内阻Rs的信号源Us从基极输入，信号从发射极输出，而集电极交流接地，作为输入、输出的公共端。由于信号从射极输出，所以该电路又称为射极输出器。u 电压放大倍数AuAu恒小于1，一般情况下，满足(1+)RLrbe，因而又接近于1，且输出电压与输入电压同相。又称为射极跟随器。u 输入电阻Ri 从基极看进去的电阻Ri为 与共射电路相比，由于Ri显著增大，因而共集电路的输入电阻大大提高了。 u 输出电阻Ro l 共基极放大电路当输出端外加电压Uo，而将Us短路并保留内阻Rs时，

21、可得图示电路。 图中RB1、RB2、RE和RC构成分压式稳定偏置电路，为晶体管设置合适而稳定的工作点。信号从射极输入，由集电极输出，而基极通过旁通电容CB交流接地，作为输入、输出的公共端。按交流通路画出该放大器的交流等效电路如图。u 电压放大倍数Auu 电流放大倍数Ai 输入电流IiIe，而输出电流 AiRL，则Ai，即共基极放大器没有电流放大能力。但因Au1，所以仍有功率增益。 u 输入电阻Ri 按上述基极支路和射极支路的折合关系，由射极看进去的电阻Ri为 u 输出电阻Ro 由图可知，若Ui=0，则Ib=0,Ib=0，有4.2 三种基本放大器性能比较 共射极电路既有电压增益，又有电流增益，应

22、用最广，常用作各种放大器的主放大级。但作为电压或电流放大器，它的输入和输出电阻并不理想即在电压放大时，输入电阻不够大且输出电阻又不够小；而在电流放大时，则输入电阻又不够小且输出电阻也不够大。 4.3 组合放大电路 对输入、输出电阻及其它性能要求。根据三种基本放大电路的特性，将它们适当组合，取长补短，获得各具特点的组合放大器。l 共集共射(CCCE)和共射共集(CECC)组合放大电路 CCCE和CECC组合放大器的交流通路分别如图示。利用共集放大器输入电阻大而输出电阻小的特点，将它作为输入级构成CCCE组合电路时，放大器具有很高的输入电阻，这时源电压几乎全部输送到共射电路的输入端。 例 放大电路

23、如图所示。已知晶体管=100, rbe1=3k,rbe2=2k,rbe3=1.5k，试求放大器的输入电阻、输出电阻及源电压放大倍数。 解 该电路为共集、共射和共集三级直接耦合放大器，亦可看作CC-CECC组合放大器。为了保证输入和输出端的直流电位为零，电路采用了正、负电源，并且用稳压管VZ和二极管VD1分别垫高V2,V3管的射极电位。而在交流分析时，因其动态电阻很小，可视为短路。 u 输入电阻Ri： u 输出电阻Ro: l 共射共基(CECB)组合放大器 CECB组合放大器及其交流通路分别如图所示。由于共基放大器的输入电阻很小，将它作为负载接在共射电路之后，致使共射放大器只有电流增益而没有电压

24、增益。而共基电路只是将共射电路的输出电流接续到输出负载上。因此，这种组合放大器的增益相当于负载为RL(=RCRL)的一级共射放大器的增益，即接入低阻共基电路使得共射放大器电压增益减小的同时，也大大减弱了共射放大管内部的反向传输效应。一方面提高了电路高频工作时的稳定性，另一方面明显改善了放大器的频率特性。得CECB组合放大器在高频电路中广泛应用。 第五节 场效应管放大电路【教学目的】掌握场效应管单管放大电路的静态及动态分析法，了解放大电路的频率响应特性；【教学重点】 场效应管单管放大电路的静态及动态分析法；【教学难点】 场效应管放大电路进行动态分析【教学方法及手段】多媒体教学【课外作业】 2.2

25、1、2.23【学时分配】 2学时【自学内容】【教学内容】1. 场效应管直流偏置电路及静态分析；2. 场效应管放大电路的小信号模型分析法。5.1 直流偏置电路l 静态工作点 （1）自偏压电路 （2）分压式自偏压电路VGSRgRg1Rg2R1R+VDDvi+-Rdvo+-RL5.2 场效应管放大电路的小信号模型分析法ll 场效应管小信号模型l 动态指标分析（共源电路）（1）中频小信号模型rgsRRdRLRgRg1Rg2（2）中频电压增益：RgRg1Rg2RRL+VDDvi+-（3）输入电阻：rgsRRLRgRg1Rg2vi+-vo+-+vgsgmvgs（4）输出电阻：5.3 动态指标分析（共漏电路

26、：源极输出器）（1）中频小信号模型（2）中频电压增益：（3）输入电阻：（4）输出电阻：5.4 场效应管放大电路与三极管（BJT）放大电路的性能比较场效应管放大电路的共源电路、共漏电路、共栅电路分别与三极管放大电路的共射电路、共集电路、共基电路相对应。 共源电路与共射电路均有电压放大作用，且输出电压与输入电压相位相反。为反相电压放大器。共漏电路与共集电路均没有电压放大作用且输出电压与输入电压同相位。为电压跟随器。共栅电路和共基电路均有输出电流与输入电流接近相等，为电流跟随器。两种放大电路的输入电流都比较大，它们的输入电阻都比较小。场效应管放大电路最突出的优点是，共源、共漏和共栅电路的输入电阻高于相应的共射、共集和共基电路的输入电阻。此外，场效应管还有噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强等优于三极管的特点，而且便于集成。场效应管的低频跨导一般比较小，放大能力比三极管差，因而共源电路的电压增益往往小于共射电路的电压增益。MOS管栅源极之间的等效电容Cgs只有几皮法 几十皮法，而栅源电阻rgs又很大，若有感应电荷，则不易释放，从而形成高电压，以至于将栅源极间的绝缘层击穿，造成管子永久性损坏。使用时应注意保护。