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模电：第二章：基本放大电路

包包菜和白菜 2023-06-15 04:00:02
简介模电：第二章：基本放大电路

2.1放大电路的概念和放大电路的主要性能指标

2.1.1放大的概念

（1）放大电路放大的本质是能量的控制和转换。

（2）电子电路放大的基本特征是功率放大。

（3）放大的前提是不失真。

（4）能够控制能量的元件称为有源元件。

2.1.2放大电路的性能指标

（1）放大倍数：Auu、Aii、Aui、Aiu，重点研究Auu，简称Au

（2）输入电阻： _{Ri}=frac{Ui}{Ii} ，Ri越大电路从信号源索取电压的能力越大，索取电流大的能力越小。

若放大对象为电压，输入电阻越大输入电压越接近信号源电压，输入电阻越大越好；若放大对象为电流，输入电阻越小输入电流就越接近信号源电流，输入电阻越小越好。

（3）输出电阻：若输出信号为电流，则输出电阻越大，输出电流就越稳定，输出电流受负载影响就越小，若输出信号为电压信号，则输出电阻越小，输出电压越稳定，输出电压受负载的影响越小，带负载能力越强。

（4）通频带：

 放大倍数降低至0.707倍的频率（波特图则下降3dB），由于耦合电容大，级间电容小，下限截止频率由耦合电容决定，上限截止频率由级间电容决定。

（5）非线性失真系数

（6）最大不失真输出电压

一般用有效值Uom表示，也可用峰峰值表示 Uopp=2sqrt{2}Uom

（7）最大输出功率与效率

思考题

2.2基本共射放大电路的工作原理

以NPN为例

2.2.1基本共射放大电路的组成及各元件的作用

直流源VBB：产生小信号的交流源Ui本身很小，不能使发射结导通，所以单有Ui时，iB=0，需要加直流源VBB先导通发射结，与此同时产生了附着在直流IB上的变化的 ib

直流源VCC：放大电路的能源，并保证集电结反偏

晶体三极管：工作在放大区（发射结正偏，集电结反偏）
控制Vcc所提供的能量
注意管子的类型：NPN（Vc>Vb>Ve）、PNP（Vc<Vb<Ve）

电阻Rb：限流，防止电流过大将器件烧坏

电阻Rc：将电流信号变换为电压信号

加耦合电容：过滤直流分量，获得纯的放大的交流电压信号
隔直通交

2.2.2设置静态工作点的必要性

重要性：Q点不仅影响电路是否失真，而且影响着放大电路几乎所有动态参数。

硅管：U_{BEQ} =0.6~0.8v 

锗管：U_{BEQ} =0.1~0.3v 

解算顺序：U_{BEQ}   Rightarrow  I_{BQ}  Rightarrow  I_{CQ}  Rightarrow  U_{CEQ}

2.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析

2.2.4放大电路的组成原则

思考题

2.3放大电路的分析方法

2.3.1直流通路与交流通路

在直流电源作用下直流量所流经的通路为直流通路，在输入信号作用下动态量所流经的通路为交流通路。

2.3.2图解法

 如图，通过Rb和rbe将电压转化为电流，再通过Rc将电流转化为电压。Rb越小，一定输入电压变化量对应电流变化量就大，对输出影响也大，故Rb越小，增益越大。Rc越大，电流变化一定时Rc上的压降就越大，输出变化就大，增益就大。

截至失真是因为Q点选的太低，加上交流后，三极管在一部分电压区发生截至，导致输出顶部失真，改善方法为减小Rb、增大Vbb。

饱和失真的情况下，输入是正常的，但是输入电流过大，导致输出电流过大，使得Rc分走了很大的电压，导致在交流和直流叠加后在部分电流较大的区域（Rc分走的Vcc的电压比较大），U_{CEQ}小于了U_{BEQ}+0.7（即集电结没有反偏），从而失真，改善方法为减小Rc、增大Vcc、或从输入部分降低Q点。

非线性失真：

最大不失真电压Uom的求法：

 直流负载线与交流负载线：

 对于放大电路与负载直流耦合的情况，直流负载线与交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路，则只有在空载时两条直线才合二为一。

2.3.3等效电路法

h参数等效只能在低频小信号下适用，h参数等效模型是线性模型，为什么要低频呢，因为频率高的话结电容会有影响，为什么小信号呢，因为要保持线性。

 

 Rightarrow

 h参数的物理意义：

 h_{11e} 表示小信号作用下 b-e 间的动态电阻,常记作  r_{be} 。

h_{12e} 是当i_{b} = I_{BQ} 时 u_{BE} 对 u_{CE} 的偏导数。

h_{21e} 是当 u_{CE} = U_{CEQ} 时 i_{C} 对 i_{B} 的偏导数，h_{21e}表示晶体管在Q点附近的电流放大系数 eta 。

h_{22e} 是当 i_{B} = I_{BQ} 时 i_{C} 对 u_{CE} 的偏导数，即并联一个跨导。

思考题

2.4放大电路静态工作点的稳定

影响Q点的因素：温度（主要），元件老化（可以出厂后先老化，再匹配），电源电压波动。

2.4.1静态工作点稳定的必要性

Q不稳定可能不能正常放大，常引入直流负反馈或温度补偿的方法使 I_{BQ} 在温度变化是产生与 I_{CQ}相反的变化。

2.4.2典型静态工作点稳定电路、

c图可以稳定Q的原因：（1）Re的直流负反馈；（2）在I_{1} >> I_{BQ} 的情况下，U_{BQ}在温度变化时基本不变。

Re越大，稳定Q点效果越好，但在交流电路中Re会大大降低增益，甚至小于1，故采用阻容式耦合电路，但是，阻容式不易集成，故要采用一个不引入电容，又不减小增益，还可以在发射极引入大的反馈电阻的电路，这个电路就是差分放大电路。

2.4.3稳定静态工作点的措施

温度补偿、引入直流负反馈

 （a）为温度补偿，

（b）为温度补偿并引入直流负反馈

思考题

2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法

2.5.1基本共集放大电路

 静态工作点：

 I_{BQ}=frac{V_{BB}-U_{BEQ}}{R_{b}+(1+eta )R_{e})}     为什么没有算 r_{be}  ？

I_{EQ}=(1+eta )I_{BQ}

U_{CEQ}=V_{CC}-I_{EQ}R_{e}

 动态分析：

A_{u}=frac{(1+eta )R_{e}}{R_{b}+r_{be}+(1+eta )R_{e}}

R_{i}=R_{b}+r_{be}+(1+eta )R_{e}

R_{o}=R_{e}//frac{R_{b}+r_{be}}{1+eta }    ,    (计算时输入需要短路)

2.5.2基本共基放大电路

 静态工作点：

I_{EQ}=frac{V_{BB}-U_{BEQ}}{R_{e}}

I_{BQ}=frac{I_{EQ}}{1+eta }

U_{CEQ}=U_{CQ}-U_{EQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_{e}+U_{BEQ}

动态分析：

A_{u}=frac{eta R_{c}}{r_{be}+(1+eta )R_{e}}

R_{i}=R_{e}+frac{r_{be}}{1+eta }

R_{o}=R_{c}

2.5.3三种接法的比较

（1）放大能力：

共射：既能放大电流，又能放大电压。

共集：只能放大电流，不能放大电压。

共基：不能放大电流，只能放大电压。（输入输出电路分别为发射级和集电极，电流基本相当。）

（2）R_{i}和R_{o}：

共射：输入电阻居中，输出电阻较大。

共集：输入电阻最大，输出电阻最小。

共基：输入电阻小，电压放大倍数，输出电阻与共射相当。

（3）特点：

共射：常作为低频电压放大电路的单元电路。

共集：具有电压跟随的特点，常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射级输出。

共基：具有电流跟随的特点，高频特性三者中最好，常作为宽频放大电路。

思考题

NPN和PNP在交流小信号等效电路是一样的。

2.6场效应管放大电路

2.6.1场效应管放大电路的三种接法

2.6.2场效应管放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算

2.6.3场效应管放大电路的动态分析

思考题

2.7基本放大电路的派生电路

2.7.1复合管放大电路

（1）NPN----NPN  Rightarrow   NPN

（2）PNP----PNP  Rightarrow   PNP

（3）PNP----NPN  Rightarrow   PNP

（2）NPN----PNP  Rightarrow   NPN

        eta ≈ eta _{1}eta _{2}

 

2.7.2共射-共基放大电路

2.7.3共集-共基放大电路

思考题

2.8Multisim应用举例

2.8.1

2.8.2

2.8.3

2.8.4

风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。

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