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1、第二章 放大电路动态分析,本章从放大电路的交流通路入手，在输入低频小信号的条件下，器件用线性电路模型等效，然后用电路原理中的一些方法，来分析和计算放大电路的主要技术指标，所以本章是电子电路分析的基础，要求熟练掌握。,2.2.1 放大电路的动态性能指标,放大器的指标因放大器的功用不同而异。而且有些指标与信号源及电路负载有关。,主要的技术指标有：,放大器的放大倍数、输入阻抗（电阻）、输出阻抗（电阻），输出功率、最大不失真输出电压幅度、通频带宽度，非线性失真等等。,一、信号源和负载,1、信号源,适用于单端与地之间输入信号的放大电路单信号源,信号源为电压源,信号源为电流源,适用于双端输入信号的放大电路
2、双端信号源,RP为350时Va=Vb,RP不是350时VaVb,差分放大电路需要这种信号,2、放大电路的负载,放大电路的负载种类很多，对不同的负载，要求有不同的指标输出。,只要求放大器有足够大的电压幅度输出，如放大器负载是高内阻的电压表；,只要求放大器有足够大的输出电流，如放大器负载是继电器线圈；,要求放大器有足够大的输出功率，即既要有大的输出电压幅度，还要有尽量大的输出电流。如低频功放的负载是杨声器，能放出响亮的声音。,二、主要性能指标,(1)增益,又称放大倍数，衡量放大电路放大电信号的能力。最常用的是电压增益,开路电压增益：负载开路（即RL=）时的电压增益。,源电压增益,放大器的输出电压对
3、信号源电压vs的增益,分贝,增益常用分贝（dB)作为单位，1分贝1/10贝尔，源于功率增益的对数：,当用于电压增益时 ：,“ 0dB” 相当于 Av1；,“-40dB”相当于Av0.01；,“-20dB”相当于Av0.1；,“40dB”相当于 Av100；,“20dB”相当于 Av10；, ,(2)输入电阻Ri,输入电阻Ri是从放大电路输入端看进去的等效电阻，定义为输入电压与输入电流之比。,输入电阻反映了放大电路从信号源所汲取电压的能力。Ri越大，则信号电压损失越小，输入电压越接近信号源电压。,输入电阻影响源电压增益情况,(3)输出电阻Ro,放大电路负载开路时从输出端看进去的等效电阻。,输出电
4、阻Ro的大小，反映了放大电路带负载的能力。Ro越小，则放大电路带负载能力越强，电路输出越接近恒压源输出。,输出电阻Ro的确定：,分析时采用在输出端反加等效信号源的方法。,在实验室采用测量的方法,实际放大器输入电阻,实际放大器输出电阻,(4)通频带放大电路能放大信号的频率范围,由于电路中存在着电抗元件以及晶体管结电容和极间电容的影响，当放大电路的输入信号频率逐渐降低（或者逐渐升高）时，电压放大倍数都要降低，只有在一定频率范围（中频段范围）内，放大倍数才基本上为一常数。这说明一个放大电路对不同频率的信号，其放大能力（即增益）是不一样的。,通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。,在低
5、频段，因耦合电容存在，放大器的增益会随输入信号频率的下降而越来越小，输入/输出电压间的相移也将发生变化。,如对于低频功放电路，其通频带应大于音频范围(20Hz20kHz)。,下限频率：fL,通频带（带宽）：,单级共射阻容耦合放大电路的典型频率特性（幅频特性）,上限频率：fH,(5)最大不失真输出幅度,最大不失真输出幅度是放大电路在输出波形不产生明显的非线性失真条件下，所能提供的最大输出电压(或输出电流)峰值，用Vom(或Iom)表示。,工作点在交流负载线中点时的最大输出电流幅度,工作点在交流负载线中点时的最大输出电压幅度,截止失真：,截止失真时的电压波形,截止失真时的电流波形,由于进入截止区而
6、产生的失真,工作点偏低,截止失真的原因是： 静态工作点偏低， 小信号放大时，输入信号幅度太大。,饱和失真：,饱和失真时的电流波形,饱和失真时的电压波形,饱和压降,由于进入饱和区而产生的失真,工作点偏高,饱和失真的原因是： 静态工作点偏高， 输入信号幅度过大。,2.2.2 半导体三极管和场效应管 的低频小信号模型,在分析计算放大电路的具体指标时，可用作图方法图解法，也可通过电路模型计算法处理。常用的方法是通过电路模型来求取各项技术指标：,器件模型化的基本条件：, 器件工作在线性放大区；, 小信号,器件的动态工作范围在工作点附近的较小一段曲线；, 放大信号频率在“低”段范围;,在上述条件下，把晶体
7、三极管看成一个双口网络，并把b-e作为输入口，c-e为输出口，则网络外部的端电压和电流关系就是晶体管的输入特性和输出特性。,一、晶体三极管的低频小信号模型,可以写成如下关系式,式中，,vBE，iB，vCE，iC是各电量的瞬时总量（直流+交流）。,在低频小信号条件下，研究各变化量之间的关系，对两关系式求全微分得：,再令：,最后得到：,由电路网络理论得出：,晶体管低频小信号电路模型,其中,是晶体管输出交流短路时的输入电阻（动态输入电阻）,是晶体管输入交流开路时的内电压反馈系数（很小）,是晶体管输出交流短路时的电流放大系数,是输入交流开路时的输出电导（晶体管输出电阻的倒数）,而输出电导也很小，输出电
8、阻很大。所以，晶体三极管的低频小信号模型如下：,简化模型,完整的低频小信号模型,说明是非理想的CCCS,在应用三极管低频小信号模型时应注意：,和rbe可用H参数测试仪测得，而rbe可用公式估算 ：,只适用于低频小信号条件;,变化量或交流分量，不允许出现直流量或瞬时量符号;,模型中的参数，与Q点有关，不是固定常数;,电流源“ib” 方向和大小由ib 决定;,rbb为晶体三极管的基区体电阻，约为100300；,VT26mV（室温下，是电压的温度档量）；,IEQ为发射极静态电流。,其中：,由于发射结电阻和基极体电阻不在同一回路，所以有：,N,N,P,基区体电阻100300,发射区体电阻（略）,二、场
9、效应管的低频小信号模型,与推导半导体三极管的低频小信号模型相同，场效应管在低频小信号的条件下，在特性曲线Q点附近的某一小段曲线，同样可以等效成一条直线。,不管是结型的还是MOS场效应管，由于栅极都不取电流，而漏源之间是一个受控的电流源，所以有如下的低频小信号模型。,输入回路：由于场效应管的栅极电流为零，输入回路栅极源极之间可用开路来等效。,输出回路：受控电流源“gmvGS”和动态电 阻rds并联。,图中gm：低频跨导，它表征了vGS对iD的控制能力。,rds：输出电阻（动态电阻），通常可忽略。,受控电流源方向：对6种类型FET都适用。,2.2.3 放大电路的动态分析,动态分析是指：在放大电路的
10、交流通路基础上，假定放大器件工作在线性放大区内，利用其低频小信号模型建立起放大电路的微变等效电路，然后计算出放大电路的技术指标：,电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态性能指标,分析步骤是：,由放大电路画交流通路器件用低频小信号模型整理电路成微变等效电路用电路原理中的方法求解各项技术指标。,交流通路及画法：放大电路在输入信号作用下，只考虑信号电流和信号电压相关的通路，用于研究电路的动态性能指标。,画法：, 所有耦合电容和旁路电容都当作交流短路；（因耦合电容容量取得很大，容抗很小，可略去不计。）, 所有直流电源当作交流短路。（因理想电压源其内阻为零，对交流信号而言，其上没有交流电压变化量，即交流
11、压降为零，可略而不计。）,一、放大电路的三种基本组态,共射放大组态(CE),典型共射放大电路,交流通路,共集电极放大组态(CC),交流通路,共集电路组态（射极输出器）,共基极放大组态(CB),共基极放大电路,交流通路,FET放大电路的三种基本组态,共源极放大组态(CS),交流通路,共源极放大电路,共漏极放大组态(CD),交流通路,共漏极放大电路,共栅极放大组态(CG),共栅极放大电路,交流通路,放大电路分析的一般步骤：,二、基本放大电路的动态分析, 求静态工作点，根据Q点计算小信号模型参数，如rbe；, 确定交流通路；, 画出微变等效电路；, 计算动态性能指标（如Av、Ri、Ro）。,1共射放
12、大电路的动态分析,微变等效电路,电路,交流通路, 求电压放大倍数Av,输入电阻是放大器输入端看进去的等效电阻。, 计算输入电阻Ri,当信号源短路，负载开路，并从负载两端看进去的等效电阻。,由于信号源短路后，基极电流为零，所以受控源开路，故有：, 计算输出电阻Ro,通常在实际测量中，是当信号源短路，负载开路后，在负载开路两端加上一个等效电压源，然后产生多大电流来计量的。,可见对共射放大电路有：,2共集电级放大电路的动态分析,电路,交流通路,微变等效电路, 求电压放大倍数,共集电极放大电路的输出电压取自发射极，且电压放大倍数近似为1，所以，该放大电路又称为射极跟随器（射极输出器）。, 输入电阻计算
13、, 计算输出电阻,所以共集放大电路有,电压增益,输入电阻,输出电阻,3共基极放大电路的动态分析,电路,交流通路,微变等效电路, 求电压放大倍数, 计算输入电阻,(除Re以外部分的等效电阻), 计算输出电阻,RoRc,所以共基放大电路有,电压增益：,输入电阻：,输出电阻：,RoRc,【例2.2.1】,CE放大电路如图，设三极管在Q点附近的50,rbb=200。试计算：,（2）若改用100的三极管，重新计算Av、Ri、Ro；,（3）若不接Ce，对电路的性能指标有何影响？,（1）Av、Ri、Ro；,这是一个四电阻偏置的共射放大电路,k,mA,mA,画低频小信号等效电路（晶体管用简化模型）求：,Av、
14、Ri、Ro,（2）若改用100的三极管,mA,mA,射极电阻Re在静态时能抑制温漂，稳定静态工作点，所以，大的管子其IBQ减小，IEQ基本不变，rbe增大，在一定范围内电压增益增大。,选用电流放大系数大小后的比较,（3）若不接Ce,电路变成右图所示，它的静态工作点不变。其低频小信号等效电路变成为：,准共射放大电路,上面分析可知：发射极电阻在静态和动态时对直流和交流信号都有抑制作用称负反馈，在稳定静态工作点的同时，使电压放大倍数大大减小了，而输入电阻增大。为不减小增益，所以在射极电阻上并联了大电容。为了某种需要，有时不一定并联电容器。,【例2.2.2】两级阻容耦合放大器如图，T1是N沟道的耗尽型
15、场效应管，跨导gm=2mS、T2为双极型晶体管， ，略管子的输出电阻 。试求：,1.第二级的静态工作点；,2.画出整个电路的微变等效电路；,3.该放大电路的中频电压放大倍数；,4.放大电路的输入电阻Ri和输出电阻Ro；,5.加大输入信号时，该放大电路首先出现饱和失真还是首先出现截止失真？其最大不失真输出电压幅度约为多少？,解：(1)求第二级的静态工作点：,(2)整个放大电路的微变等效电路：,交流通路,交流通路,微变等效电路,(3)求电压放大倍数：,其中,(4)求输入电阻Ri和输出电阻Ro：,(5)当加大输入信号时，,若出现截止失真：,若出现饱失真：,所以，电路首先出现截止失真，其最大输出不失真电压幅度为,判断依据：,截止方向幅度,交流负载线,斜率：,饱和方向幅度,直流负载线,斜率：,2.2.5 2.2.9,