电子电路基础-单管放大电路
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Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo) ，以实现电压信号的放大。
基本放大电路
2、基本共射放大电路的工作原理
当信号电压ΔuI=0时，偏置单独作用，放大电路处 于静态
放大电路的静态工作点Q : UBEQ、IBQ和ICQ、UCEQ 当信号电压ΔuI≠0时，信号电压与偏置共同作用， 放大电路处于动态 静态工作点Q附近 ΔuI→UBEQ+ΔuBE→IBQ+ΔiB→ICQ+ΔiC→uO=UCEQ+ ΔuCE
20lg|A(jω)| 中频段 ωL ωH ω
低频段
高频段
ωBW
通频带 fBW= fH -fL (ωBW= ωH - ωL)
基本放大电路
5、非线性失真系数
输入信号幅度超过一定值，放大电路的输出信号 产生非线性失真
非线性失真系数——输出信号中的谐波成分总量 与基波成分之比
U om2 2 U om3 2 D ( ) ( ) U om1 U om1
基本放大电路
①截止失真 静态工作点设置偏低，当输入信号幅度超过一定 值， BJT工作范围超出放大区，先进入截止区， 输出电压的波形出现削顶现象，产生截止失真
基本放大电路
iB
iB
UBB/R'b Q
t
IBQ
UBEQ uBE
UBB+ΔuI uBE
ΔuI
t
t
截止失真是在输入回路首先产生失真
基本放大电路
Rc
_
1、静态工作点
当信号电压ΔuI=0时，偏置单独作用，放大电路处 于静态
基本放大电路
Rb Rs
UBB
Rc +
RL UO
_
UCC
输入回路线性部分——负载线
U BE U BB (R s R b )I B U BB R b I B
基本放大电路
输入回路非线性部分——BJT输入特性
Ro越小，负载电阻RL变化时∆uo的变化越小，称为 放大电路的带负载能力越强。 4、通频带 放大电路对不同频率信号有不同的放大倍数—— 输入信号频率低到一定程度或高到一定程度放大 倍数会下降并产生相移
基本放大电路
20lg|A(jω)|
ω φ(ω) ω
基本放大电路
下限截止频率fL(下限截止角频率ωL ) 上限截止频率fH(上限截止角频率ωH )
基本放大电路
阻容耦合共射放大电路的直流通路
UCC Rb Rc + UO _
基本放大电路
阻容耦合共射放大电路的交流通路
Rb Rs + + ΔuI ΔuS _ _
Rc + RL ΔuO _
基本放大电路
+ + Rs + ΔuI Rb ΔuS _ _
Rc RL ΔuO _
基本放大电路
3.6.2 基本共射放大电路的图解法 Rb iB + + Rs ΔuI uBE + ΔuS _ _ UBB _ iC + uO=uCE RL UCC
基本放大电路
② 直接耦合共射放大电路
－
＋ UBEQ
问题： 静态时，U BEQ U Rb1 1. 两种电源 2. 信号源与放大电路不“共地” 动态时，VCC和uI同时作用 于晶体管的输入回路。
将两个直流电 源合二为一
有交流损失
有直流分量
基本放大电路
③ 阻容耦合共射放大电路 UCC Rb C1 Rs + + ΔuI ΔuS _ _ Rc C2 + RL ΔuO _
t 合适的静态工作点是放大电路不失真放大的基本 保证
基本放大电路
3、放大电路的组成原则 合适的直流电源，合适的电阻
输入信号能够作用于输入回路
接在输出回路的负载能够获得输出信号——放 大了的输入信号 共地 负载上无直流分量 习题：(p138)2.1
基本放大电路
基本放大电路
3.6 放大电路的分析方法
+ Rs ΔuI + ΔuS _ _ UBB Rc + RL uO _ UCC
基本放大电路
Rb + Rs ΔuI + ΔuS _ _ UBB
Rc
+ RL uO _
UCC
输入回路线性部分——负载线
u BE U BB u I R b i B
输入回路非线性部分——BJT输入特性
基本放大电路
基本放大电路
u o 源电压放大倍数 A us u s i o 源跨导放大倍数 A gs u s
u o 源互阻放大倍数 A rs i s 源电流放大倍数 A is i o i s
基本放大电路
2、输入电阻 放大电路相当于信号源的负载——放大电路的输 入端等效为输入电阻Ri
基本放大电路
输出回路非线性部分——BJT输出特性 IC U'CC/R'L
ICQ Q UCEQ IBQ U'CC UCE
UCE UCC RL IC
放大电路的静态工作点Q——UBEQ、IBQ和ICQ、UCEQ
基本放大电路
2、电压放大倍数 当信号电压ΔuI≠0时，信号电压与偏置共同作用， 放大电路处于动态 Rb
3.6.1 直流通路与交流通路 放大电路中，直流偏置和信号的作用共存 电容、电感等电抗元件的“隔直通交”特性，使 直流量流经的通路与交流量流经的通路不完全相 同 直流通路——偏置单独作用下直流量流经的通 路 对于直流通路，信号源置零(电压源短路、电流源 开路)，电容开路，电感短路
基本放大电路
直流通路用于设置合适的静态工作点 交流通路——信号单独作用下交流量流经的通 路 对于交流通路，偏置电源置零(电压源短路、电流 源开路)，电容短路，电感开路 交流通路用于研究动态参数
基本放大电路
①基本共射放大电路
Rb
Rs Rc
+ ΔuS _
UBB
+ ΔuI _
+
RL
uO _
UCC
基本放大电路
基本共射放大电路的直流通路
Rb Rs UBB Rc + RL UO _ UCC
基本放大电路
基本共射放大电路的交流通路 Rb + Rs + ΔuI ΔuS _ _ +
Rc RL
ΔuO _
3.5 BJT基本共射电压放大电路
1、BJT基本共射电压放大电路的组成 Rb + Rs ΔuI + ΔuS _ _ UBB Rc + RL uO _
UCC
放大偏置的BJT输入端接信号源ΔuI，输出端接负 载电阻RL
基本放大电路
Rb
Rs
Rc
+ ΔuS _
UBB
+ ΔuI _
+
RL
uO _
UCC
输入回路中，UBB、Rb：使UBE＞ Uon，且 有合适的IB。 UCC：使UCE UBE，同时作为负载的能源。
i C iC IBQ+ΔiB t ICQ
Q
IBQ uCE uCE
UCEQ
t 截止失真：输出电压的波形出现削顶现象
基本放大电路
②饱和失真
静态工作点设置偏高，当输入信号幅度超过一定 值， BJT工作范围超出放大区，先进入饱和区， 输出电压的波形出现削底现象，产生饱和失真
基本放大电路
iB U /R' BB b
Rs + + ΔuI 放大电路 ΔuS _ _
+ RL ΔuO _
输出信号一般由负载电阻RL接收——ΔuO或ΔiO
基本放大电路
放大电路的性能指标： 1、放大倍数 电压放大倍数 电流放大倍数
互阻放大倍数 跨导放大倍数
u O A uu A u u I i O A ii A i i I u O A ui A r i I i O A iu A g u I
ΔiI Rs
+ Δu_ S
+ ΔuI _
放大电路
RL
+ ΔuO _
ΔiI Rs + ΔuS _ + ΔuI _ Ri
基本放大电路 ΔiI Rs + ΔuS _ + ΔuI _
Ri
u I 输入电阻R i i I
输入电阻与信号源内阻无关但与负载电阻有关
基本放大电路
3、输出电阻 从负载看，信号源与放大电路构成含源单口 ——戴维南/诺顿等效电路
iB iB
UBB/Rb
(UBB+ΔuI)/Rb
Q UBB
IBQ t
ΔiB
uBE t
UBB+ΔuI uBE ΔuI ΔuI
t
基本放大电路
Rb
+ Rs ΔuI + ΔuS _ _ UBB
Rc +
RL uO
_
UCC
输出回路线性部分——负载线
u CE UCC RLi C
输出回路非线性部分——BJT输出特性
ΔiO
Rs + + ΔuI ΔuS _ _
放大电路
RL
+ ΔuO _
ΔiO
Ro + Δu_ OC
RL
+ ΔuO _
基本放大电路
ΔiO
Ro + Δu_ OC
RL
+ ΔuO _
u O 输出电阻R o i O
u S 0
输出电阻与负载电阻无关但与信号源内阻有关
基本放大电路
RL u O u OC Ro RL
基本放大电路
3.4 放大的概念和放大电路的性能指标
3.4.1 放大的概念
放大的对象——信号——变化量 放大的本质——能量的控制和转换 放大的前提——不失真——输出信号与输入信号 保持线性关系 3.4.2 放大电路的性能指标
从信号传输角度，将放大电路看成双口网络
基本放大电路
输入信号
放大电路
输出信号
输入信号一般由含内阻Rs的信号源(电压源ΔuS或 电流源ΔiS)提供——ΔuI或ΔiI
当u I 0时，i B 0，i C 0，u CE 0 而u I 0时，i B 0，i C 0，u CE 0 Au 0
基本放大电路
3、波形非线性失真
若静态工作点设置不合适，当输入信号幅度超过 一定值，BJT工作范围超出放大区，进入截止区或 /和饱和区，输出信号的波形出现削波现象，产生 削波失真 削波失真由BJT的非线性特性引起，属于非线性失 真 削波失真包括截止失真和饱和失真
基本放大电路
设置合适的静态工作点 iB iB
t
IBQ
Q
UBEQ
uBE uBE
ΔuI
t
t
基本放大电路
iC iC ICQ t UCEQ Q
IBQ+ΔiB IBQ
uCE uCE
t
基本放大电路
设置不合适的静态工作点 iB iB
t
IBQ
Q UBEQ
uBE uBE
t
基本放大电路
iC iC
t
ICQ
IBQ+ΔiB Q IBQ uCE UCEQ uCE
基本放大电路
当静态工作点设置于放大区内负载线的中点 iC
Q
IBQ U'CC uCE
UCES UCEQ
uCE
t
UCEQ UCES U CC UCEQ
基本放大电路
1 U CEQ ( UCC U CES ) U CES 2 1 U CEQ ( U CC U CES ) 2
iBm
iB (UBB+ΔuI)/R'b
IBQ
Q UBB+ΔuI
t
UBB
uBE
uBE
ΔuI
t
t
基本放大电路
iC ICQ t
iC
Q
IBQ+iBm I BQ i B
IBQ
IBQ–iBm
UCEQ
uCE uCE
t
饱和失真是输出回路产生失真； 输出电压的波形出现削底现象
基本放大电路
4、最大不失真输出电压 最大不失真输出电压——BJT工作范围不超出放大 区的最大输出电压
基本放大电路
iC
Q
IBQ U'CC
UCES UCEQ
uCE
uCE
t
2U om min{ UCC U CEQ , U CEQ U CES }
基本放大电路
iC
Q
IBQ
UCES UCEQ
U'CC
uCE uCE
t
2U om min{ UCC U CEQ , U CEQ U CES }
基本放大电路
6、最大不失真输出电压 最大不失真输出电压有效值Uom 最大不失真输出电压峰峰值Uopp
U opp 2 2U om
7、最大输出功率与效率 最大输出功率Pom ——不失真条件下负载能获得的最大功率
效率η
基本放大电路
——最大输出功率条件下偏置电源能量利用率
Pom PU
基本放大电路
2U om min{ UCC U CEQ , U CEQ U CES }
1 ( U CC U CES ) 2
最大不失真输出电压有效值Uom达到最大
基本放大电路
5、直流负载线和交流负载线
①基本共射放大电路 Rb Rc
+ Rs ΔuI + ΔuS _ _ UBB
IB UBB/R'b
IBQ Q UBEQ UBB UBE
U BE U BB Rb I B
基本放大电路
Rb Rs
UBB
Rc +RL UCE_UCC输出回路线性部分——负载线
U CE
R cR L RL U CC I C UCC R L I C Rc RL Rc RL
基本放大电路
i C iC ICQ t IBQ+ΔiB IBQ UCEQ ΔuCE t 输出电压与输入电压反向 uCE
ΔiC
uCE
基本放大电路
u O u CE Au u I u I
u I i B i C u CE A u
输入回路图解 输出回路图解
基本放大电路
2、基本共射放大电路的工作原理
当信号电压ΔuI=0时，偏置单独作用，放大电路处 于静态
放大电路的静态工作点Q : UBEQ、IBQ和ICQ、UCEQ 当信号电压ΔuI≠0时，信号电压与偏置共同作用， 放大电路处于动态 静态工作点Q附近 ΔuI→UBEQ+ΔuBE→IBQ+ΔiB→ICQ+ΔiC→uO=UCEQ+ ΔuCE
20lg|A(jω)| 中频段 ωL ωH ω
低频段
高频段
ωBW
通频带 fBW= fH -fL (ωBW= ωH - ωL)
基本放大电路
5、非线性失真系数
输入信号幅度超过一定值，放大电路的输出信号 产生非线性失真
非线性失真系数——输出信号中的谐波成分总量 与基波成分之比
U om2 2 U om3 2 D ( ) ( ) U om1 U om1
基本放大电路
①截止失真 静态工作点设置偏低，当输入信号幅度超过一定 值， BJT工作范围超出放大区，先进入截止区， 输出电压的波形出现削顶现象，产生截止失真
基本放大电路
iB
iB
UBB/R'b Q
t
IBQ
UBEQ uBE
UBB+ΔuI uBE
ΔuI
t
t
截止失真是在输入回路首先产生失真
基本放大电路
Rc
_
1、静态工作点
当信号电压ΔuI=0时，偏置单独作用，放大电路处 于静态
基本放大电路
Rb Rs
UBB
Rc +
RL UO
_
UCC
输入回路线性部分——负载线
U BE U BB (R s R b )I B U BB R b I B
基本放大电路
输入回路非线性部分——BJT输入特性
Ro越小，负载电阻RL变化时∆uo的变化越小，称为 放大电路的带负载能力越强。 4、通频带 放大电路对不同频率信号有不同的放大倍数—— 输入信号频率低到一定程度或高到一定程度放大 倍数会下降并产生相移
基本放大电路
20lg|A(jω)|
ω φ(ω) ω
基本放大电路
下限截止频率fL(下限截止角频率ωL ) 上限截止频率fH(上限截止角频率ωH )
基本放大电路
阻容耦合共射放大电路的直流通路
UCC Rb Rc + UO _
基本放大电路
阻容耦合共射放大电路的交流通路
Rb Rs + + ΔuI ΔuS _ _
Rc + RL ΔuO _
基本放大电路
+ + Rs + ΔuI Rb ΔuS _ _
Rc RL ΔuO _
基本放大电路
3.6.2 基本共射放大电路的图解法 Rb iB + + Rs ΔuI uBE + ΔuS _ _ UBB _ iC + uO=uCE RL UCC
基本放大电路
② 直接耦合共射放大电路
－
＋ UBEQ
问题： 静态时，U BEQ U Rb1 1. 两种电源 2. 信号源与放大电路不“共地” 动态时，VCC和uI同时作用 于晶体管的输入回路。
将两个直流电 源合二为一
有交流损失
有直流分量
基本放大电路
③ 阻容耦合共射放大电路 UCC Rb C1 Rs + + ΔuI ΔuS _ _ Rc C2 + RL ΔuO _
t 合适的静态工作点是放大电路不失真放大的基本 保证
基本放大电路
3、放大电路的组成原则 合适的直流电源，合适的电阻
输入信号能够作用于输入回路
接在输出回路的负载能够获得输出信号——放 大了的输入信号 共地 负载上无直流分量 习题：(p138)2.1
基本放大电路
基本放大电路
3.6 放大电路的分析方法
+ Rs ΔuI + ΔuS _ _ UBB Rc + RL uO _ UCC
基本放大电路
Rb + Rs ΔuI + ΔuS _ _ UBB
Rc
+ RL uO _
UCC
输入回路线性部分——负载线
u BE U BB u I R b i B
输入回路非线性部分——BJT输入特性
基本放大电路
基本放大电路
u o 源电压放大倍数 A us u s i o 源跨导放大倍数 A gs u s
u o 源互阻放大倍数 A rs i s 源电流放大倍数 A is i o i s
基本放大电路
2、输入电阻 放大电路相当于信号源的负载——放大电路的输 入端等效为输入电阻Ri
基本放大电路
输出回路非线性部分——BJT输出特性 IC U'CC/R'L
ICQ Q UCEQ IBQ U'CC UCE
UCE UCC RL IC
放大电路的静态工作点Q——UBEQ、IBQ和ICQ、UCEQ
基本放大电路
2、电压放大倍数 当信号电压ΔuI≠0时，信号电压与偏置共同作用， 放大电路处于动态 Rb
3.6.1 直流通路与交流通路 放大电路中，直流偏置和信号的作用共存 电容、电感等电抗元件的“隔直通交”特性，使 直流量流经的通路与交流量流经的通路不完全相 同 直流通路——偏置单独作用下直流量流经的通 路 对于直流通路，信号源置零(电压源短路、电流源 开路)，电容开路，电感短路
基本放大电路
直流通路用于设置合适的静态工作点 交流通路——信号单独作用下交流量流经的通 路 对于交流通路，偏置电源置零(电压源短路、电流 源开路)，电容短路，电感开路 交流通路用于研究动态参数
基本放大电路
①基本共射放大电路
Rb
Rs Rc
+ ΔuS _
UBB
+ ΔuI _
+
RL
uO _
UCC
基本放大电路
基本共射放大电路的直流通路
Rb Rs UBB Rc + RL UO _ UCC
基本放大电路
基本共射放大电路的交流通路 Rb + Rs + ΔuI ΔuS _ _ +
Rc RL
ΔuO _
3.5 BJT基本共射电压放大电路
1、BJT基本共射电压放大电路的组成 Rb + Rs ΔuI + ΔuS _ _ UBB Rc + RL uO _
UCC
放大偏置的BJT输入端接信号源ΔuI，输出端接负 载电阻RL
基本放大电路
Rb
Rs
Rc
+ ΔuS _
UBB
+ ΔuI _
+
RL
uO _
UCC
输入回路中，UBB、Rb：使UBE＞ Uon，且 有合适的IB。 UCC：使UCE UBE，同时作为负载的能源。
i C iC IBQ+ΔiB t ICQ
Q
IBQ uCE uCE
UCEQ
t 截止失真：输出电压的波形出现削顶现象
基本放大电路
②饱和失真
静态工作点设置偏高，当输入信号幅度超过一定 值， BJT工作范围超出放大区，先进入饱和区， 输出电压的波形出现削底现象，产生饱和失真
基本放大电路
iB U /R' BB b
Rs + + ΔuI 放大电路 ΔuS _ _
+ RL ΔuO _
输出信号一般由负载电阻RL接收——ΔuO或ΔiO
基本放大电路
放大电路的性能指标： 1、放大倍数 电压放大倍数 电流放大倍数
互阻放大倍数 跨导放大倍数
u O A uu A u u I i O A ii A i i I u O A ui A r i I i O A iu A g u I
ΔiI Rs
+ Δu_ S
+ ΔuI _
放大电路
RL
+ ΔuO _
ΔiI Rs + ΔuS _ + ΔuI _ Ri
基本放大电路 ΔiI Rs + ΔuS _ + ΔuI _
Ri
u I 输入电阻R i i I
输入电阻与信号源内阻无关但与负载电阻有关
基本放大电路
3、输出电阻 从负载看，信号源与放大电路构成含源单口 ——戴维南/诺顿等效电路
iB iB
UBB/Rb
(UBB+ΔuI)/Rb
Q UBB
IBQ t
ΔiB
uBE t
UBB+ΔuI uBE ΔuI ΔuI
t
基本放大电路
Rb
+ Rs ΔuI + ΔuS _ _ UBB
Rc +
RL uO
_
UCC
输出回路线性部分——负载线
u CE UCC RLi C
输出回路非线性部分——BJT输出特性
ΔiO
Rs + + ΔuI ΔuS _ _
放大电路
RL
+ ΔuO _
ΔiO
Ro + Δu_ OC
RL
+ ΔuO _
基本放大电路
ΔiO
Ro + Δu_ OC
RL
+ ΔuO _
u O 输出电阻R o i O
u S 0
输出电阻与负载电阻无关但与信号源内阻有关
基本放大电路
RL u O u OC Ro RL
基本放大电路
3.4 放大的概念和放大电路的性能指标
3.4.1 放大的概念
放大的对象——信号——变化量 放大的本质——能量的控制和转换 放大的前提——不失真——输出信号与输入信号 保持线性关系 3.4.2 放大电路的性能指标
从信号传输角度，将放大电路看成双口网络
基本放大电路
输入信号
放大电路
输出信号
输入信号一般由含内阻Rs的信号源(电压源ΔuS或 电流源ΔiS)提供——ΔuI或ΔiI
当u I 0时，i B 0，i C 0，u CE 0 而u I 0时，i B 0，i C 0，u CE 0 Au 0
基本放大电路
3、波形非线性失真
若静态工作点设置不合适，当输入信号幅度超过 一定值，BJT工作范围超出放大区，进入截止区或 /和饱和区，输出信号的波形出现削波现象，产生 削波失真 削波失真由BJT的非线性特性引起，属于非线性失 真 削波失真包括截止失真和饱和失真
基本放大电路
设置合适的静态工作点 iB iB
t
IBQ
Q
UBEQ
uBE uBE
ΔuI
t
t
基本放大电路
iC iC ICQ t UCEQ Q
IBQ+ΔiB IBQ
uCE uCE
t
基本放大电路
设置不合适的静态工作点 iB iB
t
IBQ
Q UBEQ
uBE uBE
t
基本放大电路
iC iC
t
ICQ
IBQ+ΔiB Q IBQ uCE UCEQ uCE
基本放大电路
当静态工作点设置于放大区内负载线的中点 iC
Q
IBQ U'CC uCE
UCES UCEQ
uCE
t
UCEQ UCES U CC UCEQ
基本放大电路
1 U CEQ ( UCC U CES ) U CES 2 1 U CEQ ( U CC U CES ) 2
iBm
iB (UBB+ΔuI)/R'b
IBQ
Q UBB+ΔuI
t
UBB
uBE
uBE
ΔuI
t
t
基本放大电路
iC ICQ t
iC
Q
IBQ+iBm I BQ i B
IBQ
IBQ–iBm
UCEQ
uCE uCE
t
饱和失真是输出回路产生失真； 输出电压的波形出现削底现象
基本放大电路
4、最大不失真输出电压 最大不失真输出电压——BJT工作范围不超出放大 区的最大输出电压
基本放大电路
iC
Q
IBQ U'CC
UCES UCEQ
uCE
uCE
t
2U om min{ UCC U CEQ , U CEQ U CES }
基本放大电路
iC
Q
IBQ
UCES UCEQ
U'CC
uCE uCE
t
2U om min{ UCC U CEQ , U CEQ U CES }
基本放大电路
6、最大不失真输出电压 最大不失真输出电压有效值Uom 最大不失真输出电压峰峰值Uopp
U opp 2 2U om
7、最大输出功率与效率 最大输出功率Pom ——不失真条件下负载能获得的最大功率
效率η
基本放大电路
——最大输出功率条件下偏置电源能量利用率
Pom PU
基本放大电路
2U om min{ UCC U CEQ , U CEQ U CES }
1 ( U CC U CES ) 2
最大不失真输出电压有效值Uom达到最大
基本放大电路
5、直流负载线和交流负载线
①基本共射放大电路 Rb Rc
+ Rs ΔuI + ΔuS _ _ UBB
IB UBB/R'b
IBQ Q UBEQ UBB UBE
U BE U BB Rb I B
基本放大电路
Rb Rs
UBB
Rc +RL UCE_UCC输出回路线性部分——负载线
U CE
R cR L RL U CC I C UCC R L I C Rc RL Rc RL
基本放大电路
i C iC ICQ t IBQ+ΔiB IBQ UCEQ ΔuCE t 输出电压与输入电压反向 uCE
ΔiC
uCE
基本放大电路
u O u CE Au u I u I
u I i B i C u CE A u
输入回路图解 输出回路图解