放大概念

小功率信號變成一個大功率信號，需要一個核心器件(三極管)做這件事，核心器件的能量由電源提供，通過核心器件用小功率的信號去控制大電源，來實現能量的轉換和控制，前提是不能失真，可以用一系列正弦波進行觀測

電子電路放大的基本特征：功率放大 (即不單是電流或是電壓)

放大電路的本質：能量的控制和轉換

放大電路中必要條件：有源元件(能夠控制能量)

放大的前提條件：不失真(只有在不失真的情況下的放大才有意義)

放大電路核心元件：晶體管(工作在放大區)和場效應管(工作在恒流區)

測試信號：正弦波(任何穩態信號都可以分解為若干頻率正弦信號)

主要性能指標

放大電路得到的信號就是Ri與Rs對Us的分壓

放大倍數 A 通常研究電壓放大倍數Au

輸入電阻 Ri

輸出電阻Ro

通頻帶

非線性失真系數

最大不失真輸出電壓

最大輸出功率與效率(功率放大電路)

基本共射放大電路

有效放大的條件

靜態：靜態工作點要設置合適(直流電源、合適的電阻)，使晶體管始終工作在放大區，靜態工作點位置直接影響放大信號是否失真，是否能得到最大幅度的放大

動態：要保證實現信號的耦合(交流信號必須能夠輸入、傳遞到放大電路中，且放大后的交流信號能夠對外輸出、傳遞給負載或后級電路)

基放的組成及各元件作用

直流源VBB：產生小信號的交流源Ui本身很小，不能使發射結導通，所以單有Ui時，iB=0，需要加直流源VBB先導通發射結，與此同時產生了附著在直流IB上的變化的 ib

直流源VCC：放大電路的能源，并保證集電結反偏

晶體三極管：工作在放大區(發射結正偏，集電結反偏)

控制Vcc所提供的能量

注意管子的類型：NPN(Vc>Vb>Ve)、PNP(Vc

電阻Rb：限流，防止電流過大將器件燒壞

電阻Rc：將電流信號變換為電壓信號

加耦合電容：過濾直流分量，獲得純的放大的交流電壓信號

隔直通交

共射放大電路工作原理

共發射極接法的交流電壓放大電路

輸出與輸入反向位

兩種共射放大電路

直接耦合

Rb1保證了Vb是由交、直疊加而成的

如果不加Rb1，基極的電位就是Ui。 Vcc產生的電流會走Ui支路流向地，而不是走發射結支路。 所以在此處加電阻Rb1，使基極的電位Vb為交流、直流電壓源經過兩個電阻降壓之后的疊加。

阻容耦合

電容作用：通交隔直(交流短路; 直流斷路)

直流通路與交流通路

直流通路 交流源置零(短路); 電容斷路

交流通路 直流源置零(接地、短路); 電容短路

放大電路分析方法

晶體管一定要工作在放大區

靜態分析指標：IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ

直流通路，交流輸入信號置零，電容開路，電感短路

動態分析指標：Au(大)、Ri(大)、Ro(小)

交流通路，直流輸入信號置零，電容短路，電感保留

靜態疊加動態

靜態決定動態

先靜態，后動態，動態參數與Q點密緊密相關，只有Q點合適，動態分析才有意義

圖解法 (靜態分析)

“負載外特性曲線”與“輸入輸出曲線”交點為靜態工作點Q

步驟：

輸入回路：

列寫KVL——改換成UBE為x，ib為y的方程——可以得到斜率為-1/Rb——分別使UBE=0、ib=0——得到橫、縱截距

輸出回路：

列寫KVL——改換成UCE為x，ic為y的方程——可以得到斜率為-1/Rc——分別使UCE=0、ic=0——得到橫、縱截距

估算法

定義 | UBEQ| 硅管：0.7V 鍺管：0.2V，列KVL，求解各個靜態量

本質：將晶體管的輸入伏安特性曲線改為一條垂直于橫軸的線，即認為UBEQ是一個定值

計算UCEQ時一定要用電位相減計算，即UCEQ=UCQ-UEQ

等效電路法(動態分析)

h參數等效模型

動態只研究Δui、Δib、Δic、Δuo之間的關系

注意：Uo與iC參考方向相反

共射放大電路的動態參數分析

r(be) 、UT=26mV、 r(bb)與β在題目(參數手冊)中

電壓放大倍數

輸入電阻

輸出電阻

注意

對于下圖放大電路，在動態分析求輸出電阻Ro(下圖中的Rc)時，方法：從輸出端往里看，保留受控源，將獨立源置零(獨立電壓源短路，獨立電流源開路)，此時Ui短路 ib=0，致使受控源(βib)相當于開路處理

電路理論基礎知識復習(Ri、Ro)

輸入電阻，從輸入端往里看

Ri相當于信號源的負載，與信號源內阻串聯分壓

從穩定輸入電壓角度，Ri越大越好，使Ui越接近Us

從穩定輸入電流角度，Ri越小越好，使Ii越接近Is

輸出電阻，從輸出端往里看

空載時負載沒有輸出電流，輸出電壓等于開路電壓U’。

放大電路的輸出相當于“放大電路負載的信號源”，輸出電阻為“信號源內阻”

求解Ro：獨立源置零，受控源保留，外加電源法

從穩定輸出電壓角度，Ro越小越好，使Uo越接近Uo’

從穩定輸出電流角度 ，Ro越大越好，(相當于一個電流源，內阻為∞)輸出電流恒定

放大電路的輸出電阻大小，要視負載的需要而定

多級放大

幾種典型的基本放大電路

戴維南等效

輸出回路求UCEQ：由于RL分流，利用戴維南等效定理計算更方便，將輸出回路等效為VCC’與Rc‘串聯，VCC’是電路空載時端電壓的值，即Rc、RL串聯分壓時RL上的電壓

直接耦合共射放大電路

輸出電阻與負載RL無關!!!!!!

阻容耦合共射放大電路

輸入電阻與信號源內阻Rs無關!!!!!

輸出電阻與負載RL無關!!!!!!

靜態工作點穩定的放大電路

詳細內容參見下問：放大電路靜態工作點的穩定章節

放大電路的失真分析

靜態工作點設置不合適，晶體管可能會工作在截止區或飽和區，無法保證對交流信號實現有效的放大。

失真，是信號在傳輸過程中與原有信號相比所發生的偏差(波形出現畸變)。

靜態工作點設置不合適導致的兩種失真

以NPN單管共射放大電路為例

截止失真

Q點過低，輸入信號負半軸靠近峰值的某段時間內，無法滿足發射結正偏(即此時UBE

底部失真：ib、ic、Ui

頂部失真(截止失真)：Uo

消除截止失真：升高Q點

增大基極電源(增大UBEQ)

減小基極電阻Rb(增大UBEQ)

飽和失真

Q點過高，輸入信號正半軸靠近峰值的某段時間內，無法滿足集電結反偏(即此時UBE>UCE)，導致T在飽和區引起的輸出波形失真

頂部失真：ic

底部失真(飽和失真)：Uo>UCES

消除飽和失真：降低Q點

增大基極電阻Rb(減小IBQ、ICQ);

減小集電極電阻Rc(增大UCEQ);

更換一只β較小的管子

放大電路中存在的另一種失真

最大不失真輸出電壓

輸入電壓再增大，就會產生失真的，輸出電壓極限的有效值

靜態工作點穩定的共射放大電路

靜態工作點穩定

Q點會影響電路是否失真和Au、rbe等動態參數

影響Q點的主要因素：晶體管參數(溫度變化，使β變化)

溫漂：由溫度變化引起Q點移動

T升高——β增大——ICQ增大——UCEQ減小

穩定的Q點：環境溫度變化時，ICQ、UCEQ基本不變，即Q點在輸出特性坐標平面中的位置基本不變

為使Q點穩定：直流負反饋; 溫度補償

分壓式電流負反饋Q點穩定電路 (實現了實現靜態工作點穩定，)

(四電阻阻容耦合共射放大電路)

旁路電容Ce：靜態、動態分離

晶體管單管放大電路的三種基本接法

共射放大電路

發射極是輸入、輸出的公共端

共集放大電路

靜態分析

與共射放大電路類似，注意基極輸入，發射極輸出

集電極是輸入、輸出的公共端

動態分析

b、e在上方，c接地畫在下方

電阻歸置，e歸置到b乘(1+β); b歸置到e除以(1+β)

(大到小乘法，小到大除法)

Ri與輸出側有關，求解時，從輸入端往里看將右側電阻逐一向左邊等效。 e歸置到b

Ro與輸出側有關，求解時，獨力源短路，保留信號源內阻，從輸出端往里看，將左側電阻逐一向右邊等效。 b歸置到e

注意：含有集電極電阻的共集放大電路中，靜態分析要考慮Rc，動態分析時Rc可忽略。 因為與電流源串聯的電阻無用，不影響電流源所在支路的電流(該支路電流已被電流源固定)，動態參數不變

共基放大電路

靜態分析

與共射放大電路類似，注意發射極輸入，集電極輸出

基極是輸入、輸出的公共端

動態分析

e、c在上方，b接地畫在下方

注意輸入端、輸出端，再進行歸置

三種基本接法小結