放大电路
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放大电路:按照比例放大并且不失真
放大电路:以放大器件为核心,配以工作电源和电阻,保证器件始终工作在放大区
基本要求:通畅传递信号,不影响电路的原有状态
输出负载:放大电路的种类很多,对不同的负载要求放大电路有不用的指标输出,使用不同的负载
外部模拟信号时交直流共存的,器件是非线性的,PN结具有单向导电性,但是外部模拟信号时双向波动的
电子电路的分析思路,将半导体器件的电压电流放在放大区的某一个较小的范围的变化特征,看成是线性(直线)
因此放大电路是线性电路,看成是叠加理论加以分析
直流通路
电路中所有信号只有直流:
电容→开路
电感→短路
恒压源,恒流源依旧保留
交流通路
直流成分为0,只含有交流信号
电容(容值较大)→短路
电感(变压器绕组)--?开路(或者考虑交流阻抗)
恒压源→短路
恒流源→开路
静态:交流成分为0,采用直流通路分析
动态:输入信号的直流成分为0,采用交流通路分析,广义动态:输入信号中的交流成份不为0
分析先直流,后交流,如果静态工作点不合适,那么不必分析动态参数
符号和下标决定了直流和交流的表示
| 符号 | 下标 | 定义 |
|---|---|---|
| 大写 | 大写 | 直流量 |
| 小写 | 小写 | 交流瞬时量 |
| 小写 | 大写 | 瞬时总量 |
| 大写 | 小写 | 交流有效量 |
直流交流共存电路的分析
原则:直流（静态）分析+ 交流（动态）分析
- 从器件的作用分析
- 从电路的静态化简分析 静态图解中我们可以找到基本工作点Q,之后的交流分量也在Q旁边小范围波动
我们有了iB的直流分量,之后可以得到同样是直流分量的VCE和IC的大小
- 再画出动态的分析
从输入端iB(注意iB是总电流的瞬时值)的波动曲线,得到VBE的波动曲线
这里认为Vi是一种近似对称的状态
然后再看到输出端,因为我们已经有了IC的大小,也就是图中的ICQ,我们根据iC-VCE的关系曲线族,得到了VCE的波动曲线
其中要注意负载线的不同
为什么是Rc和RL并联,其中的C2看做是短路
非线性失真
非线性失真：由晶体管非线性特性引起的失真
- 饱和失真：工作点进入饱和区后产生的失真
- 截止失真：工作点进入截止区后产生的失真
最大不失真输出幅度:放大电路在输出波形不产生非线性失真的条件下，所能提供的最大输 出电压（或电流）的峰值，一般用Vom（或Iom）表示
放大电路中的直流偏置
为保证以放大器件为核心的电路能正常放大信号，必须加上合适的 供电电源和偏置电阻
常见的晶体管偏置电路
基极固定式偏置电路
发射结正偏,集电结反偏
$$
\begin{cases}
I_B=\frac{V_{CC}-V_{BE}}{R_b}\
I_C=\beta I_B\
V_{CE}=V_{CC}-I_CR_c
\end{cases}$$
双电源式设计偏置电路
$$
\begin{cases}
I_B=\frac{V_{EE}-V_{BE}}{R_b+(1+\beta)\times R_e}\
I_c=\beta I_B\
V_{CE}=V^{CC}_{EE}-I_CR_c-I_ER_e
\end{cases}$$
基极分压式设计偏置电流
能够保证电路能够放大
该电路能稳定静态工作点,温度上升
温度升高,\(I_C\)变大,带动\(I_E\)变大,则在Re两端电压上升,那么VBE的大小下降,所以此时\(I_B\)下降,此时\(I_C\)下降
常见场效应管电压偏置电路
三极管的低频小信号模型
把三极管看作是一种双口网络
$$ \begin{cases} \Delta v_{BE}=h_{11}\Delta i_B+h_{12}\Delta v_{CE}\ \Delta i_C=h_{21} \Delta i_B + h_{22}\Delta v_{CE} \end{cases} $$ 其中 1. \(h_{11}\)等于\(r_{be}\) 2. \(h_{12}\)等于\(0\) 3. \(h_{21}=\beta\) 4. \(h_{22}=\frac{1}{r_{ce}}=0\)
几个注意点
1. 低频小信号模型只适用于小信号
2. 各个参数均为微变参数,和Q有关,不是固定常数
3. 受控电流源βΔiB 的方向和大小由ΔiB 决定:不管是PNP还是NPN我们都可以用下图表示,不需要管方向(交流电本来就是在变换方向的我们确定的是参考方向)
\(\(r_{be}=r_{bb}+(1+\beta)\frac{V_T}{I_{EQ}}\)\)
放大电路的动态性能指标
增益
又称放大倍数,用于衡量放大电路放大信号的能力
单位为分贝(dB)
输入电阻
低频模型中不考虑容抗和感抗
输入电阻反映了放大电路从信号源汲取信号的能力
注意是信号源,不是放大电路的输入端
输入电阻越大,信号损失越小,输入电压越接近信号源电压
输出电阻
放大电路开路时,从输出端看进去的等效电组,注意不是RL
实际计算方案：信号源短接，负载开路，输出端加电压源
(明显,负载开路和RL没有关系了)
输出电阻反映了放大电路的带负载能力
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|---|---|
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输出电阻越小，放大电路带负载能力越强，电路输出越接近恒压源
通频带
当放大电路的信号频率很低或很高时，由于电路中存在的电抗元件、 晶体管结电容和极间电容的影响，放大电路的电压放大倍数都要降低
线性失真
实际放大电路的输入信号含有多种成分
放大之后,必须做到增益,附加位移是常数
频幅失真:增益不是常数
相频失真:附加位移不相同
频率失真:包含幅频和相频失真，均为线性失真
vs非线性失真：由晶体管非线性特性引起的（饱和、截止）失真
三组态放大电路（动态）分析
三组态: 1. 三极管（共射、共集、共基） 2. 场效应管（共源、共漏、共栅）
还是一样:先静态,后动态
- 静态分析：直流通路，直流（区域）模型，静态工作点；
- 动态分析：交流通路，交流小信号模型，微变等效电路，动态参数
之前学过图解法的动态分析,但是图解法不是很精确,所以又讲了一种基于小信号模型的动态分析法
动态分析-小信号模型
首先把原始电路变成交流通路,然后点带入微变等效(小信号模型)电路
共射
上图是共射放大电路:对应的电压放大倍数
\(\({A_V}=\frac{V_o}{V_i}=\frac{-\beta I_b R_L}{I_br_{be}}=\frac{-\beta R_L}{r_{be}}\)\) 输入电阻=三个并联 输出电阻:把负载全部断路之后的,得到了\(R_O=R_C\)
共集
电压放大倍数:
共基
三组态放大电路性能比较
