大學課件 模擬電子技術 基本放大電路(一二)

模 擬 電 子 技 術第 2章 基 本 放 大 電 路2.2 放 大 電 路 的 基 本 分 析 方 法2.3 放 大 電 路 靜 態(tài) 工 作 點 的 穩(wěn) 定2.4 共 集 放 大 電 路 和 共 基 放 大 電 路2.6 多 級 放 大 電 路2.5 場 效 應 管 放 大 電 路2.1 概 述 模 擬 電 子 技 術2.1概 述2.1.1 放 大 的 概 念 本 章 是 學 習 后 面 各 章 的 基 礎 ， 因 此 是 學 習 的 重 點 之 一 。 在 電 子 電 路 中 ， 放 大 的 對 象是 變 化 量 ， 常 用 的 測 試 信 號 是 正 弦 波 。 放 大 的 本 質 是 在 輸 入 信 號 的 作 用 下 ， 通 過 有 源 元件 （ 晶 體 管 或 場 效 應 管 ） 對 直 流 電 源 的 能 量 進 行 控 制 和 轉 換 ， 使 負 載 從 電 源 中 獲 得 的 輸出 信 號 能 量 ， 比 信 號 源 向 放 大 電 路 提 供 的 能 量 大 得 多 ， 因 此 放 大 的 特 征 是 功 率 放 大 ， 表現(xiàn) 為 輸 出 電 壓 大 于 輸 入 電 壓 ， 輸 出 電 流 大 于 輸 入 電 流 ， 或 者 二 者 兼 而 有 之 。 放 大 的 前 提是 不 失 真 ， 換 言 之 ， 如 果 電 路 輸 出 波 形 產(chǎn) 生 失 真 便 談 不 上 放 大 。2.1 放 大 的 概 念 和 放 大 電 路 的 主 要 性 能 指標 模 擬 電 子 技 術2.1.2 放 大 電 路 的 性 能 指 標1.放 大 倍 數(shù) 直 接 衡 量 放 大 電 路 放 大 能 力 的 重 要 指 標 。根 據(jù) 放 大 電 路 輸 入 信 號 的 條 件 和 對 輸 出 信 號 的 要 求 ， 放 大 電 路可 分 為 四 種 類 型 ， 所 以 有 四 種 放 大 倍 數(shù) 的 定 義 。I I IO 模 擬 電 子 技 術（ 1） 電 壓 放 大 倍 數(shù) 定 義 為 : AU=UO/UI（ 重 點 ）（ 2） 電 流 放 大 倍 數(shù) 定 義 為 : AI=IO/II （ 3） 互 阻 增 益 定 義 為 : Ar=UO/II（ 4） 互 導 增 益 定 義 為 : A g=IO/UI 模 擬 電 子 技 術2. 輸 入 電 阻 Ri從 放 大 電 路 輸 入 端 看 進 去 的 等 效 電 阻 。 輸 入 電 阻 ：Ri=ui / ii一 般 來 說 ， R i越 大 越 好 。（ 1） Ri越 大 ， ii就 越 小 ， 從 信 號 源 索 取 的 電 流 越 小 。（ 2） 當 信 號 源 有 內 阻 時 ， Ri越 大 ， ui就 越 接 近 uS。iiui Ri輸 入 端uS RS信 號 源 Au 輸 出 端 模 擬 電 子 技 術3. 輸 出 電 阻 Ro從 放 大 電 路 輸 出 端 看 進 去 的 等 效 電 阻 。 輸 出 端R o 輸 出 端AuuS ou 模 擬 電 子 技 術 輸 出 電 阻 是 表 明 放 大 電 路 帶 負 載 的 能 力 ， R o越 小 ， 負載 電 阻 RL變 化 時 ， 輸 出 電 壓 的 變 化 越 小 ， 稱 為 放 大 電 路 的帶 負 載 能 力 越 強 。 輸 出 電 阻 的 定 義 ： 0ooo UI U=R s RL 模 擬 電 子 技 術兩 個 放 大 電 路 相 連 接 的 示 意 圖 輸 入 電 阻 與 輸 出 電 阻 是 描 述 電 子 電 路 在 相互 連 接 時 所 產(chǎn) 生 的 影 響 而 引 入 的 參 數(shù) ， 它 們 均會 直 接 或 間 接 地 影 響 放 大 電 路 的 放 大 能 力 。 模 擬 電 子 技 術4. 通 頻 帶 通 頻 帶 越 寬 ， 表 明 放 大 電 路 對 不 同 頻 率 信 號 的 適 應 能 力 越 強 當 頻 率 趨 近 于 零 或 無 窮大 時 ， 放 大 倍 數(shù) 的 數(shù) 值 趨 近 于 零 對 于 擴 音 機 ， 其 通 頻 帶 應 寬 于 音 頻 (20Hz20kHz)范圍 ,才 能 完 全 不 失 真 地 放 大 聲 音 信 號 在 實 用 電 路 中 有 時 也 希 望 頻 帶 盡 可 能 窄 ， 比 如 選 頻 放 大 電 路 ， 從 理 論 上 講 ， 希 望 它 只對 單 一 頻 率 的 信 號 放 大 ， 以 避 免 干 擾 和 噪 聲 的 影 響 fBW=fHfL 放 大 倍 數(shù) 隨 頻 率 變化 曲 線 幅 頻 特性 曲 線 f A Am0.707Am fL下 限 截 止 頻 率 fH上 限 截 止 頻 率 3dB帶 寬 模 擬 電 子 技 術5. 非 線 性 失 真 系 數(shù) 由 于 放 大 器 件 均 具 有 非 線 性 特 性 ， 它 們 的 線 性 放 大 范圍 有 一 定 的 限 度 ， 當 輸 入 信 號 幅 度 超 過 一 定 值 后 ， 輸 出電 壓 將 會 產(chǎn) 生 非 線 性 失 真 。 輸 出 波 形 中 的 諧 波 成 分 總 量與 基 波 成 分 之 比 稱 為 非 線 性 失 真 系 數(shù) 。6. 最 大 不 失 真 輸 出 電 壓 未 產(chǎn) 生 截 止 失 真 和 飽 和 失 真 時 ， 最 大 輸 出 信 號 的 正 弦有 效 值 （ 或 峰 值 ） 。7. 最 大 輸 出 功 率 和 效 率 衡 量 在 輸 出 波 形 基 本 不 失 真 情 況 下 負 載 能 夠 從 電 路 獲得 的 最 大 功 率 ， 以 及 電 源 為 此 應 提 供 的 功 率 。 此 時 ， 輸出 電 壓 達 到 最 大 不 失 真 輸 出 電 壓 。 在 放 大 電 路 中 ， 輸 入信 號 的 功 率 通 常 很 小 ， 但 經(jīng) 放 大 電 路 的 控 制 和 轉 換 后 ， 負 載 從 直 流 電 源 獲 得 的 信 號 功 率 卻 較 大 。 直 流 電 源 能 量的 利 用 率 稱 為 效 率 。 模 擬 電 子 技 術2.2 放 大 電 路 的 基 本 分 析 方 法 2.2.1 共 射 基 本 放 大 電 路 的 組 成 原 理 2.2.2 圖 解 分 析 法 2.2.3 等 效 電 路 分 析 法 模 擬 電 子 技 術2.2.1 基 本 共 射 放 大 電 路 的 組 成 原 理一 、 放 大 原 理 三 極 管 工 作 在 放 大 區(qū) ： 發(fā) 射 結 正 偏 集 電 結 反 偏 UCE（ - IC Rc） IU UBE IB IC（ b IB）電 壓 放 大 倍 數(shù) ： oU Iou UUA 直 接 耦 合 共 射 放 大 電 路 +VT1 23 UCERbB IRcBB BE CCCI UV U+ CEIC+ UBEB+ IUI UO 模 擬 電 子 技 術IBQuiO t iB O tu CEO tuoO t iC O tICQUCEQceCECE cCC bBB beBEBE uUu iIi iIi uUu 符 號 說 明 ： + +VT1 23 UCERb B IRcBB BE C CCI UV U+ CEIC+ UBEB+ IUI UO對 于 基 本 共 射 放 大 電 路 ， 只 有 設 置 合 適的 靜 態(tài) 工 作 點 ， 使 交 流 信 號 馱 載 在 直 流分 量 之 上 ， 以 保 證 晶 體 管 在 輸 入 信 號 的整 個 周 期 內 始 終 工 作 在 放 大 狀 態(tài) ， 輸 出電 壓 波 形 才 不 會 產(chǎn) 生 非 線 性 失 真 。 基 本共 射 放 大 電 路 的 電 壓 放 大 作 用 是 利 用 晶體 管 的 電 流 放 大 作 用 ， 并 依 靠 集 電 極 電阻 R c將 電 流 的 變 化 轉 化 成 電 壓 的 變 化 來實 現(xiàn) 的 。 模 擬 電 子 技 術二 、 單 管 共 射 極 放 大 電 路 的 結 構 及 各 元 件 的 作 用RbV BBRCC1 C2T +VCC RL阻 容 耦 合 共 射 放 大 電 路 參 考 點ui+_輸 入 uo+_輸 出放 大 元 件 iC=biB， 工作 在 放 大 區(qū) ， 要 保證 集 電 結 反 偏 ， 發(fā)射 結 正 偏 。 模 擬 電 子 技 術共 射 放 大 電 路 組 成使 發(fā) 射 結 正 偏 ，并 提 供 適 當 的靜 態(tài) 工 作 點 IB和 UBE。 基 極 電 源 與基 極 電 阻 RLRbVBBRCC1 C2T+VCCui+_ uo+_ 模 擬 電 子 技 術集 電 極 電 源 ，為 電 路 提 供 能量 。 并 保 證 集電 結 反 偏 。RLRbV BBRCC1 C2T+VCCui+_ uo+_集 電 極 電 阻 將電 流 的 變 化 轉化 為 電 壓 的 變化 。 模 擬 電 子 技 術耦 合 電 容 ：電 解 電 容 ， 有 極 性 ，大 小 為 10F50F 作 用 ： 隔 直 通 交隔 離 輸 入 輸 出 與電 路 直 流 的 聯(lián) 系 ，同 時 能 使 信 號 順利 輸 入 輸 出 。+ RLRbV BBRCC1 C2T+VCCui+_ uo+_ 模 擬 電 子 技 術雙 電 源 供 電可 以 省 去 RLRbVBBRCC1 C2T+VCCui+_ uo+_ 模 擬 電 子 技 術RB單 電 源 供 電 +VCCRCC1 C2T RL 模 擬 電 子 技 術2.2.2 圖 解 分 析 法三 、 動 態(tài) 工 作 情 況 分 析二 、 靜 態(tài) 工 作 情 況 分 析一 、 引 言 模 擬 電 子 技 術一 、 引 言基 本 思 想 非 線 性 電 路 經(jīng) 適 當 近 似 后 可 按 線 性 電 路 對 待 ， 利 用 疊 加 定 理 ， 分 別 分 析電 路 中 的 交 、 直 流 成 分 。 分 析 放 大 電 路 就 是 在 理 解 放 大 電 路 工 作 原 理 的 基 礎上 求 解 靜 態(tài) 工 作 點 和 各 項 動 態(tài) 參 數(shù) 。 本 節(jié) 以 共 射 放 大 電 路 為 例 ， 針 對 電 子 電路 中 存 在 著 非 線 性 器 件 （ 晶 體 管 或 場 效 應 管 ） ， 而 且 直 流 量 與 交 流 量 同 時 作用 的 特 點 ， 提 出 分 析 方 法 。 一 般 情 況 下 ， 在 放 大 電 路 中 ， 直 流 量 （ 靜 態(tài) 電 流 與 電 壓 ） 和 交 流 信 號（ 動 態(tài) 電 流 與 電 壓 ） 總 是 共 存 的 但 是 由 于 電 容 與 電 感 等 電 抗 元 件 的 存 在 ，直 流 量 所 流 經(jīng) 的 通 路 與 交 流 信 號 所 流 經(jīng) 的 通 路 是 不 完 全 相 同 的 因 此 ， 為 了 研 究 問 題 方 便 起 見 ， 常 把 直 流 電 源 對 電 路 的 作 用 和 輸 入 信 號 對 電 路 的 作 用 區(qū)分 開 來 ， 分 成 直 流 通 路 和 交 流 通 路 分 析 放 大 電 路 的 基 本 思 想 和 方 法 模 擬 電 子 技 術 直 流 通 路 是 在 直 流 電 源 作 用 下 直 流 電 流 流 經(jīng) 的 通 路 ，也 就 是 靜 態(tài) 電 流 流 經(jīng) 的 通 路 ， 用 于 研 究 靜 態(tài) 工 作 點 。 對 于 直 流 通 路 ： 電 容 視 為 開 路 ； 電 感 線 圈 視 為 短 路（ 即 忽 略 線 圈 電 阻 ） ； 信 號 源 視 為 短 路 ， 但 應 保 留 其 內阻 。 交 流 通 路 是 輸 入 信 號 作 用 下 交 流 信 號 流 經(jīng) 的 通 路 ，用 于 研 究 動 態(tài) 參 數(shù) 。 對 于 交 流 通 路 ： 容 量 大 的 電 容 （ 如 耦 合 電 容 ） 視 為短 路 ； 無 內 阻 的 直 流 電 壓 源 視 為 短 路 。 直 流 通 路 (ui = 0)分 析 靜 態(tài) ， 研 究 靜 態(tài) 工 作 點 。 交 流 通 路 (u i 0)分 析 動 態(tài) ， 只 考 慮 變 化 的 電 壓 和 電流 ， 研 究 動 態(tài) 參 數(shù) 。 模 擬 電 子 技 術 放 大 電 路 沒 有 輸 入 信 號 (ui = 0)時 的 工 作 狀 態(tài)稱 為 靜 態(tài) 。 靜 態(tài) 分 析 的 任 務 是 根 據(jù) 電 路 參 數(shù) 和 三 極 管 的 特性 確 定 靜 態(tài) 值 （ 直 流 值 ） UBE、 IB、 IC 和 UCE。 可 用放 大 電 路 的 直 流 通 路 來 分 析 。二 、 靜 態(tài) 工 作 情 況 分 析 模 擬 電 子 技 術開 路RB +VCCRCC1 C2 R L畫 出 放 大 電 路 的 直 流 通 路1.靜 態(tài) 工 作 點 的 估 算 電 容 開 路開 路阻 容 耦 合 共 射 放 大 電 路 靜 態(tài) 圖 解 分 析令 ui=0 模 擬 電 子 技 術RB +VCCRC直 流 通 路 (DC path)用 估 算 法 分 析 放 大 電 路 的 靜 態(tài) 工 作 點（ I B、 UBE、 IC、 UCE） RB +VCCRCC1 C2 RLB BECCB RUVI BC II b CCCCCE RIVU Q點 模 擬 電 子 技 術例 ： 用 估 算 法 計 算 靜 態(tài) 工 作 點 。已 知 ： VCC=12V， Rc=4K，Rb=300K， b=37.5。解 ： AkRUVI b BECCB 38300 7.012 mAII BC 425.1038.05.37 b VRIVU cCCCCE 3.64425.112 請 注 意 電 路 中 IB和 IC的 數(shù) 量 級取 UBE 0.7V 模 擬 電 子 技 術u i=0時由 于 電源 的 存在 IB0 IC0ICIE=IB+ICRB +VCCRCC1 C2T RLIB無 信 號 輸 入 時1.靜 態(tài) 工 作 點 ui=0時 電 路 的 工 作 狀 態(tài)2. 用 圖 解 法 確 定 靜 態(tài) 工 作 點 模 擬 電 子 技 術IC ( IC， UCE )(IB， UBE) RB +VCCRCC1 C2T RLIB靜 態(tài) 工 作 點 U CE+_UBE+ _ 模 擬 電 子 技 術(IB,UBE) 和 ( IC,UCE )分 別 對 應 于 輸 入 輸 出 特 性 曲線 上 的 一 個 點 稱 為 靜 態(tài) 工 作 點 ,即 Q點 。iB uBEQIB U BE QUCEIC iC uCEIB 模 擬 電 子 技 術QU CEIC iC uCEIB 直 流 負 載 線 RB +VCCRCC1 C2T RLui+_ uo+_uCE=VCCiCRCCCCRV V CC 由 估 算 法 求 出 IB， IB對應 的 輸 出 特 性 與 直 流負 載 線 的 交 點 就 是 工作 點 Q. 模 擬 電 子 技 術3. 電 路 參 數(shù) 對 靜 態(tài) 工 作 點 的 影 響1. 改 變 RB， 其 他 參 數(shù) 不 變uBEiB uCEiC V CCVBBVBBRB Q Q R B iB Q點 趨 近 截 止 區(qū)R B iB Q點 趨 近 飽 和 區(qū)2. 改 變 RC ， 其 他 參 數(shù) 不 變 Q點 趨 近 飽 和 區(qū)iCuBEiB uCEVCCUCEQQ QICQVCCRC RC 模 擬 電 子 技 術iB uBEQ iC uCEu iib ibic1. 交 流 放 大 原 理 （ 設 輸 出 空 載 ）假 設 在 靜 態(tài) 工 作 點 的 基 礎 上 ， 輸 入 一 微 小 的 正 弦 信 號 ui三 、 動 態(tài) 工 作 情 況 分 析 模 擬 電 子 技 術iC uCEic uCE也 沿 著 負 載線 變 化u CE UCE與 Ui反 相 ！uCE怎 么 變 化 模 擬 電 子 技 術各 點 波 形 u o比 ui幅 值 放 大 且 相 位 相 反Rb +VCCRCC1 C2ui iB iCuCE uo ceCECE cCC bBB beBEBE uUu iIi iIi uUu 模 擬 電 子 技 術短 路 短 路 置 零2.放 大 電 路 的 交 流 通 路 （ AC path）1/C0 將 直 流 電 壓 源 短 路 ， 將 電 容 短 路 。交 流 通 路 是 輸 入 信 號 作 用 下 交 流 信 號 流 經(jīng) 的 通 路 ， 用 于 研 究 動 態(tài) 參數(shù) 。 對 于 交 流 通 路 ： 容 量 大 的 電 容 視 為 短 路 ， 無 內 阻 的 直 流 電 壓 源 視 為短 路 。 RB +VCCRCC1 C2T R Lui+_ uo+_ 模 擬 電 子 技 術RB RC RLui uo交 流 通 路 (AC path) 模 擬 電 子 技 術RB +VCCRCC1 C2 RL3.交 流 負 載 線 對 于 放 大 電 路 與 負 載 直 接 耦 合 的 情 況 ， 直 流 負 載 線 與 交 流 負 載 線 是 同 一 條 直 線 ； 而 對于 阻 容 耦 合 放 大 電 路 情 況 ， 只 有 在 空 載 情 況 下 ， 兩 條 直 線 才 合 二 而 一 。 阻 容 耦 合 放 大 電 路 的 交 流 通 路 可 以 看 出 ， 當 電 路 帶 上 負 載 電 阻 時 ， 輸 出 電 壓 是 集 電 極 動 態(tài)電 流 在 集 電 極 電 阻 和 負 載 電 阻 并 聯(lián) 總 電 阻 上 所 產(chǎn) 生 的 電 壓 ， 即 當 集 電 極 電 流 確 定 后 ， 輸 出 電 壓的 大 小 將 取 決 于 （ Rc/RL） ， 而 不 僅 僅 是 Rc 。 動 態(tài) 信 號 遵 循 的 負 載 線 稱 為 交 流 負 載 線 。 模 擬 電 子 技 術交 流 負 載 線 RB RC RLui uoicuce其 中 ： LcL RRR / LcLccce RiRRiu )/( 模 擬 電 子 技 術交 流 量 ic和 uce有 如 下 關 系 ：這 就 是 說 ， 交 流 負 載 線 的 斜 率 為 ： LR1交 流 負 載 線 的 作 法 ： 斜 率 為 -1/RL 。 （ RL= RL Rc ） 經(jīng) 過 Q點 。 LcLccce RiRRiu )/( ceLc uRi 1或 者 模 擬 電 子 技 術交 流 負 載 線 斜 率 為 -1/RL （ RL= RL Rc ） 經(jīng) 過 Q點 注 意 ：（ 1） 交 流 負 載 線 是 有 交 流 輸 入 信 號 時 工 作 點 的 運 動 軌 跡 。 （ 2） 對 于 阻 容 耦 合 放 大 電 路 ， 只 有 空 載 時 ， 交 流 負 載 線 與 直 流 負 載 線 重 合 。 畫 交 流 負 載 線 ：iC u CEVCCcCCRV Q IB 直 流 負 載 線UCEQICQ UCES放 大 電 路 的 最 大 不 失 真 輸 出 電 壓 Uom是 取 “ UCEQ UCES”和 “ ICQRL ”這 兩 段距 離 中 較 小 的 數(shù) 值 且 除 以 ， 則 得 到 最 大 不 失 真 輸 出 電 壓 Uom（ 有 效 值 ） 。 2 ),(min LCQCESCEQom RIUUU u 模 擬 電 子 技 術4. 放 大 電 路 的 非 線 性 失 真 問 題 因 工 作 點 不 合 適 或 者 信 號 太 大 使 放 大 電 路 的 工 作 范 圍 超 出 了 晶 體 管 特性 曲 線 上 的 線 性 范 圍 ， 從 而 引 起 非 線 性 失 真 。1) “Q”過 低 引 起 截 止 失 真 NPN 管 ： 頂 部 失 真 為 截 止 失 真 。 （ 針 對 輸 出 電 壓 而 言 ）PNP 管 ： 底 部 失 真 為 截 止 失 真 。O Qib OttO uBE/ViB uBE/ViB ui uCEiCic t OOiC Ot uCEQuce交 流 負 載 線因 晶 體 管 截 止 而 產(chǎn) 生 的 失 真 稱 為 截 止 失 真 。 模 擬 電 子 技 術2) “Q”過 高 引 起 飽 和 失 真ICS 集 電 極 臨 界飽 和 電 流 NPN 管 ： 底 部 失 真 為 飽 和 失 真 。PNP 管 ： 頂 部 失 真 為 飽 和 失 真 。uCEiCt OO iC O t uCEQ 因 晶 體 管 飽 和 而 產(chǎn) 生 的 失 真 稱 為 飽 和 失 真 。 模 擬 電 子 技 術示 例 ： 在 基 本 共 射 放 大 電 路 中 ， 由 于 電 路 參 數(shù) 的 改 變 使 靜 態(tài) 工 作 點產(chǎn) 生 如 圖 所 示 的 變 化 。 試 問 ：（ 1） 當 靜 態(tài) 工 作 點 從 Q1移 到 Q2、 從 Q2移 到 Q3、 從 Q3移 到 Q4時 ， 分別 是 因 為 電 路 的 哪 個 參 數(shù) 變 化 造 成 的 ？ 這 些 參 數(shù) 是 如 何 變 化 的 ？（ 2） 當 電 路 的 靜 態(tài) 工 作 點 分 別 為 Q1至 Q4時 ， 哪 種 情 況 下 最 易 產(chǎn) 生截 止 失 真 ？ 哪 種 情 況 下 最 易 產(chǎn) 生 飽 和 失 真 ？ 哪 種 情 況 下 最 大 不 失 真輸 出 電 壓 Uom最 大 ？ 其 值 約 為 多 少 ？（ 3） 電 路 的 靜 態(tài) 工 作 點 為 Q4時 ， 集 電 極 電 源 VCC的 值 為 多 少 伏 ？ 集電 極 電 阻 Rc為 多 少 千 歐 ？ 模 擬 電 子 技 術解 ：（ 1） Q點 從 Q1移 到 Q2的 原 因 是 Rc減 小 。Q點 從 Q2移 到 Q3的 原 因 是 Rb減 小 或 VBB增 大 。Q點 從 Q3移 到 Q4的 原 因 是 VCC增 大 。（ 2） 從 Q點 在 晶 體 管 的 輸 出 特 性 坐 標 平 面 中 的 位 置 可 知 ， Q2最 靠近 截 止 區(qū) ， 因 而 最 易 出 現(xiàn) 截 止 失 真 ； Q3最 靠 近 飽 和 區(qū) ， 因 而電 路 最 易 出 現(xiàn) 飽 和 失 真 ； Q 4距 飽 和 區(qū) 和 截 止 區(qū) 最 遠 ， 所 以 在Q4下 電 路 的 最 大 不 失 真 電 壓 Uom最 大 。 2 )(),(min CEQCCCESCEQom UVUUU VUUU CESCEQom 75.327.062 （ 3） VCC=12V， Rc=VCC/IC=3k 模 擬 電 子 技 術2.2.3 等 效 電 路 分 析 法H參 數(shù) 小 信 號 模 型H參 數(shù) 的 引 出引 言放 大 電 路 的 分 析 舉 例 模 擬 電 子 技 術一 、 建 立 小 信 號 模 型 的 意 義 由 于 三 極 管 是 非 線 性 器 件 ， 這 樣 就 使 得 放 大 電 路 的分 析 非 常 困 難 。 建 立 小 信 號 模 型 ， 就 是 在 一 定 的 條 件 下（ 工 作 點 附 近 ） 將 非 線 性 器 件 作 線 性 化 處 理 ， 從 而 簡 化 放大 電 路 的 分 析 和 設 計 。 由 于 研 究 對 象 的 多 樣 性 和 復 雜 性 ， 往 往 把 對 象 的 某些 特 征 提 取 出 來 ， 用 已 知 的 、 相 對 明 了 的 單 元 組 合 來 說 明 ，并 作 為 進 一 步 研 究 的 基 礎 ， 這 種 研 究 方 法 稱 為 建 模 。引 言 模 擬 電 子 技 術 當 放 大 電 路 的 輸 入 信 號 電 壓 很 小 時 ， 就 可 以 把 三極 管 小 范 圍 內 的 特 性 曲 線 近 似 地 用 直 線 來 代 替 ， 從 而可 以 把 三 極 管 這 個 非 線 性 器 件 所 組 成 的 電 路 當 作 線 性電 路 來 處 理 。二 、 建 立 小 信 號 模 型 的 思 路 模 擬 電 子 技 術1. H參 數(shù) 的 引 出在 小 信 號 情 況 下 ， 對 上 兩 式 取 全 微 分 得 CECEBEBBBEBE BCE duuudiiudu IU 對 于 BJT雙 口 網(wǎng) 絡 ，我 們 已 經(jīng) 知 道 輸 入輸 出 特 性 曲 線 如 下 ：uBE=f(iB， uCE)iC=g(iB ， uCE) CECECBBC BCE duuidiiid IUCi 模 擬 電 子 技 術用 小 信 號 交 流 分 量 表 示 CECEBEBBBEBE BCE duuudiiudu IU CECECBBC BCE duuidiiid IUCi 模 擬 電 子 技 術 CEBBE11 Uiuh 輸 出 端 交 流 短 路 時 的 輸 入 電 阻 （ b-e間的 動 態(tài) 電 阻 rbe） ；輸 出 端 交 流 短 路 時 的 正 向 電 流 傳 輸 比 或 電 流 放大 系 數(shù) b ；輸 入 端 電 流 恒 定 （ 交 流 開 路 ） 的 反 向 電 壓 傳 輸 比輸 入 端 電 流 恒 定 （ 交 流 開 路 ） 時 的 輸 出 電 導（ 即 c-e間 動 態(tài) 電 阻 rce的 倒 數(shù) ） 。其 中 ：四 個 參 數(shù) 量 綱 各 不 相 同 ， 故 稱 為 混 合 參 數(shù) （ H參 數(shù) ） 。CEBC21 Uiih BCEBE12 Iuuh BCEC22 Iuih 模 擬 電 子 技 術2. H參 數(shù) 低 頻 小 信 號 模 型根 據(jù)可 得 小 信 號 模 型 uBE uCEiB ceb iCBJT雙 口 網(wǎng) 絡 H參 數(shù) 都 是 小 信 號 參 數(shù) ， 即 微 變 參 數(shù) 或 交 流 參 數(shù) 。H參 數(shù) 與 工 作 點 有 關 ， 在 放 大 區(qū) 基 本 不 變 。 模 擬 電 子 技 術(1) 模 型 的 簡 化即 rbe= h11 b = h21 uT = h12 rce= 1/h22一 般 采 用 習 慣 符 號 簡 化 的 h參 數(shù) 模 型 為 h11表 示 小 信 號 作 用 下 b-e間 的 動 態(tài) 電 阻 ， 常 記 作 rbe。 h12描 述 了 晶 體 管 輸 出 回 路 電 壓 對 輸 入 回 路 電 壓 的 影 響 ，值 很 小 ， 多 小 于 10-2。 h21表 示 晶 體 管 在 Q點 附 近 的 電 流 放 大 系 數(shù) b。 rce很 大 ， 約 為 100k以 上 。 h22它 表 示 輸 出 特 性 曲 線 上翹 的 程 度 。 b ib 是 受 控 源 ， 且 為 電 流控 制 電 流 源 (CCCS)。 ic電 流 方 向 與 ib的 方 向 是 關聯(lián) 的 。 模 擬 電 子 技 術(2) H參 數(shù) 的 確 定 b 一 般 用 測 試 儀 測 出 ； rbe 與 Q點 有 關 ， 可 用 圖示 儀 測 出 。一 般 也 用 公 式 估 算 rbe rbe= rbb + (1+ b ) re對 于 低 頻 小 功 率 管 r bb多 在 幾 十 歐 到 幾 百 歐 ， 可 通 過查 閱 手 冊 得 到 。則 )mA( )mV(26)1( EQbe Ir rbb b )mA( )mV(26)mA( )mV( EQEQTe IIUr 而 (常 溫 下 ， T=300K) 模 擬 電 子 技 術3. 共 射 放 大 電 路 動 態(tài) 參 數(shù) 的 分 析RB +VCCRCC1 C2 R Lui uo 模 擬 電 子 技 術RB RC RLui uo畫 交 流 通 路 模 擬 電 子 技 術 LCL RRR /負 載 電 阻 越 小 ， 放 大 倍 數(shù) 的 數(shù) 值 越 小 。 畫 微 變 等 效 電 路1)電 壓 放 大 倍 數(shù) 的 計 算 iou UUA beb LbrI RI b beLrR b“ -” 表 示 Uo和 Ui反 相 。 模 擬 電 子 技 術 beBi rRIUR ii / 電 路 的 輸 入 電 阻 越 大 ， 從 信 號 源 索 取 的 電流 越 小 ， 因 此 一 般 總 是 希 望 得 到 較 大 的 的 輸 入電 阻 。2)輸 入 電 阻 的 計 算根 據(jù) 輸 入 電 阻 的 定 義 ： 模 擬 電 子 技 術當 信 號 源 有 內 阻 時 ： siiosous UUUUUUA 源 電 壓 放 大 倍 數(shù) ：sis ii URR RU uis ius ARR RA 模 擬 電 子 技 術 co RR 3)輸 出 電 阻 的 計 算0OOo U=R sIU RL根 據(jù) 定 義 oUoIrbeRB RCiI bI cI bIb0 0 模 擬 電 子 技 術4.放 大 電 路 的 分 析步 驟 ： 靜 態(tài) 分 析 ， 求 解 “ Q”， 并 估 算 rbe。 畫 電 路 的 交 流 通 路 。 畫 微 變 等 效 電 路 （ 即 在 交 流 通 路 上 把 三 極管 畫 成 H 參 數(shù) 模 型 ） 。 求 解 各 動 態(tài) 性 能 指 標 （ 電 壓 放 大 倍 數(shù) 、 輸入 電 阻 和 輸 出 電 阻 等 ） 。 模 擬 電 子 技 術解 ： （ 1） 求 Q點 (ui=0) ARUVI b BEBBB 5.12 mAII BC 25.1b VRIVU cCCCCE 63.5（ 2） 畫 出 微 變 等 效 電 路 例 一 ： 在 基 本 共 射 放 大 電 路 中 ， 已 知 VBB=1V， Rb=24k ，VCC=12V， Rc=5.1k ； 晶 體 管 的 rbb =100 ， =100，導 通 時 的 UBEQ=0.7V。 求 解（ 1） 靜 態(tài) 工 作 點 Q；（ 2） 、 Ri和 Ro。 微 變 等 效 電 路 kIUrIUrIUrr BTbbCTbbETbbbe 2.2)1( bb 5.19 beb ciou rR RUUA b krRR bebi 2.26 kRR co 1.5u A 模 擬 電 子 技 術例 二 ： 分 析 放 大 電 路 ， 已 知 晶 體 管 的 =100， rbe=1k ，Ui=20mV； 靜 態(tài) 時 UBEQ=0.7V， UCEQ=4V， IBQ=20 A。求 電 壓 放 大 倍 數(shù) 、 輸 入 電 阻 Ri 、 輸 出 電 阻 Ro和 Us值 。解 ： 畫 出 微 變 等 效 電 路 250)/( be Lciou r RRUUA b krRR bebi 1/ kRR co 5 mVUR RRU ii iss 60 uA 模 擬 電 子 技 術例 三 ： 分 析 放 大 電 路 ， 晶 體 管 的 =80， rbb=100 。 分 別 計 算RL=和 RL=3k時 的 Q點 、 、 Ri、 Ro和 。解 ： （ 1） RL= 時 （ 空 載 ）ARURUVI sBEb BECCB 22 mAII BC 76.1b VRIVU cCCCCE 2.6畫 出 微 變 等 效 電 路 308 beciou rRUUA b krRR bebi 3.1/ kRR co 5 kIUrr CTbbbe 3.1b93 uis ius ARR RA Q點 uA usAuA 模 擬 電 子 技 術（ 2） RL=3k時 （ 帶 負 載 ） ARURUVI sBEb BECCB 22 mAII BC 76.1b畫 出 微 變 等 效 電 路 115)/( be Lciou r RRUUA b krRR bebi 3.1/ kRR co 5 kIUrr CTbbbe 3.1b 35 uis ius ARR RA VRRIVRR RRIVU LcCCCLc LcCCCCE 3.2)/( Q點