考虑电路中不同的直流和交流成分,放大器的基本分析方法为什么和什么

第2章 放大电路的基本原理和分析方法,本章教学内容,2.1 放大的概念 2.2 放大电路的主要技术指标 2.3 单管共发射极放大电路 2.4 放大电路的基本分析方法 2.5 静态工作点的稳定问题 2.6 三极管放大电路的三种基本组态 2.7 场效应管放大电路 2.8 多级放大电路,2.1 放大的概念,放大的基本要求：不失真放大的前提 放大的本质：能量的控制 放大的对象: 变化量 放大的核心元件：三极管和场效应管,电信号,足够强电信号,微弱,强得多,放大倍数 放大电路输出信号与输入信号的比值。,信号源,内阻,输入电压,输入电流,输出电压,输出电流,2.2 放大电路的主要技术指标,输入电阻,从输入端看进去的 等效电阻,输入电阻越大越好,衡量放大电路从信号源获取电流大小的参数。,输出电阻,将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。,空载时输出电压有效值,带RL时的输出电压有效值,输出电阻越小，带负载能力愈强。,通频带,下限频率,上限频率,衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。,最大输出幅度,非线性失真系数,所有的谐波总量与基波成分之比:,无明显失真的最大输出电压(或电流)，一般指有效值，以Uom (或Iom )表示。,最大输出功率与效率,最大输出功率Pom：在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率,效率：最大输出功率Pom与电源消耗的功率PV 之比,2.3 单管共发射极放大电路,共发射极放大电路的组成,晶体管：起放大作用的核心元件,Rc：将变化的电流iC转变为变化的电压uCE(uo) 。,Rb、VBB ：使发射结正偏，并提供合适的静态基极电流IB。,VCC：为输出信号提供能量，并与Rc一起保证集电结反偏。,放大电路的工作原理,UBE,UCE=VCCRCIC,静态工作点Q,UBEQ,IBQ,ICQ,UCEQ,当 ui=0,ui,uBE=UBEQ+ube,iB=IBQ+ib,ic= ib,uCE=UCEQ+uce,uo=uce,UCEQ=VCCRCICQ,iC=ICQ+ic,uce=RL|RCic,当 ui0,ib,ic,uce,反相放大,放大电路的工作波形,放大电路的组成原则,静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。 对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。,问题： 两种电源 信号源与放大电路不“共地”,将两个电源合二为一,有直流分量,有交流损失,2.4 放大电路的基本分析方法,静态工作点Q分析,动态参数分析,IBQ、ICQ、UCEQ、UBEQ,Au、Ri、Ro,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,直流通路与交流通路,直流通路,在直流电源作用下直流电流流经的通路。,电容开路，电感短路；,信号源短路；,交流通路,在输入交流信号的作用下，交流信号流经的通路。,大电容短路；,直流电源短路；,静态工作点的近似估算,晶体管的静态等效电路（放大状态）,放大电路静态等效电路,近似条件：UBE 0.7V(硅管)，或 0.3V(锗管),近似估算,检验晶体管是否处于放大状态,思考： 如果BJT处于饱和区，如何调节使电路处于放大状态？,IBQRb+UBEQ=VCC,IBQ,ICQ,ICQRc+UCEQ=VCC,根据KVL：,再次根据KVL：,图解法,把输入输出回路分开处理,画出直流通路,列输入回路方程：,列输出回路方程：,UBE =UCCIBRB,UCE=UCCICRC,静态工作点的分析,输入回路分析,UBEQ,IBQ,输入特性曲线,输入回路 直流负载线,输出回路分析,IBQ,UCEQ,ICQ,输出特性曲线,静态工作点,静态工作点,输出回路 直流负载线,UBE =UCCIBRB,UCE=UCCICRC,由于输入特性不易准确测得，一般用估算法求IBQ和UBEQ 。,图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知Rb=280k，Rc=3k ，集电极直流电源VCC=12V，试用图解法确定静态工作点。,解：首先估算 IBQ,输出回路方程 UCE = VCC IC Rc,IB,例,0,iB = 0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,3,4,2,2,4,6,8,10,12,M,IBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.,uCE /V,由 Q 点确定静态工作点为：,iC /mA,UCE =12 3IC,电压放大倍数的分析,交流负载线,直流负载线,输入回路工作情况分析,输出回路工作情况分析,图解法的步骤,画输出回路的直流负载线 估算 IBQ，确定Q 点，得到 ICQ和 UCEQ 画交流负载线 求电压放大倍数,图解法的应用,分析非线性失真,由于静态工作点Q过低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真,iB,ui,截止失真,截止失真是在输入回路首先产生失真！,顶部失真,uo = uce,O,IB = 0,Q,t,O,O,t,iC,uCE/V,uCE/V,iC / mA,uo = uce,ib(不失真),ICQ,UCEQ,Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真。,底部失真,饱和失真,估算最大输出幅度,Q尽量设在线段AB的中点,分析电路参数对静态工作点的影响,Q1,Q2,VCC,Rb1Rb2,Q1,Q2,VCC,Rc2Rc1,增大Rc ，Q点向饱和区靠近。,增大Rb ，Q点向截止区靠近。,Q1,Q2,VCC,21,Q1,Q2,VCC2,VCC2VCC1,VCC1,VCC升高时, Q点移向右上方,Uom增大，三极管静态功耗也增大。, 增大时，输出特性曲线上移，Q点移近饱和区。,图解法的特点,形象、直观；,适应于Q点分析、放大倍数分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析；,能够用于大信号分析；,要求实测晶体管的输入、输出曲线；,定量分析的误差较大；,不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数；,直流负载线,交流负载线,微变等效电路法,适用条件：微小交流工作信号；三极管工作在线性区。 解决问题：处理三极管的非线性问题。,输入回路,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。,晶体管的等效电路,利用PN结的电流方程可求得,基区体电阻,发射结电阻,发射区体 电阻,查阅手册,rbb: 基区体电阻（常取300） UT: 温度电压当量. 常温(27C), UT =26mV,小功率三极管：,输出回路,三极管输出端可以等效为一个受控电流源：,iC=iB,等效电路,rbe,uBE,iC,iB,uCE,iB,e,c,b,动态参数分析,电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,等效电路法的步骤,确定放大电路的静态工作点Q。,根据定义列出电路方程并求解。,画出放大电路的微变等效电路。,求出Q点处的和rbe 。,估算法,交流通路,微变等效电路,分析下图所示接有射极电阻的单管放大电路。,例,引入发射极电阻后， 降低了。,若满足(1 + ) Re rbe,与三极管的参数 、rbe 无关。,其中 RL=Rc/RL,放大倍数,输入电阻,引入Re后，输入电阻增大。,输出电阻,图示放大电路中, = 50。 1. 试估算放大电路的静态工作点； 2. 画出微变等效电路； 3. 求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,例,解:直流通路如图所示,IBQRb+UBEQ+IEQRe=VCC,ICQ=IBQ=500.04mA =2mAIEQ,UCEQ=VCC-ICQRc-IEQRe =12-2(3+0.82)V =4.36V,Ri=rbe+(1+)Re/Rb=36.3k,RoRc=3k,微变等效电路如图所示,微变等效电路法的特点,简单方便；,适应分析任何基本工作在线性范围的简单或复杂的电路；,只能解决交流分量的计算问题；,不能分析非线性失真；,不能分析最大输出幅度；,静态工作点稳定的必要性,2.5 静态工作点的稳定问题,必要性,决定放大电路是否产生失真；,影响电压放大倍数、输入电阻等动态参数；,静态工作点的不稳定，将导致动态参数不稳定，甚至使放大电路无法正常工作。,影响静态工作点稳定的因素,电源电压波动；,元件老化；,环境温度变化；,温度对静态工作点的影响,T = 20 C,T = 50 C,工 作 点 向 饱 和 区 移 动,Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。,分压式偏置电路,分压式偏置电路,分压式偏置电路组成,RB2,CE,RE,VB,RE射极直流负反馈电阻,旁路电容，在交流通路中可视为短路,稳定静态工作点的原理,固定VB,VB不受温度变化的影响。,取适当的VB,使 VBUBE,I2=(510)IB,VB=(510)UBE,(IE),VB一定,稳定过程,(维持不变),RE的作用,采样：,直流负反馈：,静态分析,动态分析,其中：,旁路电容CE不影响放大电路的电压放大倍数。,若去掉CE,如图所示，VCC=12V，Rb1=5k，Rb2=15k，Re=2.3k，Rc=5.1k，RL=5.1k，=50，UBEQ= 0.7V。 (1) 估算静态工作点Q； (2) 分别求有、无Ce时的Au和Ri；,例,解： (1) 静态工作点:,(2) 求Au和Ri,当有Ce时,当无Ce时,可以看出，当无Ce时，电压放大倍数很低,2.6 三极管放大电路的三种基本组态,基本组态,共射组态CE,共集组态CC,共基组态CB,共集电极放大电路,电路组成,集电极交流接地 共集电极电路 发射极输出 射极输出器,静态分析,UCC=IBQRB+UBEQ +IEQRE =IBQRB+UBEQ+(1+ )IBQRE =IBQ RB+ (1+ )RE + UBEQ,动态分析,电压放大倍数,输入电阻,非常高,输出电阻,信号源内阻,非常低,射极输出器的特点,输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,电压放大倍数,1,输入电阻很大，从信号源取得的信号大。,输出电阻很小，带负载能力强。,所谓带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变。,射极输出器的用途,将射极输出器放在电路的首级，可以提高放大器的输入电阻，减少对前级的影响。,将射极输出器放在电路的末级，可以降低放大器的输出电阻，提高带负载能力。,将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的阻抗变换作用，这一级称为缓冲级或中间隔离级。,静态工作点分析：,动态分析：,共基极放大电路,电路组成,VEE：保证发射结正偏；,VCC：保证集电结反偏；,原理电路,实际电路,静态分析,动态分析,具有电压放大作用， 没有倒相作用。,电压放大倍数,输入电阻,如不考虑Re的作用,如考虑 Re 的作用,输出电阻,如不考虑Rc的作用,Ro = rcb,如考虑Rc的作用,Ro = Rc / rcb Rc,三种基本组态的比较,频率响应,大 Rc,小,高 Rc,小 (几欧 几十欧),大 (几十千欧以上),中 (几百欧几千欧) rbe,组态,性能,共 射 组 态,共 集 组 态,共 基 组 态,差,较好,好,应用,低频电压放大,多级放大的输入级和输出级,宽频带放大电路,2.7 场效应管放大电路,场效应管的特点,场效应管是电压控制元件；,栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；,一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及辐射影响小；,制造工艺简单，有利于大规模集成；,存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接地良好，防止漏电击穿管子；,跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。,N 沟道增强型 MOS 场效应管组成的放大电路为例,共源极放大电路,电路组成,工作在恒流区实现放大作用：,开启电压,静态分析,UGSQ 、 IDQ 、UDSQ,近似估算法,ui = 0,UGSQ = VGG,恒流区，转移特性为,式中IDO为uGS=2UGS(th)时的值。,图解法,uDS = VDD - iDRD,输出电压方程：,UGSQ = VGG,Q,UDSQ,VDD,IDQ,直流负载线,UGSQ,动态分析,微变等效电路,对于正弦信号，iD 的全微分为,gm 跨导(毫西门子 mS)。,0.1 20 mS,rDS 漏源之间等效电阻。,几百千欧,若RDrDS， rDS可视为开路,参数gm求法,用求导的方法计算 gm,在 Q 点附近，可用 IDQ 表示上式中 iD，则,动态参数计算,Ro = RD,思考：输入电阻多大？,分压自偏压式共源放大电路,电路组成,提高放大电路的输入电阻,稳定静态工作点,VG,静态分析,近似估算法,UDSQ=VDDIDQ(RD+RS),图解法,Q,IDQ,UGSQ,VG,uDS = VDD iD(RD + RS),UDSQ,VDD,Q,IDQ,UGSQ,动态分析,基本共漏放大电路,电路组成,源极输出器,静态分析,VG,UDSQ=VDDIDQRS,动态分析,源极跟随器,Ri=RG+(R1/R2),d,2.8 多级放大电路,为获得足够大的放大倍数，需将单级放大器串接，组成多级放大器。,级间耦合,多级放大电路的耦合方式,变压器耦合,光电耦合,阻容耦合,直接耦合,阻容耦合,优点：各级Q点相互独立，便于分析、设计和调试。,缺点：低频特性差，不便于集成化。,直接耦合,优点：放大交流和直流信号，低频特性好，便于集成。,缺点：各级Q点相互影响，零点漂移较严重。,临近饱和区,合适静态工作点的解决方法,降低电压放大倍数,用二极管代替Re2。,发射极接一电阻Re2。,VB2,提高VB2,动态电阻小，对放大倍数影响小,用稳压管代替二极管。,使稳压管工作在稳压的范围里,后级集电极的有效电压变化范围减小； 级数增多，集电极电位上升， +Vcc将无法承受；,新的问题：,可降低第二级的集电极电位，又不损失放大倍数。,稳压管噪声较大,采用NPN-PNP耦合方式,实现电平移动,利用PNP管集电极电位比基极电位低的特点可获得合适的合适的Q点。,例,图示两级直接耦合放大电路中，已知：Rb1=240 k，Rc1=3.9k，Rc2=500，稳压管VDz的工作电压UZ=4V，三极管T1的1=45，T2的2=40，VCC=24V，试计算各级静态工作点。如ICQ1由于温度的升高而增加1%，计算静态输出电压的变化。,解：设 UBEQ1=UBEQ2=0.7 V,则 UCQ1=UBEQ2+Uz=4.7 V,ICQ1 = 1 IBQ1 = 4.5 mA,IBQ2=IRc1ICQ1=(4.954.5)mA=0.45mA,ICQ2=2 IBQ2=(400.45)mA=18mA,Uo=UCQ2=VCCICQ2RC2=(24180.5)V=15V,UCEQ2=UCQ2UEQ2=( 154)V=11V,当 ICQ1 增加 1% 时，即,ICQ1=(4.51.01)mA=4.545mA,IBQ2=(4.95-4.545)mA=0.405mA,ICQ2=(400.405)mA=16.2mA,Uo=UCQ2=(2416.20.5)V=15.9V,比原来升高了 0.9 V，约升高6%,零点漂移,零点漂移,当输入信号为零时，输出电压不保持恒定，而是在某个范围随时间、温度不断地缓慢变化，称这种现象为零点漂移或“零漂”。,产生零漂的原因：,衡量零漂的指标,温度对晶体管参数的影响,电源的波动,输出端漂移电压,折合到输入端的等效漂移电压,克服零点漂移的途径:,引入直流负反馈以稳定Q点；,利用热敏元件补偿放大器的零漂；,采用差分放大电路。,变压器耦合,优点：各级Q点相互独立，能实现阻抗变换。,缺点：不能放大直流信号，笨重，不易集成。,光电耦合,优点：实现前后级电隔离，有效抑制电干扰。,缺点：放大能力较差。,分析方法,前一级的输出电压是后一级的输入电压。 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。 总电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积。 总输入电阻即为第一级的输入电阻 。 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。,注意：对于阻容耦合电路，由于电容的隔直作用，各级放大器的Q点相互独立，分别估算。,静态分析,动态分析,第二级的 输入电阻,Ri=Ri1= RB1/ RB2/ rbe1,Ri2=RB1/ RB2/ rbe2,Ro = RC2,总电压放大倍数,Au为正，输入输出同相,总放大倍数等于各级放大倍数的乘积,如图，R1=15k, R2=R3=5k, R4=2.3k, R5=100k, R6=RL=5k，VCC=12V，=50，rbe1=1.2k，rbe2=1k, UBEQ1 =UBEQ2=0.7V。求:Q点、Au、Ri和Ro,解：1、求静态工作点Q,例,2、求Au、Ri和Ro,作业,课后习题： P101，1（a、b、c、d、f）、2（a、b）、3、6,第一次：,课后习题： P105，10、11、14、15,第二次：,课后习题： P106，16、19(ad)、21、26,第三次：,

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电路分析基础的图书二

第1章　MOST与双极型晶体管的比较

mos管是金属(metal)—氧化物(oxid)—半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。

第2章　放大器、源极跟随器与共源共栅放大器

运放是运算放大器的简称。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。

第3章　差分电压与电流放大器

第4章　基本晶体管级的噪声性能

第5章　运算放大器的稳定性

第6章　运算放大器的系统性设计

第7章　重要的运算放大器结构

第8章　全差分放大器

第9章 多级运算放大器的设计

第10章 电流输入运算放大器

第11章　轨到轨输入与输出放大器

第12章　AB类放大器与驱动放大器

第13章　反馈：电压放大器与跨导放大器

第14章　反馈：跨阻放大器与电流放大器

第15章 随机性与系统性的失调与CMRR

第16章　带隙与电流基准电路

第17章　开关电容滤波器

第18章　基本晶体管电路的失真

第19章　时序滤波器

第20章 CMOS ADC与DAC原理

第21章　低功耗∑－AAD转换器

第22章　晶体振荡器设计

第23章　低噪声放大器

第24章　模一数混合集成电路的耦合效应

主题索引

……

书 名：电路分析基础（2010年版）

作　者： 周茜　编著

出 版 社： 电子工业出版社

出版时间： 2010-1-1

开　本： 16开

I S B N ： 9787121097102

定价：32.00 本书系统论述电路分析中的基本概念、基本定律和基本分析方法。全书共17章，主要内容包括：电路元件、电路变量和电路定律，线性电路的基本分析方法，网络的VAR和电路的等效变换，网络定理，晶体管及集成运算放大器电路的分析，电容元件与电感元件，一阶电路分析，二阶电路分析，交流动态电路，相量模型和相量方程，正弦稳态的功率和能量，电路的频率特性，三相电路，耦合电感和理想变压器，双口网络，PSPICE简介等。

在第1版教材的基础上，这次修订增加了晶体管放大电路的分析、电子元器件的介绍、PSPICE简介等内容，并增选了六个实例，以加强与后续课程及实际工程的联系，适应当前电路基础课程教学改革的需要。在内容选材上，本书立足于“加强基础、精选内容、例题典型、重点突出”，在论述风格上力求简洁明了、通俗易懂。

本书可作为高等院校工科类专业本科生或专科生教材，也可作为学生、教师及工程技术人员的参考书。 第1章 绪论

1.1 概述

1.2 电路的分类

1.3 实际电路和电路模型

1.4 电路分析方法

第2章 电路元件、电路变量和电路定律

2.1 电路分析中的基本变量

2.2 基尔霍夫定律

2.3 电阻元件

2.4 电阻器

2.5 独立电源

2.6 受控电源

习题

第3章 线性电路的基本分析方法

3.1 支路分析法

3.2 网孔分析法

3.3 节点分析法

3.4 回路分析法

3.5 电路的对偶特性与对偶电路

习题

第4章 网络的VAR和电路的等效变换

4.1 引言

4.2 单口网络的VAR

4.3 单口网络（二端网络）的等效

4.4 电源模型的等效变换

4.5 T-Ⅱ变换

习题

第5章 网络定理

5.1 叠加定理

5.2 置换定理（替代定理）

5.3 戴维南定理

5.4 诺顿定理

5.5 最大功率传输定理

5.6 互易定理

习题

第6章 晶体管及集成运算放大器电路的分析

6.1 晶体三极管放大电路分析

6.2 含运算放大器的电路分析

习题

第7章 电容元件与电感元件

7.1 电容元件

7.2 电感元件

7.3 电容器和电感器

7.4 电感器和电容器的电路模型

习题

第8章 一阶电路分析

8.1 引言

8.2 换路定理及初始值计算

8.3 一阶电路的零输入响应

8.4 一阶电路的零状态响应

8.5 一阶电路的全响应

8.6 三要素分析法

8.7 阶跃函数与阶跃响应

习题

第9章 二阶电路分析

9.1 LC电路中的正弦振荡

9.2 RLC串联电路的零输入响应

9.3 GLC并联电路的零输入响应

9.4 一般二阶电路的分析

习题

第10章 交流动态电路

10.1 引言

10.2 正弦电压和电流

10.3 正弦RC电路分析

10.4 正弦信号的相量表示

10.5 相量运算与正弦信号运算对应关系的几个引理

10.6 应用相量求解正弦稳态响应

习题

第11章 相量模型和相量方程

11.1 KCL和·KVL的相量形式

11.2 R、L、C元件VAR的相量形式

11.3 阻抗和导纳——相量模型

11.4 正弦稳态电路的相量法分析

习题

第12章 正弦稳态的功率和能量

12.1 基本元件的功率和能量

12.2 二端网络的功率和能量

12.3 最大功率传输定理

12.4 正弦稳态功率的叠加

习题

第13章 电路的频率特性

13.1 电路的频率响应

13.2 一阶RC电路的频率特性

13.3 RLC串联谐振电路

13.4 GLC并联谐振电路

习题

第14章 三相电路

14.1 三相电路概述

14.2 三相电源和负载的连接

14.3 对称三相电路的分析

习题

第15章 耦合电感和理想变压器

15.1 耦合电感元件

15.2 耦合电感的去耦等效电路

15.3 耦合电感电路的初次级等效

15.4 理想变压器

15.5 实际变压器模型

15.6 变压器

习题

第16章 双口网络

16.1 双口网络的基本概念

16.2 网络的端口方程和参数

16.3 各网络参数间的关系

16.4 用网络参数进行网络分析

习题

第17章 PSpice应用

17.1 概述

17.2 Capture绘制电路原理图

17.3 PSpice电路仿真

习题

附录A 证明m=b一（n-1）个网孔

部分习题答案

参考文献