[模电专栏]

文章目录
C 放大电路的分析方法
C.a 放大电路的直流通路和交流通路
C.a.a 基本共射放大电路的直流通路和交流通路
C.a.b 阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路
C.b 图解法
C.b.a 静态分析
C.b.b 电压放大倍数的分析
C.b.c 失真分析
C.c 等效电路法
C.c.a 直流模型：求解Q点
C.c.b 晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）
C.c.c 基本共射放大电路的动态分析
C.c.d 阻容耦合共射放大电路的动态分析

C 放大电路的分析方法
C.a 放大电路的直流通路和交流通路

C.a.a 基本共射放大电路的直流通路和交流通路
基本共射放大电路



把交流源去掉，负端接地，得到：

静态直流通路：用来求解静态工作点的。



$V_{BB}$越大，$U_{BEQ}$取不同的值所引起的$I_{BQ}$的误差越小。

$U_{CEQ}>U_{BEQ}$，则处于放大状态。

通交流，电源相当于短路

动态交流通路：





注意：当静态工作点合适时，再画交流通路。
C.a.b 阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路
阻容耦合单管共射放大电路
直流通路：通直流，电容相当于开路
交流通路： 通交流，电容短路；电源短路，直流电源$V_{CC}$和地是一个点

动态$I_C$在两个电阻$R_C、R_L$产生变化的输出电压

动态的电压电流用向量形式。


C.b 图解法
C.b.a 静态分析
静态:$\Delta u_I=0$



根据方程画出负载线。

C.b.b 电压放大倍数的分析


动态：$\Delta u_I\ne 0$






反相

C.b.c 失真分析





$\begin{cases}\text{输入特性方程}： i_B=f(u_{BE})|u_{CE} \\ u_{CE}=V_{BB}+u_{I_{max}}-i_BR_b \end{cases}$

出现截止失真，也就是说上面的方程组不能在任意时刻都有非0解

消除方法：增大$V_{BB}$，即向上平移输入回路负载线，使得任意时刻方程组都有非0解

减小$R_b$,不能消除截止失真。



饱和失真产生于集体管的输出回路。

$\begin{cases}\text{输出特性方程}： i_C=f(u_{CE})|i_b \\ u_{CE}=V_{CC}-i_CR_C \end{cases}$

出现饱和失真，也就是说上面的方程组不能在任意时刻都有非饱和区的解

消除方法：使得与所有输出特性曲线相交，即使得上面的方程没有0解





$U_{om}$：（$U_{omax}$）最大不失真输出电压













$R'_L：R_l//R_C;u_{CE}=I_{CQ}R'_L$，已知斜率，必过Q点，确定B点，两点确定一条直线。输出电压决定于交流负载线。

$U_{om}$是个动态参数，动态参数要从交流负载线上得到——取决于($U_{CEQ}-U_{CES})与I_{CQ}R'_L$哪边小，用小的除以根号2就得到$U_{om}$当两者相等时，$U_{om}$最大。但是还要考虑其他参数。

C.c 等效电路法





C.c.a 直流模型：求解Q点


be之间等效为一个恒压源，二极管实际上只是表明了电流的方向。

ce之间等效为一个电流控制的电流源

C.c.b 晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）








$h_{12}$:CE之间的电压对BE之间电压的影响:，即反馈



$h_{12}$：当$u_{CE}$大到一定程度，可忽略

$h_{22}$：晶体管输出特性理想化，$r_{ce}$趋于无穷，晶体管处于断开状态


适用于低频小信号。



基区体电阻：常常不可忽略，因为基区做的很薄，多子浓度很低，呈现的电阻大。

发射区体电阻：发射区多子浓度很高，对于电流的阻力很小。



$U_{be}=U_{bb'}+U_{b'e}$

C.c.c 基本共射放大电路的动态分析


Rc电流自下向上。


$R_{i}为输入电阻$。$R_o$为输出电阻。

$r_{be}$使得u电压放大能力变小了。好处是输入电阻大一些，从信号源索取的电流小一些，信号源降落在放大电路端口的电压大一些。



求输出电阻：$U_i$置零，$I_b$变零，受控源也为零，其所在支路断路，等效电阻为$R_c$。

C.c.d 阻容耦合共射放大电路的动态分析


$A_{us}$：信号源的信号放大倍数。

加一个有内阻的源

$R_L$为所加负载的电阻；$R_s$为电源的电阻



图片来源：清华大学公开课 《模拟电子技术基础》 华成英

实验五  集成运放组成的基本运算电路
一、实验目的
二、实验仪器
三、预习要求
四、实验内容
1.电压跟随电路
2.反相比例放大器
(1)按表7.2内容实验并测量记录。
(2)按表7.3要求实验并测量记录。
(3)测量图7.2电路的上限截止频率。
3.同相比例放大电路
(1)按表7.4和7.5实验测量并记录。
(2)测出电路的上限截止频率
4.反相求和放大电路。
5.双端输入求和放大电路
五、实验报告
1.总结本实验中5种运算电路的特点及性能。
2.分析理论计算与实验结果误差的原因。
**仿真图：**

一、实验目的
1.掌握用集成运算放大电路组成比例、求和电路的特点及性能。
2.学会上述电路的测试和分析方法。

二、实验仪器
1.数字万用表
2.示波器
3.信号发生器

三、预习要求
1.计算表7.1中的VO和Af
2.估算表7.3的理论值
3.估算表7.4、表7.5中的理论值
4.计算表7.6中的VO值
5.计算表7.7中的VO值

集成运放的输出端与自身的反向输入端通过电路联接，组成负反馈电路。由于运放的电压增益大约在100000以上，所以处于深度负反馈状态，这种情况下运放主要工作于线性放大区，因而有“虚断”、“虚短”。
四、实验内容
1.电压跟随电路
实验电路如图7.1所示。按表7.1内容实验并测量记录。


									 	**图7.1  电压跟随电路**

电压串联负反馈，根据“虚短”有
												表7.1


2.反相比例放大器
实验电路如图7.2所示。
											图7.2  反相比例放大电路

电压并联负反馈，由“虚短”有


“虚断”有


(1)按表7.2内容实验并测量记录。
												表7.2


(2)按表7.3要求实验并测量记录。
												表7.3


(3)测量图7.2电路的上限截止频率。
3.同相比例放大电路
 电路如图7.3所示

(1)按表7.4和7.5实验测量并记录。
电压串联负反馈：“虚断”有

，“虚短”有




											图7.3  同相比例放大电路

													表7.4



表7.5


(2)测出电路的上限截止频率
4.反相求和放大电路。
实验电路如图7.4所示。按表7.6内容进行实验测量，并与预习计算比较。


										图7.4  反相求和放大电路

以上电路有错误，应为100K。电压并联负反馈，分析方法与图7.2一样：
													表7.6


5.双端输入求和放大电路
实验电路为图7.5所示。
											图7.5  双端输入求和电路

以上电路有错误，应为100K。减法电路，电压串并联反馈电路，
													表7.7


按表7.7要求实验并测量记录。
五、实验报告
1.总结本实验中5种运算电路的特点及性能。
2.分析理论计算与实验结果误差的原因。
本次实验中学习了很多新的知识，理论课_上关于运放的内容较为抽象,为何要采取不同的输入方式一度给我造成了困扰,本次实验后为了解释相关的现象我也翻看了很多资料,对运放的应用有了更多的了解。另一方面体会到了仿真的便捷性，例如测量同比例运算电压传输特性时，在实验室中要进行直流扫描，需要通过降低交流信号频率,再试探性设置正弦波形幅值来扫描,但仿真则可以方便地使用参数扫描来得到电路的性能分析图。思考题又再-次让我体会到了运放引入负反馈的重要意义，增强了我的实验查错能力。
仿真图：

										图 1电压跟随电路仿真图


										图 2反向比例放大电路仿真图


										图 3反向求和放大电路仿真图


										图 4双端输入求和电路仿真图

 两月前在某鱼发布了一条指导制作电子管功放机(胆机)的信息。
陆续指导五六个网友制作成功了6p14单端胆机和300B单端胆机。
现将制作的一台300B单端胆机的大概情况在这里介绍一个，以便没有经验的初级朋友参考(老烧都是专家，请不吝赐教)。
首先这套300B胆机图纸是我指导的那位网友提供的，再这儿表示感谢。
这是电源部分，电路基本比较全。
这是放大部分电路图。
这套图纸已经经过制作成功了，大家可以放心参考。
这位网友的水平是会用万用表和电烙铁。虽然电路不是很懂，但是很有耐心和细心。我应他的要求，把电源和放大部分图纸进行了整合链接
这是我根据他提供的图纸用软件合成到一张图纸上以后的整体图纸。管脚分布图，和6sn7接线原理图我也都合成在了这一张图的左上和左下角。
我后面把图纸打印了出来，然后拿笔把电源部分和放大部分链接了起来。(本来想在信号输入端加个电位器，但后来发现本电路电位器加在了6sn7放大之后，所以就把信号输入端电位器去掉了)。
这样合成以后，就是一张完整的线路接线图了。方便基础薄弱的朋友按葫芦画瓢了。
制作当中陆陆续续出现了各种各样的问题，我和这位网友都一一交流随时解决了。虽然图纸是正确的，但是各元件参数不可能都一样，所以必须经过后续调试。尽量接近图纸各关键点电压值。下面是几张制作当中的图纸(这位网友用料相当考究)
机器试听视频，我已经发布过了。欢迎大家试听。
 文 自由自在的心灵 20200208

第一部分 电子电路初学者教室
五、放大电路的基本原理
提问1：基极电路添加比直流电压$V_{BB}$小很多的交流电压$V_b$，基极电流和集电极电流有什么变化？（由图(a)变为图(b)）

  已知：下图图(a）的直流电路中，晶体管中的基极电流是直流电流$I_B$，集电极电流是直流电流$I_C$。

回答：

  施加的交流电压$v_b$,基极电流将会产生一个变化$i_b$,对应集电极电流会根据$i_b$变化产生一个相应的变化$i_c$


提问2：能否绘制基极和集电极各部分的电流和电压波形图？

回答：



  基极施加交流电压，基极电流自然是交流，集电极自然也是交流，但为何集电极电压不是交流的呢？这是因为上问中电路没有画出从集电极端取出输出电压$v_c$的电阻缘故。
提问3：那么接上电阻，$v_c$就变成交流电压么？

回答：

  若接入电阻$R_L$，则电路图变为下图，流过的输出电压为$v_o$=$R_L$*$i_c$,这边就没有$v_c$（从$R_L$两端得到的电压应该是$v_o$）。

  想实现 电压放大功能，可通过增大电阻$R_L$ 或  加大基极上交流电压$v_b$ 的方法来增大电压$v_o$。

   若 没有施加交流输入电压$v_b$，则晶体管中只有直流电压和电流，集电极电压应满足：$V_{CE}=V_{CC}-I_CR_L$,加上电压$v_b$也会继续维持这种关系。

  但 若加上电压$v_b$再加上$R_L$（$i_c表示集电极回路中交流分量$）,则集电极电压应满足：$V_{CE}=V_{CC}-(I_C+i_c)R_L$,(输出包含直流和交流两种分量的输出电压），最后可得到：$i_cR_L=v_o$

波形下图（$V_{CE}是集电极、发射极之间的电压$）：


  注意：集电极电流$i_c$和输出电压$V_{CE}$是反相的（相差180°相位），可由公式：$V_{CE}=V_{CC}-I_CR_L-i_cR_L$解释，其中，$V_{CC}-I_CR_L$是固定的直流分量，但由于集电极电流$i_c$是交流分量，会有周期性变化（增大或减少），因此$V_{CE}$也会随之相应地改变。

  $i_c$变大时，$i_cR_L$变大，$V_{CE}$减小。

  $i_c$减小时，$i_cR_L$减小，$V_{CE}$变大。
提问4：将$i_cR_L$视为输出电压$V_o$的原因？

回答：

  观察下图的放大电路，电容C滤除了直流分量，在向外输出的波形中若包含直流分量将会造成麻烦，故公式：$V_{CE}=V_{CC}-I_CR_L-i_cR_L$中，若滤除直流分量$V_{CC}-I_CR_L$自然就可将$i_cR_L$（$V_{CE}$）视为输出电压$V_o$

  目前，我们都是以直流分量为中心叠加了交流分量来工作的，这种直流电压或直流电流称为晶体管的偏置电压 或偏置电流。

注意：偏置在晶体管工作过程中的作用及其重要，若偏置不恰当，则可能造成晶体管不能正常放大。


提问5：能不能讲一个实际的放大电路示例？

  已知：下图为简单的放大电路，能将麦克风等输入的小信号（5mV）放大150倍（750mV）.


回答：

  现对这个电路进行解析：（通过上面所学知识）

    ①麦克风等 输入信号 加在电路的 端子a-b 之间。（类比上问图，就是直流电压和交流电压的那个位置，作为输入信号，改变小的交流电压可进行放大）

    ② 输出电压端子 应该是加在 电阻$R_3$（=50kΩ）的两端 。（类比上问图，$v_o$处，得到的是最后放大的信号）

    ③ 电容$C_2$的作用 是：因为晶体管2SC458的集电极-发射极之间的电压$V_CE$含有直流分量，故有了它之后我们得到的输出电压才是没有直流的$v_o$（类比上问图的电容C，作用一致）

    ④那 端子c-d的作用 是？为了 驱动电路工作加入的电源 。

    ⑤此电路采用$V_{CC}$=9V的电源电压即可，可为什么找不到上问中的$V_{BB}$相当的偏置电压呢？因为电源电压$V_{CC}$=9V通过电阻$R_1$=360kΩ给晶体管2SC458的基极和发射极之间加入直流电压的缘故。而这种偏置电路称作 固定偏置电路 。

  加入$V_i$=5mV的输入电压，可得输出电压$V_o$=0.78V.通常称$V_o$/$V_i$为 电压放大系数 $A_v$=$V_o$/$V_i$ ,即：$A_v$,=$V_o$/$V_i$=780/5=156（倍）。

  同理有:电流放大系数 $A_i$=$I_o$/$I_i$ 和 功率放大系数 $A_p$=$P_o$/$P_i$ ，且三者存在关系：$A_v$$A_i$=$A_p$