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模电笔记

发布日期: 2022-06-29

更新日期: 2022-12-01

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第2章-放大单元与基本组成电路

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2.1 放大的概念

放大的本质是能量放大&能量转换

耦合电路：增加电容

2.2 放大电路的直流工作平台

放大电路中直流电源的作用：
1. 提供放大功率
2. 保证放大期间具有正向受控作用

放大电路的放大是建立在直流工作平台基础上的信号放大。

2.3 直流通路和交流通路

直流通路：
- 交流信号置零
- 电容开路
- 电感短路
交流通路：
- 直流信号置零
- 电容短路
- 电感开路

2.4 静态工作点的稳定

2.5 放大电路的性能指标

性能指标
- 增益（放大倍数）：输出与输入之比
  1. 电压增益 ${\large A_u = \frac{\dot{U_o}}{\dot{U_i}}}$
  2. 电流增益 ${\large A_i = \frac{\dot{I_o}}{\dot{I_i}}}$
  3. 互阻增益 ${\large A_r = \frac{\dot{U_o}}{\dot{I_i}}}$
  4. 互导增益 ${\large A_g = \frac{\dot{I_o}}{\dot{U_i}}}$
- 输入阻抗：${\large Z_i = \frac{\dot{U_i}}{\dot{I_i}}}$
- 输出阻抗：${\large Z_o = \frac{\dot{U_o}}{\dot{I_o}}|_{R_L = \infin , \dot{U}_S = 0}}$

**放大倍数、$R_i$、$R_o$**、通频带、非线性失真、最大不失真输出电压、最大输出功率与频率

2.6 晶体管的H参数等效模型

三极管的三种组态的微变等效模型

2.7 共发射极放大电路的动态分析

一个具体的例子：增益、输入阻抗、输出阻抗

2.8 增益稳定的共发射极放大电路动态电路分析

(发射极)旁路电容能提高放大增益：当无这电容时候，共发射放大电路由于发射极有电阻，这个电阻现成负反馈，使得放大电路的增益降低；当并联了旁路电容后，交流等效短路这个电阻，那么极大的减少负反馈量，这样可以提高本级的放大量，即增益。

一个具体的例子：增益、输入阻抗、输出阻抗

2.9 共集电极放大电路

一个具体的例子：增益、输入阻抗、输出阻抗

2.10 共基极放大电路

一个具体的例子：增益、输入阻抗、输出阻抗

2.11 晶体管基本放大电路三种接法的比较

三种基本放大单元电路性能

	电压增益 $A_u$	电流增益 $A_i$	输入电阻 $R_i$	输出电阻 $R_o$
共发射极 CE	$- \frac{\beta R_L}{r_{be}}$	$\beta$	$r_{be}$	$\infin$
共基极 CB	$\frac{\beta R_L}{r_{be}}$	$-1$	$\frac{r_{be}}{1 + \beta}$	$\infin$
共集电极 CC	$- \frac{(1 + \beta) R_L}{r_{be} + (1 + \beta) R_L}$	$- (1 + \beta)$	$r_{be} + (1 + \beta)R_L$	$\frac{r_{be} + R_S}{1 + \beta}$

接口电路：共集电极放大电路

派生电路

复合管

小功率管子($\beta$ 大)在前级，大功率管子($\beta$ 小)的后级。

共射-共集放大电路
共集-共集放大电路

晶体管恒流源

1. 镜像恒流源
2. 非对称恒流源

2.12 共源极放大电路

一个具体的例子：增益、输入阻抗、输出阻抗

2.13 多级放大电路

电路中各级基本放大电路的连接方式
- 多级放大电路常采用两种耦合方式：
  - 间接耦合（隔直流）
    - 阻容耦合——通过电容连接
    - 变压器耦合——通过变压器连接
  - 直接耦合——不通过任何器件连接
各个的优缺点
- 阻容耦合
  - 优点：各级静态工作点相互独立，互不影响
  - 缺点：①低频特性差，不利于传递缓慢变化的信号②电容体积大，不易集成
- 变压器耦合
  - 优点：①各级静态工作点相互独立，互不影响②在传递交流信号的同时实现阻抗变换
  - 缺点：①低频特性差，不利于传递缓慢变化的信号②变压器笨重，无法集成
- 直接耦合
  - 优点：①利用集成②低频特性好
  - 缺点：①前后静态工作点相互影响②零点漂移
零点漂移（可以参考：直接耦合多级放大电路的零点漂移）
- 当输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢无规则变化的现象
- 产生的原因：①温度变化（主要）②直流电源波动③元件老化……
- 解决方法：差分放大电路

2.14 多级放大电路性能指标分析

总电压增益等于各级电压增益之积

多级放大电路的输入阻抗 = 第一级（输入级）的输入阻抗（但是这不意味着与后级无关）

前级的负载阻抗可以看作后级的输入阻抗。

前级的输出阻抗可以看作后级的信号源内阻抗。

多级放大电路的输出阻抗 = 最后一级（输出级）的输出阻抗（但是这不意味着与前级无关）

2.15 对称结构单元放大电路之差分放大电路工作原理

温度漂移解决方案
- 直流负反馈
- 温度补偿
- 寻找电路对称结构——差分放大电路

差分放大电路：静态工作点 + 小信号的放大电路

$R_L$ 两端电压相等，可视为开路。

2.16 对称结构单元放大电路之差分放大电路的信号选择性

差分放大电路对信号有选择性

${\large i_o = \frac{R_C}{2R_C + R_L}(i_{c2} - i_{c1})}\
{\large u_o = \frac{R_LR_C}{2R_C + R_L}(i_{c2} - i_{c1})}$

$输入信号 = 共模信号 \pm 差模信号$

差分放大电路抑制共模信号，放大差模信号

2.17 对称结构单元放大电路之差分放大电路指标分析

一个具体的例子：增益、输入阻抗、输出阻抗

电路分析
双端输出
共模信号
差模信号差模信号的电压增益、输入电阻和输出电阻
单端输出
共模信号
差模信号的电压增益、输入电阻和输出电阻
共模信号和差模信号的微变等效电路及电压增益

差分放大器可以抑制共模信号的原因：

1. 电路结构对称
2. 共模抑制电阻 $R_{EE}$

共模抑制比：${\large K_{CMR} = |\frac{A_{ud}}{A_{uc}}|}$，共模抑制比越大性能越好。

2.18 对称结构单元放大电路之功率放大电路工作原理

功放：通常作为多级放大电路的输出级，主要功能：为了推动负载工作，如：使扬声器发声，继电器动作，仪表指针偏转等

功放设计需求
- （1）在不失真前提下尽可能的输出较大功率
- （2）具有较高的效率（前面学习的小信号放大电路效率较低）
小信号放大电路效率较低的原因
在放大静态工作状态时会消耗功率，导致效率较低（甲类工作状态）；在截止静态工作状态时，虽然不会消耗功率而且输入交流信号的动态范围提升，但是产生了严重的失真，晶体管只在半个周期内处于导通状态（乙类工作状态）。