模电2-基本放大电路.ppt

第二章 基本放大电路,放大器构成及主要技术指标、放大器分析方法、三种组态放大器。,本章主要内容：,前 进,返 回,2.1 放大的概念,1信号：电流或电压。,信号放大时，放大的是信号的幅度，信号的频率不变。信号放大主要是利用三极管基极电流对集电极电流的控制作用（IC=Ib）或场效应管栅极电压对漏极电流的控制作用（Id=gmUgs）。,2放大的概念,2.2.1 原理电路,主要元件处于放大状态的三极管。,2.2 基本共射放大电路的工作原理,为保证三极管的偏置，要加上直流电源。,为限流，应加上降压电阻。,为放大信号，加上信号源及输出端。,2.2.1 原理电路,主要元件处于放大状态的三极管。,2.2 单管共发射极放大电路,为保证三极管的偏置，要加上直流电源。,为限流，应加上降压电阻。,为放大信号，加上信号源及输出端。,2.2.2 电路放大工作原理,2.2 单管共发射极放大电路,考虑到uCE=VCC-iCRC，而VCC是固定不便的，则变化量uCE=-iCRC。,ui,uBE,iB,uO,iC=iB,uCE,2.2.3 实际放大器,2.2 单管共发射极放大电路,首先改成单电源供电，再加上隔直电容，,共射放大器,共射放大器,习惯画成：,2.2.4 放大器构成原则,2.2 单管共发射极放大电路,1.保证三极管发射结正偏、集电结反偏（如右图所示）；,2.欲放大信号能进入三极管中；,3.所放大信号能传输到负载上。,电路举例,2.2 单管共发射极放大电路,对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：,2.2 放大电路主要技术指标,1.放大倍数（增益）Au、Ai,3.非线性失真系数D,2.最大输出信号幅度Uom、Iom,4.输入电阻Ri,5.输出电阻Ro,6.通频带BW,7.最大输出功率Pom及转换效率,对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：,2.2 放大电路主要技术指标,1.放大倍数（增益）Au、Ai,Au=Uo/Ui,Ai=Io/Ii,Aus=Uo/Us,对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：,2.2 放大电路主要技术指标,最大不失真输出信号幅值。,2.最大输出信号幅度Uom、Iom,对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：,2.2 放大电路主要技术指标,3.非线性失真系数D,输出信号 uo=u1+u2+u3+,其中，u1是基波，u2、u3、是谐波,对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：,2.2 放大电路主要技术指标,4.输入电阻Ri,Ri=Ui/Ii,对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：,2.2 放大电路主要技术指标,5.输入电阻Ro,实际测量时Ro=（Uo/Uo-1）RL,对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：,2.2 放大电路主要技术指标,6.通频带BW,BW=fH-fL,对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：,2.2 放大电路主要技术指标,=Pom/PV,7.最大输出功率Pom及转换效率,附：电路中有关符号规定,直 流 量：,大写字母、大写脚码 如 IB、UCE,交流瞬时量：,小写字母、小写脚码 如 ib、uce,交流有效量：,大写字母、小写脚码 如 Ib、Ucce,交直流总量：,小写字母、大写脚码 如 iB、uCE,放大器分析有静态分析和动态分析。其中动态分析最常用的方法有图解法（大信号）和等效电路法（小信号）。,2.3 放大电路基本分析方法,一.直流等效电路（直流通路）,2.3.1 放大器直流通路与交流通路,直流信号所通过的线路，用于分析直流量。,直流通路作法：断开隔直电容。,一.直流等效电路（直流通路）,2.3.1 放大器直流通路与交流通路,交流信号所通过的线路，用于分析交流量。,交流通路作法：短路隔直电容和直流电源。,2.3 放大电路基本分析方法,二.交流等效电路（交流通路）,在放大电路或其直流通路中，计算IB，UBE，IC，UCE。其中，UBE=0.7V（Si管）或0.2V（Ge管）当作已知量。,2.3.2 静态工作点的估算,2.3 放大电路基本分析方法,IB=（Vcc-UBE）/RB Vcc/RB,IC=IB,UCE=Vcc-ICRC,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,先利用估算法计算出IB，在输入特性曲线上作静态工作点Q，再在输出特性曲线上作出直流负载线uCE=VCC-iCRC，其与IB的交点及静态工作点Q，直流负载线的斜率为-1/RC。,一静态分析,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,先利用估算法计算出IB，在输入特性曲线上作静态工作点Q，再在输出特性曲线上作出直流负载线uCE=VCC-iCRC，其与IB的交点及静态工作点Q，直流负载线的斜率为-1/RC。,一静态分析,作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL、过静态工作点Q），,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,二动态分析,作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL、过静态工作点Q），,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,二动态分析,然后根据已知的输入信号如ui=0.05sint(V)，分别在输入特性、输出特性上的静态工作点附近得出动态范围，,作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL、过静态工作点Q），然后根据已知的输入信号如ui=0.05sint(V)，分别在输入特性、输出特性上的静态工作点附近得出动态范围，,根据动态范围作出输入输出波形，求出Au、Ai。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,二动态分析,进而,作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL、过静态工作点Q），然后根据已知的输入信号如ui=0.05sint(V)，分别在输入特性、输出特性上的静态工作点附近得出动态范围，进而根据动态范围作出输入输出波形，求出Au、Ai。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,二动态分析,1.估算IB，并在输入特性曲线上标出Q点；,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,图解法步骤小结：,2.在输出特性曲线上作直流负载线，并标出Q点；,3.在输出特性曲线上作交流负载线（斜率为-1/RL,过Q点）；,4.根据已知条件在输入特性曲线上以静态工作点为中心确定输入电流动态范围（输入信号摆动范围），作输入信号波形；根据输入电流摆动范围，找出交流负载线与输出特性曲线的两个交点，此为输出动态范围（输出信号摆动范围），作输出信号波形。,5.计算Au、Ai。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,三图解法应用,1.分析非线性失真设ii=20sint(uA),（1）静态工作点过低，,出现截止失真。,解决办法：提高Q点，可减小RB。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,三图解法应用,1.分析非线性失真设ii=20sint(uA),（2）静态工作点过高，,出现饱和失真。,解决办法：降低Q点，可增大RB。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,三图解法应用,1.分析非线性失真设ii=65sint(uA),（3）输入信号过大，,出现饱和截止失真。,解决办法：减小输入信号。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,三图解法应用,2.分析放大 最大不失真 输出信号,（1）静态工 作点较高。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,三图解法应用,2.分析放大 最大不失真 输出信号,（2）静态工 作点较低。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,三图解法应用,2.分析放大器最大不失真输出信号,静态工作点在位于放大区中央最佳。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,三图解法应用,3.分析电路参数对静态工作点的影响,（1）RB的影响,直流负载线不变。RB变大时IB减小，Q点下移，易出现截止失真；RB变小时IB减小，Q点上移，易出现饱和失真。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,三图解法应用,3.分析电路参数对静态工作点的影响,（2）RC的影响,直流负载线与横轴交点不变，但与纵轴交点变化。RC变大交点下移，易出现饱和失真；RC变小时交点上移，易超出安全区。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,三图解法应用,3.分析电路参数对静态工作点的影响,（3）VCC的影响,直流负载线平行移动。VCC变大时直流负载线右移，容易超出安全区；VCC变小时直流负载线左移，容易出现饱和失真。,2.3.3 图解法,2.3 放大电路基本分析方法,三图解法应用,3.分析电路参数对静态工作点的影响,（4）的影响,直流负载线不变，IB不变。但变大时，Q点上移，易出现饱和失真；变小时，Q点下移，易出现截止失真。,2.3.4 微变等效电路法,2.3 放大电路基本分析方法,一共射三极管的等效电路,1.三极管的h参数表达式,BE=f(iB，CE）iC=g(iB，CE）,be=hreib+hrece ic=hfeib+hoece,求全微分并变换:,简化形式（有效值形式）:,Ube=hreIb Ic=hfe Ib,又表示为:,Ic=Ib Ube=rbeIb,2.3.4 微变等效电路法,2.3 放大电路基本分析方法,一共射三极管的等效电路,2.三极管h参数等效电路,由Ube=Ib、Ic=rbeIb 得简化h参数等效电路：,其中，rbe=rbb+（1+）26/IE（mA）而rbb一般取300，或由题意给出。,2.3.4 微变等效电路法,2.3 放大电路基本分析方法,二放大器微变等效电路,在放大器交流通路中，将三极管用简化h参数等效电路替代：,2.3.4 微变等效电路法,2.3 放大电路基本分析方法,三利用等效电路法分析放大器,先得出放大器的微变等效电路,计算电压放大倍数Au,Ui=Ib rbe Uo=-Ib RL,Au=Uo/Ui=-RL/rbe,计算电流放大倍数Ai,Ii Ib Io=Ib,Ai=Io/Ii=,计算输入电阻Ri,Ri=rbeRB rbe,计算输出电阻Ro,Ro=RC,1.估算静态工作点；,微变等效电路法步骤小结：,2.估算rbe；,3.作放大器的交流通路；,4.用h参数等效电路替代三极管，得到放大器微变 等效电路；,5.解有关动态量。,2.3.4 微变等效电路法,2.3 放大电路基本分析方法,2.3.4 微变等效电路法,2.3 放大电路基本分析方法,四射极偏置放大器计算,先得出放大器的微变等效电路,计算电压放大倍数Au,Ui=Ib rbe+（1+）IbRE Uo=-Ib RL,Au=Uo/Ui=-RL/rbe+（1+）RE,计算电流放大倍数Ai,Ii Ib Io=Ib,Ai=Io/Ii=,计算输入电阻Ri,Ri=Ui/Ii=rbe+（1+）RERB,计算输出电阻Ro,Ro=RC,2.3.4 微变等效电路法,2.3 放大电路基本分析方法,四射极偏置放大器计算,在该电路中，若发射极接有隔直电容Ce，则分析结果与无RE放大器结果相同：,Au=-RL/rbe,Ai=,Ri rbe,Ro=RC,2.3.4 微变等效电路法,2.3 放大电路基本分析方法,射极偏置放大器有无射极旁路电容性能比较,Au=-RL/rbe,Ai=,Ri rbe,Ro=RC,Au=-RL/rbe+（1+）RE（变小）,Ai=（不变）,Ri=rbe+（1+）RERB（变大）,Ro=RC（不变）,2.4.1 温度对放大器性能的影响,2.4 工作点稳定问题,温度变化时，放大器静态工作点不稳定，影响放大器的性能，严重时出现失真。,构成电路时必须做到：IRIB,一般，IR=(5-10)IB,2.4.2 工作点稳定电路,一电路构成,二静态工作点的稳定,TICIEUEUBEIBIC,2.4 工作点稳定问题,UB=RB1VCC/(RB1+RB2),UE=UB-UBE,2.4.2 工作点稳定电路,三静态分析,IC IE=UE/RE,IB=IC/,UCE=VCC-IC(RC+RE),2.4 工作点稳定问题,2.4.2 工作点稳定电路,四动态分析,Au=-RL/rbe,Ai=,Ri=rbeRBrbe（RB=RB1RB2）,Ro=RC,若不带旁路电容CE,Au=-RL/rbe+（1+）RE,Ai=,Ri=rbe+（1+）RERB,Ro=RC,2.5 放大器三种基本组态,放大器有共发射极、共基极、共集电极三种基本组态，三种组态三极管h参数等效电路如下：,2.5 放大器三种基本组态,2.5.1 共集电极放大电路,一静态分析（静态工作点）,由 IBRB+VBE+（1+）IB RE=VCC,得IB=（VCC-VBE）/RB+（1+）RE,IC=IB,UCE=VCC-（1+）IB RE,（射极输出器）,2.5 放大器三种基本组态,共集电极放大电路,二动态分析,2.5 放大器三种基本组态,共集电极放大电路,二动态分析,RB 较大，可忽略。,1.电流放大倍数Ai,Ii Ib IO=-（1+）Ib,Ai=IO/Ii=-（1+）,2.电压放大倍数Au,Ui=Ibrbe+（1+）IbRL,UO=（1+）IbRL,Au=UO/Ui=rbe+(1+)RL/(1+)RL1（但A V1）,Rs=RsRB,2.5 放大器三种基本组态,共集电极放大电路,二动态分析,3.输入电阻Ri,IiIb Ui=Ibrbe+(1+)IbRL,Ri=Vi/Ii=rbe+(1+)RL较大,4.输出电阻Ro,去掉RL、短路Us、暂不考虑RE,UO=(rbe+Rs)Ib IO=(1+)Ib,Ro=VO/Io=(rbe+Rs)/(1+)较小,考虑到Ro与RE要并联,输出电阻更小。,2.5 放大器三种基本组态,共集电极放大电路（射极输出器）,三射极输出器特点,1.电压放大倍数约等于1（1）,2.输入电阻较大,3.输出电阻较小,射极输出器多用于放大器前后级之间的阻抗变换，在多级放大器中，常将其用于输入级和输出级。,2.5 放大器三种基本组态,2.5.2 共基极放大电路,一静态分析（静态工作点）,UB=RB1VCC/(RB1+RB2),UE=UB-UBE,IC IE=UE/RE,IB=IC/,UCE=VCC-IC(RC+RE),共基极放大器h参数等效电路,2.5 放大器三种基本组态,2.5.2 共基极放大电路,二动态分析,共基极放大器,共基极放大器交流通路1,共基极放大器交流通路2,2.5 放大器三种基本组态,2.5.2 共基极放大电路,二动态分析,1.电流放大倍数Ai,Ii-Ie=-(1+)Ib IO=Ic=Ib,Ai=IO/Ii=-/(1+)=-,2.电压放大倍数Au,Ui=-Ibrbe,UO=-IbRL,Au=UO/Ui=RL/rbe,2.5 放大器三种基本组态,2.5.2 共基极放大电路,二动态分析,3.输入电阻Ri,Ii=-(1+)Ib Ui=-Ibrbe,Ri=Ui/Ii=rbe/(1+)较小,4.输出电阻Ro,Ro=Rc,2.5.3 三种组态放大器性能比较,Ai,Au,Ri,Ro,频率响应,大,-(1+)大,-小,-RL/rbe 大,1 小,RL/rbe 大,rbe 中,rbe+(1+)RL 大,rbe/(1+)小,Rc 中,(rbe+Rs)/(1+)小,Rc 中,较 差,较 好,好,场效应管具有输入电阻高的特点，是电压控制器件，即用栅源电压uGS控制漏极电流iD。,2.6 场效应管放大电路,一.静态分析（Ui=0）,2.6.1 共源放大电路,G极绝缘 IG=0,1.估算法,UGS=VGG,ID=IDO（UGS/UT 1)2,UDS=VDD-ID RD,一.静态分析（Ui=0）,直流负载线：,2.图解法,UDS=VDD ID RD,直流负载线和UGS负载线的交点即为Q点。,2.6.1 共源放大电路,二.动态分析（等效电路法）,1.共源场效应管微变等效电路,利用全微分求得Ig、Id：,2.6.1 共源放大电路,Ig=0 Id=gmUgs+Uds/rDS,其中，,二.动态分析（等效电路法）,1.共源场效应管微变等效电路,2.6.1 共源放大电路,IG=0 ID=gmUgs+Uds/rDS,rDS较大（几百k 以上），可忽略,二.动态分析（等效电路法）,2.微变等效电路分析场效应管放大器,2.6.1 共源放大电路,首先得出交流通路（直流电源短路）,二.动态分析（等效电路法）,2.微变等效电路分析场效应管放大器,2.6.1 共源放大电路,首先得出交流通路（直流电源短路）,再得出放大器微变等效电路,二.动态分析（等效电路法）,2.微变等效电路分析场效应管放大器,2.6.1 共源放大电路,首先得出交流通路（直流电源短路）,再得出放大器微变等效电路,求解动态量,Ui=Ugs,UO=-Id RD=-gmUgs RD,Au=UO/Ui RD=-gmRD,Ro=RD,一.静态分析,2.6.2 自偏压放大电路,1.估算法,UGS=R1 VDD/(R1+R2)-ID RS,再有,ID=IDO（UGS/UT 1)2,RG上电流为零,联立便得到ID 和 UGS,而 UDS=VDD-ID（RD+RS）,UGS,UDS,一.静态分析,先由 uGS=R1 VDD/(R1+R2)-iD RS在转移特性上作直流负载线，得到Q点，从而得出ID、UGS,2.图解法,再由 uDS=VDD-iD（RD+RS）在输出特性上作直流负载线，得到Q点，从而得出ID、UDS,ID,UGS,ID,UDS,二.动态分析（等效电路法）,2.6.2 自偏压放大电路,首先得出交流通路（直流电源短路）,二.动态分析（等效电路法）,2.6.2 自偏压放大电路,首先得出交流通路（直流电源短路）,再得出放大器微变等效电路,二.动态分析（等效电路法）,2.6.2 自偏压放大电路,首先得出交流通路（直流电源短路）,再得出放大器微变等效电路,求解动态量,Ui=Ugs,UO=-Id RL=-gmUgs RL,Au=UO/Ui RD=-gm RL,Ri=RG+R1R2,Ro=RD,三种接法特点比较,1、共射电路：电压、电流均放大，输入电阻居中，输出电阻较大，频带较窄，常用作低频电压放大电路（中间级）。2、共集电路（电压跟随器）：只放大电流，不能放大电压，输入电阻最大，输出电阻最小，常用于电压放大输入、输出级。3、共基电路：只放大电压，不能放大电流，输入电阻最小，电压放大倍数、输出电阻与共射电路相当，高频特性好，常用于宽频带放大电路。,2.7 基本放大电路的派生电路,2.7.1 复合管放大电路复合管的类型由第一只管的类型决定。复合管的电流放大倍数：复合管的组成原则：（1）在正确的外加电压下，每只管的各极电流均有合适的通路，且均工作在放大区或恒流区；（2）为了实现电流放大，第一只管的集电极或发射极电流作为第二只管的基极电流。,作业,小结：见课本134136页。课堂练习：见课本141页习题2.13思考题：、练习题：2.1、2.2、2.4、2.7、2.11、2.12,