电工学第15章基本放大电路.ppt

第15章 基本放大电路,目 录,15.1 共发射极放大电路的组成,15.2 放大电路的静态分析,15.3 放大电路的动态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.6 射极输出器,15.7 差分放大电路,15.8 互补对称功率放大电路,15.9 场效晶体管及其放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,1 放大电路的作用,一、放大电路,放大电路又叫做放大器，其作用是把微弱的电信号放大到所需要的数值，输出信号的波形要与输入信号的波形相同。,放大电路的输出端,放大电路的输入端,输入,输出,15.1 共发射极放大电路的组成,晶体管的三个电极 哪一个作为公共电极决定放大电路的连接形式。放大电路的连接形式有以下三种：,2 放大电路的连接形式,3 放大电路的组成,放大电路主要由晶体管、直流电源、电阻和电容所组成。,一、放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,4 组成共射放大电路各元件的作用,晶体管是放大电路的放大元件，利用它的基极电流对集电极电流的控制作用实现对电流的放大：iC=iB,一、放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,4 组成共射放大电路各元件的作用,通过电路的设置保证晶体管的发射结处于正偏、集电结处于反偏，保证晶体管工作在放大状态。数量一般在十几伏。,一、放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,4 组成共射放大电路各元件的作用,和直流电源配合，使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。数量一般在几十千欧 几百千欧。,一、放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,4 组成共射放大电路各元件的作用,将集电极电流的变化转换成电压的变化，以实现电压放大。数量一般在几千欧 几十千欧。,一、放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,4 组成共射放大电路各元件的作用,电容C1用来隔断放大电路与信号源之间的直流通路；,电容C2用来隔断放大电路与负载之间的直流通路。,一、放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,4 组成共射放大电路各元件的作用,电容C1、C2的容量应足够大，使其在输入交流信号频率范围内的容抗很小，可视为短路。,结论：电容的作用是隔离直流，通过交流,一、放大电路,二、放大电路的性能指标,15.1 共发射极放大电路的组成,放大电路的输入端用一个等效电阻ri 表示，称为放大电路的输入电阻，是信号源的负载；放大电路的输出端用一个等效电压源和一个等效电阻 ro表示，是负载的电源，其内阻 ro称为放大电路的输出电阻。,二、放大电路的性能指标,15.1 共发射极放大电路的组成,1 电压放大倍数,电压放大倍数为输出电压与输入电压之比，即,二、放大电路的性能指标,15.1 共发射极放大电路的组成,2 输入电阻,定义为输入电压与输入电流之比，即,二、放大电路的性能指标,15.1 共发射极放大电路的组成,3 输出电阻,定义为输出端开路电压与输出端短路电流之比，即,二、放大电路的性能指标,15.1 共发射极放大电路的组成,3 输出电阻,一、放大电路的工作状态,15.2 放大电路的静态分析,1 放大电路的静态,定义：放大电路的输入端未加输入信号时的工作状态。,特点：放大电路处于静态时，电路中各处的电压和电流都是 直流量。,特点：放大电路处于动态时。电路中各处的电压和电流均在 各自直流分量的基础上叠加一个由输入信号所引起的 正弦交流分量。,2 放大电路的动态,定义：放大电路的输入端加上输入信号时的工作状态。,二、放大电路中电压和电流的符号,15.2 放大电路的静态分析,三、用放大电路的直流通路确定静态值,15.2 放大电路的静态分析,1 放大电路的直流通路,因电容对交直流的作用不同，所以交直流所走的路径是不同的。不同的信号可以分别在不同的通路来进行分析。,电容视为开路；,直流通路,直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的通路。,画直流通路的方法,信号源视为短路；,三、用放大电路的直流通路确定静态值,15.2 放大电路的静态分析,1 放大电路的直流通路,因电容对交直流的作用不同，所以交直流所走的路径是不同的。不同的信号可以分别在不同的通路来进行分析。,电容视为开路；,直流通路,直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的通路。,画直流通路的方法,信号源视为短路；,三、用放大电路的直流通路确定静态值,15.2 放大电路的静态分析,2 估算静态值,因为,所以,四、用图解法确定静态值,15.2 放大电路的静态分析,1 输入回路静态图解分析,线性部分,线性部分,非线性部分,Q,四、用图解法确定静态值,15.2 放大电路的静态分析,2 输出回路静态图解分析,线性部分,线性部分,非线性部分,常数,Q,静态值IB、UBE、IC、UCE对应晶体管特性曲线上的一个点，称为静态工作点Q,一、微变等效电路法,15.3 放大电路的动态分析,1 放大电路的交流通路,因电容对交直流的作用不同，所以交直流所走的路径是不同的。不同的信号可以分别在不同的通路来进行分析。,电容视为短路；,交流通路,交流通路是在输入信号作用下交流电流流经的通路。,画交流通路的方法,直流电源视为短路；,一、微变等效电路法,15.3 放大电路的动态分析,1 放大电路的交流通路,因电容对交直流的作用不同，所以交直流所走的路径是不同的。不同的信号可以分别在不同的通路来进行分析。,电容视为短路；,交流通路,交流通路是在输入信号作用下交流电流流经的通路。,画交流通路的方法,直流电源视为短路；,一、微变等效电路法,15.3 放大电路的动态分析,2 晶体管简化的微变等效电路,从晶体管的基极和发射极看进去，可以用一个动态电阻rbe来等效代替，则把rbe叫做晶体管的输入电阻。,一、微变等效电路法,15.3 放大电路的动态分析,2 晶体管简化的微变等效电路,从晶体管的集电极和发射极看进去，可以用一个基极电流 ib 控制的电流源 ib(为受控电流源)来等效代替。,一、微变等效电路法,15.3 放大电路的动态分析,3 放大电路的微变等效电路,先画出放大电路的交流通路。,将交流通路中的晶体管用其微变等效电路来代替。,一、微变等效电路法,15.3 放大电路的动态分析,3 放大电路的微变等效电路,先画出放大电路的交流通路。,将交流通路中的晶体管用其微变等效电路来代替。,在低频小信号作用下，利用放大电路的微变等效电路定量地确定放大电路的动态性能指标。,习题,用微变等效电路法对固定偏置共射放大电路进行动态分析。,例题,【解】,用微变等效电路法对固定偏置共射放大电路进行动态分析。,第一，计算电压放大倍数(输出端接负载),例题,【解】,用微变等效电路法对固定偏置共射放大电路进行动态分析。,第一，计算电压放大倍数(输出端未接负载),例题,【解】,用微变等效电路法对固定偏置共射放大电路进行动态分析。,第二，计算输入电阻,例题,【解】,用微变等效电路法对固定偏置共射放大电路进行动态分析。,第三，计算输出电阻,二、图解法,15.3 放大电路的动态分析,一、分压偏置共射放大电路,利用RB1和RB2组成的分压电 路来固定基极电位UB。,1 电路特点,静态时，若,则,根据分压公式，得,15.4 静态工作点的稳定,一、分压偏置共射放大电路,1 电路特点,利用RE两端的电压来反映 IC受温度影响的情况，使 得IC基本固定，从而基本 稳定了静态工作点。,若,则,15.4 静态工作点的稳定,一、分压偏置共射放大电路,1 电路特点,利用CE使电路的Au不受 影响。,15.4 静态工作点的稳定,一、分压偏置共射放大电路,15.4 静态工作点的稳定,2 稳定静态工作点的物理过程,温度ICIEVE UBE(=VB-VE)IBIC,二、静态分析,15.4 静态工作点的稳定,因为,所以,1 放大电路的微变等效电路,15.4 静态工作点的稳定,2 计算Au(输出端接有RL),三、动态分析,1 放大电路的微变等效电路,15.4 静态工作点的稳定,三、动态分析,2 计算Au(输出端接有RL),1 放大电路的微变等效电路,15.4 静态工作点的稳定,三、动态分析,2 计算Au(输出端未接RL),1 放大电路的微变等效电路,15.4 静态工作点的稳定,三、动态分析,2 计算Au(输出端未接RL),1 放大电路的微变等效电路,15.4 静态工作点的稳定,3 计算ri,三、动态分析,1 放大电路的微变等效电路,15.4 静态工作点的稳定,3 计算ri,三、动态分析,1 放大电路的微变等效电路,15.4 静态工作点的稳定,4 计算ro(外加电压求电流法),三、动态分析,四、静态工作点的影响,放大电路的静态工作点设置得是否合适将会影响到放大电路动态时的放大效果。若静态工作点设置的不合适，放大效果将会出现输出电压与输入电压波形不同的现象，我们把这种放大效果叫做失真。失真有饱和失真和截止失真。,15.4 静态工作点的稳定,一、电路特点,15.6 射极输出器,对输入信号，基极和集电极为电路的输入端，发射极和集电极为电路的输出端，集电极为电路的输入回路和输出回路的公共端。正因为如此，射极输出器又叫做共集放大电路。,二、静态分析,15.6 射极输出器,因为,所以,三、动态分析,15.6 射极输出器,1 微变等效电路,2 计算Au(输出端接有RL),三、动态分析,15.6 射极输出器,1 微变等效电路,2 计算Au(输出端接有RL),三、动态分析,15.6 射极输出器,1 微变等效电路,2 计算Au(输出端未接RL),三、动态分析,15.6 射极输出器,1 微变等效电路,2 计算Au(输出端未接RL),三、动态分析,15.6 射极输出器,1 微变等效电路,3 计算ri,ri,ri,三、动态分析,15.6 射极输出器,1 微变等效电路,3 计算ri,ri,ri,三、动态分析,15.6 射极输出器,1 微变等效电路,4 计算ro,三、动态分析,15.6 射极输出器,1 微变等效电路,4 计算ro,三、动态分析,15.6 射极输出器,1 微变等效电路,4 计算ro,四、主要特点,15.6 射极输出器,电压放大倍数接近于1，但略小于1，且输出电压与输入电 压相位相同；输入电阻高，高达几十千欧到几百千欧；输出电阻低，低至几十欧。,一、多级放大电路,15.7 差分放大电路,单级基本放大电路的放大倍数不能满足要求时，可以将若干个单级基本放大电路串联连接起来，组成所谓的多级放大电路。,一、多级放大电路,1 阻容耦合放大电路,15.7 差分放大电路,优点：各级静态工作点是彼此独立，互不影响。缺点：只能用于放大交流信号；不便于集成化。,一、多级放大电路,15.7 差分放大电路,2 直接耦合放大电路,优点：能放大交流信号，又能放大直流信号；便于集成化。缺点：前后级静态工作点互相影响，不能独立设置；零点漂移。,一、多级放大电路,直接耦合放大电路的最大问题是零点漂移。,15.7 差分放大电路,2 直接耦合放大电路,15.7 差分放大电路,二、直接耦合放大电路的零点漂移,1 零点漂移,直接耦合放大电路在理想情况下，输入端无输入信号时，其输出端的电压应保持初始值不变，但实际上输出端的电压偏离初始值作上下漂动，这种现象叫做零点漂移。,2 零点漂移的危害,当输入端有输入信号时，零点漂移伴随着信号共存于放大电路中，两者都在缓慢地变化着，一真一假难于分辨。当漂移电压大到足以和信号电压相比时，放大电路将因无法区分漂移电压和信号电压而失去工作能力。,15.7 差分放大电路,二、直接耦合放大电路的零点漂移,3 产生零点漂移的原因,4 抑制零点漂移的方法,产生零点漂移的原因很多，其中温度的影响最为严重。在直接耦合放大电路各级的零点漂移当中，又以第一级的零点漂移影响最为严重。,因为第一级的零点漂移将被逐级放大，使输出端的电压远远偏离初始值。所以，要抑制零点漂移，就要抑制直接耦合放大电路第一级的零点漂移。最有效的方法是采用差分放大电路作为直接耦合放大电路的输入级。,三、差分放大电路的结构特点,15.7 差分放大电路,第一，两个输入端，两个输出端；,第二，电路的结构对称；,三、差分放大电路的结构特点,15.7 差分放大电路,第三，两个管子T1和T2特性相同；,第四，对应电阻的参数值相等。,四、差分放大电路的静态分析,15.7 差分放大电路,1 零点漂移的抑制,利用对称性,静态时,IC1=IC2=IC,VC1=VC2=VC,故输出电压,uo=VC1-VC2=0,四、差分放大电路的静态分析,15.7 差分放大电路,1 零点漂移的抑制,利用对称性,当温度升高时,IC1=IC2=IC,VC1=VC2=VC,故输出电压,uo=(VC1+VC1)-(VC2+VC2)=0,四、差分放大电路的静态分析,15.7 差分放大电路,1 零点漂移的抑制,利用电阻RE,当温度升高时,温度,四、差分放大电路的静态分析,15.7 差分放大电路,2 静态值的计算,四、差分放大电路的静态分析,15.7 差分放大电路,2 静态值的计算,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,两个输入信号电压的大小相等，极性相同，即uI1=uI2，这样的输入称为共模输入。,1 共模输入,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,在共模输入的作用下，因电路的对称性，两管的集电极电位变化相同，所以输出电压为零，电压放大倍数Ac为零。,1 共模输入,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,1 共模输入,因为,uI1=uI2,则,IC1=IC2，VC1=VC2,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,1 共模输入,所以,uO=VC1-VC2=0,Ac=0,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,两个输入信号电压的大小相等，极性相反，即uI1=-uI2，这样的输入称为差模输入。,2 差模输入,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,2 差模输入,在差模输入的作用下，因电路的对称性，两管的集电极电位变化相反，故输出电压为两管各自输出电压变化量的两倍。,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,2 差模输入,设,uI10，uI20,则,IC10，VC10，IC20，VC20,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,2 差模输入,故,IC1=-IC2，VC1=-VC2,uo=VC1-VC2=2VC1=-2VC2,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,2 差模输入,双端输入双端输出,单管差模电压放大倍数,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,2 差模输入,同理,双端输入双端输出,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,2 差模输入,双端输出电压为,双端输入-双端输出差分放大电路的差模电压放大倍数为,双端输入双端输出,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,2 差模输入,双端输入单端输出,从T1管的集电极输出,五、差分放大电路的动态分析,15.7 差分放大电路,2 差模输入,双端输入单端输出,从T2管的集电极输出,六、差分放大电路的共模抑制比,15.7 差分放大电路,对于差分放大电路而言，差模信号是有用的信号，要求对它有较大的电压放大倍数；而共模信号则是零点漂移或干扰等原因产生的无用的附加信号，要求对它有较小的电压放大倍数。为了衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，通常把差分放大电路的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数的比值作为评价其性能优劣的主要指标，叫做差分放大电路的共模抑制比，即,结 束,第15章,五、主要参数,15.7 差分放大电路,