模拟电子技术基础基本放大电路.ppt

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1、2.1 放大的概念与放大电路的性能指标,2.2 基本共射放大电路的工作原理,2.3 放大电路的分析方法,2.4 静态工作点的稳定,2.5 晶体管放大电路的三种接法,2.6 场效应管及其基本放大电路,2.7 基本放大电路的派生电路,第2章 基本放大电路,2.1 放大的概念与放大电路的主要性能指标,、放大的概念,、放大电路的性能指标,、放大的概念（瞬时模型）,放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真放大的前提,判断电路能否放大的基本出发点,至少一路直流电源供电,由于任何稳态信号都可以分解为若干频率正弦信号（谐波）的叠加，所以放大电路常以正弦波作为测试信号。

2、,重要概念：放大电路中既有直流信号，也有交流信号（电压、电流、功率）。当三极管、场效应管工作在线性区域时，根据叠加原理，直流信号、交流信号可以分开讨论。这样能简化运算过程，节省运算时间，在模电中广泛采用这一方法。,、性能指标(交流电路),对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。,电压放大倍数是最常被研究和测试的参数,电压放大倍数,互阻放大倍数,电流放大倍数,互导放大倍数,1.放大倍数：输出量与输入量之比,2.输入电阻,将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。,输入电压与输入电流有效值之比。,从输入端看进去的等效电阻,3.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。,4.通

3、频带,由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。,衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。,5.非线性失真,由元器件非线性特性引起的失真。,非线性失真系数,输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数。,6、最大不失真输出电压 Uom(交流有效值),7、最大输出功率Pom和效率(功率放大电路的参数)POm输出信号不失真情况下，负载上能获得的最大功率 PV电源消耗功率,输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。,课程回顾,(1)重要概念：当三极管、场效应管工作在线性区域时，根据叠加原理，直流信号、交流信号可以

4、分开讨论。这样能简化运算过程，节省运算时间，在模电中广泛采用这一方法。,(2)性能指标(交流电路),放大倍数：,输入电阻,输出电阻,2.2 基本共射放大电路的工作原理,、电路的组成及各元件的作用,、设置静态工作点的必要性,、波形分析,、放大电路的组成原则,本节将以NPN型晶体管组成的基本共射放大电路为例，阐明放大电路的组成原理及电路中各元件的作用。,、电路的组成及各元件的作用（瞬时通路）,VBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。,VCC：使UCEUBE，同时作为负载的能源。,Rc：将变化的集电极电流转换为电压输出。,共射,、设置静态工作点的必要性,一、静态工作点,输入交流电压ui为零时

5、，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。其中，UBEQ已知，对于硅管0.7V；（对于锗管0.2 V）；,求解举例：,（直流通路）,二、为什么要设置静态工作点,去掉VBB后，IBQ=0,输出电压必然失真！对于放大电路的基本要求，一是不失真，二是能够放大。,为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？,设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！,、基本共射放大电路的波形分析(定性分析、找找感觉),输出和输入反相！,动态信号驮载在静态之上,与iC变化方向相反,要想不

6、失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！,IBQ,ICQ,2.2.3 共发射极放大电路的工作原理及波形分析,各点波形,、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。,两种实用放大电路：（1）直接耦合放大电路,将两个电源合二为一,有直流分量,有交流损失,静态工作点,（2）阻容耦合放大电路,耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。,动态时，,C1、C2为耦合电容！,uBEuiUBE

7、Q，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。,静态工作点,瞬时电路,步骤：先画直流通路，再计算。,例题 2.2.1 现有一个直流电源，使用一只PNP型管组成共射放大电路。（电阻、电容若干）,解：要点：（1）发射结正偏，集电结反偏；（2）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。,（C）输入端为直接耦合的共射放大电路；（d）输入端为阻容耦合的共射放大电路；,2.3 放大电路的分析方法,、放大电路的直流通路和交流通路,、图解法,、等效电路法,(2-27),放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真 PSpice,、放大电路的直流

8、通路和交流通路,1.直流通路：交流信号Us=0；电容开路；电感相当于短路。2.交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路。,通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用(小信号-非线性电路在一定范围内用线性电路分析)，引入直流通路和交流通路的概念。,基本共射放大电路的直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,举例1:图,举例2：图,直流通路,交流通路,阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路,举例3：图,注意：在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的原则；求解静态工作点时应利用直流通路；求解动态参数时应利用交流通路，两种通

9、路切不可混淆。,课程回顾,一.直流通路和交流通路的画法,1.直流通路：交流信号Us=0；大电容开路；电感相当于短路。2.交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路。,注意：在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的原则；求解静态工作点（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ）时应利用直流通路；求解动态参数（、）时应利用交流通路，两种通路切不可混淆。,、图解法（已知放大管的实测特性曲线）,输入回路负载线,1.静态分析:(ui=0)图解二元方程,输入回路负载线,IBQ,负载线,电压放大倍数的分析:(uI 不等于0 时),斜率不变,3.波形非线性失真的分析,（1）正常情况下,（2）截止失真,消

10、除方法：升高 Q点。,截止失真是在输入回路首先产生失真！,（3）饱和失真,消除方法：降低Q点。,：饱和失真是输出回路产生失真。,uCE=VCCiCRC,与输出特性的交点就是Q点,4、直流负载线与交流负载线,直流负载线：,（1）通过输出特性曲线上的 Q点做一条直线，其斜 率为-1/RL。,交流负载线确定方法：,动态信号遵循的负载线称为交流负载线。,（2）.交流负载线与直流 负载线相交Q点。,注：对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线和交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路，则只有在空载时两条直线才合二为一。,5、图解法的适用范围,在实际应用中，多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压

11、和失真情况。,、等效电路法,半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。,1.直流模型：适于Q点的分析,利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。,、等效电路法,半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。,1.直流模型：适于Q点的分析,利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。,输入回路等效为恒压源,输出回路等效为电流控制的电流源,使用条件：发射结正偏，集电结反偏。,2.晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）,在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。

12、,低频小信号模型,简化的h参数等效电路交流等效模型,UT=kT/q,常温下为26mA.,基区体电阻,1、图解法,课程回顾,2 晶体管的简化h参数等效模型（低频小信号模型、交流等效模型）,UT=kT/q,常温下为26mA.,基区体电阻,3.放大电路的动态分析,(1)电压放大倍数,(2)输入电阻,(3)输出电阻,解释：现令 信号源电压为零；然后在输出端将负载去掉，并加一正弦波测试信号UO，必然产生动态电流IO.,放大电路的交流等效电路,例题,(1)、静态工作点,(2)、动态分析,例题,(1)、静态工作点,直流通路,瞬时电路,动态分析,输入电阻中不应含有Rs!,输出电阻中不应含有RL!,2.4 放大

13、电路静态工作点的稳定,、温度对静态工作点的影响,、静态工作点稳定的典型电路,、稳定静态工作点的方法,、温度对静态工作点的影响,所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化抵消作用得来的。,若温度升高时要Q回到Q，则只有减小IBQ,课程回顾,一.微变等效电路法,（1）画直流通路：交流信号Us=0；大电容开路；电感相当于短路。（2）求解静态工作点（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ）,(3)求解动态参数（、）。,1.求静态工作点,（1)画交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路。,2.动态分析,（2)画微变等效电路：将晶体管的符号换成晶体管的微变等效电路。,

14、二、晶体管的简化等效电路,三.放大电路的动态分析,1.电压放大倍数,2.输入电阻,3.输出电阻,、静态工作点稳定的典型电路（引入直流负反馈）,Ce为旁路电容，在交流通路中可视为短路,1.电路组成和Q点稳定原理,（1）电路组成,直接耦合方式,阻容耦合方式,（2）稳定原理,为了稳定Q点，通常I1 IBQ，即I1 I2；因此,基本不随温度变化。,（3）Re 的作用：引入直流负反馈,T()ICUE UBE（UB基本不变）IB IC,Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。,关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的

15、结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。,Re有上限值吗？,（4）静态工作点稳定的原因，总结为,Re的直流负反馈作用；,在1BQ的情况下，UBQ在温度变化时基本不变。,课程回顾,一.微变等效电路法,（1）画直流通路：交流信号Us=0；大电容开路；电感相当于短路。（2）求解静态工作点（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ）,(3)求解动态参数（、）。,1.求静态工作点,（1)画交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路。,2.动态分析,（2)画微变等效电路：将晶体管的符号换成晶体管的微变等效电路。,二、放大电路静态工作点的稳定,1、温度对静态工作点的影响,T()ICUE UBE

16、（UB基本不变）IB IC,2.Q 点分析,分压式电流负反馈工作点稳定电路,（1）估算法,讨论：,（2）利用戴维南定理法,3.动态分析,无旁路电容Ce时：,如何提高电压放大能力？,如何提高电压放大能力？,利?弊?,无旁路电容Ce时：,如何提高电压放大能力？,1.静态分析,重点掌握：估算法,课程回顾,2.4 放大电路静态工作点的稳定,2.动态分析,无旁路电容Ce时：,如何提高电压放大能力？,如何提高电压放大能力？,利?弊?,无旁路电容Ce时：,例,解：（1）静态工作点,（2）动态分析,当有Ce时,无旁路电容Ce时：,（3）若Rb1因虚焊而开路：,假设电路中晶体管仍工作在放大状态，则,上式表明，原

17、假设不成立，晶体管工作在饱和区。动态分析已无意义。若晶体管的饱和管压降 UCES=0.7V，则管子的发射极电位和集电极电位为,1、晶体管的简化等效电路,课程回顾,2.微变等效电路法,（1）画直流通路（2）求解静态工作点（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ）,(3）求解动态参数（、）。,1）.求静态工作点,（1）画交流通路：,2）.动态分析,（2）画微变等效电路：将晶体管的符号换成晶体管的微变等效电路。,2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法,、基本共集放大电路,、基本共基放大电路,、三种接法放大电路的比较,、基本共集放大电路,2.静态分析,1.电路的组成,动态分析（1）电压放大倍数,首先画交

18、流通路,故称之为射极跟随器,（2）输入电阻的分析,Ri与负载有关！,带负载电阻后,（3）输出电阻的分析,Ro与信号源内阻有关！,令Us为零，保留Rb，在输出端加Uo，产生Io,。,（4）.基本共集放大电路的特点：输入电阻大(几十-几百千殴)，输出电阻小（几-几十欧）；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！,例,解：静态分析,动态分析,、基本共基放大电路,1.静态分析-（令Ui=0时）,2.动态分析,首先画交流通路,3.特点：,输入电阻小，频带宽！只放大电压(同相)，不放大电流！,课程复习,1.基本共集放大电路,(1)静态分析,(2)动态分析,带负载电阻后,特点：输入电阻大(几十-

19、几百千殴)，输出电阻小（几-几十欧）；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！,2.基本共基放大电路,（1）静态分析,（2）动态分析,特点：,输入电阻小，频带宽！只放大电压(同相)，不放大电流！,3、三种接法的比较：空载情况下,接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 频带 窄 中 宽,共射电路：常作为低频电压放大电路。共集电路：常用于放大电路的输入级和输出级。共基电路：常作为宽频带放大电路。,课程复习,1.基本共集放大电路,2.共集放大电路-作业2.12,(1)静态分析,(2)动态分析,(2)动态分析,(1)静态分析,(2)动态分析,(1)

20、静态分析,(2)动态分析,其中，共栅电路很少使用。本节只对共源电路进行分析。,、场效应管放大电路的三种接法,三种：共源、共漏、共栅放大电路。,2.6 场效应管放大电路,、场效应管放大电路静态工作点的估算,根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间加极性合适的电源。,一.基本共源放大电路,以场效应管为N沟道增强型MOS管为例。,二.静态分析,（1）方法1：利用输出特性曲线求解。,令,；,则,根据电路图可知，,再作负载线uDS=VDD-iDRd，即可求出Q点。,然后再输出特性曲线上，找UGS=VGG的那条曲线。,则,（2）方法2：利用转移特性曲线求解。,根据电路图可知，,；,如从转移特性查

21、得，例如：当,时的漏极电流：,因此管压降:,令,则,根据电路图可知，,则,根据电路图可知，,；,则,根据电路图可知，,；,则,根据电路图可知，,、场效应管放大电路的动态分析,根据iD的表达式或转移特性可求得gm。,一.场效应管的交流等效模型,根据iD的表达式或转移特性可求得gm。,根据iD的表达式或转移特性可求得gm。,根据iD的表达式或转移特性可求得gm。,二.基本共源放大电路的动态分析,场效应管与晶体管相比的优点：高输入电阻、噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强。同时，便于集成化，构成低功耗电路。,2.7 基本放大电路的派生电路,、复合管放大电路,一、复合管,复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。,不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。,目的：增大，减小前级驱动电流，改变管子的类型。,不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。,