模擬電子技術基礎基本放大電路.ppt

2.1放大的概念與放大電路的性能指標,2.2基本共射放大電路的工作原理,2.3放大電路的分析方法,2.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,2.5晶體管放大電路的三種接法,2.6場效應管及其基本放大電路,2.7基本放大電路的派生電路,第2章基本放大電路,2.1放大的概念與放大電路的主要性能指標,2.1.1、放大的概念,2.1.2、放大電路的性能指標,2.1.1、放大的概念（瞬時模型）,放大的對象：變化量放大的本質：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,判斷電路能否放大的基本出發(fā)點,至少一路直流電源供電,由于任何穩(wěn)態(tài)信號都可以分解為若干頻率正弦信號（諧波）的疊加，所以放大電路常以正弦波作為測試信號。,重要概念：放大電路中既有直流信號，也有交流信號（電壓、電流、功率）。當三極管、場效應管工作在線性區(qū)域時，根據(jù)疊加原理，直流信號、交流信號可以分開討論。這樣能簡化運算過程，節(jié)省運算時間，在模電中廣泛采用這一方法。,2.1.2、性能指標(交流電路),對信號而言，任何放大電路均可看成二端口網(wǎng)絡。,電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測試的參數(shù),電壓放大倍數(shù),互阻放大倍數(shù),電流放大倍數(shù),互導放大倍數(shù),1.放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比,2.輸入電阻,將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻。,輸入電壓與輸入電流有效值之比。,從輸入端看進去的等效電阻,3.輸出電阻,將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻。,4.通頻帶,由于電容、電感及放大管PN結的電容效應，使放大電路在信號頻率較低和較高時電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。,衡量放大電路對不同頻率信號的適應能力。,5.非線性失真,由元器件非線性特性引起的失真。,非線性失真系數(shù),輸出波形中的諧波成分總量與基波成分之比稱為非線性失真系數(shù)。,6、最大不失真輸出電壓Uom(交流有效值),7、最大輸出功率Pom和效率(功率放大電路的參數(shù))POm輸出信號不失真情況下，負載上能獲得的最大功率PV電源消耗功率,輸入電壓再增大就會使輸出波形產(chǎn)生非線性失真時的輸出電壓。,課程回顧,(1)重要概念：當三極管、場效應管工作在線性區(qū)域時，根據(jù)疊加原理，直流信號、交流信號可以分開討論。這樣能簡化運算過程，節(jié)省運算時間，在模電中廣泛采用這一方法。,(2)性能指標(交流電路),放大倍數(shù)：,輸入電阻,輸出電阻,2.2基本共射放大電路的工作原理,2.2.1、電路的組成及各元件的作用,2.2.2、設置靜態(tài)工作點的必要性,2.2.3、波形分析,2.2.4、放大電路的組成原則,本節(jié)將以NPN型晶體管組成的基本共射放大電路為例，闡明放大電路的組成原理及電路中各元件的作用。,2.2.1、電路的組成及各元件的作用（瞬時通路）,VBB、Rb：使UBEUon，且有合適的IB。,VCC：使UCEUBE，同時作為負載的能源。,Rc：將變化的集電極電流轉換為電壓輸出。,共射,2.2.2、設置靜態(tài)工作點的必要性,一、靜態(tài)工作點,輸入交流電壓ui為零時，晶體管各極的電流、b-e間的電壓、管壓降稱為靜態(tài)工作點Q，記作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。其中，UBEQ已知，對于硅管0.7V；（對于鍺管0.2V）；,求解舉例：,（直流通路）,二、為什么要設置靜態(tài)工作點,去掉VBB后，IBQ=0,輸出電壓必然失真！對于放大電路的基本要求，一是不失真，二是能夠放大。,為什么放大的對象是動態(tài)信號，卻要晶體管在信號為零時有合適的直流電流和極間電壓？,設置合適的靜態(tài)工作點，首先要解決失真問題，但Q點幾乎影響著所有的動態(tài)參數(shù)！,2.2.3、基本共射放大電路的波形分析(定性分析、找找感覺),輸出和輸入反相！,動態(tài)信號馱載在靜態(tài)之上,與iC變化方向相反,要想不失真，就要在信號的整個周期內(nèi)保證晶體管始終工作在放大區(qū)！,IBQ,ICQ,2.2.3共發(fā)射極放大電路的工作原理及波形分析,各點波形,2.2.4、放大電路的組成原則,靜態(tài)工作點合適：合適的直流電源、合適的電路參數(shù)。動態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負載上能夠獲得放大了的動態(tài)信號。對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負載上無直流分量。,兩種實用放大電路：（1）直接耦合放大電路,將兩個電源合二為一,有直流分量,有交流損失,靜態(tài)工作點,（2）阻容耦合放大電路,耦合電容的容量應足夠大，即對于交流信號近似為短路。其作用是“隔離直流、通過交流”。,動態(tài)時，,C1、C2為耦合電容！,uBEuiUBEQ，信號馱載在靜態(tài)之上。負載上只有交流信號。,靜態(tài)工作點,瞬時電路,步驟：先畫直流通路，再計算。,例題2.2.1現(xiàn)有一個直流電源，使用一只PNP型管組成共射放大電路。（電阻、電容若干）,解：要點：（1）發(fā)射結正偏，集電結反偏；（2）動態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負載上能夠獲得放大了的動態(tài)信號。,（C）輸入端為直接耦合的共射放大電路；（d）輸入端為阻容耦合的共射放大電路；,2.3放大電路的分析方法,2.3.1、放大電路的直流通路和交流通路,2.3.2、圖解法,2.3.3、等效電路法,(2-27),放大電路分析,靜態(tài)分析,動態(tài)分析,估算法,圖解法,微變等效電路法,圖解法,計算機仿真PSpice,2.3.1、放大電路的直流通路和交流通路,1.直流通路：交流信號Us=0；電容開路；電感相當于短路。2.交流通路：大容量電容相當于短路；直流電源相當于短路。,通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號的作用共存，這使得電路的分析復雜化。為簡化分析，將它們分開作用(小信號-非線性電路在一定范圍內(nèi)用線性電路分析)，引入直流通路和交流通路的概念。,基本共射放大電路的直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,舉例1:圖2.3.1,舉例2：圖2.3.2,直流通路,交流通路,阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和交流通路,舉例3：圖2.3.3,注意：在分析放大電路時，應遵循“先靜態(tài)，后動態(tài)”的原則；求解靜態(tài)工作點時應利用直流通路；求解動態(tài)參數(shù)時應利用交流通路，兩種通路切不可混淆。,課程回顧,一.直流通路和交流通路的畫法,1.直流通路：交流信號Us=0；大電容開路；電感相當于短路。2.交流通路：大容量電容相當于短路；直流電源相當于短路。,注意：在分析放大電路時，應遵循“先靜態(tài)，后動態(tài)”的原則；求解靜態(tài)工作點（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ）時應利用直流通路；求解動態(tài)參數(shù)（、）時應利用交流通路，兩種通路切不可混淆。,2.3.2、圖解法（已知放大管的實測特性曲線）,輸入回路負載線,1.靜態(tài)分析:(ui=0)圖解二元方程,輸入回路負載線,IBQ,負載線,電壓放大倍數(shù)的分析:(uI不等于0時),斜率不變,3.波形非線性失真的分析,（1）正常情況下,（2）截止失真,消除方法：升高Q點。,截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！,（3）飽和失真,消除方法：降低Q點。,：飽和失真是輸出回路產(chǎn)生失真。,uCE=VCCiCRC,與輸出特性的交點就是Q點,4、直流負載線與交流負載線,直流負載線：,（1）通過輸出特性曲線上的Q點做一條直線，其斜率為-1/RL。,交流負載線確定方法：,動態(tài)信號遵循的負載線稱為交流負載線。,（2）.交流負載線與直流負載線相交Q點。,注：對于放大電路與負載直接耦合的情況，直流負載線和交流負載線是同一條直線；而對于阻容耦合放大電路，則只有在空載時兩條直線才合二為一。,5、圖解法的適用范圍,在實際應用中，多用于分析Q點位置、最大不失真輸出電壓和失真情況。,2.3.3、等效電路法,半導體器件的非線性特性使放大電路的分析復雜化。利用線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。,1.直流模型：適于Q點的分析,利用估算法求解靜態(tài)工作點，實質上利用了直流模型。,2.3.3、等效電路法,半導體器件的非線性特性使放大電路的分析復雜化。利用線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。,1.直流模型：適于Q點的分析,利用估算法求解靜態(tài)工作點，實質上利用了直流模型。,輸入回路等效為恒壓源,輸出回路等效為電流控制的電流源,使用條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏。,2.晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）,在交流通路中可將晶體管看成為一個二端口網(wǎng)絡，輸入回路、輸出回路各為一個端口。,低頻小信號模型,簡化的h參數(shù)等效電路交流等效模型,UT=kT/q,常溫下為26mA.,基區(qū)體電阻,1、圖解法,課程回顧,2晶體管的簡化h參數(shù)等效模型（低頻小信號模型、交流等效模型）,UT=kT/q,常溫下為26mA.,基區(qū)體電阻,3.放大電路的動態(tài)分析,(1)電壓放大倍數(shù),(2)輸入電阻,(3)輸出電阻,解釋：現(xiàn)令信號源電壓為零；然后在輸出端將負載去掉，并加一正弦波測試信號UO，必然產(chǎn)生動態(tài)電流IO.,放大電路的交流等效電路,例題2.3.2,(1)、靜態(tài)工作點,(2)、動態(tài)分析,例題2.3.3,(1)、靜態(tài)工作點,直流通路,瞬時電路,動態(tài)分析,輸入電阻中不應含有Rs!,輸出電阻中不應含有RL!,2.4放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,2.4.1、溫度對靜態(tài)工作點的影響,2.4.2、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,2.4.3、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法,2.4.1、溫度對靜態(tài)工作點的影響,所謂Q點穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時基本不變，這是靠IBQ的變化抵消作用得來的。,若溫度升高時要Q回到Q，則只有減小IBQ,課程回顧,一.微變等效電路法,（1）畫直流通路：交流信號Us=0；大電容開路；電感相當于短路。（2）求解靜態(tài)工作點（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ）,(3)求解動態(tài)參數(shù)（、）。,1.求靜態(tài)工作點,（1)畫交流通路：大容量電容相當于短路；直流電源相當于短路。,2.動態(tài)分析,（2)畫微變等效電路：將晶體管的符號換成晶體管的微變等效電路。,二、晶體管的簡化等效電路,三.放大電路的動態(tài)分析,1.電壓放大倍數(shù),2.輸入電阻,3.輸出電阻,2.4.2、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路（引入直流負反饋）,Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路,1.電路組成和Q點穩(wěn)定原理,（1）電路組成,直接耦合方式,阻容耦合方式,（2）穩(wěn)定原理,為了穩(wěn)定Q點，通常I1IBQ，即I1I2；因此,基本不隨溫度變化。,（3）Re的作用：引入直流負反饋,T()ICUEUBE（UB基本不變）IBIC,Re起直流負反饋作用，其值越大，反饋越強，Q點越穩(wěn)定。,關于反饋的一些概念：將輸出量通過一定的方式引回輸入回路影響輸入量的措施稱為反饋。直流通路中的反饋稱為直流反饋。反饋的結果使輸出量的變化減小的稱為負反饋，反之稱為正反饋。,Re有上限值嗎？,（4）靜態(tài)工作點穩(wěn)定的原因，總結為,Re的直流負反饋作用；,在1BQ的情況下，UBQ在溫度變化時基本不變。,課程回顧,一.微變等效電路法,（1）畫直流通路：交流信號Us=0；大電容開路；電感相當于短路。（2）求解靜態(tài)工作點（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ）,(3)求解動態(tài)參數(shù)（、）。,1.求靜態(tài)工作點,（1)畫交流通路：大容量電容相當于短路；直流電源相當于短路。,2.動態(tài)分析,（2)畫微變等效電路：將晶體管的符號換成晶體管的微變等效電路。,二、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,1、溫度對靜態(tài)工作點的影響,T()ICUEUBE（UB基本不變）IBIC,2.Q點分析,分壓式電流負反饋工作點穩(wěn)定電路,（1）估算法,討論：,（2）利用戴維南定理法,3.動態(tài)分析,無旁路電容Ce時：,如何提高電壓放大能力？,如何提高電壓放大能力？,利?弊?,無旁路電容Ce時：,如何提高電壓放大能力？,1.靜態(tài)分析,重點掌握：估算法,課程回顧,2.4放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,2.動態(tài)分析,無旁路電容Ce時：,如何提高電壓放大能力？,如何提高電壓放大能力？,利?弊?,無旁路電容Ce時：,例2.4.1,解：（1）靜態(tài)工作點,（2）動態(tài)分析,當有Ce時,無旁路電容Ce時：,（3）若Rb1因虛焊而開路：,假設電路中晶體管仍工作在放大狀態(tài)，則,上式表明，原假設不成立，晶體管工作在飽和區(qū)。動態(tài)分析已無意義。若晶體管的飽和管壓降UCES=0.7V，則管子的發(fā)射極電位和集電極電位為,1、晶體管的簡化等效電路,課程回顧,2.微變等效電路法,（1）畫直流通路（2）求解靜態(tài)工作點（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ）,(3）求解動態(tài)參數(shù)（、）。,1）.求靜態(tài)工作點,（1）畫交流通路：,2）.動態(tài)分析,（2）畫微變等效電路：將晶體管的符號換成晶體管的微變等效電路。,2.5晶體管單管放大電路的三種基本接法,2.5.1、基本共集放大電路,2.5.2、基本共基放大電路,2.5.3、三種接法放大電路的比較,2.5.1、基本共集放大電路,2.靜態(tài)分析,1.電路的組成,動態(tài)分析（1）電壓放大倍數(shù),首先畫交流通路,故稱之為射極跟隨器,（2）輸入電阻的分析,Ri與負載有關！,帶負載電阻后,（3）輸出電阻的分析,Ro與信號源內(nèi)阻有關！,令Us為零，保留Rb，在輸出端加Uo，產(chǎn)生Io,。,（4）.基本共集放大電路的特點：輸入電阻大(幾十-幾百千毆)，輸出電阻?。◣?幾十歐）；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！,例2.5.1,解：靜態(tài)分析,動態(tài)分析,*2.5.2、基本共基放大電路,1.靜態(tài)分析-（令Ui=0時）,2.動態(tài)分析,首先畫交流通路,3.特點：,輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓(同相)，不放大電流！,課程復習,1.基本共集放大電路,(1)靜態(tài)分析,(2)動態(tài)分析,帶負載電阻后,特點：輸入電阻大(幾十-幾百千毆)，輸出電阻小（幾-幾十歐）；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！,2.基本共基放大電路,（1）靜態(tài)分析,（2）動態(tài)分析,特點：,輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓(同相)，不放大電流！,3、三種接法的比較：空載情況下,接法共射共集共基Au大小于1大Ri中大小Ro大小大頻帶窄中寬,共射電路：常作為低頻電壓放大電路。共集電路：常用于放大電路的輸入級和輸出級。共基電路：常作為寬頻帶放大電路。,課程復習,1.基本共集放大電路,2.共集放大電路-作業(yè)2.12,(1)靜態(tài)分析,(2)動態(tài)分析,(2)動態(tài)分析,(1)靜態(tài)分析,(2)動態(tài)分析,(1)靜態(tài)分析,(2)動態(tài)分析,其中，共柵電路很少使用。本節(jié)只對共源電路進行分析。,2.6.