模電模塊二放大電路ppt課件

1、1一、放大電路的組成一、放大電路的組成二、放大電路的性能指標(biāo)二、放大電路的性能指標(biāo)模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管三、放大電路的基本分析方法三、放大電路的基本分析方法21共射放大電路的組成原則共射放大電路的組成原則 2.2.1 電路組成和工作原理電路組成和工作原理 必須使晶體管處于放大狀態(tài)。必須使晶體管處于放大狀態(tài)。 輸入回路應(yīng)使輸入信號(hào)能產(chǎn)生交變電流。輸入回路應(yīng)使輸入信號(hào)能產(chǎn)生交變電流。 輸出回路應(yīng)使動(dòng)態(tài)電流能夠作用于負(fù)載電阻。輸出回路應(yīng)使動(dòng)態(tài)電流能夠作用于負(fù)載電阻。 保證放大電路能不失真地放大信號(hào)。保證放大電路能不失真地放大信號(hào)。3 一般概念一般概念2.2.1 電路組成

2、和工作原理電路組成和工作原理 2共射放大電路各元件的作用共射放大電路各元件的作用 43基本工作原理基本工作原理 直流量用大寫(xiě)字母表示直流量用大寫(xiě)字母表示 交流量用小寫(xiě)字母表示交流量用小寫(xiě)字母表示 交直流共存量用小寫(xiě)字母加大寫(xiě)字母作交直流共存量用小寫(xiě)字母加大寫(xiě)字母作腳標(biāo)表示腳標(biāo)表示 動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示5一、放大電路的組成及各元件的作用一、放大電路的組成及各元件的作用 把微弱的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成較強(qiáng)電信號(hào)的電路稱為放大電路，簡(jiǎn)稱放大器。把微弱的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成較強(qiáng)電信號(hào)的電路稱為放大電路，簡(jiǎn)稱放大器。 直流電源直流電源信信號(hào)號(hào)源源放大放大電路電路負(fù)負(fù)載載 放大電路必須對(duì)電信號(hào)有功率放大作用，即：放大電路的輸出

3、功率應(yīng)比輸入信號(hào)的放大電路必須對(duì)電信號(hào)有功率放大作用，即：放大電路的輸出功率應(yīng)比輸入信號(hào)的功率大。功率大。 （一）（一） 放大電路的組成放大電路的組成模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管6(二二) 放大電路的組成原則放大電路的組成原則1. 應(yīng)有為放大器提供能源的直流電源。電源的極性應(yīng)滿足使管子工作于放大區(qū)的條件。應(yīng)有為放大器提供能源的直流電源。電源的極性應(yīng)滿足使管子工作于放大區(qū)的條件。 2. 讓輸入信號(hào)電壓讓輸入信號(hào)電壓ui在基極產(chǎn)生電流在基極產(chǎn)生電流ib以控制集電極電流以控制集電極電流ic，且在輸入端應(yīng)能最大限度地獲，且在輸入端應(yīng)能最大限度地獲取信號(hào)。取信號(hào)。 3. 在輸出端

4、應(yīng)能方便地把放大的信號(hào)以盡可能小的損耗輸送到負(fù)載。在輸出端應(yīng)能方便地把放大的信號(hào)以盡可能小的損耗輸送到負(fù)載。 4. 為對(duì)信號(hào)進(jìn)行不失真地放大，偏置電路應(yīng)保證放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)合適而穩(wěn)定。為對(duì)信號(hào)進(jìn)行不失真地放大，偏置電路應(yīng)保證放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)合適而穩(wěn)定。模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管7（三）（三） 基本放大電路中各元件的作用基本放大電路中各元件的作用VCC提供偏置電壓提供偏置電壓提供能量提供能量RB基極偏置電阻基極偏置電阻RC集電極負(fù)載電阻集電極負(fù)載電阻C1隔離放大電路與信號(hào)源直流通路隔離放大電路與信號(hào)源直流通路C2隔離放大電路與負(fù)載直流通路隔離放大電路與負(fù)載直流通路R

5、L放大電路的負(fù)載電阻放大電路的負(fù)載電阻模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管8其組成元件的作用如下: （1）三極管(NPN型硅管)V 。 起電流放大作用，用IB控制IC，使ICIB。（2）電源UBB和 Ucc。使三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，三極管處在放大狀態(tài)，同時(shí)也是放大電路的能量來(lái)源，提供IB和IC。 （3）基極電阻R b。 又稱偏流電阻，用來(lái)調(diào)節(jié)基極直流電流IB，使三極管能工作在特性曲線的線性部分。（4）集電極負(fù)載電阻RC 。將受基極電流IB控制而發(fā)生變化的集電極電流IC轉(zhuǎn)換成變化的電壓UCE（ICRC），這個(gè)變化的電壓UCE就是輸出電壓U0，假設(shè)RC0，則UCEUcc，當(dāng)

6、Ic變化時(shí)UCE無(wú)法變化，因而就沒(méi)有交流電壓傳送給負(fù)載RL。 9(5) 耦合電容C1、C2 。起“隔直通交”的作用，它把信號(hào)源與放大電路之間，放大電路與負(fù)載之間的直流隔開(kāi)，在圖2.1所示電路中，使C1左邊，C2右邊只有交流而無(wú)直流，中間部分為交直流共存。耦合電容一般多采用電解電容器。在使用時(shí)，應(yīng)注意它的極性與加在它兩端的工作電壓極性相一致，正極接高電位，負(fù)極接低電位。 10二、二、 放大電路的性能指標(biāo)放大電路的性能指標(biāo)電壓增益電壓增益 Au (dB) = 20lg |Au|1. 放大倍數(shù)放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) Au = Uo/Ui電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù) Ai = Io/ Ii功率放

7、大倍數(shù)功率放大倍數(shù) AP = Po/ Pi電流增益電流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai|功率增益功率增益 AP (dB) = 10lg AP.Io.Ii.11 22 放大放大電路電路RSRL+Ui.+Uo.Us.+_.模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管112.輸入電阻輸入電阻1 +usRS+uiiiRiiSisiRRRuu Ri 越大，越大， ui 與與 us 越接近越接近iiiIUR測(cè)量：測(cè)量：Ri信信號(hào)號(hào)發(fā)發(fā)生生器器放放大大電電路路RPRiUi.Us.+_Ii.調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RP使：使：Ui=0.5Us則有：則有：Ri=Rp模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)

8、體三極管123.輸出電阻輸出電阻放大電路的輸出相當(dāng)于負(fù)載的信號(hào)源，該信放大電路的輸出相當(dāng)于負(fù)載的信號(hào)源，該信號(hào)源的內(nèi)阻稱為電路的輸出電阻。號(hào)源的內(nèi)阻稱為電路的輸出電阻。計(jì)算：計(jì)算： 0LsoRUIURI22 11 UsRS+U放大放大電路電路= 0Ro測(cè)量：測(cè)量：LoL/ooRRRUULo/oo) 1(RUURUo/ 負(fù)載開(kāi)路時(shí)的輸出電壓；負(fù)載開(kāi)路時(shí)的輸出電壓；Uo 帶負(fù)載時(shí)的輸出電壓，帶負(fù)載時(shí)的輸出電壓，Ro 越小，越小，Uo/ 和和 Uo 越接近越接近。22 11 +usRS+ui+uoRLRo+uo/Ri模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管13圖解法圖解法 用微變等效電路

9、法分析計(jì)算電路動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析放大電路的交流性能指標(biāo)用微變等效電路法分析計(jì)算電路動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析放大電路的交流性能指標(biāo) 。主要計(jì)算。主要計(jì)算放大電路的放大電路的Au、Ri、Ro等等 。三、放大電路的分析方法三、放大電路的分析方法放大電路分析放大電路分析靜態(tài)分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法估算法圖解法圖解法微變等效電路法微變等效電路法靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：動(dòng)態(tài)分析：動(dòng)態(tài)分析： 主要是計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，并判斷放大器件是否工作在放大狀態(tài)主要是計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，并判斷放大器件是否工作在放大狀態(tài) 。14放大電路的兩種工作狀態(tài)放大電路的兩種工作狀態(tài)靜態(tài)靜態(tài) 當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)電路的工作狀態(tài)當(dāng)輸入

10、信號(hào)為零時(shí)電路的工作狀態(tài)靜態(tài)時(shí)放大電路中只有直流分量。靜態(tài)時(shí)放大電路中只有直流分量。動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 有輸入信號(hào)時(shí)電路的工作狀態(tài)有輸入信號(hào)時(shí)電路的工作狀態(tài) 動(dòng)態(tài)時(shí)電路中的信號(hào)為交、直流混合信號(hào)。動(dòng)態(tài)時(shí)電路中的信號(hào)為交、直流混合信號(hào)。15例例2-1 估算如圖所示放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。估算如圖所示放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 解解:2.2.1 電路組成和工作原理電路組成和工作原理 ，。 50VUCC12kRB280 kRC3AmARUUIBBECCBQ40040. 02807 . 012mAIIBQCQ204. 050VRIUUCCQCCCEQ6321216說(shuō)明：電量的符號(hào)表示規(guī)則說(shuō)明：電量的符號(hào)表示規(guī)則A A

11、A大寫(xiě)表示電量與時(shí)間無(wú)關(guān)大寫(xiě)表示電量與時(shí)間無(wú)關(guān)( (直流、平均值、有效值直流、平均值、有效值) )；A小寫(xiě)表示電量隨時(shí)間變化小寫(xiě)表示電量隨時(shí)間變化( (瞬時(shí)值瞬時(shí)值) )。大寫(xiě)表示直流量或總電量大寫(xiě)表示直流量或總電量( (總最大值，總瞬時(shí)值總最大值，總瞬時(shí)值) )；小寫(xiě)表示交流分量。小寫(xiě)表示交流分量?？偹矔r(shí)值總瞬時(shí)值直流量直流量交流瞬時(shí)值交流瞬時(shí)值beU交流有效值交流有效值直流量往往在下標(biāo)中加注直流量往往在下標(biāo)中加注 QA 主要符號(hào)；主要符號(hào)； A 下標(biāo)符號(hào)。下標(biāo)符號(hào)。tuOBEuBEUbeubeUuBE = UBE + ube(一一) 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置及放大原理靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置及放大原理如：如：

12、IBQ、ICQ、UCEQ等等模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管17 當(dāng)輸入交流信號(hào)為零時(shí)，稱放大電路處于靜態(tài)。當(dāng)輸入交流信號(hào)為零時(shí)，稱放大電路處于靜態(tài)。 +VCC為三極管提供發(fā)射結(jié)正偏壓為三極管提供發(fā)射結(jié)正偏壓UBE、基極電流、基極電流IB、集電極電流、集電極電流IC、集電極與發(fā)射極間、集電極與發(fā)射極間電壓電壓UCE等直流量，它們決定了放大器的直流工作狀態(tài)。這些量在輸入輸出特性曲線上表示等直流量，它們決定了放大器的直流工作狀態(tài)。這些量在輸入輸出特性曲線上表示成一個(gè)點(diǎn)，因而叫做靜態(tài)工作點(diǎn)，用成一個(gè)點(diǎn)，因而叫做靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q表示。即靜態(tài)工作點(diǎn)表示為表示。即靜態(tài)工作點(diǎn)表示為UBE

13、Q、IBQ、 ICQ、UCEQ。 （二）設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性（二）設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性 為使放大器能對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行不失真地放大，必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。為使放大器能對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行不失真地放大，必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。 2.放大原理放大原理 由于三極管具有較強(qiáng)的電流放大作用，可使由于三極管具有較強(qiáng)的電流放大作用，可使iB（IBQ+ib）控制）控制iC（ iB =ICQ+ic）作更大）作更大的變化。只要電路參數(shù)選擇合適，輸出電壓的變化。只要電路參數(shù)選擇合適，輸出電壓uo比輸入電壓比輸入電壓ui要大得多，從而實(shí)現(xiàn)電壓放大作要大得多，從而實(shí)現(xiàn)電壓放大作用。用。模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)

14、量分析半導(dǎo)體三極管18+VCCRCC2RL+RB+ uo C1+ui V(三三) 直流通路與交流通路直流通路與交流通路1.直流通路畫(huà)法：直流通路畫(huà)法：電容開(kāi)路；電感短路；信號(hào)源保留內(nèi)阻，且電壓源視為短路，電流源應(yīng)視為開(kāi)路。電容開(kāi)路；電感短路；信號(hào)源保留內(nèi)阻，且電壓源視為短路，電流源應(yīng)視為開(kāi)路。共射放大電路共射放大電路直流通路直流通路交流通路交流通路2.交流通路畫(huà)法：交流通路畫(huà)法：電容視為短路；無(wú)內(nèi)阻電源視為短路。電容視為短路；無(wú)內(nèi)阻電源視為短路。+VCCRCC2RLRB+ uo C1+ui V+VCCRCC2RL+RB+ uo C1+ui V+VCCRCRBVRCRLRB+ uo +ui V模

15、塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管19(四四)圖解法圖解法輸入直流負(fù)載線方程：輸入直流負(fù)載線方程：uCE = VCC iC RCuBE = VBB iBRB輸出直流負(fù)載線方程：輸出直流負(fù)載線方程：輸入回路圖解輸入回路圖解QuBE/ViB/ A靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)VCC(VCC-UBEQ)/RBUBEQIBQ0.730輸出回路圖解輸出回路圖解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCOQ33UCEQICQOiB = 30 A+VCCRCRBVIBQICQUBEQ_+UCEQ+_6V1K176K硅管硅管=100=1001、直流分析、直流分析模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體

16、三極管20uBE/ViB/ AO0.7 V30QuiOt tuBE/VO tiBIBQ( (交流負(fù)載線交流負(fù)載線) )uCE/ViC/mA41O23iB=10 A20304050505Q6直流負(fù)載線直流負(fù)載線Q Q 6O tiCICQUCEQOt tuCE/VUcemibicuceL1R 2、交流分析、交流分析(動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析)/LcoceRiuu/LC/LRRR ceCEQCEuUucCQCEiIiCQCEQCE/LC)(1IUuRiibRCRLRB+ uo +ui ViCiCE模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管21當(dāng)當(dāng) ui = 0 uBE = UBEQ iB = IB

17、Q iC = ICQ uCE = UCEQ 當(dāng)當(dāng) ui = Uim sin t ib = Ibmsin t ic = Icmsin t uce = Ucem sin t uo = uceiB = IBQ + Ibmsin tiC = ICQ + Icmsin tuCE = UCEQ Ucem sin t = UCEQ +Ucem sin (180 t)uBE/ViB/ A0.7 V30Quit tuBE/VtiBIBQ( (交流負(fù)載線交流負(fù)載線) )uCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流負(fù)載線直流負(fù)載線Q Q 6tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcem

18、ibicuceOOOOOOiouu 模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管22基本共發(fā)射極基本共發(fā)射極電路的波形：電路的波形：IBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQ+VCCRCC2RL+RB+ uo C1+ui V模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管23放大電路的非線性失真問(wèn)題放大電路的非線性失真問(wèn)題因工作點(diǎn)不合適或者信號(hào)太大使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范因工作點(diǎn)不合適或者信號(hào)太大使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，從而引起非線性失真。圍，從而引起非線性失真。（1 ）“Q”過(guò)低引起截止失真過(guò)低引

19、起截止失真Q點(diǎn)過(guò)低時(shí)，輸出信號(hào)出現(xiàn)頂部失真稱為截止失真。點(diǎn)過(guò)低時(shí)，輸出信號(hào)出現(xiàn)頂部失真稱為截止失真。不發(fā)生截止失真的條件：不發(fā)生截止失真的條件：IBQ Ibm 。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce交流負(fù)載線交流負(fù)載線模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管24（2）“Q”過(guò)高引起飽和失真過(guò)高引起飽和失真ICS集電極臨界集電極臨界飽和電流飽和電流Q點(diǎn)過(guò)高時(shí)，輸出信號(hào)出現(xiàn)底部失真點(diǎn)過(guò)高時(shí)，輸出信號(hào)出現(xiàn)底部失真稱為飽和失真。稱為飽和失真。uCEiCt OOiCO tuCEQV CC不接負(fù)載時(shí)，交、直流負(fù)載線不接負(fù)載時(shí)，交、直流負(fù)

20、載線重合，重合，V CC= VCC合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)可以避免放大電路合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)可以避免放大電路產(chǎn)生非線性失真。產(chǎn)生非線性失真。注意：信號(hào)過(guò)大時(shí)，可能即發(fā)生飽和失真，注意：信號(hào)過(guò)大時(shí)，可能即發(fā)生飽和失真，又產(chǎn)生截止失真。消除的方法：減小信號(hào)幅又產(chǎn)生截止失真。消除的方法：減小信號(hào)幅度。度。第二章半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)第二章半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)25選擇工作點(diǎn)選擇工作點(diǎn)Q的原則：的原則：當(dāng)當(dāng) ui 較小時(shí)，為減少功耗和噪聲，較小時(shí)，為減少功耗和噪聲，“Q” 可設(shè)得低一些；可設(shè)得低一些；為提高電壓放大倍數(shù)，為提高電壓放大倍數(shù)，“Q”可以設(shè)得高一些；可以設(shè)得高一些；為獲得最大輸出，為獲得

21、最大輸出，“Q” 可設(shè)在交流負(fù)載線中點(diǎn)?？稍O(shè)在交流負(fù)載線中點(diǎn)。特別提醒：無(wú)論特別提醒：無(wú)論Q點(diǎn)設(shè)在何處，都要確保信號(hào)不失真。點(diǎn)設(shè)在何處，都要確保信號(hào)不失真。模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管26(五五)微變等效微變等效電路法電路法( (小信號(hào)等效分析法小信號(hào)等效分析法) )1、晶體三極管電路小信號(hào)等效電路分析法、晶體三極管電路小信號(hào)等效電路分析法三極管電路三極管電路可當(dāng)成雙口可當(dāng)成雙口網(wǎng)絡(luò)來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)來(lái)分析晶體三極管晶體三極管 H ( (Hybrid) )參數(shù)微變等效電路模型參數(shù)微變等效電路模型C CE bbebe uIUr從輸入端口看進(jìn)去，相當(dāng)于電阻從輸入端口看進(jìn)去，相當(dāng)于電

22、阻 rbemAmV26)1(300EQBQbb IIUrT 從輸出端口看進(jìn)去為一個(gè)受從輸出端口看進(jìn)去為一個(gè)受 ib 控制的電流源控制的電流源 ic = ib ， 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)+uce+ube ibicCBErbe Eibic I b+ube +uce BCrbb 三極管基區(qū)體電阻三極管基區(qū)體電阻模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管272 2、 晶體三極管交流分析晶體三極管交流分析步驟：步驟： 分析直流電路，求出分析直流電路，求出“Q”，計(jì)算，計(jì)算 rbe。 畫(huà)電路的交流通路畫(huà)電路的交流通路 。 在交流通路上把三極管畫(huà)成在交流通路上把三極管畫(huà)成 H 參數(shù)模型。參數(shù)模型。 分析計(jì)算疊加在分析計(jì)算疊加在“Q”點(diǎn)上的各極交流量。點(diǎn)上的各極交流量。模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管模塊二測(cè)量分析半導(dǎo)體三極管28【例例】 共射電路中，共射電路中， =8 0，UBEQ=0.7V，