電子線路梁明理PPT課件

1、2.1 放大電路的組成及工作原放大電路的組成及工作原理理1. 電路組成A.核心器件BJTB.偏置電路提供放大外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。C.輸入、輸出電路vi 的引入，vo 引出T123RBRCBECbIUVBBBE+UIUB+IVCC0ucCiI00uuT23RbRCCVBBVCC0uciIUbi第1頁/共60頁2. 簡單工作原理vi=0vi =Vsin tvCE = VCC -iC RC第2頁/共60頁3. 簡化電路及習(xí)慣畫法習(xí)慣畫法 共射極基本放大電路第3頁/共60頁 靜態(tài)：靜態(tài)：輸入信號(hào)為零（輸入信號(hào)為零（v vi i= 0 = 0 或或 i ii i= 0= 0）時(shí)，放大電路的

2、工作狀態(tài)，也稱時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作直流工作狀態(tài)狀態(tài)。 電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管各電極的電壓、電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管各電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱為電流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱為靜態(tài)靜態(tài)工作點(diǎn)工作點(diǎn)，常稱為，常稱為Q點(diǎn)。一般用點(diǎn)。一般用IBQ、ICQ、和、和VCEQ 、VBEQ 表示。表示。 直流通路 共射極放大電路輸入信號(hào)為零（輸入信號(hào)為零（v vi i接地）；電容開路接地）；電容開路靜態(tài)等效電路靜態(tài)等效電路第4頁/共60頁 動(dòng)態(tài)：動(dòng)態(tài)：輸入信號(hào)不為零時(shí)，放大電路輸入信號(hào)不為零時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)交流工作狀態(tài)。交流通路 共射極放

3、大電路電容、直流電源電容、直流電源 VCC 短路短路動(dòng)態(tài)等效電路動(dòng)態(tài)等效電路icvce+-第5頁/共60頁bBBRVRVVIbBEQBBBQ直流通路交流通路例求Q Q點(diǎn)：cCQCEQRIVVCCBQCQ IIvivivovovivo第6頁/共60頁放大器的性能指標(biāo) 1.電壓放大倍數(shù)vA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)ioIIAAiii電流放大倍數(shù)ioIvAR互阻放大倍數(shù)iovIAG互導(dǎo)放大倍數(shù)iovvAAvuuvivo第7頁/共60頁2.2.輸入電阻Ri和輸出電阻R0iiiIvR oR 從輸入端看進(jìn)去的等效電阻 將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻。 輸出電阻是表明放大

4、電路帶負(fù)載的能力，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。 LooLoooo) 1(RvvRvvvR 空載時(shí)輸出電壓有效值 帶RL時(shí)的輸出電壓有效值工程上的求法vivoov第8頁/共60頁3.3.通頻帶BW 衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力。4.4.非線性失真系數(shù)D122AADnn輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)總存在一定的失真。下限頻率上限頻率LHffBW 由于電容、及放大管由于電容、及放大管PNPN結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號(hào)頻率較低和較結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號(hào)頻率較低和較高時(shí)電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。高時(shí)電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。第9頁/共60頁2.2放大電路的圖

5、解分析法放大電路的圖解分析法 交流通路及交流負(fù)載線 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析 用用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)用圖解法分析動(dòng)態(tài)工作情況 用圖解法分析放大電路的非線性失真用圖解法分析放大電路的非線性失真第10頁/共60頁采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。 首先，畫出直流通路 用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)在vi=0=0時(shí)，確定靜態(tài)工作點(diǎn)，IB、VBE、IC、VCE四個(gè)量。bBBBBERiVv輸入回路方程：BBBEBV時(shí)，v當(dāng)i 0CCCcCERV時(shí)，i當(dāng)V 0輸出回路方程：CCCCCERiVVCCCECV時(shí)，V當(dāng)i 0b

6、BBBBERV時(shí)，i當(dāng)V 0在輸入特性曲線上作出輸入回路負(fù)載線在輸出特性曲線上作出輸出回路負(fù)載線TRbRCVBBVCCoCECEvVvciIUbiBEvvi第11頁/共60頁 在輸入特性曲線上，作出直線在輸入特性曲線上，作出直線 VBE =VBBIBRb，兩線的交點(diǎn)即是，兩線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn)，點(diǎn)，得到得到IBQ和和VBEQ 。 在輸出特性曲線上，作出直流負(fù)載線 VCE=VCCICRC，與IBQ曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，從而得到VCEQ 和ICQ。CR直流負(fù)流負(fù)載線斜1輸入回路負(fù)載線QIBQUBEQIBQQICQUCEQ負(fù)載線BBBEBV時(shí)，v當(dāng)i 0bBBBBERV時(shí)，i當(dāng)V 0CCCcCERV時(shí)，i

7、當(dāng)V 0CCCECV時(shí)，V當(dāng)i 0第12頁/共60頁 用圖解法分析動(dòng)態(tài)工作情況用圖解法分析動(dòng)態(tài)工作情況1.不接負(fù)載RL時(shí)bbiBBbeRiuVviBBbebuV時(shí)，v當(dāng)i 0biBBBBERuV時(shí)，i當(dāng)v 0得虛線QQTRbRCVBBVCCoCECEvVvciIUbiBEvvi第13頁/共60頁 2.接負(fù)載RL時(shí)由交流通路得純交流負(fù)載線： 共射極放大電路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL)1).交流通路及交流負(fù)載線斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1Rc斜率斜率1R

8、c/ RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC由于交流負(fù)載線必過Q點(diǎn)，因此，過輸出特性曲線上的Q點(diǎn),做一條斜率為- -1/R L 直線，該直線即為交流負(fù)載線。 RL= RLRc， 是交流負(fù)載電阻。 交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。第14頁/共60頁3. 輸入交流信號(hào)時(shí)的圖解分析 共射極放大電路QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線

9、QQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流負(fù)載線交流負(fù)載線20uA40uA60uA通過圖解分析，可得如下結(jié)論： 1. 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. 2. vo與vi相位相反； 3. 3. 由圖讀出峰值Vim、Vom，算出電壓放大倍數(shù)； 4. 4. 可以確定最大不失真輸出幅度。符號(hào)為“”。反相，與給定uomuAvvVuuAvvii

10、vIoimIooCECBIV)(第15頁/共60頁 用圖解法分析放大電路的非線性失真1. BJT的三個(gè)工作區(qū)QQ1Q2vCE/ViC/mA放放大大區(qū)區(qū)0iB=40uA80uA120uA160uA200uA飽飽和和區(qū)區(qū)截截止止區(qū)區(qū)當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生非線性失真。飽和區(qū)特點(diǎn)： iC不再隨iB的增加而線性增加，即BCii 此時(shí)CBii 截止區(qū)特點(diǎn)：iB=0， iC= ICEOvCE= VCES ，典型值為0.3V直流通路IBVBE+-ICVCE+-第16頁/共60頁iCvCEvo可輸出的可輸出的最大不失最大不失真信號(hào)真信號(hào)（1）合適的靜態(tài)工作點(diǎn)）合適的靜態(tài)工作點(diǎn)ib2非線性失真與非線

11、性失真與Q Q的關(guān)系的關(guān)系第17頁/共60頁 截止失真u消除方法：減小Rb（2）Q點(diǎn)過低點(diǎn)過低信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)bBBRVRVVIbBEQBBBQ第18頁/共60頁最大不失真輸出電壓Uom ：比較UCEQ與（ VCC UCEQ ），取其小者（3）Q點(diǎn)過高點(diǎn)過高信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)u消除方法：增大Rbn飽和失真第19頁/共60頁2.4 放大電路工作點(diǎn)的穩(wěn)定放大電路工作點(diǎn)的穩(wěn)定 固定偏流電路固定偏流電路 溫度變化對(duì)工作點(diǎn)的的影響溫度變化對(duì)工作點(diǎn)的的影響 穩(wěn)定工作點(diǎn)原理穩(wěn)定工作點(diǎn)原理溫度變化對(duì)工作點(diǎn)的影響溫度變化對(duì)工作點(diǎn)的影響分壓式偏置穩(wěn)定電路分壓式偏置穩(wěn)定電路第20頁/共60頁溫

12、度變化對(duì)工作點(diǎn)的影響溫度變化對(duì)工作點(diǎn)的影響1). 溫度變化對(duì)溫度變化對(duì)ICBO的影響的影響2). 溫度變化對(duì)溫度變化對(duì)VBE門坎電壓的影響門坎電壓的影響溫度溫度T 輸出特性曲線上移輸出特性曲線上移溫度溫度T 輸入特性曲線左移輸入特性曲線左移3). 溫度變化對(duì)溫度變化對(duì) 的影響的影響溫度溫度T 輸出特性曲線族間距增大輸出特性曲線族間距增大T (0.51)%/ 1BEVT (門限電壓)（1.82.5）mV/1QvCE/ViC/mAiB =0IBQ11 溫度變化對(duì)工作點(diǎn)的影響溫度變化對(duì)工作點(diǎn)的影響AACBOIT溫度（反向飽和電流） 1倍/8 硅：0.1鍺：10總之總之 ICBO ICEO T 同同V

13、BE IB IC vBE第21頁/共60頁2. 固定偏置電路固定偏置電路bBEQCCBQRVVICBOBQCQIII)1 (CQCBOIITCQBQBEIIVT CEQCQVI 使Q Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移，接近飽和區(qū)。 共射極放大電路固定偏置放大電路不具備穩(wěn)定Q Q點(diǎn)的能力。CCCCCERIVV第22頁/共60頁 穩(wěn)定工作點(diǎn)原理目標(biāo)：溫度變化時(shí)，使I IC C維持恒定。穩(wěn)定原理：T IC IE IC VE 、VB不變不變 VBE IB （反饋控制）條件：I1 IB ，CCb2b1b2BVRRRV 引入ReRe，對(duì)于變化的i iC C，也將有同樣的作用A AV V下降。ReRe上并聯(lián)CeCe后，電容

14、隔直通交，ReRe上不存在交流電壓降, ,交流無負(fù)反饋?zhàn)饔?，A AV V不下降。 一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路第23頁/共60頁2.3 放大電路的等效電路分析法 當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來處理。晶體管h參數(shù)及其小信號(hào)等效電路vbevcevbevce第24頁/共60頁1. H參數(shù)的導(dǎo)出參數(shù)的導(dǎo)出),(CEBBEvifv 在小信號(hào)情況下，對(duì)上兩式取全微分得CECEBEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV 用小信號(hào)交流

15、分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce 對(duì)于BJT雙口網(wǎng)絡(luò)，我們已經(jīng)知道輸入輸出特性曲線如下：vBE=f(iB) vCE=constiC=f(vCE) iB=const可以寫成：),(CEBCvifi CECECBBCCBCEdvvidiiidiIvvBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)晶體管的h參數(shù)及其小信號(hào)等效電路第25頁/共60頁CEBBEie Vivh 輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻；輸出端交流短路時(shí)的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)；輸入端交流開路時(shí)的反向電壓傳輸比或電壓反饋系數(shù)；輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)。其中：四個(gè)參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)

16、（H H參數(shù)）。vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEBCfe Viih BCEBEre Ivvh BCECoe Ivih CECEBEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV CECECBBCCBCEdvvidiiidiIV第26頁/共60頁beBBECErivhvieBCEBEIrevvhCEBCvfeiihceCEC1Brvihioeb-e間的動(dòng)態(tài)電阻內(nèi)反饋系數(shù)電流放大系數(shù)c-e間的電導(dǎo)第27頁/共60頁3. H參數(shù)小信號(hào)模型參數(shù)小信號(hào)模型根據(jù)可得小信號(hào)模型BJT的H參數(shù)模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe= hieib+

17、 hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)第28頁/共60頁4. 簡化的簡化的h參數(shù)小信號(hào)等效電路參數(shù)小信號(hào)等效電路hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即 rbe= hie = hfe VT = hre rce= 1/hoe一般采用習(xí)慣符號(hào)則BJT的H參數(shù)模型為 ibicvceibvbeVT vcerberce VT很小，一般為10-3 10-4 ， rce很大，約為100k 。故一般可忽略它們的影響，得到簡化電路 ib 是受控源 ，且為電流控制電流源(CCCS)。 電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的。 VT 溫度的電壓當(dāng)量第29頁/共

18、60頁5. 晶體管輸入電阻晶體管輸入電阻的計(jì)算的計(jì)算 為晶體管參數(shù)；為晶體管參數(shù)； rbe 與與Q點(diǎn)有關(guān)點(diǎn)有關(guān)一般可用公式估算 rbe bebbbebbbeebbbbeirririririrv)1 ( )1 ( bbebeivr ebbbbeberrivr)1 (er基區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略第30頁/共60頁其中對(duì)于低頻小功率管 rbb200 則 )mA()mV(26)1(200EQbeIr (mA)I(mV)(mA)I(mV)VrEQEQTe26而 (T=300K) ebbbbeberrivr)1 (基區(qū)體電阻查閱手冊(cè) H H參數(shù)都是小信號(hào)參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)，與工

19、作點(diǎn)有關(guān)。第31頁/共60頁用H H參數(shù)小信號(hào)等效電路分析基本放大電路H參數(shù)等效電路交流通路1. 畫出放大電路的交流等效電路畫出放大電路的交流等效電路vivovivovovi第32頁/共60頁)()(bebbbebiirRIrRIvccoRIvbebcio rRRvvAubebiiirRIvRcoRR 2. 計(jì)算電壓放大倍數(shù)計(jì)算電壓放大倍數(shù)3. 計(jì)算輸入電阻和輸出電阻計(jì)算輸入電阻和輸出電阻vovi第33頁/共60頁4.4.固定偏置共發(fā)射極放大電路的分析固定偏置共發(fā)射極放大電路的分析 共射極放大電路1）. 利用直流通路求利用直流通路求Q點(diǎn)點(diǎn)bCCRVRVVIbBECCBQ一般硅管VBE=0.7V

20、， 鍺管VBE=0.2V， 已知。BCQIIcCCCCEQRIVV 求Q點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。直流通路IBVBE+-ICVCE+-第34頁/共60頁bIcIbIbIcIbI2 2）. . 畫出小信號(hào)等效電路畫出小信號(hào)等效電路RbbIcIbIviRbiVbIcIOVbIRbviRciVbIcIOVbI共射極放大電路icvce+-交流通路RbviRCRLiVbIcIOVbIH參數(shù)小信號(hào)等效電路第35頁/共60頁3). 3). 求電壓放大倍數(shù)求電壓放大倍數(shù)根據(jù)RbviRcRLiVbIcIOVbIbebirIV bcII )/(LccORRIV 則電壓放大倍數(shù)bebLcciO)/(rI

21、RRIVVAV（可作為公式）如果沒有接負(fù)載RLbecrRAVbeLcbebLcb)/()/(rRRrIRRI第36頁/共60頁4 4）. .求輸入電阻和輸出電阻求輸入電阻和輸出電阻RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIberrRRbebi/RbRcRLiVbIcIOVbIRoRo = Rc 第37頁/共60頁5).5).計(jì)算源電壓放大倍數(shù)計(jì)算源電壓放大倍數(shù)beLciO)/(rRRVVAViovvvA sovsvvAsisiivRRRvvisiiosisovsARRRvvvvvvAisivsRRRrRRAbeLc)/(設(shè)源信號(hào)內(nèi)阻為RsSRvsvi問題：Av和Avs的關(guān)系如何？第38頁/共60

22、頁電容開路,畫出直流通道帶Re的共發(fā)射極放大電路的分析（電阻分壓式偏置）例1：求Q點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。+VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE解解 1）. 求求Q點(diǎn)點(diǎn)CCb2b1b2BVRRRVIC IE =（VB- VBE）/ Re IB=IC/ VCE = VCC IC(RC +Re)VBE 0.7V I1I2IBRb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoICIEvovi第39頁/共60頁電容短路,直流電源短路，畫出交流通路2 2）. .畫出等效電路viRb1+VCCRCC1C2Rb2CERERLvoBECRb1RCRb2RLViVoBECibiciii2

23、i1rbeRCRLiVoVbI Rb1Rb2iI bI cIBEC微變等效電路交流通路第40頁/共60頁beLvrRARi= Rb1/ Rb2/ rbeRo= RCRL= RC / RL)()(26)1 ()(200mAImVrEbe3）. 求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻RiROrbeRCRLiVoVbI Rb1Rb2iI bI cIBEC第41頁/共60頁問題1 1：如果去掉C CE E，如何分析？CeCeCe在交流通路中，將ReRe短路，ReRe對(duì)交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。IBRb1+VCCRCC1C2Rb2ReRLuiuoICIEvovivov

24、irbeRCRLiv ov bI Rb1Rb2iI bI cI BECI1I2Re第42頁/共60頁解解 1）. 求求Q 點(diǎn)同上點(diǎn)同上ebeLebbebLbiouRrRRiriRivvA)1 ()1 ()1 (/(/21ebebbiRrRRRcoRR 2 2）. .畫出等效電路3）. 求電壓放大倍數(shù)求電壓放大倍數(shù)4）. 求輸入電阻、輸出電阻求輸入電阻、輸出電阻rbeRCRLiv ov bI Rb1Rb2iI bI cI BECI1I2Re第43頁/共60頁vovi第44頁/共60頁vovivovivovi第45頁/共60頁、靜態(tài)工作點(diǎn)eEQBEQbBQCCRIVRIV、電壓放大倍數(shù)LebebL

25、eioRIrIRIvvAv共集電極放大電路IBQIEQ+C1RS+vi RERB+VCCC2RL+vo+vseEQCCCEQBQEQebBEQCCBQ)1()1(RIVVIIRRVVIvsRB+vo RLibiciirbe ibRERs+ +vi RsRB+ +vo RLibiciiRE+vi LbeL)1 ()1 ( RrR第46頁/共60頁LbeLvRrRRrRALbeL)1 ()1 ( 。，即則，）若（ 1 1iobe/vvArRvLLbei)1 (RrR求輸入電阻、輸出電阻求輸入電阻、輸出電阻SbeRRrrRRrRvRvvIIvIvRvv1 )1 (0beSebeSoeooeooooo

26、se，則，在輸出端加令RB+vo ibierbeibRERsio大！小！小大、R、RAOvi1主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)只放大電流，不放大電壓！vsRB+vo RLibiciirbe ibRERs+ +vi 第47頁/共60頁2.6. 共基極放大電路共基極放大電路求求Q Q點(diǎn)點(diǎn) 與共射組態(tài)相同。CCb2b1b2BVRRRVeBRVRVVIIeBEBEC)(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII 第48頁/共60頁2. 6.1 電壓放大倍數(shù)電壓增益電壓增益輸出回路：輸入回路：bebirIV 電壓放大倍數(shù)：beLbebLbioVrRrIRIVVA LbLcoRIRIVLcL/ RRR 第4

27、9頁/共60頁 輸入電阻輸入電阻 輸出電阻輸出電阻1)(1bebbebeiebirIrIIVrR 11/bebeeebeiiirrRrRIVRcoRR 第50頁/共60頁3. 三種組態(tài)的比較三種組態(tài)的比較電壓增益：電壓增益：beLc)/(rRR 輸入電阻：輸入電阻：beb/rR輸出電阻：輸出電阻：cR)/)(1()/()1(LebeLeRRrRR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRRbeLc)/(rRR 1/beerRcR第51頁/共60頁下限頻率上限頻率LHffBW 由于由于耦合電容耦合電容C1、C2，旁路旁路電容電容Ce影影響，使頻率較低時(shí)響，使頻率較低時(shí)A。 放大管的放大管的結(jié)電容結(jié)電容影響影響，使頻率較高時(shí)，使頻率較高時(shí)A，并產(chǎn)生相移。，并產(chǎn)生相移。耦合電容耦合電容造成造成三極管結(jié)電三極管結(jié)電容造成容造成第52頁/共60頁1、阻容耦合2.8 Q點(diǎn)相互獨(dú)立點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號(hào)，低頻特性差，。不能放大變化緩慢的信號(hào)，低頻特性