基本放大電路PPT通用課件[通用]

1、第2章 基本放大電路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2.1 放大的概念與放大電路的性能指標一、放大的概念二、放大電路的性能指標一、放大的概念放大的對象：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VCC至少一路直流電源供電二、性能指標1. 放大倍數：輸出量與輸入量之比電壓放大倍數是最常被研究和測試的參數信號源信號源內阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流

2、對信號而言，任何放大電路均可看成二端口網絡。2. 輸入電阻和輸出電阻 將輸出等效成有內阻的電壓源，內阻就是輸出電阻?？蛰d時輸出電壓有效值帶RL時的輸出電壓有效值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. 通頻帶4. 最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。 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數值下降，并產生相移。衡量放大電路對不同頻率信號的適應能力。下限頻率上限頻率5. 最大輸出功率Pom和效率：功率放大電路的參數2.3 基本共射放大電路的工作原理一、電路的組成及各元件的作用二、設置靜態(tài)工作點的必要性三、波形分析四、放大電路的組成

3、原則一、電路的組成及各元件的作用VBB、Rb：使UBE Uon，且有合適的IB。VCC：使UCEUBE，同時作為負載的能源。Rc：將iC轉換成uCE(uo) 。動態(tài)信號作用時： 輸入電壓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。共射輸入回路二、設置靜態(tài)工作點的必要性 輸出電壓必然失真！ 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！ 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？三、基本共射放大電路的波形分析飽和失真底部失真截止失真頂部失真輸出和輸入反

4、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保證晶體管始終工作在放大區(qū)！四、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。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）直接耦合放大電路問題：1. 兩種電源2. 信號源與放大電路不“共地”共地，且要使信號馱載在靜態(tài)之上靜態(tài)時，動態(tài)時，VCC和uI同時作用于晶體管的輸入回路。將兩個電源合二為一有直流分量有交流損失 UBEQ兩種實用放大電路：（2）阻容耦合放大電路 耦合電容的容量應

5、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”。靜態(tài)時，C1、C2上電壓？動態(tài)時，C1、C2為耦合電容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信號馱載在靜態(tài)之上。負載上只有交流信號。練習：判斷下面的電路有無放大作用？2.4 放大電路的分析方法一、放大電路的直流通路和交流通路二、圖解法三、等效電路法一、放大電路的直流通路和交流通路1. 直流通路： Us=0，保留Rs；電容開路； 電感相當于短路（線圈電阻近似為0）。2. 交流通路：大容量電容相當于短路；直流電源相當于短路（內阻為0）。 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

6、開作用，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 列晶體管輸入、輸出回路方程，將UBEQ作為已知條件，令ICQIBQ，可估算出靜態(tài)工作點。 VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的誤差越小。當VCCUBEQ時，已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？直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二、圖解法 應實測特性曲線 輸入回路負載線QIBQUBEQIBQQICQUCEQ負載線1. 靜態(tài)分析：圖解二元方程2. 電壓放大倍數的分析斜率不變（二）圖解分析動態(tài)1.分析的目的2.步驟：1）根據輸入信號ui在輸入特性曲線上求iB在上圖所示

7、放大電路中，加上輸入電壓ui=0.02sint的交流信號則此三極管基-射間的總電壓為 根據輸入特性曲線，可對應畫出iB的波形，如圖：從圖上讀出電流值，得到 0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUBE圖2.4.5（a)輸入回路工作情況交流負載線直流負載線4.57.5uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQiC圖 2.4.5(b)輸出回路工作情況分析MN3. 失真分析截止失真截止失真是在輸入回路首先產生失真！消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負載線。N

8、PN 管截止失真時的輸出 uo 波形頂部失真問題： 對于右圖，如何消除截止失真？飽和失真飽和失真Rb或或VBB Rc或VCC：飽和失真是輸出回路產生失真。(二)用圖解法估算最大輸出幅度 輸出波形沒有明顯失真時能夠輸出最大電壓。即輸出特性的 A、B 所限定的范圍。 Q 盡量設在線段 AB 的中點。則 AQ = QB，CD = DEOiB = 0QuCE/ViC / mAACBDE交流負載線（問題：CD和DE的電壓值是什么？）最大不失真輸出電壓Uom ：比較UCEQ與（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。(三)用圖解法分析電路參數對靜態(tài)工作點的影響1. 改變 Rb，保持VCC ，Rc ， 不

9、變；OIBiCuCE Q1Rb 增大，Rb 減小，Q 點下移；Q 點上移；Q2OIBiCuCE Q1Q32. 改變 VCC，保持 Rb，Rc ， 不變； 升高 VCC，直流負載線平行右移，動態(tài)工作范圍增大，但管子的動態(tài)功耗也增大。Q2圖 2.4.9(a)圖 2.4.9(b)UCE = VCC IC Rc3. 改變 Rc，保持 Rb，VCC ， 不變；4. 改變 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不變；增大 Rc ，直流負載線斜率改變，則 Q 點向飽和區(qū)移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增大 ，ICQ 增大，UCEQ 減小，則 Q 點移近飽和區(qū)。圖 2.4.9 (c)圖 2.

10、4.9 (d)UCE = VCC IC Rc討論一1. 用NPN型晶體管組成一個在本節(jié)課中未見過的共射放大電路（習題2-5）。2. 用PNP型晶體管組成一個共射放大電路。畫出圖示電路的直流通路和交流通路。討論二1. 在什么參數、如何變化時Q1 Q2 Q3 Q4？2. 從輸出電壓上看，哪個Q點下最易產生截止失真？哪個Q點下最易產生飽和失真？哪個Q點下Uom最大？3. 設計放大電路時，應根據什么選擇VCC？2.4.4微變等效電路法 晶體管在小信號(微變量)情況下工作時，可以在靜態(tài)工作點附近的小范圍內用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以等效為一個線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所組

11、成的放大電路等效為一個線性電路。微變等效條件研究的對象僅僅是變化量信號的變化范圍很小一、簡化的 h 參數微變等效電路(一) 三極管的微變等效電路iBuBE 晶體管的輸入特性曲線 rbe ：晶體管的輸入電阻。 在小信號的條件下，rbe是一常數。晶體管的輸入電路可用 rbe 等效代替。1. 輸入電路Q 點附近的工作段近似地看成直線 可認為 uBE 與 iB 成正比QOiB uBE 圖 2.4.10(a)2. 輸出電路假設在 Q 點附近特性曲線基本上是水平的(iC 與 uCE無關)，數量關系上， iC 比 iB 大 倍；iB iB從三極管輸出端看，可以用 iB 恒流源代替三極管；該恒流源為受控源；為

12、 iB 對 iC 的控制。uCE QiC O圖 2.4.10(b)3. 三極管的簡化參數等效電路注意：這里忽略了 uCE 對 iC與輸出特性的影響，在大多數情況下，簡化的微變等效電路對于工程計算來說誤差很小。圖 2.4.11三極管的簡化 h 參數等效電路cbe +uBE +uCE iCiB簡化的h參數等效電路交流等效模型查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結電阻發(fā)射區(qū)體電阻數值小可忽略利用PN結的電流方程可求得由IEQ算出在輸入特性曲線上，Q點越高，rbe越小！(二) rbe 的近似估算公式rbb ：基區(qū)體電阻。reb ：基射之間結電阻。低頻、小功率管 rbb 約為 300 。UT ：溫度電壓當量。c be

13、iBiCiE圖 2.4.134. 電壓放大倍數 Au；輸入電阻 Ri、輸出電阻 ROC1RcRb+VCCC2RL+VT+Ri = rbe / Rb ，Ro = Rc圖 2.4.12單管共射放大電路的等效電路輸入電阻中不應含有Rs!輸出電阻中不應含有RL!C1RcRb+VCCC2RL+VT+5.源電壓放大倍數例題1：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析2. 空載和帶載兩種情況下Uom分別為多少？增強電壓放大能力的方法？討論三 已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空載情況下，當輸入信號增大時，電路首先出現飽和失真還是截止失真？若帶負載的情況下呢？電流放大倍數與電壓放大倍數之間關系討論

14、1. 當 IEQ 一定時， 愈大則 rbe 也愈大，選用 值較大的三極管其 Au 并不能按比例地提高；因：2. 當 值一定時，IEQ 愈大則 rbe 愈小，可以得到較大的 Au ，這種方法比較有效。 討論四：基本直接耦合放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析QIBQ35AUBEQ0.65V 為什么用圖解法求解IBQ和UBEQ？驗證討論五：波形分析 失真了嗎？如何判斷？原因？飽和失真二、 微變等效電路法的應用例：接有發(fā)射極電阻的單管放大電路，計算電壓放大倍數和輸入、輸出電阻。C1RcRb+VCCC2RL+VT+Re圖 2.4.14接有發(fā)射極電阻的放大電路根據微變等效電路列方程引入發(fā)射極電阻后， 降低了。若

15、滿足(1 + ) Re rbe 與三極管的參數 、rbe 無關。2. 放大電路的輸入電阻引入 Re 后，輸入電阻增大了。3. 放大電路的輸出電阻將放大電路的輸入端短路，負載電阻 RL 開路 ，忽略 c 、e 之間的內電阻 rce 。例2.4.4：在如下的放大電路中，已知三極管的 50，Rb=240k,Rc=RL=3k,Vcc=12v，Re820試估算放大電路的靜態(tài)工作點估算放大電路的C1RcRb+VCCC2RL+VT+Re圖解法優(yōu)點：動靜態(tài)均能分析，直觀形象，尤其適合分析大信號狀態(tài)缺點：實際與手冊給定曲線有差別，作圖繁瑣有誤差，無法求解較復雜電路微變等效電路法優(yōu)點：無需作圖，可以分析簡單和較復

16、雜的電路，分析過程簡單缺點：只能分析動態(tài)，不能分析非線型失真和最大輸出幅度等。2.5 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定一、溫度對靜態(tài)工作點的影響二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法一、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的變化得來的。 若溫度升高時要Q回到Q，則只有減小IBQT（ ）ICQQICEO若UBEQ不變IBQQ二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路 直流通路？Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路1. 電路組成2. 穩(wěn)定原理 為了穩(wěn)定Q點，通常I1 IB，即I1 I2；因此基本不隨溫度變化。設UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEUBE

17、，則IEQ穩(wěn)定。Re 的作用T()ICUE UBE（UB基本不變） IB IC 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？IC通過Re轉換為UE影響UBE溫度升高IC增大，反饋的結果使之減小3. Q 點分析分壓式電流負反饋工作點穩(wěn)定電路Rb上靜態(tài)電壓是否可忽略不計？判斷方法：4. 動態(tài)分析利?弊?無旁路電容Ce時：如何提高電壓放大能力？補充：穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法引入直流負反饋溫度補償：利用對溫度

18、敏感的元件，在溫度變化時直接影響輸入回路。例如，Rb1或Rb2采用熱敏電阻。 它們的溫度系數？討論一圖示兩個電路中是否采用了措施來穩(wěn)定靜態(tài)工作點？若采用了措施，則是什么措施？2.6 晶體管放大電路的三種接法一、基本共集放大電路二、基本共基放大電路三、三種接法放大電路的比較2.6.1共集電極放大電路(a)直流通路(b)交流通路一、靜態(tài)工作點由基極回路求得靜態(tài)基極電流則二、動態(tài)分析1、電壓放大倍數由交流通路得到微變等效電路結論：電壓放大倍數恒小于 1，而接近 1，且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱射極跟隨器。2、電流放大倍數所以3、輸入電阻輸入電阻較大。Ri4、輸出電阻(難點）輸出電阻低，故帶載能力比

19、較強。Ro若考慮發(fā)射極電阻Re，則輸出電阻為三、 特點：輸入電阻大，輸出電阻??；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！2.6.2共基極放大電路(a)原理電路VEE 保證發(fā)射結正偏；VCC 保證集電結反偏；三極管工作在放大區(qū)。(b)實際電路實際電路采用一個電源 VCC ，用 Rb1、Rb2 分壓提供基極正偏電壓。C1C2+_+_ReVEEVCCRcRLVTC1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRLRc問：它的靜態(tài)工作點有可能穩(wěn)定嗎？一、靜態(tài)分析直流通路如圖示，求：Q點(IBQ , ICQ , UCEQ)二、動態(tài)分析由交流通路得到微變等效電路C1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRL

20、Rc二、交流分析電壓放大倍數輸入電阻輸出電阻Ro RC=RL / rbe1、電流放大倍數微變等效電路由圖可得：所以由于 小于 1 而近似等于 1 ，所以共基極放電電路沒有電流放大作用。圖 2.6.4共基極放大電路的等效電路2、電壓放大倍數由微變等效電路可得共基極放大電路沒有電流放大作用，但是具有電壓放大作用。電壓放大倍數與共射電路相等，但沒有負號，說明該電路輸入、輸出信號同相位。3、輸入電阻暫不考慮電阻 Re 的作用4、輸出電阻暫不考慮電阻 Re 的作用 Ro = rcb . 已知共射輸出電阻 rce ，而 rcb 比 rce大 得多，可認為rcb (1 + )rce如果考慮集電極負載電阻，則

21、共基極放大電路的輸出電阻為Ro = Rc / rcb Rc若考慮Re，則三、 特點：輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！2.6.3三種基本組態(tài)的比較大(數值同共射電路，但同相)小(小于、近于 1 )大(十幾 一幾百) 小 大(幾十 一百以上) 大(幾十 一百以上)電路組態(tài)性能共 射 組 態(tài)共 集 組 態(tài)共 基 組 態(tài)C1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRLC1Rb+VCCC2RL+Re+C1Rb+VCCC2RL+Rc三、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 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 頻帶 窄 中 寬接法共射共集共基輸入bbe輸出

22、cec電路如圖，所有電容對交流信號均可視為短路。1. Q為多少？2. Re有穩(wěn)定Q點的作用嗎？3. 電路的交流等效電路？4. V 變化時，電壓放大倍數如何變化？討論二討論二改變電壓放大倍數2.6 場效應管及其基本放大電路一、場效應管二、場效應管放大電路靜態(tài)工作點的設置方法三、場效應管放大電路的動態(tài)分析一、場效應管（以N溝道為例） 場效應管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對應于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。1. 結型場效應管符號結構示意圖柵極漏極源極導電溝道單極型管噪聲小、抗輻射能力強、低電壓工作柵-源電壓對導

23、電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷 uGS可以控制導電溝道的寬度。為什么g-s必須加負電壓？UGS（off）漏-源電壓對漏極電流的影響uGSUGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。預夾斷uGDUGS（off） VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。場效應管工作在恒流區(qū)的條件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）夾斷電壓漏極飽和電流轉移特性場效應管工作在恒流區(qū)，因而uGSUGS（off）且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）g-s電壓控制d-s的等效電阻輸出特性預夾斷軌跡，uGDUGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSiD 不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。低頻跨導：2. 絕緣柵型場效應管 uGS增大，反型層（導電溝道）將變厚變長。當反型層將兩個N區(qū)相接時，形成導電溝道。SiO2絕緣層襯底耗盡層空穴高摻雜反型層增強型管大到一定值才開啟增強型MOS管uDS對iD的影響 用場效應管組成放大電路時應使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？ iD隨uDS的增大而增大，可變電阻區(qū) uGDUGS（th）,預夾斷 iD幾乎僅僅受控于uGS，恒流區(qū)剛出現夾斷uGS的增大幾乎全部用來克服夾斷區(qū)的電