模擬電子技術(shù)課件2

1、*第2章 基本放大電路*第2章 基本放大電路2.1基本放大電路的組成2.1.1共發(fā)射極基本放大電路2.1.2共發(fā)射極基本放大電路的化簡2.2基本放大電路的靜態(tài)分析2.2.1估算法2.2.2圖解法2.2.3靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整2.3基本放大電路的動態(tài)分析2.3.1微變等效電路2.3.2電壓放大倍數(shù)2.3.3動態(tài)電阻2.3.4基本放大電路圖解分析*第2章 基本放大電路2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.4.1溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的影響2.4.2分壓式偏置電路2.4.3靜態(tài)分析2.4.4穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理2.4.5動態(tài)分析2.5三種放大電路分析2.5.1共集電極放大電路*2.5.2共基極放大電路*2.5.3三種

2、放大電路比較2.6場效應(yīng)管放大電路2.6.1靜態(tài)分析2.6.2動態(tài)分析*2.1 基本放大電路的組成2.1.1 共發(fā)射極基本放大電路共發(fā)射極基本放大電路如圖2.1所示。電路由三極管VT、電阻RC和RB、電容C1和C2、電源UCC和UBB組成。圖2.1 共發(fā)射極基本放大電路*2.1 基本放大電路的組成2.1.2 共發(fā)射極基本放大電路的化簡圖2.1所示的基本放大電路中有兩個電源，即集電極電源UCC和基極電源電壓UBB。為了簡化電路，可以省去電源UBB，只用一個UCC。去掉UBB后，把RB接在UCC的正極上即可，如圖2.2所示。圖2.2 簡化電路*2.1 基本放大電路的組成電子電路中常把輸入電壓、輸出

3、電壓及電源UCC的公共端接地。分析電路時通常把接地端作為參考電位點(diǎn)，即零電位點(diǎn)，其他各點(diǎn)的電位是對地的電位。圖2.3所示為將圖2.2電路中電壓變成電位表示的一種習(xí)慣簡化畫法。圖2.3 習(xí)慣畫法*2.2 基本放大電路的靜態(tài)分析所謂靜態(tài)，是指放大電路輸入信號為零時電路的工作狀態(tài)。此時電路中的電壓、電流都是直流量。所以靜態(tài)分析就是確定基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電壓UCE。2.2.1 估算法圖2.4所示直流通路,此電路中耦合電容C1和C2視為開路。由圖可見圖2.4 直流通路*2.2 基本放大電路的靜態(tài)分析式中，硅管UBE為0.7V，與UCC相比可以忽略不計(jì)。2.2.2圖解法用圖解法確定靜態(tài)值

4、，能直觀分析和了解靜態(tài)值的變化對放大電路工作的影響。圖2.4所示直流通路中，三極管是非線性元件，其集電極電流IC與發(fā)射極電壓UCE之間不是直線關(guān)系，其伏安特性曲線為輸出特性曲線。*2.2 基本放大電路的靜態(tài)分析在直流通路中，三極管與集電極電阻RC串聯(lián)后與電源UCC相接。其中，RC與電源UCC是線性元件，組成的電路在UCE與IC平面上為一條直線。其方程為或直流負(fù)載線與橫軸交點(diǎn)上的坐標(biāo)為IC=0，UCE=UCC，其斜率為，與三極管輸出特性曲線中IB為某一確定值的曲線相交，交點(diǎn)為Q。 Q點(diǎn)稱為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，其橫坐標(biāo)為靜態(tài)UCE，縱坐標(biāo)為靜態(tài)IC，如圖2.5所示。*2.2 基本放大電路的靜態(tài)分

5、析圖2.5 圖解法確定放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)*2.2 基本放大電路的靜態(tài)分析2.2.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)的位置應(yīng)設(shè)在輸出特性曲線的合適位置，否則有可能引起信號失真，為此要調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)Q。電路如圖2.3所示。通過改變電阻RB大小，可以使靜態(tài)工作點(diǎn)Q的位置隨之改變。當(dāng)RB大小確定后，電路中的基極電流IB大小不再改變，因此這種電路稱為固定偏置電路，RB稱為偏置電阻，產(chǎn)生的基極電流稱為偏流。圖2.3 習(xí)慣畫法*2.2 基本放大電路的靜態(tài)分析【例2.1】如圖2.3所示的共發(fā)射極基本放大電路，其輸出特性曲線示于圖2.6中。已知UCC=12V，RB=300k，=50，RC=3k，試用估算法和圖解法求

6、放大電路的靜態(tài)值。圖2.6 輸出特性曲線*2.2 基本放大電路的靜態(tài)分析解：（1）用估算法確定靜態(tài)值（2）用圖解法確定靜態(tài)值根據(jù)圖2.3所示電路的直流通路，其直線方程為： IC=0時， UCE=0時，直流負(fù)載線與40mA特性曲線交于Q點(diǎn)，它為靜態(tài)工作點(diǎn)，其坐標(biāo)值分別為IB=40A，IC=2mA，UCE=6V。*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析2.3.1 微變等效電路1. 三極管微變等效電路當(dāng)輸入信號很小時，稱為微變量，即信號在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的一個微小工作范圍內(nèi)變化。在很小的工作范圍內(nèi)，可以把三極管特性曲線工作段看做是直線，三極管各極電壓、電流變化量之間的關(guān)系是線性關(guān)系。在這些限定條件下，分析三極

7、管基本放大電路時，可以用一個等效的線性電路來替代所分析的電路。這樣的線性電路稱為三極管的微變等效電路。*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析（1）輸入回路的微變等效電路三極管的輸入特性曲線是非線性的,如圖2.7(a)所示。圖2.7 由三極管輸入、輸出特性曲線求rbe、rce*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析在小信號輸入時，靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近的線段是直線，UCE為常數(shù)時，定義UBE與IB之比為rbe，即rbe稱為三極管的輸入電阻，它表示三極管的輸入特性。三極管的輸入電路可以用rbe等效,如圖2.8所示。圖2.8 三極管微變等效電路*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析低頻小功率三極管的輸入電阻常用下式估算（2）

8、輸出回路微變等效電路由圖2.7（b）所示三極管輸出特性曲線可見，在線性區(qū)各曲線可近似看成平行、等距的。當(dāng)UCE為一常數(shù)時，定義IC與IB之比為，即由圖2.7（b）所示輸出特性曲線可見，每條曲線不是完全與橫軸平行的。當(dāng)IB為一常數(shù)時，定義UCE與IC之比為rce，即*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析式中，rce稱為三極管的輸出電阻。小信號時，rce是一常數(shù)。當(dāng)把三極管輸出電路看做電流源時，rce就是電流源的內(nèi)阻，并且與受控電流源ib并聯(lián)，如圖2.8（b）所示。由于rce阻值為幾十千歐到幾百千歐，此阻值很高，可以視為開路處理。*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析2. 放大電路的微變等效電路圖2.9（a）

9、所示為放大電路的交流通路。對于交流通路而言，C1和C2視為短路；直流電源UCC內(nèi)阻很小，忽略不計(jì)，對交流而言，可視為短路。圖2.9 放大電路微變等效電路*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析用三極管微變等效電路代替圖2.9（a）中的三極管VT，形成圖2.9（b）所示的微變等效電路。電路中的電壓、電流都是交流分量。2.3.2 電壓放大倍數(shù)用圖2.9（b）所示電路求解電壓放大倍數(shù)，設(shè)輸入的是正弦信號，分析電路時可以采用相量表示，如圖2.10所示。圖2.10 用相量表示微變等效電路*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析式中放大電路的放大倍數(shù)為當(dāng)放大電路輸出端開路或未接RL時，有由式（2-9）、式（2-10）可見

10、，電壓放大倍數(shù)Au與、rbe、RL有關(guān)。*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析【例2.2】在圖2.3所示電路中，UCC=12V，R=300k，RC=3k，=50，RL=4k，試求：（1）電壓放大倍數(shù)Au；（2）當(dāng)RL開路時電壓放大倍數(shù)。解：（1）用估算法先確定靜態(tài)值，求出IE值*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析（2）求rbe由式（2-6）可計(jì)算rbe（3）求Au（RL存在）（4）求RL開路時Au*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析2.3.3 動態(tài)電阻1. 輸入電阻ri放大電路的輸入端可以接在信號源上，或者接在另一個放大電路的輸出端，此時放大器就是信號源或前一級放大電路的負(fù)載。因此這個負(fù)載可以用電阻ri等效

11、，其電阻為放大電路的輸入電阻，即對交流信號而言,是一個動態(tài)電阻。它等于輸入電壓與輸入電流之比，如圖2.10所示。*2.3 基本放大電路的動態(tài)分析這里rbeIB，則基極電位固定不變，即引入發(fā)射極電阻RE后，可得UBE與RE關(guān)系為由于*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定【例2.6】用戴維南等效電路求解圖2.20（a）所示等效電路。若三極管VT為NPN型硅管，RB1=15k，RB2=5k，RC=2k，RE=1k，=40，UCC=12V，試計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。解：（1）先求圖2.20（a）電路的等效電路將偏置RB1與UCC連接線斷開，加上一個電壓UCC與發(fā)射極相接,如圖2.20（b）所示，用戴維南定理將三極管基極與

12、發(fā)射極斷開，求其開路電壓UOC及等效電阻RO。*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定其等效電路如圖2.20（c）所示。（2）近似計(jì)算求解靜態(tài)值由上式求出IB*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定（3）由已知參數(shù)代入式（2-21）、（2-22）等式，求出靜態(tài)工作點(diǎn)如下*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定（4）用估算法求靜態(tài)值由式(2-15)得由式(2-18)得由式(2-20)得*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.4.4 穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理分壓式偏置電路只要滿足I2IB的條件，則電路中基極到地電位UB是一個固定值，如式（2-15）所示，其值不受溫度影響，從而達(dá)到穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的目的。具體過程如下：若滿足UB UBEI2 IB則硅管一般

13、取值為I2=（510）IBUB=（510）UBE（2-23）*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.4.5 動態(tài)分析分壓式偏置電路如圖2.19所示，其偏置電路發(fā)射極電阻RE上并聯(lián)有電容CE，這個電容稱為旁路電容。當(dāng)發(fā)射極有發(fā)射極電阻RE及并聯(lián)“旁路”電容CE時，分析電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro，電路如圖2.19所示，其交流通路和微變等效電路如圖2.21所示。公共端為發(fā)射極，所以這個電路是共發(fā)射極電路。圖2.19 分壓式偏置電路*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定電壓放大倍數(shù)Au圖2.21 分壓式偏置電路交流分析*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定式中，輸入電阻ri在一般情況下，RB1、RB2比rbe大得多，

14、所以rirbe（2-25）輸出電阻roroRC（2-26）*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定【例2.7】接例2.6的已知條件，并且RL=2k，求Au、ro、ri。解：（1）求Au由例2.6近似計(jì)算結(jié)果IC2.056mA可得*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定（2）求riri=rbe=807（3）求roro=RC2k【例2.8】已知電路如圖2.19所示，直流通路為圖2.20所示，UCC=12V，=40，IC=2mA，UCE=6V，求RE、RB1、RB2、RC值。解：（1）求RE由式（2-16）可知，UBE=UB-REIE，IEIC，UBE=0.7V，滿足式（2-23），UB取4V，則*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定取標(biāo)

15、稱值1.6k。（2）求RB1、RB2取I2=10IB，則由式（2-15）得*2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定解出RB2=8k，RB1=16k（3）求RC由式（2-20）得*2.5 三種放大電路分析2.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路如圖2.22所示。由于負(fù)載接在發(fā)射極上，信號從發(fā)射極輸出,所以又稱為射極輸出器。1. 靜態(tài)分析圖2.23所示為共集電極放大電路的直流通路。共集電極電路方程如下：圖2.22共集電極放大電路*2.5 三種放大電路分析由于UCC UBE，則集電極電路方程以上IB、IC、UCE即為共集電極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)。圖2.23共集電極放在電路直流通路*2.5 三種放大電路分析2.

16、動態(tài)分析圖2.24所示為共集電極放大電路的交流通路及微變等效電路。圖2.24共集電極交流通路及微變等效電路*2.5 三種放大電路分析（1）電壓放大倍數(shù)根據(jù)圖2.24（b）可知式中當(dāng)（1+）RLrbe時Au1*2.5 三種放大電路分析（2）輸入電阻ri由圖2.24可得*2.5 三種放大電路分析由式（2-30）可見，通常 ，RB也足夠大，通常為幾十千歐至幾百千歐，因此共集電極放大電路輸入電阻很大。（3）輸出電阻由圖2.24（b）所示電路，求輸出電阻時，令US=0，去掉負(fù)載電阻RL，并外加電壓Uo，電路如圖2.25（a）所示，圖中電流方向是外加電壓Uo后所假設(shè)的電流參考方向。圖2.25（b）所示電路

17、是由圖2.25（a）所示電路變化后的微變等效電路。.*2.5 三種放大電路分析圖2.25 求ro微變等效電路*2.5 三種放大電路分析 (2-31)式中，所以*2.5 三種放大電路分析綜合上述共集電極放大器即射極輸出器的主要特點(diǎn)如下：電壓放大倍數(shù)小于1，且接近1，輸出電壓跟隨輸入電壓變化，具有跟隨的特征；輸入電阻高，輸出電阻低?！纠?.9】圖2.22所示電路中，UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=2k，=50，RS=1k。試求：（1）靜態(tài)值；（2）電壓放大倍數(shù)Au；（3）輸入電阻ri；（4）輸出電阻ro。*2.5 三種放大電路分析解：（1）確定靜態(tài)值根據(jù)式（2-27）可得根據(jù)式（

18、2-28）可得（2）求電壓放大倍數(shù)Au*2.5 三種放大電路分析根據(jù)式（2-29）可得*2.5 三種放大電路分析因?yàn)?1+)RL=511103=51k0.963k，所以Au=0.981（3）輸入電阻ri由式（2-30）可得*2.5 三種放大電路分析（4）輸出電阻ro由式（2-32）可得*2.5 三種放大電路分析*2.5.2 共基極放大電路1. 共基極放大電路組成共基極放大電路如圖2.26所示。2.共基極放大電路的直流通路圖2.26所示的電路工作于直流狀態(tài)時，隔直流電容C1、C2將輸入、輸出信號ui及uo斷開，旁路電容CB與偏置電阻RB1、RB2斷路。因此，圖2.26所示的電路變成圖2.27所示

19、的電路。圖2.26共基極放大電器*2.5 三種放大電路分析分析其電路與圖2.20（a）所示的共發(fā)射放大電路的直流通路完全相同。電路的靜態(tài)分析也應(yīng)該相同。其用于確定靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)系式為式(2-18)、式(2-19)、式(2-20)，即圖2.27共基極直流通路電路*2.5 三種放大電路分析有時需要求UCB，其關(guān)系式為3. 共基極放大電路交流通路先將圖2.26所示的電路變成圖2.28（a）所示的電路。圖2.28共基極交流通路電路*2.5 三種放大電路分析掉圖2.28（a）所示電路中的直流通路，變成圖2.28（b）所示的共基極放大電路的交流通路。當(dāng)輸入信號為微變小信號時，圖2.28（b）所示電路可以用

20、圖2.29所示的微變等效電路來分析電壓放大倍數(shù)Au、動態(tài)輸入電阻ri、動態(tài)輸出電阻ro、電流放大系數(shù)。圖2.29共基的微變等效電路*2.5 三種放大電路分析（1）求電壓放大倍數(shù)Au式中*2.5 三種放大電路分析（2）求輸入電阻ri (2-38)由此式可見，ri比較小，一般為幾歐至幾十歐。（3）求輸出電阻ro式（2-39）中，rCB很大。*2.5 三種放大電路分析（4）求電流放大倍數(shù)Ai當(dāng)RL斷開時*2.5 三種放大電路分析由式（2-40）、式（2-41）可見，共基極電流放大倍數(shù)為Ai1，但是接近于1。因此，從這點(diǎn)來看，其基極電路又稱為電流跟隨器。由式（2-41）可以得出半導(dǎo)體三極管共基極接法電

21、流放大系數(shù)與共射極接法放大系數(shù)之間關(guān)系為*2.5 三種放大電路分析*2.5.3 三種放大電路比較共發(fā)射極放大電路共集電極放大電路共基極放大電路電路接法*2.5 三種放大電路分析共發(fā)射極放大電路共集電極放大電路共基極放大電路直流通路靜態(tài)工作點(diǎn)續(xù)表*2.5 三種放大電路分析共發(fā)射極放大電路共集電極放大電路共基極放大電路微變等效電路續(xù)表*2.5 三種放大電路分析共發(fā)射極放大電路共集電極放大電路共基極放大電路動態(tài)分析值應(yīng)用多級放大電路中間級輸入級、輸出級、緩沖級寬頻、高頻及電流源電路續(xù)表*2.5 三種放大電路分析【例2.10】在如圖2.26所示共基極放大電路中，若NPN型半導(dǎo)體三極管VT的電流放大倍數(shù)

22、為=40，RB1=30k，RB2=10k，RC=2k，RE=2k，RL=10k，UCC=12V，求（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）交流通路中的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro。圖2.26共基極放大電器*2.5 三種放大電路分析解：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路電路如圖2.27所示，可得圖2.27共基極直流通路電路*2.5 三種放大電路分析（2）用交流通路求Au、ri、ro、ro交流通路如圖2.28（b）所示，考慮此電路工作于微小信號情況下，所采用圖2.29所示的共基極交流通路的微變等效電路，便于分析、求解。*2.6 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管（MOS管）具有高輸入電阻特點(diǎn)，可以作為多級放大電路的輸

23、入級。對于高內(nèi)阻的信號源而言，采用場效應(yīng)管能夠有效放大。場效應(yīng)管與半導(dǎo)體三極管一樣，也有三個電極，如漏極、源極、柵極，分別與半導(dǎo)體三極管的集電極、發(fā)射極、基極相對應(yīng)。場效應(yīng)管組成放大電路有共源極放大電路、共漏極放大電路、共柵極放大電路，可以分別與半導(dǎo)體三極管組成的共發(fā)射極放大電路、共集電極放大電路、共基極放大電路相對應(yīng)。*2.6 場效應(yīng)管放大電路2.6.1 靜態(tài)分析1.自給式偏置放大電路場效應(yīng)管放大電路如圖2.30所示，圖中所示電路是共源極場效應(yīng)管放大電路，其組成及作用如下。場效應(yīng)管VT:是N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管，即NMOS管，它是電壓控制元件，用柵源電壓控制漏極電流。圖2.30共源極自給

24、式偏置電路*2.6 場效應(yīng)管放大電路RD：漏極電阻，當(dāng)負(fù)載RL開路時RD為負(fù)載電阻，其上可以獲得隨時間變化的輸出電壓uo，使場效應(yīng)管放大電路具有電壓放大作用。其阻值為幾十千歐。RS：源極電阻，用它控制靜態(tài)工作點(diǎn)，并且由于RS放置在源極，可以起到穩(wěn)定工作點(diǎn)作用。其阻值一般為幾千歐。RG：柵極電阻，用它構(gòu)成柵源極間的直流通路。其阻值較大，否則影響放大電路的輸入電阻。其阻值一般為200k10M。CS：旁路電容，直流工作時，CS開路；交流工作時，使源極電阻RS短路。其容量一般為幾十微法。*2.6 場效應(yīng)管放大電路C1、C2：耦合電容，C1是輸入回路的耦合電容，C2是輸出回路的耦合電容?？梢詡鬟f交流信號，隔離直流信號。容量為0.010.047F，此容量比半導(dǎo)體三極管組成的共發(fā)射放大電路的C1、C2容量小，所以不用帶極性的電容。圖2.30中的柵源間電壓為2.分壓式偏置放大電路共源極場效管放大電路靜態(tài)工作時，靜態(tài)工作點(diǎn)由分壓式偏