模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)-課件

第二章基本放大器2.2單管共射放大電路的工作原理2.3放大電路的圖解分析法2.4放大電路的模型分析法2.5共集和共基放大電路及BJT電流源電路2.6多級(jí)放大電路2.7BJT放大電路的頻率響應(yīng)2.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)1ppt課件2.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)

一.放大的基本概念

放大——把微弱的電信號(hào)的幅度放大。一個(gè)微弱的電信號(hào)通過(guò)放大器后，輸出電壓或電流的幅度得到了放大，但它隨時(shí)間變化的規(guī)律不能變，即不失真。2ppt課件二.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能力

根據(jù)放大電路輸入信號(hào)的條件和對(duì)輸出信號(hào)的要求，放大器可分為四種類(lèi)型，所以有四種放大倍數(shù)的定義。（1）電壓放大倍數(shù)定義為:AU=uo/ui（2）電流放大倍數(shù)定義為:AI=io/ii

（3）互阻增益定義為:Ar=uo/ii（4）互導(dǎo)增益定義為:Ag=io/ui3ppt課件2.輸入電阻Ri——從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻Ri=ui/ii一般來(lái)說(shuō)，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號(hào)源索取的電流越小。（2）當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)，Ri越大，ui就越接近uS。4ppt課件3.輸出電阻Ro——從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。

輸出電阻的定義：5ppt課件4.通頻帶fAAm0.7AmfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線3dB帶寬6ppt課件2.2單管共射放大電路的工作原理一．三極管的放大原理三極管工作在放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。→△UCE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）電壓放大倍數(shù)：→uo

ui7ppt課件放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。二.單管共射極放大電路的結(jié)構(gòu)及各元件的作用8ppt課件各元件作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)的IB和UBE?；鶚O電源與基極電阻集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?ppt課件耦合電容：電解電容，有極性，大小為10F~50F作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時(shí)能使信號(hào)順利輸入輸出。++各元件作用：10ppt課件基本放大電路的習(xí)慣畫(huà)法11ppt課件1.靜態(tài)工作點(diǎn)——Ui=0時(shí)電路的工作狀態(tài)

三.靜態(tài)工作點(diǎn)ui=0時(shí)由于電源的存在，電路中存在一組直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-12ppt課件由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對(duì)應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，所以稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)？

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號(hào)不失真。13ppt課件開(kāi)路畫(huà)出放大電路的直流通路

2.靜態(tài)工作點(diǎn)的估算

將交流電壓源短路，將電容開(kāi)路。直流通路的畫(huà)法：開(kāi)路14ppt課件畫(huà)直流通路：Rb稱(chēng)為偏置電阻，IB稱(chēng)為偏置電流。用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)（IB、UBE、IC、UCE）IC=IB15ppt課件例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：請(qǐng)注意電路中IB和IC的數(shù)量級(jí)16ppt課件一.用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流負(fù)載線由估算法求出IB，IB對(duì)應(yīng)的輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是工作點(diǎn)QQIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC2.3放大電路的圖解分析法17ppt課件iBuBEQuiibic1.交流放大原理（設(shè)輸出空載）假設(shè)在靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號(hào)uiib靜態(tài)工作點(diǎn)二.用圖解法分析放大器的動(dòng)態(tài)工作情況iCiCEuce注意：uce與ui反相！18ppt課件uiiBiCuCEuo各點(diǎn)波形uo比ui幅度放大且相位相反工作原理演示19ppt課件結(jié)論：（1）放大電路中的信號(hào)是交直流共存，可表示成：雖然交流量可正負(fù)變化，但瞬時(shí)量方向始終不變（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot20ppt課件對(duì)交流信號(hào)(輸入信號(hào)ui)2.放大器的交流通路交流通路——分析動(dòng)態(tài)工作情況交流通路的畫(huà)法：

將直流電壓源短路，將電容短路。短路短路置零21ppt課件交流通路22ppt課件3.交流負(fù)載線輸出端接入負(fù)載RL：不影響Q

影響動(dòng)態(tài)！23ppt課件交流負(fù)載線ic其中：uce=-ic（RC//RL）

=-ic

RL24ppt課件交流量ic和uce有如下關(guān)系：即：交流負(fù)載線的斜率為：uce=-ic（RC//RL）=-ic

RL或ic=（-1/RL）uce交流負(fù)載線的作法：①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)。

25ppt課件交流負(fù)載線的作法：iCiCEVCCQIB交流負(fù)載線直流負(fù)載線①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)。

注意：（1）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。

（2）空載時(shí)，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合。26ppt課件iCuCEuo可輸出的最大不失真信號(hào)（1）合適的靜態(tài)工作點(diǎn)ib4．非線性失真與Q的關(guān)系27ppt課件iCuCEuo（2）Q點(diǎn)過(guò)低→信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)稱(chēng)為截止失真信號(hào)波形28ppt課件iCuCEuo（3）Q點(diǎn)過(guò)高→信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)稱(chēng)為飽和失真信號(hào)波形動(dòng)畫(huà)演示截止失真和飽和失真統(tǒng)稱(chēng)“非線性失真”EWB演示——放大器的飽和與截止失真29ppt課件2.4放大電路的交流模型分析法思路：將非線性的BJT等效成一個(gè)線性電路條件：交流小信號(hào)30ppt課件1、三極管的h參數(shù)等效電路一.三極管的共射低頻h參數(shù)模型根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)理論：求變化量：在小信號(hào)情況下：31ppt課件各h參數(shù)的物理意義：iBuBEuBEiB——輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，用rbe表示。——輸入端開(kāi)路時(shí)的電壓反饋系數(shù)，用μr表示。iBuBEuBEuCE32ppt課件iCiBiCuCE——輸出端交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，用β表示?！斎攵碎_(kāi)路時(shí)的輸出電導(dǎo)，用1/rce表示。iCuCEiCuCE33ppt課件該式可寫(xiě)為：由此畫(huà)出三極管的h參數(shù)等效電路：34ppt課件2、簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路（1）μr＜10-3，忽略。（2）rce＞105，忽略。得三極管簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路。35ppt課件3、rbe的計(jì)算：由PN結(jié)的電流公式：（常溫下）其中：rbb’=200Ω所以：36ppt課件二.放大器的交流分析1.畫(huà)出放大器的微變等效電路動(dòng)畫(huà)演示（1）畫(huà)出放大器的交流通路（2）將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路代替37ppt課件2、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。38ppt課件電路的輸入電阻越大，從信號(hào)源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。3、輸入電阻的計(jì)算：根據(jù)輸入電阻的定義：39ppt課件定義：當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)：由圖知：所以：40ppt課件所以：4、輸出電阻的計(jì)算：根據(jù)定義：0+-41ppt課件例2.4.1共射放大電路如圖所示。設(shè)：VCC＝12V，Rb=300kΩ,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的b

=60。1、試求電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。解：42ppt課件2、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解：畫(huà)微變等效電路Ri=rbe//Rb≈rbe=993ΩRo=Rc=3kΩ43ppt課件

3.若輸出電壓的波形出現(xiàn)如下失真，是截止還是飽和失真？應(yīng)調(diào)節(jié)哪個(gè)元件？如何調(diào)節(jié)？解：為截止失真。應(yīng)減小Rb。44ppt課件對(duì)于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、和ICEO決定，這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。Q變UBEICEO變T變IC變?nèi)?靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定1.溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響45ppt課件1、溫度對(duì)UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC46ppt課件2、溫度對(duì)值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移?？傊篢IC動(dòng)畫(huà)演示47ppt課件I1I2IB2.靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大器選I2=（5~10）IB∴I1I2ICIE（1）結(jié)構(gòu)及工作原理48ppt課件靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定過(guò)程：TUBEICICIEUE

UBE=UB-UE=UB-IE

ReUB穩(wěn)定IB由輸入特性曲線演示I1I2IBICIE49ppt課件（2）直流通道及靜態(tài)工作點(diǎn)估算:IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReICIE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

電容開(kāi)路,畫(huà)出直流通道50ppt課件

將電容短路,直流電源短路，畫(huà)出電路的交流小信號(hào)等效電路（3）動(dòng)態(tài)分析：51ppt課件電壓放大倍數(shù)：RL=RC//RL52ppt課件輸入電阻：輸出電阻：53ppt課件思考：若在Re兩端并電容Ce會(huì)對(duì)Au、Ri、Ro有什么影響？54ppt課件一.共集電極放大電路1.結(jié)構(gòu)：2.5共集和共基放大電路、電流源55ppt課件2.直流通道及靜態(tài)工作點(diǎn)分析：IBIEUBEUCE56ppt課件3.動(dòng)態(tài)分析（1）交流通道及微變等效電路57ppt課件（2）電壓放大倍數(shù)：58ppt課件（2）輸入電阻59ppt課件3、輸出電阻60ppt課件射極輸出器的特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)=1，輸入阻抗高，輸出阻抗小。演示：射極輸出器的應(yīng)用1、放在多級(jí)放大器的輸入端，提高整個(gè)放大器的輸入電阻。2、放在多級(jí)放大器的輸出端，減小整個(gè)放大器的輸出電阻。2、放在兩級(jí)之間，起緩沖作用。61ppt課件二.共基極電路62ppt課件1.靜態(tài)工作點(diǎn)直流通路：63ppt課件2.動(dòng)態(tài)分析畫(huà)出電路的交流小信號(hào)等效電路（1）電壓放大倍數(shù)64ppt課件（2）輸入電阻（3）輸出電阻65ppt課件3.三種組態(tài)的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：共集共基共射66ppt課件

三.BJT電流源電路

用普通的三極管接成電流負(fù)反饋電路，即可構(gòu)成一個(gè)基本的電流源電路。射極偏置放大電路就具有這一功能。

UBEICICUEIBIc電流是恒定的：

67ppt課件

聯(lián)立方程組：

用等效電路來(lái)求該電路的內(nèi)阻

可以解出：

可見(jiàn)三極管電流源的內(nèi)阻比三極管的輸出電阻rce還要大。68ppt課件2.6多級(jí)放大電路一.多級(jí)放大器的耦合方式1.阻容耦合優(yōu)點(diǎn)：

各級(jí)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立。

輸出溫度漂移比較小。缺點(diǎn)：

不適合放大緩慢變化的信號(hào)。

不便于作成集成電路。69ppt課件2.直接耦合優(yōu)點(diǎn)：

各級(jí)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響。

輸出溫度漂移嚴(yán)重。缺點(diǎn)：

可放大緩慢變化的信號(hào)。

電路中無(wú)電容，便于集成化。70ppt課件二.多級(jí)放大器的分析?

前級(jí)的輸出阻抗是后級(jí)的信號(hào)源阻抗?

后級(jí)的輸入阻抗是前級(jí)的負(fù)載1.兩級(jí)之間的相互影響2.電壓放大倍數(shù)（以?xún)杉?jí)為例）注意：在算前級(jí)放大倍數(shù)時(shí)，要把后級(jí)的輸入阻抗作為前級(jí)的負(fù)載！擴(kuò)展到n級(jí)：71ppt課件3.輸入電阻4.輸出電阻Ri=Ri（最前級(jí)）(一般情況下）Ro=Ro（最后級(jí)）(一般情況下）72ppt課件設(shè)：1=2==100，UBE1=UBE2=0.7

V。舉例1：兩級(jí)放大電路如下圖示，求Q、Au、Ri、Ro73ppt課件解：（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)74ppt課件75ppt課件（2）求電壓放大倍數(shù)先計(jì)算三極管的輸入電阻76ppt課件畫(huà)微變等效電路：77ppt課件電壓增益：78ppt課件（3）求輸入電阻Ri=Ri1=rbe1//Rb1//Rb2

=2.55k（4）求輸出電阻RO=RC2

=4.3k79ppt課件2.7BJT放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)——放大器的電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系下面先分析無(wú)源RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)其中：稱(chēng)為放大器的幅頻響應(yīng)

稱(chēng)為放大器的相頻響應(yīng)80ppt課件1.RC低通網(wǎng)絡(luò)（1）頻率響應(yīng)表達(dá)式：一.無(wú)源RC電路的頻率響應(yīng)令：則：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：81ppt課件（2）RC低通電路的波特圖最大誤差-3dB0分貝水平線斜率為-20dB/十倍頻程的直線幅頻響應(yīng)：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍頻程82ppt課件相頻響應(yīng)

可見(jiàn)：當(dāng)頻率較低時(shí)，│AU│

≈1，輸出與輸入電壓之間的相位差=0。隨著頻率的提高，│AU│下降，相位差增大，且輸出電壓是滯后于輸入電壓的，最大滯后90o。其中fH是一個(gè)重要的頻率點(diǎn)，稱(chēng)為上限截止頻率。

f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍頻程f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°這種對(duì)數(shù)頻率特性曲線稱(chēng)為波特圖83ppt課件2.RC高通網(wǎng)絡(luò)（1）頻率響應(yīng)表達(dá)式：令：則：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：84ppt課件（2）RC高通網(wǎng)絡(luò)的波特圖f0.01fL00.1fLfL10fL-20-40最大誤差-3dB斜率為-20dB/十倍頻程的直線幅頻響應(yīng)：20dB/十倍頻85ppt課件

可見(jiàn)：當(dāng)頻率較高時(shí)，│AU│

≈1，輸出與輸入電壓之間的相位差=0。隨著頻率的降低，│AU│下降，相位差增大，且輸出電壓是超前于輸入電壓的，最大超前90o。其中，fL是一個(gè)重要的頻率點(diǎn)，稱(chēng)為下限截止頻率。f0.01fL00.1fLfL10fL-20-4020dB/十倍頻相頻響應(yīng)f0.01fL0°0.1fLfL10fL90°45°86ppt課件二.BJT的混合π型模型混合π型高頻小信號(hào)模型是通過(guò)三極管的物理模型而建立的。

rbb'——基區(qū)的體電阻1.BJT的混合π型模型rb‘e——發(fā)射結(jié)電阻

b'是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。Cb‘e——發(fā)射結(jié)電容rb‘c——集電結(jié)電阻Cb‘c——集電結(jié)電容——受控電流源，代替了87ppt課件

（2）用代替了。因?yàn)棣卤旧砭团c頻率有關(guān)，而gm與頻率無(wú)關(guān)。2.BJT的混合π等效電路特點(diǎn)：（1）體現(xiàn)了三極管的電容效應(yīng)88ppt課件rb’c很大，可以忽略。rce很大，也可以忽略。3、簡(jiǎn)化的混合π等效電路89ppt課件低頻時(shí)，忽略電容，混合模型與H參數(shù)模型等效所以4.混合π參數(shù)的估算由：90ppt課件又因?yàn)閺氖謨?cè)中查出所以91ppt課件5.BJT的頻率參數(shù)fβ、

fT

根據(jù)β定義：

將c、e短路。得：其中：92ppt課件

做出β的幅頻特性曲線：當(dāng)β=1時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率

當(dāng)20lgβ下降3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率fβfβ00-20dB/十倍頻程fT當(dāng)fT>>f時(shí),

可得：

fT≈β0

ffβ——共發(fā)射極截止頻率fT——特征頻率93ppt課件三.阻容耦合共射放大電路的頻率響應(yīng)

對(duì)于如圖所示的共射放大電路，分低、中、高三個(gè)頻段加以研究。1.中頻段

所有的電容均可忽略。可用前面講的h參數(shù)等效電路分析中頻電壓放大倍數(shù)：94ppt課件2.低頻段

在低頻段，三極管的極間電容可視為開(kāi)路，耦合電容C1、C2不能忽略。為方便分析，現(xiàn)在只考慮C1，將C2歸入第二級(jí)。畫(huà)出低頻等效電路如圖所示?？赏瞥龅皖l電壓放大倍數(shù)：該電路有一個(gè)RC高通環(huán)節(jié)。有下限截止頻率：95ppt課件共射放大電路低頻段的波特圖幅頻響應(yīng)：

相頻響應(yīng)：

f0.01fL-180°0.1fLfL10fL-90°-135°f0.01fL0.1fLfL10fL20dB/十倍頻96ppt課件

在高頻段，耦合電容C1、C2可以可視為短路，三極管的極間電容不能忽略。這時(shí)要用混合π等效電路，畫(huà)出高頻等效電路如圖所示。3.高頻段用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化。97ppt課件用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化：其中：98ppt課件用戴維南定理將C左端的電路進(jìn)行變換：

忽略CN，并將兩個(gè)電容合并成一個(gè)電容:得簡(jiǎn)化的高頻等效電路。其中：99ppt課件可推出高頻電壓放大倍數(shù)：其中：其中：

該電路有一個(gè)RC低通環(huán)節(jié)。有上限截止頻率：100ppt課件共射放大電路高頻段的波特圖幅頻響應(yīng)：

相頻響應(yīng)：

f0.1fH-180°fH10