第四章第一节偏置电路优秀课件.ppt

第四章第一节偏置电路第1页，本讲稿共32页第四章第四章 放大器基础放大器基础第四章第四章 前言前言第一节第一节 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式第二节第二节 放大器的性能指标放大器的性能指标第三节第三节 基本组态放大器基本组态放大器第四节第四节 差分放大器差分放大器第五节第五节 电流源电路及其应用电流源电路及其应用第六节第六节 集成运算放大器集成运算放大器第七节第七节 放大器的频率响应放大器的频率响应第2页，本讲稿共32页第四章第四章 放大器基础放大器基础前言前言 放大器是最基本的电子电路，其功能就是将输入信号进行不失真的放大。放大器通常由三端器件(工作在放大区的晶体三极管或场效应管)，再配以合适的外围电路共同构成。例如：三种基本组态放大器、差分放大器等。虽然三种组态放大器和差分放大器各自具有不同的特点，但它们的分析方法却是相同的。本章重点是掌握各种放大器的电路组成、工作原理、工程估算法及性能特点，熟悉集成电路中常用的电流源电路工作原理及应用。第3页，本讲稿共32页教学要求：教学要求：1.掌握放大器组成原理，并能熟练判断放大电路组成是否合理。2.熟悉理想情况下放大器的四种模型，并掌握增益、输入电阻、输出电阻等各项性能指标的基本概念及计算方法。3.掌握三种组态放大器、差分放大器的电路组成、工作原理、工程估算及性能特点，并熟悉各种电路的应用场合。4.掌握电流源电路的组成、工作原理及其应用。了解集成运放的组成原则。5.了解三种组态放大器的频率特性，掌握节点阻抗与上限频率之间的关系，熟悉展宽通频带的方法。6.本章4.8节根据教学需要，可作为扩展内容。第4页，本讲稿共32页放大器的作用：是将输入信号进行不失真地放大。放大器的分类（1）、根据被放大信号不同特征划分1、放大缓慢变化信号的直流放大器2、放大语音信号的音频放大器3、放大图像信号的视频放大器4、放大脉冲信号的脉冲放大器 5、放大高频载波信号的或已调制 信号谐振放大器（2）、根据信号的强弱划分1、小信号放大器2、大信号放大器第5页，本讲稿共32页本章仅限于讨论有关小信号放大器的基础知识：内容包括1、放大电路的组成原理。2、基本放大电路（三种基本组态电路、差 分放大电路）的性能特点及改进性能的基本途径。3、偏置设定原理。4、电流源电路及其应用，耦合方式等。第6页，本讲稿共32页第一节第一节 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式第7页，本讲稿共32页一、偏置电路一、偏置电路1、对偏置电路的要求：（1）、提供放大管所需要的静态工作点Q；（2）、提供的静态工作点Q，在环境温度、电源电压等外界环境因素变化或更换放大管时力求维持不变。偏置电路：设置静态工作点的电路，基本上是由RB1、RB2、RC、RE、VBB、VCC 等元件组成的晶体管的外电路构成。2、设置合理的静态工作点的意义：VCCvOviVBBRCRB第8页，本讲稿共32页为了说明上述要求的必要性，现以图411(a)所示的放大器基本电路为例，用图解分析法画出输入正弦信号电压 vi 作用下的输出电压波形，如图4-1-1(b)所示。第9页，本讲稿共32页3、热稳定性VCC0VCEICQ3Q2Q1 Q3Q2Q1 当温度升高时：值增大工作点将从Q点，上升止Q，放大器的工作点发生变化，此时会影响放大器的输出。第10页，本讲稿共32页二、静态工作点的热稳定性二、静态工作点的热稳定性 环境温度对静态工作点的影响是通过：、VBE(on)、ICBO三个对温度敏感的管子参数变化而产生的。例如、VCC+6V2K270KRCRB设在室温下，T=300K、=100VBE(on)=0.7V、ICBO=10-12A。在室温下第11页，本讲稿共32页当环境温度升高30C时由于每升高1C，的相对值增加1%，即=130；每升高1C，VBE(on)减小2.5mV；VBE(on)=0.7-0.0025=0.625V每升高10C时，ICBO增大一倍；第12页，本讲稿共32页 通过分析数据，可知温度升高30C，IBQ 略有增加，而ICQ却增大32%，导致静态工作点移向饱和区。因此，设计具有较高热稳定性的偏置电路是保证放大器性能稳定的关键。主要是通过稳定ICQ来实现的。第13页，本讲稿共32页三、分压式偏置电路三、分压式偏置电路分压式偏置电路是一种 高稳定性的偏置电路。RB1RERCRB2I1IBQVCC RB1与RB2分别称为上偏置和下偏置电阻，它们构成VCC的分压电路，在晶体管基极产生静态电压VBQ RC称为直流负载电阻，VCC通过RC为集电极提供偏置电压。RE称为发射极偏置电阻，流过发射极静态电流IEQ在其上产生静态电压VEQ。第14页，本讲稿共32页RB1RERCRB2I1IBQVCC RE的作用：是RE对ICQ有自动调节作用。例如、由于某种原因ICQ升高，ICQIEQVEQVBEQ=(VBQ-VEQ)IBQICQ又如、ICQ 减小，ICQIEQVEQVBEQ=(VBQ-VEQ)IBQICQ第15页，本讲稿共32页 要提高这种自动调节作用，首先必须选取大的RE使其上压降更有效的控制VBEQ，但从电源电压的利用率来看，RE不宜取值过大，否则VCC实际加到管子上的压降VCEQ就会减小。工程上，一般取 VEQ=0.2Vcc，或VEQ=13V；其次，RB1和RB2的取值不宜过大，使通过它们的电流I1远大于IBQ，这样就可以认为VBQ 就是VCC在RB2上的分压值，与IBQ的大小无关。一般取 I1=(510)IBQ第16页，本讲稿共32页 例一、如图所示的电路中，已知晶体三极管特性相同 =100，VBE(on)=0.7V，要求IEQ1=0.5mA，IEQ2=1mA，VCEQ1=2.5V，VCEQ2=4V。设VCC=12V，VCQ2=6V，I1=10IBQ1，试计算各电阻值。VCCRC1RB1RE1RE2RC2RB2I1T1T2解：已知=100，VBE(on)=0.7VIEQ1=0.5mA，IEQ2=1mAVCEQ1=2.5V，VCEQ2=4VVCC=12V，VCQ2=6VI1=10IBQ1ICQ1IEQ1=0.5mA，ICQ2IEQ2=1mA第17页，本讲稿共32页VCCRC1RB1RE1RE2RC2RB2I1T1T2根据电路可知：VEQ2VCQ1VCQ1=VBE(on)+VEQ2=0.7V+2V=2.7VVEQ1=VCQ1-VCEQ1=2.7-2.5=0.2VVBQ1VEQ1第18页，本讲稿共32页VCCRC1RB1RE1RE2RC2RB2I1T1T2第19页，本讲稿共32页VCCRC1RB1RE1RE2RC2RB2I1T1T2第20页，本讲稿共32页 除晶体三极管放大电路外，分压式偏置电路还适用于各种场效应管放大电路。如图所示：RG1RSRDRG2VDDRGRSRDVDDRGVDDRD分压式自给偏置零偏置第21页，本讲稿共32页双电源供电的偏置电路RBRERC-VEETVCCRBRERCVCC+VEETVEE电路等效为第22页，本讲稿共32页二、耦合方式：二、耦合方式：在实际的电子系统中，它的放大电路部分一般都是由多级放大器组成。例如、一个电子音响系统音响源多级放大器扬声器音响源：是将非电信号变换为电信号的换能器。第23页，本讲稿共32页换能器1、话筒：将声音信号变换为电信号。2、磁头：将随声音变化的磁场强度变换为电信号。3、磁鼓：将随声音、图像变化的磁场强度变换 为电信号。4、光头：将随声音、图像变化的光强变换为电信号。电子系统中的连接方式：1、换能器与第一级放大器的连接。2、放大器与放大器之间的连接（级与级之间）。3、最后一级放大器与输出负载之间的连接。第24页，本讲稿共32页1、放大器与换能器的连接：、放大器与换能器的连接：从电路的观点来看，各种换能器都可等效为电源：ZSvSZSiS 换能器与放大器连接时，换能器将是放大器的输入信号，而放大器将是换能器的负载。连接的目的：是有效地将换能器的输出信号（功率、电压、或电流）加到放大器输入端。第25页，本讲稿共32页要求：换能器的接入不能影响放大器得静态工作点，而某些换能器为了保证换能特性，又不允许直流电流通过，为实现这个要求必须采用隔离技术。通常采用隔直电容耦合、变压器耦合、或光电耦合。VCCRB1RERCRB2vSRsRB1RERCRB2vSRsVCCCB第26页，本讲稿共32页2、级间连接、级间连接级与级之间的连接方式：（1）、具有隔直流作用的电容耦合连接方式。T1RB11RE1RC1RB12vSRsCBT2RsRB21RE2RC2RB22 VCCCC特点：各级直流静态工作点，由本级偏置电路设定，不受相邻级的影响。第27页，本讲稿共32页（2）、直接连接（直接耦合）T1VBQ4VBQ2RC1RC4T3T4VCQ2T2VBQ1RC2VBQ3RC3VCQ1 VCCVCQ3VCQ4VCQ1=VBQ2=VBE(on)、VCQ2=VBQ3=VBE(on)、VCQ3=VBQ4=VBE(on)VCEQ1VBQ2、VCEQ2VBQ3、VCEQ3VBQ4显然，各管处于临界饱和状态。第28页，本讲稿共32页T1RE4RE2RC1RC4T3T4VCQ2T2RC2RE3RC3VCQ1 VCCVCQ3VCQ4VBQ2VBQ4VBQ3VCQ1=VCEQ1=VBE(on)+IEQ2RE2VCQ2=VCEQ2+IEQ2RE2=VBE(on)+IEQ3RE3VCQ3=VCEQ3+IEQ3RE3=VBE(on)+IEQ4RE4VCQ1VCQ2VCQ3VCQ4RE电阻逐级增大，在VCC一定的情况下，RC相应减小。RC的减小，表明输出电压减小。存在级间电平配置问题。第29页，本讲稿共32页例如、如图所示的电路T1RC2RC1RB1VCQ2T2RE2VCQ1 VCC除此之外，还存在工作点漂移现象。漂移：是指外界环境因素（特别是温度）变化将造成静态工作点移动。第30页，本讲稿共32页例如、假设室温时，静态工作点为规定值，则温漂可看作为叠加在规定值上的一种缓慢变化的信号。在采用电容耦合时，耦合电容对种这信号呈现的阻抗很大，而被隔断，这种漂移的信号不会传送到下一级。若采用直接耦合时，这种漂移的信号会与有用信号一样传送到下一级，并会逐级不断地放大，有可能这种漂移信号将有用信号淹没。由此分析：可知采用电容耦合方式，可消除工作点漂移的影响，但不便于集成；采用直接耦合方式，助长了工作点漂移的影响，但利于集成。第31页，本讲稿共32页因此，采用直接耦合时，必须解决两个问题：1、电平配置问题2、温度漂移问题第32页，本讲稿共32页