第二章基本放大电路共射、共集、共基优秀PPT.ppt

2.1 共射极放大电路共射极放大电路2.2 放大电路分析放大电路分析2.3 共集电极电压放大电路共集电极电压放大电路 2.5 多级放大电路多级放大电路2.6 差分放大电路差分放大电路 2.7 放大器的频响特性放大器的频响特性 2.8 场效应管基本放大电路场效应管基本放大电路2.4 共基极电压放大电路共基极电压放大电路+_vi ii+_vo io 信号源信号源负载直流直流电源源放大放大电路路信号功率增大信号功率增大信号功率小信号功率小其次章其次章 基本放大电路基本放大电路一、放大的概念放大电路的本质：用较小能量限制较大能量。（用一个能量较小的输入信号对直流电源的能量进行限制和转换，使之转换成较大的沟通电能输出，以便驱动负载。）放大电路作用：通过晶体管和场效应管组成的放大电路，在保证输出和输入信号波形基本相同的前提下，将微弱的电信号增加到须要的强度输出。放大电路的基本特征：功率放大。转换、限制能量的元件（有源元件）-晶体管和场效应管。放大前提：信号不失真。1、放大倍数电压放大倍数：输出电压比输入电压。电流放大倍数：输出电流比输入电流。+_vi ii+_vo io 信号源信号源负载直流直流电源源放大放大电路路信号功率增大信号功率增大信号功率小信号功率小二、放大电路主要性能指标2、输入电阻ri -输入电压有效值Vi和输入电流Ii有效值之比。从输入端看进去的从输入端看进去的等效电阻等效电阻3、输出电阻ro-从放大电路输出端望见去的等效电阻。它反映放大电路带负载实力，输出电阻越小，放大电路带负载实力越强。从输出端看进从输出端看进去等效成有内去等效成有内阻的电压源，阻的电压源，内阻即输出电内阻即输出电阻。阻。空载时输出空载时输出电压有效值电压有效值带带RL时的输出电时的输出电压有效值压有效值4、频率响应：反映放大电路放大实力随信号频率变更的特性5、最大输出范围与非线性失真 放大电路只适用于放大某一特定频率范围（通频带）内的信号。非线性失真-输出信号与输入信号产生明显的差别，这种差别体现为一种非线性。三极管有三个电极，对小信号实现放大时在电路中可有三种连接方式（或称三种组态）。共(发)射极接法 共基极接法 共集电极接法VBBVCCvivovsVT信号源信号源信号源内阻信号源内阻输入电压输入电压输出电压输出电压干脆耦合放大电路干脆耦合放大电路1、电路组成VBBVCCvivoVTvs电路改成电位画法+VCCvivovsVTVBBVCCvivoVTvs一、电路特点1、直流量、沟通量共存于放大电路，前者是直流电源作用的结果，后者是输入的沟通信号作用的结果；2、由于电感、电容元件的存在，直流量和沟通量流经的通路不同。名称名称直流分量直流分量交流分量交流分量直流直流+交流交流瞬时值瞬时值有效值有效值基极电流基极电流集电极电流集电极电流发射极电流发射极电流管压降管压降发射结压降发射结压降IBIC IEVCEVBEibicievcevbeIbIcIeVceVbeiBiCiEvCEvBE（3）静态-没有沟通信号输入，即vi=0时，电路中只有直流电源在工作的状态。（4）静态工作点-静态时晶体管各电极直流电流和极间直流电压称为静态工作点，简称Q点。Q点：IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ 二、几个概念（1）直流通路-在直流电源作用下直流电流流经的通路。（用于确定静态工作点。）（2）沟通通路-输入信号作用下沟通信号流经的通路。（用于探讨动态参数和性能。）（5）动态-输入沟通信号vi0时，电路中各处电压、电流处于交变状态，电路处于动态工作状态，简称动态。bec+VCCvivovsvBEiBiCvCEQIBQVBEQvBEiBQVCEQICQIBQiCvCE静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。对好用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流重量。1、绘制放大电路的直流通路原则：信号源视为短路，保留内阻；电容视为开路；电感线圈视为短路，忽视线圈内阻。三、绘制直流、沟通通路原则：+VCCvivovsVT直流通路用于分析放大电路的静态工作点直流通路用于分析放大电路的静态工作点2、绘制放大电路的沟通通路的原则：无内阻的直流电源（如VCC可看作电容）视为短路；容量大的耦合电容容抗可忽视，视为短路。2fC2fC1 1X XC C=vivovsVT+VCCvivovsVT沟通通路用于分析放大电路的动态参数沟通通路用于分析放大电路的动态参数 若去掉基极电源，输入回路没有VCC，静态时此处相当于短路，晶体管处于截止状态。四、设置静态工作点的必要性+VCCvivovsVTABVCEQ=VCCICQ=0IBQ=0VBEQ=0VCCvCE为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？放大电路分析静态分析（确定放大器件工作状态）图解分析等效电路分析动态分析（分析放大电路性能）图解分析等效电路分析计算机仿真IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQAv、ri、ro 第一、静态分析 静态分析的目的-确定晶体管静态工作点（Q点），推断晶体管是否工作于放大状态。2、等效电路法-利用晶体管直流工作状态下的等效模型，对线性化后的器件用电路分析方法来确定电压、电流。1、图解法-利用晶体管（非线性元件）的输入、输出特性曲线和外接线性电路特性曲线，通过作图找寻它们的交点（静态工作点、Q点），来确定相应的电压和电流，从而分析放大器工作状态的方法。IBQ、VBEQ、ICQ、VCEQ+VCCvivovsVT图解法分析前提-必需知道放大器件的特性曲线。其次、动态分析。动态分析的目的-分析放大电路的性能指标（放大倍数、输入电阻、输出电阻等）。1、图解法-在已知放大器件特性曲线的前提下，通过作图分析放大器基本性能的方法。2、等效电路法-利用晶体管在沟通工作状况下的等效模型，对线性化后的器件模型用电路分析方法来确定放大器性能指标。微变等效电路法线性化近似的前提-输入变更幅度不大的小信号。+VCCvivovsVT分析放大电路遵循的原则：“先静态、后动态”利用直流通路静态分析等效电路法归纳（2）放大状态晶体管等效电路 （1）直流通路 +VCCvivovsVT（3）放大电路静态等效电路近似条件：VBE 0.7V(硅管)或 0.3V(锗管)VCC RB RC IC+_VCE+_VCC+_VBE IB IB BCE（4）近似估算IBQ=(VCC VBEQ)/RBICQ=IBQVCEQ=VCC ICQRC（5）检验三极管是否处于放大状态V VCEQCEQ 0.3V0.3VVCC RB RC IC+_VCE+_VCC+_VBE IB IB IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQBCEVBE 0.7V(硅管)+VCCvivovsVT二、放大电路的动态分析二、放大电路的动态分析 动态分析目的：确定放大电路的性能指标。包括放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出等。当输入信号vi0，电路中各处电压、电流在静态工作点基础上叠加一个随vi变更的沟通重量。三极管基极的电流波形(a)直流重量；(b)沟通重量；(c)总变更量ibttIBIBQiBtIBQ利用沟通通路1、晶体管的微变等效电路（1）考察输入回路对小输入信号，输入特性在小范围内近似线性。ibvbeicvcecbeiBvBEvBEiBB、动态分析的等效电路法vi理论计算：rbb 和re仅与杂质浓度及制造工艺有关VT:温度电压当量.常温(27C),VT=26mV 基区体电阻。小功率管几十到几百欧姆。（常取300）放射区体电阻。很小只有几欧姆，忽视不计。放射结电阻rbe（2）考察输出回路所以：输出端相当于一个受 ib限制的电流源方向：ib为be ic为ceiCvCE近似平行近似平行 iC vCEibvbeicvcecbevbeibvceicvberbe ibibvceicebcebc弄清晰等效的概念：1、对谁等效。2、怎么等效。b)晶体管的微变等效电路模型适用：只用于动态参数分析，不用于静态参数求解；只适用于低频小幅信号。vivs+VCCvoVTvsvivoa)沟通通路c)放大电路的微变等效电路（3）动态分析微变等效电路法归纳步骤vsvivovivs+VCCvoVT（1）电压放大倍数-输出电压与输出电流的相量之比。负载电阻越小，放大倍数越小。2、放大电路的动态参数分析（2）输入电阻ri-从放大电路输入端往放大器内部看除源后的等效电阻。（除源-电压源短路、电流源断路）riroriro（3）输出电阻ro-对负载而言，从放大电路输出端往放大电路内部看，除源后的等效内阻。ro=Rcriroriro 除源（电压源短路、电流源断路）第一种方法：分析法。将信号源短路，令vs=0，保留信号源内阻Rs。将负载开路RL=，从输出端加沟通电压VO，在输出端产生电流Io。ro=vs=0,RL=0IrOV.由于Vs=0，Ib=0，Ic=Ib=0，相当于电流源支路开路。ro=Rc.其次种方法：试验法。在输入端加固定电压Vi，先测量输出端负载开路时的电压Vo，再接入负载电阻RL（阻值已知），测输出端电压Vo。.rirorORL（4）电源电压放大倍数-输出电压与源电压相量之比。当须要考虑信号源内阻当须要考虑信号源内阻Rs的对放大器电压放大倍数的影响：的对放大器电压放大倍数的影响：考虑信号源内阻时，电压放大倍数下降。rori例题1：共射放大电路如图所示。设：VCC12V，Rb=300k，Rc=3k，RL=3k，RS=200，BJT的=50。（1）试求电路的静态工作点Q。解：静态分析+VCCvivoVT+VCCVT（2）估算电路的电压放大倍数、输入电阻ri和输出电阻ro。vivoVTvivo解：vivovsvivori=rbe/Rbrbe=991vivoro=Rc=3kvivoVT（3）估算电路源电压放大倍数vivovsri（4）若将Rb改为50k，再计算（1）（2）（3）的值。求电路的静态工作点Q解：（静态分析）-晶体管工作于饱和区，静态工作点设置不合适+VCCVT 例题2：若输出电压的波形出现如下失真，推断是截止还是饱和失真？应调整哪个元件？如何调整？解：截止失真。应增大VBB或减小Rb，使Q点上移vivoVTt例题例题3 3：画出图示电路的直流通路和沟通通路。：画出图示电路的直流通路和沟通通路。将将v vS S短路，即为直流通路。短路，即为直流通路。2-2 静态工作点稳定的共射放大电路2.2.1 温度对静态工作点的影响及稳定Q点的重要性vivoVT (1）温度对VBE导通电压的影响 相同VBE下，IB上升 (2）温度对ICBO、ICEO的影响IC=ICN+ICBOvBEvCEVBE1 VBE2 (3）温度对的影响IC=ICN+ICBO温度上升，VCEQ降低，Q点沿直流负载线上移，向饱和区变更；温度降低Q点沿直流负载线下移，向截止区变更。VCEQ=VCC-/ICQRCvivoVTVCEIBQQQIC 静态工作点的设置确定信号是否会产生失真，工作点变动还会引起晶体管参数变更，使放大器性能和指标下降。vBEvCEVBE1 VBE2 稳定静态工作点是指在环境温度变更时静态集电极电流ICQ和VCEQ基本不变。反馈是把输出信号的一部分或全部回送到输入端，对输入信号进行调控，以达到改善电路性能的限制过程。假如反馈到输入端的信号对输入信号的调控结果，是使放大器输入信号增加，这种反馈称为正反馈。假如使放大器输入信号减弱，这种反馈称为负反馈。vivoVT2.2.2 静态工作点稳定的典型电路 分压式偏置电路、分压式电流负反馈偏置电路、串联电流直流负反馈电路。1、电路基本特点和工作原理（1）上偏置电阻RB1和下偏置电阻RB2组成分压器供应三极管正向直流电压。I I2 2IIB B的条件下，的条件下，基极电位VB只取决于RB1、RB2、电源电压VCC，不受环境温度影响。VB=I2RB2=VCCRB2+RB1RB2+VCCvsvivoI2IBI2IBI1（2）放射极电阻RE。VE=IERE=(IB+IC)RE ICREVBE=VB-VE=VB-IEREIE=(VB-VBE)/RE设VBVBEIE=(VB-VBE)/RE VB/RE IC因因VB VB 不受温度变更影响，不受温度变更影响，IC IC也不受温度变更影响。也不受温度变更影响。+VCCvsvivo+VCCVCEQVEVBVBEQ分压式偏置电路稳定工作点的物理过程：RB1+VCCRCC1C2RB2CERERLvivoI1I2IB+电路特点：利用分压电路取得稳定的电压VB，再通过放射极反馈电阻RE实现电流负反馈作用。+VCCvsvivo+VCCVCEQVEVBVBEQ+VCCvsvivo+VCCvsvivo3、电路静态和动态分析（1）静态分析VBQ RB2VCC/(RB1+RB2)IEQ=(VBQ-VBEQ)/RE ICQIBQ=ICQ/IEQ/（1+）VCEQ VCC-ICQ(RC+RE)+VCCvsvivo+VCCVCEQVEVBVBEQ（2）动态分析反馈电阻RE因旁路电容CE的存在对沟通信号没起作用，故RE也叫直流反馈电阻。+VCCvsvivo？为改善放大器沟通特性-串联电流交直流负反馈放大器+VCCvsvivoCE+RE2RE1（1）静态分析+VCCVCEQVEVBVBEQVBQ RB2VCC/(RB1+RB2)IEQ=(VBQ-VBEQ)/RE ICQIBQ=ICQ/IEQ/（1+）VCEQ VCC-ICQ(RC+RE)+VCCvsvivoCE+RE2RE1（2）动态分析与没有沟通反馈电阻电路比较，电压放大倍数下降。RE1IiI1+VCCvsvivoCE+RE2RE1RE1IiI1例题1：分析分压偏置共射放大电路。VBEQ=0.7V，rbe=1.5K，（1）计算静态工作点Q。（2）分别求出有、无CE两种状况下电压放大倍数和输入电阻。VCC RL RC RB1 C1C2vi voRB2CE RE+12V5.1k 5.1k 15k 5k 2.3k =100 VBQ RB2VCC/(RB1+RB2)=512/(5+15)=3VVBQ0.7V，放射结正向设置 IBQ=ICQ/IEQ/（1+）=10A VCEQCEQ0.3V0.3V饱和电压，静态工作点设置合适饱和电压，静态工作点设置合适。解：（1）静态分析 ICQ IEQ=(VBQ-VBEQ)/RE=(3-0.7)/2.3=1mA+VCCVCEQVEVBVBEQVCEQ VCC-ICQ(RC+RE)=12-1(5.1+2.3)=4.6V（2）动态分析 A、当有CE时=100(5.15.1)5.1+5.1=170ro=RC=5.1KB、当无CE时Ib.vo vi RE RB2 RB1 RL RC VCC RL RC RB1 C1C2vi voRB2CE RE+12V5.1k 5.1k 15k 5k 2.3k =100 vo vi rbeRE RB2 RB1 RL RC Ib.bcebceIb.Ib.=100(5.15.1)5.1+5.11.5+(1+100)2.3=1.1没有旁路电容时，电压放大实力很差.ro=RC=3.75Kvo vi rbeRE RB2 RB1 RL RC Ib.Ib.有放射极反馈电阻而没有旁路电容输入电阻提高I.1、电路组成共集电极电路-在沟通状况下集电极是输入、输出的公共端。放射极接输出负载-射极输出器。集电极电阻RC没有vovsvi+VCC2-3 基本共集电极放大电路 vovsvi利用直流通路计算静态工作点。2、静态分析VCC=IBQRB+VBEQ+IEQRE=IBQRB+VBEQ+(1+)IBQREvovsvi+VCC+VCCIBQ=RB+(1+)REVCCVBEQICQ=IBQVCEQ=VCC IEQRE3、动态分析 利用沟通通路的微变等效电路。微变等效电路要记住三个点：B、C、E。be间接rbe，ce间是个受控Ib限制的电流源。vovsvi+VCC（1）电压放大倍数射极输出器、电压跟随器留意：1、分母比分子多一项，电压放大倍数小于1。rbe与RE/RL相比可以忽视，电压放大倍数约等于1。2、输出电压和输入电压同相位。（2）输入电阻输入电阻很高接负载时的输入电阻空载时的输入电阻(3)输出电阻 假如信号源vS=0，RL=开路，输出端加电压V，产生电流I。输出电阻很低（4）源电压放大倍数 共集电极电路放大对象不是电压，而是电流。射极输出器（共集电极放大电路）特点：1、高输入电阻。特别高达几百千欧姆；2、低输出电阻。特别低只有几十欧姆；3、电压跟随，电流放大。电压放大倍数大于0，略小于1。vi=1V，ri=100K，ii=0.01mA，pi=0.01mW；vo=1V，RL=1K，io=1mA，po=1mW。po=100pi共集电极放大电路（电压跟随器、射极输出器），主要用途：2、低输出电阻-多级放大电路的输出级。低输出电阻，使它带负载实力很强，可以带低值负载，并能隔离负载对放大电路的影响。3、放在多级放大器中间级，隔离前后两极放大电路，实现电路阻抗匹配。1、高输入电阻-多级放大电路的输入级，高输入电阻对信号源影响特别小。1、静态工作点分析VBQ=RB2VCC/(RB1+RB2)=3.58VICQ=IBQ=1.58mAVCEQ=VCC IEQRE=9.12VIBQ=(1+)REVBQVBEQ=0.0158mAI2IBVBQ0.7V，放射结正向设置 VCEQCEQ0.3V0.3V，静态工作点设置合适，静态工作点设置合适。例：电路及参数如图，分析电路的性能指标并求源电压放大倍数+VCC Rs RB1 RB2 RE RL vs vi vo 620 51k 120k 1.8k 4.7k 30 F 30 F 12V =100I2I1IB2、动态分析I1RB1RB2+VCC Rs RB1 RB2 RE RL vs vi vo 620 51k 120k 1.8k 4.7k 30 F 30 F 12V =100I2I1IB.I1RB1RB2考虑信号源内阻，电压放大倍数降低CBvsviv0bceC1CBRcRb1+VCCC2RL+_v0Rb2Re+_vsbceRs2-4 共基极放大电路 1.静态分析CBvsviv0bce2.动态分析画沟通通路的小信号等效电路vsviv0CBviv0bcevsRcRL+_v0Re+_vs+_viieicibii（1）电压放大倍数vsviv0 共基极电路电压放大倍数与共射极电路电压放大倍数相等，但是同相放大。（2）输入电阻（3）输出电阻共基极电路相比于共射极电路输入电阻特别低特点：特点：输入电阻小，频带宽！输入电阻小，频带宽！vsviv0