《基本放大电路》课件.ppt

第二章第二章 基本放大电路基本放大电路 放大放大：把微弱电信号的幅度放大。把微弱电信号的幅度放大。小信号小信号 大信号大信号 (利用利用VT的控制作用）的控制作用）对象：低频交流小信号（变化量）对象：低频交流小信号（变化量）作用：不失真的放大信号作用：不失真的放大信号 不失真不失真：一个微弱的电信号通过放大器后，输一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅度得到了放大，但它随时间出电压或电流的幅度得到了放大，但它随时间变化的规律不能变。变化的规律不能变。放大电路中的符号放大电路中的符号3.总瞬时值：字母小写，下标大写，如总瞬时值：字母小写，下标大写，如：1.直流量：字母大写，下标大写，如：直流量：字母大写，下标大写，如：2.交流量：字母小写，下标小写，如：交流量：字母小写，下标小写，如：5.符号法表示交流量：交流量有效值字母上面加点，符号法表示交流量：交流量有效值字母上面加点，如：如：4.交流量有效值：字母大写，下标小写，交流量有效值：字母大写，下标小写，如：如：2.1.2.1.放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标1.1.放大倍数放大倍数 AU 表示放大器的放大能力表示放大器的放大能力（1）电压）电压放大倍数定义为放大倍数定义为:AU=uo/ui（2）电流）电流放大倍数定义为放大倍数定义为:AI=io/ii （3）互阻）互阻增益定义为增益定义为:Ar=uo/ii（4）互导）互导增益定义为增益定义为:Ag=io/ui 根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为 四种类型，所以有四种四种类型，所以有四种放大倍数的定义。放大倍数的定义。2.输入电阻输入电阻 Ri 从放大电路输入端看进去的等效电阻从放大电路输入端看进去的等效电阻Ri=ui/ii一般来说，一般来说，Ri越大越好。越大越好。（1）Ri越大，越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，）当信号源有内阻时，Ri越大，越大，ui就越接近就越接近uS。定义：3.输出电阻输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻从放大电路输出端看进去的等效电阻 输出电阻是表明放大电路带负载能力的，输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。输出电阻输出电阻的定义：的定义：4.通频带通频带fAAm0.7AmfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fHfL放大倍数随频放大倍数随频率变化曲线率变化曲线幅频特性曲幅频特性曲线线 3dB带宽带宽5、最大输出幅度 U Uomom 输出无失真的情况下，最大输出电压或电流的有效值，也可用峰峰值表示。6、最大输出功率P Pomom与效率输出无失真最大输出功率，P Pomom/P PV V7、非线性失真系数 D 输入单一频率正弦波时，总含多次谐波。所有谐波幅值总量与基波成分幅值之比值。2.2 2.2 单管共射放大电路的组成、工作原理单管共射放大电路的组成、工作原理UCE（-ICRc）放大原理：放大原理：UBEIBIC（IB）电压放大倍数：电压放大倍数：u uo o u ui i（一）三极管的放大原理（一）三极管的放大原理三极管工作在放大区：三极管工作在放大区：发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。组成放大电路的原则：组成放大电路的原则：1.三极管工作在放大状态三极管工作在放大状态2.要有合适的静态工作点要有合适的静态工作点（保证不失真的放大）（保证不失真的放大）3.交流信号能够很好地输入输出交流信号能够很好地输入输出（有完整的输入输出回路）（有完整的输入输出回路）放大元件放大元件iC=iB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。（二）单管共（二）单管共射射极放大电路极放大电路的结构及各元件的作用的结构及各元件的作用各元件作用：各元件作用：使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的静并提供适当的静IB和和UBE。基极电源与基基极电源与基极电阻极电阻集电极电源，为集电极电源，为电路提供能量。电路提供能量。并保证集电结反并保证集电结反偏。偏。集电极电阻集电极电阻RC，将变化的电流转将变化的电流转变为变化的电压。变为变化的电压。耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性，电解电容，有极性，大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔直通交隔直通交隔离隔离输入输出与电路直流输入输出与电路直流的联系，同时能使信的联系，同时能使信号顺利输入输出。号顺利输入输出。+各元件作用：各元件作用：基本放大电路的习惯画法基本放大电路的习惯画法1.静态工作点静态工作点Ui=0时电路的工作状态时电路的工作状态 （三）静态工作点分析三）静态工作点分析 直流参量（直流参量（UB E、IB、IC、UCE）ui=0时时由于电源的由于电源的存在，电路存在，电路中存在一组中存在一组直流量。直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-由于由于(IB,UBE)和和(IC,UCE)分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为性曲线上的一个点，所以称为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？为什么要设置静态工作点？放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。工作在线性区，以保证信号不失真。开路开路画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路 2.2.静态工作点的估算静态工作点的估算 将交流电压源短路，将电容开路。将交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路画直流通路：画直流通路：IB:称为称为偏置电流偏置电流Rb:称为称为偏置电阻偏置电阻用估算法分析放大器的静态工作点用估算法分析放大器的静态工作点（UBE、IB、IC、UCE）IC=IB例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，。解：解：请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级1 1 放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法图解分析法的思路：图解分析法的思路：把电路分为线性部分和非线性部分，分别画把电路分为线性部分和非线性部分，分别画出相应的图形，然后求解。出相应的图形，然后求解。2.3 2.3 放大电路的分析法放大电路的分析法(一一)用图解法分析放大器的静态工作点用图解法分析放大器的静态工作点UCE=VCCICRCVCCICUCE直流负载线直流负载线由估算法求出由估算法求出I IB B，I IB B对应的输出对应的输出特性与直流负特性与直流负载线的交点就载线的交点就是工作点是工作点Q QQIB静态静态UCE静态静态IC过（过（VCC,0)和和（0，VCC/RC)两点作直线两点作直线直流负载线的斜率直流负载线的斜率为：为：iBuBEQuiibica.交流放大原理（设输出空载）交流放大原理（设输出空载）假设在静态工作点的基础上，输假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号入一微小的正弦信号 uiib静态工作点静态工作点(二二)用图解法分析放大器的动态工作情况用图解法分析放大器的动态工作情况iCuCEuce注意：注意：uce与与ui反相！反相！uiiBiCuCEuo各点波形各点波形uo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反结论：结论：（1）放大电路中的信）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：号是交直流共存，可表示成：虽然交流量可正负变化，但虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变瞬时量方向始终不变（2 2）输出）输出u uo o与输入与输入u ui i相比，幅度相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相被放大了，频率不变，但相位相反。反。uituBEtiBtiCtuCEtuot对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)b.放大器的交流通路放大器的交流通路交流通路交流通路分析动态工作情况分析动态工作情况交流通路的画法：交流通路的画法：将直流电压源短路，将电容短路。将直流电压源短路，将电容短路。短路短路短路短路置零置零叠加原理叠加原理c.交流通路交流通路d.交流负载线交流负载线输出端接入负载输出端接入负载RL：不影响不影响Q点点 影响动态！影响动态！交流负载线交流负载线ic其中：其中：uce=-ic（RC/RL）=-ic RL交流量交流量ic和和uce有如下关系：有如下关系：即交流负载线的斜率为：即交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC/RL）=-ic RL或或ic=（-1/RL）uce交流负载线的作法：交流负载线的作法：斜斜 率为率为-1/RL。（。（RL=RLRc）经过经过Q点。点。e.交流负载线的作法：交流负载线的作法：iCuCEVCCQIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线斜斜 率为率为-1/RL。（RL=RLRc）经过经过Q点。点。注意：注意：（1）交流负载线是有交流）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。输入信号时工作点的运动轨迹。（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。）空载时，交流负载线与直流负载线重合。直流负载线的斜率为：直流负载线的斜率为：iCuCEuo可输出可输出的最大的最大不失真不失真信号信号（1）合适的静态工作点（负载开路）合适的静态工作点（负载开路）iCf.f.非线性失真与非线性失真与Q Q的关系的关系iCuCEuo（2）Q点过低点过低信号进入截止区信号进入截止区称为截止失真称为截止失真（削顶失真）（削顶失真）信号波形信号波形iCuCEuo（3）Q点过高点过高信号进入饱和区信号进入饱和区称为饱和失真称为饱和失真（削底失真）（削底失真）信号波形信号波形截止失真和饱和失真截止失真和饱和失真统称统称“非线性失真非线性失真”2.放大电路的交流模型分析法放大电路的交流模型分析法条件：交流小信号条件：交流小信号思路：将非线性的思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路等效成一个线性电路（一）（一）BJT的微变等效模型的微变等效模型iBuBE uBE iB iBiCuCE iC1.BJT等效模型是一个交流等效模型是一个交流 模型，只能进行交流分析，模型，只能进行交流分析，不能进行静态分析不能进行静态分析2.交流模型的值与静态工交流模型的值与静态工作点密切相连作点密切相连注意：rbe的计算：的计算：由由PN结的电流公式：结的电流公式：（常温下）（常温下）其中：其中：rbb=200所以：所以：（二）放大电路的交流分析（二）放大电路的交流分析1.画出放大电路的微变等效电路画出放大电路的微变等效电路（1）画出放大电路的交流通路）画出放大电路的交流通路 （2）将交流通路中的三极管）将交流通路中的三极管 用等效模型代替用等效模型代替2 2、动态参数、动态参数 AU 、Ri 、RO的计算：的计算：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。（1）放大倍数 AU电路的输入电阻越大，从信号源取电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。较大的的输入电阻。（2 2）输入电阻）输入电阻Ri 根据输入电阻的定义：根据输入电阻的定义：定义：定义：当信号源有内阻时：当信号源有内阻时：由图知：由图知：所以：所以：所以：所以：（3）输出电阻）输出电阻Ro根据定义：根据定义：0+-I=IB静态分析：在直流通路上进行静态分析：在直流通路上进行动态分析：在微变等效电路上进行动态分析：在微变等效电路上进行基本放大电路的分析方法：基本放大电路的分析方法：例例2.4.1 2.4.1 共射放大电路如图所示。设：共射放大电路如图所示。设：VCC12V12V，Rb=300k=300k,Rc=3k=3k,RL=3k=3k,BJTBJT的的 =50=50。1 1、试求电路的静态工试求电路的静态工作点作点Q Q。解：解：2 2、估算电路的电压放大倍数估算电路的电压放大倍数AU 、输入电阻、输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro。解：画微变等效电路解：画微变等效电路Ri=rbe/Rbrbe=993Ro=Rc=3k 3.若输出电压的波形出现如若输出电压的波形出现如 下失真下失真，是截止还是饱和，是截止还是饱和 失真失真？应调节哪个元件？如何调节？应调节哪个元件？如何调节？解：解：为截止失真。为截止失真。应减小应减小Rb。调整静态工作点可以改变：调整静态工作点可以改变：1.Rb2.Rc对于前面的电路（固定偏置电路）而言，对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由静态工作点由UBE、和和ICEO决定，这三个参决定，这三个参数随温度而变化。数随温度而变化。Q变变UBE ICEO变变T变变IC变变2.4 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定(一）一）温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响1、温度对、温度对UBE的影响的影响iBuBE25 C50CTUBEIBICiBuBE2、温度对、温度对 值及值及ICEO的影响的影响T、ICEOICiCuCEQQ温度上升时，温度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移，造线上移，造成成Q点上移。点上移。总之：总之：TICI1I2IB（二）（二）静态工作点稳定的放大器静态工作点稳定的放大器选选I2=（510）IB I1 I2ICIE1、结构及工结构及工作原理作原理静态工作点静态工作点稳定过程：稳定过程：TUBEICICIEUE UBE=UB-UE =UB-IE ReUB稳定稳定IB由输入特性曲线由输入特性曲线I1I2IBICIE2、直流通路及静态工作点估算、直流通路及静态工作点估算:IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReIC IE=UE/Re =（UB-UBE）/Re 电容开路电容开路 ,画出直流通路画出直流通路 将电容、直流电源短路，画出电路的微变等效电路将电容、直流电源短路，画出电路的微变等效电路3、动态分析、动态分析电压放大倍数：电压放大倍数：RL=RC/RL输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReIC IE=UE/Re =（UB-UBE）/Re 静态分析：静态分析：输出电阻：输出电阻：输入电阻：输入电阻：电压放大倍数电压放大倍数动态分析：动态分析：思考：思考：若在若在Re两端并电容两端并电容Ce会对会对Au、Ri、Ro有什么影响？有什么影响？2.5 三种组态三种组态(共集和共基共集和共基)(一一)共集电极放大电路共集电极放大电路1、电路结构：、电路结构：判别方法：1、哪个极直接交流接地，就是共哪极放大电路 2、看交流信号从哪个极输入，哪个极输出，共剩下极放大电路2、直流通路及静态工作点分析：直流通路及静态工作点分析：IBIEUBEUCE3、动态分析动态分析（1）交流通路及微变等）交流通路及微变等效电路效电路（2）电压放大倍数：）电压放大倍数：（3）输入电阻）输入电阻（4）输出电阻）输出电阻射极输出器的特点：电压放大倍数射极输出器的特点：电压放大倍数=1，输入阻抗高，输出阻抗小。输入阻抗高，输出阻抗小。射极输出器的应用射极输出器的应用1、放在多级放大器的输入端，提高整个放、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。大器的输入电阻。2、放在多级放大器的输出端，减小整个放、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。大器的输出电阻。2、放在两级之间，起缓冲作用。、放在两级之间，起缓冲作用。（二）共基极电路（二）共基极电路1、电路结构：2、静态工作点分析：静态工作点分析：直流通路：直流通路：3、动态分析动态分析（画出其微变等效电路）（画出其微变等效电路）（1 1）电压放大倍数）电压放大倍数（2 2）输入电阻）输入电阻（3）输出电阻）输出电阻（三）三种组态的比较（三）三种组态的比较电压增益：电压增益：输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：共集共集共基共基共射共射七、七、场效应管放大电路场效应管放大电路(一一)直流偏置电路直流偏置电路 (保证管子工作在恒流区，输出信号不失真保证管子工作在恒流区，输出信号不失真)1.自自偏压电路偏压电路UGS=-IDR 注意：该电路产生负的栅源电压，所以只注意：该电路产生负的栅源电压，所以只 能用于需要负栅源电压的电路。能用于需要负栅源电压的电路。计算计算Q点：点：UGS、ID、UDS 已知已知UP，由，由UGS=-IDR可解出可解出Q点的点的UGS、IDUDS=VDD-ID(Rd+R)再求：再求：ID 2.分压自分压自偏压电路偏压电路可解出可解出Q点的点的UGS、ID 计算计算Q点：点：已知已知UP，由，由该电路产生的栅源电压可正该电路产生的栅源电压可正可负，适用于所有的场效应可负，适用于所有的场效应管电路。管电路。UDS=VDD-ID(Rd+R)再求：再求：其中：其中：gmugs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。（二）（二）场效应管的交流小信号模型场效应管的交流小信号模型 与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，在交流小信号情与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路况下，也可以由它的线性等效电路交流小信号模型来代替。交流小信号模型来代替。（三）场效应管（三）场效应管放大电路放大电路1.共源放大电路共源放大电路UDS=VDD-ID(Rd+R)静态分析：静态分析：交流分析：交流分析：（1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。画出共源放大电路的交流小信号等效电路。（2）求电压放大倍数）求电压放大倍数（3）求输入电阻）求输入电阻（4）求输出电阻）求输出电阻则则思考：若有旁路电容思考：若有旁路电容C,情况如何？情况如何？（2）电压放大倍数）电压放大倍数（3）输入电阻）输入电阻得得 分析：分析：（1 1）画）画交流小信号等效电路。交流小信号等效电路。由由2.共漏放大电路共漏放大电路（4 4）输出电阻）输出电阻所以所以由图有由图有