线性集成电路的基本单元电路资料.pptx
会计学1线性集成电路的基本单元电路资料线性集成电路的基本单元电路资料1放大电路的组成放大电路的组成 在生产实践和科学研究中需要利用放大电路放大微弱的信号，以便观察、测量和利用。一个基本放大电路必须有如图2.1.1(a)所示各组成部分：输入信号源、晶体三极管、输出负载以及直流电源和相应的偏置电路。其中，直流电源和相应的偏置电路用来为晶体三极管提供静态工作点，以保证晶体三极管工作在放大区。就双极型晶体三极管而言，就是保证发射结正偏，集电结反偏。第1页/共27页 输入信号源一般是将非电量变为电量的换能器，如各种传感器，将声音变换为电信号的话筒，将图像变换为电信号的摄像管等。它所提供的电压信号或电流信号就是基本放大电路的输入信号。图2.1.1（b）是最简单的共发射极组态放大器的电路原理图。我们先介绍各部件的作用。1.晶体管晶体管V 2.直流电源直流电源UCC 3.基极偏流电阻基极偏流电阻Rb 4.集电极电阻集电极电阻Rc 5.耦合电容耦合电容C1、C2 第2页/共27页第3页/共27页 2 2放大电路的组成及各元件的作用放大电路的组成及各元件的作用放大电路的组成及各元件的作用放大电路的组成及各元件的作用 电路的组成如图电路的组成如图2.172.17所示。所示。图2.17 基本共(发)射(极)放大电路第4页/共27页 电路中各元件的作用如下电路中各元件的作用如下:（1 1）集集电电极极电电源源U UCCCC:其其作作用用是是为为整整个个电电路路提提供供能能源源,保证三极管的保证三极管的 发射结正向偏置发射结正向偏置,集电结反向偏置。集电结反向偏置。（2 2）基基极极偏偏置置电电阻阻R Rb b:其其作作用用是是为为基基极极提提供供合合适适的的偏置电流。偏置电流。（3 3）集集电电极极电电阻阻R Rc:c:其其作作用用是是将将集集电电极极电电流流的的变变化化转换成电压的变转换成电压的变 （4 4）耦耦合合电电容容C C1 1、C C2 2:其其作作用用是是隔隔直直流流、通通交交流流。（5 5）符符号号“”为为接接地地符符号号,是是电电路路中中的的零零参参考考电位。电位。第5页/共27页 3 3 放大电路中电压、放大电路中电压、放大电路中电压、放大电路中电压、电流的方向及符号规定电流的方向及符号规定电流的方向及符号规定电流的方向及符号规定 1 1）电压、电压、电流正方向的规定电流正方向的规定 2 2）电压、电流符号的规定）电压、电流符号的规定 图2.18三极管基极的电流波形 (a)直流分量;(b)交流分量;(c)总变化量第6页/共27页 (1)(1)直直流流分分量量。如如图图2.18(a)2.18(a)所所示示波波形形,用用大大写写字字母母和和大大写下标表示。如写下标表示。如I IB B表示基极的直流电流。表示基极的直流电流。(2)(2)交交流流分分量量。如如图图2.18(b)2.18(b)所所示示波波形形,用用小小写写字字母母和和小小写下标表示。如写下标表示。如i ib b表示基极的交流电流。表示基极的交流电流。(3)(3)总总变变化化量量。如如图图2.18(c)2.18(c)所所示示波波形形,是是直直流流分分量量和和交交流流分分量量之之和和,即即交交流流叠叠加加在在直直流流上上,用用小小写写字字母母和和大大写写下下标标表表示示。如如i iB B表表示示基基极极电电流流总总的的瞬瞬时时值值,其其数数值值为为i iB B=I IB B+i ib b。(4)(4)交交流流有有效效值值。用用大大写写字字母母和和小小写写下下标标表表示示。如如I Ib b表示基极的正弦交流电流的有效值。表示基极的正弦交流电流的有效值。第7页/共27页基本共射放大电路基本共射放大电路 1.放大电路概念：基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。a.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。b.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。第8页/共27页2.基本共射放大电路基本共射放大电路电路组成电路组成:(1)三极管T;(3)RC：将iC的变化转换 为vo的变化，一 般几K几十K。VCE=VCC-ICRC RC，VCC 同属集电极回路。(2)VCC：为JC提供反偏 电压，一般几 几十伏;(4)VBB：为发射结提供正偏。ceRbRCVCCb+_ _+_ _VBBCb2+TvivoCb1第9页/共27页基本共射放大电路基本共射放大电路(5)Rb：一般为几十K几千K，Rb,Vbb 属基极回路一般，硅管VBE=0.7V 锗管VBE=0.2V当VBBVBE时：ceRbRCVCCb+_ _+_ _VBBCb2+TvivoCb1第10页/共27页基本共射放大电路基本共射放大电路(7)vi：输入信号(8)vo：输出信号(9)公共地或共同端，电路中每一点的电位 实际上都是该点与公 共端之间的电位差。图中各电压的极性是参考极性，电流的参考方向如图所示。(6)Cb1，Cb2：耦合电容或隔 直电容，其作用是通交流 隔直流。ceRbRCVCCb+_ _+_ _VBBCb2+TvivoCb1第11页/共27页基本共射放大电路基本共射放大电路RL:负载电阻ceRbRCVCCb+_ _+_ _VBBCb2+TvivoCb1RLT+vivoRLTCb1VCCCb2+_ _+_ _RbRC第12页/共27页3.共射电路共射电路放大原理放大原理+vivoCb1VCCCb2+_ _+_ _RbRC12V300K4K=40vi 变化 iB 变化 iC 变化 vCE 变化 vo 变化Cb1iC=iBvCE=VCC-iCRC第13页/共27页4.4.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(2)(2)输入电阻输入电阻Ri(3)(3)输出电阻输出电阻Ro(4)(4)通频带通频带第14页/共27页(1)(1)放大倍数放大倍数 放大电路的输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有:通常它们都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图所示。电压放大倍数：电流放大倍数：功率放大倍数：第15页/共27页(2)(2)输入电阻输入电阻 Ri 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。Ri大，放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。Ri的定义:第16页/共27页(3)(3)输出电阻输出电阻Ro(a)从假想的 求Ro (b)从负载特性曲线求Ro输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。Ro的定义:第17页/共27页则：Ro=Vo/Io=(VoVo)/Io =(VoVo)RL/Vo =(Vo/Vo)1 RL输出电阻输出电阻Ro注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。第18页/共27页(4)(4)通频带通频带 放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的 1/时，即:相应的频率:fL称为下限频率fH称为上限频率第19页/共27页 4.非线性失真非线性失真 非线性失真主要由晶体三极管伏安特性曲线的非线性产生。假如输入信号为正弦信号电压Ug=Ugmsint时，由于非线性失真，输出集电极电流波形就将是非正弦的，该波形可分解为众多频率分量。基波分量为不失真分量，假设它的振幅为Ic1m；二次及其以上各次谐波分量为失真分量，假设他们的振幅分别为Ickm（k=2，3，4，），则衡量放大器非线性失真大小的非线性失真系数定义为THD，即 第20页/共27页静态工作点对输出波形失真的影响静态工作点对输出波形失真的影响静态工作点对输出波形失真的影响静态工作点对输出波形失真的影响 对对一一个个放放大大电电路路而而言言，要要求求输输出出波波形形的的失失真真尽尽可可能能地地小小。但但是是，如如果果静静态态值值设设置置不不当当，即即静静态态工工作作点点位位置置不不合合适适，将将出出现现严严重重的的非非线线性性失失真真。在在图图2.102.10中中，设设正正常常情情况况下下静静态态工工作作点点位位于于Q Q点点，可可以以得得到到失失真真很很小小的的i iC C和和u uCECE波波形形。当当调调节节R Rb b，使使静静态态工工作作点点设设置置在在Q Q1 1点或点或Q Q2 2点时，输出波形将产生严重失真。点时，输出波形将产生严重失真。第21页/共27页图2.10 静态工作点对输出波形失真的影响 第22页/共27页 1.1.饱和失真饱和失真饱和失真饱和失真 静静态态工工作作点点设设置置在在Q Q1 1点点，这这时时虽虽然然i iB B正正常常，但但i iC C的的正正半半周周和和u uCECE的的负负半半周周出出现现失失真真。这这种种失失真真是是由由于于Q Q点点过过高高，使使其其动动态态工工作作进进入入饱饱和和区区而而引引起起的的失失真真，因因而而称称作作“饱饱和失真和失真”。2.2.截止失真截止失真截止失真截止失真 当当静静态态工工作作点点设设置置在在Q Q2 2点点时时，i iB B严严重重失失真真，使使i iC C的的负负半半周周和和u uCECE的的正正半半周周进进入入截截止止区区而而造造成成失失真真，因因此此称称作作“截截止止失失真真”。饱饱和和失失真真和和截截止止失失真真都都是是由由于于晶晶体体管管工工作作在在特特性性曲曲线线的的非非线线性性区区所所引引起起的的，因因而而叫叫作作非非线线性性失失真真。适适当当调调整整电电路路参参数数使使Q Q点点合合适适，可可降降低低非非线线性性失失真真程程度。度。第23页/共27页 式中，Auso=Ut/Us是负载RL断开时放大器的源电压增益。由上可知，GPA与放大器输出端所接负载大小无关，但和输入端是否与信号源内阻匹配有关。输入端匹配时，放大器输入端得到的功率最大。相应的输出额定功率PAo最大，这时，GPA最大。3.频率失真频率失真 因放大电路一般含有电抗元件，所以对于不同频率的输入信号,放大器具有不同的放大能力。相应的增益是频率的复函数。即第24页/共27页 上式中，A()是增益的幅值，A()是增益的相角，都是频率的函数。我们将幅值随变化的特性称为放大器的幅频特性，其相应的曲线称为幅频特性曲线;相角随变化的特性称为放大器的相频特性，其相应的曲线称为相频特性曲线。它们分别如图2.1.5（a）和（b）所示。在工程上，一个实际输入信号包含许多频率分量，放大器不能对所有频率分量进行等增益放大，那么合成的输出信号波形就与输入信号不同。这种波形失真称为放大器的频率失真。要把这种失真限制在允许值范围内，则放大器频率响应曲线中平坦部分的带宽应大于输入信号的频率宽度。第25页/共27页第26页/共27页
