模电课件基本放大电路.pptx

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1、 放大倍数输入电阻：从放大电路输入端看进去的等效电阻。2.放大电路的性能指标：放大电路的性能指标：放大倍数是直接衡量放大电路放大能力的重要指标，其放大倍数是直接衡量放大电路放大能力的重要指标，其值为输出量与输入量之比。值为输出量与输入量之比。电压放大倍数：电压放大倍数：电流放大倍数：电流放大倍数：互阻放大倍数：互阻放大倍数：互导放大倍数：互导放大倍数：重点 放大电路是信号源的负载。放大电路是信号源的负载。Ri越大，加到放大电路的输越大，加到放大电路的输入电压入电压 越大，信号电压越大，信号电压 在内阻上的损失越小。在内阻上的损失越小。放大电路信号源第1页/共81页输出电阻 任何放大电路从输出端

2、向左看都可以等效任何放大电路从输出端向左看都可以等效成一个有内阻的电压源，其中的内阻称为成一个有内阻的电压源，其中的内阻称为输出输出电阻电阻Ro。Ro可以从放大电路本身来计算，也可以从放大电路本身来计算，也可以通过实验室测量出可以通过实验室测量出Uo ，U o和和RL由下式由下式计算：计算：输出电阻输出电阻Ro越小，负载电阻越小，负载电阻RL变化时，变化时，Uo的变化越小，放大的变化越小，放大电路的带负载能力越强。电路的带负载能力越强。在多级放大电路中：在多级放大电路中：后一级放大电路是前一级的负载，即放大电路后一级放大电路是前一级的负载，即放大电路的的Ri2是放大是放大电路电路的负载电阻。而

3、前一级放大电路是后一级的信号源，即的负载电阻。而前一级放大电路是后一级的信号源，即放大电路放大电路是放大电路是放大电路的信号源，其内阻为的信号源，其内阻为Ro1。放大电路第2页/共81页通频带非线性失真系数 通频带用于衡量放通频带用于衡量放大电路对不同频率信号大电路对不同频率信号的放大能力。的放大能力。二极管、三极管和场效应管是非线性元件，若输入信号幅值二极管、三极管和场效应管是非线性元件，若输入信号幅值太大，经过放大电路后输出电压会产生非线性失真。太大，经过放大电路后输出电压会产生非线性失真。输出波形输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数中的谐波成分总量与基波成分之比称为非

4、线性失真系数D。设基波幅值为设基波幅值为A1、谐波幅值为、谐波幅值为A2、A3、，则，则中频放大倍数放大倍数的幅值随频率变化的曲线第3页/共81页最大不失真输出电压最大输出功率与效率 当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。出电压。实测时，需定义非线性失真系数实测时，需定义非线性失真系数D的额定值，输出的额定值，输出波形的非线性失真系数刚刚达到额定值时的输出电压即为最波形的非线性失真系数刚刚达到额定值时的输出电压即为最大不失真输出电压。一般用有效值大不失真输出电压。一般用有效值Uom表示。表示。在输出信号不失真的情况下，负载上

5、能够获得的最大功率在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率称为最大输出功率称为最大输出功率Pom。此时此时,输出电压达到最大不失真输出输出电压达到最大不失真输出电压。电压。直流电源能量的利用率称为效率直流电源能量的利用率称为效率，其值为最大输出功率其值为最大输出功率Pom与电源消耗功率与电源消耗功率PV之比。之比。第4页/共81页2.2 基本共射放大电路的工作原理一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用晶体管晶体管T T-放大元件放大元件,i iC C=i iB B。要保证发射结正偏要保证发射结正偏,集电结反偏集电结反偏,使晶体管工作在放大区使晶体管工作在放大区 。基极电源基极电源V

6、 VBBBB与基极电阻与基极电阻R Rb b-使使发射结发射结 处处于正偏，并提供大小适当的基于正偏，并提供大小适当的基极电流。极电流。共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路第5页/共81页2.2 基本共射放大电路的工作原理一、基本共射放大电路的组成及各元件的作用集电极电源集电极电源V VCC CC-为电路提供能为电路提供能量。并保证集电结反偏。量。并保证集电结反偏。集电极电阻集电极电阻R RC C-将变化的电流将变化的电流转变为变化的电压。转变为变化的电压。第6页/共81页当ui=0时，只有直流分量IB、IC、IE、UBE、UCE。(静态)IBICUCEIEUBEU

7、BEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOUCE第7页/共81页iBiCuCEiEuBE有输入信号有输入信号(ui0)时，不管电压，还是电流，都会有交流分量和直流分量，且交流分量是叠加在直流分量上面的。UBEIB？uCE=VCC iC RC ICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCE第8页/共81页二、设置静态工作点的必要性1、静态工作点（Q）：求IBQ、ICQ、IEQ、UBEQ、UCEQ。IBQICQUCEQUBEQ由由由由KVL:KVL:V VBB BB=I IBQ BQ R Rb b+U UBEQBEQ由由由由KVL:KVL:U UCC CC=I ICQ CQ R RC

8、 C+U UCEQCEQ所以所以所以所以 U UCEQ CEQ=V VCC CC I ICQ CQ R RC C 列方程求解静态工作点的方法叫估算法。第9页/共81页ICUCEOIBUBEO结论：无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流电压和电流电压和电流电压和电流:I IB B、U UBEBE和和和和 I IC C、U UCECE 。(I IB B、U UBEBE)和和和和(I IC C、U UCECE)分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特分别对应于输入

9、、输出特分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为性曲线上的一个点，称为性曲线上的一个点，称为性曲线上的一个点，称为静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点。QIBUBEQUCEIC第10页/共81页2、设置静态工作点的必要性如果没有静态电流电压：（1）静态时，IB=0、IC=0、UCE=VCC，管子处于截止状态。（2）动态时，如果输入信号足够大,正半周时,管子导通,负半周管子截止，输出波形失真。如果输入信号不够大，管子始终处于截止状态。所以，要使放大电路正常工作，要设置静态工作点，这样才可能使管子在整个周期内都处于放大状态。第11页/共81页三、放大电路的工作原理及波形分析UBEIBICu

10、BEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOiBiCuCEuBEuBE=UBE+ube iB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=iB uCE=UCE+uce uCE=VCC iC RC uce=uo第12页/共81页结论：(1)(1)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大 小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了 一个交流量，但方向始终不变。一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析第13页/共81页结论：(2)(2)若参数选取得当，输出电压

11、可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。即电路具有电压放大作用。(3)(3)输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差180180，即共发射极电路具有反相作用。即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO第14页/共81页(1)(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集 电结反偏。电结反偏。电结反偏。电结反偏。(2)(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大正确设置静态工作点，使晶体

12、管工作于放大正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大 区。区。区。区。(3)(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。流。流。流。(4)(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。四、放大电路的组成原则1、组成原

13、则 uCE=VCC iC RC 第15页/共81页2、常见的两种共射放大电路 直接耦合共射放大电路无负载时的静态工作点：（令 ）（思考：为什么Rb1不可缺少？）接负载时的静态工作点：单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法第16页/共81页阻容耦合共射放大电路 C1、C2为耦合电容（电解电容，容量大）：对直流信号相当于开路；对交流信号 相当于短路。+VCCRbRCT+UBEUCEICIBIE第17页/共81页阻容耦合放大电路带负载与不带负载时的静态工作点是相同的。当UBE UCC时，+VCCRbRCT+UBEUCEICIB由由由由KVL:KVL:

14、V VCC CC=I IBQ BQ R Rb b+U UBEQBEQ由由由由KVL:KVL:V VCC CC=I ICQ CQ R RC C+U UCEQCEQ所以所以所以所以 U UCEQ CEQ=U UCC CC I ICQ CQ R RC C 求静态工作点：第18页/共81页2.3 放大电路的分析方法一、直流通路和交流通路分析任务：静态工作点分析（求Q：IBQ、ICQ、UCEQ）动态参数分析（求 、Ri、Ro）直流通路：直流通路：无信号时直流电流无信号时直流电流流经的通路。的通路。用来计算静态工作点。用来计算静态工作点。电容视为开路，电感视为短路。信号源用短路代替，但 内阻要保留。交流通

15、路：交流通路：有信号时有信号时交流电流流经的通路。用来计算电压放大倍数、输入电阻、用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数输出电阻等动态参数。大容量的电容视 为短路，直流电源（VCC）用短路代替。幻11，18，19第19页/共81页直接耦合共射放大电路的直流通路和交流通路直流通路直流通路交流通路交流通路us信号源us=0VCC=0第20页/共81页（2 2）阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路直流通路直流通路交流通路交流通路C断路 us=0C短路VCC=0第21页/共81页二、图解法作图求解静态工作点的方法叫图解法。iBiCuCEuBE1、由图解法求静态工作点思考：直流负载线方程

16、怎么得来？直流通路直流通路第22页/共81页iBiCuCEuBE直流负载线第23页/共81页2、由图解法求电压放大倍数加入输入信号uI，第24页/共81页3、波形非线性失真的分析截止失真 当当Q点过低点过低时，时，ib在负半周会出现失真，在负半周会出现失真，ic也会出现负半周失真，也会出现负半周失真，uce（uO）正半周失真）正半周失真。第25页/共81页饱和失真 当当Q点过高点过高时，时，ib不会出现失真，但不会出现失真，但Q点过高进入饱和点过高进入饱和区区ic会出现正半周失真，会出现正半周失真，uce（uO）负半周失真）负半周失真。第26页/共81页4、交流负载线阻容耦合共射放大电路交流通

17、路交流通路icuce交流负载线方程第27页/共81页带负载后，最大不失真输出电压带负载后，最大不失真输出电压变小。变小。不带负载时最大不失真输出电压Uom的求法:阻容耦合共射放大电路直流负载线带负载时最大不失真输出电压Uom的求法:第28页/共81页三、等效电路法：1、估算法求静态工作点（前已述，此略）对晶体管模型用线性电路来表示，然后应用求解线性电路的方法来进行分析计算。（2）直接耦合放大电路：交流负载线与直流负载线相同。5、图解法的适用范围分析Q点位置，分析最大不失真输出电压等。2、微变等效电路法求动态参数1）晶体管的h参数交流小信号模型（微变等效电路）第29页/共81页1）晶体管的h参数

18、交流小信号模型（微变等效电路）采用h参数微变等效电路的条件：输入信号幅度很小，把晶体管看成是一个线性双端口网络。输入特性：输出特性：求全微分：第30页/共81页第31页/共81页h参数的物理意义及求解方法：等效动态电阻输入曲线基本重合小大第32页/共81页小大第33页/共81页简化的h参数等效模型（微变等效电路）：第34页/共81页rbe的求法：基区体电阻，几十几百欧姆晶体管的微变等效电路：适用于信号较小的情况，以及信号低频的情况。第35页/共81页2）微变等效电路法分析共射放大电路的动态参数（2）输入电阻（1）电压放大倍数微变等效电路第36页/共81页（3）输出电阻）输出电阻那么那么 因为令

19、信号源电压 ，保留内阻，断开负载电阻，然后在输出端加一正弦信号 ，产生 ，则输出电阻为：第37页/共81页例题1已知求：（1）静态工作点；（2）第38页/共81页解：解：（1）求静态工作点：）求静态工作点：直流通路直流通路第39页/共81页（2）动态分析）动态分析微变等效电路微变等效电路第40页/共81页例题2已知：求：（1）（2）第41页/共81页解：（1）先求静态工作点：直流通路直流通路第42页/共81页（2）微变等效电路微变等效电路第43页/共81页2.4 放大电路静态工作点的稳定一、工作点稳定的必要性 1、引起工作点变化的原因。（主要是温度）TIBICEOIC工作点向饱和区移动（T ，

20、工作点向截止区移动）2、解决思路：设法在时，使外加的 第44页/共81页3、解决办法：二、典型的静态工作点稳定电路第45页/共81页1、电路分析设,则 基极电位几乎仅取决于Rb1与Rb2对VCC的分压,而与环境温度无关。（2）Re的作用(1)基极电位UBQ引入直流负反馈来稳定静态工作点，Re为负反馈电阻。T（oC）IC（IE）UE（因为UBQ基本不变）IBUBEIC第46页/共81页2、静态工作点的估算（a）（b）两个电路的直流通路是一样的。（推导过程见书 第106页）第47页/共81页3、动态参数的估算（1）无旁路电容的阻容耦合电路 发射极电阻发射极电阻Re会会降低电压放大倍数，降低电压放大

21、倍数，所以在电阻所以在电阻Re两端两端加一旁路电容加一旁路电容Ce。第48页/共81页（2）具有旁路电容的阻容耦合电路动态参数计算：旁路电容旁路电容Ce容量很大，对交容量很大，对交流来说可视为短路。流来说可视为短路。第49页/共81页三、稳定静态工作点的措施1、利用二极管的反向特性进行温度补偿的电路T（0C）ICIRIBIC前面介绍的电路是引入直流负反馈来稳定静态工作点。下面介绍的电路用温度补偿来稳定静态工作点。IR二极管反向电流第50页/共81页2、利用二极管的正向特性进行温度补偿的电路T（0C）ICUDUBICUEUBE（T升高，二极管内电流基本不变）第51页/共81页2.5 晶体管单管放

22、大电路的三种接法一、基本共集放大电路（电压跟随器、射极跟随器）共射、共集、共基：可以从交流通路的角度考虑共射、共集、共基：可以从交流通路的角度考虑 是哪种接法。是哪种接法。静态：晶体管工作在放大状态：静态：晶体管工作在放大状态：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。1、电路组成、电路组成动态：基极输入，发射极输出第52页/共81页IBQIEQ直流通路直流通路交流通路交流通路微变等效电路微变等效电路第53页/共81页2、静态工作点的计算输入回路：IBQIEQ直流通路直流通路第54页/共81页3、动态参数计算无电压放大作用，但有电流放大作用。当时，Au1，电压跟随器。交流通路交流通路微变

23、等效电路微变等效电路第55页/共81页输入电阻大。从信号源索取的电流小。第56页/共81页输出电阻小，带负载能力强。总结：Au1，Ri很大，R0很小，常用作多级放大电路的输入级和输出级；也可以用它连接两电路，使它的高输入阻抗与前级电路的高输出阻抗匹配；低输出阻抗与后级的低输入阻抗相匹配，起到缓冲作用，减少了前后级之间的影响。令信号源电压 ，保留内阻，断开负载电阻，然后在输出端加一正弦信号 ，产生 第57页/共81页微变等效电路微变等效电路例题：交流通路交流通路第58页/共81页1、静态工作点的计算：2、动态参数计算第59页/共81页第60页/共81页二、基本共基放大电路1、静态工作点计算第61

24、页/共81页2、动态参数计算 电路特点：电路特点：与共射相同，输入电阻比共射小，与共射相同，输入电阻比共射小，输出电阻与共射相同。无电流放大作用。输出电阻与共射相同。无电流放大作用。第62页/共81页2.6 晶体管基本放大电路的派生电路一、复合管放大电路 1、复合管的组成及其电流放大系数第63页/共81页复合管组成原则：1.每只管子的电流有合适的通路，且均工作在放大区；2.第一只管子的集电极或发射极接第二只管子的基极。3.复合管的类型同第一只管子。第64页/共81页例题 （p144习题2.18）对这个节点，两只管子的电流方向不一样第65页/共81页2、复合管共射放大电路微变等效电路第66页/共

25、81页3、复合管共集放大电路（自学）二、共射共基放大电路（自学）三、共集共基放大电路（自学）第67页/共81页2.7 场效应管放大电路一、场效应管放大电路的三种接法 （共源、共漏、共栅）第68页/共81页二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法及分析估算（以共源电路为例）1、基本共源放大电路（1）用图解法求静态工作点：）用图解法求静态工作点：输入回路：输入回路：输出回路：输出回路：第69页/共81页（2）利用管子的转移特性求Q结型场效应管和耗尽型绝缘栅结型场效应管和耗尽型绝缘栅型场效应管转移特性：型场效应管转移特性：第70页/共81页2、自给偏压电路适用于耗尽型和结型场效应管适用于耗尽型和结型

26、场效应管电路电路（a）的）的分析：分析：自给偏压：靠源极电阻上的电压为栅源两极提供一个负偏压。第71页/共81页电路（电路（b）的分析：）的分析：第72页/共81页3、分压式偏置电路第73页/共81页三、场效应管放大电路的动态分析1、MOS管的低频小信号模型第74页/共81页g第75页/共81页gm的求法：（2）从）从（1）从转移特性上求出）从转移特性上求出Q点的切线的斜率点的切线的斜率(作图作图)求求gm第76页/共81页2、基本共源放大电路的动态分析第77页/共81页3、基本共漏放大电路的分析（1）静态分析）静态分析第78页/共81页交流通路交流通路微变等效电路微变等效电路第79页/共81页（2）动态分析）动态分析第80页/共81页感谢您的观看。第81页/共81页