模拟电路课件第二章基本放大电路.ppt

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1、第二章第二章 基本放大电路基本放大电路2.1 基本概念和主要指标基本概念和主要指标2.2 基本共射电路的工作原理基本共射电路的工作原理2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路2.5 晶体管放大电路的三种基本接法晶体管放大电路的三种基本接法2.6 晶体管基本放大电路的派生电路晶体管基本放大电路的派生电路2.7 场效应管放大电路场效应管放大电路2.1.1 放大的概念放大的概念不失真条件下，放大才有意义；不失真条件下，放大才有意义；能量由直流电源提供；能量由直流电源提供；存在能够控制能量的元件存在能够控制能量的元件有源元件（晶体管和场有源元件（晶体管和

2、场效应管）。效应管）。2.1 放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标电子器件通过对直流电源电子器件通过对直流电源能量的控制和转换能量的控制和转换，在输出端获得较，在输出端获得较大的与输入端变化一致的输出信号。大的与输入端变化一致的输出信号。特点：特点：电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输出电压输出电压输入电流输入电流输出电流输出电流任何放大电路均可看成为二端口网络。任何放大电路均可看成为二端口网络。2.1.2 放大电路性能指标放大电路性能指标一、一、放大倍数：输出量与输入量之比放大倍数：

3、输出量与输入量之比将输出等效成将输出等效成有内阻的电压有内阻的电压源，内阻就是源，内阻就是输出电阻。输出电阻。空载时输出电压有效值空载时输出电压有效值带带RL时输出电压有效值时输出电压有效值Ri越大，放大电路从越大，放大电路从信号源索取的电流越信号源索取的电流越小，输入电压越接近小，输入电压越接近信号源电压。信号源电压。从输入端看进从输入端看进去的等效电阻去的等效电阻二、二、输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻Ro越小，负载越小，负载RL变化时，变化时，UO变化越变化越小，称为放大电路带负载能力愈强。小，称为放大电路带负载能力愈强。四、四、最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom、最大输出功

4、率、最大输出功率Pom、效率、效率由于电容、电感及半导体器件由于电容、电感及半导体器件PN结的电容效应，使放大电路在信结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率下限频率上限频率上限频率三、通频带三、通频带通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。VBB：基极回路直流电源，保证发射：基极回路直流电源，保证发射结正偏，与结正偏，与Rb一起确定基极电流一起确定基极

5、电流IB；VCC：集电极回路直流电源，为集电：集电极回路直流电源，为集电结提供反偏压；结提供反偏压；Rc：集电极电阻，将集电极电流变化：集电极电阻，将集电极电流变化转为电压变化；转为电压变化；动态信号作用时：动态信号作用时：输入电压输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降间的电压、管压降称为静态工作点称为静态工作点Q，记作，记作IBQ、ICQ（IEQ）、）、UBEQ、UCEQ。2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.2.1 基本共射放大电路组成及各元件作用基本共射放大电路组成及各元件作用2.2.2 设置静态工作点的必要性设置

6、静态工作点的必要性输出电压必然失真！输出电压必然失真！设置合适的静态工作点设置合适的静态工作点Q，以保证晶体管在信号的整个周期内，以保证晶体管在信号的整个周期内始终工作在放大状态。始终工作在放大状态。饱和失真饱和失真截止失真截止失真底部失真底部失真顶部失真顶部失真动态信号动态信号驮载在静驮载在静态之上态之上输出和输入反相！输出和输入反相！要想不失真，就要在要想不失真，就要在信号的整个周期内保信号的整个周期内保证晶体管始终工作在证晶体管始终工作在放大区！放大区！2.2.3 基本共射放大电路的工作原理及波形分析基本共射放大电路的工作原理及波形分析波形分析波形分析2.2.4 放大电路的组成原则放大电

7、路的组成原则一、组成原则一、组成原则l 静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。l 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够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。获得放大了的动态信号。静态时，静态时，二、二、两种共射放大电路两种共射放大电路1.直接耦合共射放大电路直接耦合共射放大电路静态工作点静态工作点耦合电容的容量应足够大，即对耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用于交流信号近似为短路。其作用是是“隔离直流、通过交流隔离直流、通过交流”。C1、C2为耦合电容！为耦合电容！2.阻容

8、耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路静态工作点静态工作点为研究方便，把直流电源对电路的作用和输入信号对电路的为研究方便，把直流电源对电路的作用和输入信号对电路的作用区分开来，分成直流通路和交流通路。作用区分开来，分成直流通路和交流通路。2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法l 交流通路：交流通路：大容量电容相当于短路；大容量电容相当于短路；直流电源相当直流电源相当于短路（内阻为于短路（内阻为0）。）。2.3.1 直流通路与交流通路直流通路与交流通路l 直流通路：直流通路：Us=0，保留保留Rs；电容开路；电容开路；电感相当电感相当于短路（线圈电阻近似为于短路（线圈电阻近似为0）。）。直流

9、通路用于研究静态工作点；交流直流通路用于研究静态工作点；交流 通路用于研究动态参数。通路用于研究动态参数。VBB越大，越大，UBEQ取取不同值所引起的不同值所引起的IBQ的误差越小。的误差越小。列晶体管输入、输出回路方程，将列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令作为已知条件，令ICQIBQ，可估算出静态工作点。，可估算出静态工作点。基本共射放大电路的直流通路和交流通路基本共射放大电路的直流通路和交流通路直直流流通通路路交交流流通通路路当当VCCUBEQ时，时，直流通路直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路交流通路交流通路

10、例：画出图示电路的直流通路和交流通路。例：画出图示电路的直流通路和交流通路。将将uS短路，即为直流通路。短路，即为直流通路。交交流流通通路路交流通路交流通路直流通路直流通路输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQQIBQICQUCEQ负载线负载线2.3.2 图解法图解法 （已知输入、输出特性）（已知输入、输出特性）（已知输入、输出特性）（已知输入、输出特性）一、一、静态工作点分析：图解二元方程静态工作点分析：图解二元方程二、二、二、二、电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析斜率不变斜率不变l 截止失真截止失真消除方法：增大消除方法：增大VBB，即向上平移输

11、入回路负载线。，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！截止失真是在输入回路首先产生失真！减小减小Rb能消除截止失真吗？能消除截止失真吗？三、波形失真分析三、波形失真分析l 饱和失真饱和失真饱和失真产生于晶体管的输出回路！饱和失真产生于晶体管的输出回路！消除饱和失真的方法消除饱和失真的方法消除方法：增大消除方法：增大Rb，减小，减小VBB，减小减小Rc，减小减小，增大增大VCC。Rb或或或或VBB Rc或或VCC 最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom：比较（比较（UCEQUCES）与（与（VCC UCEQ），），取其小者，除以取其小者，除以 。四、直流负载线和交流负载

12、线四、直流负载线和交流负载线Uom=？Q点在什么位置点在什么位置Uom最大？最大？交流负载线应过交流负载线应过Q点，且点，且斜率决定于（斜率决定于（RcRL）l 形象直观；形象直观；l 适于适于Q点点分析分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析；、失真分析、最大不失真输出电压的分析；l 能够用于大信号分析；能够用于大信号分析；l 不易准确求解；不易准确求解；l 不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数。不能求解输入电阻、输出电阻、频带等参数。五、五、图解法的特点图解法的特点1.在什么参数、如何变化时在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？2.从输出电压上看，哪个从输出电压上看，哪个Q点下最

13、易产生截止失真？哪个点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个点下最易产生饱和失真？哪个Q点下点下Uom最大？最大？例：例：输入回路等输入回路等效为恒压源效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源输出回路等效为电流控制的电流源理想二极管理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。元件建立模型，来描述非线性器件的特性。2.3.3 等效电路法等效电路法 一、一、直流模型：适于直流模型

14、：适于Q点点的分析的分析二、二、晶体管共射晶体管共射h参数等效模型（交流等效模型）参数等效模型（交流等效模型）l 在交流通路中可将晶体管看成在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口输出回路各为一个端口。交流等效模型（按式子画模型）交流等效模型（按式子画模型）电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导在低频、小信号作用下的关系式在低频、小信号作用下的关系式b-e间动间动态电阻态电阻内反馈内反馈系数系数电流放大系数电流放大系数c-e间电导间电导分清主次，合理近似！分清主次，合理近似！h12和和h22的作用可忽略不计。的作用可忽略不计。h参

15、数的物理意义参数的物理意义简化的简化的h参数等效电路参数等效电路交流等效模型交流等效模型查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得由由IEQ算出算出在输入特性曲线上，在输入特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！交流等效电路交流等效电路三、共射三、共射放大电路的动态分析放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析QIBQ35AUBEQ0.65V习题：习题：1.基本共射放大电路的静态分析基本共射放大电路的静态分析基本共射放大电路的动态分析基本共射

16、放大电路的动态分析2.阻容耦合共射放大电路的静态分析阻容耦合共射放大电路的静态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析T（）ICQQ若温度升高时要若温度升高时要Q回到回到Q，可通过，可通过IBQ的减小，抑制的减小，抑制Q点的点的变化，使其保持基本稳定。变化，使其保持基本稳定。ICEO若若UBEQ不变不变IBQQ2.4.1 静态工作点稳定的必要性静态工作点稳定的必要性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Q点不稳定可能会导致静态工点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。而导致失真。Ce为旁路电容，在交流通路

17、中可视为短路为旁路电容，在交流通路中可视为短路2.4.2 静态工作点稳定的静态工作点稳定的典型电路典型电路一、电路组成和一、电路组成和Q点稳定原理点稳定原理为了稳定为了稳定Q点，通常点，通常I1 IB，即，即I1 I2；因此；因此基极电位几乎仅决定于基极电位几乎仅决定于Rb1与与Rb2对对VCC的分压，而与环境温度无关，即的分压，而与环境温度无关，即当温度变化时，当温度变化时，UBQ基本不变。基本不变。Q点稳定原理点稳定原理输出量通过一定方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。输出量通过一定方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。T()ICUE UBE（UB基本不变）基本不变）IB IC

18、Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。点越稳定。反馈概念：反馈概念：由于由于VCC的限制，的限制，Re太大，会使晶体管进入饱和区。太大，会使晶体管进入饱和区。IC通过通过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大，反馈的结果使之减小增大，反馈的结果使之减小Re 的作用的作用反馈结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。反馈结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。分压式电流负反馈工作点稳定电路分压式电流负反馈工作点稳定电路二、静态工作点的估算二、

19、静态工作点的估算Rb上静态电压上静态电压可忽略不计！可忽略不计！利用戴维宁定理等效变换后求解利用戴维宁定理等效变换后求解Q点点利利?弊弊?无旁路电容无旁路电容Ce时：时：三、动态参数的估算三、动态参数的估算2.4.3 稳定静态工作点的措施稳定静态工作点的措施l引入直流负反馈引入直流负反馈l温度补偿：利用温度敏感元件，在温度变化时直接影响输入回路温度补偿：利用温度敏感元件，在温度变化时直接影响输入回路IRIBQIRbT IC IR IBQ ICT IC UE UD UB UBEIC2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法晶体管单管放大电路的三种基本接法2.5.1 基本共集放大电路基本共集放大电路

20、一、电路组成一、电路组成二、静态分析二、静态分析称之为射极跟随器称之为射极跟随器Uo Ui三、动态分析三、动态分析Ri与负载有关！与负载有关！RL带负载电阻后带负载电阻后输入电阻的分析输入电阻的分析Ro与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！特点：特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！常用于多级放大电路的在一定条件下有电压跟随作用！常用于多级放大电路的输入级和输出级，或连接两级起缓冲作用。输入级和输出级，或连接两级起缓冲作用。令令Us为零，保留为零，保留Rs，在输出端加，在输出端加Uo，得：，得：输出电阻的

21、分析输出电阻的分析2.5.2 基本共基放大电路基本共基放大电路静态分析静态分析输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！动态分析动态分析特点：特点：接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽2.5.3 三种接法的比较：空载情况下三种接法的比较：空载情况下2.6 晶体管基本放大电路的派生电路晶体管基本放大电路的派生电路2.6.1 复合管放大电路复合管放大电路一、复合管组成一、复合管组成复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数复合管的组成原则

22、：复合管的组成原则：1.1.正确加压时，每只管子均有合适通路，能够工作于放大状态。正确加压时，每只管子均有合适通路，能够工作于放大状态。2.2.将第一只管子集电极或者发射极作为第二只管子的基极电流。将第一只管子集电极或者发射极作为第二只管子的基极电流。用复合管代替原共射电路中的单管用复合管代替原共射电路中的单管计算动态参数计算动态参数AU，Ri,Ro二、复合管共射放大电路二、复合管共射放大电路计算动态参数计算动态参数AU，Ri，Ro三、复合管共集放大电路三、复合管共集放大电路2.6.2 共射共基放大电路共射共基放大电路将共射电路合共基电路组将共射电路合共基电路组合在一起，既保持共射放合在一起，

23、既保持共射放大电路电压放大能力较强大电路电压放大能力较强的优点，又获得共基放大的优点，又获得共基放大电路较好的高频特性。电路较好的高频特性。分析方法：以公分析方法：以公共的电流为桥梁共的电流为桥梁进行分析。进行分析。2.6.3 共集共基放大电路共集共基放大电路根据场效应管工作在恒流区条件，在根据场效应管工作在恒流区条件，在g-s、d-s间加极性合适的电源间加极性合适的电源2.7 场效应管放大电路场效应管放大电路2.7.1 场效应管放大电路三种接法场效应管放大电路三种接法2.7.2 场效应管放大电路静态工作点的设置场效应管放大电路静态工作点的设置共源、共漏、共栅共源、共漏、共栅一、基本共源放大电

24、路一、基本共源放大电路二、二、自给偏压电路自给偏压电路靠源极电阻上的电压为栅源靠源极电阻上的电压为栅源提供负偏压，称为自给偏压提供负偏压，称为自给偏压只有结型只有结型FET、耗尽型、耗尽型MOS管可以使用自给偏压电路。管可以使用自给偏压电路。三、分压式偏置电路三、分压式偏置电路近似分析时可认近似分析时可认为其为无穷大！为其为无穷大！根据根据iD的表达式求的表达式求gm与晶体管的与晶体管的h参数等效模型类比：参数等效模型类比：2.7.3 场效应管放大电路动态分析场效应管放大电路动态分析一、场效应管低频小信号模型一、场效应管低频小信号模型二、基本共源放大电路的动态分析二、基本共源放大电路的动态分析

25、与共射放大电路类似，共源放大电与共射放大电路类似，共源放大电路具有一定的电压放大能力，且输路具有一定的电压放大能力，且输出电压与输入电压反相，只是共源出电压与输入电压反相，只是共源电路的输入电阻很大。电路的输入电阻很大。三、基本共漏放大电路的动态分析三、基本共漏放大电路的动态分析基本共漏放大电路输出电阻的分析基本共漏放大电路输出电阻的分析2.7.4 场效应管放大电路特点场效应管放大电路特点(1)场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输出反相，输入输出反相，电压放大倍数大于电压放大倍数大于1；输出电阻；输出电阻=Rd。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于小于1且约等于且约等于1；输出电阻小。；输出电阻小。第三章习题：3.2c、d、3.4、3.6、3.7 第三章习题：3.2c、d、3.4、3.6、3.7 第三章习题：3.2c、d、3.4、3.6、3.7 第三章习题：3.2c、d、3.4、3.6、3.7