基本放大电路组成.ppt

(2-1),第二章 基本放大电路,2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标 2.2 基本共射放大电路的工作原理 2.3 放大电路的分析方法 2.4 放大电路静态工作点的稳定 2.5 晶体管单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,(2-2),2.1 放大电路的基本概念,2.1.1 放大的概念 2.1.2 放大电路的主要技术指标,(2-3),2.1.1 放大的概念,放大电路用于放大微弱信号，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。,Au,放大的本质：能量的控制和转换,(2-4),放大电路的结构示意框图,放大的前提：不失真 要求：晶体管工作在放大区,返回,(2-5),2.1.2 放大电路的主要技术指标,(1)放大倍数 (2)输入电阻Ri (3)输出电阻Ro (4)通频带,返回,(2-6),放大倍数,对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数,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。,放大倍数的定义,(2-7),电压放大倍数定义为 ：,电流放大倍数定义为 ：,电压对电流的放大倍数定义为 ：,电流对电压的放大倍数定义为 ：,重点,返回,(2-8),(2) 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的定义,返回,(2-9),(3) 输出电阻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是从放大电路输入端看进去的等效输出电阻：,(2-10),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。,返回,(2-11),(4) 通频带,相应的频率fL称为下限频率， fH称为上限频率。,通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力,通频带fbw= fH fL 越宽表明放大电路对不同信号的适应能力越强,返回,(2-12),2.2.1 共射放大电路的组成及各元件的作用 2.2.2 设置静态工作点的必要性 一、静态和动态 二、为什么要设置静态工作点 三、直流通道和交流通道 2.2.3 基本共射放大电路的工作原理及波形分析 2.2.4 放大电路的组成原则,2. 2 基本共射放大电路的工作原理,(2-13),三种三极管放大电路,共射极放大电路,共基极放大电路,共集电极放大电路,以共射极放大电路为例讲解工作原理,(2-14),2.2.1共射放大电路的组成及各元件的作用,基本组成如下： 三 极 管T 负载电阻Rc 、RL 偏置电路VCC 、Rb 耦合电容C1 、C2,将变化的集电极电 流转换为电压输出。,提供电源，并使三 极管工作在线性区。,输入耦合电容C1保证信号加到 发射结，不影响发射结偏置。 输出耦合电容C2保证信号输送 到负载，不影响集电结偏置。 大小为10F50F,起放大作用。,放大元件iC= iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,参考点,(2-15),2.2.2 设置静态工作点的必要性,静态 Vi=0 时，放大电路的工作状态， 也称直流工作状态。 动态Vi 0 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。,(1) 静态和动态,(2-16),由于电源的存在IBQ0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,（2）静态工作点,( ICQ,UCEQ ),(IBQ,UBEQ),(2-17),(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。,已知,(2-18),静态工作点的表达式：,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,( ICQ,UCEQ ),(IBQ,UBEQ),(2-19),没有设置合适的静态工作点,静态工作点影响电路几乎所有的动态系数,对放大电路的要求： 1、不能失真 2、能够放大,(2-20),(3) 直流通道和交流通道,直流通道 交流通道,即能通过直流的通道。从C、B、E 向外看，有直流负载电阻， Rc 、Rb 。,能通过交流的电路通道。如从C、 B、E向外看，有等效的交流负载电阻， Rc/RL和偏置电阻Rb 。,(2-21),例：,对直流信号（只有+VCC）,(2-22),对交流信号(输入信号ui),(2-23),(2-24),2.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析,(2-25),2.2.4 放大电路的组成原则,一、组成原则 1.必须根据所用放大管的类型提供电源,以设置合适的Q点。对于三极管，发射结正偏，集电结反偏； 2.电阻取值得当,与电源配合,使放大管有合适的Q点电流. 3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路. 4.当负载接入时,必须保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载,从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压.,(2-26),二、常见的两种共射极放大电路,静态工作点的表达式：,1、 直接耦合共射放大电路,(2-27),2、 阻容耦合共射放大电路,静态工作点的表达式：,(2-28),2.3 放大电路的基本分析方法,2.3.1 放大电路的静态分析 2.3.2 放大电路的动态图解分析 2.3.3 放大电路微变等效电路分析法 2.3.4 共射组态基本放大器工作点稳定问题 2.3.5 共集、共基组态基本放大电路,(2-29),放大电路的分析方法,(2-30),2.3.1 放大电路的静态分析,静态分析有计算法和图解分析法两种。（1）静态工作状态的计算分析法（2）静态工作状态的图解分析法,(2-31),静态工作状态的计算分析法,根据直流通道可对放大电路的静态进行计算,(2-32),例：用估算法计算静态工作点。,已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级。,(2-33),静态工作状态的图解分析法,利用三极管的输入和输出特性曲线画图求解,(2-34),放大电路静态工作状态的图解分析,(2-35),3. 由直流负载列出方程 VCE=VCCICRc 4. 在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可 画出直流负载线。,直流负载线的确定方法：,VCC 、 VCC /Rc,1. 在输入回路列方程式VBE =VCCIBRb,2. 在输入特性曲线上，作出输入负载线，两 线的交点即是Q。,5. 得到Q点的参数IBQ、ICQ和VCEQ。,返回,直流负载线,(2-36),例题： 电路如图所示，设BJT的=80，Vbe = 0.6V,试分析当开关S分别接通A，B，C三位置时，BJT各工作在其输出特性曲线的哪个区域，并求出相应的集电极电流Ic,(2-37),解：1）当开关S接通A位置时，BJT工作在其输出特性曲线的饱和区，相应的Ic = 12V / 4K = 3 mA 。 2）当开关S接通B位置时，BJT工作在其输出特性曲线的放大区， 相应的Ic = （ 12V / 500K ）= 80 *24 uA = 1.92 mA 。 3）当开关S接通C位置时，BJT工作在其输出特性曲线的截止区，相应的Ic = 0 mA,(2-38),2.3.2 放大电路的动态图解分析,（1）交流工作状态的图解分析 （2）交流负载线 （3）最大不失真输出幅度 （自学）,(2-39),(1)交流工作状态的图解分析,RL,(2-40),通过图解分析，可得如下结论： 1. vi vBE 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；,(2-41),（2）交流负载线（动态信号遵循的负载线）,交流负载线确定方法： 1.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜 率为-1/RL 。,2.RL= RLRc， 是交流负载电阻。,3.交流负载线是有交流 输入信号时Q点的运 动轨迹。,4.交流负载线与直流 负载线相交Q点。,图 03.11 放大电路的动态 工作状态的图解分析,返回,(2-42),2.3.3 放大电路微变等效电路分析法,一、晶体管的直流模型及静态工作的估算法 二、晶体管共射H参数等效模型 三、共射放大电路动态参数的分析,(2-43),一、晶体管的直流模型及静态工作点的估算法,UBEQ =0.7V ICQ = IBQ,(2-44),1.在低频下，可将三极管看成一个线性双口网络。 2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。 3.在小信号变化量作用下的等效电路，只能用于放大动态小信号的分析。,二、晶体管共射H参数等效模型,（1）H参数等效模型的由来,(2-45),令 0,令 0,(2-46),(2) h参数微变等效电路简化模型,三极管简化h参数模型,(2-47),（3)模型中的主要参数,rbe三极管的交流输入电阻,rbeQ= rbb + rbe 300 +(1+) 26 / IEQ,iB输出电流源,三极管简化h参数模型,(2-48),三、共射放大电路动态参数的分析,(2-49),动态参数的分析： 1、AU 2、Ri 3、Ro,特点：负载电阻越小，放大倍数越小。,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较大的的输入电阻。,所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。,(2-50),2.4 放大电路静态工作点的稳定,2.4.1 静态工作点稳定的必要性,( ICQ,UCEQ ),(IBQ,UBEQ),rbeQ= rbb + rbe 300 +(1+) 26 / IEQ,(2-51),为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。,T,UBE,ICEO,Q,(2-52),温度对UBE的影响,(2-53),温度对 值及ICEO的影响,(2-54),小结,Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真以及放大倍数的变换。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,(2-55),图 晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线,2.4 放大电路静态工作点的稳定,(2-56),(1)电路的组成和Q点的稳定原理 (2) 直流计算 (3) 交流计算,2.4.2典型的静态工作点稳定电路,(2-57),(1)电路的组成和Q点稳定原理,(2-58),Rb1和Rb2系偏置电阻。C1是耦合电容，将输入信号vi耦合到三极管的基极。 Rc是集电极负载电阻。Re是发射极电阻，Ce是Re的旁路电容。,C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻RL上。 Rb1、Rb2、Rc和Re处于直流通道中。Rc 、RL相并联，处于输出回路的交流通道之中。,直流通路,交流通路,(2-59),稳定静态工作点的原理,B点 稳定Q点的原理：设I1Ib，对Si管10倍 ，对Ge管20倍 则有： V b= VCC Rb2 / (Rb1+Rb2),当某种原因影响IC IE UE UBE Ib IC,返回,(2-60),(2) 直流计算,(2-61),例：已知=50， VCC=12V， RB1=7.5k， RB2=2.5k， RC=2k， RE=1k， 求该电路的静态工作点。,返回,(2-62),(3) 交流计算,(2-63),如果去掉CE，放大倍数怎样？,(2-64),去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：,可见，去掉CE后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。,(2-65),问题：Au 和 Aus 的关系如何？,定义：,(2-66),例题：,电路如图示，Vcc12v，si管，Vcc12v， 50 .计算 （1）Q点（2）Au（3）Ri（4）Ro,(2-67),(2-68),返回,(2-69),2.4.3稳定静态点的措施,典型的静态工作点稳定电路利用负反馈稳定点, 图中则采用温度补偿的方法来稳定Q点,IRb,IR,IBQ,当T IR IB IC IC,当T UD UB UBE IC IC,(2-70),2.5 晶体管单管放大电路的三种接法,2.5.1基本共集放大电路,一.电路的组成:晶体管应工作在放大区,即发射结正偏,集电结反偏,(2-71),二.静态分析,VBB=IBQRb+UBEQ+IEQRe=IBQRb+UBEQ+(1+)IBQRe,使得到基极静态电流IBQ、 发射极静态电流IEQ和 管压降UCE,(2-72),三、动态分析,电路中的晶体管用其h参数等效模型取代便得到共集电路的交流等效电路.,(2-73),1.,所以,但是，输出电流Ie增加了。,2.,输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,结论：,(2-74),输入电阻和输出电阻,(1) 输入电阻,输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小且取得的信号大。,(2-75),(2)输出电阻,所以输出电阻的表达式为,等效回路电阻Rb等效到射极回路时，应减少到原来的,(2-76),射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,所谓带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变。,一般：,所以：,(2-77),例：已知射极输出器的参数如下：RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，VCC=12V,求Au 、 ri和ro 。 设：RS=1 k， 求：Aus 、 ri和ro 。 3 . RL=1k时，求Au 。,(2-78),RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100， VCC =12V,(2-79),RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100， VCC =12V,1. 求Au 、 ri和ro 。,rbe=2.8 k，RS=0,(2-80),2. 设：RS=1 k， 求：Aus 、 ri和ro,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V,rbe=2.8 k，RS=0,(2-81),RL=1k时,3. RL=1k和时，求Au 。,比较：空载时, Au=0.995 RL=5.6k时, Au=0.990 RL=1k