模电 基本放大电路PPT课件

1、二、放大电路的性能指标放大电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro 。断开时的输出电压。断开时的输出电压。载电阻载电阻是空载输出电压，即负是空载输出电压，即负LoRU 同一个的放大电路，在幅值相同但频率不同的 下， 也会不同。iUoU信号源由信号源由 和内阻和内阻RS串联组成，串联组成， 是放大电路的输入电压；是放大电路的输入电压； 是放大电路的输出电压。是放大电路的输出电压。iUsUoU放大电路不包括负载电阻1.示意图输入电流输出电流第1页/共82页 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

2、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：iouuuUUAA电流放大倍数：电流放大倍数：ioiiiIIAA互阻放大倍数：互阻放大倍数：iouiIUA互导放大倍数：互导放大倍数：ioiuUIA iiiIUR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。iUSU放大电路信号源第2页/共82页输出电阻 任何放大电路从输出端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

3、的电压源，其中的内阻称为成一个有内阻的电压源，其中的内阻称为输输出电阻出电阻Ro。 Ro可以从放大电路本身来计算，可以从放大电路本身来计算，也可以通过实验室测量出也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：LoooooLLoRUURURRRU 1 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。而前一级放大电路是后

4、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3页/共82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。LHbwfff 通频带通频带 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

5、分之比称为非线性失真系数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12322213212AAAAAAAD中频放大倍数放大倍数的幅值随频率变化的曲线第4页/共82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

6、值Uom表示。表示。 在输出信号不失真的情况下，负载上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。VomPP第5页/共82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第6页/共82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第7页/共82页当ui=0

7、时，只有直流分量IB、IC、IE、UBE、UCE。(静态)IBICUCEIEUBEUBEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOUCE第8页/共82页iBiCuCEiEuBEui0)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9页/共82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。IBQICQUCEQUBEQCEOBQCQ III BQBQ II bBEQBBBQ RUUI 所以所以列方程求解静态

8、工作点的方法叫估算法。 V2 . 0V7 . 0:eiBEQGSU第10页/共82页ICUCEOIBUBEO结论：QIBUBEQUCEIC第11页/共82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12页/共82页三、放大电路的工作原理及波形分析UBEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOu

9、itOUCEuotOiBiCuCEuBEuBE = UBE+ ube iB=IBQ+ibiC=ICQ+ic =iB uCE = UCE+ uce uCE = VCC iC RC uce = uo第13页/共82页+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析第14页/共82页uitOuotO第15页/共82页四、放大电路的组成原则1、组成原则 uCE = VCC iC RC 第16页/共82页2、常见的两种共射放大电路 直接耦合共射放大电路12bBEQbBEQCCBQRURUVIBQBQCQIIICCQCCCEQRIVU)(LCCQCCCLLCEQRRIVRRRU

10、 无负载时的静态工作点：（令 ）0iu（思考：为什么Rb1不可缺少？）接负载时的静态工作点：BI1BI2BI1bUBEUCILCEQCCEQCCCQRURUVI 第17页/共82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+UBEUCEICIBIE0iu第18页/共82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。bBEQCCBQ RUUI 所以所以bQRUICCB CQIBQBQ II 当UBE UCC时，+VCCRbRCT+UBEUCEICIB求静态工作点：第19页/共82页2.3 放大电路

11、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）uA流经电容视为开路， 电感视为短路。信号源用短路代替，但 内阻要保留。交流电流流经的通路。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20页/共82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21页/共82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22页/共82页二、图解法bBBBBERiVu 输入回路输

12、入回路作图求解静态工作点的方法叫图解法。iBiCuCEuBE),(BQBEQbBBBBEIUQRiVu的交点确定的交点确定由输入特性曲线与直线由输入特性曲线与直线 1、由图解法求静态工作点思考：直流负载线方程怎么得来？直流通路直流通路第23页/共82页“直流负载线”“直流负载线”叫做叫做根据此方程画出的直线根据此方程画出的直线，输出回路输出回路CCCCCERiVu iBiCuCEuBE),(CQCEQBQBIUQII定定与直流负载线的交点确与直流负载线的交点确这条输出特性曲线这条输出特性曲线由由 直流负载线第24页/共82页2、由图解法求电压放大倍数加入输入信号uI，bBIBBBERiuVuI

13、oICEuuuuuABIiu 确定确定由由 oCBuii 确定确定由由beBEuu 就是就是 第25页/共82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也会出现负半周失也会出现负半周失真，真，uce（uO）正半周失真）正半周失真。第26页/共82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。与负载线的交点与负载线的交点这条输出特性曲线这条输出特性曲线BBQiI 第27页/共82页4、交

14、流负载线阻容耦合共射放大电路交流通路交流通路icuceCEQLCQCCEQLCcCEQceCEURIiURRiUuu )()/(点点说说明明交交流流负负载载线线过过时时，从从上上式式：当当QUuIiCEQCECQC LLCEQCQCELCRRUIuRi 11知交流负载线的斜率为知交流负载线的斜率为）（另外，另外，LRQ /1为为点且斜率点且斜率结论：交流负载线过结论：交流负载线过交流负载线方程第28页/共82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om2,UUVUUCEQCCCESCEQ得得到到有有效效

15、值值并并除除以以的的最最小小值值）与与（取取（ 直流负载线带负载时最大不失真输出电压Uom的求法:om2,URIUULCQCESCEQ得得到到有有效效值值除除以以中中的的小小者者）与与取取（ 第29页/共82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30页/共82页1）晶体管的h参数交流小信号模型（微变等效电路） 采

16、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：),(CEBBEuifu ),(CEBCuifi CEICECBUBCCCEICEBEBUBBEBEuuiiiiiuuuiiuuBCEBCEdddddd求全微分：表示共射极接法表示共射极接法下表中的下表中的ehUhIhIUhIhUUuiIiiIUuuIiuUICECUBCIU ce22eb21ecce12eb11ebecebcceCEBEbBBEbeBCEBCEbeBEBEdUuu对应于对应于的变化部分，的变化部分，代表代表第31页/共82页表示共射极接法表示共射极接法下表中的下表中的ehUh

17、IhIUhIhUUuiIiiIUuuIiuUICECUBCIU ce22eb21ecce12eb11ebecebcceCEBEbBBEbeBCEBCE表示共射极接法表示共射极接法下标中的下标中的ehUhIhIUhIhUUuiIiiIUuuIiuUICECUBCIU ce22eb21ecce12eb11ebecebcceCEBEbBBEbeBCEBCE第32页/共82页h参数的物理意义及求解方法：ber012eh：CEBBEe11Uiuh ：BCEBEe12Iuuh 等效动态电阻输入曲线基本重合小大第33页/共82页 e22e22CECe22e21BCe2110:BCEhhuihhiihIU，

18、小大第34页/共82页简化的h参数等效模型（微变等效电路） ：berh e11012eh e21h e221h第35页/共82页rbe的求法：bb r基区体电阻，几十几百欧姆CQTbbBQTbbEQTbbbe)1(IUrIUrIUrr 为为静静态态集集电电极极电电流流。，常常温温下下为为式式中中：CQIUmV26T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36页/共82页2）微变等效电路法分析共射放大电路的动态参数bebCiorRRUUAu （2）输入电阻（1）电压放大倍数iRbebiiirRIUR 微变等效电路第37页/共82页（3）输出电阻）输出电阻oR那么那么

19、0000 SUIUR，所以所以00, 0bbs IIU CRIUR 000因为0S U0I0I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 ，则输出电阻为：oU第38页/共82页例题1。，V7.0100100K1.5V12K24V1BEQbbCbBB UrRVRVCC 已知。、0RRAiu求：（1）静态工作点；（2）第39页/共82页解：解：（1）求静态工作点：）求静态工作点：A5 .1210247 . 013bBEQBBBQ RUVImA25. 1105 .121006BQCQ II V63. 5101 . 51025. 11233CCQCCCEQ RIVU直流通

20、路直流通路第40页/共82页（2）动态分析）动态分析 K1 . 5K2 .265 .19)(K2 . 2mA25. 1mV261001000bebCbebbbi0uCQTbbbeCbebiiiCRRrRIURrRRrRIRIUUAIUrr 微变等效电路微变等效电路第41页/共82页例题2。，V7 . 080150K3V12,K3K510BEQbbCLb UrRVRRCC 。、0RRAiu,K2S R?0SusUUA求已知：求：（1）（2）第42页/共82页解：（1）先求静态工作点：A2 .22mA5107 . 012bBEQCCBQ RUVImAmAIIBQCQ77. 10222. 080）（

21、VRIVUCCQCCCEQ69. 6377. 112直流通路直流通路第43页/共82页 KRRC303600 usiiisisusARRRUUUUUUA（2）微变等效电路微变等效电路90/0 beLbebLCbiurRrIRRIUUA ）（ KrRIURbebiii33.1/第44页/共82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 ，工作点向截止区移动） CI CBBEIIU2、解决思路：设法在时，使外加的 第45页/共82页3、解决办法：二、典型的静态工作点稳定电路第46页/共82页1、电路分析

22、CCb2b1b1BQ1BQ12VRRRUIIII BQ1II 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47页/共82页2、静态工作点的估算)(ecCQCCCEQCQBQCQeBEQBQEQCCb2b1b1BQRRIVUIIIRUUIVRRRU ),1/(121BQbbeIIRRR 时时当当 （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48页/共82页3、动态参数的估算（1）无旁路电

23、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。cRR 0ebeLcebebLcbiuRrRRRrIRRIUUA)1 (/()1 (/(0）)1 (/21ebebbiRrRRR第49页/共82页（2）具有旁路电容的阻容耦合电路动态参数计算：beLcbebLcbiurRRrIRRIUUA）/(/(0 bebbirRRR/21 cRR 0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50页/共82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

24、BQRRbRbbCCbBEQCCRbIIIIRVRUVI 基本不随温度变化基本不随温度变化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51页/共82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52页/共82页2.5 晶体管单管放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

25、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53页/共82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54页/共82页2、静态工作点的计算输入回路：eBQBEQbBQeEQBEQbBQBBRIURIRIURIV）（1BQEQII）（ 1IBQIEQ直流通路直流通路ebBEQBBBQRRUVI）（ 1eEQCCCEQRIVU 第55页/共82页3、动态参数计算0RRAiu、ebebeeebebbeeiuRrRRRIrRIRIUUA）（）（）（ 1)(1010uA无电压放大作用，但有电流放大作用

26、。beberRR）（1当时，Au1，电压跟随器。交流通路交流通路微变等效电路微变等效电路第56页/共82页ebebbeebebbiiiRrRIRIrRIIUR）（）（ 1输入电阻大。从信号源索取的电流小。第57页/共82页 1/111111100000000bebeebebebebeerRRRrRRUIRUIURUIUIUR）（）（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。 0S U0I令信号源电压

27、，保留内阻，断开负载电阻，然后在输出端加一正弦信号 ，产生 oU第58页/共82页微变等效电路微变等效电路例题：交流通路交流通路第59页/共82页1、静态工作点的计算：ebBEQCCBQRRUVI）（1BQEQII）（ 1eEQCCCEQRIVU2、动态参数计算）（）（）（）（LebbebLebiuRRIrIRRIUUA/1/10 )/(1)/(1LebeLeRRrRR）（）（ 第60页/共82页iiiIUR 1/000bsbeeRRrRIURbsbeebbRRrURUIIII/1000 ）（ /(1/LebebRRrR）（ 第61页/共82页二、基本共基放大电路1、静态工作点计算1EQBQe

28、BEQBBEQIIRUVIBEQCCQCCBEQCCQCCEQCQCEQURIVURIVUUU）（第62页/共82页2、动态参数计算ebecebebcbiuRrRRrIRIUUA)1()1(0 cbeeebebeeiiiRRrRIrIRIIUR 01 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。uA第63页/共82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1212111211211BBBCCCiiiiii）（）（ 212121 数数为为

29、复复合合管管的的电电流流放放大大系系 第64页/共82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65页/共82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66页/共82页21121211111211/1/bebeLcbebbebLcbrrRRrIrIRRI）（）（）（）（ 1/211bebebirrRR）（ 2、复合管共射放大电路11212121221beecbccIIIIIII 2211/bebbebLccurIrIRRIA ）（微变等效电路第67页/共82页

30、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68页/共82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69页/共82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：DSQDQGSQUIU、GGGSQVUdDDDDSRiVu第70页/共82页（2）利用管子的转移特性求Q21）（）（ thGSGSDODUuIi21）（）（offGSGSDSSDUuIi 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：21）（）（ thGSGGDODQUVIIdDQDDDSQRIVU 第71页/共82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