模拟电路节PPT课件

1、2021-11-28放大器的基本概念放大器的基本概念 放大器放大器: : 基本的电子电路，在广播、通信、测量等方面有着广泛应用。 根据电路结构不同: 直接耦合放大器直接耦合放大器和交流耦合放大器交流耦合放大器； 根据放大器级数的多少: 单级放大器单级放大器和多级放大器多级放大器； 若为晶体管放大器:共射、共基、共集放大器，共射、共基、共集放大器， 若为场效应管放大器:共源、共栅、共漏放大器共源、共栅、共漏放大器。 第1页/共83页2021-11-28 一个放大器应包括以下几部分： 输入信号源、有源器件、输入输出耦合电路、负载、直流电源、相应的偏置电路 第2页/共83页2021-11-28基极偏

2、置电流为：对于硅管来说， ;对于锗管 。 BBEQBBBQRUVIV7 . 0BE(on)BEQUUV2 . 0BE(on)BEQUU第3页/共83页2021-11-28 :集电极回路的直流电源，通过集电极偏置电阻 使集电结为反向偏置。耦合电容耦合电容( (隔直电容电容隔直电容电容) ): : 容量足够大，对交流信号近似短路，在电路中用来隔断直流，传送交流。 若电路参数选择得当, 的幅度将比 大得多，且波形形状相同，从而达到放大的目的。CCVCRouiu第4页/共83页2021-11-28放大器的主要技术指标放大器的主要技术指标 1. 1. 放大倍数放大倍数 放大倍数放大倍数( (增益增益)

3、): 衡量放大器放大能力的指标，当输入正弦信号时，用输出量与输入量的正弦相量之比来表示。(1)(1)电压放大倍数电压放大倍数iouUUA(2)源电压放大倍数 sousUUA第5页/共83页2021-11-28(3)(3)电流放大倍数电流放大倍数(4)(4)源电流放大倍数源电流放大倍数(5)(5)互阻放大倍数互阻放大倍数 (6)(6)互导放大倍数互导放大倍数ioiIIASoisIIAiorIUAiogUIA第6页/共83页2021-11-28基极偏置电流为：对于硅管来说， ;对于锗管 。 BBEQBBBQRUVIV7 . 0BE(on)BEQUUV2 . 0BE(on)BEQUU第7页/共83页

4、2021-11-28 2. 2. 输入电阻输入电阻 3. 3. 输出电阻输出电阻 （1 1）分析法）分析法： iiiIUR iiiIUR LS0oRUIUR第8页/共83页2021-11-28（2）实验法实验法： 4. 通频带通频带 上限截止频率上限截止频率: : 当信号频率升高，使放大器放大倍数下降为中频放大倍数的0.707倍(即下降3dB)时，所对应的信号频率 。下限截止频率下限截止频率: 信号频率降低时，使放大倍数降为中频放大倍数的0.707倍时，所对应的信号频率 。通频带通频带: : 和 之间的频率范围，用 表示，即： Looo1RUURHfHfLfLf7 . 0BWLH7 . 0ff

5、BW第9页/共83页2021-11-28第10页/共83页2021-11-28 5. 5. 非线性失真系数非线性失真系数非线性失真系数非线性失真系数(D)(D): 放大电路在某一频率的正弦输入信号作用下，输出信号的谐波成放大电路在某一频率的正弦输入信号作用下，输出信号的谐波成分总量和基波分量之比，即：分总量和基波分量之比，即： %10012322 UUUD 6. 最大输出幅度最大输出幅度: 放大电路输出信号非线性失真系数不超过额定值时的输出信号最大值，一般用有效值 (或 )表示，也可用峰峰值 (或 )表示。 omUomIoppUoppI第11页/共83页2021-11-28 7.7.最大输出功

6、率与效率最大输出功率与效率 最大输出功率最大输出功率: : 输出信号在不失真的情况下能输出的最大功率，用 表示。放大电路的输出功率放大电路的输出功率: 通过晶体管的控制作用把电源的直流功率转化为随信号变化的交变功率而得到的。放大器效率放大器效率： omPVoPP第12页/共83页2021-11-282.2 2.2 共射放大器的工作原理与分析方共射放大器的工作原理与分析方法法共射放大器的工作原理共射放大器的工作原理分析方法分析方法温度对工作点的影响与分压式偏置电路温度对工作点的影响与分压式偏置电路第13页/共83页2021-11-28共射放大器的工作原理共射放大器的工作原理共射电路共射电路：输入

7、回路和输出回路共用发射极。发射结上总电压为：基极总电流为：工作在放大区的三极管，集电极总电流为：相应的三极管输出电压为： beBEQBEuUubBQBiIicCQBCiIiiceCEQcLCCQCCCCE/uUiRRIRVuCQCCCCEQIRVUcLCce)/(iRRu，放大器工作原理第14页/共83页2021-11-28基极偏置电流为：对于硅管来说， ;对于锗管 。 BBEQBBBQRUVIV7 . 0BE(on)BEQUUV2 . 0BE(on)BEQUU第15页/共83页2021-11-28 分析方法分析方法 1. 图解法 图解法图解法: 以三极管的特性曲线为基础，在特性 曲线上用作图

8、的方法来分析放大电路的工作状 态。（1） 静态分析 1)画出直流通路: .第16页/共83页2021-11-28NA40BBBBBEQBBBQRVRUVI.2)由输入回路计算基极电流。3)在三极管输出特性曲线上作直流负载线。CCCCCERIVU第17页/共83页2021-11-28 输出回路中，线性部分的电压、电流关系由下列方程确定： 直流负载线直流负载线: : 开路电压点 和短路电流点 ，连接M、N两点即得到一条直线，该直线的斜率为 。CCCCCERIVU)0 ,(MCCV), 0(NCCCRVC1R第18页/共83页2021-11-284)求静态工作点Q。静态工作点静态工作点: 直线MN和

9、 的输出特性曲线相交于Q点。 Q点对应的电压、电流值就是静态工作情况下三极管的 和 ： , 。A40BQICEQUCQIV6CEQUmA5 . 1CQI静态工作点的选择与波形失真第19页/共83页2021-11-28第20页/共83页2021-11-28（2）动态分析 1)画出交流通路。 第21页/共83页2021-11-282)根据 在输入特性上求 。 设放大器输入端电压 ，三极管发射结上总电压: 在三极管输入特性上可以画出对应的 的波形:.)V(sin02. 0tuitsin02. 0BEQiBEQBEUuUubBQBiIiBiiuBi第22页/共83页2021-11-283)在输出特性上

10、过Q点作交流负载线。 在交流通路中，输出回路电压与电流的关系为： ， ， 。 交流负载线交流负载线: : 在三极管输出特性上，过Q点作出直线AB，直线AB的斜率为 。LcceRiuCEQCEceUuuCQCcIiik2/LCLRRRL1R第23页/共83页2021-11-284）由 的变化在输出特性上求 和 。在正半周，放大器的动态工作点由Q移到Q ；在负半周，放大器的动态工作点由Q移到 。 动态范围动态范围: : 直线段 是动态工作点移动的轨迹。 输出信号交流分量 ，而 ，所以该放大器电压放大倍数为：倒相作用倒相作用：交流输出电压和输入电压相位差是 ，共射放大器为反向放大器。BiCiCEuQ

11、 QQ V6 . 1ouV02. 0iu80iouuuAo180第24页/共83页2021-11-28（3） 静态工作点的选择与波形失真截止失真截止失真：工作点偏低时，由于工作范围有一部分已进入截止区,使 的底部、 顶部的波形出现失真。CiCEu第25页/共83页2021-11-28饱和失真饱和失真：工作点偏高时，工作范围有一部分已进入饱和区，使 的顶部、 的底部波形出现失真。 为了得到最大不失真输出电压（电流），静态工作点Q应设在交流负载线上对应于 和 两点间的中点。CiCEusat)(CECEUu0Bi第26页/共83页2021-11-28 2.微变等效电路法（1）静态分析 1）画出直流通

12、路。 2）根据电路结构建立方程并求解直流工作点。CQCCCCEQBQCQBBBBBEQBBBQIRVUIIRVRUVI5 .37由 ，得：A40BQImA5 . 1CQIV6CEQU第27页/共83页2021-11-28.CQCCCCEQBQCQBBBBBEQBBBQIRVUIIRVRUVI第28页/共83页2021-11-28 3) 求 。 )()mA()mV(26)1 (EQbbbeIrrber 200bbr867ber 其中 得 （2）动态分析 1)画出交流通路。 2)画出微变等效电路。 第29页/共83页2021-11-28)()mA()mV(26)1 (EQbbbeIrr第30页/共

13、83页2021-11-28bebirIULbLCco)/(RIRRIU5 .86867. 04/45 .37beLiourRUUA第31页/共83页2021-11-28iiiIUR biiURBi867/beBrRbeiBiirURUU求输入电阻求输入电阻第32页/共83页2021-11-28LioRUIUR0求输出电阻求输出电阻第33页/共83页2021-11-28LioRUIUR0求输出电阻求输出电阻第34页/共83页2021-11-28LioRUIUR0求输出电阻求输出电阻第35页/共83页2021-11-28求源电压放大倍数求源电压放大倍数iSiusiioSousRRRAUUUUUUA

14、9 .548675008675 .86usA第36页/共83页2021-11-283. 两种分析方法的比较 （1）图解法比较直观，分析大信号电路或功率放大电路时比较合适，但比较繁琐，当电路规模较大时，图解法不再适用； （2）微变等效电路法比较方便，适合于小信号电路的分析，也适合于复杂放大电路的分析，但不够形象直观，不宜分析工作点是否合适以及求取输出信号最大动态范围等问题。第37页/共83页2021-11-28温度对工作点的影响与分压式偏置温度对工作点的影响与分压式偏置电路电路1. 温度对工作点的影响 要求放大器性能稳定，必须首先设计工作点Q对温度不敏感的偏置电路。 2. 射极偏置电路（1）电路

15、结构 具有热稳定性的射极偏置电路，在电路结构上采取了两点措施： 采用分压式电路固定基极电位； 发射极接入电阻实现自动调节作用。 第38页/共83页2021-11-28基极电位：自动调节过程可表示为：T 该电路能有效地稳定静态工作点，所以又称为工作点稳定电路。 CCB2B1B2BQVRRRUCQICQIEQIERUBEQUBQI温度对工作点的影响与分压式偏置电路第39页/共83页2021-11-28温度对工作点的影响与分压式偏置电路（2）电路的静态分析当I1 IBQ， 且足够大时：EQCECCCQCEQECCCEQEBEQBQEQCCB2B1B2BQ)(IRRVIRIRVURUUIVRRRU第4

16、0页/共83页2021-11-28（3）电路的动态分析 温度对工作点的影响与分压式偏置电路第41页/共83页2021-11-28（3）电路的动态分析)/(LCboRRIUEbbebi1RIrIU温度对工作点的影响与分压式偏置电路EbeLCiou)1 ()/(RrRRUUAEbeB2B1i)1 (/RrRRRCoRR 第42页/共83页2021-11-28（4）结论旁路电容旁路电容: : 为了在稳定工作点的同时又不降低电压增益，可以在发射极电阻RE上并联一个大电容。 接入后，对电路工作点没有影响，而电路的三项动态指标分别是： beLCu)/(rRRAbeLCu)/(rRRAbeB2B1i/rRR

17、R CoRR 第43页/共83页2021-11-282.3 2.3 三种组态三极管放大器的分三种组态三极管放大器的分析与比较析与比较共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器三种组态三极管放大器的比较三种组态三极管放大器的比较第44页/共83页2021-11-28共基放大器共基放大器 第45页/共83页2021-11-281. 静态分析 直流通路与共射电路的相同，工作点求解: ， ，2. 动态分析V79. 2BQUmA46. 1EQIV5CEQU第46页/共83页2021-11-28输入、输出回路方程 又 电压增益： 它的极性与共射接法相反，即输出与输入同相。 )/(LCboRRIUbebirI

18、U110826)1 (EQbbbeIrr25.90)/(beLCiourRRUUA第47页/共83页2021-11-28iEi/ RRR 根据电路列出方程组： 所以放大器输出电阻为：bbebebiIIIrIU1rIURbeeii4 .211/beEirRRk3 . 3CoRR,第48页/共83页2021-11-28共集放大器共集放大器第49页/共83页2021-11-281. 静态分析列出求解工作点方程组： 将电路参数代入并求解方程组得： EQECCCEQBQEQEQEBEQBQBCC)1 (IRVUIIIRUIRVV43.7,mA14.1CEQEQUI第50页/共83页2021-11-282

19、. 动态分析)/()1 (LEboRRIU)/()1 (LEbbebiRRIrIUk36. 126)1 (EQbbbeIrr987. 0)/)(1 ()/)(1 (LEbeLEiouRRrRRUUA第51页/共83页2021-11-28电路输入电阻： 求得： 由此可见，它的输入电阻比共射和共基接法时大。iBi/RRR k36.103)/()1 (LEbeiRRrRk76.76)/()1 (/LEbeBiRRrRR第52页/共83页2021-11-28oEo/ RRR 根据电路列出方程组： bbSbbebIIIRIrIU第53页/共83页2021-11-28所以： 由此可见，它的输出电阻较小。

20、共集电路电压放大倍数小于1，但接近于1，且输出电压和输入电压同相。 共集电路称为射极跟随器射极跟随器。 共集电路可作为多级放大器的输入级、隔离级和输出级，应用广泛。1beSorRIUR365136. 1300/5 . 0/41/beBSEorRRRR第54页/共83页2021-11-28三种组态三极管放大器的比较三种组态三极管放大器的比较 （1）电压放大倍数共射、共基较大，共集小于1但接近于1。共射放大器输出电压与输入电压反相； （2）输入电阻共集最大，共基最小； （3）输出电阻共集最小； （4）共射电路多用作多级放大器的中间级，共集电路可用作输入级、隔离级或输出级，而共基电路频率特性好，适用

21、于宽频带放大。第55页/共83页2021-11-282.4 2.4 场效应管放大器场效应管放大器场效应管放大器偏置电路与直流场效应管放大器偏置电路与直流 分分析析场效应管共源放大器交流分析场效应管共源放大器交流分析三种组态场效应管放大器的比较三种组态场效应管放大器的比较第56页/共83页2021-11-28场效应管放大器偏置电路与直流分析场效应管放大器偏置电路与直流分析 1.自偏压共源放大电路 第57页/共83页2021-11-28自偏压偏置电路自偏压偏置电路：由于场效应管栅极电流为零，所以加在栅源极间的电压是由电阻上压降通过提供的，这种形式的偏置电路。根据电路写出下列方程：同时，场效应管转移

22、特性为： = ( ) 静态工作点参数 、 、 。 RIUDQGSQ)(dDQDDDSQRRIVUDQIDSSI2GS(off)GSQ)1 (UU0UUGSQ)off(GSGSQUDQIDSQU第58页/共83页2021-11-28 2.分压式自偏压共源放大电路 第59页/共83页2021-11-28栅极电位 = 漏极电流在源极电阻上产生压降：加到场效应管栅源极间的直流电压为：静态工作点参数 、 、 。GQU212gggRRRDDVRIDQRIDQRIVRRRUDQDDg21g2gGSQGSQUDQIGSQUDQIDSQU第60页/共83页2021-11-28场效应管共源放大器交流分析场效应管共

23、源放大器交流分析第61页/共83页2021-11-28放大器的电压放大倍数： = = 输入电阻： 输出电阻： uAioUUgsLdgsm)/(URRUg)/ /(LdmRRggiRR doRR 第62页/共83页2021-11-28三种组态场效应管放大器的比较三种组态场效应管放大器的比较1.共栅放大器第63页/共83页2021-11-28（1）静态分析静态工作点参数 、 、 DQDQdGGDDDSQ2GS(off)GSQDSSDQDQGGGSQ)1 (RIIRVVUUUIIRIVU0)(GSQoffGSUUGSQUDQIDSQU第64页/共83页2021-11-28（2）动态分析 第65页/共

24、83页2021-11-28放大器的电压放大倍数为： = = = 输入电阻为：列出方程组：所以 输出电阻为： uAioUUgsLdgsm)/(URRUg)/(LdmRRgii/ RRR gsmgsiUgIUUiRIUim1g= ，mii1/gRRRRdoRR 第66页/共83页2021-11-282. 共漏放大器第67页/共83页2021-11-28（1）静态分析 静态工作点参数 、 、 。2GS(off)GSQDSSDQDQDDDSQDQDD2g1g2gGSQ)1 (UUIIRIVURIVRRRU0)(GSQoffGSUUGSQUDQIDSQU第68页/共83页2021-11-28（2）动态分

25、析 第69页/共83页2021-11-28放大器的电压放大倍数为： = = = 输入电阻为：输出电阻为： 得： 所以： uAioUU)/()/(LgsmgsLgsmRRuguRRug)/(1)/(LmLmRRgRRg)/(2g1g3giRRRRoo/ RRR mo1gR mo1/gRR 第70页/共83页2021-11-283.三种组态放大器的比较 共源、共栅、共漏放大器分别与共射、共基、共集放大器相对应。归纳起来，主要有以下特点：(1) 共源、共栅放大器的放大倍数较大，共漏放大器的放大倍数小于1但接近于1，可作为跟随器使用。共源放大器输出电压和输入电压反相；(2) 共栅放大器的输入电阻最小；(3) 共漏放大器的输出电阻最小。第71页/共83页2021-11-282.5 2.5 多级放大器多级放大器 级间耦合方式级间耦合方式多级放大器的分析多级放大器的分析第72页/共83页2021-11-28级间耦合方式级间耦合方式 1.1