基本放大电路PPT通用课件[通用]

1、第2章 基本放大电路2.1 放大的概念与放大电路的性能指标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 静态工作点的稳定2.5 晶体管放大电路的三种接法2.6 场效应管及其基本放大电路2.7 基本放大电路的派生电路2.1 放大的概念与放大电路的性能指标一、放大的概念二、放大电路的性能指标一、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电二、性能指标1. 放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流

2、对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。2. 输入电阻和输出电阻 将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻3. 通频带4. 最大不失真输出电压Uom：交流有效值。 由于电容、电感及放大管PN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。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率5. 最大输出功率Pom和效率：功率放大电路的参数2.3 基本共射放大电路的工作原理一、电路的组成及各元件的作用二、设置静态工作点的必要性三、波形分析四、放大电路的组成

3、原则一、电路的组成及各元件的作用VBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。VCC：使UCEUBE，同时作为负载的能源。Rc：将iC转换成uCE(uo) 。动态信号作用时： 输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。共射输入回路二、设置静态工作点的必要性 输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！ 为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？三、基本共射放大电路的波形分析饱和失真底部失真截止失真顶部失真输出和输入反

4、相！动态信号驮载在静态之上与iC变化方向相反 要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！四、放大电路的组成原则静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。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。对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。两种实用放大电路：（1）直接耦合放大电路问题：1. 两种电源2. 信号源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失 UBEQ两种实用放大电路：（2）阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应

5、足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。静态时，C1、C2上电压？动态时，C1、C2为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。练习：判断下面的电路有无放大作用？2.4 放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路二、图解法三、等效电路法一、放大电路的直流通路和交流通路1. 直流通路： Us=0，保留Rs；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。2. 交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路（内阻为0）。 通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分

6、开作用，引入直流通路和交流通路的概念。基本共射放大电路的直流通路和交流通路 列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQIBQ，可估算出静态工作点。 VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。当VCCUBEQ时，已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？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二、图解法 应实测特性曲线 输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线1. 静态分析：图解二元方程2. 电压放大倍数的分析斜率不变（二）图解分析动态1.分析的目的2.步骤：1）根据输入信号ui在输入特性曲线上求iB在上图所示

7、放大电路中，加上输入电压ui=0.02sint的交流信号则此三极管基-射间的总电压为 根据输入特性曲线，可对应画出iB的波形，如图：从图上读出电流值，得到 0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUBE图2.4.5（a)输入回路工作情况交流负载线直流负载线4.57.5uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQiC图 2.4.5(b)输出回路工作情况分析MN3. 失真分析截止失真截止失真是在输入回路首先产生失真！消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。N

8、PN 管截止失真时的输出 uo 波形顶部失真问题： 对于右图，如何消除截止失真？饱和失真饱和失真Rb或或VBB Rc或VCC：饱和失真是输出回路产生失真。(二)用图解法估算最大输出幅度 输出波形没有明显失真时能够输出最大电压。即输出特性的 A、B 所限定的范围。 Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DEOiB = 0QuCE/ViC / mAACBDE交流负载线（问题：CD和DE的电压值是什么？）最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响1. 改变 Rb，保持VCC ，Rc ， 不

9、变；OIBiCuCE Q1Rb 增大，Rb 减小，Q 点下移；Q 点上移；Q2OIBiCuCE Q1Q32. 改变 VCC，保持 Rb，Rc ， 不变； 升高 VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。Q2图 2.4.9(a)图 2.4.9(b)UCE = VCC IC Rc3. 改变 Rc，保持 Rb，VCC ， 不变；4. 改变 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不变；增大 Rc ，直流负载线斜率改变，则 Q 点向饱和区移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增大 ，ICQ 增大，UCEQ 减小，则 Q 点移近饱和区。图 2.4.9 (c)图 2.

10、4.9 (d)UCE = VCC IC Rc讨论一1. 用NPN型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路（习题2-5）。2. 用PNP型晶体管组成一个共射放大电路。画出图示电路的直流通路和交流通路。讨论二1. 在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？2. 从输出电压上看，哪个Q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Q点下Uom最大？3. 设计放大电路时，应根据什么选择VCC？2.4.4微变等效电路法 晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组

11、成的放大电路等效为一个线性电路。微变等效条件研究的对象仅仅是变化量信号的变化范围很小一、简化的 h 参数微变等效电路(一) 三极管的微变等效电路iBuBE 晶体管的输入特性曲线 rbe ：晶体管的输入电阻。 在小信号的条件下，rbe是一常数。晶体管的输入电路可用 rbe 等效代替。1. 输入电路Q 点附近的工作段近似地看成直线 可认为 uBE 与 iB 成正比QOiB uBE 图 2.4.10(a)2. 输出电路假设在 Q 点附近特性曲线基本上是水平的(iC 与 uCE无关)，数量关系上， iC 比 iB 大 倍；iB iB从三极管输出端看，可以用 iB 恒流源代替三极管；该恒流源为受控源；为

12、 iB 对 iC 的控制。uCE QiC O图 2.4.10(b)3. 三极管的简化参数等效电路注意：这里忽略了 uCE 对 iC与输出特性的影响，在大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说误差很小。图 2.4.11三极管的简化 h 参数等效电路cbe +uBE +uCE iCiB简化的h参数等效电路交流等效模型查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结的电流方程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！(二) rbe 的近似估算公式rbb ：基区体电阻。reb ：基射之间结电阻。低频、小功率管 rbb 约为 300 。UT ：温度电压当量。c be

13、iBiCiE图 2.4.134. 电压放大倍数 Au；输入电阻 Ri、输出电阻 ROC1RcRb+VCCC2RL+VT+Ri = rbe / Rb ，Ro = Rc图 2.4.12单管共射放大电路的等效电路输入电阻中不应含有Rs!输出电阻中不应含有RL!C1RcRb+VCCC2RL+VT+5.源电压放大倍数例题1：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析2. 空载和带载两种情况下Uom分别为多少？增强电压放大能力的方法？讨论三 已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？电流放大倍数与电压放大倍数之间关系讨论

14、1. 当 IEQ 一定时， 愈大则 rbe 也愈大，选用 值较大的三极管其 Au 并不能按比例地提高；因：2. 当 值一定时，IEQ 愈大则 rbe 愈小，可以得到较大的 Au ，这种方法比较有效。 讨论四：基本直接耦合放大电路的静态分析和动态分析QIBQ35AUBEQ0.65V 为什么用图解法求解IBQ和UBEQ？验证讨论五：波形分析 失真了吗？如何判断？原因？饱和失真二、 微变等效电路法的应用例：接有发射极电阻的单管放大电路，计算电压放大倍数和输入、输出电阻。C1RcRb+VCCC2RL+VT+Re图 2.4.14接有发射极电阻的放大电路根据微变等效电路列方程引入发射极电阻后， 降低了。若

15、满足(1 + ) Re rbe 与三极管的参数 、rbe 无关。2. 放大电路的输入电阻引入 Re 后，输入电阻增大了。3. 放大电路的输出电阻将放大电路的输入端短路，负载电阻 RL 开路 ，忽略 c 、e 之间的内电阻 rce 。例2.4.4：在如下的放大电路中，已知三极管的 50，Rb=240k,Rc=RL=3k,Vcc=12v，Re820试估算放大电路的静态工作点估算放大电路的C1RcRb+VCCC2RL+VT+Re图解法优点：动静态均能分析，直观形象，尤其适合分析大信号状态缺点：实际与手册给定曲线有差别，作图繁琐有误差，无法求解较复杂电路微变等效电路法优点：无需作图，可以分析简单和较复

16、杂的电路，分析过程简单缺点：只能分析动态，不能分析非线型失真和最大输出幅度等。2.5 静态工作点的稳定一、温度对静态工作点的影响二、静态工作点稳定的典型电路三、稳定静态工作点的方法一、温度对静态工作点的影响 所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。 若温度升高时要Q回到Q，则只有减小IBQT（ ）ICQQICEO若UBEQ不变IBQQ二、静态工作点稳定的典型电路 直流通路？Ce为旁路电容，在交流通路中可视为短路1. 电路组成2. 稳定原理 为了稳定Q点，通常I1 IB，即I1 I2；因此基本不随温度变化。设UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEUBE

17、，则IEQ稳定。Re 的作用T()ICUE UBE（UB基本不变） IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。关于反馈的一些概念： 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。Re有上限值吗？IC通过Re转换为UE影响UBE温度升高IC增大，反馈的结果使之减小3. Q 点分析分压式电流负反馈工作点稳定电路Rb上静态电压是否可忽略不计？判断方法：4. 动态分析利?弊?无旁路电容Ce时：如何提高电压放大能力？补充：稳定静态工作点的方法引入直流负反馈温度补偿：利用对温度

18、敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。例如，Rb1或Rb2采用热敏电阻。 它们的温度系数？讨论一图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？2.6 晶体管放大电路的三种接法一、基本共集放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较2.6.1共集电极放大电路(a)直流通路(b)交流通路一、静态工作点由基极回路求得静态基极电流则二、动态分析1、电压放大倍数由交流通路得到微变等效电路结论：电压放大倍数恒小于 1，而接近 1，且输出电压与输入电压同相，又称射极跟随器。2、电流放大倍数所以3、输入电阻输入电阻较大。Ri4、输出电阻(难点）输出电阻低，故带载能力比

19、较强。Ro若考虑发射极电阻Re，则输出电阻为三、 特点：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！2.6.2共基极放大电路(a)原理电路VEE 保证发射结正偏；VCC 保证集电结反偏；三极管工作在放大区。(b)实际电路实际电路采用一个电源 VCC ，用 Rb1、Rb2 分压提供基极正偏电压。C1C2+_+_ReVEEVCCRcRLVTC1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRLRc问：它的静态工作点有可能稳定吗？一、静态分析直流通路如图示，求：Q点(IBQ , ICQ , UCEQ)二、动态分析由交流通路得到微变等效电路C1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRL

20、Rc二、交流分析电压放大倍数输入电阻输出电阻Ro RC=RL / rbe1、电流放大倍数微变等效电路由图可得：所以由于 小于 1 而近似等于 1 ，所以共基极放电电路没有电流放大作用。图 2.6.4共基极放大电路的等效电路2、电压放大倍数由微变等效电路可得共基极放大电路没有电流放大作用，但是具有电压放大作用。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说明该电路输入、输出信号同相位。3、输入电阻暂不考虑电阻 Re 的作用4、输出电阻暂不考虑电阻 Re 的作用 Ro = rcb . 已知共射输出电阻 rce ，而 rcb 比 rce大 得多，可认为rcb (1 + )rce如果考虑集电极负载电阻，则

21、共基极放大电路的输出电阻为Ro = Rc / rcb Rc若考虑Re，则三、 特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！2.6.3三种基本组态的比较大(数值同共射电路，但同相)小(小于、近于 1 )大(十几 一几百) 小 大(几十 一百以上) 大(几十 一百以上)电路组态性能共 射 组 态共 集 组 态共 基 组 态C1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRLC1Rb+VCCC2RL+Re+C1Rb+VCCC2RL+Rc三、三种接法的比较：空载情况下 接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 频带 窄 中 宽接法共射共集共基输入bbe输出

22、cec电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。1. Q为多少？2. Re有稳定Q点的作用吗？3. 电路的交流等效电路？4. V 变化时，电压放大倍数如何变化？讨论二讨论二改变电压放大倍数2.6 场效应管及其基本放大电路一、场效应管二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法三、场效应管放大电路的动态分析一、场效应管（以N沟道为例） 场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。1. 结型场效应管符号结构示意图栅极漏极源极导电沟道单极型管噪声小、抗辐射能力强、低电压工作栅-源电压对导

23、电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道变窄沟道消失称为夹断 uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UGS（off）漏-源电压对漏极电流的影响uGSUGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGDUGS（off） VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）夹断电压漏极饱和电流转移特性场效应管工作在恒流区，因而uGSUGS（off）且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）g-s电压控制d-s的等效电阻输出特性预夹断轨迹，uGDUGS（off）可变电阻区恒流区iD几乎仅决定于uGS击穿区夹断区（截止区）夹断电压IDSSiD 不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。低频跨导：2. 绝缘栅型场效应管 uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。SiO2绝缘层衬底耗尽层空穴高掺杂反型层增强型管大到一定值才开启增强型MOS管uDS对iD的影响 用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？ iD随uDS的增大而增大，可变电阻区 uGDUGS（th）,预夹断 iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区刚出现夹断uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电