清华模电第二章课件

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2.1.1放大的概念放大镜、杠杆、变压器、扩音机;放大的对象均为变化量；放大电路是能量的控制和转换；电子电路放大的基本特征是功率放大；电子放大电路中要有能控制能量的元件，即有源元件；放大的前提是不失真，只有在不失真的情况下才有意义。图2.1.1扩音机示意图2.1.2放大电路的性能指标图2.1.2放大电路的示意图二、输入电阻三、输出电阻根据图2.1.2有输入电阻和输出电阻是影响多级放大电路连接的重要参数。图2.1.3两个放大电路的连接四、通频带通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。图2.1.4fbw=fH-fL七、最大输出功率与效率2.2基本共射放大电路的工作原理2.2.1基本共射放大电路的组成和各元件的作用图2.2.1各元件的作用:T:有源元件,放大VBB:提供静态工作点VCC:为输出提供能量Rb:决定静态电流IBRc:将集电极电流变化转换成电压变化输入回路和输出回路以发射极为公共点,所以称之为共射放大电路,并称公共端为“地”。2.2.2设置静态工作点的必要性一、静态工作点二、为什么要设置静态工作点图2.2.2是没有设置静态工作点的放大电路。图2.2.1图2.2.3註:输出应有隔直电容2.2.4放大电路的组成原则一、组成原则1、直流工作电源的选择要根据晶体管的类型、需要的输出电压大小。原则是要保证放大管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。2、电阻取值适当，使放大管有合适的静态工作点。3、输入信号必须能作用于放大电路的输入回路。4、当负载接入时，必须保证动态电流能作用于负载，即负载能得到比输入信号大得多的信号输出。图2.2.4二、常见的两种共射放大电路1、直接耦合共射放大电路2.3放大电路的分析方法解决问题:求解静态工作点和各项动态参数。直流通路:直流电源作用下直流电流流经的通路。电容开路，电感短路，信号源短路但保留其内阻。交流通路：输入信号作用下交流信号流经的通路。容量大的电容视为短路，无内阻的直流电源视为短路。

2.3.1直流通路和交流通路图2.3.1基本共射放大电路图2.3.2直接耦合共射放大电路图2.3.3阻容耦合共射放大电路图2.3.5用图解法求解静态工作点和电压放大倍数2、输出回路（1）输出特性曲线（2）输出电路方程：uCE=VCC-iCRc二、电压放大倍数的分析当加入输入信号△uI时，输入回路方程为uBE=VBB+△uI-iBRb结合上图分析对输入、输出回路的影响，得到：Q点高，同样的△uI产生的△iB越大，因而Au大。Rc变化时，影响负载线的斜率，从而影响Au的大小。图2.3.6基本共射放大电路的波形分析三、波形非线性失真的分析图2.3.8基本共射放大电路的饱和失真四、直流负载线和交流负载线过Q点作一条斜率为-1/(Rc∥RL)的直线即为交流负载线。放大电路带负载后，电压放大倍数减小，最大不失真输出电压也将减小。图2.3.9在上图中,VCC=12V,Rb=510KΩ.Rc=3kΩ,晶体管的β=100,UBEQ0.7V.则可得IBQ22μA,ICQ

2.2mA,UCEQ5.35V二、晶体管共射h参数等效模型1、h参数等效模型的由来在低频小信号作用下，将共射放大电路中的晶体管看成一个双口网络b-e作为输入端口，c-e作为输出端口。如图2.3.12所示。图2.3.12可以写成关系式:式中uBE、iC等均为各电量的瞬时总量。为研究低频小信号作用下各变化量之间的关系，对上边两式求全微分，得出：duBE代表uBE的变化部分，可以用取代。所以：2、h参数的物理意义图2.3.13(a)h11e(b)h12e(c)h21e(d)h22e3、简化的h参数等效模型图2.3.14rbe—h11eβ—h21e4、rbe的近似表达式图2.3.15因为所以由于u大于开启电压（0.5V），而常温下UT26mV。所以

代入上式可得当用以Q点为切点的切线代替Q点附近的曲线时即根据rbe的定义所以或三、共射放大电路动态参数的分析图2.3.16基本共射放大电路（a）交流等效电路（b）输出电阻分析1、电压放大倍数2、输入电阻Ri3、输出电阻Ro分析输出电阻，也可令其信号源电压，但保留其内阻Rs。然后在输出端加一正弦波测试信号Uo，必然产生动态电流Io，为恒压源，其内阻为0，且=0时，=0，=0，所以2.4放大电路工作点的稳定2.4.1静态工作点稳定的必要性图2.4.12.4.2典型的静态工作点稳定电路一、电路组成和Q点稳定原理图2.4.2静态工作点稳定电路(a)直接耦合(b)阻容耦合(c)直流通路B点的电流方程为I2=I1+IBQ一般选择I1»IBQ所以,I2I1B点电位为T(oC)￪IcUEUBEIBIc二、静态工作点的估算由UBQ可以算出IEQ当然也可以用戴维南等效电路法来计算静态工作点,如图2.4.3所示图2.4.3图2.4.2(c)所示电路的戴维南等效电路三、动态参数的估算图2.4.2(b)的交流等效电路如图2.4.4(a)所示,无旁路电容时的交流等效电路如图2.4.4(b)所示。图2.4.4若没有旁路电容，则2.4.3稳定静态工作点的其它措施上述电路用负反馈来稳定静态工作点Q,下面的方法用温度补偿方法来稳定静态工作点Q。图2.4.52.5晶体管放大电路的三种基本接法2.5.1基本共集放大电路一、电路的组成图2.5.1二、静态分析三、动态分析图2.5.2输入电阻输出电阻图2.5.3产生的从而产生的。令输入信号为0,在输出端加,则输出电阻Ro=Uo/Io,由两部分组成:在Re上产生的电流,另外是作用于基极回路2.5.2基本共基放大电路图2.5.4静态工作点:动态参数:2.5.3三种接法的比较1、共射电路对电压、电流均能放大，输入电阻值居中，输出电阻较大，频带较窄。常用作低频电压放大电路的单元电路。2、共集电路只能放大电流，不能放大电压，输出电压跟随输入电压。输入电阻最大，输出电阻最小。常用于电压放大电路的输入级和输出级，功率放大电路也常用射极输出电路。3、共基电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当。频率特性最好，常用于宽频带放大电路。三种接法放大电路的比较接法电压放大电流放大输入电阻输出电阻频率特性共射大大（β）中大差共集小（<1）大（1＋β）大小一般共基大小（α）小大好2、7晶体管放大电路的派生电路2.7.1复合管放大电路一、复合管的组成及电流放大系数图2.7.1复合管二、复合管共射放大电路图2.7.2阻容耦合复合管共射放大电路电压放大倍数、输入电阻和输出电阻三、复合管共集放大电路图2.7.3阻容耦合复合管放大电路2.7.2共射—共基放大电路图2.7.4共射--共基放大电路的交流通路2.7.3共集—共基放大电路图2.7.5交流通路2.6场效应管放大电路2.6.1场效应管放大电路的三种接法共源、共漏、共栅放大电路图2.6.1场效应管放大电路的三种接法2.6.2场效应管放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算一、基本共源放大电路图2.6.2图2.6.3静态工作点:UGS=VGG的曲线和符合方程uDS=VDD–iDRd的负载线的交点。也可利用场效应管的电流方程，求出IDQ。二、自给偏压电路图2.6.4三、分压式偏置电路图2.6.52.6.3场效应管放大电路的动态分析一、场效应管的低频小信号等效模型iD=f(uGS,uDS)研究动态信号作用时用全微分表示令根据上式可以构造出场效应管的低频小信号作用下的等效模型，如图2.6.6所示。图2.6.6跨导gm可以从转移特性曲线求出；电阻rds可以从输出特性曲线求出。如图2.6.7所示。图2.6.7也可以从管子的电流方程来求gm,对增强型MOS管有:在小信号作用时,可用IDQ来近似iD,得出:二、基本共源放大电路的动态分析图2.6.8交流等效电路三、基本共漏放大电路的动态分析图2.6.9输入回路方程和场效应管的电流特性方程联立求出IDQ和UGSQ,再列输出回路方程求出管压降而动态参数为将输入端短路,在输出端加交流电压Uo,然后求出Io,则输出电阻Ro=Uo/Io。如下图所示：图2.6.10由上图分析可知本章要求:1、掌握以下基本概念和定义：放大、静态工作点、饱和失真与