模电3南理工课程

模电3南理工课程第1页/共95页3.1放大器的基本概念放大器就是实现将微弱的电信号进行处理而变成幅度较大信号的电路。放大器的示意图基本放大电路:一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。第2页/共95页放大器的主要技术指标（1）放大器的输入电阻Ri大，放大电路从信号源吸取的电流则小，反之则大。放大器的输入电阻的定义是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。第3页/共95页

（2）放大器的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。求Ro需要：电流源开路（电压源短路），负载开路。(a)电压源看作短路(b)电流源看作开路

输出电阻的计算第4页/共95页(3)增益（放大倍数）是直接衡量放大电路放大能力的重要指标。放大器及信号源的示意图第5页/共95页源增益电压增益电流增益功率增益互导增益互阻增益增益放大倍数的计算第6页/共95页3.2共发射极放大电路第7页/共95页共射极放大电路的简化电路（一般选取VCC＝VBB）及习惯画法第8页/共95页基本原则是既能放大输出信号，又不能产生失真。①电源电压的设置要使得三极管发射结正偏，集电结反偏，保证三极管放大条件②元件的安排要保证信号的有效传输③要有一个合适的工作电压和电流（静态工作点）1、放大电路组成原则：第9页/共95页起放大作用将变化的交流集电极电流转换为电压输出。保证发射结正偏保证基极有个合适的静态电流隔直流，传交流。保证信号的传输三极管T——集电极负载电阻Rc和

ＲＬ——偏置电路ＶＣＣ、Rb——耦合电容C1、C2—2、各元件的作用：第10页/共95页三极管放大作用变化的通过转变为变化的输出结论：比较vi和vo的波形，可以看出vo与vi是反向的，且信号放大了。放大的原因是晶体管的正向受控作用，而能量的来源是直流电源。3、放大过程第11页/共95页举例：判断下列电路有无放大作用电源极性接反，不能放大电容隔直，IB=0，不能放大可以放大输入信号没有传输到三极管。不能放大第12页/共95页4、放大电路的特点：①电路中非线性和线性元件并存②电路中交、直流共存第13页/共95页3.3.1放大电路的两种状态

静态——

时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。

放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。

动态——

时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。3.3放大电路的分析方法第14页/共95页

（1）

直流通路：直流通过的线路。

保留直流电源去除交流信号，电容看成开路

3.3.2两种通路第15页/共95页(2)交流通路：交流通过的线路。

保留交流信号，将直流电源和耦合电容短路第16页/共95页练习：画出下列电路的直流通路和交流通路。答案第17页/共95页3.3.3图解分析法

(1)静态分析1、由vBE=VCC－iBRB，在输入特性曲线画出输入负载线，得到IBQ、VBEQBCCRVBQIBEQVQ2、由vCE=VCC－iCRC，在输出特性曲线画出直流负载线BQBIi=CCCRVCCVCQICEQV3、在输出特性曲线上，找到iB=IBQ的线，得到ICQ和VCEQQ斜率：BR1-Q点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响着放大电路几乎所有的动态系数直流负载线第18页/共95页tvCEQ’Q’’tvBE(2)动态分析BCCRVBQIBEQVQBQBIi=CCCRVCCVCQICEQVQ交流负载线，斜率：'1LR-第19页/共95页讨论：（1）Q点的选择问题：a、当静态工作点选择偏高，接近饱和区时，

iC的正半周和vCE的负半周被削平，这种非线性失真叫做饱和失真；b、当静态工作点选择偏低，接近截止区时，

iC的负半周和vCE的正半周被削平，这种非线性失真叫做截止失真。（动画一）（动画二）注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。（动画）第20页/共95页（2）最大不失真输出幅度最大不失真电压：第21页/共95页如图下图给出了某固定偏流放大电路的BJT输出特性及交、直流负载线，试求：(1)电源电压VCC，IBQ，ICQ和VCEQ值；(2)电阻Rb、Rc的值；(3)输出电压最大不失真幅度；直流负载线斜率：1/Rc交流负载线斜率是：1/Rc//RLmAICQ1=AIBQm20=VVCC6=VVCEQ3=V5.1幅度最大不失真例1W==W==kmAVRkAV-0.7VRcb3

26265

206m第22页/共95页例2（见书P46例3.2）(1)(2)(3)所以不能正常放大，会产生饱和失真第23页/共95页（4）第24页/共95页图解法小结：图解法分两大步骤：静态分析和动态分析。静态分析：画出放大器的直流通路；在晶体管的输入特性和输出特性的坐标中分别画出直流负载线；在坐标中读出VCC、VCEQ、IBQ、ICQ。动态分析：画出放大器的交流通路；在晶体管的输出特性的坐标中，过点画交流负载线；对应输入端交流信号的变化范围在输出端找出交流信号的变化范围。

晶体管各极电流和电压是直流成分和交流成分的叠加。第25页/共95页3.3.4小信号模型分析法——只针对交流小信号而言

指导思想：非线性元件线性化

条件：低频小信号变化量第26页/共95页

输入电阻:rbe

电压反馈系数:μ

电流放大系数:β输出电导:cer1H参数小信号等效模型的引出第27页/共95页很小，一般在10-3～10-4之间rce很大，通常大于100k第28页/共95页注意：NPN和PNP管子的小信号等效电路是完全相同的。第29页/共95页练习：画出下列电路的小信号等效电路。答案第30页/共95页3.4利用等效电路分析共射基本放大电路(1)分析步骤第一步：画出电路的直流通路，计算静态工作点Q的参数IB、IC、VCE第二步：画出电路的交流通路，并用H参数小信号模型代替电路中的晶体管，再根据此交流通路计算电路的动态性能参数(AV、Ri

、Ro)。第31页/共95页(2)例题

静态分析A、画出直流通路B、求解静态工作点BBECCBQ=RVVI-BQCQIIb=CCQCCCEQRIVV-=第32页/共95页ceb

动态分析A、画出交流通路B、画出小信号等效电路bce第33页/共95页C、求电压放大倍数iovVVA=LCbbebriRRi)//(-b=beLCrRR)//(-b=第34页/共95页D、计算放大器的输入电阻/=iiiIVRbeBrR//=第35页/共95页E、计算放大器的输出电阻更多例题oR=CR=第36页/共95页3.5稳定静态工作点的放大电路对偏置电路的要求：

1、提供合适的静态工作点

2、静态工作点要稳定否则，会失真！第37页/共95页一、温度对Q点的影响1、ICBO:温度每上升10度约增加一倍­T­®CBOI­®CEOI点上移QICQ­®2、VBE:温度每上升10度约下降2.5mV­T­®BQI点上移QICQ­®®BEV¯3、：温度上升1o相对值增加(0.5—1)o/o。,­T点上移QICQ­®三个参数都导致静态工作点变化。所以，为了避免Q点不稳定，采用分压式偏置电路或温度补偿电路

第38页/共95页二、分压式偏置电路1、电路和稳定Q点原理Re——把输出端IC的变化引回输入端，与VB比较，使IB产生相应的变化。Rb1、Rb2——分压电阻，恒定VB。Ce——保证RE不影响交流参数。第39页/共95页

两个条件a、使IB<<I1，因为I1=I2+IB

可以忽略IB-----是稳定的b、使（5~10倍）-----------也是稳定的

CCbbbBVRRRV212+=eBeBEBECRVRVVII»-=»第40页/共95页2、静态分析a、画出直流通路b、计算静态工作点

VB=VCCRb2/(Rb1+Rb2)

IBQ=ICQ/

VCEQ=VCC

－ICRc－IERe

=VCC－IC(Rc+Re)第41页/共95页

方法2用戴维南定理进行精确计算

(a)直流通路(b)用戴维南定理进行变换IBQ=(V'CC－VBE)/[Rb1∥Rb2+(1+)Re]ICQ=IBVCEQ=VCC

－ICRc－IERe=VCC

－IC(Rc+Re)因此静态计算如下：Rb1∥Rb2V'CC=VCCRb2/(Rb1+Rb2)第42页/共95页3、动态分析a、画出交流通路b、改成小信号等效电路第43页/共95页c、求解技术指标求电压增益beLcrRR)//(b-=bebLcbriRRi)//(b-=ioVvvA=第44页/共95页求输入电阻bebbrRR////21=iiiivR=第45页/共95页求输出电阻oRcR»ooIV=第46页/共95页三、不加旁路电容的分压式偏置电路第47页/共95页动态分析a、画出交流通路b、改成小信号等效电路第48页/共95页c、求解技术指标求电压增益ebeLcRrRR)1()//(bb++-=ebbebLcbRIrIRRI)1()//(bb++-=eebebLcbRIrIRRI)//(b+-=ioVvvA=第49页/共95页求输入电阻bbiRRv//21ebeiRrv)1(b+++ii=))1(//(//21ebebbRrRRb++=iiiivR=Re折合到rbe支路的等效电阻第50页/共95页求输出电阻第51页/共95页电阻折算原理返回第52页/共95页3.6共集电极电路和共基极电路集电极是输入、输出回路的共同端点，因此称为共集电极电路；由于信号是从发射极取出，该电路又称为射极输出器。3.6.1共集电极放大器第53页/共95页1静态分析：a、画出直流通路b、计算静态工作点第54页/共95页2、动态分析a、画出交流通路b、改成小信号等效电路第55页/共95页

求电压增益所以，共集放大器又叫做电压跟随器。第56页/共95页

求输入电阻')1(EbeRrb++='bEebebiRiri+=biiIVR=¢第57页/共95页

求输出电阻电压源短路，负载开路¢b+=1+//sbeERrR21'////BBSSRRRR=第58页/共95页电压增益小于1但接近1(但其电流增益ie/ib较大，仍有一定的功率放大作用)，输出电压与输入电压同相输入电阻高(从信号源提取的电流小，可减少信号源的功率容量，适于作多级放大器的输入级、缓冲级)输出电阻低(可减少负载变动对电压增益的影响，即带负载的能力强，适于作多级放大器的输出级)3共集电极电路特点总结第59页/共95页3.6.2共基极放大器1静态分析：第60页/共95页2动态分析：交流通路小信号等效电路第61页/共95页

求电压增益

求输入电阻¢=¢iiiIVR)(cbbebiiri+--=b+=1berEbeEiiRrRRR//1//b+=¢=beLrR'b=ioVVVA=第62页/共95页

求输出电阻电压源短路，负载开路CoRR»共基极放大器的输出电压和输入电压的相位相同

输入电阻较小，一般为十几到几十欧姆输出电阻较大可以到达几百千欧姆第63页/共95页

放大器指标共发放大器带RE的共发射放大器共基放大器共集电极放大器交流通路放大器性能参数比较表大小大大较小大小大¢iRoR中大较大小LEELCLRRRRRR////''==第64页/共95页3.8场效应管放大器

与晶体三极管放大电路一样，场效应管都应工作于输出特性曲线的饱和区内，所以都需要建立合适的静态工作点，但是因为场效应管是电压控制电路，所以它需要有合适的栅极电压。第65页/共95页一、场效应管放大器的偏置电路1、自偏压电路直流通路

VG=0,VS=IDR所以：

VGSQ=VG-VS

=-IDR

2PGSDSSDQ)VV-(1II=)(RRIVVdDDDDSQ+-=

该电路只适合于耗尽型FET，因为增强型的FET当栅源电压为零时，无漏极电流，所以不能使用这种电路。第66页/共95页2、分压式偏置电路VS=IDQRs第67页/共95页二、场效应管的小信号模型，它正对应于场效应管的转移特性在Q点处对的控制作用,称之为跨导。第68页/共95页三、场效应管放大器的解析法共源极放大器求其电压增益、输入电阻、输出电阻的表达式第69页/共95页画出小信号等效电路交流通路小信号等效电路求电压增益gsLDdsgsmVRRrVg)////(-=)////(LDdsmRRrg-=第70页/共95页输入电阻、输出电阻共源电路属于反相电压放大器，其增益较大，输入电阻较高，输出电阻由RD决定第71页/共95页例：如图所示的共源放大器。求其电压增益、输入电阻、输出电阻的表达式。第72页/共95页解：作出交流通路和小信号等效电路DRR»0第73页/共95页2、共栅极放大器*

——由于栅极与沟道之间的高阻未发挥作用，所以很少用3、共漏极放大器第74页/共95页3.9多级放大器多级放大器方框图（末级）前置级（放大电压）放大功率一、电路组成第75页/共95页二、耦合方式两单级放大电路间的连接放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确1、阻容耦合方式优点：直流通路前后级隔断，便于单独计算各级静态工作点缺点：只能放大交流信号，且不易集成化。第76页/共95页2、直接耦合方式优点：能放大缓慢变化的信号，且便于集成化缺点：各级静态工作点互相影响，

容易产生零点漂移。第一级:UCE1=UBE2=0.7VT1接近饱和区显然这是不合适的！?第77页/共95页在第二级加射极电阻解决办法：1、RE2会使第二级放大倍数下降2、RE2会使第二级集电极的静态电位提高，使级数受限第78页/共95页PNP和NPN管交替使用，来解决级数受限的问题由于PNP管工作在放大区时，它的发射极电位高、集电极电位低，恰好与NPN相反。这样就可以将已经提高的集电极静态电位移下来。第79页/共95页3、变压器耦合方式由于体大笨重，性能较差，又不易集成，所以很少采用第80页/共95页三、多极放大电路分析1、电压增益Vi与Vo的相位关系由：同相与是偶数，反相与是奇数，oioiVVnVVn第81页/共95页

第一级

第二级Ri2

第一级Ri2将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联输入电阻法：处理方法：

第二级第82页/共95页2、输入电阻一般：特