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文档简介
模拟电子技术基础第三版童诗白华成英主编课件制作李雪梅刁修睦1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放大电路静态工作点的稳定2.5晶体管单管放大电路的三种接法2.6场效应管放大电路22.1.1
放大的概念2.1.2
放大电路的性能指标2.1放大的概念和放大电路的性能指标第二章32.1.1
放大的概念1、放大的对象为变化量2、放大的本质是能量的控制和转换3、放大的基本特征是功率放大4、放大的前提是不失真5、电子电路中必须有能够控制能量的元件,即有源元件第二章42.1.2
放大电路的性能指标放大电路可以看成一个两端口网络。左边为输入端口,当内阻为Rs的正弦波信号源Us作用时,放大电路得到输入电压Ui,同时产生输入电流Ii,右边为输出端口,输出电压为Uo,输出电流为Io,RL为负载电阻。第二章5(3)互阻放大倍数为:Aui=UO/Ii(1)电压放大倍数为:
Auu=UO/Ui(重点)(4)互导放大倍数为:Aiu=IO/Ui(2)电流放大倍数为:
Aii=IO/Ii
一、放大倍数——表示放大器的放大能力根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求,放大器可分为四种类型,所以有四种放大倍数的定义。本章重点研究电压放大倍数Auu=Au第二章6RS~US二、输入电阻Ri放大电路一定要有前级(信号源)为其提供信号,那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大,从其前级取得的电流越小,对前级的影响越小。AuIiUiRi=Ui/Ii一般来说,Ri越大越好。第二章7三、输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。输入端正弦电压,分别测量空载和输出端接负载RL
的输出电压、。输出电阻愈小,带载能力愈强。第二章8四、通频带fAuAum0.7AumfL下限频率fH上限频率通频带:fbw=
fH
–
fL放大倍数随频率变化曲线通频带越宽,表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。第二章9第二章五、非线性失真系数D所有谐波总量与基波成分之比,即六、最大不失真输出电压在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值(UOPP、IOPP)表示,或有效值表示(Uom
、Iom)。七、最大输出功率与效率输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号Pom表示。
:效率PV:直流电源消耗的功率第二章102.2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及各元件作用2.2.2设置静态工作点的必要性2.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析2.2.4放大电路的组成原则第二章112.2.1基本共射放大电路的组成及各元件作用T:NPN型三极管,为放大元件;VCC:为输出信号提供能量;
RC:当iC
通过Rc,将电流的变化转化为集电极电压的变化,传送到电路的输出端;
VBB
、Rb:为发射结提供正向偏置电压,提供静态基极电流(静态基流)。图2.2.1基本共射放大电路T第二章12放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。2.2.2设置静态工作点的必要性一、静态工作点(QuiescentPoint)静态工作点Q(直流值):UBEQ、IBQ、ICQ
和UCEQ图2.2.1基本共射放大电路TICQ=
IBQ对于NPN硅管UBEQ=0.7V,PNP锗管UBEQ=-0.2V第二章13二、为什么要设置静态工作点输出电压会出现失真对放大电路的基本要求:1.输出波形不能失真。2.输出信号能够放大。Q点不仅影响放大电路是否会失真,而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。图2.2.2没有设置合适的静态工作点T+ui-第二章14→△uCE(-△iC×Rc)→△uBE→△iB→△iC(b△iB)电压放大倍数:→
一.放大原理2.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析若设置了适当静态工作点C-++VT123RBiRBBBECCCb+12ViuVuCEIuOu第二章15IBQuiOt
iB
OtuCEOtuoOt
iC
OtICQUCEQ符号说明基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用,并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。各电压、电流的波形C-++VT123RBiRBBBECCCb+12ViuVuCEIuOu第二章162.2.4放大电路的组成原则一、组成原则1.必须有为放大管提供合适Q点的直流电源。
保证晶体管工作在放大区;场效应管工作在恒流区。2.电阻适当,同电源配合,使放大管有合适Q点。3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管能产生△uBE,对于场效应管能产生△uGS,从而改变输出回路的电流,放大输入信号。
4.当负载接入时,必须保证放大管的输出回路的动态电流能够作用于负载,从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。第二章17二、常见的两种共射放大电路1.直接耦合共射放大电路图2.2.5阻容耦合共射放大电路T2.阻容耦合共射放大电路ICQ
IBQUCEQ=VCC–ICQ
RCICQ
IBQUCEQ=VCC–ICQ
RC图2.2.4直接耦合共射放大电路TRb1Rb2第二章182.3放大电路的分析方法2.3.1直流通路和交流通路2.3.2
图解法2.3.3
等效电路法第二章192.3.1直流通路和交流通路
耦合电容:通交流、隔直流
直流电源:内阻为零
直流电源和耦合电容对交流相当于短路
共射极放大电路+C1C2_+++RbTRLRC+VCC_ICQIBQRbVTRCVCC直流通路+RL_+VTRC_Rb交流通路第二章202.3.2图解法在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。一、静态工作点的分析1.先用估算的方法计算输入回路IBQ、UBEQ。2.用图解法确定输出回路静态值。方法:根据uCE=VCC
-
iCRc
式确定两个特殊点第二章21输出回路输出特性直流负载线Q由静态工作点Q
确定的ICQ、UCEQ
为静态值。第二章22
【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中,已知Rb=280k
,Rc=3k
,集电极直流电源VCC=12V,试用图解法确定静态工作点。解:首先估算IBQ做直流负载线,确定Q
点根据UCEQ=VCC–ICQ
RciC=0,uCE=12V;uCE=0,iC=4mA.T第二章230iB
=0µA20µA40µA60µA80µA134224681012MQ静态工作点IBQ=40µA,ICQ=2mA,UCEQ=6V.uCE
/V由Q
点确定静态值为:iC
/mA第二章24二、
电压放大倍数的分析1.交流通路的输出回路输出通路的外电路是Rc
和RL的并联。2.交流负载线交流负载线交流负载线斜率为:OIBiC
/mAuCE
/VQ静态工作点第二章253.动态工作情况图解分析0.680.72
uBE
iBtQ000.7t6040200uBE/ViB/µAuBE/ViBUBE第二章26交流负载线直流负载线4.57.5
uCE912t0ICQiC
/mA0IB=40µA2060804Q260uCE/ViC
/mA0tuCE/VUCEQ
iC输出回路工作情况分析第二章274.电压放大倍数
【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如前图,RL=3k
。
uCE=(4.5–7.5)V=-3V
uBE=(0.72–0.68)V=0.04V解:求确定交流负载线取
iB=(60–20)A=40A则输入、输出特性曲线上有T第二章28三、波形非线性失真的分析
1.静态工作点过低,引起
iB、iC、uCE
的波形失真ibui结论:iB
波形失真OQOttOuBE/ViB/µAuBE/ViB/µAIBQ——
截止失真第二章29iC
、uCE
(uo
)波形失真NPN管截止失真时的输出uo
波形。uo
波形顶部失真uo=uceOiCtOOQ
tuCE/VuCE/ViC
/mAICQUCEQ
为使不失真输出幅度最大,Q
尽量设在放大区
的中点。第二章30四、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
,
不变;OIBiCuCE
Q1Rb
增大,Rb
减小,Q点下移;Q点上移;Q2OIBiCuCE
Q1Q3(2)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第二章31(3)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。第二章32图解法小结
1.能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系;
2.方便估算最大输出幅值的数值;
3.可直观表示电路参数对静态工作点的影响;
4.有利于对静态工作点Q
的检测等。第二章332.3.3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成的放大电路等效为一个线性电路。一、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第二章341.h参数等效模型的由来在小信号情况下,对上两式取全微分得用小信号交流分量表示ube=hieib+hreuceic=hfeib+hoeuce输入、输出特性如下:iB=f(uBE)
uCE=ciC=f(uCE)
iB=c可以写成:vBEvCEiBcebiCBJT双口网络二、晶体管共射参数等效模型第二章35根据可得小信号模型BJT的h参数模型hfeibicuceibubehreucehiehoeube=hieib+hreuceic=hfeib+hoeuceuBEuCEiBcebiCBJT双口网络第二章36输出端交流短路时的输入电阻;输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数;输入端交流开路时的反向电压传输比;输入端交流开路时的输出电导。其中:四个参数量纲各不相同,故称为混合参数。2.h参数的物理意义vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcehybrid(h参数)第二章373.
简化的h参数等效模型即rbe=hie
=hfe
uT
=hre
rce=1/hoe一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为
ibicuceibubehre
ucerberce
uT很小,一般为10-310-4,
rce很大,约为100k。故一般可忽略它们的影响,得到简化电路
ib
是受控源
,且为电流控制电流源(CCCS)。
电流方向与ib的方向是关联的。
ubeuce第二章384.
rbe参数的确定
rbe
与Q点有关,可用图示仪测出。也可用公式估算rbe
rbe=rb+(1+
)re则
而
(T=300K)
对于低频小功率管rb≈(100-300)
ubeuce第二章39三、共射放大电路动态参数的分析电路动态参数的分析就是求解电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。解题的方法是:作出h参数的交流等效电路RbviRcRL第二章40根据则电压增益为1.求电压放大倍数(电压增益)RbRcRL第二章412.求输入电阻3.求输出电阻令Ro=Rc所以RbRcRLRiRbRcRLRo第二章424.当信号源有内阻时:Ri为放大电路的输入电阻求=Ui.UO.Ui.Us.第二章43解(1)求Q点,作直流通路(1)试求该电路的静态工作点;(2)画出简化的小信号等效电路;(3)求该电路的电压增益AV,输出电阻Ro、输入电阻Ri。例如图,已知BJT的β=100,UBE=-0.7V。IBICUCE第二章442.画出小信号等效电路3.求电压增益
=200+(1+100)26/4=865欧RbviRcRLUiUo第二章454.求输入电阻5.求输出电阻Ro=Rc
=2K6.非线性失真判断uituot底部失真即截止失真基极电流太小,应减小基极电阻。RbRcRLRiUiUo第二章46
等效电路法的步骤(归纳)
1.首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点Q
。
2.求出静态工作点处的微变等效电路参数
和rbe
。
3.画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路,然后画出放大电路其余部分的交流通路。
4.列出电路方程并求解。第二章472.4放大电路静态工作点的稳定2.4.1静态工作点稳定的必要性2.4.2典型的静态工作点稳定电路2.4.3稳定静态工作点的措施第二章482.4.1静态工作点稳定的必要性三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现有:
1.UBE
改变。UBE
的温度系数约为–2mV/
C,即温度每升高1
C,UBE约下降2mV。
2.
改变。温度每升高1C,
值约增加0.5%~1%,
温度系数分散性较大。
3.ICBO改变。温度每升高10C,ICBQ
大致将增加一倍,说明ICBQ
将随温度按指数规律上升。第二章49温度升高将导致IC
增大,Q上移。波形容易失真。iCuCEOiBQVCCT=20
C
T=50
C图2.4.1晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线第二章502.4.2典型的静态工作点稳定电路稳定Q点常引入直流负反馈或温度补偿的方法使IBQ在温度变化时与ICQ产生相反的变化。一、电路组成和Q点稳定原理C1RcRb2+VCCC2RL+
+++
+CeuoRb1Reui
图2.4.2阻容耦合的静态工作点稳定电路b图2.4.2直接耦合的静态工作点稳定电路aTRb1Rb2Re第二章51所以UBQ
不随温度变化,——电流负反馈式工作点稳定电路
T
ICQ
IEQ
UEQ
UBEQ
(=UBQ–UEQ)
IBQ
ICQ
阻容耦合的静态工作点稳定电路C1RcRb2+VCCC2RL+
+++
+CeuoRb1ReIBICIEIRuiUEUB图2.4.2
阻容耦合的静态工作点稳定电路由于IR>>IBQ,可得(估算)第二章52二、静态工作点的估算由于IR>>IBQ,可得(估算)静态基极电流Rb2Rb1IBQIRIEQICQ第二章53C1RcRb2+VCCC2RL+
+++
+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiRcRb2+VCCRL+
+
uiuoRb1Re三、动态参数的估算rbe
ebcRcRL+
+
Rb2Rb1第二章54如无旁路电容,动态参数如何计算?图2.4.4(a)无旁路电容时的交流电路第二章552.4.3稳定静态工作点的措施
a利用二极管的反向特性进行温度补偿图2.4.5静态工作点稳定电路
b利用二极管的正向特性进行温度补偿Duiuo–50I/mAU
/V0.20.4–2551015–0.01–0.020Rb1Rb2ui第二章562.5晶体管单管放大电路的三种基本接法2.5.1基本共集放大电路2.5.2共基极放大电路2.5.3三种基本组态的比较第二章57三种基本接法共射组态CE共集组态CC共基组态CB2.5.1基本共集放大电路C1Rb+VCCC2RL
+Re++RS+~
图2.5.1基本共集放大电路(a)电路一、电路的组成信号从基极输入,从发射极输出第二章58二、静态分析C1Rb+VCCC2RL
+Re++RS+~
由基极回路求得静态基极电流则(a)电路图图2.5.1
共集电极放大电路第二章59三、动态分析结论: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。
~
++__+rbebec图2.5.2交流等效电路1、电压放大倍数第二章602、输入电阻输入电阻较大。
~
++__+rbebec图2.5.2交流等效电路Ri第二章613、输出电阻+_rbebec~输出电阻低,故带载能力比较强。Ro图2.5.3共集放大电路的输出电阻如输出端加上发射极电阻ReRe如输出端无发射极电阻Re第二章622.5.2共基极放大电路图2.5.4
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+++_+_ReVEEVCCRcRLTC1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLRc第二章63一、静态分析(IBQ,ICQ,UCEQ)图2.5.4(c)实际电路C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLRcRb2Rb1第二章64二、动态分析微变等效电路由图可得:所以由于
小于1
而近似等于1,所以共基极放大电路没有电流放大作用。图2.5.4
(C)共基极放大电路的等效电路+_+_Rerbebec1、电流放大系数第二章652、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。+_+_Rerbebec第二章663、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RC
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,则共基极放大电路的输出电阻为Ro=Rc//rcb
Rc如考虑电阻Re
的作用第二章672.5.3三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第二章682.5.3三种基本组态的比较
频率响应大(几百千欧~几兆欧)小(几欧~几十欧)中(几十千欧~几百千欧)rce小(几欧
~几十欧)大(几十千欧以上)中(几百欧~几千欧)
rbe组态性能共射组态共集组态共基组态差较好好第二章692.6场效应管放大电路(选讲)场效应管是电压控制电流元件,具有高输入阻抗。2.6.1场效应管放大电路的三种接法2.6.2场效应管放大电路的静态工作点的设置方法2.6.3场效应管放大电路的动态分析2.6.4场效应管放大电路的特点第二章702.6.1场效应管放大电路的三种接法(以N沟道结型场效应管为例)图2.6.1场效应管放大电路的三种接法(a)共源电路(b)共漏电路(c)共栅电路第二章712.6.2场效应管放大电路的静态工作点的设置方法图2.6.2基本共源放大电路VDD+uO
iDT~+
uIVGGRGSDGRD与双极型三极管对应关系bG,eS,cD为了使场效应管工作在恒流区实现放大作用,应满足:
N沟道增强型MOS场效应管组成的放大电路。(UT:开启电压)一、基本共源放大电路第二章72静态分析--UGSQ
、IDQ
UDSQVDD+uO
iDT~+
uIVGGRGSDGRD图2.6.2基本共源放大电路两种方法近似估算法图解法(一)
近似估算法
MOS管栅极电流为零,当uI=0时UGSQ=VGG而iD
与uGS
之间近似满足(当uGS>UT)式中
IDO为uGS=2UT时的值。则静态漏极电流为第二章73
(二)
图解法图2.6.3图解法求基本共源放大电路的静态工作点VDDIDQUDSQQ利用式uDS=VDD
-
iDRD
画出直流负载线。图中IDQ、UDSQ
即为静态值。第二章74Q点:UGSQ
、IDQ
、UDSQUGSQ
=UDSQ
=已知UP或
UGS(Off)
VDD-IDQ
(Rd+R)--IDQR可解出Q点的UGSQ、IDQ
、UDSQ
如知道FET的特性曲线,也可采用图解法。二、自给偏压电路图2.6.4(a)JFET自给偏压共源电路耗尽型MOS管自给偏压共源电路的分析方法相同。IDQ第二章75三、分压式偏置电路图2.6.5分压式偏置电路+
T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++(一)Q点近似估算法根据输入回路列方程解联立方程求出UGSQ
和IDQ。列输出回路方程求UDSQUDSQ=VDD–IDQ(RD+RS)将IDQ
代入,求出UDSQ第二章76+
T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++图2.6.5分压式偏置电路(二)图解法由式可做出一条直线,另外,iD
与uGS
之间满足转移特性曲线的规律,二者之间交点为静态工作点,确定UGSQ,IDQ
。第二章77根据漏极回路方程在漏极特性曲线上做直流负载线,与uGS=UGSQ
的交点确定Q,由Q确定UDSQ
和IDQ值。UDSQuDS=VDD–iD(RD+RS)3
uDS/ViD/mA012152V105uGS4.5V4V3.5VUGSQ3VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQUGQ第二章782.6.3场效应管放大电路的
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