模擬電路節(jié)PPT課件

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: : 基本的電子電路，在廣播、通信、測(cè)量等方面有著廣泛應(yīng)用。 根據(jù)電路結(jié)構(gòu)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； 根據(jù)放大器級(jí)數(shù)的多少: 單級(jí)放大器單級(jí)放大器和多級(jí)放大器多級(jí)放大器； 若為晶體管放大器:共射、共基、共集放大器，共射、共基、共集放大器， 若為場效應(yīng)管放大器:共源、共柵、共漏放大器共源、共柵、共漏放大器。 第1頁/共83頁2021-11-28 一個(gè)放大器應(yīng)包括以下幾部分： 輸入信號(hào)源、有源器件、輸入輸出耦合電路、負(fù)載、直流電源、相應(yīng)的偏置電路 第2頁/共83頁2021-11-28基極偏

2、置電流為：對(duì)于硅管來說， ;對(duì)于鍺管 。 BBEQBBBQRUVIV7 . 0BE(on)BEQUUV2 . 0BE(on)BEQUU第3頁/共83頁2021-11-28 :集電極回路的直流電源，通過集電極偏置電阻 使集電結(jié)為反向偏置。耦合電容耦合電容( (隔直電容電容隔直電容電容) ): : 容量足夠大，對(duì)交流信號(hào)近似短路，在電路中用來隔斷直流，傳送交流。 若電路參數(shù)選擇得當(dāng), 的幅度將比 大得多，且波形形狀相同，從而達(dá)到放大的目的。CCVCRouiu第4頁/共83頁2021-11-28放大器的主要技術(shù)指標(biāo)放大器的主要技術(shù)指標(biāo) 1. 1. 放大倍數(shù)放大倍數(shù) 放大倍數(shù)放大倍數(shù)( (增益增益)

3、): 衡量放大器放大能力的指標(biāo)，當(dāng)輸入正弦信號(hào)時(shí)，用輸出量與輸入量的正弦相量之比來表示。(1)(1)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)iouUUA(2)源電壓放大倍數(shù) sousUUA第5頁/共83頁2021-11-28(3)(3)電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)(4)(4)源電流放大倍數(shù)源電流放大倍數(shù)(5)(5)互阻放大倍數(shù)互阻放大倍數(shù) (6)(6)互導(dǎo)放大倍數(shù)互導(dǎo)放大倍數(shù)ioiIIASoisIIAiorIUAiogUIA第6頁/共83頁2021-11-28基極偏置電流為：對(duì)于硅管來說， ;對(duì)于鍺管 。 BBEQBBBQRUVIV7 . 0BE(on)BEQUUV2 . 0BE(on)BEQUU第7頁/共83頁

4、2021-11-28 2. 2. 輸入電阻輸入電阻 3. 3. 輸出電阻輸出電阻 （1 1）分析法）分析法： iiiIUR iiiIUR LS0oRUIUR第8頁/共83頁2021-11-28（2）實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法： 4. 通頻帶通頻帶 上限截止頻率上限截止頻率: : 當(dāng)信號(hào)頻率升高，使放大器放大倍數(shù)下降為中頻放大倍數(shù)的0.707倍(即下降3dB)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率 。下限截止頻率下限截止頻率: 信號(hào)頻率降低時(shí)，使放大倍數(shù)降為中頻放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)，所對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率 。通頻帶通頻帶: : 和 之間的頻率范圍，用 表示，即： Looo1RUURHfHfLfLf7 . 0BWLH7 . 0ff

5、BW第9頁/共83頁2021-11-28第10頁/共83頁2021-11-28 5. 5. 非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù)(D)(D): 放大電路在某一頻率的正弦輸入信號(hào)作用下，輸出信號(hào)的諧波成放大電路在某一頻率的正弦輸入信號(hào)作用下，輸出信號(hào)的諧波成分總量和基波分量之比，即：分總量和基波分量之比，即： %10012322 UUUD 6. 最大輸出幅度最大輸出幅度: 放大電路輸出信號(hào)非線性失真系數(shù)不超過額定值時(shí)的輸出信號(hào)最大值，一般用有效值 (或 )表示，也可用峰峰值 (或 )表示。 omUomIoppUoppI第11頁/共83頁2021-11-28 7.7.最大輸出功

6、率與效率最大輸出功率與效率 最大輸出功率最大輸出功率: : 輸出信號(hào)在不失真的情況下能輸出的最大功率，用 表示。放大電路的輸出功率放大電路的輸出功率: 通過晶體管的控制作用把電源的直流功率轉(zhuǎn)化為隨信號(hào)變化的交變功率而得到的。放大器效率放大器效率： omPVoPP第12頁/共83頁2021-11-282.2 2.2 共射放大器的工作原理與分析方共射放大器的工作原理與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溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響與分壓式偏置電路溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響與分壓式偏置電路第13頁/共83頁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電路共射電路：輸入

7、回路和輸出回路共用發(fā)射極。發(fā)射結(jié)上總電壓為：基極總電流為：工作在放大區(qū)的三極管，集電極總電流為：相應(yīng)的三極管輸出電壓為： beBEQBEuUubBQBiIicCQBCiIiiceCEQcLCCQCCCCE/uUiRRIRVuCQCCCCEQIRVUcLCce)/(iRRu，放大器工作原理第14頁/共83頁2021-11-28基極偏置電流為：對(duì)于硅管來說， ;對(duì)于鍺管 。 BBEQBBBQRUVIV7 . 0BE(on)BEQUUV2 . 0BE(on)BEQUU第15頁/共83頁2021-11-28 分析方法分析方法 1. 圖解法 圖解法圖解法: 以三極管的特性曲線為基礎(chǔ)，在特性 曲線上用作圖

8、的方法來分析放大電路的工作狀 態(tài)。（1） 靜態(tài)分析 1)畫出直流通路: .第16頁/共83頁2021-11-28NA40BBBBBEQBBBQRVRUVI.2)由輸入回路計(jì)算基極電流。3)在三極管輸出特性曲線上作直流負(fù)載線。CCCCCERIVU第17頁/共83頁2021-11-28 輸出回路中，線性部分的電壓、電流關(guān)系由下列方程確定： 直流負(fù)載線直流負(fù)載線: : 開路電壓點(diǎn) 和短路電流點(diǎn) ，連接M、N兩點(diǎn)即得到一條直線，該直線的斜率為 。CCCCCERIVU)0 ,(MCCV), 0(NCCCRVC1R第18頁/共83頁2021-11-284)求靜態(tài)工作點(diǎn)Q。靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn): 直線MN和

9、 的輸出特性曲線相交于Q點(diǎn)。 Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓、電流值就是靜態(tài)工作情況下三極管的 和 ： , 。A40BQICEQUCQIV6CEQUmA5 . 1CQI靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇與波形失真第19頁/共83頁2021-11-28第20頁/共83頁2021-11-28（2）動(dòng)態(tài)分析 1)畫出交流通路。 第21頁/共83頁2021-11-282)根據(jù) 在輸入特性上求 。 設(shè)放大器輸入端電壓 ，三極管發(fā)射結(jié)上總電壓: 在三極管輸入特性上可以畫出對(duì)應(yīng)的 的波形:.)V(sin02. 0tuitsin02. 0BEQiBEQBEUuUubBQBiIiBiiuBi第22頁/共83頁2021-11-283)在輸出特性上

10、過Q點(diǎn)作交流負(fù)載線。 在交流通路中，輸出回路電壓與電流的關(guān)系為： ， ， 。 交流負(fù)載線交流負(fù)載線: : 在三極管輸出特性上，過Q點(diǎn)作出直線AB，直線AB的斜率為 。LcceRiuCEQCEceUuuCQCcIiik2/LCLRRRL1R第23頁/共83頁2021-11-284）由 的變化在輸出特性上求 和 。在正半周，放大器的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)由Q移到Q ；在負(fù)半周，放大器的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)由Q移到 。 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍: : 直線段 是動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡。 輸出信號(hào)交流分量 ，而 ，所以該放大器電壓放大倍數(shù)為：倒相作用倒相作用：交流輸出電壓和輸入電壓相位差是 ，共射放大器為反向放大器。BiCiCEuQ

11、 QQ V6 . 1ouV02. 0iu80iouuuAo180第24頁/共83頁2021-11-28（3） 靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇與波形失真截止失真截止失真：工作點(diǎn)偏低時(shí)，由于工作范圍有一部分已進(jìn)入截止區(qū),使 的底部、 頂部的波形出現(xiàn)失真。CiCEu第25頁/共83頁2021-11-28飽和失真飽和失真：工作點(diǎn)偏高時(shí)，工作范圍有一部分已進(jìn)入飽和區(qū)，使 的頂部、 的底部波形出現(xiàn)失真。 為了得到最大不失真輸出電壓（電流），靜態(tài)工作點(diǎn)Q應(yīng)設(shè)在交流負(fù)載線上對(duì)應(yīng)于 和 兩點(diǎn)間的中點(diǎn)。CiCEusat)(CECEUu0Bi第26頁/共83頁2021-11-28 2.微變等效電路法（1）靜態(tài)分析 1）畫出直流通

12、路。 2）根據(jù)電路結(jié)構(gòu)建立方程并求解直流工作點(diǎn)。CQCCCCEQBQCQBBBBBEQBBBQIRVUIIRVRUVI5 .37由 ，得：A40BQImA5 . 1CQIV6CEQU第27頁/共83頁2021-11-28.CQCCCCEQBQCQBBBBBEQBBBQIRVUIIRVRUVI第28頁/共83頁2021-11-28 3) 求 。 )()mA()mV(26)1 (EQbbbeIrrber 200bbr867ber 其中 得 （2）動(dòng)態(tài)分析 1)畫出交流通路。 2)畫出微變等效電路。 第29頁/共83頁2021-11-28)()mA()mV(26)1 (EQbbbeIrr第30頁/共

13、83頁2021-11-28bebirIULbLCco)/(RIRRIU5 .86867. 04/45 .37beLiourRUUA第31頁/共83頁2021-11-28iiiIUR biiURBi867/beBrRbeiBiirURUU求輸入電阻求輸入電阻第32頁/共83頁2021-11-28LioRUIUR0求輸出電阻求輸出電阻第33頁/共83頁2021-11-28LioRUIUR0求輸出電阻求輸出電阻第34頁/共83頁2021-11-28LioRUIUR0求輸出電阻求輸出電阻第35頁/共83頁2021-11-28求源電壓放大倍數(shù)求源電壓放大倍數(shù)iSiusiioSousRRRAUUUUUUA

14、9 .548675008675 .86usA第36頁/共83頁2021-11-283. 兩種分析方法的比較 （1）圖解法比較直觀，分析大信號(hào)電路或功率放大電路時(shí)比較合適，但比較繁瑣，當(dāng)電路規(guī)模較大時(shí)，圖解法不再適用； （2）微變等效電路法比較方便，適合于小信號(hào)電路的分析，也適合于復(fù)雜放大電路的分析，但不夠形象直觀，不宜分析工作點(diǎn)是否合適以及求取輸出信號(hào)最大動(dòng)態(tài)范圍等問題。第37頁/共83頁2021-11-28溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響與分壓式偏置溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響與分壓式偏置電路電路1. 溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響 要求放大器性能穩(wěn)定，必須首先設(shè)計(jì)工作點(diǎn)Q對(duì)溫度不敏感的偏置電路。 2. 射極偏置電路（1）電路

15、結(jié)構(gòu) 具有熱穩(wěn)定性的射極偏置電路，在電路結(jié)構(gòu)上采取了兩點(diǎn)措施： 采用分壓式電路固定基極電位； 發(fā)射極接入電阻實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。 第38頁/共83頁2021-11-28基極電位：自動(dòng)調(diào)節(jié)過程可表示為：T 該電路能有效地穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，所以又稱為工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。 CCB2B1B2BQVRRRUCQICQIEQIERUBEQUBQI溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響與分壓式偏置電路第39頁/共83頁2021-11-28溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響與分壓式偏置電路（2）電路的靜態(tài)分析當(dāng)I1 IBQ， 且足夠大時(shí)：EQCECCCQCEQECCCEQEBEQBQEQCCB2B1B2BQ)(IRRVIRIRVURUUIVRRRU第4

16、0頁/共83頁2021-11-28（3）電路的動(dòng)態(tài)分析 溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響與分壓式偏置電路第41頁/共83頁2021-11-28（3）電路的動(dòng)態(tài)分析)/(LCboRRIUEbbebi1RIrIU溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響與分壓式偏置電路EbeLCiou)1 ()/(RrRRUUAEbeB2B1i)1 (/RrRRRCoRR 第42頁/共83頁2021-11-28（4）結(jié)論旁路電容旁路電容: : 為了在穩(wěn)定工作點(diǎn)的同時(shí)又不降低電壓增益，可以在發(fā)射極電阻RE上并聯(lián)一個(gè)大電容。 接入后，對(duì)電路工作點(diǎn)沒有影響，而電路的三項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)分別是： beLCu)/(rRRAbeLCu)/(rRRAbeB2B1i/rRR

17、R CoRR 第43頁/共83頁2021-11-282.3 2.3 三種組態(tài)三極管放大器的分三種組態(tài)三極管放大器的分析與比較析與比較共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器三種組態(tài)三極管放大器的比較三種組態(tài)三極管放大器的比較第44頁/共83頁2021-11-28共基放大器共基放大器 第45頁/共83頁2021-11-281. 靜態(tài)分析 直流通路與共射電路的相同，工作點(diǎn)求解: ， ，2. 動(dòng)態(tài)分析V79. 2BQUmA46. 1EQIV5CEQU第46頁/共83頁2021-11-28輸入、輸出回路方程 又 電壓增益： 它的極性與共射接法相反，即輸出與輸入同相。 )/(LCboRRIUbebirI

18、U110826)1 (EQbbbeIrr25.90)/(beLCiourRRUUA第47頁/共83頁2021-11-28iEi/ RRR 根據(jù)電路列出方程組： 所以放大器輸出電阻為：bbebebiIIIrIU1rIURbeeii4 .211/beEirRRk3 . 3CoRR,第48頁/共83頁2021-11-28共集放大器共集放大器第49頁/共83頁2021-11-281. 靜態(tài)分析列出求解工作點(diǎn)方程組： 將電路參數(shù)代入并求解方程組得： EQECCCEQBQEQEQEBEQBQBCC)1 (IRVUIIIRUIRVV43.7,mA14.1CEQEQUI第50頁/共83頁2021-11-282

19、. 動(dòng)態(tài)分析)/()1 (LEboRRIU)/()1 (LEbbebiRRIrIUk36. 126)1 (EQbbbeIrr987. 0)/)(1 ()/)(1 (LEbeLEiouRRrRRUUA第51頁/共83頁2021-11-28電路輸入電阻： 求得： 由此可見，它的輸入電阻比共射和共基接法時(shí)大。iBi/RRR k36.103)/()1 (LEbeiRRrRk76.76)/()1 (/LEbeBiRRrRR第52頁/共83頁2021-11-28oEo/ RRR 根據(jù)電路列出方程組： bbSbbebIIIRIrIU第53頁/共83頁2021-11-28所以： 由此可見，它的輸出電阻較小。

20、共集電路電壓放大倍數(shù)小于1，但接近于1，且輸出電壓和輸入電壓同相。 共集電路稱為射極跟隨器射極跟隨器。 共集電路可作為多級(jí)放大器的輸入級(jí)、隔離級(jí)和輸出級(jí)，應(yīng)用廣泛。1beSorRIUR365136. 1300/5 . 0/41/beBSEorRRRR第54頁/共83頁2021-11-28三種組態(tài)三極管放大器的比較三種組態(tài)三極管放大器的比較 （1）電壓放大倍數(shù)共射、共基較大，共集小于1但接近于1。共射放大器輸出電壓與輸入電壓反相； （2）輸入電阻共集最大，共基最??； （3）輸出電阻共集最??； （4）共射電路多用作多級(jí)放大器的中間級(jí)，共集電路可用作輸入級(jí)、隔離級(jí)或輸出級(jí)，而共基電路頻率特性好，適用

21、于寬頻帶放大。第55頁/共83頁2021-11-282.4 2.4 場效應(yīng)管放大器場效應(yīng)管放大器場效應(yīng)管放大器偏置電路與直流場效應(yīng)管放大器偏置電路與直流 分分析析場效應(yīng)管共源放大器交流分析場效應(yīng)管共源放大器交流分析三種組態(tài)場效應(yīng)管放大器的比較三種組態(tài)場效應(yīng)管放大器的比較第56頁/共83頁2021-11-28場效應(yīng)管放大器偏置電路與直流分析場效應(yīng)管放大器偏置電路與直流分析 1.自偏壓共源放大電路 第57頁/共83頁2021-11-28自偏壓偏置電路自偏壓偏置電路：由于場效應(yīng)管柵極電流為零，所以加在柵源極間的電壓是由電阻上壓降通過提供的，這種形式的偏置電路。根據(jù)電路寫出下列方程：同時(shí)，場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移

22、特性為： = ( ) 靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù) 、 、 。 RIUDQGSQ)(dDQDDDSQRRIVUDQIDSSI2GS(off)GSQ)1 (UU0UUGSQ)off(GSGSQUDQIDSQU第58頁/共83頁2021-11-28 2.分壓式自偏壓共源放大電路 第59頁/共83頁2021-11-28柵極電位 = 漏極電流在源極電阻上產(chǎn)生壓降：加到場效應(yīng)管柵源極間的直流電壓為：靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù) 、 、 。GQU212gggRRRDDVRIDQRIDQRIVRRRUDQDDg21g2gGSQGSQUDQIGSQUDQIDSQU第60頁/共83頁2021-11-28場效應(yīng)管共源放大器交流分析場效應(yīng)管共

23、源放大器交流分析第61頁/共83頁2021-11-28放大器的電壓放大倍數(shù)： = = 輸入電阻： 輸出電阻： uAioUUgsLdgsm)/(URRUg)/ /(LdmRRggiRR doRR 第62頁/共83頁2021-11-28三種組態(tài)場效應(yīng)管放大器的比較三種組態(tài)場效應(yīng)管放大器的比較1.共柵放大器第63頁/共83頁2021-11-28（1）靜態(tài)分析靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù) 、 、 DQDQdGGDDDSQ2GS(off)GSQDSSDQDQGGGSQ)1 (RIIRVVUUUIIRIVU0)(GSQoffGSUUGSQUDQIDSQU第64頁/共83頁2021-11-28（2）動(dòng)態(tài)分析 第65頁/共

24、83頁2021-11-28放大器的電壓放大倍數(shù)為： = = = 輸入電阻為：列出方程組：所以 輸出電阻為： uAioUUgsLdgsm)/(URRUg)/(LdmRRgii/ RRR gsmgsiUgIUUiRIUim1g= ，mii1/gRRRRdoRR 第66頁/共83頁2021-11-282. 共漏放大器第67頁/共83頁2021-11-28（1）靜態(tài)分析 靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù) 、 、 。2GS(off)GSQDSSDQDQDDDSQDQDD2g1g2gGSQ)1 (UUIIRIVURIVRRRU0)(GSQoffGSUUGSQUDQIDSQU第68頁/共83頁2021-11-28（2）動(dòng)態(tài)分

25、析 第69頁/共83頁2021-11-28放大器的電壓放大倍數(shù)為： = = = 輸入電阻為：輸出電阻為： 得： 所以： uAioUU)/()/(LgsmgsLgsmRRuguRRug)/(1)/(LmLmRRgRRg)/(2g1g3giRRRRoo/ RRR mo1gR mo1/gRR 第70頁/共83頁2021-11-283.三種組態(tài)放大器的比較 共源、共柵、共漏放大器分別與共射、共基、共集放大器相對(duì)應(yīng)。歸納起來，主要有以下特點(diǎn)：(1) 共源、共柵放大器的放大倍數(shù)較大，共漏放大器的放大倍數(shù)小于1但接近于1，可作為跟隨器使用。共源放大器輸出電壓和輸入電壓反相；(2) 共柵放大器的輸入電阻最小；(3) 共漏放大器的輸出電阻最小。第71頁/共83頁2021-11-282.5 2.5 多級(jí)放大器多級(jí)放大器 級(jí)間耦合方式級(jí)間耦合方式多級(jí)放大器的分析多級(jí)放大器的分析第72頁/共83頁2021-11-28級(jí)間耦合方式級(jí)間耦合方式 1.1