華成英第四版_第2章_基本放大電路

1、本文格式為word版，下載可任意編輯華成英第四版_第2章_基本放大電路 其次章 基本放大電路 2.1 放大的概念與放大電路的性能指標(biāo) 2.2 基本共射放大電路的工作原理 2.3 放大電路的分析方法 2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 2.5 晶體管放大電路的三種接法 2.6 場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路 2.7 基本放大電路的派生電路 Ø 2.1 放大電路的概念與放大電路的性能指標(biāo) 一、放大的概念 vcc 至少一路直流電源供電 放大的對(duì)象：變化量。 放大的本質(zhì)：能量的掌握。 放大的特征：功率放大。（推斷電路能否放大的基本動(dòng)身點(diǎn)） 放大的基本要求：不失真。（放大的前提） 二、放大電路的性能指標(biāo) 對(duì)信

2、號(hào)而言，任何放大電路均可看成二端口網(wǎng)絡(luò)。 1. 放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比。 iouua au uu&&& &= = ioiia ai ii&&& &= = ioiua ui&&&= iouia iu&&&= 電壓放大 電流放大 互阻放大 互導(dǎo)放大 電壓放大倍數(shù)是最常被討論和測(cè)試的參數(shù)。 2. 輸入電阻與輸出電阻 iiiiur = 輸入電壓與輸出電壓的 有效值之比。 looloo oruuruu ur ) 1 (" "- =-= "ou ：空載時(shí)輸出電

3、壓有效值；ou ：帶lr 時(shí)的輸出電壓有效值。 3. 通頻帶 衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)力量。 由于電容、電感及放大管 pn 結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號(hào)頻率較低和較高時(shí)電壓放大倍數(shù)下降，并產(chǎn)生相移。（注：也包括平行導(dǎo)線間的分布電容等） 4. 最大不失真輸出電壓 u om ：溝通有效值。 5. 最大輸出功率 p om 和效率 ：功率放大電路的參數(shù)。 Ø 2.2 基本共射 放大電路的 工作原理 一、電路的組成及各元件的作用 v bb 、r b ：使 u be u on ，且有合適的 i b 。 v cc ：使 u ce u be ，同時(shí)作為負(fù)載的能源。 r c ：將 i c 轉(zhuǎn)

4、換成 u ce (u o ) 。 動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)： ) ( o ce c b icu u u i i urd ® d ® ® ® d 壓 輸入電壓 u i 為零時(shí)，晶體管各極的電流、b-e 間的電壓、管壓降稱為靜態(tài)工作點(diǎn) q ，作 記作 i bq 、 、 i cq （ （i eq ）、 u beq 、 、 u ceq 。 。 二、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性 為什么放大信號(hào)對(duì)象是動(dòng)態(tài)信號(hào)，卻要晶體管在信號(hào)為零時(shí)有合適的直流電壓和極間電壓？ 輸出電壓必定失真！ 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，首先要解決失真問題， 但 但 q 點(diǎn)幾乎影響著全部的動(dòng)態(tài)參數(shù)！ 三、基本共射放大

5、電路的波形分析 底部失真 頂部失真 四、放大電路的組成原則 靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源、合適的電路 參數(shù)。 動(dòng)態(tài)信號(hào)能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)載 上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號(hào)。 對(duì)有用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負(fù)載上無直流重量。 兩種有用的放大電路 1. 直接耦合放大電路 問題： 將兩個(gè)電源合二為一 靜態(tài)時(shí)，b1beq ru u = 1) 兩種電源 動(dòng)態(tài)時(shí)，v cc 和 u i 同時(shí)作用于晶體管的輸入回路。 2) 信號(hào)源與放大電路不"共地' 共地，且要使信號(hào)馱載在靜態(tài)之上。 2. 阻容耦合放大電路 c 1 、c 2 為耦合電容！ 耦合電容的容量應(yīng)足夠

6、大，即對(duì)于溝通信號(hào)近似 為短路。其作用是"隔離直流、通過溝通'。 靜態(tài)時(shí)，c 1 、c 2 上電壓？ceq c2 beq c1u u u u = = ， 動(dòng)態(tài)時(shí)，u be u i u beq ，信號(hào)馱載在靜態(tài)之上。負(fù)載 上只有溝通信號(hào)。 Ø 2.3 放大電路的 分析方法 一、放大電路的直流通路和溝通通路 通常，放大電路中直流電源的作用和溝通信號(hào)的作用共存，這使得電路的分析簡單化。為簡化分析，將它們分開作用，引入直流通路和溝通通路的概念。 1. 直流通路： u s =0，保留 r s ；電容開路；電感相當(dāng)于短路（線圈電阻近似為 0）。 2. 溝通通路： 容量電容相當(dāng)于

7、短路；直流電源相當(dāng)于短路（內(nèi)阻為 0）。 基本共射放大電路的直流 通路和溝通通路 c cq cc ceqbq cqbbeq bbbq r i v ui iru vi- = b 列晶體管輸入、輸出回路方程，將 u beq 作為已知條件，令 i cq i bq ，可估算出靜態(tài)工作點(diǎn)。 阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和溝通通路 二、圖解法（應(yīng)實(shí)測(cè)特性曲線） 1.靜態(tài)分析（圖解二元方程） 2.電壓放大倍數(shù)分析 b b i bb ber i u v u - d + = 符號(hào)為"'。 反相， 與 ， 給定u ua u uuua u u i i ui oioo ce c b i) (

8、d ddd= ® d d ® d ® d ® d 3.失真分析 1) 截止失真 截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！ 消退方法：增大 v bb ，即向上平移輸入回路負(fù)載線。 減小 r b 能消退截止失真嗎？ 2) 飽和失真：輸出回路產(chǎn)生失真。 一、 等效電路法 消退方法：增大 r b ，減小 r c ，減小 ，小 減小 v bb 大 ，增大 v cc 。 。 最大不失真輸出電壓 u om ：比較 u ceq 與（ v cc u ceq ），取其小者，除以 2 。 爭(zhēng)論一 1. 用 npn 型晶體管組成一個(gè)在本節(jié)課中未見過的共射放大電路。 2. 用 pnp

9、型晶體管組成一個(gè)共射放大電路。 3. 畫出圖示電路的直流通路和溝通通路。 三、等效電路法 半導(dǎo)體器件的非線性特性使放大電路的分析簡單化。利用線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。 1. 直流模型：適于 q 點(diǎn)的分析 bbeq bbbqru vi bq cq i i b = c cq ceqr i v ucc -= 利用估算法求解靜態(tài)工作點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上利用了直流模型。 2. 晶體管的 h 參數(shù)等效模型（溝通等效模型） 低頻小信號(hào)模型 在溝通通路中可將晶體管看成一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入回路、輸出回路各為一個(gè)端口。 在低頻、小信號(hào)作用下的關(guān)系式 ïïîïï

10、;í춶+¶¶=¶¶+¶¶=cececbbcccecebebbbebed d dd d db ceb ceuuiiiiiuuuiiuui ui u ïîïíì+ =+ =ce 22 b 21 cce 12 b 11 be u h i h iu h i h u& & && & & 溝通等效模型（按式子畫模型） h 參數(shù)的物理意義 b-e 間動(dòng)態(tài)電阻：bebbe11ceriuhu=¶

11、2;= 內(nèi)反饋系數(shù)： bcebe12 iuuh¶¶= 電流放大系數(shù)： b =¶¶=cebc21 uiih c-e 間的電導(dǎo)：ce cec221br uihi=¶¶= 分清主次，合理近似！什么狀況下 h 12 和 h 22 的作用可忽視不計(jì)？ 簡化的 h 參數(shù)等效電路溝通等效模型 eqtbb" e b" bb"bbebe) 1 ( iur r riur b + + » + = = 在輸入特性曲線上，q 點(diǎn)越高，r be 越小！ 四、放大電路的動(dòng)態(tài)分析 放大電路的溝通等效電路 阻容耦合共射放大電路的

12、動(dòng)態(tài)分析 輸入電阻不應(yīng)含有 r s ； 輸出電阻不應(yīng)含有 r l . 爭(zhēng)論一 1. 在什么參數(shù)、如何變化時(shí) q 1 q 2 q 3 q 4 ？ 2. 從輸出電壓上看，哪個(gè) q 點(diǎn)下最易產(chǎn)生截止失真？哪個(gè) q 點(diǎn)下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個(gè) q 點(diǎn)下 u om 最大？ 3. 設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)依據(jù)什么選擇 v cc ？ 爭(zhēng)論二 已知 i cq 2ma，u ces 0.7v。 1. 在空載狀況下，當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，電路首先消失飽和失真還是截止失真？若帶負(fù)載的狀況下呢？ 2. 空載和帶載兩種狀況下 u om 分別為多少？ 3. 在圖示電路中，有無可能在空載時(shí)輸出電壓失真，而帶上負(fù)載后這種失真消退？ 4.

13、 增加電壓放大力量的方法？ 爭(zhēng)論三 ：基本共射放大電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析 爭(zhēng)論四 ：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析 爭(zhēng)論五： 波形分析 Ø 2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 一、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響 所謂 q 點(diǎn)穩(wěn)定，是指 i cq 和 u ceq 在溫度變化時(shí)基本不變，這是靠 i bq 的變化得來的。 二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路 1. 電路組成 c e 為旁路電容，在溝通通路中可視為短路 2. 穩(wěn)定原理 設(shè) u beq u be u be ，若 u bq u be u be ，則 i eq 穩(wěn)定。 r e 的作用：t( )i c u e u be （u b 基本不變） i

14、b i c 關(guān)于反饋的一些概念： 將輸出量通過肯定的方式引回輸入回路影響輸入量的措施稱為反饋。 直流通路中的反饋稱為直流反饋。 i c 過 通過 r e 為 轉(zhuǎn)換為 u e 響 影響 u be 反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的稱為負(fù)反饋，反之稱為正反饋。 高 溫度上升 i c 增大，反饋的結(jié)果使之減小 r e 起直流負(fù)反饋?zhàn)饔?，其值越大，反饋越?qiáng)，q 點(diǎn)越穩(wěn)定。 r e 有上限值嗎？ 3. q 點(diǎn)分析 e eq beq b bq bbr i u r i v + + = 分壓式電流負(fù)反饋工作點(diǎn)穩(wěn)定電路 推斷方法： 4. 動(dòng)態(tài)分析 三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法 引入直流負(fù)反饋 溫度補(bǔ)償：利用對(duì)溫度敏感的

15、元件，在溫度變化時(shí)直接影響輸入回路。 例如，r b1 或 r b2 采納熱敏電阻。 它們的溫度系數(shù)？ 爭(zhēng)論一 圖示兩個(gè)電路中是否采納了措施來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)？ 若采納了措施，則是什么措施？ Ø 2.5 晶體管放大電路的三種接法 一、基本共集放大電路 1.靜態(tài)分析 e eq ceq cce eq beq b bq bbr i u vr i u r i v+ =+ + = 2.動(dòng)態(tài)分析 電壓放大倍數(shù) u o u i 輸入電阻的分析 r i 與負(fù)載有關(guān)！ 輸出電阻的分析 令 u s 為零，保留 r s ，在輸出端加 u o ，產(chǎn)生 i o ，o o oi u r = 。 r o 與信號(hào)源內(nèi)阻

16、有關(guān)！ 從射極看基極回路電阻，被減小到（1+）倍。 3.特點(diǎn) 輸入電阻大，輸出電阻??；只放大電流，不放大電壓；在肯定條件下有電壓跟隨作用！ 二、基本共基放大電路 1. 靜態(tài)分析 2. 動(dòng)態(tài)分析 3. 特點(diǎn)：輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！ 三、三種接法放大電路的比較（ 空載狀況下） 接法 共射 共集 共基 a u 大 小于 1 大 a i 1+ r i 中 大 小 r o 大 小 中 頻帶 窄 中 寬 爭(zhēng)論一 圖示電路為哪種基本接法的放大電路？它們的靜態(tài)工作點(diǎn)有可能穩(wěn)定嗎？求解靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的表達(dá)式。 接法 共射 共集 共基 輸入 b b e 輸出 c

17、 e c 爭(zhēng)論二 電路如圖，全部電容對(duì)溝通信號(hào)均可視為短路。 1. q 為多少？ 2. r e 有穩(wěn)定 q 點(diǎn)的作用嗎？ 3.電路的溝通等效電路？ 4. v 變化時(shí)，電壓放大倍數(shù)如何變化？ 轉(zhuǎn)變電壓放大倍數(shù) Ø 2.6 場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路 一、場(chǎng)效應(yīng)管（以 n 溝道為例） 單極型管噪聲小、抗輻射力量強(qiáng)、低電壓工作 場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對(duì)應(yīng)于晶體管的 e、b、c；有三個(gè)工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。 1. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 符號(hào) 結(jié)構(gòu)示意圖 柵 柵- 源電壓對(duì)導(dǎo)電溝道寬度的掌握作用 溝道最寬 溝道變窄 溝

18、道消逝稱為夾斷 u gs 可以掌握導(dǎo)電溝道的寬度。為什么 g-s 必需加負(fù)電壓？ 漏 漏- 源電壓對(duì)漏極電流的影響 場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件是什么？ 轉(zhuǎn)移特性 常量 =ds) (gs d uu f i 場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而 u gs u gs （ off ） 且 u gd u gs （ off ） 。 在恒流區(qū)時(shí)： 輸出特性 常量 =gs) (ds d uu f i 低頻跨導(dǎo)： 常量 =dd=dsgsdm uuig 不同型號(hào)的管子 u gs （ off ） 、i dss 將不同。 2. 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 增加型管 u gs 增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長。當(dāng)反型層將兩個(gè) n 區(qū)相接

19、時(shí)，形成導(dǎo)電溝道。 增加型 mos 管 u ds 對(duì) i d 的影響 i d 隨 u ds 的增大 u gd u gs （ th ） ,預(yù)夾斷 i d 幾乎僅僅受控于 u gs ， 而增大，可變電阻區(qū) 恒流區(qū) 用場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。n 溝道增加型 mos 管工作在恒流區(qū)的條件是什么？ 耗盡型 mos 管 耗盡型 mos 管在 u gs 0、 u gs 0、 u gs 0 時(shí)均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管不同，由于 sio 2 絕緣層的存在，在 u gs 0 時(shí)仍保持 g-s 間電阻特別大的特點(diǎn)。 mos 管的特性 1)增加型 mos 管 在恒流區(qū)時(shí)，2gs(th)gsdo d) 1 ( - =uui i ，式中doi 為gs(th) gs2u u = 時(shí)的di 。 2)耗盡型 mos 管 利用 multisim 測(cè)試場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性 從輸出特性曲線說明場(chǎng)效應(yīng)管的哪些特點(diǎn)？ 3. 場(chǎng)效應(yīng)管的分類 工作在恒流區(qū)時(shí) g-s、d-s 間的電壓極性 u gs =0 可工作在恒流