第二章：基本放大電路.ppt

1、放大的概念,放大指的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。,變化量； 能量的控制，功率放大；不失真,模擬信號,數(shù)字信號,第二章 基本放大電路,大積木塊,小積木塊,基本電路,基本元器件,電子系統(tǒng),組成放大電路的條件：, 2.1 基本放大電路的組成和工作原理,1、在靜態(tài)和動態(tài)時一定要使管子工作在放大區(qū),(1)BJT：E結(jié)正偏，C結(jié)反偏；,(2)N溝道FET：UDS UGS-VTh(VP),UGS VTh(VP),2、信號一定能夠加在正偏的發(fā)射結(jié)上(FET加在GS上),P溝道FET：,BJT和FET的對偶關(guān)系：,BG,ES,CD,3、放大的信號電流能夠流到負載上,靜態(tài) 時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流

2、工作狀態(tài)。,動態(tài) 時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。,(b)分壓式偏置電路,阻容耦合共射放大電路,放大電路的元件的作用,固定偏置共射放大電路,VCC：基極、集電極電源，為電路提供能量。并保證T正確偏置，處于放大狀態(tài);,（由RC 、 Rb和VCC來滿足）,C1：將交流信號作用到發(fā)射結(jié)上；,C2：把放大信號加在負載上；,固定偏置共射放大電路,Rb=300K, VCC=9V, =100，,IBQ=,ICQ=,UBQ=,UCQ=,UBE=0.7V,+,直流通路,Rb=300K, VCC=9V, =100，,確定Rc使放大電路工作在放大狀態(tài),如何判斷一個電路是否能實現(xiàn)放大？,3. 晶體管必須偏置

3、在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,4. 正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。,1. 信號能否輸入到放大電路中。,2. 信號能否輸出。,與實現(xiàn)放大的條件相對應(yīng)，判斷的過程如下：,各點波形,結(jié)論：,1、icib uoui,2、uo與ui反相,3、若不失真的放大，對輸入信號有限制,4、在信號的驅(qū)動下，保證管子在放大區(qū)，保證信號要加在正偏的發(fā)射結(jié)上，保證輸出級的信號電流流過負載線,電壓增益,電流增益,互阻增益,互導增益,一、放大倍數(shù)(增益),放大器的主要性能指標,源電壓增益,功率放大倍數(shù),二 輸入電阻和輸出電阻,Ri=ui / ii,Ri越大， ui就越接近uS，對信號源的衰減就越小。,Ri

4、是衡量放大器對信號源衰減程度的指標,從放大電路輸入端看進去的等效電阻,輸出電阻Ro,輸出電阻是表明放大電路帶負載能力的指標。 Ro越小，放大電路帶負載的能力越強。,從放大電路輸出端看進去的等效電阻,三、非線性失真,在放大電路中，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。,非線性失真系數(shù)：,特點：產(chǎn)生了輸入信號中沒有的新的頻率成分；,四、 BJT放大電路的頻率響應(yīng)(頻率特性）,頻率響應(yīng)放大器的電壓 放大倍數(shù)隨頻率變化的規(guī)律,通頻帶,使放大倍數(shù)的數(shù)值等于0.707倍的A的頻率分別稱為上限截止頻率fL和下線截止頻率fH

5、,通頻帶是衡量放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力的,放大電路的圖解分析方法,使用BJT的特性曲線與外電路共同來求解的方法,阻容耦合共射放大電路及其直流通路,(a) 直流通路,即ui=0，Vcc作用下的通路。,C開路，L短路，Us短路，保留Rs。,RL,在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路，,對于直流通路，（1）電容視為開路；（2）電感線圈視為短路；（3）信號源視為短路，但應(yīng)保留其內(nèi)阻。,放大電路的靜態(tài)分析,直流通路,例：用估算法計算靜態(tài)工作點。,已知：VCC=12V，Rc=3k， Rb=560k，=100。,解：,注意電路中IB 和IC 的數(shù)量級。,圖解分析,圖解法是利用晶體管特性曲線和外電路來進

6、行求解的。具有形象、直觀的優(yōu)點。但對于小信號放大器，圖解法難以準確地進行定量分析。,3. 由直流負載列出方程 UCE=VCCICRc 4. 在輸出特性曲線上確定兩個特殊點,即可 畫出直流負載線。,直流負載線的確定方法：,VCC 、 VCC /Rc,1. 在輸入回路列方程式UBE =VCCIBRb,2. 在輸入特性曲線上，作出輸入負載線，兩 線的交點即是Q。,5. 得到Q點的參數(shù)IBQ、ICQ和UCEQ。,(a)固定偏置電路,交流通路,ic,直流通路,22,放大電路的圖解分析方法,使用BJT的特性曲線與外電路共同來求解的方法,動態(tài)（交流）分析,交流圖解分析是在輸入信號作用下，通過作圖來確定放大器

7、各級電流和極間電壓的變化量。,阻容耦合共射放大電路及其交流通路,(b) 交流通路,交流通路：Ui作用下的通路。,C短路，固定的直流電源VCC短路。,RL,接入正弦信號的工作情況,（a） 輸入特性上求iB,交流通路,（b）交流負載線的確定,交流負載線,其中：,這條直線通過Q點，稱為交流負載線。,（c）輸出特性上求iC和uCE,交流負載線的特點:,d. 電路的工作點沿交流負載線移動。,a. 斜率為1/RL,b. 經(jīng)過靜態(tài)工作點Q,c. 與橫軸的交點為UCEQ+ICQ RL,放大電路的動態(tài)范圍,一、放大電路的消波失真,為了得到盡量大的輸出信號，要把Q設(shè)置在交流負 載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信

8、號進入截止區(qū) 或飽和區(qū)，則造成非線性失真,飽和失真： Q點太靠近飽和區(qū),截止失真： Q點太靠近截止區(qū),消波失真：,二、不產(chǎn)生消波失真的條件：,三、合適的靜態(tài)工作點最大動態(tài)范圍,uo,最大不失真輸出信號,交流負載線,通過圖解分析，可得如下結(jié)論： 1. uo與ui相位相反； 2. 可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)； 3. 可以確定最大不失真輸出幅度。,32,(a)固定偏置電路,(b)分壓式偏置電路,1、BJT每溫升40，ICBO翻倍；,2、VBE每溫升1，下降22.5mv；,3、,思路：將非線性的BJT等效成一個線性模型,條件：交流小信號,線性模型,一、簡化的混合等效電路,r bb是基極的內(nèi)電阻,

9、r be是ib流過正偏發(fā)射結(jié),的交流電阻,gm：表示輸入回路對輸出的控制能力，表征BJT放大能力的指標,低頻小功率管的r bb 100300， 常溫下UT 26mV.,二、簡化的h參數(shù)等效模型, 電流源為一受控源，而不是獨立的電源。 電流源的流向不能隨意假定，而是由i b決定。 該模型僅適用于交流小信號，不能用于靜態(tài)和大信號分析。,2-3-3 微變等效電路分析的一般步驟,一般步驟 ：,1、畫出原電路的交流通路；,2、將交流通路中的晶體管用適當?shù)男⌒盘柲Ｐ腿〈?；,3、簡化電路；,4、列出輸入、輸出回路方程，求出各項性能指標；,- h之間的關(guān)系：,u be=ib r be,=gm r be,rb

10、e= r bb+ r be,分壓式偏置電路,2.4基本放大電路的中頻特性,15,直流通路,交流通路,微變等效電路分析的一般步驟,一般步驟 ：,1、畫出原電路的交流通路；,2、將交流通路中的晶體管用適當?shù)男⌒盘柲Ｐ腿〈?；,3、簡化電路；,4、列出輸入、輸出回路方程，求出各項性能指標；,一、 共射放大器的交流分析,2、畫出放大器的交流小信號 等效電路（微變等效電路）,+,+,1、首先畫出放大器的直流通路,3、電壓放大倍數(shù)的計算：,“ -”號表示輸出電壓與輸入電壓反相。 共射放大器電壓放大能力較強。負載電阻越大，放大倍數(shù)越大。,輸入電阻的計算：,根據(jù)輸入電阻的定義：,-,-,+,+,c,Ui,L,

11、b,be,R,r,R,R,UO,Ib,Ib,Ic,Ii,共射放大器的輸入電阻較小,-,+,c,L,b,be,R,r,R,R,UO,輸出電阻的計算,IO,共射放大器的輸出電阻較大,Ro從放大電路輸出端看進去的等效電阻,輸出電阻,輸出電阻是衡量放大電路帶負載能力的指標。 Ro越小，放大電路帶負載的能力越強。,二. 共基極放大電路,16,分壓式偏置放大電路,1. 靜態(tài)工作點,直流通路：,2. 動態(tài)分析,畫出電路的交流小信號等效電路,（1）電壓放大倍數(shù),共基極放大器輸入電壓與輸出電壓同相，電壓放大能力較強（與共射放大器相當）。,+,+,-,c,b,r,R,be,e,e,+,R,-,L,+,c,R,（2

12、）輸入電阻,（3）輸出電阻,共基極放大器的輸入電阻很小,輸出電阻較大（同共射）,+,+,i,c,b,r,R,be,e,e,R,+,i,R,R,-,L,+,c,R,三、 共集電極放大電路(射極跟隨器）,1. 結(jié)構(gòu)：,直流通路,靜態(tài)計算：,（1）微變等效電路,動態(tài)分析：,（2）電壓放大倍數(shù)：,（2）輸入電阻,射極跟隨器的輸入電阻很大,3、輸出電阻,射極跟隨器輸出電阻很小,+,e,b,c,R,be,r,L,R,b,e,R,Ib,Ib,-,+,U,I,射極跟隨器的應(yīng)用,1、放在多級放大器的輸入端，提高整個放大器 的輸入電阻，減小對信號源的衰減。 2、放在多級放大器的輸出端，減小整個放大器的輸出電阻，提

13、高帶負載的能力。,3. 三種組態(tài)的比較,共集,共基,共射,uo與ui反相 uo與ui同相 uo與ui同相,1 1 1,（大） （?。?（大）,57,輸出電阻的計算,共射放大器,共基極放大器,共集電極極放大器,17,使用觀察法來求交流參數(shù) ：,b,模型,圖7,b,e,i,e,圖6,端增益,源增益,59,Ri,Ro,Au,極性的確定,場效應(yīng)管放大電路,分析幾個基本電路:,N溝道JFET,1、沒有接入RS時ID是否為零？,uDS,UGS=0,2、從零開始逐漸增 大時，ID如何變化？,轉(zhuǎn)移特性,輸出特性,19,2、JFET和DMOS都可以用自給偏壓,1、RG上電流為多少？,（存在絕緣層）,2、JFET

14、和DMOS都可以用自給偏壓,1、RG上電流為多少？, 無論是哪種場效應(yīng)管，都可以采用混合偏置電路,把FET設(shè)置在放大區(qū),場效應(yīng)管的偏置及其電路的靜態(tài)分析:,1自給偏壓,IDQ,USQ= IDQ RS,UGSQ= -IDQ RS,(1) 電路,(2)自給偏壓原理,估算法:,輸入回路方程,(3) 靜態(tài)分析,VDD=18V、RD=3k、RS=1k、RG=1M，F(xiàn)ET的IDSS=7mA、VP=8V,當管子工作于放大區(qū)時,2分壓式偏置,圖中,靜態(tài)分析：,VDD=12V、RD=1k、RS=3k、RG1=100K， RG2=100K， IDO=2mA、Vth=2V,得：IDO=2mA 和8mA（不在放大區(qū)）

15、,4V,3信號的輸入和輸出,常用的耦合方式,一種典型的阻容耦合共源極放大電路,場效應(yīng)管的微變等效電路,簡化的微變等效電路,場效應(yīng)管組成的三種基本放大電路,1共源極放大電路,微變等效電路,由圖可知,故,式中,a. 求電壓放大倍數(shù),由圖可知,b. 求輸入電阻Ri,根據(jù)輸出電阻的定義：,由圖可知,輸出電阻的等效電路,c. 求輸出電阻Ro,2. 共柵極放大電路,微變等效電路,由圖可知,a. 求電壓放大倍數(shù),故,由于,b. 求輸入電阻Ri,故,c. 求輸出電阻Ro,求Ro的等效電路,3. 共漏極放大電路,微變等效電路,由圖可知,故,式中,a. 求電壓放大倍數(shù),輸入電阻,b. 求輸入電阻Ri,Ri可達幾十

16、M,c. 求輸出電阻Ro,求Ro的等效電路,由圖可知,故電路的輸出電阻,特性: （1）Ri比較高 （2）Au1 （3）RO小,一般步驟：ui ugs gmugs uO,u,83,用BJT代FET,u be=ib r be,=gm r be,rbe= r bb+ r be,84,2.5 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。但是，溫度的變化嚴重影響靜態(tài)工作點。,對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點由UBE、 和ICEO 決定，這三個參數(shù)隨溫度而變化，溫度對靜態(tài)工作點的影響主要體現(xiàn)在這三方面。,T,UBE,ICEO,Q,2. 靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器

17、（射極偏置電路）,選I1， I2=10IB I1 I2,（1） 結(jié)構(gòu)及 工作原理,分壓網(wǎng)絡(luò),負反饋電阻,UB,共射,靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程：,UBE=UB-UE,UB穩(wěn)定,UB,負反饋過程,UE,靜態(tài)工作點決定：,1、最大不失真信號的幅度；,2、小信號的參數(shù)：,2.6 多級放大電路,一. 多級放大器的耦合方式,1.阻容耦合,優(yōu)點：,各級放大器靜態(tài)工作點獨立。,輸出溫度漂移比較小。,缺點：,不適合放大緩慢變化的信號。,不便于作成集成電路。,2.直接耦合,優(yōu)點：,各級放大器靜態(tài)工作點相互影響。,輸出溫度漂移嚴重。,缺點：,可放大緩慢變化的信號。,電路中無電容，便于集成化。,二. 多級放大器的分析,直流

18、,阻容耦合 各級獨立計算,直接耦合 考慮級間影響,UC1=UB2,IC1= IRc + IB2 IRc,+ UC1 _,1. 電壓放大倍數(shù)（以兩級為例）,前級的負載是后級的輸入電阻！,二、交流,阻容耦合與直接耦合放大器的交流等效電路是一致的,（帶載）,擴展到n級：,（帶載）,后級的信號源是前級的開路輸出電壓, 前級的輸出電壓是后級的輸入電壓,后級的信號源內(nèi)阻是前級的輸出電阻,前級的負載是后級的輸入電阻,2. 輸入電阻,3. 輸出電阻,Ri=Ri（最前級）,Ro=Ro（最后級）,例1 在如圖所示電路中，R1=15k,R2=R3= 5k,R4=2.3 k, R5=100k,R6=RL=5k;VCC=12V;晶體管的均為50,rbe1=1.2k rbe2=1k,UBEQ1=UBEQ2=0.7V。 試估算電路的Q點、Au、Ri和Ro。,(1) 阻容耦合，Q獨立。,第一級為典型的Q點穩(wěn)定電路， 可得,圖3.1.2 兩級阻容耦合放大電路,第二級為共集放大電路，根據(jù)其基極回路方程求出靜態(tài)工作點,(2)求解Au 、Ri 和Ro ：畫出交流等效電路,e1,c2,為求出第一級的電壓放大倍數(shù)，首先應(yīng)求出其負載電阻，即第二級的輸入電阻,根據(jù)輸入電阻的物理意義 ,可知:,電路的輸出電阻Ro與第一級的輸出電阻R3有關(guān),rbe2,e1,c2,例2：,求：總