《放大電路》PPT課件.ppt

1、第二章 放大電路基礎(chǔ),2.2,共射放大電路,2.1,放大器的概念與技術(shù)指標(biāo),2.3,共基和共集放大電路,2.4,場效應(yīng)管放大電路,2.5,多級放大電路,2.6,放大電路的頻率響應(yīng),2.1 放大器的概念與技術(shù)指標(biāo),2.1.1 放大器的概念,電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。,電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡(luò)表示，如圖：,Au,放大電路(又稱放大器)是基本的電子電路 放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號 放大的實質(zhì)是實現(xiàn)能量的控制 放大的元器件晶體三極管 放大的前提不失真,1. 放大器的基本組成,待放大的輸入信號,將輸入信號耦合

2、到放大器上,將放大后的信號耦合到負(fù)載,為晶體三極管提供靜態(tài)工作點， 以保證晶體三極管工作在放大區(qū),2. 電路組成,輸入信號通過耦合電容加在三極管的發(fā)射結(jié)，于是有下列過程：,三極管放大作用,變化的ic 通過 RC 轉(zhuǎn)變?yōu)?變化的uCE,放大的條件,1、靜態(tài)下：合適的靜態(tài)工作點使Je正偏，Jc反偏； 2、有信號輸入時，應(yīng)保證交流信號順利進(jìn)入三極管的輸入回路；在輸出端應(yīng)能得到不失真的信號。,思 考 題,1. 下列電路哪些能夠?qū)崿F(xiàn)放大作用？,3. 簡化電路及習(xí)慣畫法,2.1.2 放大器的主要技術(shù)指標(biāo),一、電壓放大倍數(shù),和 分別是輸入端和輸出端正弦電壓相量。,其他放大倍數(shù),二、輸入電阻Ri,放大電路一定

3、要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要從信號源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。,電壓源：,電流源：,Rs 信號源內(nèi)阻,三、輸出電阻Ro,放大電路對其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。,分析法：將輸入信號源Us 短路，保留內(nèi)阻Rs；輸出端負(fù)載RL去掉，加上電壓源U，從而產(chǎn)生電流I，則,符號規(guī)定,UA,大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量。,uA,小寫字母、大寫下標(biāo)，表示全量。,ua,小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分

4、量,2.2 共射放大電路,一、直流通路與交流通路,交直共存， 通路有別,直流通路是在直流電源作用下，直流電流流經(jīng)的通路，用于研究靜態(tài)工作點。,當(dāng)輸入信號為0時， IBQ、ICQ、 UBEQ、UCEQ稱為放大電路的靜態(tài)工作點Q Quiescent Point,(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態(tài)工作點。,交流通路是在輸入信號作用下，交流信號流經(jīng)的通路，也就是動態(tài)電流流經(jīng)的通路，用于研究動態(tài)參數(shù)。,交流通路,ICQ,UCEQ,1、ui = 0 (us = 0)，放大電路處于靜態(tài)。,ib,ic,uce,ICQ,UCEQ,2、 ui 0 (us

5、0)，放大電路處于動態(tài)。,uce,二、設(shè)計靜態(tài)工作點的必要性,將RB與電源VCC斷開,靜態(tài)時，ui0,IBQ=0,UCEQ=VCC,ICQ=0,動態(tài)時，ui 0,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），因此必須設(shè)置Q點，使T在整個信號周期工作于放大狀態(tài)，以保證電路不失真,Q點不僅影響電路是否會產(chǎn)生失真，還影響電路的動態(tài)參數(shù)Au，Ri等。,實現(xiàn)放大的條件,1、 晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 2、正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。 3、 輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。 4、輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸

6、出交流信號。,三、圖解法,圖解法是指在已知放大管的輸入、輸出特性以及放大電路中其它各元件參數(shù)的情況下，用作圖的方法來分析放大電路的工作狀態(tài)。 原則：先靜態(tài)，后動態(tài),1、靜態(tài)分析 首先畫出直流通路,1）由輸入回路計算基極電流IBQ,40A,2）在三極管輸出特性曲線上作直流負(fù)載線,1.5,40A,IC/mA,UCE/V,0A,20A,60A,80A,100A,0,12,3,直線MN的斜率為1/RC ,由RC決定，且所討論的是靜態(tài)工作情況，所以稱直線MN為放大器的直流負(fù)載線。,N (0,VCC/RC),2、動態(tài)分析,1）首先畫出交流通路,2）根據(jù)ui在輸入特性曲線上求iB,ib,3）在輸出特性曲線上

7、過Q點作交流負(fù)載線,輸出回路電壓電流的關(guān)系：,過Q點作斜率為-1/RL直線AB稱為交流負(fù)載線。,4）由iB 的變化在輸出特性曲線上求iC和uCE,Uo=-1.5V, ui = 0.02V,所以Au=uo/ui = -75,iC,t,t,ic,uCE,Q,6,M,0,12,N,1.5,40A,0A,20A,60A,80A,100A,3,Q,B,Q,ICQ,UCEQ,uce,結(jié)論：,（1）交直流并存 （2）ui uo電壓放大，形狀沒改變，幅值 （3）ui ， uo相位差180，倒相作用,圖解法的步驟,1、靜態(tài)分析 1）畫出直流通路，由輸入回路計算IBQ ； 2）在輸出特性曲線上作直流負(fù)載線,與橫軸

8、交點M（VCC ，0），縱軸交點（0，VCC/RC ） 直線MN與IBQ交點即為靜態(tài)工作點Q。 由圖可得ICQ ，UCEQ 。,2、動態(tài)分析 1）畫出交流通路； 2）根據(jù)ui在輸入特性上求iB ； 3）在輸出特性曲線上過Q點作交流負(fù)載線，斜率為-1/RL ，與橫軸交點為（UCEQ+ICQRL ，0）； 4）由iB的變化在輸出特性曲線上求iC和uCE，動態(tài)范圍QQ ，由圖讀出uO ，則可求得Au=uO/ui,3、靜態(tài)工作點的選擇與波形失真,A. 工作點Q偏低時, 截止失真,頂部失真,B. 工作點Q偏高時, 飽和失真,底部失真,C. 最大不失真輸出電壓Uom,所以,為使Uom盡可能大，應(yīng)將Q點設(shè)置

9、在放大區(qū)內(nèi)交流負(fù)載線的中點。,不飽和,不截止,D. 電路參數(shù)對Q點的影響,(1) 改變RB,RB2 RB1, Q沿直流負(fù)載線上下移動,(2) 改變VCC,VCC2 VCC1, 直流負(fù)載線平行移動,(3) 改變RC,RC2 RC1, 直流負(fù)載線斜率發(fā)生改變,N,M(VCC,0),IC/mA,UCE/V,0,Q1,(4) 改變,2 1, Q沿直流負(fù)載線上下移動,N,M(VCC,0),IC/mA,UCE/V,0,Q1,例：單管放大電路與三極管特性曲線如圖,(1)用圖解法確定靜態(tài)工作點； (2)當(dāng)Rc由4k增大到6k時，Q將怎樣移動？ (3)當(dāng)RB由200k變?yōu)?00k時，Q將怎樣移動？ (4)當(dāng)-V

10、cc由-12V變?yōu)?6V時，Q將怎樣移動？,例：求解下列問題：,解：(1) 確定Q點,(2) RC 由4k增大到6k 直流負(fù)載線斜率變化 改善飽和失真較好,(3) RB由200k變?yōu)?00k,Q點沿直流負(fù)載線上移 改善飽和、截至失真均可,(4) -VCC由-12V變?yōu)?6V 直流負(fù)載線平行移動 VCC減小Q向下向左移動 改善截至失真,四、微變等效電路法,適于低頻、小信號電路,（一）H參數(shù)微變等效電路,特性曲線的局部線性化,近似不變,ic與uCE無關(guān)，與iB成倍關(guān)系，可用大小為 iB的受控恒流源代替，體現(xiàn)iB對ic的控制作用。,三極管簡化H參數(shù)模型,（二）靜態(tài)分析（估算法）,（1）畫直流通路,（

11、4）由輸出回路求UCEQ,（3）求ICQ,（2）由輸入回路估算IBQ,(三）動態(tài)分析,1、畫出交流通路,畫法：電容短路， 直流電壓源短路接地， 直流電流源開路,2、畫微變等效電路,將交流通道中的三極管用微變等效電路代替:,3、計算動態(tài)指標(biāo),(1)電壓放大倍數(shù)Au,特點：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。,(2) 輸入電阻Ri,電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻。,(3)輸出電阻Ro,令,所以,(2) 輸入電阻Ri,(3)輸出電阻Ro,(1)電壓放大倍數(shù)Au,微變等效電路法的步驟：,估算法求Q； 計算rbe； 畫出微變等效電路； 求Au、Ri、Ro等。,例：

12、如圖所示共射放大電路中的鍺三極管的=150，Uce(sat)=0.2V，試用微變等效電路法求： 1.電壓放大倍數(shù)； 2.輸入電阻和輸出電阻； 3.最大不失真輸出電壓幅值Uomax； 4.最大的輸入電壓幅值Uimax和此時的基極電流交流分量幅值Ibmax。,解：1）求Q,2）畫微變等效電路,兩種分析方法的比較：,當(dāng)輸入電壓幅度較小（BJT基本工作在線性區(qū)）或放大電路比較復(fù)雜時，適合用小信號模型來分析； 當(dāng)輸入電壓幅度較大（BJT的工作點延伸到非線性區(qū)）時，需采用圖解法； 分析放大電路的輸出電壓最大幅值，合理選擇Q及參數(shù)，采用圖解法比較方便。,（一）溫度對UBE的影響,五、溫度對工作點的影響,（二

13、）溫度對 值及ICEO的影響,總的效果是：,小結(jié)：,固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。 Q點不穩(wěn)定可能會導(dǎo)致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、 IC增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化。保持Q點基本穩(wěn)定。,（三）分壓式偏置電路：,1、靜態(tài)分析,可以認(rèn)為與溫度無關(guān)。,似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十k。,本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過程,2、動態(tài)分析,+VCC,uo,(1) 交流通路,微變等效電路,(3) 動態(tài)指標(biāo),(2) 微變等效電路,問題1：如果去掉CE，放大倍數(shù)怎樣？,去掉

14、 CE 后的交流通路和微變等效電路：,問題2：如果電路如下圖所示，如何分析？,靜態(tài)分析：,直流通路,動態(tài)分析：,交流通路,交流通路：,微變等效電路：,2.3 共基和共集放大電路,2.3.2 共集放大器,2.3.3 三種組態(tài)放大器的比較,2.3.1 共基放大器,2.3.1 共基放大器,一、靜態(tài)分析,直流通路,二、動態(tài)分析,1、交流通路,2、微變等效電路,電壓增益Au,輸入電阻Ri,輸出電阻Ro,Ri比共射接法小,3、 求動態(tài)指標(biāo),# 適合放大何種信號源的信號？,又Ri較小，Ro較大,電流接續(xù)器,2.3.2 共集放大器,射極輸出器,一、靜態(tài)分析,直流通路,二、動態(tài)分析,1、畫交流通路,2、畫H參數(shù)

15、微變 等效電路,3、計算動態(tài)參數(shù),（1）電壓增益Au,Au1,射極跟隨器,有電流放大作用,（2）輸入電阻Ri,Ri比共射接法大,（3）輸出電阻Ro,Ro,（3）輸出電阻Ro,Ro比較小,小結(jié)： (1) Au1(1)，且uo和ui同相，射極跟隨器。 (2) 輸入電阻大，向信號源(前級)索取的電流小； (3)輸出電阻小，帶負(fù)載能力強。,2.3.3 三種組態(tài)的比較,結(jié)論：,CC為電壓跟隨器，Ri大，Ro?。?CB為電流接續(xù)器，Ri小，Ro大； CE的uo與ui反相，Ri與Ro中等； CE中間級（電壓放大）， CC輸入級、隔離級或輸出級， CB寬頻帶（高頻）放大器。,例：在圖示共集電路中，輸出電壓通過

16、耦合電容C3加到RB3的下端，已知=100，rbe =1k，RB1=RB2=20k，RB3=100k，RE= RL=1k，所有電容可視為短路，求輸入電阻Ri。,若不接RB3 和C3 ，電路如圖：,微變等效電路,若接入RB3 （無C3 ），電路如圖：,微變等效電路,進(jìn)一步接入C3 ，則RB1 、RB2被接入發(fā)射極，電路如圖：,微變等效電路,2.4 場效應(yīng)管放大電路,(1) 靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點，使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，場效應(yīng)管的偏置電路相對簡單。,(2) 動態(tài)：能為交流信號提供通路。,組成原則：,分析方法：,2.4.1 自偏壓共源放大電路,UGS是由電阻R上壓降提供的，稱為自偏壓偏置電路。,（

17、1）,（2）,（3）,分壓式自偏壓共源放大電路,一、靜態(tài)分析,場效應(yīng)管的微變等效電路,gm的求法,由特性方程推得,二、動態(tài)分析,Ro=RD,2.4.2 三種組態(tài)場效應(yīng)管放大器的比較,1、共柵放大器,（1）靜態(tài)分析,（2）動態(tài)分析,微變等效電路,忽略rds ，則,2、共漏放大器,（1）靜態(tài)分析,UDSQ=VDD- IDQRS,（2）動態(tài)分析,源極跟隨器,輸入電阻 Ri,輸出電阻 Ro,場效應(yīng)管放大電路小結(jié),(1) 場效應(yīng)管放大器輸入電阻很大。 (2) 場效應(yīng)管共源極放大器(漏極輸出)輸入輸出反相，電壓放大倍數(shù)大于1；輸出電阻=RD。 (3) 場效應(yīng)管源極跟隨器輸入輸出同相，電壓放大倍數(shù)小于1且約

18、等于1；輸出電阻小。,2.5 多級放大電路,2.5.2 多級放大電路的分析,單級放大器增益、輸入電阻和輸出電阻往往不能滿足特殊要求，放大器由多級構(gòu)成。,級間如何連接？如何分析？,2.5.1 級間耦合方式,2.5.1 級間耦合方式,耦合：即信號的傳送。,多級放大電路對耦合電路要求：,1、靜態(tài)：保證各級Q點設(shè)置,2、動態(tài): 傳送信號,要求：波形不失真，減少壓降損失。,耦合方式：阻容耦合；變壓器耦合；直接耦合,1、阻容耦合,優(yōu)點：,1、Q獨立；,2、若耦合電容足夠大，則放大倍數(shù)較高。,缺點：,1、不能放大直流； 信號頻率較低時，Au下降；,2、不易集成。,2、變壓器耦合,優(yōu)點：,1、Q獨立；,2、阻抗變換。,缺點：,1、不利于集成；,2、低頻和高頻信號的放大效果不理想。,3、直接耦合,優(yōu)點：,1、易于集成；,2、能放大交流、 直流和緩變信號。,缺點：,1、Q相互影響。,2、零點漂移。,零點漂移,（1）現(xiàn)象：理想：調(diào)零后 ui0，uo0 實際： u