《管放大器》课件.ppt

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1、第2章 基本放大电路,2.1 概论,2.2 放大电路的组成和工作原理,2.3 放大电路的分析方法,2.1 概论,2.1.1 放大的概念,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图。,2.1.2 放大电路的性能指标,(1)电压放大倍数Au,Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值。,(2)输入电阻ri,输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻,（加压求流法）,一般来说，ri越大越好。ri越大，ii就越小，ui就越接近uS,(3)输出电阻ro,放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维

2、南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,如何确定电路的输出电阻？,在电路的计算中求ro有两个方法：,1、所有的电源（包括信号源）置零，保留受控源。然后采用加压求流法。,ro=u/i,测量开路电压uo=uso,2、开路电压除以短路电流法。,测量短路电流io=uso/ro,输出电阻：uo/io=uso/（uso/ro）=ro,(4)通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,符号规定,UA,大写字母、大写下标，表示直流量。,uA,小写字母、大写下标，表示全量。,ua,小写字母、小写下标，表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,2.2 基

3、本放大电路的组成和工作原理,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,共射放大电路,放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,输入,输出,参考点,共射放大电路组成,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。,基极电源与基极电阻,共射放大电路,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,共射放大电路,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,共射放大电路组成,耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F50F,作用：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,+,+,单电源供电,可以省去,RB,单电

4、源供电,基本放大电路的工作原理,由于电源的存在IB0,IC0,IC,IE=IB+IC,无信号输入时,静态工作点,基本放大电路的工作原理,IC,(IC,UCE),(IB,UBE),静态工作点,(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。,放大电路的直流通道,直流通道,（1）估算IB（UBE 0.7V),RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）,（2）估算UCE、Ic,IC,UCE,Ic=IB,例：用估算法计算静态工作点。,已知：EC=12V，RC=4K，RB=300K，=37.5。,解：,请注意电

5、路中IB和IC的数量级,UBE 0.7V,用图解法分析放大器的静态工作点,UCE=ECICRC,直流负载线,与IB所决定的那一条输出特性曲线的交点就是Q点,IB,静态UCE,静态IC,uCE怎么变化,？,交流放大原理,假设uBE静态工作点的基础上有一微小的变化 ui,静态工作点,uCE的变化沿一条直线交流负载线,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,实现放大的条件,1、晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。,2、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。,3、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。,4、输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。

6、,2.3 放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,对交流信号(输入信号ui),放大器的交流通道,1/C0,交流通道,交流负载线,其中：,交流量ic和uce有如下关系：,交流负载线的作法,IB,过Q点作一条直线,斜率为:,交流负载线,直流负载线,2.3.3 动态分析,1、,三极管的微变等效电路,首先考察输入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。,对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。,b,e,c,b,e,对于小功率三极管：,rbe的量级从几

7、百欧到几千欧。,考察输出回路,所以：,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,且电流源两端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,rce很大，一般忽略。,三极管的微变等效电路,e,b,c,b,e,c,rbe,ic=ib,2、放大电路的微变等效电路,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替,交流通道,微变等效电路,3、电压放大倍数的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,4、输入电阻的计算：,对于为它提供信号的信号源来说，电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。,输入电阻的定义：,输入电阻是动态电阻。,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,5、

8、输出电阻的计算：,对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方法：,所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。,所以：,用加压求流法求输出电阻：,2.3.4 失真分析：,为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。,失真输出波形较输入波形发生畸变，称为失真,uo,可输出的最大不失真信号,合适的静态工作点,uo,Q点过低，信号进入截止区,称为截止失真,信号波形,uo,Q点过高，信号进入饱和区,称为饱和失真,信号波形,(2-57),第2章 基本放大电路,静态

9、工作点稳定的放大器射极输出器,(2-58),上次课内容回顾,简单的共射极放大器,(2-59),电容开路，画出直流通道,上次课内容回顾,用估算法求静态工作点,(2-60),上次课内容回顾,电容短路,直流电源短路，画出交流通道,(2-61),上次课内容回顾,用晶体管的微变等效电路代替晶体管，画出该电路的微变等效电路，并计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻,ri=RB/rbe,ro=RC,(2-62),静态工作点的稳定,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随

10、温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。,(2-63),温度对UBE的影响,(2-64),温度对值及ICEO的影响,总的效果是：,(2-65),常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。,(2-66),静态工作点稳定的放大器,UBE=UB-UE=UB-IE RE,I2=（510）IBI1=I2+IB I2,IE=IC+IB IC,分压式偏置电路,RE射极直流负反馈电阻,CE 交流旁路电容,(2-67),静态工作点稳定过程,UB,UBE=UB-UE=UB-IE RE,UB被认为较稳定,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,E,C,B,(2-68),直流通道及静

11、态工作点估算,IB=IC/,UCE=EC-ICRC-IERE,IC IE=UE/RE=（UB-UBE）/RE,UBE 0.7V,电容开路,画出直流通道,(2-69),电容短路,直流电源短路，画出交流通道,交流通道及微变等效电路,B,E,C,(2-70),交流通道,微变等效电路,(2-71),微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算,ri=RB1/RB2/rbe,ro=RC,(2-72),例：上述静态工作点稳定的放大器，各参数如下：RB1=100k，RB2=33k，RE=2.5k，RC=5k，RL=5k，=60。求：（1）估算静态工作点；（2）空载电压放大倍数、带载电压放大倍 数、输

12、入电阻、输出电阻；（3）若信号源有RS=1 k 的内阻，带载电 压放大倍数将变为多少？,(2-73),RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V,解：(1)估算静态工作点,IC IE=UE/RE=(UB-UBE)/RE=(3.7-0.7)/2.5=1.2mA,IB=IC/=1.2/60=0.02mA=20A,UCE=EC-ICRC-IERE=12-1.2(5+2.5)=6V,(2-74),RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V,解：(2)空载电压放大倍数、带载电压 放大倍数、输入电阻、输出电阻,ri=RB1/R

13、B2/rbe=100/33/1.62=1.52 k,ro=RC=5k,(2-75),RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V,解：(3)信号源有RS=1 k 的内阻时，带载电压放大倍数为Aus载,ri=RB1/RB2/rbe,(2-76),(2-77),ri=RB1/RB2/rbe=1.52 k,RS=1 k,(2-78),静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器,RB1=100kRB2=33kRE=2.5kRC=5kRL=5k=60EC=15V,RE=2.4kRF=100,(2-79),静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器 直流通道及

14、静态工作点,RE和RF共同起直流负反馈的作用，稳定静态工作点,因RE+RF=2.5k，所以较上述电路静态工作点不变,(2-80),静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器 微变等效电路及电压放大倍数,RB1=100kRB2=33kRE=2.4kRF=100RC=5kRL=5k=60EC=15V,(2-81),=-60（5/5）/1.62+(1+60)0.1=-19,RB1=100kRB2=33kRE=2.4kRF=100RC=5kRL=5k=60EC=15V,=-93,(2-82),静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器 微变等效电路及输入电阻输出电阻,输出电阻RO=RC,输入电

15、阻,(2-83),静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器 微变等效电路及输入电阻输出电阻,ri=RB1/RB2/rbe+（1+）RF=5.9k,对比 ri=RB1/RB2/rbe=1.52k,(2-84),射极输出器,特点：同相放大，放大倍数约为1，输入电阻大，输出电阻小,RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12V,(2-85),直流通道及静态工作点分析：,EC=IBRB+UBE+IERE=IBRB+UBE+(1+）IBRE=IB RB+(1+）RE+UBE,IC=IB 或 IC IE,(2-86),静态工作点估算举例：,RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=

16、100EC=12V,(2-87),动态分析,交流通道及微变等效电路,(2-88),交流通道及微变等效电路,(2-89),动态分析：,1、电压放大倍数,(2-90),2、输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,讨论,输出电压与输入电压近似相等，电压未被放大，但是电流放大了，即输出功率被放大了。,Av,(2-91),2、输入电阻,(2-92),3、输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,置0,保留,(2-93),输出电阻,（加压求流法）,(2-94),动态分析及估算举例：,(2-95),RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12V,rbe=2.9 k,(电压放大倍数估算

17、),动态分析及估算举例：,(2-96),RB=570kRE=5.6kRL=5.6k=100EC=12V,rbe=2.9 k,RS=0,(输入电阻输出电阻估算),动态分析及估算举例：,(2-97),动态分析及估算举例：,ri=190 k,(2-98),射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,射极输出器的输入电阻很大，从信号源取得的信号大。,讨论,(2-99),所谓带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变,对上例射极输出器：,对上例静态工作点稳定的放大器(共射放大器):,空载时,=0.995RL=5.6k时,=0.990RL=1k时,=0.967,空载时,=-186RL=5k时,=-93

18、RL=1k时,=-31,(2-100),讨论,1、将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。,2、将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。,(2-101),场效应晶体管,场效应管与晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。,结型场效应管JFET,绝缘栅型场效应管MOS,场效应管有两种:,(2-102),MOS绝缘栅场效应管（N沟道）,（1）结构,P型基底,两个N区,SiO2绝缘层,金属铝,N导电沟道,(2-103),N沟道增强型,（2）符号,N沟道耗尽型,栅极,漏极,源极,(2-104),N沟道MOS管的特性曲线,(2-105),NMOS场效应管转移特性,(

19、2-106),UGS=3V,UGS=4V,UGS=5V,开启电压UGS（th）=1V,增强型NMOS场效应管输出特性曲线,(2-107),增强型NMOS场效应管转移特性,(2-108),耗尽型NMOS场效应管输出特性曲线,UGS=0V,UGS=+1V,UGS=+2V,夹断电压UP=-2V,(2-109),耗尽型NMOS场效应管转移特性,(2-110),跨导gm,=ID/UGS,=（3-2）/（1-0）=1/1=1mA/V,夹断区,可变电阻区,恒流区,(2-111),场效应管的微变等效电路,输入回路：开路输出回路：交流压控恒流源，电流,(2-112),场效应管放大电路,1、电路的组成原则及分析方

20、法,(1).静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区,(2).动态:能为交流信号提供通路,组成原则,分析方法,(2-113),2、静态分析,无输入信号时（ui=0），估算：UDS和 ID。,R1=150kR2=50kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20V,(2-114),设：UGUGS,则：UGUS,而：IG=0,+UDD+20V,直流通道,(2-115),3、动态分析,微变等效电路,(2-116),动态分析：,电压放大倍数,负号表示输出输入反相,(2-117),电压放大倍数估算,R1=150kR2=50kRG=1MRS=10kRD=10kRL=10

21、kgm=3mA/VUDD=20V,=-3（10/10）=-15,(2-118),ro=RD=10K,输入电阻、输出电阻,=1+0.15/0.05=1.0375M,R1=150kR2=50kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20V,ri=RG+R1/R2,(2-119),4、源极输出器,R1=150kR2=50kRG=1MRS=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20V,(2-120),静态工作点:,=,USUG,UDS=UDD-US=20-5=15V,(2-121),微变等效电路：,(2-122),微变等效电路：,(2-123),求ri,ri=RG+R1/R2,(2-124),求ro,加压求流法,(2-125),ri=RG+R1/R2,R1=150kR2=50kRG=1MRS=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20V,=3(10/10)/1+3(10/10)=0.94,=10/(1+3 10)=0.323 k,代入数值计算,=1+0.15/0.05=1.0375 M,(2-126),场效应管放大电路小结,(1)场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。,