电工学第9章放大电路.ppt

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1、1,第 9 章 基本放大电路,9.1 双极型晶体管,9.2 放大电路的工作原理,9.3 放大电路的静态分析,9.4 放大电路的动态分析,9.5 双极型晶体管基本放大电路,9.6 场效应型晶体管,9.7 场效应型晶体管基本放大电路,9.8 多级放大电路,9.9 差分放大电路,9.10 功率放大电路,下一章,上一章,返回主页,大连理工大学电气工程系,2,9.1 双极型晶体管,一、基本结构,结构示意图和图形符号,大连理工大学电气工程系,3,二、工作状态,条件:发射结正偏,集电结反偏。,发射区发射载流子 形成电流IE 少部分在基区被复合 形成IB 大部分被集电区收集 形成IC,1放大状态,电流的形成,

2、晶体管中载流子的运动过程,大连理工大学电气工程系,4,电流的关系 IE=IB+IC,当 IB=0 时，,直流(静态)电流放大系数,交流(动态)电流放大系数,IC=ICEO,电路图,大连理工大学电气工程系,5,IB 微小的变化，会产生 IC 很大的变化。IC=IB。0UCEUCC，UCE=UCCRC IC。晶体管相当于通路。,特点,大连理工大学电气工程系,6,特点：IB,IC 基本不变。ICUCC/RC。UCE0。晶体管相当于短路。,条件:发射结正偏,集电结正偏。,IB,IC UCE=(UCCRC IC)ICM=UCC/RC,2.饱和状态,电路图,饱和状态时的晶体管,大连理工大学电气工程系,7,

3、特点：IB=0 IC=0 UCE=UCC 晶体管相当于开路。,3.截止状态,条件:发射结反偏,集电结反偏。,电路图,截止状态时的晶体管,大连理工大学电气工程系,8,晶体管处于放大状态。(2)开关 S 合向 b 时,例9.1.1 图示电路，晶体管的=100，求开关 S 合向 a、b、c 时的 IB、IC 和 UCE，并指出晶体管的工作 状态（忽略 UBE）。,解(1)开关 S 合向 a 时,=0.01 mAIC=IB=1000.01 mA=1 mA UCE=UCCRCIC=(1551031103)V=10 V,UCC=15 V UBB1=5 V UBB2=1.5 VRB1=500 k RB2=5

4、0 k RC=5 k,大连理工大学电气工程系,9,UCE=0 V 晶体管处于饱和状态。因为若 IC=IB=1000.1mA=10 mA UCE=UCCRCIC=(15510310103)V=35 V UCE0，这是不可能的，即不可能处于放大状态。(3)开关 S 合向 c 时 IB=0，IC=0，UCE=UCC=15 V 晶体管处于截止状态。,大连理工大学电气工程系,10,三、特性曲线,1.输入特性 IB=f(UBE)UCE=常数,UCE1V25,UCE1V75,硅管：UBE 0.7 V 锗管：UBE 0.3 V,输入特性,工作方式,大连理工大学电气工程系,11,2.输出特性 IC=f(UCE)

5、IB=常数,放 大 区,饱和区,截止区,输出特性,工作方式,大连理工大学电气工程系,12,动态电流放大系数 2.穿透电流 ICEO3.集电极最大允许电流 ICM4.集电极最大耗散功率 PCM PC=UCE IC5.反向击穿电压 U(BR)CEO,四、主要参数,1.电流放大系数,过 损 耗 区,安 全 工 作 区,功耗曲线,大连理工大学电气工程系,13,9.2 放大电路的工作原理,一、电路组成,两个电源的放大电路,一个电源的放大电路,大连理工大学电气工程系,14,NPN 管放大电路,PNP 管放大电路,放大电路的简化画法：,大连理工大学电气工程系,15,二、信号的放大过程,1.静态时 ui=0，

6、直流电源单独作用。,2.动态时 输入信号 ui，,输出信号 uo=uce=RC ic,信号的放大过程,大连理工大学电气工程系,16,9.3 放大电路的静态分析,一、静态工作点的确定 图解法 在输入特性曲线上,已知 IB,可确定 Q 点,可知 UBE。在输出特性曲线上 已知 IB,可确定 Q 点，可知 IC,UCE。,输入特性,输出特性,大连理工大学电气工程系,17,2.计算法,直流通路的做法：(1)信号源中的电动势短路；(2)电容开路。,IBRB+UBE=UCC,IC=IBUCE=UCCRCIC,直流通路,放大电路,大连理工大学电气工程系,18,例 9.3.1 在如图所示的固定偏置放大电路中，

7、已知 UCC=6 V，RB=180 k，RC=2 k,=50，晶体管为硅管。试求放大电路的静态工作点。,解,IC=IBUCE=UCCRC IC,=0.029 4 mA,=500.029 4 mA,=1.47 mA,=(621.47)V,=3.06 V,大连理工大学电气工程系,19,二.静态工作点的影响,1.当 IB 太小，Q 点很低，引起后半周截止失真。2.当 IB 太大，Q 点很高，引起前半周饱和失真。,截止失真和饱和失真统称为非线形失真。,截止失真,饱和失真,大连理工大学电气工程系,20,9.4 放大电路的动态分析,一、放大电路的主要性能指标 1.电压放大倍数 Au,其分贝值:|Au|(d

8、B)=20lg|Au|,定义：,当输入信号为正弦交流信号时,大连理工大学电气工程系,21,在放大电路中:,2.输入电阻 ri,定义：,当输入信号为正弦交流信号时,放大电路,信号源,输入电阻,大连理工大学电气工程系,22,ri 大 Ui 大 Uo 大；ri 大 Ii 小 可减轻信号源的负担；,ri 越大越好，ri RS。,可见：,输入电阻,大连理工大学电气工程系,23,3.输出电阻 ro,当输入信号为正弦交流信号时：,定义：,放大电路,负载,输出电阻,大连理工大学电气工程系,24,若 ro 小，带载能力强；反之带载能力差。,可见：,ro 越小越好，ro RL。,大连理工大学电气工程系,25,4.

9、放大电路的频率特性,幅频特性:|Au|f,相频特性:f,通频带,大连理工大学电气工程系,26,解(1),=9 mV,UOC=|A0|Ui,=1009 10-3 V,=0.9 V=900 mV,例 9.4.1 某放大电路的空载电压放大倍数|A0|=100，输入电阻 ri=9 k，输出电阻 ro=1 k，试问:(1)输入端接到 Us=10 mV，RS=1 k 的信号源上，开路电压 UOC 应等于多少？(2)输出端再接上 RL=9 k 的负载电阻时，负载上的电压 UoL 应等于多少？这时电压放大倍数|Au|是多少？,大连理工大学电气工程系,27,(2),=810 mV,=0.81 V,=90,=90

10、,大连理工大学电气工程系,28,二、放大电路的微变等效电路,1.晶体管的交流小信号电路模型,输入端电压和电流的关系,称为晶体管的输入电阻。,rbe=,电路图,输入特性,大连理工大学电气工程系,29,晶体管从输入端看，可以用一个等效的动态电 阻 rbe代替。,电路图,输入端口等效电路,大连理工大学电气工程系,30,(2)输出端电压和电流的关系,从输出端看，可以用一个 受控电流源代替。,晶体管的小信号模型,共射接法,共集接法,共基接法,电路图,大连理工大学电气工程系,31,2.放大电路的交流通路,作法:C 短路，UCC 短路。,放大电路,交流通路,微变等效电路,大连理工大学电气工程系,32,=RB

11、 rbe,rbe,=RC,微变等效电路,大连理工大学电气工程系,33,例9.4.2 求例9.3.1放大电路的空载电压放大倍数、输入电阻 和输出电阻。,(1)空载电压放大倍数,解,=1 084,=92.25,ri=RB rbe,(2)输入电阻,=1.078 k,(3)输出电阻,ro=RC,=2 k,大连理工大学电气工程系,34,9.5 双极型晶体管基本放大电路,一、共射放大电路,1.电路组成 增加一个偏流电阻 RB2，可以固定基极电位。只要满足:I2 IB,选择参数时，一般取 I2(510)IB。,共射放大电路,大连理工大学电气工程系,35,(2)增加发射极电阻 RE，可以稳定 IC。,只要满足

12、 UB UBE,选择参数时,一般取 UB(510)UBE。,T,ICEO,IE,URE,IC,IC,UBE,(3)增加 CE,避免 Au下降。,共射放大电路,大连理工大学电气工程系,36,2.静态分析,画直流通路,IC=IB,UCE=UCCRC ICRE IE UCC(RCRE)IC,共射放大电路的直流通路,共射放大电路,大连理工大学电气工程系,37,3.动态分析,共射放大电路的交流通路,共射放大电路,共射放大电路的微变等效电路,大连理工大学电气工程系,38,=RB1RB2rbe,rbe,=RC,共射放大电路的微变等效电路,大连理工大学电气工程系,39,1.电路组成,二、共集放大电路,2.静态

13、分析,RBIBUBERE(1)IB=UCC,IC=IB UCE=UCCREIE=UCCRE(1)IB,共集放大电路,共集放大电路的直流通路,大连理工大学电气工程系,40,3.动态分析,共集放大电路的交流通路,共集放大电路,共集放大电路的微变等效电路,大连理工大学电气工程系,41,1,共集放大电路的微变等效电路,大连理工大学电气工程系,42,三、共基放大电路1.电路结构,2.静态分析,IC=IB,UCE=UCCRC ICRE IE UCC(RCRE)IC,共基放大电路,共基放大电路的直流通路,大连理工大学电气工程系,43,3.动态分析,共基放大电路的交流通路,共基放大电路,共基放大电路的微变等效

14、电路,大连理工大学电气工程系,44,=RC,共基放大电路的微变等效电路,大连理工大学电气工程系,45,9.6 场效应型晶体管,一、基本结构,SiO2,NMOS 管,PMOS 管,源极 漏极S D,铝片,栅极 G,大连理工大学电气工程系,46,二、基本类型,按导电沟道的不同分为：N型沟道MOS管NMOS管 P型沟道MOS管PMOS管,NMOS 管,PMOS 管,导电沟道,大连理工大学电气工程系,47,按导电沟道形成的不同分为：增强型简称E型 耗尽型简称D型,场效应管的图形符号:,大连理工大学电气工程系,48,三、工作原理,形成反型层导电沟道的条件是：E型NMOS管 UGS UGS(th)0 E型

15、PMOS管 UGS UGS(0ff)0 总之,改变UGS,可以改变导通沟道的厚度和形状,从而实现控制 ID。,大连理工大学电气工程系,49,四、特性曲线,耗尽型NMOS 管,增强型NMOS 管,转移特性,漏极特性,大连理工大学电气工程系,50,耗尽型PMOS 管,增强型PMOS 管,转移特性,漏极特性,UGS(off),O,ID,UGS,大连理工大学电气工程系,51,9.7 场效应型晶体管基本放大电路,一、增强型MOS管共源放大电路,1.静态时,当UGS UGS(th)时,才能建立起反型层导电沟道。ID=IS UGS=UGRSIS UD=UDDRDID,分压偏置共源放大电路,大连理工大学电气工

16、程系,52,2.动态时,uo=idRD,uG=UG ui,uD=UDDiDRD,uGS=UGS ugs,iD=IDid,电压电流波形,大连理工大学电气工程系,53,只要 UGS UGS(off),导电沟道就不会消失。IG=01.静态时 uGS=RS IS2.动态时 与增强型一样。,二、耗尽型MOS管共源放大电路,自给偏置共源放大电路,大连理工大学电气工程系,54,9.8 多级放大电路,级间耦合方式 阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。,一、阻容耦合,1.静态分析,前、后两级静态工作点彼此独立，互不影响。,阻容耦合,大连理工大学电气工程系,55,2.动态分析,微变等效电路,阻容耦合,大连理工大学电气

17、工程系,56,Au=Au1Au2 其中：RL1=ri2,ri=ri1 ro=ro2,阻容耦合放大电路，只能放大交流信号，无法传递直流信号。,微变等效电路,大连理工大学电气工程系,57,1.静态分析 前后级静态工作点相互影响，相互制约；不能独立设置。2.动态分析 分析方法同直接耦合放大电路。可以放大直流信号。3.零点漂移,二、直接耦合,直接耦合,大连理工大学电气工程系,58,例 9.6.1 如图所示放大电路,已知 RB1=33 k，RB2=RB3=10 k,RC=2 k,RE1=RE2=1.5 k,两晶体管的 1=2=60,rbe1=rbe2=0.6 k。求总电压放大倍数。,RL1=ri2,解,

18、第一级为共射放大电路,它的负载电阻即第二级的输入电阻。,=RB3rbe2(12)RE2,大连理工大学电气工程系,59,=8.46 k,=1.62 k,=162,第二级为共集放大电路,可取 Au=1，,Au=Au1Au2=1621,=162,RL1=RB3rbe2(12)RE2,解,大连理工大学电气工程系,60,9.9 差分放大电路,IC1IC2 UC1=UC2 Uo=UC1UC2=0,一、工作原理,1.静态时 ui1=ui2=0,基本差分放大电路,大连理工大学电气工程系,61,(1)共模输入信号 ui1=ui2 uc1=uc2 uo=uc1uc2=0 对共模信号无放大作用；即Ac=0。,2.动

19、态时,RE抑制零点漂移的过程,T,uRE,iB1 iB2,基本差分放大电路,大连理工大学电气工程系,62,(2)差模输入信号 ui1=ui2,uc1=uc2 uo=uc1 uc2=2uc1对差模信号有放大作用,即Ad0。,基本差分放大电路,大连理工大学电气工程系,63,双端输入 单端输入双端输出 单端输出,二、输入和输出方式,1.反相输入,设 ui 增加，,ui 0,uBE1 0,ic1 0,uo 0,可见:输入和输出电压的相位相反，故称反相输入。,反相输入,大连理工大学电气工程系,64,2.同相输入,ui 0,ube1 0,ic1 0,uo 0,设 ui 增加,双端输出时，uo=2uc1；单

20、端输出时，uo=uc1。,可见:输入和输出电压的相位相同，故称同相输入。,同相输入,大连理工大学电气工程系,65,9.10 功率放大电路,一、功率放大电路概述 特点是输出功率大；效率高。,，但波形严重失真。3.甲乙类放大 界于以上二者之间。,1.甲类放大,波形不失真,但低。2.乙类放大,甲类放大,乙类放大,大连理工大学电气工程系,66,二、乙类放大互补对称放大电路,两个独立的共集放大电路,乙类放大互补对称电路,1.电路组成,静态时 ui=0 IB=0，IC=0；iL=0，uo=0。,故为乙类放大。,大连理工大学电气工程系,67,3.动态时,负半周 ui 0，NPN管截止,PNP管放大。,正半周 ui 0,NPN管放大,PNP管截止；,IB 和 IC 不宜为 0，应将静态 工作点提高一点，以避开输 入特性的死区。,乙类放大互补对称电路,乙类放大互补对称电路的波形,大连理工大学电气工程系,68,三、甲乙类放大互补对称放大电路,1.静态时 有一个合适的 IB；IB 0，IC0；故为甲乙类放大。,当 ui0，T1管截止，T2管放大。,2.动态时 当 ui0，T1管放大，T2管截止；,乙类放大互补对称电路,第 9 章 结 束,下一章,上一章,返回主页,