模拟电子电路第二章.ppt

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1、第二章 基本放大电路,21 放大的概念和放大电路的主要性能指标22 基本共射放大电路的工作原理23 放大电路的分析方法24 放大电路静态工作点的稳定25 晶体管单管放大电路的三种基本接法26 场效应管放大电路27 基本放大电路的派生电路,本章要求,掌握（1)放大、静态工作点、饱和失真与截止失真、直流通路与交流通路、直流负载线与交流负载线、h参数等效模型、放大倍数、输入电阻和输出电阻、最大不失真输出电压、静态工作点的稳定。,（2）放大电路的组成原则和各种基本放大电路的工作原理及特点,（3）放大电路的分析方法，能够正确估算基本放大电路的静态工作点和动态参数Au、Ri、R0。,理解：派生电路的特点，

2、电路输出波形产生截止失真和饱和失真的原因,了解：稳定静态工作点的必要性及稳定的方法,21 放大的概念和放大电路主要性能指标,2.1.1 放大的概念,电子学中的放大,放大的对象：变化量,表象：将信号的幅值由小变大,本质：实现能量的控制和转换。,基本特征：是功率放大。,有源元件具有能量作用的元件（三极管）,（扬声器所获得的能量远大于话筒送出的能量）,2.1.2 放大电路的性能指标,1.放大倍数（Au）,衡量放大电路放大能力的重要指标，其值为输出量,电压放大倍数,电流放大倍数,2.输入电阻Ri,（从放大电路输入端看进去的等效电阻）,定义为输入电压有效值Ui和输入电,表明放大电路从信号源吸取电,（或）

3、与输入量（或）之比。,流有效值Ii之比，即,号源吸取的电流愈小，反之则愈大。,流大小的参数，,Ri愈大放大电路从信,输出电阻是表明放大电路带负,3.输出电阻Ro,从放大电路输出端看进去的等效内阻。,或,载的能力差，反之则强。,载的能力，,Ro大表明放大电路带负,4.通频带,图2.1.4 放大电路的频率指标,当A(f)下降到中频电压放大倍数Am的 1/时，即,放大电路的增益A(f)是频率的函数,在一定的频率范围内,fL 下限截止频率，fH 称为上限截止频率。,fbw 为通带频率,（反应对不同频率的通过能力）,5.非线性失真系数D,输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数D。,A1

4、为基波幅值,A2、A3为谐波幅值,6.最大不失真输出Uom,当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。,7.最大输出功率与效率,在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率，记为Pom。,直流电源能量的利用率称为效率,Pv为电源消耗的功率,22 基本共射放大电路的工作原理,基本放大电路：,22.1 基本共射放大电路的组成及各元件的作用,基本组成如下：,晶体管T,基极电阻Rb,集电极电源VCC,集电极电阻Rc,输入信号ui,基极电源VBB,核心元件，起放大作用,与基极电源一起共同决定基极电流IB,使晶体管b-e间电压UBEUon,使晶体管的集电结反向偏置，以保证晶体管工作在

5、放大状态,将IC转换为c-e间的电压UCE=Vcc-IcRc,正弦波电压,信号源,负载,由一个三极管所组成的简单放大电路,单电源供电时的习惯画法,共发射极基本电路,.放大电路的工作特点,1.无输入信号(ui=0)时,=0,UBE,？,2、有输入信号(ui 0)时:,交直流信号共存,无输入信号(ui=0)时:,有输入信号(ui 0)时,uCE=VCC iC RC,uo 0uBE=UBE+uiiB=IB+ibiC=IC+icuCE=UCE+uo,结论：,(1)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发,(2)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路,(3)输出电压与输入电压在相位上相差1

6、80，即共发射,极电路具有反相作用。,具有电压放大作用。,终不变。,生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始,uBE=0，三极管截止,2.2.3 静态和静态工作点,1.静态和静态工作点,静态：时，放大电路的工作状态称为静态（直流工作状态）,静态工作点：,静态时电路中各电极电流和各电极之间的电压,2.为什么要设置静态工作点.,图2.2.2 没有设置合适的静态工作点,(IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ),(1)ui=0时,Uon,VCC,（避免失真）,不产生失真的条件,在输入信号一个周期内，直流分量交流分量,uBE=ui,(2)Ui0时,Uon,2.2.4 放大电路的组成原则,1.

7、组成原则,（1）发射结正偏，集电结反偏，有适当的静态工作点,（2）输入信号能顺利传递,（3）失真度不超过允许范围,2.常见的两种共射放大电路,（）直接耦合共射放大电路,必不可少！若Rb10，则静态时，由于输入端短路，晶体管截止，电路不可能正常工作。,（2）阻容耦合共射放大电路,23 放大电路的分析方法,分析的任务,求静态时的 IBQ、ICQ、UCEQ,求动态时的,分析方法,估算法：求静态工作点,图解法：适用于动态和静态分析,微变等效法：适用于动态分析,直流通路与交流通路,1、直流通路在直流电源作用下直流电流流经的通路，,画法：电容视为开路，电感视为短路，信号源视为短路，,即静态电流流经的通路，

8、用于研究静态工作点。,但应保留其内阻。,直流通路,断开,断开,2、交流通路,容量大的电容（如耦合电容）视为短路；,画法,短路,短路,对地短路,交流通路,无内阻的直流电源（如+VCC）视为短路。,用于研究动态参数。,动态时（ui0）交流信号电流流经的通路，,P138 题2.2 画出如图所示各电路的直流通路和交流通路。所有电容对交流信号均可视为短路。,在分析放大电路中，应遵循“先静态，后动态”的原则，,求解静态工作点时应利用直流通路，求解动态参数时应利用,交流通路，两种通路切不可混淆。,解：,画出图示电路的交流通路,R1,R4,R3,R2,R5,T1,T2,ui,u0,估算法求静态工作点,求静态工

9、作点：,A.,B.,C.,令ui,RL=,例：用估算法计算图示电路的静态工作点。,由KVL可得：,由KVL可得：,Re,2.3.3 图解法,在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它各元件参数的情况下,利用作图的方法对放大电路进行分析即为图解法.,1.图解法分析静态静态值,当uI=0时,在输出回路，,（1）直流负载线,直流负载线,Q,iB=IBQ,ICQ,VCC,VCC,VCC/RC,UCEQ,（2）确定 iB=IBQ,直流负载线方程,iC=0,uCE=0,（3）参数对静态工作点的影响,Rb对Q点的影响,直流负载线不变,Q1,Q2,工作点在Q1Q2间移动,Rc对Q点的影响,Q1,Q2,

10、特性曲线不变,工作点在Q1 Q2 间移动,Vcc对Q点的影响,直流负载线斜率不变，,工作点在直流负载线上移动,2.图解法分析动态,（1）直流负载线,IBQ,Q,ICQ,VCC,UCEQ,直流负载线(-1/Rc),（2）交流负载线-ui0信号遵循的负载线。,在输出特性曲线上观察放大电路在ui0的工作情况,斜率为-1/(RcRL)。,交流负载线的画法：,A,B,交流负载线-1/(RcRL),交流负载线应具备的两个特征：,必过Q点；,（1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。,（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。,注意：,（3）动态分析,RL=,uo比ui幅度大且相位相反,RL对u

11、o的影响：在输入信号ui不变的情况下，输出电压uo的幅值变小。电压放大倍数变小，最大不失真输出电压也变小。,RL,3.图解分析法的应用,（1）图解分析法分析波形的非线性失真,三极管特性曲线的非线性引起的失真,非线性失真,截止失真,工作点太低,抑制失真的方法,（2）饱和失真,工作点太高,抑制饱和失真的方法,或,退出饱和,o,t,思考题 在图所示电路中，由于电路参数不同，在信号源电压为正弦波时，测得输出波形如图（a）、（b）、（c）所示，试说明电路分别产生了什么失真，如何消除。,（b）截止失真，减小Rb。,解（a）饱和失真，增大Rb，减小Rc。,（c）同时出现饱和失真和截止失真，应减小ui或增大V

12、CC。,以UCEQ为中心,取VCC-UCEQ和UCEQ-UCES这两段距离中小的数值，就是能输出的最大不失真幅值（峰值）。,为使电路不失真输出幅值最大，Q点应设在负载线对应于uCE=UCES和IB=0两点间的中点。,(1)若 Q 点已定（在放大区），能输出的不失真最大幅度是多大？,(2)Q点设在什么地方能使电路不失真输出幅值最大？,4.图解法分析最大不失真电压,对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线与交,5、图解法的适用范围,在实际应用中，多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压和失真情况。,流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路情况，只有在,空载情况下，两条直线才和二为一。,结论：

13、,2.3.3 等效电路法,1、晶体管简化h参数等效模型2、共射放大电路动态参数的分析,将晶体管的模型以电路的形式表达后，用解电路的方法来进行分析和计算的。,输入端口,输出端口,在输入特性Q点附近,在输出特性Q点附近,（与uCE无关）,在共射接法放大电路中,在低频小信号作用下,将晶体管看成一个线性双口网络,利用网络的h参数来表示输入、输出的电压与电流的相互关系，便可得出等效电路，成为共射h参数等效模型。该模型只能用于放大电路动态小信号参数分析。,（1）简化h参数等效模型,1、晶体管简化h参数等效模型,（2）rbe的近似表达式,或,该式表明，Q点愈高，即IEQ(ICQ)愈大，rbe 愈小,基区体电

14、阻,发射区体电阻,2、共射放大电路动态参数的分析,us,“-”号表示u0与ui相差1800,(1)电压放大倍数的计算,(2)输入电阻的计算,ri,(3)输出电阻的计算,=0,=0,R0,Rs,例2.3.3 在图所示电路中，已知VCC=12V,Rb=510k,Rc=3k；晶体管的rbb=150，=80，导通时的UBEQ=0.7V；RL=3k。求（1）求出电路的、和；（2）若所加信号源内阻RS为2k，求出,解：(1)首先求出Q点和rbe,UCEQ大于UBEQ，说明Q点在晶体管的放大区。,画出交流等效电路如图所示。,(2)根据 的定义,的数值总是小于 的数值，输入电阻愈大，愈接近，,也就愈接近。,2

15、4 放大电路静态工作点的稳定,2.4.1 静态工作点稳定的必要性2.4.2 典型的静态工作点稳定电路2.4.3 稳定静态工作点的措施,静态工作点稳定的必要性,放大电路的主要性能指标与静态工作点有关,影响静态工作点的因素:,电源电压的波动;,元件参数的老化;,晶体管的温度特性。,温度对静态工作点的影响,T,稳定Q点，是指在环境温度变化时静态集,措施（1）置放大电路于恒温槽中,（2）从电路结构入手 TIBQ,2.4.2 典型的静态工作点稳定电路,UBQ,B,UEQ,1.电路的组成和Q点稳定原理,电极电流ICQ和管压降UCEQ基本不变。,(1)结构：,(2)稳定Q点原理,因此，I2I1，因而B点电位

16、,图（c）中，B点的电流方程为 I2=I1+IBQ,若满足 I1IBQ,-表明基极电位几乎仅决定于Rb1与Rb1对VCC的分压，而与环境温度无关，即当温度变化时，UBQ基本不变。,T()ICQ(IEQ),ICQ,射极电阻Re，VCC通过电阻Rb1、Rb2分压接入三极管,UEQ(因为UBQ基本不变）,UBEQ,IBQ,该电路稳定Q点的原因：1、Re的直流负反馈作用；2、在I1IBQ的情况下，UBQ在温度变化时基本不变。,这种电路又称为分压式电流负反馈Q点稳定电路。,从理论上讲，Re愈大，反馈愈强，Q点愈稳定。但是实际上，对于一定的集电极电流IC，由于VCC的限制，Re太大会使晶体管进入饱和区，电

17、路将不能正常工作。,2、静态工作点的估算,I1IBQ,发射极电流,由于ICQ IEQ，管压降,基极电流,可以指出，不管电路参数是否满足I1IBQ，Re的反馈作用都存在。,当(1+)Re Rb 时，I1IBQ 是成立。,3、动态参数的估算,求放大倍数,输入电阻,输出电阻,实际阻容耦合Q点稳定电路,Ce,输入电阻,输出电阻,射极旁路电容,稳定静态工作点的措施,节点的电流方程为,二极管的反向电流,晶体管基极静态电流,IC,IR,T(),IC UE,UD UB,T(),UBEIC,IB IC,2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法,2.5.1 基本共集放大电路2.5.2 基本共基放大电路2.5.3

18、三种接法的比较,2.5.1 基本共集放大电路,1、电路组成,2、静态分析,电压放大倍数,3、动态分析,电压放大倍数Au1且输入输出同相，输出电压跟,随输入电压，故称电压跟随器。,但是输出电流 Ie 远,大于输入电流 Ib，所以电路仍有功率放大作 用。,输入电阻,发射极电阻Re等效到基极回路时，将增大（1+）倍，因此共,集放大电路输入电阻比共射放大电路的输入电阻大得多，可达几,十千欧到几百千欧。,输出电阻,基极回路电阻(Rs+rbe)等效,结论（1）Ri 大，从信号源索取的电流小（2）R0小，带负载能力强（3）Au1，u0 与 ui同相。,到发射极回路时，应减小到原,来的1/(1+)。R0可小到

19、几十欧。,2.5.2 基本共基放大电路,1、电路的组成,图2.5.4(a)基本共基放大电路,2、静态分析,（b）基本共基交流通路,3、动态分析,电压放大倍数,（2）Au=RL/rbe，有电压放大能力，从而实现功率放大。,特点,（1）无电流放大能力（输入电流为iE，输出电流为iC）,（3）输出电压与输入电压同相,（4）频带宽,输入电阻,输出电阻,2.5.3 三种接法的比较,（大）,（1+)(大）,频率响应,差,较好,好,（小）,阻容耦合共基放大电路,2.7 晶体管基本放大电路的派生电路,2.7.1 复合管放大电路2.7.2 共射共基放大电路2.7.3 共集共基放大电路,2.7.1 复合管放大电路

20、,一、复合管组成及其电流放大系数,由两只或两只以上三极管适当连接而成,T1,T2,组成原则：1.每只三极管均工作在放大状态，且各极电流均有合适的通路。2.前一只三极管的输出电流与后一只三极管的输入电流实际方向一致,1.同类型三极管复合,（1）电流放大系数,（2）输入电阻rbe,2.不同类型三极管复合,二、复合管共射放大电路,该式说明输入电阻比没有复合管时明显增大，即当 相同时，从信号源,若(1+1)rbe2 rbe1，且11，则,电压放大倍数与没用复合管时相当,索取的电流将明显减小。,三、复合管共集放大电路,由于采用复合管，输入电阻Ri中与Rb相并联的部分大大提高，而输出电阻Ro中与Re相并联

21、的的部分大大降低，使共集放大电路Ri大、Ro小的特点得到进一步的发挥。,2.7.2 共射共基放大电路,由于T1管以输入电阻小的共基电路为负载，使T1管集电结电容对输入回路的影响减小，从而使共射电路高频特性得到改善。,因为21,即2/（1+2）1，所以,与单管共射放大电路的 相同,2.7.3 共集共基放大电路,图所示为共集共基放大电路的交流通路，它以T管组成的共集电路作为输入端，故输入电阻较大；以T2管组成的共基电路作为输出端，故具有一定电压放大能力；由于共集电路和共基电路均有较高的上限截止频率，故电路有较宽的通频带。,图中的哪些接法可以构成复合管？标出它们等效管的类型（如NPN型、PNP型、N

22、沟道结型）及管脚（b、e、c、d、g、s）。,P144 题2.18,（c）构成NPN型管，上端为集电极，中端为基极，下端为发射极。,解：（a）不能。,（b）不能。,（d）不能,（f）PNP型管，上端为发射极，中端为基极，下端为集电极。,（g）构成NPN型管，上端为集电极，中端为基极，下端为 发射极。,（e）不能,习题课,1.二极管、三极管伏安特性,2.二极管应用电路分析,3.三极管电极的确定及工作状态的判断,4.用基本放大电路的组成原则判断电路对信号是否具有放大作用,5.静态工作点的估算及图解法求静态工作点,6.放大电路的微变等效法（晶体管、场效应管）,7.复合管特点,UGS(th)0,UGS

23、(th)0,UGS(off)0,UGS(off)0,UGS(off)0,UGS(off)0,IG=0,ID=IS,(a)uGDUGS(off）,(b)uGD=UGS(off）,(c)uGDUGS(off),击穿电压U(BR)DS,指uDS增大到使iD开始急剧增加，发生雪崩击穿时的uDS值。使用时uDS不能超过此值。,击穿电压U(BR)GS,指G、S间P+N结的反向击穿电压。若UGS超过此值，P+N结将被击穿。,击穿电压U(BR)DS,指uDS增大到使iD开始急剧增加，发生雪崩击穿时的uDS值。使用时uDS不能超过此值。,击穿电压U(BR)GS,使绝缘层击穿的UGS。超过此值，绝缘层将被击穿。,

24、题 1.12 分别判断图示各电路中的场效应管是否有可能工作在恒流区。,解：（a）可能,（c）不能,（b）不能,（d）可能,IG=0,ID=IS,uGS=-IDRS0,uGS=0,uGS=-IDRS0,uGS=VGG 0,例 P137 二试分析图所示各电路是否能够放大正弦交流信号，简述理由。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。,分析方法（1）画出直流通路，判断发射结和集电结偏置情况,（2）若发射结正偏、集电结反偏，再画出交流通路判断。,若ui0时，u00且1，则有放大作用；反之，则无放大作用。,解：(a)无放大作用，ui被VBB短路，不能顺利传输。,(c)无放大作用，图为共集电极电路。,(b)

25、可能，偏置Rb可以使T导通，工作在放大区。,(d)无放大作用，VBB=1.2V0.7V，使T 饱和。,(e)无放大作用，ui被C2短路，不能顺利传输。,(d)无放大作用，u0恒为VCC,或 ui0,u0=0,例 电路如图所示，设三极管的=80，UBEQ=0.6V。试分析当开关分别置于A、B、C三个位置时，三极管工作在什么状态，并求出相应的输出电压。(UCES=0.3V),解：三极管处于临界饱和状态时,开关置于A时,IBS,三极管处于饱和状态,分析方法（1）求临界饱和电流,(2)求实际基极电流,（3）若 IB IBS三极管处于饱和状态 若 0 IB IBS三极管处于放大状态 否则为截止状态,=8

26、00.0228=1.824mA,开关置于B时,IBS,三极管工作在放大状态,=12-1.824 4=4.7 V,开关置于C时,三极管发射结反偏，,所以工作在截止状态,IB=0,IC=0,U0=VCC=12V,（3）在 1mV时，将Rw调到输出电压最大且刚好不失真，若此时增大输入 电压，则输出电压波形将 A.顶部失真 B.底部失真 C.为正弦波,P137 四、已知图示电路中VCC12V，RC3k，静态管压降UCEQ6V；并在输出端加负载电阻RL，其阻值为3k。选择一个合适的答案填入空内。,（1）该电路的最大不失真输出电压有效值Uom A.2V B.3V C.6V,（2）当 1mV时，若在不失真的

27、条件下，减小RW，则输出电压的幅值将；A.减小 B.不变 C.增大,（4）若发现电路出现饱和失真，则为消除失真，可将。A.RW减小 B.Rc减小 C.VCC减小,直流负载线,交流负载线,VCC=ICQRL+UCEQ,P138 题2.4,电路如图（a）所示，图（b）是晶体管的输出特性，静态时UBEQ0.7V。利用图解法分别求出RL和RL3k时的静态工作点和最大不失真输出电压Uom（有效值）。,解:（1）当RL开路且ui=0时,输出回路直流负载线方程为,直流负载线,Q,最大不失真输出电压,=6-0.7=5.3V,=12-6=6V,UCES,（2）当RL=3K且ui=0时,等效为,输出回路直流负载线

28、方程为,Q,UCEQ,=3-0.7=2.3V,=6-3=3V,例题,设图所示电路所加输入电压为正弦波。试问：,（2）画出输入电压和输出电压ui、uo1、uo2 的波形；,解（1）交流等效电路为,Re,（2）两个电压放大倍数说明 uo1ui，uo2ui。波形如解所示。,（3）求静态工作点,ICQ,（4）求Ri、R01、R02。,场效应管放大电路的三种接法 场效应管放大电路静态工作点的设置 方法及其分析估算 场效应管放大电路的动态分析,2.6 场效应管放大电路,场效应管放大电路的三种接法,一、基本共源放大电路,静态时,UGSQ=VGG,（共射）,（共集）,（共基）,ui=0，IG=0,2.6.2

29、场效应管放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算,二、自给偏压电路,静态时，IGQ=0，因而UGQ=0,由于结型场效应管的电流方程为：,所以静态时,管压降为,源极电位为 USQ=IDQRs,三、分压式偏置电路,Rg1 与Rg2 对电源 VDD 分压来设置偏压，故称为分压式偏置电路。Rs稳定静态工作点，Rg3提高输入电阻。,静态时，栅极电位,源极电位,栅-源电压,2.7.3 场效应管放大电路的动态分析,1.场效应管的低频小信号等效模型,因场效应管iG=0，g、s视为断路,对上式两端求全微分，得,令式中,当信号幅值较小时，可以认为在 Q点附近的特性是线性的，gm与rds近,（1）低频小信号等效模型

30、,似为常数。用有效值Id、Ugs 和 Uds取代变化量diD、duGD和duDS。,交流等效模型,（2）gm的求解,在小信号作用时 IDQ=iD，得出,该式表明，gm与Q点紧密相关，Q点愈高，gm愈大。因此，场效应管放大电路与晶体管放大电路相同，Q点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响电路的动态参数。,对耗尽型场效应管,2.、共源放大电路的动态分析,-,不考虑电容时,考虑电容时,输入电阻,输出电阻,与共射放大电路类似，共源放大电路具有一定的电压放大能力，且输,出电压与输入电压反相，只是共源电路比共射电路的输入电阻大得多。,3、共漏放大电路的动态分析,交流等效电路,输入电阻,输出电阻,已知图P2

31、.15(a)所示电路中场效应管的转移特性和输出特性分别如图（b）(c)所示。（1）利用图解法求解Q点；（2）利用等效电路法求解、Ri和Ro。,解(1),Q,由特性曲线（b）可知,Q,（2）,2.6.4 场效应管放大电路的特点,场效应管（单极型管）与晶体管（双极型管）相比，最突出的优点是可以,组成高输入电阻的放大电路，此外，由于它还有噪声低、温度稳定性好、抗,辐射能力强等优于晶体管的特点，而且便于集成化，所以被广泛地应用于各,种电子电路中。,场效应管的放大能力比晶体管差，共源放大电路的电压放大倍数的数值,只有几到几十，而共射放大电路电压放大倍数的数值可达百倍以上。另外，,由于场效应管栅源之间的等效电容只有几皮法到几十皮法，而栅源电阻又很,大，若有感应电荷则不易释放，从而形成高压，以至于将栅源间的绝缘层击,穿，造成永久性损坏。使用时应注意保护。,