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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,华成英,hchya,第二章 基本放大电路,第二章 基本放大电路,2.1,放大的概念与放大电路的性能指标,2.2,基本共射放大电路的工作原理,00,2.3,放大电路的分析方法,2.4,静态工作点的稳定,2.5,晶体管放大电路的三种接法,2.6,场效应管及其基本放大电路,2.7,基本放大电路的派生电路,2.1,放大的概念与放大电路的性能指标,一、放大的概念,二、放大电路的性能指标,一、,放大的概念,放大的对象：变化量,放大的本质：能量的控制,放大的特征：功率放大,放大的基本要求：不失真,放大的前提,判断电路能否放大的基本出发点,V,CC,至少一路直流电源供电,二、,性能指标,1.,放大倍数,：输出量与输入量之比,电压放大倍数是最常被研究和测试的参数,信号源,信号源内阻,输入电压,输入电流,输出电压,输出电流,对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。,2.,输入电阻和输出电阻,将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。,空载时输出电压有效值,带,R,L,时的输出电压有效值,输入电压与输入电流有效值之比。,从输入端看进去的,等效电阻,3.,通频带,4. 最大不失真输出电压,U,om,：,交流有效值。,由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。,衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。,下限频率,上限频率,5. 最大输出功率,P,om,和效率,：功率放大电路的参数,2.2,基本共射放大电路的工作原理,一、电路的组成及各元件的作用,二、设置静态工作点的必要性,三、波形分析,四、放大电路的组成原则,一、电路的组成及各元件的作用,V,BB,、,R,b,：使,U,BE,U,on,，且有合适的,I,B,。,V,CC,：使,U,CE,U,BE,，同时作为负载的能源。,R,c,：将,i,C,转换成,u,CE,(,u,o,),。,动态信号作用时：,输入电压,u,i,为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点,Q,，记作,I,BQ,、,I,CQ,（,I,EQ,）、,U,BEQ,、,U,CEQ,。,共射,二、设置静态工作点的必要性,输出电压必然失真！,设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但,Q,点几乎影响着所有的动态参数！,为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？,三、基本共射放大电路的,波形分析,饱和失真,底部失真,截止失真,顶部失真,输出和输入反相！,动态信号驮载在静态之上,与,i,C,变化方向相反,要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！,四、放大电路的组成原则,静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。,动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。,对实用放大电路的要求：,共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。,两种实用放大电路：,（1）,直接耦合放大电路,问题：,1. 两种电源,2. 信号源与放大电路不“共地”,共地，且要使信号驮载在静态之上,静态时，,动态时，,V,CC,和,u,I,同时作用于晶体管的输入回路。,将两个电源合二为一,有直流分量,有交流损失, ,U,BEQ,两种实用放大电路：,（2）,阻容耦合放大电路,耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。,静态时，,C,1,、,C,2,上电压？,动态时，,C,1,、,C,2,为耦合电容！,U,BEQ,U,CEQ,u,BE,u,I,U,BEQ,，信号驮载在静态之上。,负载上只有交流信号。,2.3,放大电路的分析方法,一、放大电路的直流通路和交流通路,二、图解法,三、等效电路法,一、放大电路的直流通路和交流通路,1. 直流通路,：,U,s,=0，保留,R,s,；,电容开路；,电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。,2. 交流通路,：大容量电容相当于短路；,直流电源相当于短路（内阻为0）。,通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。,基本共射放大电路的直流通路和交流通路,列晶体管输入、输出回路方程，将,U,BEQ,作为已知条件，令,I,CQ,I,BQ,，可估算出静态工作点。,V,BB,越大，,U,BEQ,取不同的值所引起的,I,BQ,的误差越小。,当,V,CC,U,BEQ,时，,已知：,V,CC,12V，,R,b,600k，,R,c,3k ，,100。,Q,？,直流通路,阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路,二、图解法,应实测特性曲线,输入回路负载线,Q,I,BQ,U,BEQ,I,BQ,Q,I,CQ,U,CEQ,负载线,1. 静态分析,：图解二元方程,2.,电压放大倍数的分析,斜率不变,3.,失真分析,截止失真,消除方法：增大,V,BB,，即向上平移输入回路负载线。,截止失真是在输入回路首先产生失真！,减小,R,b,能消除截止失真吗？,饱和失真,饱和失真,R,b,或或,V,BB,R,c,或,V,CC,：饱和失真是输出回路产生失真。,最大不失真输出电压,U,om,：比较,U,CEQ,与（,V,CC,U,CEQ,），取其小者，除以,。,这可不是,好办法！,讨论一,1.,用,NPN,型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路。,2.,用,PNP,型晶体管组成一个共射放大电路。,画出图示电路的直流通路和交流通路。,清华大学 华成英 hchya,三、等效电路法,半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。,1. 直流模型,：适于,Q,点的分析,理想二极管,利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。,输入回路等效为恒压源,输出回路等效为电流控制的电流源,2. 晶体管的,h,参数等效模型（交流等效模型）,在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。,低频小信号模型,在低频、小信号作用下的关系式,交流等效模型（按式子画模型）,电阻,无量纲,无量纲,电导,h,参数的物理意义,b-e间的,动态电阻,内反馈系数,电流放大系数,c-e间的电导,分清主次，合理近似！什么情况下,h,12,和,h,22,的作用可忽略不计？,简化的,h,参数等效电路交流等效模型,查阅手册,基区体电阻,发射结电阻,发射区体电阻数值小可忽略,利用PN结的电流方程可求得,由,I,EQ,算出,在输入特性曲线上，,Q,点越高，,r,be,越小！,3,.,放大电路的动态分析,放大电路的,交流等效电路,阻容耦合共射放大电路的动态分析,输入电阻中不应含有,R,s,!,输出电阻中不应含有,R,L,!,讨论一,1. 在什么参数、如何变化时,Q,1,Q,2,Q,3,Q,4,？,2. 从输出电压上看，哪个,Q,点下最易产生截止失真？哪个,Q,点下最易产生饱和失真？哪个,Q,点下,U,om,最大？,3. 设计放大电路时，应根据什么选择,V,CC,？,2. 空载和带载两种情况下,U,om,分别为多少？,在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？,增强电压放大能力的方法？,讨论二,已知,I,CQ,2mA，,U,CES,0.7V。,1. 在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？,讨论三,：基本共射放大电路的静态分析和动态分析,Q,I,BQ,35A,U,BEQ,0.65V,为什么用图解法求解,I,BQ,和,U,BEQ,？,讨论四,：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析,讨论五：,波形分析,失真了吗？如何判断？原因？,饱和失真,2.4,静态工作点的稳定,一、温度对静态工作点的影响,二、静态工作点稳定的典型电路,三、稳定静态工作点的方法,一、温度对,静态工作,点的影响,所谓,Q,点稳定，是指,I,CQ,和,U,CEQ,在温度变化时基本不变，这是靠,I,BQ,的变化得来的。,若温度升高时要,Q,回到,Q,，则只有减小,I,BQ,T,（ ）,I,CQ,Q,I,CEO,若,U,BEQ,不变,I,BQ,Q,二、,静态工作点稳定的,典型电路,直流通路？,C,e,为旁路电容，在交流通路中可视为短路,1,.,电路组成,2.,稳定原理,为了稳定,Q,点，通常,I,1,I,B,，即,I,1,I,2,；因此,基本不随温度变化。,设,U,BEQ,U,BE,U,BE,，若,U,BQ,U,BE,U,BE,，则,I,EQ,稳定。,R,e,的,作用,T,(),I,C,U,E,U,BE,（,U,B,基本不变）,I,B,I,C,R,e,起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，,Q,点越稳定。,关于反馈的一些概念：,将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。,直流通路中的反馈称为直流反馈。,反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。,R,e,有上限值吗？,I,C,通过,R,e,转换为,U,E,影响,U,BE,温度升高,I,C,增大，反馈的结果使之减小,3.,Q,点分析,分压式电流负反馈工作点稳定电路,R,b,上静态电压是否可忽略不计？,判断方法：,4.,动态分析,利?弊?,无旁路电容,C,e,时：,如何提高电压放大能力？,三、稳定静态工作点的方法,引入直流负反馈,温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。,例如，,R,b1,或,R,b2,采用热敏电阻。,它们的,温度系数？,讨论一,图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？,若采用了措施，则是什么措施？,清华大学 华成英 hchya,2.5,晶体管放大电路的三种接法,一、基本共集放大电路,二、基本共基放大电路,三、三种接法放大电路的比较,一、基本共集放大电路,1. 静态分析,2.,动态分析,：电压放大倍数,故称之为射极跟随器,U,o,U,i,2.,动态分析,：输入电阻的分析,R,i,与负载有关！,R,L,带负载电阻后,从基极看,R,e,，被增大到（1+,）倍,2.,动态分析,：输出电阻的分析,R,o,与信号源内阻有关！,3. 特点：,输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！,令,U,s,为零，保留,R,s,，在输出端加,U,o,，产生,I,o, 。,从射极看基极回路电阻，被减小到（1+,）倍,二、基本共基放大电路,1. 静态分析,2.,动态分析,3. 特点,：,输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！,三、三种接法的比较：,空载情况下,接法 共射 共集 共基,A,u,大,小于1,大,A,i,1, ,R,i,中,大,小,R,o,大,小,大,频带 窄 中 宽,讨论一：,图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。,电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。,1.,Q,为多少？,2.,R,e,有稳定,Q,点的作用吗？,3. 电路的交流等效电路？,4.,V,变化时，电压放大倍数如何变化？,讨论二,讨论二,改变电压放大倍数,清华大学 华成英 hchya,2.6,场效应管及其基本放大电路,一、场效应管,二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法,三、场效应管放大电路的动态分析,一、场效应管（以,N,沟道为例）,场效应管有三个极：源极（,s,）,、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有,三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于,晶体,管的截止区、放大区、饱和区。,1. 结型场效应管,符号,结构示意图,栅极,漏极,源极,导电沟道,单极型管,噪声小、抗辐射能力强、低电压工作,栅,-,源电压对导电沟道宽度的控制作用,沟道最宽,沟道变窄,沟道消失称为夹断,u,GS,可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？,U,GS（off）,漏,-,源电压对漏极电流的影响,u,GS,U,GS（off）,且不变，,V,DD,增大，,i,D,增大,。,预夹断,u,GD,U,GS（off）,V,DD,的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，,i,D,几乎不变，进入恒流区，,i,D,几乎仅仅决定于,u,GS,。,场效应管工作在恒流区的条件是什么？,u,GD,U,GS（off）,u,GD,U,GS（off）,夹断电压,漏极饱和电流,转移特性,场效应管工作在恒流区，因而,u,GS,U,GS（off）,且,u,GD,U,GS（off）,。,u,DG,U,GS（off）,g-s电压控制d-s的等效电阻,输出特性,预夹断轨迹，,u,GD,U,GS（off）,可变电阻区,恒,流,区,i,D,几乎仅决定于,u,GS,击,穿,区,夹断区（截止区）,夹断电压,I,DSS,i,D,不同型号的管子,U,GS（off）,、,I,DSS,将不同。,低频跨导：,2.,绝缘栅型场效应管,u,GS,增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。,SiO,2,绝缘层,衬底,耗尽层,空穴,高掺杂,反型层,增强型管,大到一定值才开启,增强型,MOS,管,u,DS,对,i,D,的影响,用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？,i,D,随,u,DS,的增大而增大，可变电阻区,u,GD,U,GS（th）,预夹断,i,D,几乎仅仅受控于,u,GS,，恒流区,刚出现夹断,u,GS,的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻,耗尽型,MOS,管,耗尽型MOS管在,u,GS,0、,u,GS,0、,u,GS,0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO,2,绝缘层的存在，在,u,GS,0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。,加正离子,小到一定值才夹断,u,GS,=0时就存在导电沟道,MOS,管的特性,1)增强型MOS,管,2)耗尽型MOS管,开启电压,夹断电压,利用,Multisim,测试场效应管的输出特性,从输出特性曲线说明场效应管的哪些特点？,3.,场效应管的分类,工作在恒流区时,g-s,、,d-s,间的电压极性,u,GS,=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？,u,GS,0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？,u,GS,0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？,二、场效应管静态工作点的设置方法,根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间加极性合适的电源,1. 基本共源放大电路,2.,自给偏压电路,由正电源获得负偏压,称为自给偏压,哪种场效应管能够采用这种电路形式设置,Q,点？,3.,分压式偏置电路,为什么加,R,g3,?其数值应大些小些？,哪种场效应管能够采用这种电路形式设置,Q,点？,即典型的,Q,点稳定电路,三、场效应管放大电路的动态分析,近似分析时可认为其为无穷大！,根据,i,D,的表达式或转移特性可求得,g,m,。,与晶体管的,h,参数等效模型类比：,1. 场效应管的交流等效模型,2.,基本共源放大电路的动态分析,若,R,d,=3k,，,R,g,=5k,，,g,m,=2mS，则,与共射电路比较。,3.,基本共漏放大电路的动态分析,若,R,s,=3k,，,g,m,=2mS，则,基本共漏放大电路输出电阻的分析,若,R,s,=3k,，,g,m,=2mS，则,R,o,=?,2.7,派生电路,一、复合管,二、派生电路举例,一、复合管,复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。,不同类型的管子复合后，其类型决定于T,1,管。,目的：增大,，减小前级驱动电流，改变管子的类型。,i,B,方向决定复合管的类型,讨论一：,判断下列各图是否能组成复合管,在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。,R,i,=?,R,o,=?,讨论二,清华大学 华成英 hchya,二、派生电路举例：,组合的结果带来什么好处？,
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