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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第1页/共96页一、一、放大的概念放大的概念u放大的对象：变化量u放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大u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VCC至少一路直流电源供电第2页/共96页二、二、性能指标性能指标ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1. 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。第3页/共96页2. 2. 输入电阻和输出电阻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。LooLoooo) 1(RUURUUUR空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值iiiIUR 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第4页/共96页3. 3. 通频带通频带4. 最大不失真输出电压Uom：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LHbwfff5. 最大输出功率Pom和效率：功率放大电路的参数放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线第5页/共96页符号规定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。uAua全量交流分量tUA直流分量 Ua大写字母、小写下标，表示交流有效值。第6页/共96页基本放大电路的组成和工作原理一、电路的组成及各元件的作一、电路的组成及各元件的作用用二、基本共射放大电路的波形分析三、放大电路的组成原则第7页/共96页一、电路的组成及各元件的作一、电路的组成及各元件的作用用VBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。VCC：使UCEUBE，同时作为负载的能源。Rc：将iC转换成uCE(uo) 。)( oCEcbIcuuuiiuR动态信号作用时： 输入电压ui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IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。共射第8页/共96页二、基本共射放大电路的二、基本共射放大电路的波形分析波形分析t tuCEUCEQVCCOt tuCEUCEQVCCO饱和失真底部失真截止失真顶部失真动态信号驮载在静态之上与iC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！第9页/共96页三、放大电路的组成原则三、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。第10页/共96页两种实用放大电路：两种实用放大电路：（1 1）直接耦合放大电直接耦合放大电路路问题：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，b1BEQRUU动态时，VCC和uI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 UBEQ第11页/共96页两种实用放大电路：两种实用放大电路：（2 2）阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 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，C1、C2上电压？CEQC2BEQC1UUUU，动态时，C1、C2为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。第12页/共96页ui=0时由于电源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ静态工作点RB+ECRCC1C2T第13页/共96页IBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T第14页/共96页实现放大的条件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。第15页/共96页2.2 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第16页/共96页一一.放大电路的直流通路和交流通路放大电路的直流通路和交流通路1.直流通路：只考虑直流信号的分电路 Us=0，保留Rs；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。2. 交流通路：只考虑交流信号的分电路 大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路（内阻为0）。放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。第17页/共96页直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路RB+VCCRC( IBQ 、UBEQ、ICQ 、 UCEQ )对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）第18页/共96页短路短路置零RB+VCCRCC1C2T交流通路阻容耦合单管共射放大电路的交流通路第19页/共96页放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。估算法、图解法。各极电压电流的直流分量。放大电路的直流通路。 (1)静态工作点Q：IBQ、 UBEQ、 ICQ、UCEQ 。静态分析：确定放大电路的静态值。第20页/共96页CCBEQBQB UUIR所以CCBBQUIR当UBEQ IBQ，即I1 I2；因此基本不随温度变化。设UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEUBE，则IEQ稳定。Re 的作用Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。第53页/共96页1212CCbbVIIRR22BQbUI R212bCCbbRVRRBQBEQCQEQeUUIIRCCEQ ()CEQCCCQcEQeceUVIRIRVIRR2. 求静态工作点1BQII1EQBQIII1I2IBQRb1+VCCRcTRb2ReUBQUEQ第54页/共96页例：已知=50， VCC=12V， Rb1=7.5k， Rb2=2.5k， Rc=2k， Re=1k， 求该电路的静态工作点。Rb1+VCCRcC1C2Rb2CeReRLuiuo2123VbBQCCbbRUVRR2.3mAEQI5.1VCEQU第55页/共96页二、动态分析+VCCRb1RcC1C2Rb2CeReRLui第56页/共96页uoRb1RcRLuiRb2交流通路beLio rRUUAuib1b2berRRrocrR如何提高电压放大能力？cI微变等效电路第57页/共96页ee)1 ( )( beLebebLcbioRrRRIrIRRIUUAu)1 (ebeb2b1iRrRRReLbee)1 (RRArRu，则若无旁路电容Ce时：Rb1RcRLuiuoRb2Re利?弊?第58页/共96页用加压求流法求输出电阻。IUbIcIrbeRCREbIRBRSbI)1 (0bI0cICoRr 可见，去掉CE后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。第59页/共96页三、稳定静态工作点的方法三、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，Rb1或Rb2采用热敏电阻。 它们的温度系数？Bb1CBBEEC )(URIIUUIT 第60页/共96页问题：Au 和 Aus 的关系如何？定义：iouUUAsousUUA放大电路RLRSoUiUsUsousUUASiSiiUrRrUuiSiusArRrA第61页/共96页2.4 2.4 晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法一、基本共集电极放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较第62页/共96页RB+VCCRCC1C2TRb1RcC1C2Rb2CeReRLui第63页/共96页一、基本共集电极放大电路一、基本共集电极放大电路射极输出器交流通路 第64页/共96页CCBQbBEQEQeCCCEQEQeVIRUIRVUIRCCBEQBQbeEQBQCEQCCEQe(1)(1)VUIRRIIUVIR1. 静态分析直流通路 第65页/共96页2. 2. 动态分析动态分析：小信号等效电路交流通路 Uo Ui第66页/共96页电压增益输出回路：输入回路：LbbebLbbbebi)1( )(RiriRiiri v电压增益：1)1 ()1 ()1 ()1 (LbeLLbeLLbebLbio RrRRrRRriRiAvvv其中LeL/ RRR LbLbbo)1()(RiRii v一般beLrR ，则电压增益接近于1，同同相相与与iovv电压跟随器1 vA即。第67页/共96页输入电阻当1 ，beLrR 时，Lbi/RRR 输入电阻大)1(| )1(LbLibiiiiiRrRRrRiR bebevvvvRi与负载有关！第68页/共96页输出电阻由电路列出方程ebbtRiiii )(sbebtRri veteRiR v其中bss/ RRR 则输出电阻rRRiR 1/besettov当 1beserRR，1 时， besorRR 输出电阻小Ro与信号源内阻有关！第69页/共96页rRRR 1/beseo共集电极电路特点：同同相相与与iovv 电压增益小于1但接近于1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强)1(/LbebiRrRR 1 vA。第70页/共96页二、 共基极放大电路1.静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 第71页/共96页2.动态指标电压增益输出回路：输入回路：电压增益：LcL/ RRR 交流通路 小信号等效电路 LboRi vbebiri vbeLiorRA vvv第72页/共96页 输入电阻 输出电阻coRR 小信号等效电路 beeeiiiiiRR)1(i eeRiR/iv bebri/iv beieiiiii)1(/rRiRvvvvrR 1|bee输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！第73页/共96页三、 放大电路三种组态的比较1.三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据： 信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路 信号由发射极输入，集电极输出共基极电路 第74页/共96页空载情况下 接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 频带 窄 中 宽2.三种组态的比较第75页/共96页3.三种组态的特点及用途共射极放大电路： 电压和电流增益都大于1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路： 只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。共基极放大电路： 只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。 第76页/共96页2.52.5 场效应管及其基本放大电路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第77页/共96页一、场效应管（以一、场效应管（以N沟道为例）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、低电压工作第78页/共96页栅栅- -源电压对导电沟道宽度的控制作用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 uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UGS（off）第79页/共96页漏漏- -源电压对漏极电流的影响源电压对漏极电流的影响uGSUGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGDUGS（off） VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）第80页/共96页常量DS)(GSDUufi夹断电压漏极饱和电流转移特性转移特性场效应管工作在恒流区，因而uGSUGS（off）且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）GS(off)GSDSUuu2GS(off)GSDSSD)1 (UuIi在恒流区时第81页/共96页常量GS)(DSDUufig-s电压控制d-s的等效电阻输出特性输出特性常量DSGSDmUuig预夹断轨迹，uGDUGS（off）可变电阻区恒流区iD几乎仅决定于uGS击穿区夹断区（截止区）夹断电压IDSSiD 不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。低频跨导：第82页/共96页2. 2. 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 uGS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。SiO2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第83页/共96页增强型增强型MOS管管uDS对对iD的影响的影响 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？ iD随uDS的增大而增大，可变电阻区 uGDUGS（th）,预夹断 iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区刚出现夹断uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻第84页/共96页耗尽型耗尽型 MOS管管 耗尽型MOS管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在uGS0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uGS=0时就存在导电沟道第85页/共96页MOS管的特性管的特性1)增强型MOS管2)耗尽型MOS管开启电压夹断电压DGS(th)GSDO2GS(th)GSDOD2) 1(iUuIUuIi时的为式中在恒流区时，第86页/共96页利用利用Multisim测试场效应管的输出特性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？第87页/共96页3. 3. 场效应管的分类场效应管的分类工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS极性任意，沟道极性任意，沟道耗尽型，沟道，沟道增强型绝缘栅型，沟道，沟道结型场效应管uuuuuuuuuuuuuGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ 第88页/共96页二、场效应管静态工作点的设置方法二、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dDQDDDSQ2GS(th)BBDODQBBGSQ) 1(RIVUUVIIVU1. 基本共源放大电路第89页/共96页2. 2. 自给偏压电路自给偏压电路sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU ，2GS(off)GSQDSSDQ)1 (UUII)(sdDQDDDSQRRIVU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？第90页/共96页3. 3. 分压式偏置电路分压式偏置电路sDQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU2GS(th)GSQDODQ) 1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU为什么加Rg3?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点稳定电路第91页/共96页三、场效应管放大电路的动态分析三、场效应管放大电路的动态分析DSGSDmUuig近似分析时可认为其为无穷大！根据iD的表达式或转移特性可求得gm。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第92页/共96页2. 2. 基本共源放大电路的动态分析基本共源放大电路的动态分析doidmgsddioRRRRgURIUUAu若Rd=3k， Rg=5k， gm=2mS，则与共射电路比较。?uA第93页/共96页3. 3. 基本共漏放大电路的动态分析基本共漏放大电路的动态分析ismsmsdgssdio1RRgRgRIURIUUAu若Rs=3k，gm=2mS，则?uA第94页/共96页基本共漏放大电路输出电阻的分析基本共漏放大电路输出电阻的分析msomsooooo1gRUgRUUIUR若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?第95页/共96页感谢您的观看！第96页/共96页
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