模拟电路--基本放大电路.ppt

第二章基本放大电路 10学时 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 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 通常情况 放大的本质 能量的控制与转换放大的特征 功率放大 电压或电流 放大的基本要求 不失真或失真小于一定值 判断电路能否放大的基本出发点 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 对信号而言 任何放大电路均可等效成二端口网络 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RL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Uom 交流有效值 由于 耦合 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放大能力 5 最大输出功率Pom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 VBB Rb 使UBE Uon 且有合适的IB VCC 使UCE UBE 同时作为负载的转换能源 Rc 将 iC转换成 uCE uo 动态信号作用时 输入 交变 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 二 设置静态工作点的必要性 输出电压波形必然发生 严重 失真 要解决失真问题 首先必需设置合适的静态工作点 且 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 却要求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 输出和输入反相 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 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 元件 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 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 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 C1 C2上电压 动态时 C1 C2为耦合电容 uBE uI UBEQ 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 直流通路确定原则 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 交流通路确定原则 直流电源相当于短路 内阻为0 大容量电容相当于短路 大容量电感相当于开路 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 引入直流 偏置 通路和交流 信号 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UBEQ和 作为已知条件 令ICQ IBQ 可估算出静态工作点 VBB越大 UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小 交流通路 直流通路 当VCC UBEQ时 已知 VCC 12V Rb 600k Rc 3k 100 Q 阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路 交流通路 二 图解法应实测特性曲线 输入回路负载线 IBQ 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VBB 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Rb能消除截止失真吗 饱和失真 消除方法 增大Rb 减小Rc 减小 减小VBB 增大VCC Rb 或 或VBB Rc 或VCC 饱和失真 主要 是输出回路产生的失真 最大不失真输出电压Uom 比较 UCEQ UCES 与 VCC UCEQ 取其小者 除以 4 直流负载线与交流负载线 对于上图所示的阻容耦合放大器 显然其交流 动态 输出电压是集电极电流ic在Rc RL上产生的压降 Vce与直流不同 直流负载线 交流负载线 过Q点新作一如后斜率的直线可得之 斜率 Rc 斜率 Rc RL 参见书中图2 3 10 page93 交流通路 讨论 基本电路与输出特性Q点如下 1 在什么参数 如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4 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Uom最大 3 设计放大电路时 应根据什么选择VCC 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 所谓等效就是 基于线性元件建立器件模型 从而近似地描述非线性器件的特性 1 直流模型 适于Q点的分析 利用估算法求解静态工作点 实质上是利用了直流模型 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 交流电流放大系数 c e间的电导 分清主次 合理近似 什么情况下h12和h22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 利用PN结的电流方程可求得 在输入特性曲线上 Q点越高 rbe越小 3 放大电路的动态分析 放大电路的交流等效电路 直流耦合电路 阻容耦合共射放大电路的动态分析 输入电阻中不应含有Rs 输出电阻中不应含有RL 交流等效电路 例 2 3 3 已知 试求 解 1 由 2 可求得静态Q点 交流等效模型 清华大学华成英hchya 讨论一 用NPN型晶体管组成一个在本节授课中未见过的共射放大电路 3 用PNP型晶体管组成一个共射放大电路 2 画出图示电路的直流通路和交流通路 2 空载和带载两种情况下Uom分别为多少 讨论二 已知ICQ 2mA UCES 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 3 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 4 增强电压放大能力的方法 讨论三 基本共射放大电路的静态分析和动态分析 为什么用图解法求解IBQ和UBEQ 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ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变 这是靠IBQ的变化得来的 若温度升高时要Q 回到Q 则只有减小IBQ 二 静态工作点稳定的典型电路 Ce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I1 IB 即I1 I2 因此 基本不随温度变化 设UBEQ UBEQ0 UBE 若UBQ UBEQ0 UBE 则IEQ稳定 Re的作用 T IC UE UBE UB基本不变 IB IC Re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 从而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 Re有上限值吗 3 Q点分析 分压式电流负反馈工作点稳定电路 Rb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Ce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 Rb1或Rb2采用热敏电阻 它们的温度系数 清华大学华成英hchya 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 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 交流等效模型 2 动态分析 输入电阻的分析 Ri与负载有关 带负载电阻后 2 动态分析 输出电阻的分析 Ro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 有功率增益 令Us为零 保留Rs 在输出端加Uo 产生Io 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Au大小于1大Ai 1 Ri中大小Ro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点怎么算 讨论二 2 Re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 清华大学华成英hchya 讨论二 改变电压放大倍数 2 6场效应管基本放大电路 一 场效应管放大电路静态工作点的设置方法 二 场效应管放大电路的动态分析 一 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 哪些种类的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 二 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 2 基本共源放大电路的动态分析 若Rd 3k Rg 5k gm 2mS 则与共射电路比较 例 2 6 1 电路如侧 若 解 由 3 基本共漏放大电路的动态分析 若Rs 3k gm 2mS 则 基本共漏放大电路输出电阻的分析 若Rs 3k gm 2mS 则Ro 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T1管 目的 增大 减小前级驱动电流 改变管子的类型 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 课堂练习 试画出该复合管的等效类型 并推导出其直流电流放大倍数 清华大学华成英hchya Ri Ro 讨论二 二 派生电路举例 组合的结果带来什么好处 宽频带 以及更大的增益 作业2 12 22 32 42 62 92 102 112 132 142 172 18