(电子教案-模拟电子技术)第二章基本放大电路课件.ppt
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- 电子教案-模拟电子技术 电子 教案 模拟 电子技术 第二 基本 放大 电路 课件
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1、模 拟 电 子 技 术基本放大电路基本放大电路2.2 晶体管放大电路的组成及其工作原理晶体管放大电路的组成及其工作原理2.3图解分析法图解分析法2.4微变等效电路分析法微变等效电路分析法2.8场效应管放大电路场效应管放大电路2.6共集电极放大电路共集电极放大电路2.5 分压式偏置稳定共射放大电路分压式偏置稳定共射放大电路 2.7共基极放大电路共基极放大电路2.1 概述概述模 拟 电 子 技 术2.1.1.2.1.1.放大电路的基本概念放大电路的基本概念 放大电路主要用于放大微弱的电信号,输出电压或电流放大电路主要用于放大微弱的电信号,输出电压或电流在幅度上得到了放大,这里主要讲电压放大电路。在
2、幅度上得到了放大,这里主要讲电压放大电路。概述概述模 拟 电 子 技 术2.1.2.2.1.2.放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标1.1.放大倍数放大倍数表示放大器的放大能力表示放大器的放大能力根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求,放大器根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求,放大器可分为四种类型,所以有四种放大倍数的定义。可分为四种类型,所以有四种放大倍数的定义。模 拟 电 子 技 术(1)电压放大倍数定义为)电压放大倍数定义为:AU=UO/UI(重点)(重点)(2)电流放大倍数定义为)电流放大倍数定义为:A AI I=I IO O/I II I (3)互阻增益定义为
3、)互阻增益定义为:Ar=UO/II(4)互导增益定义为)互导增益定义为:Ag=IO/UI模 拟 电 子 技 术2.输入电阻输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的从放大电路输入端看进去的 等效电阻等效电阻输入电阻:输入电阻:Ri=ui/ii一般来说,一般来说,Ri越大越好。越大越好。(1)Ri越大,越大,ii就越小,从信号源索取的电流越小。就越小,从信号源索取的电流越小。(2)当信号源有内阻时,)当信号源有内阻时,Ri越大,越大,ui就越接近就越接近uS。输入端输入端iiuiRiuSRS信号源信号源Au输出端输出端模 拟 电 子 技 术3.输出电阻输出电阻Ro从放大电路输出端从放大电路输出端看进去
4、的等效电阻。看进去的等效电阻。AuuS输出端输出端Rouso输出端输出端模 拟 电 子 技 术4.通频带通频带通频带:通频带:fbw=fHfL放大倍数随频放大倍数随频率变化曲线率变化曲线幅频特性曲幅频特性曲线线fAAm0.7AmfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率 3dB带宽带宽模 拟 电 子 技 术 输出电阻是表明放大电路带负载的能力,输出电阻是表明放大电路带负载的能力,Ro越小,放越小,放大电路带负载的能力越强,反之则差。大电路带负载的能力越强,反之则差。0,.o.ooSL=URIUR 输出电阻输出电阻的定义:的定义:模 拟 电 子 技 术晶体管放大电路的组晶体管放大电
5、路的组成及其工作原理成及其工作原理 2.2.1 共射基本放大电路的组成共射基本放大电路的组成 及其工作原理及其工作原理模 拟 电 子 技 术2.2.12.2.1 共射基本放大电路的组成及其工作原理共射基本放大电路的组成及其工作原理一放大原理一放大原理 三极管工作在放大区:三极管工作在放大区:发射结正偏,发射结正偏,集电结反偏。集电结反偏。UCE(-ICRc)放大原理:放大原理:iUUBEIBIC(b bIB)电压放大倍数:电压放大倍数:oU-+VT123URBIRBBBECCCCb(+12V)IUVCEBE+UIUB+IIC+U+CEUO=iouUUABCE模 拟 电 子 技 术IBQuiOt
6、 iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQ-+VT123URBIRBBBECCCCb(+12V)IUVCEBE+UIUB+IIC+U+CEUOceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu=符号说明符号说明模 拟 电 子 技 术RbVBBRCC1C2T放大元件放大元件iC=b biB,工作在放大区,工作在放大区,要保证集电结反要保证集电结反偏,发射结正偏。偏,发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RL二二.单管共单管共射射极放大电路的结构极放大电路的结构 及各元件的作用及各元件的作用+VCC模 拟 电 子 技 术共射放大电路组成共射放大电路组成使发射结正偏
7、,使发射结正偏,并提供适当的并提供适当的静态工作点静态工作点IB和和UBE。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻模 拟 电 子 技 术集电极电源,集电极电源,为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL模 拟 电 子 技 术共射放大电路共射放大电路集电极电阻,集电极电阻,将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL模 拟 电 子 技 术耦合电容:耦合电容:电解电容,有极性,电解电容,有极性,大小为大小为10 F50 F作用:作用:隔直通交隔直通交隔
8、离输入输出与隔离输入输出与电路直流的联系,电路直流的联系,同时能使信号顺同时能使信号顺利输入输出。利输入输出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL+uiuo模 拟 电 子 技 术单电源供电单电源供电可以省去可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRL模 拟 电 子 技 术Rb单电源供电单电源供电+VCCRCC1C2TRL模 拟 电 子 技 术图解分析法图解分析法2.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析2.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析引引 言言模 拟 电 子 技 术引言引言基本思想基本思想 非线性电路经适当近似后可按线性电路对待,非线性电路经适当近似后可按线性电路对待,利用叠加定
9、理,分别分析电路中的交、直流成分。利用叠加定理,分别分析电路中的交、直流成分。一、分析三极管电路的基本思想和方法一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路直流通路(ui=0)分析分析静态。静态。交流通路交流通路(ui 0)分析分析动态,动态,只考虑变化的电压和电流。只考虑变化的电压和电流。画交流通路原则:画交流通路原则:1.固定不变的电压源都视为短路;固定不变的电压源都视为短路;2.固定不变的电流源都视为开路;固定不变的电流源都视为开路;3.视电容对交流信号短路视电容对交流信号短路0j/1 C 模 拟 电 子 技 术放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。放大电路没有输入信号时的工作状态称为
10、静态。静态静态分析的任务是根据电路参数和三极管的分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定特性确定静静 态值(直流值)态值(直流值)UBE、IB、IC 和和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。可用放大电路的直流通路来分析。2.3.1 2.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析模 拟 电 子 技 术Rb+VCCRCC1C2TRL为什么要为什么要设置静态设置静态工作点?工作点?放大电路建立正确的静态工作点,是为了使三极管放大电路建立正确的静态工作点,是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真。工作在线性区以保证信号不失真。模 拟 电 子 技 术开路开路Rb+VCCRCC1C2RL画出放大电路的
11、直流通路画出放大电路的直流通路一、静态工作点的估算、静态工作点的估算将交流电压源短路将交流电压源短路 将电容开路。将电容开路。直流通路的画法:直流通路的画法:开路开路模 拟 电 子 技 术Rb+VCCRC直流通道直流通道用估算法分析放大器的静态工作点用估算法分析放大器的静态工作点(IB、UBE、IC、UCE)模 拟 电 子 技 术(1)估算)估算IB(UBE 0.7V)Rb+VCCRCIBUBEbBECCBRUVI=bCC7.0RVbRVCCRb称为称为偏置电阻偏置电阻,IB称称为为偏置电流偏置电流。模 拟 电 子 技 术(2)估算)估算UCE、ICRb+VCCRCICUCECCCCCERIV
12、U=IC=b bIB模 拟 电 子 技 术例例2.3.1:用估算法计算静态工作点。:用估算法计算静态工作点。已知:已知:VCC=12V,RC=4K,Rb=300K ,b b=37.5。解:解:A400.04mA30012RVIbCCB=mAIIBC5.104.05.37=b6V41.512RIVUCCCCCE=请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级UBE 0.7VRb+VCCRC模 拟 电 子 技 术Rb+VCCRCC1C2Tui=0时时由于电由于电源的存源的存在在IB 0IC 0ICIE=IB+ICRLIB无信号输入时无信号输入时1.静态工作点静态工作点Ui=0时电路的工作状态
13、时电路的工作状态二二 用图解法确定静态工作点用图解法确定静态工作点模 拟 电 子 技 术Rb+VCCRCC1C2TICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RLIB静态工作点静态工作点模 拟 电 子 技 术(IB,UBE)和和(IC,UCE)分别对应于输入输出特性曲分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为线上的一个点称为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB模 拟 电 子 技 术UCE=VCCICRC直流负载线直流负载线由估算法求出由估算法求出I IB B,I IB B对应的输对应的输出特性与直流出特性与直流负载线的交点负载线的交点就是工作点就是工作点Q
14、QVCCICUCECCCRVQIB静态静态UCE静态静态IC模 拟 电 子 技 术三、电路参数对静态工作点的影响三、电路参数对静态工作点的影响1.改变改变 RB,其他参数不变,其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQR B iB Q 趋近截止区;趋近截止区;R B iB Q 趋近饱和区。趋近饱和区。2.改变改变 RC,其他参数不变,其他参数不变RC Q 趋近饱和区。趋近饱和区。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC模 拟 电 子 技 术例例 2.3.2 设设 RB=38 k,求求 VBB=0 V、3 V 时的时的 iC、uCE。解解 uCE/ViC/mAiB=
15、010 A20 A30 A40 A50 A60 A41O235当当VBB=0 V:iB 0,iC 0,5 VuCE 5 V当当VBB=3 V:BBE(on)BBBRUVi=mA 0.06=0.3UCE 0.3 V 0,iC 5 mA模 拟 电 子 技 术iC 0iC=VCC/RC三极管的开关等效电路三极管的开关等效电路截止截止状态状态SBCEVCC+RCRBiB 0uCE 5ViB饱和饱和状态状态uCE 0判断是否判断是否饱和饱和临界饱和电流临界饱和电流 ICS和和IBS:CCCCCE(sat)CCCSRVRUVI =CCCCSBSRVIIb bb b=iB IBS,则三极管则三极管饱和。饱和
16、。模 拟 电 子 技 术IBUBEQICUCEuiibibic1.交流放大原理(设输出空载)交流放大原理(设输出空载)假设在静态工作点的基础上,输入一微小的正弦信号假设在静态工作点的基础上,输入一微小的正弦信号 ui静态工作点静态工作点2.3.2 用图解法确定动态工作情况用图解法确定动态工作情况模 拟 电 子 技 术ICUCEicuCE也沿着也沿着负载线变化负载线变化uCEUCE与与Ui反相!反相!uCE怎么变化怎么变化模 拟 电 子 技 术各点波形各点波形uo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuoceCECEcCCbBBbeBEBEuUui
17、IiiIiuUu=模 拟 电 子 技 术对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零2.放大器的交流通路放大器的交流通路Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/C 0 将直流电压源短路,将电容短路。将直流电压源短路,将电容短路。交流通路交流通路分析动态工作情况分析动态工作情况交流通路的画法:交流通路的画法:模 拟 电 子 技 术RbRCRLuiuo交流通路交流通路模 拟 电 子 技 术Rb+VCCRCC1C2RL3.交流负载线交流负载线输出端接入负载输出端接入负载RL:不影响不影响Q 影响动态!影响动态!模 拟 电 子 技 术交流负载线交流负载线RbRCRLuiuoic
18、uce其中:其中:CLLR/RR=uce=-ic(RC/RL)=-ic RL模 拟 电 子 技 术交流量交流量ic和和uce有如下关系:有如下关系:这就是说,交流负载线的斜率为:这就是说,交流负载线的斜率为:LR1 uce=-ic(RC/RL)=-ic RL或或ic=(-1/RL)uce交流负载线的作法:交流负载线的作法:斜斜 率为率为-1/RL。(RL=RLRc)经过经过Q点。点。模 拟 电 子 技 术ICUCEVCCCCCRVQIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线斜斜 率为率为-1/RL。(RL=RLRc)经过经过Q点。点。注意:注意:(1)交流负载线是有交流)交流负载线是有交流
19、输入信号时工作点的运动轨迹。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。)空载时,交流负载线与直流负载线重合。模 拟 电 子 技 术例例 2.3.3 硅管,硅管,ui=10 sin t(mV),RB=176 k,RC=1 k,VCC=VBB=6 V,图解分析各电压、电流值。,图解分析各电压、电流值。解解 令令 ui=0,求静态电流,求静态电流 IBQA)(30mA)(03.01767.06BQ=IRL+iBiCRBVCCVBBRCC1ui+uCE+uBE 模 拟 电 子 技 术uBE/ViB/A0.7 V30Quit tuBE/VtiBIBQ(交流负载线交流负载线)u
20、CE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流负载线直流负载线Q Q 6tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcemibicuceOOOOOO模 拟 电 子 技 术当当 ui=0 uBE=UBEQ iB=IBQ iC=ICQ uCE=UCEQ 当当 ui=Uim sin t ib=Ibmsin t ic=Icmsin t uce=Ucem sin t uo=uceiB =IBQ +Ibmsin tiC =ICQ +Icmsin tuCE=UCEQ Ucem sin t =UCEQ+Ucem sin(180 t)iouu 模 拟 电 子 技 术放大电路的非线性失真问题
21、放大电路的非线性失真问题因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围,从而引起非线性失真。了晶体管特性曲线上的线性范围,从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真过低引起截止失真NPN 管:管:顶部顶部失真为截止失真。失真为截止失真。PNP 管:管:底部底部失真为截止失真。失真为截止失真。不发生截止失真的条件:不发生截止失真的条件:IBQ Ibm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce交流负载线交流负载线模 拟 电 子 技 术2.“Q”过高引起饱和失真
22、过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管:管:底部底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。PNP 管:管:顶部顶部失真为饱和失真。失真为饱和失真。L(SAT)CECCCSBSRUVII =b bb bIBS 基极临界饱和电流。基极临界饱和电流。不接负载时,交、直流负载线重合,不接负载时,交、直流负载线重合,V CC=VCC不发生饱和失真的条件:不发生饱和失真的条件:IBQ+I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQV CC模 拟 电 子 技 术饱和失真的本质:饱和失真的本质:负载开路时:负载开路时:接负载时:接负载时:受受 RC 的限制,的限制,iB 增大增大
23、,iC 不可能超过不可能超过 VCC/RC。受受 R L 的限制,的限制,iB 增大增大,iC 不可能超过不可能超过 V CC/R L。C1+RCRB+VCCC2RL+uo+iBiCVui(R L=RC/RL)模 拟 电 子 技 术选择工作点的原则:选择工作点的原则:当当 ui 较小时,为减少功耗和噪声,较小时,为减少功耗和噪声,“Q”可设得低一些;可设得低一些;为提高电压放大倍数,为提高电压放大倍数,“Q”可以设得高一些;可以设得高一些;为获得最大输出,为获得最大输出,“Q”可设在交流负载线中点。可设在交流负载线中点。模 拟 电 子 技 术微变等效电路微变等效电路 分析法分析法2.3.2 H
24、参数小信号模型参数小信号模型2.3.1 H参数的引出参数的引出引引 言言模 拟 电 子 技 术一一 建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义 由于三极管是非线性器件,这样就使得放大由于三极管是非线性器件,这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型,就是在电路的分析非常困难。建立小信号模型,就是在一定的条件下(工作点附近)将非线性器件做线一定的条件下(工作点附近)将非线性器件做线性化处理,从而简化放大电路的分析和设计。性化处理,从而简化放大电路的分析和设计。由于研究对象的多样性和复杂性,往往把对由于研究对象的多样性和复杂性,往往把对象的某些特征提取出来,用已知的、相对明了的象的某些特征提取
25、出来,用已知的、相对明了的单元组合来说明,并作为进一步研究的基础,这单元组合来说明,并作为进一步研究的基础,这种研究方法称为建模。种研究方法称为建模。引引 言言模 拟 电 子 技 术 当放大电路的输入信号电压很小时,就可以当放大电路的输入信号电压很小时,就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替,把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替,从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。线性电路来处理。二二 建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路模 拟 电 子 技 术2.3.1 H2.3.1 H参数的引出参数的引出在小信号
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