基本放大电路new课件.ppt
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1、杨远望 第二章 基本放大电路杨远望 第二章第二章 基本放大电路基本放大电路2.1 2.1 放大的概念与放大电路的性能指标放大的概念与放大电路的性能指标2.2 2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.3 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 2.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定2.5 2.5 晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法2.6 2.6 场效应管基本放大电路场效应管基本放大电路2.7 2.7 基本放大电路的派生电路基本放大电路的派生电路杨远望 2.1 放大的概念与放大电路的性能指标一、放大的概念一、放大的概念二、放大电路的性能指标二、放
2、大电路的性能指标杨远望 一、放大的概念u放大的对象:变化量(通常情况)放大的对象:变化量(通常情况)u放大的放大的本质本质:能量的控制与转换:能量的控制与转换u放大的特征:功率放大(电压或电流)放大的特征:功率放大(电压或电流)u放大的基本要求:不失真放大的基本要求:不失真或失真小于一定值或失真小于一定值判断电路能否放判断电路能否放大的基本出发点大的基本出发点VCC至少一路直流至少一路直流电源供电电源供电杨远望 二、性能指标ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1.放大倍数:输出量与输入量之比: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电压放大倍数是最常被
3、研究和测试的参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输入电流输入电流输出电压输出电压输出电流输出电流对信号而言,任何放大电路均可对信号而言,任何放大电路均可等效等效成二端口网络。成二端口网络。杨远望 2.输入电阻和输出电阻 将输出等效将输出等效成有内阻的电成有内阻的电压源,内阻就压源,内阻就是输出电阻。是输出电阻。LooLoooo)1(RUURUUUR空载时输出空载时输出电压有效值电压有效值带带RL时的输出电时的输出电压有效值压有效值iiiIUR 输入电压与输入电压与输入电流输入电流有有效值效值之比。之比。从输入端看进去的从输入端看进去的等效电阻等效电阻课堂练习:课堂练习:根据外部
4、可测特性如何求出根据外部可测特性如何求出Ro?杨远望 3.通频带4.最大不失真输出电压Uom:交流有效值。交流有效值。由于(耦合)电容、电感及放大管由于(耦合)电容、电感及放大管PN结的电容效应,使放大结的电容效应,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。相移。衡量放大电路对衡量放大电路对不同频率不同频率信号的放大能力。信号的放大能力。下限频率下限频率上限频率上限频率LHbwfff5.最大输出功率Pom和效率:功率放大电路的参数:功率放大电路的参数杨远望 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
5、用一、电路的组成及各元件的作用二、设置静态工作点的必要性二、设置静态工作点的必要性三、波形分析三、波形分析四、放大电路的组成原则四、放大电路的组成原则杨远望 一、电路的组成及各元件的作用VBB、Rb:使:使UBE Uon,且有,且有合适的合适的IB。VCC:使:使UCEUBE,同时作为负,同时作为负载的载的转换转换能源。能源。Rc:将:将iC转换成转换成uCE(uo)。)(oCEcbIcuuuiiuR动态信号作用时:动态信号作用时:输入(交变)电压输入(交变)电压ui为零时,晶体管各极的电流、为零时,晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为间的电压、管压降称为静态工作点静态工作点Q,记作,
6、记作IBQ、ICQ(IEQ)、)、UBEQ、UCEQ。共射共射杨远望 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!输出电压波形必然发生(严重)失真!要解决失真问题,首先要解决失真问题,首先必需设置合适的静态工作点必需设置合适的静态工作点;且;且,Q点几乎影响着所有的动态参数!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,却为什么放大的对象是动态信号,却要求要求晶体管在信号为晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压?零时有合适的直流电流和极间电压?杨远望 三、基本共射放大电路的波形分析t tuCEUCEQVCCOt tuCEUCEQVCCO饱和失真饱和失真底部失真
7、底部失真截止失真截止失真顶部失真顶部失真输出和输入反相!输出和输入反相!动态信号动态信号驮载在静驮载在静态之上态之上与与iC变化变化方向相反方向相反 要想不失真,就要要想不失真,就要在信号的整个周期内在信号的整个周期内保证晶体管始终工作保证晶体管始终工作在放大区!在放大区!杨远望 四、放大电路的组成原则 静态工作点静态工作点合适合适:合适的直流电源、合适的电:合适的直流电源、合适的电路路(元件)(元件)参数。参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路,在负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。载上能够获得放大了的动态信号。对实用放大电路的要求:对实用放大电路的要求
8、:共地、直流电源种类共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。尽可能少、负载上无直流分量。杨远望 两种实用放大电路:(1 1)直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题:问题:1.两种电源两种电源2.信号源与放大电路不信号源与放大电路不“共地共地”共地,且要使信号共地,且要使信号驮载在静态之上驮载在静态之上静态时,静态时,b1BEQRUU动态时,动态时,VCC和和uI同时作用同时作用于晶体管的输入回路。于晶体管的输入回路。将两个电源将两个电源合二为一合二为一有直流分量有直流分量有交流损失有交流损失 UBEQ杨远望 (2 2)阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应耦合电容的容量应足够足
9、够大大,即对于交流信号近似,即对于交流信号近似为短路。其作用是为短路。其作用是“隔离隔离直流、通过交流直流、通过交流”。静态时,静态时,C1、C2上电压?上电压?CEQC2BEQC1UUUU,动态时,动态时,C1、C2为耦合电容!为耦合电容!UBEQUCEQuBEuIUBEQ,信号驮载在静态之上。,信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。负载上只有交流信号。杨远望 作业 2.1杨远望 2.3 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一、放大电路的直流通路和交流通路二、图解法二、图解法三、等效电路法三、等效电路法杨远望 一、放大电路的直流通路和交流通路1.直流通路 确定原则:确
10、定原则:Us=0,保留,保留Rs;电容开路;电容开路;电感相当于短路(线圈电阻近似为电感相当于短路(线圈电阻近似为0)。)。2.交流通路 确定原则:确定原则:直流电源相当于短路(内阻为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容相当于短路;大容量电大容量电感相当于开路感相当于开路。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。为的作用共存,这使得电路的分析复杂化。为简化简化分析,将它们分开,引入直流(分析,将它们分开,引入直流(偏置偏置)通路和交)通路和交流(流(信号信号)通路的概念。)通路的概念。杨远望
11、cCQCCCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVI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,将列晶体管输入、输出回路方程,将UBEQ和和作为已知条作为已知条件,令件,令ICQIBQ,可估算出静态工作点。,可估算出静态工作点。VBB越大,越大,UBEQ取不同的取不同的值所引起的值所引起的IBQ的误差越小。的误差越小。交流通路交流通路直流通路直流通路杨远望 cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQ RIVUIIRUVI当当VCCUBEQ时,时,bCCBQRVI已知:已知:VCC12V,Rb600k,Rc3k,100。Q?直流通路直流通路阻容耦合单管共射放大电路的
12、直流通路和交流通路交流通路交流通路课堂练习:课堂练习:求解静态工作点求解静态工作点Q-IBQ,ICQ,UCEQ杨远望 二、图解法bBBBBERiVucCCCCERiVu输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线负载线1.静态分析:图解二元方程:图解二元方程杨远望 2.电压放大倍数的分析符号为“”。反相,与给定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(bBIBBBERiuVuIuBBQBiIICiCEu斜率不变斜率不变杨远望 3.失真分析 截止失真截止失真消除方法:增大消除方法:增大VBB,即向上平移输入回路负载线。,即向上平移输入回路负载线。t截止失真是在
13、输入回路截止失真是在输入回路首先首先产生失真!产生失真!减小减小Rb能消除截止失真吗?能消除截止失真吗?杨远望 饱和失真饱和失真 消除方法:消除方法:增大增大Rb,减小减小Rc,减小减小,减小减小VBB,增大增大VCC。Q QRb或或或或VBB Rc或或VCC:饱和失真(主要)是输出回路产生的失真。:饱和失真(主要)是输出回路产生的失真。2 最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom:比较(:比较(UCEQ UCES)与()与(VCC UCEQ),取其小者,除以),取其小者,除以 (?)。这可不是这可不是好办法!好办法!杨远望 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
14、流(动态)输出电压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是集电极电流ic在在Rc/RL上产生的压降!(上产生的压降!(Vce变化变化与与直流不同!)直流不同!)直流负载线直流负载线ceccccuVi R交流负载线交流负载线过过Q点新作一如后斜点新作一如后斜率的直线率的直线可得之?可得之?斜率:斜率:/Rc斜率:斜率:/(Rc/RL)参见书中图参见书中图2.3.10(page93)交流通路交流通路杨远望 讨论:基本电路与输出特性Q点如下1.在什么参数、如何变化时在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4?2.从输出电压上看,哪个从输出电压上看,哪个Q点下最易产生截
15、止失真?哪个点下最易产生截止失真?哪个Q点下最易产生饱和失真?哪个点下最易产生饱和失真?哪个Q点下点下Uom最大?最大?3.设计放大电路时,应根据什么选择设计放大电路时,应根据什么选择VCC?杨远望 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,从而谓等效就是:基于线性元件建立器件模型,从而近似地近似地描述非线性器件的特性。描述非线性器件的特性。1.直流模型:适于:适于Q点的分析点的分析理想二极管理想二极管利用估算法求解静态工作点,实质上是利用了直流模型。利用估算法求解静态工作点,实质上是利
16、用了直流模型。cCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC输入回路等效为输入回路等效为恒压源恒压源输出回路等效为电流控制的电流源输出回路等效为电流控制的电流源杨远望 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、为一个二端口网络,输入回路、输出回路各为一个端口。输出回路各为一个端口。)()(CEBCCEBBEuifiuifu,低频小信号模型低频小信号模型杨远望 ce22b21cce12b11be UhIhIUhIhU在低频、小信号作用下的关系式在低频、小信号作用下的关系式CECECBBCCCECEBE
17、BBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIU交流等效模型(按式子画模型)交流等效模型(按式子画模型)电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导杨远望 h参数的物理意义参数的物理意义beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihib-e间的间的动态电阻动态电阻内反馈内反馈系数系数交流电流放大系数交流电流放大系数c-e间的电导间的电导分清主次,合理近似!什么情况下分清主次,合理近似!什么情况下h12和和h22的作用的作用可忽略不计可忽略不计?杨远望 简化的简化的h h参数等效电路交流等效模型参数等效电路交流等效模型beTb
18、ebbbebbbEQ(1)(1)UUrrrrII查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得由由IEQ算出算出在输入特性曲线上,在输入特性曲线上,Q点越高,点越高,rbe越小!越小!?杨远望 3.放大电路的动态分析)()(bebbbebiirRIrRIUccoRIUbebcio rRRUUAubebiiirRIURcoRR 放大电路的放大电路的交流等效电路交流等效电路输入阻抗输入阻抗输出阻抗输出阻抗直流耦合电路直流耦合电路杨远望 阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分
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