电工技术下教学课件第15章 基本放大电路.ppt

下一页返回上一页退出章目录 第第1515章章 基本放大电路基本放大电路 15.115.1 共发射极共发射极放大电路的组成放大电路的组成 15.215.2 放大电路的静态分析放大电路的静态分析 15.415.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 15.615.6 射极输出器射极输出器 15.815.8 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 15.915.9 场效晶体管及其放大电路场效晶体管及其放大电路 15.315.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析 15.515.5 放大电路中的频率特性放大电路中的频率特性 15.715.7 差分放大电路差分放大电路 下一页返回上一页退出章目录 本章要求：本章要求： 1. 1. 理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、 共集电极放大电路的性能特点；共集电极放大电路的性能特点； 2. 2. 掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等 效电路分析法；效电路分析法； 3. 3. 了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念，了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念， 了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的 工作原理；工作原理； 4. 4. 了解差动放大电路的工作原理和性能特点；了解差动放大电路的工作原理和性能特点； 5. 5. 了解场效晶体管的电流放大作用、主要参数的意义。了解场效晶体管的电流放大作用、主要参数的意义。 第第1515章章 基本放大电路基本放大电路 下一页返回上一页退出章目录 放大的概念放大的概念: : 放大的目的是将微弱的放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大成较大的信号。放大成较大的信号。 放大的实质放大的实质: : 用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放 大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。 对放大电路的基本要求对放大电路的基本要求 ： 1. 1. 要有足够的放大倍数要有足够的放大倍数( (电压、电流、功率电压、电流、功率) )。 2. 2. 尽可能小的波形失真。尽可能小的波形失真。 另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术 指标。指标。 本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电 路。路。 下一页返回上一页退出章目录 15.115.1 基本放大电路的组成基本放大电路的组成 1515. .1.1 1.1 共发射极基本放大共发射极基本放大电路组成电路组成 共发射极基本电路共发射极基本电路 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC iB iE 交流信交流信 号源号源 下一页返回上一页退出章目录 15.1 基本放大电路的组成 1515. .1.2 1.2 基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用 晶体管晶体管T T-放大元放大元 件件, , i i C C= = i iB B 。要保要保 证集电结反偏证集电结反偏, ,发发 射结正偏射结正偏, ,使晶体使晶体 管工作在放大区管工作在放大区 。 基极电源基极电源E E B B 与基极与基极 电阻电阻R R B B -使发射结使发射结 处于正偏，并提供处于正偏，并提供 大小适当的基极电大小适当的基极电 流。流。 共发射极基本电路共发射极基本电路 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC iB iE 下一页返回上一页退出章目录 集电极电源集电极电源E EC C - -为为 电路提供能量。并电路提供能量。并 保证集电结反偏。保证集电结反偏。 集电极电阻集电极电阻R R C C -将将 变化的电流转变为变化的电流转变为 变化的电压。变化的电压。 耦合电容耦合电容C C 1 1 、C C 2 2 -隔离输入、输出隔离输入、输出 与放大电路直流的与放大电路直流的 联系，同时使信号联系，同时使信号 顺利输入、输出。顺利输入、输出。 信信 号号 源源 共发射极基本电路共发射极基本电路 EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC iB iE 负载负载 下一页返回上一页退出章目录 单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法 共发射极基本电路共发射极基本电路 +UCC RS es RB RC C1 C2 T + + + RL ui + uo + + + uBE uCE iC iB iE EC RS es RB EB RC C1 C2 T + + + RL + + ui + uo + + + uBE uCE iC iB iE 2 2个直流电源，使用起来不方便，需要简化个直流电源，使用起来不方便，需要简化 下一页返回上一页退出章目录 15.215.2 放大电路的静态分析放大电路的静态分析 静态：静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。 分析方法：分析方法：估算法、图解法。 分析对象：分析对象：各极电压电流的直流分量。 所用电路：所用电路：放大电路的直流通路。 设置设置Q Q点的目的：点的目的： (1) 使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真； ( (2)2) 使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动 态的基础。态的基础。 静态工作点Q：IB、IC、UCE、 UBE 。 静态分析：确定放大电路的静态值。 下一页返回上一页退出章目录 15.2.115.2.1 用放大电路的直流通路确定静态值用放大电路的直流通路确定静态值 1. 1. 直流通路估算直流通路估算I I B B 根据电流放大作用 2. 2. 由直流通路估算由直流通路估算U UCE CE、 、 I I C C 当UBE 0 0 时，时，P P型衬底中的电子受到电场力的吸型衬底中的电子受到电场力的吸 引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；当当 U U GS GS U U GSGS（thth）时，还在表面形成一个 时，还在表面形成一个N N型层，称反型层，称反 型层，即勾通源区和漏区的型层，即勾通源区和漏区的N N型导电沟道，将型导电沟道，将D-SD-S连连 接起来。接起来。 U U GSGS愈高， 愈高， 导电沟道导电沟道 愈宽。愈宽。 (2) N(2) N沟道增强型管的沟道增强型管的工作原理工作原理 P P型硅衬底型硅衬底 N N沟道沟道 N N + N+ D D GG S S - - - - - 耗尽层耗尽层 E E GG + + - - U U GSGS 下一页返回上一页退出章目录 N N型沟道增强型绝缘栅场效型沟道增强型绝缘栅场效 应管的导通应管的导通 P P型硅衬底型硅衬底 N+N+ E E GG S S GG + + N+N+ D D N N沟道沟道 + + E ED D I I D D 当当U UGS GS U UGSGS(th(th）后，场效 后，场效 晶体管才形成导电沟道，晶体管才形成导电沟道， 开始导通，开始导通，若漏若漏 源之间源之间 加上一定的电压加上一定的电压U UDS DS， ，则则 有漏极电流有漏极电流I I D D 产生。产生。 在一定的漏在一定的漏 源电压源电压U UDS DS下，使管子由不导通变为 下，使管子由不导通变为 导通的临界栅源电压称为开启电压导通的临界栅源电压称为开启电压U UGS( GS(thth）。 。 在一定的在一定的U UDS DS下 下漏极电漏极电 流流I I D D 的大小与栅源电压的大小与栅源电压 U U GSGS有关。所以， 有关。所以，场效场效 应管是一种电压控制电应管是一种电压控制电 流的器件。流的器件。 下一页返回上一页退出章目录 (3)(3) 特性曲线特性曲线 转移特性曲线转移特性曲线 ID/mA UDS/V o UGS= 1V UGS= 2V UGS= 3V UGS= 4V 漏极特性曲线漏极特性曲线 恒流区恒流区 可变电阻区可变电阻区 截止区截止区 无沟道无沟道有沟道有沟道UGS/V UGS(th) UDS=常数 ID/16mA O 开启电压开启电压U UGS GS(th(th） 下一页返回上一页退出章目录 N型衬底 P+P+ G S D 符号：结构 (4)(4) P P沟道增强型沟道增强型 SiO2绝缘层 加电压才形成 P型导电沟道 增强型场效晶体管只有当U UGS GS U UGSGS(th(th）时才形成 导电沟道。 下一页返回上一页退出章目录 2. 2. 耗尽型绝缘栅场效晶体管耗尽型绝缘栅场效晶体管 G S D符号： 如果如果MOSMOS管在制造时导电沟道就已形成，称为管在制造时导电沟道就已形成，称为 耗尽型场效晶体管。耗尽型场效晶体管。 (1 ) N(1 ) N沟道耗尽型管沟道耗尽型管SiO2绝缘层中 掺有正离子 予埋了N型 导电沟道 下一页返回上一页退出章目录 由于耗尽型场效晶体管预埋了导电沟道，所以 即使在UGS= 0时，若漏源之间加上一定的电压 UDS，也会有漏极电流 ID 产生。 当当U UGS GS 0 0时，使导电沟道变宽，时，使导电沟道变宽， I ID D 增大； 增大； 当当U UGS GS 0 漏极特性曲线 O ID/mA 16 2012 4 8 12 16 48 IDSS 转移特性曲线 O ID/mA UGS /V -1-2-3 4 8 12 16 1 2 U U DSDS= =常数 常数 下一页返回上一页退出章目录 (3) P (3) P 沟道耗尽型管沟道耗尽型管 符号： G S D 予埋了P型 导电沟道 SiO2绝缘层中 掺有负离子 下一页返回上一页退出章目录 耗尽型耗尽型 G S D G S D 增强型增强型 N沟道P P沟道沟道 G S D G S D N N沟道沟道P沟道 GG、S S之间加一定之间加一定 电压才形成导电沟道电压才形成导电沟道 在制造时就具有在制造时就具有 原始原始导电沟道导电沟道 下一页返回上一页退出章目录 3. 3. 场效晶体管的主要参数场效晶体管的主要参数 (1) (1) 开启电压开启电压 U UGS(th GS(th) )： ：是增强型是增强型MOSMOS管的参数管的参数 (2) (2) 夹断电压夹断电压 U UGS(off) GS(off)： ： (3) (3) 饱和漏电流饱和漏电流 I IDSS DSS： ： 是结型和耗尽型是结型和耗尽型 MOSMOS管的参数管的参数 (4) (4) 低频跨导低频跨导 g gm m： ：表示栅源电压对漏极电流表示栅源电压对漏极电流 的控制能力的控制能力 极限参数：极限参数：最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。 下一页返回上一页退出章目录 场效晶体管与双极性晶体管的比较场效晶体管与双极性晶体管的比较 电流控制电流控制 电压控制电压控制 控制方式控制方式 电子和空穴两种载电子和空穴两种载 流子同时参与导电流子同时参与导电 载流子载流子 电子或空穴中一种电子或空穴中一种 载流子参与导电载流子参与导电 类类 型型 NPNNPN和和PNP NPNP N沟道和沟道和P P沟道沟道 放大参数放大参数 r rce ce很高 很高 r rds ds很高 很高 输出电阻输出电阻 输入电阻输入电阻 较低较低 较高较高 双极型晶体管双极型晶体管 场效晶体管场效晶体管 热稳定性热稳定性 差差 好好 制造工艺制造工艺 较复杂较复杂 简单，成本低简单，成本低 对应电极 BEC GSD 下一页返回上一页退出章目录 15.9.215.9.2 场效晶体管放大电路场效晶体管放大电路 场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点， 常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放 大电路。大电路。 场效晶体管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶场效晶体管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶 体管的发射极、集电极、基极。体管的发射极、集电极、基极。 场效晶体管的共源极放大电路和源极输出器与双场效晶体管的共源极放大电路和源极输出器与双 极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结 构上也相类似。构上也相类似。 场效晶体管放大电路的分析与双极型晶体管放大场效晶体管放大电路的分析与双极型晶体管放大 电路一样，包括静态分析和动态分析。电路一样，包括静态分析和动态分析。 下一页返回上一页退出章目录 1 1. .自给偏压式偏置电路自给偏压式偏置电路 栅源电压栅源电压U UGS GS是由场效晶体管自身的电流提供 是由场效晶体管自身的电流提供 的，故称自给偏压。的，故称自给偏压。 U U GSGS = R = R S S I I S S = R = R S S I I D D + +U U DDDD R RS S C CS S C C2 2 C C1 1 R RD D R R GG + + T T + + _ _ + + _ _ u u i i u uo o I I S