《模拟电路节》PPT课件.ppt

1 2.1 2.1 放大器的基本概念与技术指标放大器的基本概念与技术指标 2.2 2.2 单级放大器的工作原理与分析方法单级放大器的工作原理与分析方法 2.3 2.3 三种组态三极管放大器的分析与比较三种组态三极管放大器的分析与比较 2.4 2.4 场效应管放大器场效应管放大器 2.5 2.5 多级放大器多级放大器 Date 2 2.1 放大器的基本概念与技术指标 2.1.1 放大器的基本概念 2.1.2 放大器的主要技术指标 Date 3 2.1.1 放大器的基本概念 放大器: 基本的电子电路，在广播、通信 、测量等方面有着广泛应用。 根据电路结构不同: 直接耦合放大器和交 流耦合放大器； 根据放大器级数的多少: 单级放大器和多 级放大器； 若为晶体管放大器:共射、共基、共集放大 器， 若为场效应管放大器:共源、共栅、共漏放 大器。 Date 4 一个放大器应包括以下几部分： 输入信号源、有源器件、输入输出耦合电路、负 载、直流电源、相应的偏置电路 Date 5 基极偏置电流为： 对于硅管来说， ; 对于锗管 。 Date 6 :集电极回路的直流电源，通过集电极偏置 电阻 使集电结为反向偏置。 耦合电容(隔直电容电容): 容量足够大，对交流 信号近似短路，在电路中用来隔断直流，传送交 流。 若电路参数选择得当, 的幅度将比 大得 多，且波形形状相同，从而达到放大的目的。 Date 7 2.1.2 放大器的主要技术指标 1. 放大倍数 放大倍数(增益): 衡量放大器放大能力的指标， 当输入正弦信号时，用输出量与输入量的正弦相 量之比来表示。 (1)电压放大倍数 (2)源电压放大倍数 Date 8 (3)电流放大倍数 (4)源电流放大倍数 (5)互阻放大倍数 (6)互导放大倍数 Date 9 基极偏置电流为： 对于硅管来说， ; 对于锗管 。 Date 10 2. 输入电阻 3. 输出电阻 （1）分析法： Date 11 （2）实验法： 4. 通频带 上限截止频率: 当信号频率升高，使放大器放大倍数 下降为中频放大倍数的0.707倍(即下降3dB)时，所对 应的信号频率 。 下限截止频率: 信号频率降低时，使放大倍数降为中 频放大倍数的0.707倍时，所对应的信号频率 。 通频带: 和 之间的频率范围，用 表示， 即： Date 12Date 13 5. 非线性失真系数 非线性失真系数(D): 放大电路在某一频率的正 弦输入信号作用下，输出信号的谐波成分总量 和基波分量之比，即： 6. 最大输出幅度 最大输出幅度: 放大电路输出信号非线性失真 系数不超过额定值时的输出信号最大值，一般 用有效值 (或 )表示，也可用峰峰值 (或 )表示。 Date 14 7.最大输出功率与效率 最大输出功率: 输出信号在不失真的情况下能 输出的最大功率，用 表示。 放大电路的输出功率: 通过晶体管的控制作用 把电源的直流功率转化为随信号变化的交变功 率而得到的。 放大器效率： Date 15 2.2 共射放大器的工作原理与分析方法 2.2.1 共射放大器的工作原理 2.2.2 分析方法 2.2.3 温度对工作点的影响与分压式偏置 电路 Date 16 2.2.1 共射放大器的工作原理 共射电路：输入回路和输出回路共用发射极。 发射结上总电压为： 基极总电流为： 工作在放大区的三极管，集电极总电流为： 相应的三极管输出电压为： ， 放大器工作原理 Date 17 基极偏置电流为： 对于硅管来说， ; 对于锗管 。 Date 18 2.2.2 分析方法 1. 图解法 图解法: 以三极管的特性曲线为基础，在特性 曲线上用作图的方法来分析放大电路的工作状 态。 （1） 静态分析 1)画出直流通路: Date 19 2)由输入回路计算基极电流。 3)在三极管输出特性曲线上作直流负载线。 Date 20 输出回路中，线性部分的电压、电流关系 由下列方程确定： 直流负载线: 开路电压点 和短路电流 点 ，连接M、N两点即得到一条直线，该 直线的斜率为 。 Date 21 4)求静态工作点Q。 静态工作点: 直线MN和 的输出特 性曲线相交于Q点。 Q点对应的电压、电流值就是静态工作情况 下三极管的 和 ： , 。 静态工作点的选 择与波形失真 Date 22Date 23 （2）动态分析 1)画出交流通路。 Date 24 2)根据 在输入特性上求 。 设放大器输入端电压 ，三极 管发射结上总电压: 在三极管输入特性上可以画出对应的 的波形: Date 25 3)在输出特性上过Q点作交流负载线。 在交流通路中，输出回路电压与电流的关系为： ， ， 。 交流负载线: 在三极管输出特性上，过Q点作出直线AB ，直线AB的斜率为 。 Date 26 4）由 的变化在输出特性上求 和 。 在正半周，放大器的动态工作点由Q移到Q ； 在负半周，放大器的动态工作点由Q移到 。 动态范围: 直线段 是动态工作点移动的轨迹 。 输出信号交流分量 ，而 ， 所以该放大器电压放大倍数为： 倒相作用：交流输出电压和输入电压相位差是 ，共射放大器为反向放大器。 Date 27 （3） 静态工作点的选择与波形失真 截止失真：工作点偏低时，由于工作范围有一部分已 进入截止区,使 的底部、 顶部的波形出现失真。 Date 28 饱和失真：工作点偏高时，工作范围有一部分已进入 饱和区，使 的顶部、 的底部波形出现失真。 为了得到最大不失真输出电压（电流），静态工 作点Q应设在交流负载线上对应于 和 两点间的中点。 Date 29 2. 微变等效电路法 （1）静态分析 1）画出直流通路。 2）根据电路结构建立方程并求解直流工作点。 由 ，得： Date 30Date 31 3) 求 。 其中 得 （2）动态分析 1) 画出交流通路。 2) 画出微变等效电路。 Date 32Date 33Date 34 求输入电阻 Date 35 求输出电阻 Date 36 求输出电阻 Date 37 求输出电阻 Date 38 求源电压放大倍数 Date 39 3. 两种分析方法的比较 （1）图解法比较直观，分析大信号电路或 功率放大电路时比较合适，但比较繁琐，当电 路规模较大时，图解法不再适用； （2）微变等效电路法比较方便，适合于小 信号电路的分析，也适合于复杂放大电路的分 析，但不够形象直观，不宜分析工作点是否合 适以及求取输出信号最大动态范围等问题。 Date 40 2.2.3 温度对工作点的影响与分压式 偏置电路 1. 温度对工作点的影响 要求放大器性能稳定，必须首先设计工作点 Q对温度不敏感的偏置电路。 2. 射极偏置电路 （1）电路结构 具有热稳定性的射极偏置电路，在电路结 构上采取了两点措施： 采用分压式电路固定基极电位； 发射极接入电阻实现自动调节作用。 Date 41 基极电位： 自动调节过程可表示为： T 该电路能有效地稳定静态工作点，所以又称为工 作点稳定电路。 2.2.3温度对工作点的影响与分压式偏置电路 Date 42 2.2.3温度对工作点的影响与分压式偏置电路 （2）电路的静态分析 当I1 IBQ， 且足够大时 ： Date 43 （3）电路的动态分析 2.2.3温度对工作点的影响与分压式偏置电路 Date 44 （3）电路的动态分析 2.2.3温度对工作点的影响与分压式偏置电路 Date 45 （4）结论 旁路电容: 为了在稳定工作点的同时又不降低 电压增益，可以在发射极电阻RE上并联一个大 电容。 接入后，对电路工作点没有影响，而电路 的三项动态指标分别是： Date 46 2.3 三种组态三极管放大器的分析 与比较 2.3.1 共基放大器 2.3.2 共集放大器 2.3.3 三种组态三极管放大器的比较 Date 47 2.3.1 共基放大器 Date 48 1. 静态分析 直流通路与共射电路的相同，工作点求解: ， ， 2. 动态分析 Date 49 输入、输出回路方程 又 电压增益： 它的极性与共射接法相反，即输出与输入同相。 Date 50 根据电路列出方程组： 所以 放大器输出电阻为： , Date 51 2.3.2 共集放大器 Date 52 1. 静态分析 列出求解工作点方程组： 将电路参数代入并求解方程组得： Date 53 2. 动态分析 Date 54 电路输入电阻： 求得： 由此可见，它的输入电阻比共射和共基接法时大。 Date 55 根据电路列出方程组： Date 56 所以： 由此可见，它的输出电阻较小。 共集电路电压放大倍数小于1，但接近于1 ，且输出电压和输入电压同相。 共集电路称为射极跟随器。 共集电路可作为多级放大器的输入级、隔 离级和输出级，应用广泛。 Date 57 2.3.3 三种组态三极管放大器的比较 （1）电压放大倍数共射、共基较大，共集 小于1但接近于1。共射放大器输出电压与输入 电压反相； （2）输入电阻共集最大，共基最小； （3）输出电阻共集最小； （4）共射电路多用作多级放大器的中间级 ，共集电路可用作输入级、隔离级或输出级， 而共基电路频率特性好，适用于宽频带放大。 Date 58 2.4 场效应管放大器 2.4.1场效应管放大器偏置电路与直流 分析 2.4.2 场效应管共源放大器交流分析 2.4.3三种组态场效应管放大器的比较 Date 59 2.4.1场效应管放大器偏置电路与直流分析 1.自偏压共源放大电路 Date 60 自偏压偏置电路：由于场效应管栅极电流为零，所以 加在栅源极间的电压是由电阻上压降通过提供的，这 种形式的偏置电路。 根据电路写出下列方程： 同时，场效应管转移特性为： = ( ) 静态工作点参数 、 、 。 Date 61 2.分压式自偏压共源放大电路 Date 62 栅极电位 = 漏极电流在源极电阻上产生压降： 加到场效应管栅源极间的直流电压为： 静态工作点参数 、 、 。 Date 63 2.4.2 场效应管共源放大器交流分析 Date 64 放大器的电压放大倍数： = = 输入电阻： 输出电阻： Date 65 2.4.3三种组态场效应管放大器的 比较 1.共栅放大器 Date 66 （1）静态分析 静态工作点参数 、 、 Date 67 （2）动态分析 Date 68 放大器的电压放大倍数为： = = = 输入电阻为： 列出方程组： 所以 输出电阻为： = ， Date 69 2. 共漏放大器 Date 70 （1）静态分析 静态工作点参数 、 、 。 Date 71 （2） 动态分析 Date 72 放大器的电压放大倍数为： = = = 输入电阻为： 输出电阻为： 得： 所以： Date 73 3.三种组态放大器的比较 共源、共栅、共漏放大器分别与共射、共基 、共集放大器相对应。归纳起来，主要有以下特 点： (1) 共源、共栅放大器的放大倍数较大，共漏放 大器的放大倍数小于1但接近于1，可作为跟随器 使用。共源放大器输出电压和输入电压反相； (2) 共栅放大器的输入电阻最小； (3) 共漏放大器的输出电阻最小。 Date 74 2.5 多级放大器 2.5.1 级间耦合方式 2.5.2 多级放大器的分析 Date 75 2.5.1 级间耦合方式 1.阻容耦合 Date 76 阻容耦合的优点是： (1) 各级的静态工作点相互独立； (2) 只要耦合电容 、 、 容量足够大，放 大器交流信号损失就小，能保证较高的放大倍 数。 阻容耦合的缺点是： (1) 耦合电容隔断直流，不能放大直流信号， 且当信号频率较低