电工电路第九章(修1).ppt

电子技术,第九章 基本放大电路,模拟电路部分,一. 基本结构,基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,9.1 双极型晶体管,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺 杂浓度较高,发射区：向B区发射载流子,基区：控制载流子的传输,集电区：收集载流子,发射结(E结),集电结(C结),二 电流放大原理,EB,RB,Ec,RC,可见:IE=IB+IC 只要ICIB,管子就有电流放大作用。（这就是为什么基区掺杂少而薄的目的所在）,NPN型三极管,PNP型三极管,1、输入特性,UCE 1V,工作压降： 硅管UBE 0.7V, 锗管UBE 0.3V。,UCE=0V,死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。,三.特性曲线,饱和区,截止区,放 大 区,输出特性三个区域的特点:,发射结正偏，集电结反偏。 晶体管相当于通路 0UCEUCC, UCE=UCC - ICRC,c).IC随IB的增减而增减,成正比关系(IB变化小,IC变化 大)即： IC=IB , 且 IC = IB d).特性曲线间隔均匀,这个间隔反映了晶体管的值. 常数(= IC / IB ),发射结正偏，集电结正偏。 即：UCEUBE ， UCE 0.3V (C、E极间相当于短路） ICUCC/RC,(2) 饱和区饱和状态,C结、E结均加反压. IB=0 ， IC=ICEO 0 (近似于断开状态.) UCE=UCC,ICEO是基极开路时（IB=0）的IC值，受温度的变化影响很大。,(3) 截止区截止状态,注：为使三极管可靠截止，通常给发射结加上反向电 压，即UBE0,四、主要参数,前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。,共射直流电流放大倍数：,1. 电流放大倍数和 ,P230 例9.1.1 P269 9.1.2,交流电流放大倍数为：,例：UCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。,在以后的计算中，一般作近似处理： =,2.集电极最大电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,3.集-射极反向击穿电压 BU(BR)CEO:,基极开路时,加在集-射极之间的最大允许电压。超过这个数值时，三极管就会被击穿。,4. 集电极最大允许功耗PCM,集电结的温度不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率。,PC =ICUCE,PCPCM,ICUCE=PCM,安全工作区,例:测 得 电 路 中 工 作 在 放 大 区 的 某 晶 体 管 三 个 极 的 电 位 分 别 为 0V、0.7V 和 4.7V， 则 该 管 为 （ ）。 (a) NPN 型 锗 管 (b) PNP 型 锗 管 (c) NPN 型 硅 管 (d) PNP 型 硅 管,书P226分析与思考(2), 9.2 放大电路的工作原理,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,共射放大电路的基本组成,放大元件iC= iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,输入,输出,参考点,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,基极电源与基极电阻,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。,+,+,C,B,E,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,+,+,耦合电容传递交流,隔断直流。,可以省去,电路改进：采用单电源供电,放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,直流通道和交流通道,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。,但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。,例：,对直流信号（只有+UCC）,对交流信号(输入信号ui),交流通路,ui,+,+,9.3 放大电路的静态分析,静态 没有（交流）信号输入（ui=0）时的 工作状态。此时电路中的电压、电流 都是直流量。,静态分析 确定电路中的静态值 IB 、IC （IE）UCE,直流通道,静态分析,估算法,（1）根据直流通道估算IB,RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,（2）根据直流通道估算IC 、UCE,IC,UCE,例9.2.1:(P243) 用估算法计算静态工作点。,解：,9.4 动态分析,动态当电路加入输入信号后（ui0)的工作状态。,动态分析确定,非线性晶体管元件线性化处理，即，将晶体管用一个线性的电路模型来表示，则可用学过的线性电路分析方法进行动态分析了。,电路加入输入信号后，放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压、电流均包含两个分量，即：,对交流分量分析方法:微变等效电路分析法,一、三极管的微变等效电路,1. 输入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管输入回路相当于电阻rbe。,rbe的量级从几百欧到几千欧。,对于小功率三极管：,2. 输出回路,输出端相当于一个受ib 控制的受控电流源。,三极管的微变等效电路,二、放大电路的微变等效电路,先给出交流通路：,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:,注：动态分析（交流分析）相量法,三、电压放大倍数的计算(相量法),特点：负载电阻越小，放大倍数越小。,电路的输入电阻越大越好。电路的输入电阻越大电路从信号源取得的电流越小，信号源的负担越轻。,四、输入电阻的计算,断开信号源后向里看的等效电阻。,五、输出电阻的计算,所有独立电源置零，断开RL后向里看的等效电阻。,电路的输出电阻越小越好，输出电阻越小，电路带负载能力越强。,例,已知：固定偏置电路，UCC=12V，RC=4k， RB=300k，=37.5。求：放大电路的空载电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,+,+,六. 非线性失真分析,在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。,为了得到尽量大的输出信号，需设置合适的Q点，否则,信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。,uo,可输出的最大不失真信号,选择合适的静态工作点,ib,Q,uo,uo,1. Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生 截止失真,输出波形,输入波形,ib,Q,2. Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生 饱和失真,Q,9.5 双极型晶体管基本放大电路,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。,前述固定偏置放大电路，在电路参数一定时，偏流IB是一定的，故称为固定偏置放大电路。该电路虽然简单，但受温度的影响很大，温度变化将使 和ICEO 这两个参数发生变化，引起静态工作点不稳定，因而限制了这种电路的使用。,静态工作点的稳定,温度对 值及ICEO的影响,总的效果是：,ICEO,小结：,固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动减少IB，维持IC不变,从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,常采用分压偏置共射放大电路来稳定静态工作点。电路见下页。,一.分压偏置共射放大电路：,1. 电路特点,可见: UB与晶体管参数无关, 基本固定,不受温度影响。,2. 稳定工作点原理: 靠射极电阻RE来实现.,只要满足：,3. 静态分析,IE,IC,2. 动态分析,CE的作用：交流通路中， CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。,问题1：如果去掉CE，放大倍数怎样？(P270 9.4.4题),二.共集放大电路(射极跟随器、射极输出器),1. 静态分析,2. 动态分析,1). 电压放大倍数,1.,所以,2.,输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,结论：,2). 输入电阻,输入电阻较大。（信号源的负担轻）,3). 输出电阻,一般：,所以：,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,射极输出器的主要特点：,. ri大。（减小信号源的负担。）,. rO小。（带负载能力强）,输入输出同相。（输出电压跟随 输入电压变化）,9.8 多级放大电路,一级放大电路的放大倍数不能满足要求时,可以将若干个基本放大电路级连起来组成多级放大电路.,放大电路的级间连接 耦合,耦合：即信号的传送。,常用耦合方式：直接耦合；阻容耦合,阻容耦合 （电容耦合）,直接耦合,阻容耦合:,优点: 1) 各级静态工作点互不影响,可以单独调整.,2). 只要耦合电容选得足够大,就可以使得前一级的输出信号在一定频率范围内,几乎可以不衰减地加到后一级的输入端上.,广泛应用于: 分立元件交流放大电路中.(但在集成电路中,由于难于制造容量较大的电容,所以不采用.),直接耦合：,适用于: 1). 放大变化很缓慢的信号 (如,温度、速度、位移等） 2. 集成电路,直接耦合电路的特殊问题,问题 1 :前后级Q点相互影响。,问题 2 :零点漂移。,零点漂移 在直接耦合放大电路中，当温度或电源电压等变化时，Q点发生变动，使放大电路在无输入信号时，输出端的电压会偏离初始值而做上下漂动，这种现象称为零点漂移。,解决办法：采用差分放大电路。,当 ui 等于零时， uo不等于零。,有时会将信号淹没,无论哪种耦合，动态分析如下：,1. 电压放大倍数:,注：前级的负载电阻=后级的输入电阻,RL1 = ri2,前级的输出电阻 = 后级的信号源内阻,r01 = RS2,2. 多级放大电路的输入电阻 ri ，一般就是第一级的 输入电阻ri1 。,ri = ri1,3. 多级放大电路的输出电阻 r0 ，一般就是末级的 输出电阻r02 。,r0 = r02,例: 求放大倍数Au 、ri和ro 。,RC,9.9 差分放大电路,差分放大电路：是模拟集成电路中应用最广泛的基本电路。几乎所有模拟集成电路 中的多级放大电路都采用它作输入级。它不仅可以与后级放大电路直接耦合,而且能够很好地抑制零点漂移.,电路特点：,1）.由两个完全相同的单管共射极放大电路组成。,2). 有两个输入端,两个输出端., 抑制零漂原理： 1）靠电路的对称性；,uo= uC1 - uC2 = 0,当 ui1 = ui2 =0 时：,uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0,当温度变化时：,由于实际电路做不到完全对称，因而靠电路的对称性来抑制零点漂移作用有限。,2）.靠减少两单管放大电路本身的零点漂移来抑制整个电路的零点漂移,(2)动态分析,ui1 = ui2 一对大小相等、相位相同的输入信号。,(1)共模输入信号(等效于零点漂移信号),由于电路对称， ui1 = ui2 uC1 = uC2 所以， u0 =uC1 - uC2 =0,共模电压放大倍数:,显见，该电路对共模信号无放大作用。,ui1 = - ui2 一对大小相等、相位相反的输入信号。,(2)差