《基本放大电路》PPT课件.ppt

电路与电子技术,(电工学I),第7章基本放大电路,教学目标,基本概念,动态和静态,信号和功率放大原理,放大电路性能指标,漂移和共模抑制比,应用分析,工作点稳定电路,交直流通路分析,差分放大计算,输出功率和耐压估算,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,基本电路,共射共集放大,差分放大,互补功率放大,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,本章目录,第一节放大电路的基本概念,第二节放大电路基本分析方法,第三节共集电极放大电路,第四节多级放大电路,第六节场效晶体管放大电路,第七节功率放大电路,第五节差分放大电路,7.1放大电路的基本概念,一、放大电路的作用与组成,放大的基本要求是使得放大后输出信号的幅度是输入信号幅度的倍数，而输出信号的变化规律还保持和输入信号一样。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,章目录,负载电阻RL代表放大结果所提供给的对象（如扬声器）。,信号源表示信号来源(如话筒)，它由电压源uS和内阻RS表示；,放大电路由核心放大器件（如晶体管）和电阻电容等组成；,直流电源表示给放大电路提供工作条件的电源，它和电阻元件配合使放大器件工作在合适的工作状态；,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,共发射极基本放大电路,共射基本放大电路的组成,放大电路除了必须有放大器件外，还要达到两个要求:,1.放大器件工作在放大状态;,2.信号能顺利进入放大器并在放大后能顺利送到负载。,耦合电容,耦合电容,电源正极,隔直通交,参考点,偏置电阻,集电极电阻,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,二、放大电路的主要性能指标,放大器的主要指标,电压放大倍数,放大增益,放大电路输出电压和输入电压之比。,由于实际放大倍数往往很大，所以还常用电压增益来表示放大倍数，单位为分贝。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,输入电阻,输出电阻,对信号源而言，放大电路输入端的一个等效电阻。,从放大电路输出端看，放大电路等效电压源的内阻。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,除了上述指标外，放大电路的性能指标还有通频带、工作稳定性、非线性失真、最大输出功率等，将在后续相关章节介绍。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,7.2放大电路基本分析方法,分析放大电路的目的：根据电路结构分析计算其性能指标,并确定器件的参数要求。,以工程估算和图解法为主的静态分析和以晶体管微变等效电路为主的动态分析是分析放大电路的常用方法。这些方法对基本放大电路及各种实际应用电路均有普遍意义。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,章目录,（1）静态和动态,静态,指无输入信号时放大电路的工作状态，又称为直流工作状态。,动态,指仅考虑动态变化的输入/输出信号的关系时放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,放大电路建立了正确的静态，就能保证其工作在放大状态。在分析放大电路时正确地区分静态和动态，可以使得分析过程更为简明。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,（2）直流通路和交流通路,直流通路,放大电路静态和动态分析，分别从其直流通路和交流通路进行。,将放大电路的交流电压信号短路，耦合电容开路所得到的电路。,在直流通路中分析计算流过晶体管的电流和晶体管两端的电压，这两个量值决定了晶体管输出特性电压和电流坐标平面上的一个点，常常称为静态工作点(Q点)。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,交流通路,指仅考虑交流信号作用的电路。,由于电容C1、C2足够大时容抗很小，可以忽略容抗将耦合电容视为短接；交流电流流过直流电源时没有压降，也可将其短接处理。,交流信号转化过程如下,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,一、静态分析,工程上，常常用估算法来简化计算。,计算直流通路中流过晶体管的电流和晶体管两端的电压，确定晶体管的工作状态。,静态分析,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,例题放大电路中UCC=12V，RC=4k，RB=300k，RL=125k，晶体管的=50。用近似估算法求它的静态工作点。,解:画出放大电路的直流通路,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,二、动态分析,（1）交流通路上进行动态性能指标分析,三极管输入端的动态电阻,根据输入回路有,根据输出回路有,电压放大倍数,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,（2）用微变等效电路进行动态分析,在很小的动态范围内，晶体管电压和电流的交流量间基本是线性关系,可以用线性电路元件模型来等效。,晶体管的低频小信号模型，又称为微变等效电路模型。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,饱和区,大,截止区,放,区,（3）图解法分析工作点位置对输出动态范围的影响,在输入、输出特性曲线上，直接用作图的方法分析放大电路工作状态的方法。,图解法,截止失真,饱和失真,图解法主要用来分析大信号输出的功率放大电路。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,三、放大电路工作点的稳定,前述放大电路的性能与等管子的参数有关，而晶体管参数又与温度有关，所以电路的静态工作状态就会随温度的改变而改变。电路工作后电子器件都有一定的功率消耗，这些消耗会变成热量散发而改变环境温度，这样必然会引起放大电路工作的不稳定。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,通过选择电阻RB1和RB2，使得电流I1比IB大很多，而忽略IB，这样就有,（1）电路的静态分析,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,（2）电路的动态分析,电压放大倍数,微变等效法,输入电阻,输出电阻,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,例题电路中,已知UCC=12V,RB1=30k,RB2=15k,RE=3.3k,晶体管的=40，求放大电路的静态工作点，电压放大倍数，输入电阻和输出电阻。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,解:(1)静态分析(求静态工作点),电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,(2)动态分析(性能指标),输入电阻,输出电阻,电压放大倍数,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,7.3共集电极放大电路,常用放大电路的分析步骤和分析方法与共射放大电路相同，也按照静态分析和动态分析进行。,在电子技术中十分关注信号的走向，在分析、设计、调试和检修工作中，常常会按照信号的走向进行分析。,信号从晶体管的基极进入放大器，从集电极输出,发射极是输入和输出信号共同的参考点。,共发射极放大电路,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,章目录,信号从晶体管的基极进入，从发射极输出，这时集电极就是输入信号和输出信号共同的参考点，又称为“射极输出器”。,信号是从晶体管的发射极进入，从集电极输出。,共基极放大电路,共集电极放大电路,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,三种接法的放大电路,共发射极放大电路,共基极放大电路,共集电极放大电路,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,UCEQ=UCCIERE,共集放大电路分析,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,画出放大电路的微变等效电路,电压放大倍数,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,输入电阻,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,输出电阻等效电路,求输出电阻相当于求输出端的戴维宁等效电阻，这时把信号电压源短路，求外加的电压与流入电流的比值。,输出电阻,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,一般rbe为1k左右,所以要比RE小得多,下一页,上一页,节首页,章目录,由于共集电极放大电路的输入电阻大，输出电阻小，所以带负载能力强，被广泛用于功率放大电路和集成电路之中。,双极型晶体管除了可以构成共发射极放大和共集电极放大电路外,还可以构成共基极放大电路,其主要特点是工作频率高,其工作原理可以参阅相关资料。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,7.4多级放大电路,一个微弱的电信号经过一级放大往往还不能满足要求，常常要经过多级的放大。,在放大电路中，信号的输入和输出方式称为耦合方式。,一、放大电路的级间耦合方式,耦合方式,直接耦合,电容耦合,变压器耦合,光电耦合,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,章目录,在频率很低时，耦合电容的容抗（1/jC）会很大，消耗掉大部分信号，工业过程中许多信号频率是很低的，所以不能用电容耦合，而采用直接耦合方式。集成电路中由于难制造较大的电容，也都采用直接耦合方式。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,二、多级放大电路的计算,按照电路原理，多级放大电路总的电压放大倍数为各级电压放大倍数的乘积，即,求某级放大倍数时应把后一级的输入电阻作为前一级的负载。,多级放大电路总的输入电阻：（是第一级的输入电阻）。,多级放大电路总的输出电阻：（是最后一级的输出电阻）。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,例题图示两级放大电路中已知UCC=12V,RL=2k,RC=2k，晶体管=60，RB=RB1=30k，RB2=15k，RE=1k，rbe1=rbe2=1k,求：放大电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,两级放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,解：该两级放大电路是PNP管放大,除了采用负电源供电外,电路结构和NPN管放大相同。晶体管T1构成共集电极放大电路,晶体管T2构成共发射极放大，根据多级放大电路的计算公式有,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,三、放大电路的频率特性,放大电路的频率特性包括：幅频特性和相频特性。,描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律，即,描绘输出信号与输入信号之间相位差随信号频率变化而变化的规律，即,幅频失真,相频失真,因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生的失真。,因放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生的失真。,幅频特性,相频特性,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,频率变化使得放大倍数降低到原来的0.707倍的频率。,转折频率,通频带的范围,受耦合电容旁路电容的影响,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,放大电路的通频带,下一页,上一页,节首页,章目录,放大电路中存在着电抗性元件，例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等，并且晶体管的电流放大系数()也是频率的函数。,频率失真原因,研究频率特性时，晶体管的低频小信号模型不再适用，而要应用高频小信号模型。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,7.5差分放大电路,一、直接耦合放大电路的零点漂移,直接耦合放大电路中输入信号为零时输出信号不能维持为零，而随时间和温度的变化而偏离原有静态值的现象。,零点漂移,产生零点漂移的主要原因:,温度漂移:,在一定时间内，或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即将输出级的漂移值归算到输入级来表示。,晶体管的参数受温度的影响而变化,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,章目录,差分放大电路,二、差分放大电路的工作原理,1.电路基本结构,能够克服零点漂移的一类电路是差分放大电路。差分放大电路是由对称的两个共发射极放大电路组合而成的。,反相输入端,同相输入端,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,差模信号,输入信号中大小相等极性相同的成分,共模信号,输入信号中大小相等极性相反的成分,差分放大电路放大的是差模输入信号，而共模信号是为了描述环境温度变化、电源电压波动或电磁扰动等而引入的。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,差模电压放大作用,电路的差模电压放大作用是指差模输出电压对差模输入电压的比例关系。,由于输入信号分别加到T1和T2管的基极，而两管都是共发射极放大模式，且结构相同，放大倍数相等，所以有,组合以后的差模放大倍数,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,三、差分放大电路分析,1.静态分析,在静态时，差分放大电路两输入端与地之间可视为短路，电源UEE通过RE向两个晶体管提供静态电流。忽略基极电流在RB上的压降，两个基极电位为零，它们的发射极电位，如果,UEE=6V，RE=2.7k，则,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,2.动态分析,根据恒定电压对动态信号看作短路，恒定电流对动态信号看作开路的原理，将集电极供电电源短路接地处理；由于发射极电阻RE的恒流作用，动态分析时将其开路处理。,差模电压放大倍数AUd,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,差分放大电路交流通路,下一页,上一页,节首页,章目录,而差分放大电路总的差模电压放大倍数,可见差分放大的放大倍数和单管放大的放大倍数一样。,如果放大后仅在一个晶体管的集电极输出，则另一个管放大结果没有输出到负载，放大倍数为,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,差分放大电路交流通路,下一页,上一页,节首页,章目录,输出电阻Ro,输入电阻Ri,由于差分放大电路的输入回路经过了两个晶体管的发射结和基极电阻，所以差模输入电阻,典型差分放大电路是在两个晶体管集电极间输出的，其输出回路经过两个集电极电阻RC，所以，如果仅在一个晶体管集电极与参考地间输出，称为单端输出，。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,3.共模抑制比,共模抑制比KCMRR是差动放大器的一个重要指标。表示了该放大电路在放大有用的差模信号的同时，抑制无用的共模信号的能力。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,例题图中已知UCC6V,UEE6V,RL4k,RC10k,RB30k,RE11k,晶体管=100，rbe=1k,求差模电压放大倍数，输入电阻和输出电阻。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,根据公式有,解：忽略基极静态电流，基极电位为零。则有,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,7.6场效晶体管放大电路,RB1、RB2，RE和RC与共射放大电路中的对应。,共源极放大电路,源极电阻,漏极电阻,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,章目录,共源极放大电路,UGSQ=UGUS=UGIDQRS,根据电路图，有,而,根据以上式子，即可求出UGSQ,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,MOS管的微变等效模型及交流通路,输入电阻,电压放大倍数,输出电阻,Ro=RD,Ri=RG1RG2,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,例题图示电路中，已知：UDD12V,RLRD2k,RG1120k,RG260k，RS3k,晶体管的试求静态工作点，电压放大倍数，输入电阻和输出电阻。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,根据电路，有,解：,（1）IDQ=IDO1(UGSQ/UT)2=1UGSQ2,UGSQ=UGIDQRS=43IDQ,解得IDQ，UGSQ为0.44mA,1.67V,UDSQ=120.44*5=9.8V,（2）,（3）,Ri=RG1RG2=53k,（4）,Ro=RD=2k,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,一、功率放大电路的基本要求,7.7功率放大电路,1.功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路，一般处于放大电路的最后一级。功率放大电路除了要输出尽可能大的电压幅值外，输出电流也大，这就要求输出电阻小，输出管工作在发射极输出形式。,2.由于管子工作在更大的电压范围，要考虑其极限参数等。,3.功率放大主要考虑的指标是最大输出功率和效率，在输出尽可能大的功率的同时，电路自身的消耗要低;还有失真问题。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,章目录,大,截止区,放,区,饱和区,功率放大电路是大信号放大，管子工作在更大的电压范围，要考虑其极限参数等，还要考虑到信号的失真问题。我们把静态工作点过高，过低和合适（即过Q1、Q3、Q2的红、蓝、黑三线）的三种工作状态分别称为甲类、甲乙类和乙类放大。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,功率放大电路的输出功率、效率和失真情况是互相联系、互相影响的。,甲类工作状态下，信号不失真，但静态功耗大，效率不高。,乙类工作状态下，效率较高，但对正弦波信号仅半波工作，另外半波在截止区，又有失真问题。,甲乙类功率放大电路是综合考虑了这些问题而形成的。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,二、互补功率放大电路,互补功率放大电路,1.电路组成,输出端无耦合电容而直接接负载，故电路又称为OCL（OutputCapacitorless）互补功率放大电路。由于两管都工作于乙类状态，减小了晶体管的损耗，提高了效率。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,互补输出波形,2.工作原理,互补功率放大电路,两管一个正半周、一个负半周轮流导通，在负载上合成得到一个完整的波形。,以正弦信号为例,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第7章基本放大电路,下一页,上一页,节首页,章目录,交越失真,克服交越失真电路,严格说，输入信号很小达不到晶体管的导通电压时，晶体管进入截止区不导通。因此在正、负半周交替中会出现一段非线性失真，称为交越失真。为了克服交越失真，可以给晶体管静态加点偏置，使之工作在甲乙类而不进入截止区。,电路与电子技术(电工学)普通高等教育“十一五”国家级规划