放大电路详解PPT.ppt

1 第9章基本放大电路 9 1双极型晶体管 9 2放大电路的工作原理 9 3放大电路的静态分析 9 4放大电路的动态分析 9 5双极型晶体管基本放大电路 9 6场效应型晶体管 9 7场效应型晶体管基本放大电路 9 8多级放大电路 9 9差分放大电路 9 10功率放大电路 下一章 上一章 返回主页 大连理工大学电气工程系 2 9 1双极型晶体管 一 基本结构 结构示意图和图形符号 大连理工大学电气工程系 3 二 工作状态 条件 发射结正偏 集电结反偏 发射区发射载流子 形成电流IE少部分在基区被复合 形成IB大部分被集电区收集 形成IC 1 放大状态 电流的形成 晶体管中载流子的运动过程 大连理工大学电气工程系 4 电流的关系IE IB IC 当IB 0时 直流 静态 电流放大系数 交流 动态 电流放大系数 IC ICEO 电路图 大连理工大学电气工程系 5 IB微小的变化 会产生IC很大的变化 IC IB 0 UCE UCC UCE UCC RCIC 晶体管相当于通路 特点 大连理工大学电气工程系 6 特点 IB IC基本不变 IC UCC RC UCE 0 晶体管相当于短路 条件 发射结正偏 集电结正偏 IB IC UCE UCC RCIC ICM UCC RC 2 饱和状态 电路图 饱和状态时的晶体管 大连理工大学电气工程系 7 特点 IB 0IC 0UCE UCC晶体管相当于开路 3 截止状态 条件 发射结反偏 集电结反偏 电路图 截止状态时的晶体管 大连理工大学电气工程系 8 晶体管处于放大状态 2 开关S合向b时 例9 1 1 图示电路 晶体管的 100 求开关S合向a b c时的IB IC和UCE 并指出晶体管的工作状态 忽略UBE 解 1 开关S合向a时 0 01mAIC IB 100 0 01mA 1mAUCE UCC RCIC 15 5 103 1 10 3 V 10V UCC 15VUBB1 5VUBB2 1 5VRB1 500k RB2 50k RC 5k 大连理工大学电气工程系 9 UCE 0V晶体管处于饱和状态 因为若IC IB 100 0 1mA 10mAUCE UCC RCIC 15 5 103 10 10 3 V 35VUCE 0 这是不可能的 即不可能处于放大状态 3 开关S合向c时IB 0 IC 0 UCE UCC 15V晶体管处于截止状态 大连理工大学电气工程系 10 三 特性曲线 1 输入特性IB f UBE UCE 常数 UCE 1V25 UCE 1V75 硅管 UBE 0 7V锗管 UBE 0 3V 输入特性 工作方式 大连理工大学电气工程系 11 2 输出特性IC f UCE IB 常数 放大区 饱和区 截止区 输出特性 工作方式 大连理工大学电气工程系 12 动态电流放大系数 2 穿透电流ICEO3 集电极最大允许电流ICM4 集电极最大耗散功率PCMPC UCE IC5 反向击穿电压U BR CEO 四 主要参数 1 电流放大系数 过损耗区 安全工作区 功耗曲线 大连理工大学电气工程系 13 9 2放大电路的工作原理 一 电路组成 两个电源的放大电路 一个电源的放大电路 大连理工大学电气工程系 14 NPN管放大电路 PNP管放大电路 放大电路的简化画法 大连理工大学电气工程系 15 二 信号的放大过程 1 静态时ui 0 直流电源单独作用 2 动态时输入信号ui 输出信号uo uce RCic 信号的放大过程 大连理工大学电气工程系 16 9 3放大电路的静态分析 一 静态工作点的确定图解法 在输入特性曲线上 已知IB 可确定Q点 可知UBE 在输出特性曲线上已知IB 可确定Q点 可知IC UCE 输入特性 输出特性 大连理工大学电气工程系 17 2 计算法 直流通路的做法 1 信号源中的电动势短路 2 电容开路 IBRB UBE UCC IC IBUCE UCC RCIC 直流通路 放大电路 大连理工大学电气工程系 18 例9 3 1 在如图所示的固定偏置放大电路中 已知UCC 6V RB 180k RC 2k 50 晶体管为硅管 试求放大电路的静态工作点 解 IC IBUCE UCC RCIC 0 0294mA 50 0 0294mA 1 47mA 6 2 1 47 V 3 06V 大连理工大学电气工程系 19 二 静态工作点的影响 1 当IB太小 Q点很低 引起后半周截止失真 2 当IB太大 Q点很高 引起前半周饱和失真 截止失真和饱和失真统称为非线形失真 截止失真 饱和失真 大连理工大学电气工程系 20 9 4放大电路的动态分析 一 放大电路的主要性能指标1 电压放大倍数Au 其分贝值 Au dB 20lg Au 定义 当输入信号为正弦交流信号时 大连理工大学电气工程系 21 在放大电路中 2 输入电阻ri 定义 当输入信号为正弦交流信号时 放大电路 信号源 输入电阻 大连理工大学电气工程系 22 ri大 Ui大 Uo大 ri大 Ii小 可减轻信号源的负担 ri越大越好 ri RS 可见 输入电阻 大连理工大学电气工程系 23 3 输出电阻ro 当输入信号为正弦交流信号时 定义 放大电路 负载 输出电阻 大连理工大学电气工程系 24 若ro小 带载能力强 反之带载能力差 可见 ro越小越好 ro RL 大连理工大学电气工程系 25 4 放大电路的频率特性 幅频特性 Au f 相频特性 f 通频带 大连理工大学电气工程系 26 解 1 9mV UOC A0 Ui 100 9 10 3V 0 9V 900mV 例9 4 1 某放大电路的空载电压放大倍数 A0 100 输入电阻ri 9k 输出电阻ro 1k 试问 1 输入端接到Us 10mV RS 1k 的信号源上 开路电压UOC应等于多少 2 输出端再接上RL 9k 的负载电阻时 负载上的电压UoL应等于多少 这时电压放大倍数 Au 是多少 大连理工大学电气工程系 27 2 810mV 0 81V 90 90 大连理工大学电气工程系 28 二 放大电路的微变等效电路 1 晶体管的交流小信号电路模型 输入端电压和电流的关系 称为晶体管的输入电阻 rbe 电路图 输入特性 大连理工大学电气工程系 29 晶体管从输入端看 可以用一个等效的动态电阻rbe代替 电路图 输入端口等效电路 大连理工大学电气工程系 30 2 输出端电压和电流的关系 从输出端看 可以用一个受控电流源代替 晶体管的小信号模型 共射接法 共集接法 共基接法 电路图 大连理工大学电气工程系 31 2 放大电路的交流通路 作法 C短路 UCC短路 放大电路 交流通路 微变等效电路 大连理工大学电气工程系 32 RB rbe rbe RC 微变等效电路 大连理工大学电气工程系 33 例9 4 2 求 例9 3 1 放大电路的空载电压放大倍数 输入电阻和输出电阻 1 空载电压放大倍数 解 1084 92 25 ri RB rbe 2 输入电阻 1 078k 3 输出电阻 ro RC 2k 大连理工大学电气工程系 34 9 5双极型晶体管基本放大电路 一 共射放大电路 1 电路组成增加一个偏流电阻RB2 可以固定基极电位 只要满足 I2 IB 选择参数时 一般取I2 5 10 IB 共射放大电路 大连理工大学电气工程系 35 2 增加发射极电阻RE 可以稳定IC 只要满足UB UBE 选择参数时 一般取UB 5 10 UBE T ICEO IE URE IC IC UBE 3 增加CE 避免Au下降 共射放大电路 大连理工大学电气工程系 36 2 静态分析 画直流通路 IC IB UCE UCC RCIC REIE UCC RC RE IC 共射放大电路的直流通路 共射放大电路 大连理工大学电气工程系 37 3 动态分析 共射放大电路的交流通路 共射放大电路 共射放大电路的微变等效电路 大连理工大学电气工程系 38 RB1 RB2 rbe rbe RC 共射放大电路的微变等效电路 大连理工大学电气工程系 39 1 电路组成 二 共集放大电路 2 静态分析 RBIB UBE RE 1 IB UCC IC IBUCE UCC REIE UCC RE 1 IB 共集放大电路 共集放大电路的直流通路 大连理工大学电气工程系 40 3 动态分析 共集放大电路的交流通路 共集放大电路 共集放大电路的微变等效电路 大连理工大学电气工程系 41 1 共集放大电路的微变等效电路 大连理工大学电气工程系 42 三 共基放大电路1 电路结构 2 静态分析 IC IB UCE UCC RCIC REIE UCC RC RE IC 共基放大电路 共基放大电路的直流通路 大连理工大学电气工程系 43 3 动态分析 共基放大电路的交流通路 共基放大电路 共基放大电路的微变等效电路 大连理工大学电气工程系 44 RC 共基放大电路的微变等效电路 大连理工大学电气工程系 45 9 6场效应型晶体管 一 基本结构 SiO2 NMOS管 PMOS管 源极漏极SD 铝片 栅极G 大连理工大学电气工程系 46 二 基本类型 按导电沟道的不同分为 N型沟道MOS管 NMOS管P型沟道MOS管 PMOS管 NMOS管 PMOS管 导电沟道 大连理工大学电气工程系 47 按导电沟道形成的不同分为 增强型 简称E型耗尽型 简称D型 场效应管的图形符号 大连理工大学电气工程系 48 三 工作原理 形成反型层导电沟道的条件是 E型NMOS管UGS UGS th 0E型PMOS管UGSUGS 0ff 0总之 改变UGS 可以改变导通沟道的厚度和形状 从而实现控制ID 大连理工大学电气工程系 49 四 特性曲线 耗尽型NMOS管 增强型NMOS管 转移特性 漏极特性 大连理工大学电气工程系 50 耗尽型PMOS管 增强型PMOS管 转移特性 漏极特性 UGS off O ID UGS 大连理工大学电气工程系 51 9 7场效应型晶体管基本放大电路 一 增强型MOS管共源放大电路 1 静态时 当UGS UGS th 时 才能建立起反型层导电沟道 ID ISUGS UG RSISUD UDD RDID 分压偏置共源放大电路 大连理工大学电气工程系 52 2 动态时 uo idRD uG UG ui uD UDD iDRD uGS UGS ugs iD ID id 电压电流波形 大连理工大学电气工程系 53 只要UGS UGS off 导电沟道就不会消失 IG 01 静态时uGS RSIS2 动态时与增强型一样 二 耗尽型MOS管共源放大电路 自给偏置共源放大电路 大连理工大学电气工程系 54 9 8多级放大电路 级间耦合方式阻容耦合 直接耦合 变压器耦合 一 阻容耦合 1 静态分析 前 后两级静态工作点彼此独立 互不影响 阻容耦合 大连理工大学电气工程系 55 2 动态分析 微变等效电路 阻容耦合 大连理工大学电气工程系 56 Au Au1 Au2其中 RL1 ri2 ri ri1 ro ro2 阻容耦合放大电路 只能放大交流信号 无法传递直流信号 微变等效电路 大连理工大学电气工程系 57 1 静态分析前后级静态工作点相互影响 相互制约 不能独立设置 2 动态分析分析方法同直接耦合放大电路 可以放大直流信号 3 零点漂移 二 直接耦合 直接耦合 大连理工大学电气工程系 58 例9 6 1 如图所示放大电路 已知RB1 33k RB2 RB3 10k RC 2k RE1 RE2 1 5k 两晶体管的 1 2 60 rbe1 rbe2 0 6k 求总电压放大倍数 RL1 ri2 解 第一级为共射放大电路 它的负载电阻即第二级的输入电阻 RB3 rbe2 1 2 RE2 大连理工大学电气工程系 59 8 46k 1 62k 162 第二级为共集放大电路 可取Au 1 Au Au1 Au2 162 1 162 RL1 RB3 rbe2 1 2 RE2 解 大连理工大学电气工程系 60 9 9差分放大电路 IC1 IC2UC1 UC2Uo UC1 UC2 0 一 工作原理 1 静态时ui1 ui2 0 基本差分放大电路 大连理工大学电气工程系 61 1 共模输入信号ui1 ui2uc1 uc2uo uc1 uc2 0对共模信号无放大作用 即Ac 0 2 动态时 RE抑制零点漂移的过程 T uRE iB1 iB2 基本差分放大电路 大连理工大学电气工程系 62 2 差模输入信号ui1 ui2 uc1 uc2uo uc1 uc2 2uc1对差模信号有放大作用 即Ad 0 基本差分放大电路 大连理工大学电气工程系 63 双端输入 单端输入双端输出 单端输出 二 输入和输出方式 1 反相输入 设ui增加 ui 0 uBE1 0 ic1 0 uo 0 可见 输入和输出电压的相位相反 故称反相输入 反相输入 大连理工大学电气工程系 64 2 同相输入 ui 0 ube1 0 ic1 0 uo 0 设ui增加 双端输出时 uo 2uc1 单端输出时 uo uc1 可见 输入和输出电压的相位相同 故称同相输入 同相输入 大连理工大学电气工程系 65 9 10功率放大电路 一 功率放大电路概述特点是输出功率大 效率高 但波形严重失真 3 甲乙类放大 界于以上二者之间 1 甲类放大 波形不失真 但 低 2 乙类放大 甲类放大 乙类放大 大连理工大学电气工程系 66 二 乙类放大互补对称放大电路 两个独立的共集放大电路 乙类放大互补对称电路 1