模拟电子技术基础基本放大电路PPT课件.ppt

2 1放大的概念与放大电路的性能指标 2 2基本共射放大电路的工作原理 2 3放大电路的分析方法 2 4静态工作点的稳定 2 5晶体管放大电路的三种接法 2 6场效应管及其基本放大电路 2 7基本放大电路的派生电路 第2章基本放大电路 1 2 1放大的概念与放大电路的主要性能指标 2 1 1 放大的概念 2 1 2 放大电路的性能指标 2 2 1 1 放大的概念 瞬时模型 放大的对象 变化量放大的本质 能量的控制放大的特征 功率放大放大的基本要求 不失真 放大的前提 判断电路能否放大的基本出发点 至少一路直流电源供电 3 由于任何稳态信号都可以分解为若干频率正弦信号 谐波 的叠加 所以放大电路常以正弦波作为测试信号 重要概念 放大电路中既有直流信号 也有交流信号 电压 电流 功率 当三极管 场效应管工作在线性区域时 根据叠加原理 直流信号 交流信号可以分开讨论 这样能简化运算过程 节省运算时间 在模电中广泛采用这一方法 4 2 1 2 性能指标 交流电路 对信号而言 任何放大电路均可看成二端口网络 5 电压放大倍数是最常被研究和测试的参数 电压放大倍数 互阻放大倍数 电流放大倍数 互导放大倍数 1 放大倍数 输出量与输入量之比 6 2 输入电阻 将输出等效成有内阻的电压源 内阻就是输出电阻 输入电压与输入电流有效值之比 从输入端看进去的等效电阻 7 3 输出电阻 将输出等效成有内阻的电压源 内阻就是输出电阻 8 4 通频带 由于电容 电感及放大管PN结的电容效应 使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降 并产生相移 衡量放大电路对不同频率信号的适应能力 9 5 非线性失真 由元器件非线性特性引起的失真 非线性失真系数 输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性失真系数 10 6 最大不失真输出电压Uom 交流有效值 7 最大输出功率Pom和效率 功率放大电路的参数 POm输出信号不失真情况下 负载上能获得的最大功率PV电源消耗功率 输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压 11 课程回顾 1 重要概念 当三极管 场效应管工作在线性区域时 根据叠加原理 直流信号 交流信号可以分开讨论 这样能简化运算过程 节省运算时间 在模电中广泛采用这一方法 2 性能指标 交流电路 12 放大倍数 输入电阻 输出电阻 13 2 2基本共射放大电路的工作原理 2 2 1 电路的组成及各元件的作用 2 2 2 设置静态工作点的必要性 2 2 3 波形分析 2 2 4 放大电路的组成原则 本节将以NPN型晶体管组成的基本共射放大电路为例 阐明放大电路的组成原理及电路中各元件的作用 14 2 2 1 电路的组成及各元件的作用 瞬时通路 VBB Rb 使UBE Uon 且有合适的IB VCC 使UCE UBE 同时作为负载的能源 Rc 将变化的集电极电流转换为电压输出 共射 15 2 2 2 设置静态工作点的必要性 一 静态工作点 输入交流电压ui为零时 晶体管各极的电流 b e间的电压 管压降称为静态工作点Q 记作IBQ ICQ IEQ UBEQ UCEQ 其中 UBEQ已知 对于硅管0 7V 对于锗管0 2V 求解举例 直流通路 16 二 为什么要设置静态工作点 去掉VBB后 IBQ 0 输出电压必然失真 对于放大电路的基本要求 一是不失真 二是能够放大 为什么放大的对象是动态信号 却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压 设置合适的静态工作点 首先要解决失真问题 但Q点几乎影响着所有的动态参数 17 2 2 3 基本共射放大电路的波形分析 定性分析 找找感觉 输出和输入反相 动态信号驮载在静态之上 与iC变化方向相反 要想不失真 就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区 IBQ ICQ 18 2 2 3共发射极放大电路的工作原理及波形分析 各点波形 19 2 2 4 放大电路的组成原则 静态工作点合适 合适的直流电源 合适的电路参数 动态信号能够作用于晶体管的输入回路 在负载上能够获得放大了的动态信号 对实用放大电路的要求 共地 直流电源种类尽可能少 负载上无直流分量 20 两种实用放大电路 1 直接耦合放大电路 将两个电源合二为一 有直流分量 有交流损失 21 静态工作点 22 2 阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应足够大 即对于交流信号近似为短路 其作用是 隔离直流 通过交流 动态时 C1 C2为耦合电容 uBE ui UBEQ 信号驮载在静态之上 负载上只有交流信号 23 静态工作点 瞬时电路 步骤 先画直流通路 再计算 24 例题2 2 1现有一个直流电源 使用一只PNP型管组成共射放大电路 电阻 电容若干 解 要点 1 发射结正偏 集电结反偏 2 动态信号能够作用于晶体管的输入回路 在负载上能够获得放大了的动态信号 C 输入端为直接耦合的共射放大电路 d 输入端为阻容耦合的共射放大电路 25 2 3放大电路的分析方法 2 3 1 放大电路的直流通路和交流通路 2 3 2 图解法 2 3 3 等效电路法 26 2 27 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 计算机仿真PSpice 2 3 1 放大电路的直流通路和交流通路 1 直流通路 交流信号Us 0 电容开路 电感相当于短路 2 交流通路 大容量电容相当于短路 直流电源相当于短路 通常 放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存 这使得电路的分析复杂化 为简化分析 将它们分开作用 小信号 非线性电路在一定范围内用线性电路分析 引入直流通路和交流通路的概念 28 基本共射放大电路的直流通路和交流通路 直流通路 交流通路 举例1 图2 3 1 29 举例2 图2 3 2 直流通路 交流通路 30 阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路 举例3 图2 3 3 31 注意 在分析放大电路时 应遵循 先静态 后动态 的原则 求解静态工作点时应利用直流通路 求解动态参数时应利用交流通路 两种通路切不可混淆 32 课程回顾 一 直流通路和交流通路的画法 1 直流通路 交流信号Us 0 大电容开路 电感相当于短路 2 交流通路 大容量电容相当于短路 直流电源相当于短路 注意 在分析放大电路时 应遵循 先静态 后动态 的原则 求解静态工作点 UBEQ IBQ ICQ UCEQ 时应利用直流通路 求解动态参数 时应利用交流通路 两种通路切不可混淆 33 2 3 2 图解法 已知放大管的实测特性曲线 输入回路负载线 1 静态分析 ui 0 图解二元方程 34 输入回路负载线 IBQ 负载线 35 电压放大倍数的分析 uI不等于0时 斜率不变 36 3 波形非线性失真的分析 1 正常情况下 37 2 截止失真 消除方法 升高Q点 截止失真是在输入回路首先产生失真 38 3 饱和失真 消除方法 降低Q点 饱和失真是输出回路产生失真 39 40 uCE VCC iCRC 与输出特性的交点就是Q点 4 直流负载线与交流负载线 直流负载线 41 1 通过输出特性曲线上的Q点做一条直线 其斜率为 1 R L 交流负载线确定方法 动态信号遵循的负载线称为交流负载线 42 2 交流负载线与直流负载线相交Q点 注 对于放大电路与负载直接耦合的情况 直流负载线和交流负载线是同一条直线 而对于阻容耦合放大电路 则只有在空载时两条直线才合二为一 43 5 图解法的适用范围 在实际应用中 多用于分析Q点位置 最大不失真输出电压和失真情况 44 2 3 3 等效电路法 半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化 利用线性元件建立模型 来描述非线性器件的特性 1 直流模型 适于Q点的分析 利用估算法求解静态工作点 实质上利用了直流模型 45 2 3 3 等效电路法 半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化 利用线性元件建立模型 来描述非线性器件的特性 1 直流模型 适于Q点的分析 利用估算法求解静态工作点 实质上利用了直流模型 输入回路等效为恒压源 输出回路等效为电流控制的电流源 使用条件 发射结正偏 集电结反偏 46 2 晶体管的h参数等效模型 交流等效模型 在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络 输入回路 输出回路各为一个端口 低频小信号模型 47 简化的h参数等效电路 交流等效模型 UT kT q 常温下为26mA 基区体电阻 48 1 图解法 课程回顾 49 2晶体管的简化h参数等效模型 低频小信号模型 交流等效模型 UT kT q 常温下为26mA 基区体电阻 50 3 放大电路的动态分析 1 电压放大倍数 2 输入电阻 3 输出电阻 解释 现令信号源电压为零 然后在输出端将负载去掉 并加一正弦波测试信号UO 必然产生动态电流IO 51 放大电路的交流等效电路 52 例题2 3 2 1 静态工作点 2 动态分析 53 例题2 3 3 1 静态工作点 直流通路 瞬时电路 54 2020 1 9 55 动态分析 输入电阻中不应含有Rs 输出电阻中不应含有RL 56 2 4放大电路静态工作点的稳定 2 4 1 温度对静态工作点的影响 2 4 2 静态工作点稳定的典型电路 2 4 3 稳定静态工作点的方法 57 2 4 1 温度对静态工作点的影响 所谓Q点稳定 是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变 这是靠IBQ的变化抵消作用得来的 若温度升高时要Q 回到Q 则只有减小IBQ 58 课程回顾 一 微变等效电路法 1 画直流通路 交流信号Us 0 大电容开路 电感相当于短路 2 求解静态工作点 UBEQ IBQ ICQ UCEQ 3 求解动态参数 1 求静态工作点 1 画交流通路 大容量电容相当于短路 直流电源相当于短路 2 动态分析 2 画微变等效电路 将晶体管的符号换成晶体管的微变等效电路 59 二 晶体管的简化等效电路 60 三 放大电路的动态分析 1 电压放大倍数 2 输入电阻 3 输出电阻 61 2 4 2 静态工作点稳定的典型电路 引入直流负反馈 Ce为旁路电容 在交流通路中可视为短路 1 电路组成和Q点稳定原理 1 电路组成 直接耦合方式 阻容耦合方式 62 2 稳定原理 为了稳定Q点 通常I1 IBQ 即I1 I2 因此 基本不随温度变化 63 3 Re的作用 引入直流负反馈 T IC UE UBE UB基本不变 IB IC 64 Re起直流负反馈作用 其值越大 反馈越强 Q点越稳定 关于反馈的一些概念 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈 直流通路中的反馈称为直流反馈 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈 反之称为正反馈 Re有上限值吗 65 4 静态工作点稳定的原因 总结为 Re的直流负反馈作用 在 1 BQ的情况下 UBQ在温度变化时基本不变 66 课程回顾 一 微变等效电路法 1 画直流通路 交流信号Us 0 大电容开路 电感相当于短路 2 求解静态工作点 UBEQ IBQ ICQ UCEQ 3 求解动态参数 1 求静态工作点 1 画交流通路 大容量电容相当于短路 直流电源相当于短路 2 动态分析 2 画微变等效电路 将晶体管的符号换成晶体管的微变等效电路 67 二 放大电路静态工作点的稳定 1 温度对静态工作点的影响 T IC UE UBE UB基本不变 IB IC 68 2 Q点分析 分压式电流负反馈工作点稳定电路 1 估算法 69 讨论 2 利用戴维南定理法 70 3 动态分析 无旁路电容Ce时 如何提高电压放大能力 如何提高电压放大能力 71 利 弊 无旁路电容Ce时 如何提高电压放大能力 72 1 静态分析 重点掌握 估算法 课程回顾 2 4放大电路静态工作点的稳定 73 2 动态分析 无旁路电容Ce时 如何提高电压放大能力 如何提高电压放大能力 74 利 弊 无旁路电容Ce时 75 例2 4 1 解 1 静态工作点 2 动态分析 当有Ce时 无旁路电容Ce时 76 3 若Rb1因虚焊而开路 假设电路中晶体管仍工作在放大状态 则 上式表明 原假设不成立 晶体管工作在饱和区 动态分析已无意义 若晶体管的饱和管压降UCES 0 7V 则管子的发射极电位和集电极电位为 77 1 晶体管的简化等效电路 课程回顾 78 2 微变等效电路法 1 画直流通路 2 求解静态工作点 UBEQ IBQ ICQ UCEQ 3 求解动态参数 1 求静态工作点 1 画交流通路 2 动态分析 2 画微变等效电路 将晶体管的符号换成晶体管的微变等效电路 79 2 5晶体管单管放大电路的三种基本接法 2 5 1 基本共集放大电路 2 5 2 基本共基放大电路 2 5 3 三种接法放大电路的比较 80 2 5 1 基本共集放大电路 2 静态分析 1 电路的组成 81 动态分析 1 电压放大倍数 首先画交流通路 82 故称之为射极跟随器 83 2 输入电阻的分析 Ri与负载有关 带负载电阻后 84 3 输出电阻的分析 Ro与信号源内阻有关 令Us为零 保留Rb 在输出端加Uo 产生Io 85 4 基本共集放大电路的特点 输入电阻大 几十 几百千殴 输出电阻小 几 几十欧 只放大电流 不放大电压 在一定条件下有电压跟随作用 86 例2 5 1 解 静态分析 动态分析 87 2 5 2 基本共基放大电路 1 静态分析 令Ui 0时 88 2 动态分析 首先画交流通路 89 90 91 3 特点 输入电阻小 频带宽 只放大电压 同相 不放大电流 92 课程复习 1 基本共集放大电路 1 静态分析 2 动态分析 带负载电阻后 特点 输入电阻大 几十 几百千殴 输出电阻小 几 几十欧 只放大电流 不放大电压 在一定条件下有电压跟随作用 93 2 基本共基放大电路 1 静态分析 2 动态分析 特点 输入电阻小 频带宽 只放大电压 同相 不放大电流 94 3 三种接法的比较 空载情况下 接法共射共集共基Au大小于1大Ri中大小Ro大小大频带窄中宽 共射电路 常作为低频电压放大电路 共集电路 常用于放大电路的输入级和输出级 共基电路 常作为宽频带放大电路 95 课程复习 1 基本共集放大电路 2 共集放大电路 作业2 12 1 静态分析 2 动态分析 2 动态分析 1 静态分析 2 动态分析 1 静态分析 2 动态分析 96 其中 共栅电路很少使用 本节只对共源电路进行分析 2 6 1 场效应管放大