模拟电子技术---第三章 基本放大电路.ppt

第三章基本放大电路 3 1放大电路的组成与技术指标 3 4放大电路的通频带 3 2放大电路的稳定偏置 3 3各种基本放大电路的分析与比较 3 1放大电路的组成与技术指标 电子学中放大的目的是将微弱的变化信号 电压和电流等 不失真地放大成较大的信号 一 放大电路的组成 给放大电路提供输入信号 常为某物理量的电气模拟变换 有源器件是放大电路的核心 通常为三极管 场效应管或集成运放等 为不失真地放大信号 必须给有源器件提供适当的静态 直流 工作点 Q点 直流电源和偏置电路就是提供合适的Q点 使有源器件在放大交流信号时 工作在线性区域 接受放大电路输出的元件 可以是电阻 电容或电感等 也可是下一级放大电路的等效输入阻抗 把放大电路中的公共点 称为 地 常为输入电压 输出电压和直流电源的公共参考点 1 3 3 1放大电路的组成与技术指标 例 下图所示的共发射极放大电路 1 4 3 1放大电路的组成与技术指标 静态工作点Q的分析 将上图中的电容认为开路 可得放大电路的直流通路 UBEQ 0 7V VT为硅管 1 5 3 1放大电路的组成与技术指标 二 放大电路的技术指标 放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示 如图 1 放大倍数 1 6 3 1放大电路的组成与技术指标 2 输入阻抗Ri 1 7 3 1放大电路的组成与技术指标 3 输出阻抗Ro RO是负载开路时 从输出端向放大器看进去的等效交流阻抗 1 计算法 输入信号源置零 将独立源置零 保留受控源 内阻保留 加压求流法 1 8 3 1放大电路的组成与技术指标 2 实验法 1 测量开路电压 2 测量接入负载后的输出电压 3 计算 1 9 3 1放大电路的组成与技术指标 4 通频带 通频带 fbw fH fL 放大倍数随频率变化曲线 幅频特性曲线 1 10 3 1放大电路的组成与技术指标 5 非线性失真系数 有源器件都具有非线性特性 输出信号不可避免地产生非线性失真 因而常用非线性失真系数来表示失真度 非线性失真系数 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 用 表示 6 最大输出幅度 指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 用 或 来表示 1 11 3 1放大电路的组成与技术指标 7 放大电路的分析 1 利用直流通路求Q点 一般硅管VBE 0 7V 锗管VBE 0 2V 已知 1 12 3 1放大电路的组成与技术指标 2 画出小信号等效电路 先画交流通路 将C1和C2视为交流短路 B 直流电源VCC内阻为零 视为交流短路 1 13 3 1放大电路的组成与技术指标 再画出微变等效电路 将三极管VT用微变等效电路代替即得 根据 则电压增益为 1 14 3 1放大电路的组成与技术指标 输入阻抗Ri为 源电压增益为 输出阻抗Ro为 令 根据定义 用 计算法 则 1 15 3 1放大电路的组成与技术指标 解 1 2 1 16 Vi 0 Vi Vsin t 3 1放大电路的组成与技术指标 1 17 3 2放大电路的稳定偏置 一 温度对半导体器件及静态工作点的影响 1 温度变化对ICBO的影响 2 温度变化对输入特性曲线的影响 温度T 输出特性曲线上移 温度T 输入特性曲线左移 3 温度变化对 的影响 温度每升高1 C 要增加0 5 1 0 温度T 输出特性曲线族间距增大 1 18 1 稳定工作点原理 目标 温度变化时 使IC维持恒定 如果温度变化时 b点电位能基本不变 则可实现静态工作点的稳定 T IC IE IC VE VB不变 VBE IB 反馈控制 I1 IB 此时 不随温度变化而变化 VB VBE 且Re可取大些 反馈控制作用更强 一般取I1 5 10 IB VB 3V 5V 二 分压式偏置电路 1 19 2 放大电路指标分析 静态工作点 1 20 电压增益 输出回路 输入回路 电压增益 画小信号等效电路 确定模型参数 已知 求rbe 增益 1 21 输入电阻 根据定义 由电路列出方程 则输入电阻 放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻 1 22 输出电阻 输出电阻 求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零 负载开路 输出端口加测试电压 rce对分析过程影响很大 此处不能忽略 其中 则 当 时 对回路1和2列KVL方程 1 23 三 电流源偏置电路 直流电流源的输出阻抗很高 能提供恒定的直流电流 故常用它给三极管特别是集成运放中的三极管提供直流偏置 1 简单的直流电流源 当三极管工作在放大区时 IO可表示为 其中 故当VCC RB1 RB2和RE确定后 IO就基本确定 在一定范围内与负载RL的大小无关 呈现恒流特性 且输出电阻RO很大 1 24 恒流特性 无论Rc的值如何 IC2的电流值将保持不变 2 镜像电流源 若 1 25 交流电阻 由于T2的集电极电流基本不变 所以交流量 一般Ro在几百千欧以上 1 26 精度更高的镜像电流源 由于增加了T3 使IC2更加接近IREF 设三个三极管的特性一样 可推得 若 1 27 3 比例电流源 忽略基极电流 则 若 1 28 所以IC2也很小 4 微电流源 又由于 可得 设 1 29 共射电路的电压增益为 对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻 因此增益为 比用电阻Rc就作负载时提高了 5 直流电流源的应用 镜像电流源 放大管 1 30 3 3基本组态放大电路的分析与比较 一 共基极放大电路 1 静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同 1 31 1 静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同 3 3基本组态放大电路的分析与比较 一 共基极放大电路 1 32 2 动态指标 电压增益 输出回路 输入回路 电压增益 3 3基本组态放大电路的分析与比较 1 33 共基极电路的输入电阻很小 最适合用来放大何种信号源的信号 输入电阻 输出电阻 1 34 共集电极电路结构如图示 该电路也称为射极输出器 求静态工作点 由 得 二 共集电极放大电路 1 35 电压增益 输出回路 输入回路 电压增益 画小信号等效电路 确定模型参数 已知 求rbe 增益 其中 一般 则电压增益接近于1 即 电压跟随器 1 36 输入电阻 根据定义 由电路列出方程 则输入电阻 当 时 输入电阻大 输出电阻 由电路列出方程 其中 则输出电阻 当 时 输出电阻小 既然共集电极电路的电压增益小于1 接近于1 那么它对电压放大没有任何作用 这种说法是否正确 1 37 三种组态的比较 1 38 1 自偏压电路 2 分压式自偏压电路 vGS vGS vGS vGS vGS vGS iDR 三 场效应管的直流偏置电路 1 39 静态工作点 Q点 VGS ID VDS vGS VDS 已知VP 由 VDD ID Rd R iDR 可解出Q点的VGS ID VDS 1 40 1 中频电压增益 2 输入电阻 3 输出电阻 忽略rD 由输入输出回路得 则 通常 则 四 共源极放大电路 1 41 2 中频电压增益 3 输入电阻 得 1 中频小信号模型 由 五 共漏极放大电路 1 42 4 输出电阻 所以 由图有 1 43 基本放大电路的性能比较 组态对应关系 CE BJT FET CS CC CD CB CG BJT FET CE CC CB CS CD CG 1 44 CE CC CB CS CD CG CE CC CB CS CD CG 1 45 3 4放大电路的通频带 当放大电路的工作频率较低时 耦合电容 旁路电容的容抗很大 不能忽略 结果使放大电路的性能下降 下限频率用fL表示 当放大电路的工作频率较高时 三极管或场效应管结电容的容抗很小 不能忽略 结果使放大电路的性能下降 上限频率用fH表示 放大电路的通频带定义为BW fH fL 1 46 3 4放大电路的通频带 一 三极管的高频参数 用于描述三极管频率特性的特征参数 常用的有共射截止频率f 特征频率fT和共基截止频率f 等 1 三极管的频率参数 共射截止频率f 中频段时 可认为是个常数 当频率升高时 由于三极管结电容的影响 三极管的放大作用会下降 可表示为如下频率函数 式中 0是中频时共射电流放大倍数 f 为三极管的时的频率 1 47 3 4放大电路的通频带 对模取对数 可得 根据上式可画出对数幅频特性和相频特性的渐近波特图 1 48 3 4放大电路的通频带 特征频率fT fT为三极管的时的频率 将代入右式 得 又因为 实际上当时 三极管已失去电流放大作用 1 49 3 4放大电路的通频带 共基截止频率f 将代入 得 令 可得 当f f 为时 f 称为共基截止频率 则 1 50 2 三极管的混合 型等效电路 高频简化模型 忽略rb c和rce 1 51 又因为 所以 模型参数的获得 与H参数的关系 低频时 混合 模型与H参数模型等效 所以 又rbe rb 1 re 1 52 3 4放大电路的通频带 二 共发射极放大电路的高频特性 其中RC为电路中集电极电阻和负载电阻并联后的等效电阻 1 53 型高频等效电路的简化 对节点c列KCL得 忽略的分流得 称为密勒电容 通常很小 1 54 等效后断开了输入输出之间的联系 得 相当于在c