2-基本放大电路

1,第二章基本放大电路,2,第二章基本放大电路,2.1放大的概念和放大电路的主要性能指标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放大电路静态工作点的稳定2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法2.6场效应管放大电路2.7晶体管基本放大电路的派生电路,3,2.1放大的概念和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,4,放大器将输入的信号放大,2.1.1放大的概念,在生产实践中常常需要将微弱的电信号放大，使之变成较大的信号。,例如：扩音机电路。,扩音机的主要组成部分是放大器。,电路工作电源,5,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,判断电路能否放大的基本出发点,6,2.1.2放大电路的性能指标,放大电路的主要性能指标：,放大倍数A；输入电阻Ri；输出电阻Ro；通频带fbw；非线形失真系数D；最大不失真输出电压；最大输出功率Pom与效率,信号源,信号源内阻,输入电压,输出电压,输入电流,输出电流,7,1.电压放大倍数,2.电流放大倍数,3.电压对电流的放大倍数,4.电流对电压的放大倍数,一、放大倍数,衡量放大电路的放大能力,8,从放大电路输入端看进去的等效电阻,二、输入电阻Ri,9,输入电阻大一些好还是小一些好？,若信号源是电压源（信号源内阻小），输入电阻越大，要求信号源提供的电流越小，信号源内阻对输入电压的影响越小。,所以，输入电阻越大，对信号源要求越小！,若信号源是电流源（信号源内阻大），输入电阻越小，信号源内阻对输入电流的影响越小。,所以，输入电阻越小，信号源内阻上的损失越小！,10,从放大电路输出端看进去的等效电阻,三、输出电阻Ro,输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。,11,输出电阻大一些好还是小一些好？,输出电阻越小，在负载变化时，引起输出电压的变化越小，即输出电压越稳定,所以，输出电阻越小，带负载能力越强！,12,输入电阻与输出电阻是描述电子电路在相互连接时所产生的影响而引入的参数。放大电路II的输入电阻Ri2是放大电路I的负载电阻，而放大电路I可看成放大电路II的信号源，内阻就是放大电路I的输出电阻Ro1。,两个放大电路相连接,后级的输入电阻越大，对前级的放大倍数影响越小；前级的输出电阻越小，对后级的输入电压影响越小。,输入电阻越大，输出电阻越小，前后级相互影响越小。,13,四、通频带fbw,fL-下限截止频率fH-上限截止频率,fbw-通带频率,fL,fH,高频段,衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。,14,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D。,A2、A3为谐波幅值,A1为基波幅值,五、非线性失真系数D,15,当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有效值。,六、最大不失真输出Uom,16,七、最大输出功率与效率,在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率，记为Pom。,直流电源能量的利用率称为效率,Pv为电源消耗的功率,17,2.2基本共射放大电路的工作原理,2.2.1基本共射放大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基本共射放大电路的工作原理及波形分析,2.2.4放大电路的组成原则,18,2.2.1基本共射放大电路的组成及各元件的作用,VBB、Rb：使UBEUon，且有合适的IB。,VCC：使UCEUon，同时作为负载的能源。,Rc：将iC转换成uCE(uo)。,放大元件T：工作在放大区，要保证发射结正偏集电结反偏。,共射：发射极e为参考点。,各元件作用,19,静态和动态,静态：ui=0的状态。,动态：ui0的状态。,放大电路的两种工作状态,输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降均为直流，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。,20,(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点,静态工作点,21,输入电压ui不为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降随ui的变化而变化。,动态,22,输入：交流小信号ui,输出：交流大信号uo,正常工作时，直流电源供电,各极的电压、电流为：,iB，uBE，iC，uCE,均为直流与交流的叠加！,23,1.当ui=0时,IBQ=0，ICQ=IBQ=0，UCEQ=VCC,晶体管处于截止状态。,2.2.2设置静态工作点的必要性,24,若其峰值小于b-e间的开启电压Uon,则在信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态，输出电压毫无变化。,2.当ui0时,25,若信号幅度足够大，晶体管只可能在信号正半周大于Uon的时间间隔内导通，导致输出电压严重失真。,Uon,VCC,对放大电路的基本要求有两个：1.不失真；2.能够放大。,只有在信号的整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。这就必须设置合适的静态工作点。,26,2.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析,ube,ib,uce,ic,动态信号驮载在静态之上,27,2.2.4放大电路的组成原则,、晶体管必须工作在放大区。,电源极性要正确，工作点要合适。,2、信号能输入。,输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。,3、信号能输出。,当负载接入时，保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。,4、信号不失真。,要有合适的静态工作点。（可以调整）适当的信号幅度。,28,-,+,+,-,+,+,VCVBVE,VCIBQ,基极电位几乎仅决定于Rb1与Rb1对VCC的分压，而与环境温度无关，即当温度变化时，UBQ基本不变。,UBQ稳定UEQ稳定IEQ稳定。,98,Re的作用,T()ICUEUBE（UB基本不变）IBIC,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？,99,1、Re的直流负反馈作用；2、在I1IBQ的情况下，UBQ在温度变化时基本不变。,分压式电流负反馈Q点稳定电路。,Q点稳定的原因,100,二、静态工作点的估算,已知I1IBQ,发射极电流,由于ICQIEQ，管压降,基极电流,可以指出，不管电路参数是否满足I1IBQ，Re的反馈作用都存在。,直流通路,101,三、动态参数的估算,阻容耦合Q点稳定电路,102,微变等效电路(Rb=Rb1/Rb2),求放大倍数,103,输入电阻,输出电阻,104,若去掉CE,105,微变等效电路(Rb=Rb1/Rb2),求放大倍数,其中，若(1+)Rerbe，且1，则,虽然Re使减小了，但由于仅决定于电阻取值，所以不受环境温度的影响。,106,输入电阻,Ri,Ri,Ro,输出电阻,Ce的存在使得放大倍数下降，输入电阻提高,107,在图示电路中，已知VCC=12V,Rb1=5k,Rb2=15k,Re=2.3k，Rc=5.1k,RL=5.1k；晶体管的rbe=1.5k，=100，UBEQ=0.7V。（1）估算静态工作点Q；（2）分别求出有、无Ce两种情况下的和。,108,解:(1)求解点,109,(2)求解和。,当有Ce时：,110,(2)当无Ce时，由于(1+)Rerbe，且1，所以,111,当无Ce时，电路的电压放大能力很差，因此在实用电路中常常将Re分为两部分，只将其中一部分接旁路电容。,112,节点的电流方程为,二极管的反向电流,引入直流负反馈温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。使用温度补偿方法稳定静态工作点时，必须在电路中采用对温度敏感的器件，如二极管热敏电阻等。,2.4.3稳定静态工作点的措施,113,同时使用引入直流负反馈和温度补偿两种方法来稳定点。假设温度升高时二极管内电流基本不变。,114,讨论,图示电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？,若采用了措施，则是什么措施？,115,2.5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2.5.3三种接法的比较,基本共射放大电路,116,共射放大电路：,输入、输出以射极为公共点；,电压、电流均能放大，放大倍数高；,常用于低频电压放大。,输入电阻一般，输出电阻较大；,频带窄；,输出电压与输入电压反相；,117,2.5.1基本共集放大电路,一、电路的组成,基本共集放大电路,共集:c:接地端（公共端）；b：对地（c)输入；e：对地（c)输出。工作点：基极电源VBB与Rb、Re共同确定合适的基极静态电流IBQ；集电极电源VCC提供ICQ,确定UCEQ。,直接耦合：,118,二、静态分析,直流通路,列输入回路KVL方程,119,三、动态分析,交流通路,微变等效电路,120,电压放大倍数,故称之为射极跟随器,121,输入电阻,发射极电阻Re等效到基极回路时，将增大到（1+）倍，因此共集放大电路输入电阻比共射放大电路的输入电阻大得多，可达几十千欧到几百千欧。,Ri与负载有关！,带负载电阻后,122,共集放大电路的输出电阻,输出电阻,基极回路电阻Rb等效到发射极回路时，应减小到原来的1/(1+)。由于通常情况下，Rb取值较小，rbe也多在几百欧到几千欧，而至少几十倍，所以输出电阻很小。,123,阻容耦合射极输出器：,一、电路的组成,124,二、静态分析：,125,三、动态分析：,1、电压放大倍数,126,2、输入电阻,输入电阻高,127,3、输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,128,129,一般,所以,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强,130,归纳：,输入、输出以集电极为公共点；,电压放大倍数小于1，近似为1；射极跟随器；,一般作放大器的输入级（输入电阻高）；输出级（输出电阻低）；中间级（减少电路间直接相连所带来的影响，起缓冲作用）,输入电阻高，向信号源索取电流小；,输出电阻低，带负载能力强；,电流放大能力强（输出电流Ie）；,131,图示电路中，已知VBB=6V，VCC=12V，Rb=15k，Re=5k；晶体管的rbb=100，=50，UBEQ=0.7V。试估算静态工作点Q、和,由直流通路计算Q点和rbe,利用微变等效电路计算电压放大倍数，输入输出电阻。,132,解：,133,解：,电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,134,2.5.2基本共基放大电路,一、电路的组成,共基:b:接地端（公共端）；e：对地（b)输入；c：对地（b)输出。,工作点：基极电源VBB与Re共同确定合适的基极静态电流IEQ；集电极电源VCC提供ICQ,确定UCEQ。,135,二、静态分析,直流通路,发射极电位：UEQ=-UBE，集电极电位：UCQ=VCC-ICQRc,136,三、动态分析,交流通路,137,138,共基放大电路归纳：,输入、输出以基极为公共点；,无电流放大能力；Re=0时，电压放大倍数与阻容耦合共射放大电路的数值相同，均为Rc/rbe,常用于无线电通讯等方面。,输入电阻小，输出电阻同共射电路；,频带宽；,输出电压与输入电压同相；,139,2.5.3三种接法的比较,1、共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在三种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄。常做为低频电压放大电路的单元电路。,2、共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点。常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。,3、共基电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当，频率特性是三种接法中最好的电路。常用于宽频带放大电路,140,2.6场效应管放大电路,2.6.1场效应管放大电路的三种接法2.6.2场效应管放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算2.6.3场效应管放大电路的动态分析2.6.4场效应管放大电路的特点,141,142,143,2.6.1场效应管放大电路的三种接法,144,2.6.2场效应管放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算,一、基本共源放大电路,根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间加极性合适的电源，VGG应大于开启电压UGS(th)。,145,估算静态工作点：,直流通路,146,二、自给偏压电路,由正电源获得负偏压称为自给偏压,哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？,147,148,三、分压式偏置电路,为什么加Rg3?其数值应大些小些？,149,2.6.3场效应管放大电路的动态分析,一、场效应管的低频小信号等效模型,研究动态信号作用时用全微分表示,交流等效模型,150,近似分析时可认为其为无穷大！,根据iD的表达式或转移特性可求得gm。,151,增强型MOS管,在小信号作用时，可用IDQ近似iD，得,Q点愈高gm愈大。Q点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响电路的动态参数。,152,二、基本共源放大电路的动态分析,基本共源放大电路,交流通路,153,微变等效电路,电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,有电压放大能力；输出电压与输入电压反相；共源电路比共射电路的输入电阻大得多。,154,已知图2.7.2所示电路中，VGG=6V，VDD=12V，Rd=3k；场效应管的开启电压UGS(th)=4V，IDO=10mA。试估算电路的Q点、和Ro。,解：(1)估算静态工作点：,已知UGS=VGG=6V，,(2)估算和Ro,155,电压放大倍数,输出电阻,共源电路的电压放大能力远不如共射电路，因此只有在要求输入电阻很高的时候才用共源电路。,156,二、基本共漏放大电路,静态分析：,求解IDQ、UGSQ,157,基本共漏放大电路的动态分析,交流通路,158,电压放大倍数,微变等效电路,159,求解基本共漏放大电路的输出电阻,输入电阻,输出电阻,160,已知图示电路中，已知场效应管的开启电压UGS(th)=4V，IDO=10mA；Rs=3k；静态时IDQ=2.5mA，场效应管工作在恒流区。试估算电路的和Ro。,161,解：首先求出gm,162,2.6.4场效应管放大电路的特点,场效应管（单极型管）与晶体管（双极型管）比较：,优点：,输入电阻高；（电压控制器件）,噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强,缺点：,便于集成,放大能力比晶体管差，放大倍数低。,由于场效应管栅源之间的等效电容只有几皮法到几十皮法，而栅源电阻又很大，若有感应电荷则不易释放，从而形成高压，以至于将栅源间的绝缘层击穿，造成永久性损坏。使用时应注意保护。,163,2.7晶体管基本放大电路的派生电路,2.7.1复合管放大电路2.7.2共射共基放大电路2.7.3共集共基放大电路,164,2.7.1复合管放大电路,一、复合管的组成及其电流放大系数,165,166,2、为了实现电流放大，应将第一只管子的集电极或发射极电流做为第二只管子的基极电流。,复合管的组成原则：,1、在正确的外加电压下每只管子的各极电流均有合适的通路，且均工作在放大区；,167,讨论:判断下列各图是否能组成复合管,在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。,168,二、复合管共射放大电路,阻容耦合复合管共射放大电路的微变等效电路,电压放大倍数与没用复合管时相当,若(1+)rbe2rbe1，且11，则,169,输入电阻比没有复合管时明显增大，即当相同时，从信号源索取的电流将明显减小。,170,分析表明，复合管共射放大电路增强了电流放大能力，从而减小了对信号源驱动电流的要求；从另一角度看，若驱动电流不变，则采用复合管后，输出电流将增大约倍。,171,三、复合管共集放大电路,阻容耦合复合管共集放大电路,交流通路,微变等效电路,172,输入电阻,173,输出电阻,174,175,由于采用复合管，输入电阻Ri中与Rb相并联的部分大大提高，而输出电阻Ro中与Re相并联的的部分大