电工学-第9章放大电路要点.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。0UCEUCC，UCE=UCCRCIC。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。ICUCC/RC。UCE0。晶体管相当于短路。,条件:发射结正偏,集电结正偏。,IB,ICUCE=(UCCRCIC)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=1000.01mA=1mAUCE=UCCRCIC=(1551031103)V=10V,UCC=15VUBB1=5VUBB2=1.5VRB1=500kRB2=50kRC=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=1000.1mA=10mAUCE=UCCRCIC=V=35VUCE0，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,UCE1V25,UCE1V75,硅管：UBE0.7V锗管：UBE0.3V,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=UCEIC5.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=UCCRCIC,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=UCCRCIC,=0.0294mA,=500.0294mA,=1.47mA,=(621.47)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，riRS。,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，roRL。,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,=100910-3V,=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,=RBrbe,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=RBrbe,(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:I2IB,选择参数时，一般取I2(510)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UBUBE,选择参数时,一般取UB(510)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=UCCRCICREIEUCC(RCRE)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,=RB1RB2rbe,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,RBIBUBERE(1)IB=UCC,IC=IBUCE=UCCREIE=UCCRE(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=UCCRCICREIEUCC(RCRE)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UGSUGS(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UGSUGS(th)时,才能建立起反型层导电沟道。ID=ISUGS=UGRSISUD=UDDRDID,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=UGui,uD=UDDiDRD,uGS=UGSugs,iD=IDid,电压电流波形,大连理工大学电气工程系,53,只要UGSUGS(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=Au1Au2其中：RL1=ri2,ri=ri1ro=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。,=RB3rbe2(12)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=Au1Au2=1621,=162,RL1=RB3rbe2(12)RE2,解,大连理工大学电气工程系,60,9.9差分放大电路,IC1IC2UC1=UC2Uo=UC1UC2=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=uc1uc2=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,iB1iB2,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=uc1uc2=2uc1对差模信号有放大作用,即Ad0。,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，,ui0,uBE10,ic10,uo0,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,ui0,ube10,ic10,uo0,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.电路组