基本放大电路和多级放大路及其应用.ppt

,Task6,模拟电子技术与应用,第2章基本放大电路和多级放大路及其应用,本章要点,放大电路的基本概念共发射极基本放大电路的组成直流通路、交流通路、微变等效电路、静态分析和动态分析,Task6,模拟电子技术与应用,截止失真和饱和失真分压偏置式电路分析计算共集电极电路的特点和用途共基极电路的特点场效应管放大电路多级放大电路的分析计算、复合管放大器的频率响应,Task6,模拟电子技术与应用,2.1晶体管基本放大电路,2.1.1晶体管在放大电路中的三种连接方式,1.共发射极电路（a）,Task6,模拟电子技术与应用,2.共集电极电路（b）,3.共基极电路（c）,Task6,模拟电子技术与应用,2.1.2晶体管基本放大电路的组成和工作原理,1.固定偏置式共发射极放大电路,在三种组态放大电路中，共发射极电路用得比较普遍，下面就以NPN共射极放大电路为例，讨论放大电路的结构、工作原理和分析方法。,放大电路中各元件的名称作用：,Task6,模拟电子技术与应用,1）三极管,2）基极偏置电阻RB,3）集电极负载电阻RC,5）集电极电源UCC,Task6,模拟电子技术与应用,2.电压、电流等符号的规定,（1）直流分量：用大写字母和大写下标表示。如IB表示晶体管基极直流电流。（2）交流分量：用小写字母和小写下标表示。如ib表示晶体管基极交流电流。（3）瞬时值：用小写字母和大写下标表示，它为交流分量和直流分量之和。如iB表示晶体管基极瞬时电流值，iB=IB+ib。（4）交流有效值：用大写字母和小写下标表示。如Ib表示晶体管基极正弦交流电流有效值。（5）交流峰值：用交流有效值符号再增加小写m下标表示。如Ibm表示晶体管基极正弦交流电流的峰值。,Task6,模拟电子技术与应用,3.放大电路实现信号放大的实质,放大的交流信号ui加到放大电路的输入端，经C1交流耦合，输入信号ui加到晶体管的发射结上。随ui的变化，会引起相应基极电流iB的变化；因为晶体管工作在放大状态，有关系式iC=iB，即iB的变化会引起iC作相应的变化。iC的变化通过电阻RC产生电压降，从而转为电压的变化，经C2交流耦合传送出去，形成uo,共射极放大电路实现电压信号的放大，是利用晶体管的基极电流iB对集电极电流iC的控制作用来实现的。即用一个较小的变化量去控制实现一个较大的变化量。放大器放大的实质是实现小能量对大能量的控制和转换作用。,Task6,模拟电子技术与应用,放大电路实现信号放大的工作过程,Task6,模拟电子技术与应用,4.基本放大电路的组成原则,放大电路的组成原则为：（1）外加电源的极性必须保证晶体管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。（2）输入电压ui要能引起基极电流iB作相应的变化。（3）集电极电流iC的变化要尽可能的转换为电压的变化输出。（4）放大电路工作时，直流电源UCC要为晶体管提供合适的静态工作电流IBQ、ICQ和电压UCEQ，即电路要有一个合适的静态工作点Q。,Task6,模拟电子技术与应用,5.放大电路的主要性能指标,1）放大倍数Au、Ai放大倍数是衡量放大电路对信号放大能力的主要技术参数（1）电压放大倍数Au。,（2）电流放大倍数Ai,Task6,模拟电子技术与应用,2）输入电阻Ri,放大电路的输入电阻,3）输出电阻RO,放大电路的输出电阻,Task6,模拟电子技术与应用,2.1.3晶体管共射极放大电路的分析方法,1.图解分析法,1）静态工作情况分析,直流通路,共射极放大电路,共射极放大电路的直流通路,Task6,模拟电子技术与应用,静态工作点Q的估算,公式估算法,Task6,模拟电子技术与应用,图解法,由右图可得：,管压降UCE和集电极电流IC之间的关系为一个斜线,斜率：,Task6,模拟电子技术与应用,2）动态工作情况分析,（1）交流通路,（2）交流负载线,Task6,模拟电子技术与应用,（3）放大电路的动态工作范围,Task6,模拟电子技术与应用,（4）非线性失真,截止失真,Task6,模拟电子技术与应用,饱和失真,Task6,模拟电子技术与应用,2.微变等效电路分析法,1）晶体管微变等效电路,Task6,模拟电子技术与应用,2）晶体管的交流输入电阻rbe,3）关于微变等效电路的几点说明,对于微变输入信号，晶体管的基极和发射极之间可用交流电阻rbe来代替；集电极和发射极之间可以用受控电流源ib来代替。微变等效电路适用的前提条件是：微变小信号，对于大信号电路（如功率放大电路）不适用。微变等效电路中的受控电流源不能独立存在，其方向不能随意假定。,Task6,模拟电子技术与应用,微变等效电路中的电压、电流都是交流量，电路中无直流量，因此不能用微变等效电路来求解静态工作点Q的值。用晶体管的微变等效电路直接取代交流通路中的晶体管。即不管电路是什么组态，晶体管的b、e间用交流电阻rbe代替，c、e间用受控电流源ib代替。,4）用微变等效电路分析共射极放大电路,电压放大倍数Au,放大电路的输入电阻Ri,Task6,模拟电子技术与应用,输入电阻和输出电阻的微变等效电路,放大电路的输出电阻Ro,Task6,模拟电子技术与应用,出电压uo对信号源电压us的放大倍数Aus,Task6,模拟电子技术与应用,2.2分压偏置式放大器,2.2.1分压偏置式放大器的电路结构,通常,I1IBQ,所以,I1I2,Task6,模拟电子技术与应用,2.2.2分压偏置式放大电路稳定工作点Q的原理,1.温度变化对Q点的影响,（1）温度升高，反向电流ICBO、ICEO增大。温度每升高10，ICBO和ICEO就约增大1倍。（2）温度升高，晶体管的电流放大系数增大。实验表明温度每升高1，约增大0.5%1%。（3）温度升高，相同基极电流IB下，UBE减小。温度每升高1，UBE大约减小2.2mV。总之，当环境温度变化时，以上各参数都会随着发生变化，从而导致工作点Q的不稳定。,Task6,模拟电子技术与应用,2.Q点稳定的原理,一般情况,I1IBQ,当UCC、RB1、RB2确定后，UB也就基本确定，不受温度的影响。,温度：TICIEUEUBEIBIC,I1=(510)IBQ、UB=(35)V(硅管),I1=(1020)IBQ、UB=(13)V(锗管),Task6,模拟电子技术与应用,3.工作点稳定电路的分析,分压式偏置电路,Task6,模拟电子技术与应用,静态工作点和动态各参数的公式如下：,Task6,模拟电子技术与应用,Task6,模拟电子技术与应用,2.3其他组态放大器(共集和共基放大电路),2.3.1共集电极放大电路射极跟随器,1.电路组成,Task6,模拟电子技术与应用,2.静态工作点Q的估算,由直流通路可得：,Task6,模拟电子技术与应用,3.动态参数Au、Ri、Ro,由微变等效电路可得,1）电压放大倍数Au,1,电流放大倍数,Task6,模拟电子技术与应用,2）输入电阻Ri,由微变等效电路可求出输入电阻为,Task6,模拟电子技术与应用,3）输出电阻Ro,求输出电阻简化的等效电路,Task6,模拟电子技术与应用,4）射极跟随器的主要特点,电压放大倍数小于1，接近于1。输入电压与输出电压同相位。输入电阻大，常用在多级放大电路的输入级中。输出电阻小，常用在多级放大电路的输出级，以提高整个电路的带负载能力。具有电流放大作用和功率放大作用。,Task6,模拟电子技术与应用,2.3.2共基极放大电路,1.电路组成,共基极放大器的电路如图2-31a所示，图中CB为基极旁路电容，C1、C2是耦合电容。RB1和RB2分别是上、下两个偏置电阻，RC是集电极直流负载，RE是发射极电阻，起稳定工作点的作用。信号从晶体管的发射极和基极输入，从集电极和基极输出，基极是输入回路和输出回路的公共端，因此称为共基极放大电路。,Task6,模拟电子技术与应用,2.静态工作点Q的估算,上图（b）为共基极放大电路的直流通路，显然它和前面叙述的分压偏置式放大电路的直流通路相同，因此静态工作点Q的计算公式也与分压偏置式电路相同，不再赘述。,3.动态参数Au、Ri、Ro,右图为共基极放大电路的交流通路和微变等效电路。,Task6,模拟电子技术与应用,1）电压放大倍数Au,2）输入电阻Ri,3）输出电阻Ro,4）共基极电路的主要特点,电流放大倍数接近于1。输入电压与输出电压同相位。输入电阻小。输出电阻大。具有电压放大作用和功率放大作用。,Task6,模拟电子技术与应用,2.3.3三种组态放大电路的性能比较,Task6,模拟电子技术与应用,Task6,模拟电子技术与应用,2.4场效应晶体管的基本放大电路,2.4.1场效应管放大电路的组成,1.自偏压电路,电路中RD为漏极电阻，RS为源极电阻，RG为栅极电阻。交流信号从栅极输入，从漏极输出，因此为共源极电路。,删源偏置电压为：,UGS=UGUS=IDRS,自偏压电路只适用于耗尽型场效应管放大电路，对于增强型的场效应管不适用。,Task6,模拟电子技术与应用,2.分压式自偏压电路,分压式自偏压电路与自偏压电路相比，电路中接入了RG1和RG2两个分压电阻。该电路的栅极电压由RG1、RG2分压再串联RG后与栅极连接(一般RG较大，RG1、RG2较小)，由于RG中无电流，栅极电压UG取决于RG1和RG2分压，RG仅起电压传输作用。删源偏压UGS为：,分压式自偏压电路即适用于耗尽型场效应管放大电路也适用于增强型场效应管放大电路。,Task6,模拟电子技术与应用,2.4.2场效应管放大电路的分析,1.场效应管的微变等效电路,如图所示为场效应管的微变等效电路。场效应管的栅极和源极间的电阻很大，电压为ugs，电流近似为零，可视为开路。漏极和源极之间可等效为一个受电压ugs控制的电流源。,Task6,模拟电子技术与应用,2.自偏压电路的动态分析,右图为自偏压电路的微变等效电路，此电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro分别由下式给出：,负号表示输出电压和输入电压的相位相反。,Task6,模拟电子技术与应用,3.分压式自偏压电路的动态分析,右图为分压式自偏压电路的微变等效电路，其电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro分别由下式给出：,RG比RG1和RG2的值大很多，以减少RG1和RG2对输入信号的分流作用，输出电压和输入电压的相位相反。,Task6,模拟电子技术与应用,2.5多级放大电路及复合管,2.5.1电子电路的一般组成方式,2.5.2多级放大电路的耦合方式,1.阻容耦合,模拟电子技术与应用,阻容耦合两级放大电路,阻容耦合放大电路的特点：,（1）各级放大电路的静态工作点相对独立，互不影响，利于放大器的设计、调试和维修。（2）阻容耦合方式电路的体积小、重量轻，在分立元件电路中应用较多。（3）阻容耦合方式电路的低频特性差，不适合放大直流及缓慢变化的信号。（4）输出温度漂移较小。,Task6,模拟电子技术与应用,2.直接耦合,直接耦合两级放大电路,直接耦合电路的特点：,（1）频率特性好，可以放大直流、交流及缓慢变化的信号。（2）电路中无大的耦合电容，便于集成化。（3）各级放大电路的静态工作点互相影响，不利于电路的设计、调试和维修。（4）输出存在温度漂移。,Task6,模拟电子技术与应用,3.变压器耦合,变压器耦合两级放大电路,变压器耦合电路的特点：,（1）各级的静态工作点彼此独立，互不影响，有利于放大器的设计、调试和维修。（2）可以实现电压、电流和阻抗的变换，易获得较大的输出功率。（3）输出温度漂移较小。（4）低频和高频特性均差，不适合放大直流及缓慢变化的信号，只能传递具有一定频率的交流信号。（5）变压器耦合电路体积和重量都比较大，不便于集成。,Task6,模拟电子技术与应用,4.光电耦合,前后级之间利用光电耦合器件耦合的方式称为光电耦合。,其特点为：,（1）前后级静态工作点相互独立，互不影响。（2）便于集成。（3）受温度影响较大。,Task6,模拟电子技术与应用,2.5.3多级放大电路的分析,1.多级放大电路的电压放大倍数Au,2.多级放大电路的输入电阻Ri,多级放大电路输入电阻就是从第一级放大器的输入端所看到的等效电阻Ri1。,Task6,模拟电子技术与应用,3.多级放大电路的输出电阻Ro,多级放大电路的输出电阻Ro就是从最后一级放大器的负载两端（不含负载）所看到的等效电阻。,2.5.4复合晶体管,1.复合管的结构,四种常见的复合管结构,Task6,模拟电子技术与应用,2.复合管的特点,复合管的类型与组成复合管的第一只晶体管的类型相同，如果第一只管子是NPN型，则复合管也是NPN型；如果第一只管子是PNP型，则复合管也是PNP型。复合管的电流放大系数近似为组成该复合管的各晶体管电流放大系数之积。即：,Task6,模拟电子技术与应用,2.6放大电路的频率响应,2.6.1放大电路的频率特性,电路的放大倍数随信号频率变化的关系称之为放大电路的频率特性，又叫频率响应。频率特性包括幅频特性和相频特性两部分。,幅频特性表示电压放大倍数的模与信号频率的关系；相频特性表示放大电路的输出电压与输入电压的相位差和信号频率的关系。,电压与输入电压的相位差也随着信号频率的变化而变化。当电压放大倍数下降到0.707|Au|时，所对应的两个频率分别叫做放大电路的下限频fL和上限频率fH。fL和fH之间的频率范围称为放大电路的通频带，用BW表示。它是放大电路的一个重要指标，通频带越宽，表示放大电路工作的频率范围越宽。,Task6,模拟电子技术与应用,放大电路单极的频率特性,Task6,模拟电子技术与应用,2.6.2影响放大电路频率特性的因素,在低频区，由于耦合电容和发射极旁路电容容抗增加，信号在这些电容上的压降增大，信号通过时会被明显衰减，增益下降，并且使输出信号产生了附加相移。因此，不能再视隔直耦合电容以及旁路电容为交流短路。而晶体管的结电容和电路中导线的分布电容容抗很大，可视为开路。,在中频区，由于耦合电容和发射极旁路电容的数值较大，对中频段信号的容抗很小，可视为短路。晶体管的结电容和电路中导线的分布电容很小，对中频段信号的容抗很大，可以视为开路。因此所有电容均不影响交流信号的传递，电压放大倍数与频率无关。,在高频区，由于晶体管的结电容和电路中导线的分布电容对输入信号产生分流，使增益下降，不能再视为交流开路，同时也产生了附加相移。另外，在高频段，晶体管电流放大系数值下降，也是造成电压放大倍数下降的原因。根据信号的频率范围，选择合适的高频晶体管和恰当的电路组态，就可以改善放大电路的高频特性。,Task6,模拟电子技术与应用,2.6.3多级放大电路的频率特性,多级放大电路的频率特性可由单级放大电路频率特性的叠加得到。,两级放大电路的幅频响应,电压放大倍数：,信号总的相位移：,Task6,模拟电子技术与应用,本章小结,1.基本放大电路的三种组态，即共射极、共集电极和共基极电路。放大电路正常放大的前提条件是外加电源电压的极性要保证晶体管的发射极正偏，集电结反偏。有合适的静态工作点。,2.正常工作时，放大电路处于交、直流共存状态。晶体管各电极的电压和电流瞬时值是在静态值的基础上叠加交流分量，但瞬时值的极性和方向始终固定不变。放大电路放大的实质是实现小能量对大能量的控制和转换作用，但放大仅仅是对交流分量而言。,3.基本放大电路的分析方法有两种：一是图解分析法，二是微变等效电路分析法。图解分析法直观方便，主要用来分析静态工作点Q的位置是否合适；非线性失真和最大不失真输出电压等。微变等效电路分析法是用来分析电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,4.固定偏置电路中的Q点受