《放大器基础》PPT课件

模拟电子技术基础,孙肖子,弟,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,模拟电子技术基础课程的特点是“概念性、工程性、实践性“强！,“注重物理概念，采用工程观点；重视实验技术，善于总结对比；理论联系实际，注意应用背景；寻求内在规律，增强抽象能力。”,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,3.1放大器的基本概念,3.1.14种放大器及4种放大倍数定义,-不失真地放大信号,一、放大倍数A-Amplify(增益),电流放大倍数,互导放大倍数,电压放大倍数,互阻放大倍数,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,电压放大器,电压增益,理想情况,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,电流放大器,电流增益,理想,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,互阻放大器,互阻增益,理想,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,互导放大器,互导增益,理想,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,3.1.2放大器的主要性能指标,1、电压放大倍数(电压增益),电压放大倍数测量方法,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,1.4.3放大器的主要性能指标,1、电压放大倍数(电压增益),电压放大倍数测量方法,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,二、输入电阻Ri:,Ri表征该放大器从信号源有效吸取信号幅值的大小,从放大器输入端看进去的等效电阻,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,例：R=3K，测得U1=0.6V，U2=0.2V,则Ri=1.5K,输入电阻测量方法-串入电阻R,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,三、输出电阻Ro:,Ro表征放大器带负载能力大小,从放大器输出端看进去的等效电阻,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,S打开，测得,S闭合，测得,例：测得S打开时输出电压UO1=2V，测得S闭合时输出电压UO2=0.8V，已知RL=5K,则,输出电阻测量方法,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,4.频率响应与失真,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,放大器的幅频特性和相频特性,(a)幅频特性(b)相频特性,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,5.非线性失真系数,非线性传输特性引起非线性失真波形,(a)线性传输特性与不失真输出波形,(b)非线性传输特性与非线性失真输出波形,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,非线性失真系数（全谐波失真系数）THD,Unm第n次谐波分量振幅,U1m输出信号基波分量振幅,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,3.2三种组态的放大电路,一般信号不能从集电极输入,也不能从基极输出,依据:,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,3.3共发射极放大器分析,3.3.1阻容耦合共发射极放大器电路结构,分压式电流负反馈偏置电路的“阻容耦合共射放大器”。,固定偏流,电流负反馈型偏置电路,分压式电流负反馈型偏置电路,一直流工作状态分析与计算,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,RE起电流负反馈作用,稳定工作点Q,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,直流通路,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,第三章双极型晶体管及场效应管放大器基础,5.3.7共射放大器的交流小信号模型分析法,1.电压放大倍数,2.输入电阻,3.输出电阻,输出与输入反相,3.3.3共射放大器的交流分析及主要指标估算,3.3.3共射放大器的交流分析及主要指标估算,3.3.3共射放大器的交流分析及主要指标估算,一种快速估算法,3.4共集电极放大器,3.4.1共集电极放大器-射极输出器-射极跟随器,输入输出同相,放大倍数近似为1,输入电阻很大,输出电阻很小,可做为输入级,输出级,中间级,3.5共基放大器,输出与输入同相,输入电阻最小,且与共集电路的输出电阻相同,输,与共射电路相同,3.6三种组态放大器比较,(a)共射放大器(b)共集放大器(c)共基放大器,输入输出反相;电压增益大;输入电阻不大;输出电阻不小,输入输出同相;电压增益小输入电阻很大;输出电阻很小,输入输出同相;电压增益大输入电阻很小;输出电阻不小(同共射)源电压增益小,例3.6.1,1.要求源电压增益最大,2.要求输出电压,3.要求输出电压,4.要求接入负载电阻时,并求输出电阻,5.要求同时获得一对等值反相的输出信号,5.2放大器的图解分析法,直流负载线M-N及静态工作点Q,内部方程-特性曲线,外部方程直流负载线方程,3.7关于非线性失真与输出动态范围的讨论,1.交流负载线一定通过直流工作点Q,2.交流负载线钭率,交流负载线Q-A及动态工作点Q1-QQ2,UCES,3.7.2非线性失真与动态范围1.工作点设置正确,且信号不大的情况-不产生非线性失真,3.7关于非线性失真与输出动态范围的讨论,3.7关于非线性失真与输出动态范围的讨论,2.工作点设置过低,且信号较大的情况-产生“截止失真”,3.工作点设置过高,且信号较大的情况-产生“饱和失真”,3.7关于非线性失真与输出动态范围的讨论,4.输出电压的动态范围输出电压动态范围是指不产生严重失真的有效输出电压峰峰值,因受截止失真限制，其最大有效输出电压幅度为,因受饱和失真限制，其最大有效输出电压幅度为,对于双向对称的信号（如正弦波），取其上述两式中数值小的作为最大有效输出电压幅度，故输出电压的动态范围值为,3.8.1场效应管偏置电路FET、J耗尽型MOSFET:UGS=0，iD0，可采用自偏压方式;增强型MOSFET，则一定要采用分压式偏置或混合偏置方式.。,3.8场效应管放大器,二.解析法,一,图解法,联立解求出,漏极电流,3.8场效应管放大器,对结型管自偏压电路,3.8.2场效应管放大器分析(CS、CD、CG)1、共源放大器,直,直,(1)直流工作点分析,3.8场效应管放大器,场效应管低频小信号模型,跨导,管子输出电阻,5.5.3场效应管放大器分析(CS、CD、CG)1、共源放大器,(1)放大倍数(增益),(2)输出电阻,(3)输入电阻,3.8场效应管放大器,例3.8.1,放大倍数,输入电阻,输出电阻,3.8场效应管放大器,2共漏放大器,3.8场效应管放大器,2.输出电阻Ro,RL开路，短路，输出端加求出，则,3.8场效应管放大器,3.共栅放大器,3.8场效应管放大器,3.9放大器级联,3.9.1级间耦合方式及组合原则,(a)阻容耦合(b)直接耦合(c)磁耦合（变压器耦合）-不共地(d)光耦合-不共地,3.9放大器级联,高频及宽带放大器也采用共射-共基-共集组合,3.9.2多级放大器的性能指标计算,增益为各级相乘,计算前级要考虑后级输入电阻的影响,多级放大器的输出电阻一般取决于输出级，输入电阻一般取决于输入级。,3.9.2级联放大器的分析计算(举例),例3.9.1,1.直流工作点分析,2.放大倍数,3.输入电阻,决定笫一级,4.输出电阻,决定最后一级,输出与输入同相,3.9.2级联放大器的分析计算(举例),解:,例3.9.3,共集-共射-共集级联,1.直流工作点分析,2.放大倍数,3.输入电阻,决定笫一级,4.输出电阻,决定最后一级,3.9.2级联放大器的分析计算(举例),共射-共基级联(“渥尔曼连接”电路),例3.9.4,3.9.2级联放大器的分析计算(举例),例3.9.5,3.9.2级联放大器的分析计算(举例),3.10.1频率响应的基本概念,频率失真概念,信号通过线性时不变系统,其频率成分不变,但各频率分量的振幅及相位会发生变化.,(a)信号,(b)振幅频率失真,(c)相位频率失真,线性失真与非线性失真的差别:起因不同,结果不同.线性失真不会产生新的频率分量.,3.10放大器的频率响应,实际的频率响应及通频带的定义,增益频带积,3.10放大器的频率响应,3.10放大器的频率响应,3.10.2低频区频率响应,阻容耦合放大器低频模型（暂不考虑,的影响),输出回路是一个一阶,高通电路，当频率下降，有,-(低频区增益模值),引入的下限角频率),(由C2,1.C2的影响,3.10放大器的频率响应,2.输入耦合电容,的影响,3.射极旁路电容,的影响,4.由,三个电容引入的总的下限角频率,(Hz),3.10放大器的频率响应,3.10.3负载电容,对高频区频率响应的影响,的模值为,上限角频率,加共集电路隔离有利于提高,3.10.4晶体管的高频小信号模型与频率参数,(与频率无关),定义:当下降到”1”所对应的频率定义为特征频率,即,3.10.4晶体管的高频小信号模型与频率参数,3.10.5共射放大器的高频响应,利用密勒等效简化的模型,3.10.5共射放大器的高频响应,3.10.5共射放大器的高频响应,3.10.5共射放大器的高频响应,附加相移,4.频率特性的波特图表示法,计算管子极间电容与负载电容影响在内的总的上限角频率,(为输出回路时常数倒数),6、结果讨论通过以上分析，为我们设计宽带放大器提供了依据。1.选择晶体管的依据2.关于信号源内阻Rs3.关于集电极负载电阻RC的选择原则4.关于负载电容CL,3.10.5共射放大器的高频响应,1.共集电路的高频特性,一、的影响由于共集电路集电极直接连接到电源，所以相当于接在内基极“b”和“地”之间，不存在共射电路中的密勒倍增效应。因为Cbc本身很小(零点几几pF),Cbc对高频响应的影响就很小。,二、的影响这是一个跨接在输入端与输出端的电容，利用密勒定理将其等效到输入端，则密勒等效电容CM为,3.10.6共集放大器及共基放大器的高频响应,三、CL的影响,只要源电阻Rs较小，工作点电流ICQ较大，则Ro可以做到很小。所以时常数RoCL很小，fH2很高。因此说共集电路有很强的承受容性负载的能力。,2.共基电路的高频响应,一、Cbe的影响由图可见，如果忽略rbb的影响，则Cbe直接接于输入端，输入电容Ci=Cbe，不存在密勒倍增效应，且与Cbc无关。所以，共基电路的输入电容比共射电路的小