模拟电子学习情景二

1、返回本章目录返回本章目录一、项目目标一、项目目标能分析超外差式收音机放大电路的结构和能分析超外差式收音机放大电路的结构和工作原理；会组装与测试超外差式收音机工作原理；会组装与测试超外差式收音机放大电路，会分析静态特性和动态特性；放大电路，会分析静态特性和动态特性； 3.1三极管的基本放大电路三极管的基本放大电路3.2分压偏置式放大器分压偏置式放大器3.3其它组态的放大电路其它组态的放大电路3.4多级放大电路多级放大电路3.5放大电路的频率响应放大电路的频率响应3.6场效应管及其基本放大器场效应管及其基本放大器一、资讯一、资讯3.1.1 放大电路的基本概念放大电路的基本概念 所谓放大,从表面上看

2、是将信号由小变大,实质上,放大的过程是实现能量转换的过程。 3.1三极管的基本放大电路三极管的基本放大电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极RcRbRLUCCiBiCiEC1C2uiVUCC : 直流电源,向 RL提供能量,给V提供适当的偏置V : 三极管,根据输入信号的变化规律,控制直流电源所给出的电流,使在RL上获得较大的电压或功率Rc : 集电极电阻,将集电极电流转换成集电极电压，并影响放大器的电压放大倍数Rb : 基极偏置电阻,为三极管基极提供合适的正向偏流C1、 C2 : 耦合电容(电解电容),有效地构成交流信号的通路;避免信号源与

3、放大器之间直流电位的互相影响uo基本共(发)射(极)放大电路电量的符号表示规则电量的符号表示规则A AA大写大写表示电量与时间无关表示电量与时间无关( (直流、平均值、有效值直流、平均值、有效值) )；A小写小写表示电量随时间变化表示电量随时间变化( (瞬时值瞬时值) )。大写大写表示直流量或总电量表示直流量或总电量( (总最大值，总瞬时值总最大值，总瞬时值) )；小写小写表示交流分量。表示交流分量。总瞬时值总瞬时值直流量直流量交流瞬时值交流瞬时值beU交流有效值交流有效值直流量往往在下标中加注直流量往往在下标中加注 QA 主要符号；主要符号； A 下标符号。下标符号。tuOBEuBEUbeu

4、beUuBE = UBE + ubeRbRcV UCC(a)bceRbRcRLuiuoib(b)uceubeicieICQIBQUCEQUBEQ UCCRbRc(a)iBIBQOOUBEQQQuBEICQUCEQiC / mAuCE / ViB IBQ(b)Rb+VCCRCIBUBEbBECCBRUVIbCC7 . 0RVbRVCCRb称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称称为为偏置电流偏置电流。Rb+VCCRCICUCECCCCCERIVUIC= IB例例3. 1：用估算法计算静态工作点。：用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K ，Rb=300K ， =37.5。解：解：A

5、400.04mA30012RVIbCCBmAIIBC5 . 104. 05 .376V41.512RIVUCCCCCE请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级UBE 0.7VRb+VCCRCRbRcuitOOiBIBQiBtiCICQtuBEtUBEQbeciCuCEUCEQOuotO UCCC1C2OtOuUuBEQBE1iIibBQBiIiicCQBcuURiURiUuceCEQCcCEQCCCCCERiuuccceouBE/ViB/ AO0.7 V30QuiOt tuBE/VO tiBIBQ( (交流负载线交流负载线) )uCE/ViC/mA41O23iB=10 A20304

6、050505Q6直流负载线直流负载线Q Q 6O tiCICQUCEQOt tuCE/VUcemibicuceL1R 当当 ui = 0 uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ 当当 ui = Uim sin t ib = Ibmsin t ic = Icmsin t uce = Ucem sin t uo = uceiB = IBQ + Ibmsin tiC = ICQ + Icmsin tuCE = UCEQ Ucem sin t = UCEQ +Ucem sin (180 t)iouu (1)图解分析图解分析1)三极管的微变等效电路三极管的微变等效

7、电路 三极管电路三极管电路可当成双口可当成双口网络来分析网络来分析C CEb be be uiur从输入端口看进去，相当于电阻从输入端口看进去，相当于电阻 rbemAmV26)1(200EQBQbb IIUrT 从输出端口看进去为一个受从输出端口看进去为一个受 ib 控制的电流源控制的电流源 ic = ib +uce+ube ibicCBErbe Eibic ic+ube +uce BC(2)微变等效电路微变等效电路 2) 放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路交流通路交流通路+uo + iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+ + RS+uCE +uBE ubeuce+uo +

8、RBRLRSrbe Eibic icBCusRC+ube RiRiuLbLcoriuRRRbebiLCL/rRriRiAbeLbebLbu 式中“-”表示输入信号与输出信号相位反相。RRRRCLCL/rRAbeCuRRLC)/(RRRLCL 2)输入电阻rirRIurbebiii/rrRrbebebi/当Rbrbe时 3)输出电阻ro 根据戴维南定理可得RrCo 求空载电压放大倍数Au(即不接负载RL, RL)3.放大电路的非线性失真问题放大电路的非线性失真问题因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引

9、起非线性失真。出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1) “Q”过低引起截止失真过低引起截止失真NPN 管：管： 顶部顶部失真为截止失真。失真为截止失真。PNP 管：管： 底部底部失真为截止失真。失真为截止失真。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce交流负载线交流负载线2)“Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管：管：底部底部失真为饱和失真失真为饱和失真PNP 管：管：顶部顶部失真为饱和失真失真为饱和失真uCEiCt OOiCO tuCEQV CC1. 电路组成电路组成+VC

10、CRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+ui +us + uo RE( (发射极电阻发射极电阻) )： 稳定静态工作点稳定静态工作点“Q ”CE( (发射极旁路电容发射极旁路电容) )： 短路交流，消除短路交流，消除 RE 对电压对电压放大倍数的影响放大倍数的影响2.稳定稳定“Q”的原理：的原理：T IC UE UBE IB IC 一、直流分析一、直流分析+VCCRCRERB1RB2+ UBEQ +UCEQ IBQI1ICQIEQ要求：要求：I1 (5 10)IBQUBQ (5 10)UBEQCCB2B1B2BQVRRRU EBEQBQEQRUUI EQCQII /EQBQII )(E

11、CCQCCCEQRRIVU 二、动态性能指标分析二、动态性能指标分析+us +VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+uo RCRB1RB2+ui +uo RLibicii交流通路交流通路小信号等效电路小信号等效电路rbe ib1. 电压放大倍数电压放大倍数iouuAu beLbebLb rRriRi 源电压放大倍数源电压放大倍数uuAuuuuuuuuAsisiiosos isiRRARu 2. 输入电阻输入电阻RiiiiiuR beB2B1/rRR 3. 输出电阻输出电阻RoRo = RC当没有旁路电容当没有旁路电容 CE 时：时：小信号等效电路小信号等效电路1. 电压放大倍数电

12、压放大倍数iouuAu )1( EbebLbRriRi 源电压放大倍数源电压放大倍数isiiosisosRRARuuuuuuAuu 2. 输入电阻输入电阻3. 输出电阻输出电阻Ro = RC交流通路交流通路RCRB1RB2+ui +uo RLibiciiRERCRB1RB2+ui +uo RLibiciirbe ibRERiR i)1(/EbeBiRrRR 例例 = 100，RS= 1 k ，RB1= 62 k ，RB2= 20 k , RC= 3 k ，RE = 1.5 k ，RL= 5.6 k ，VCC = 15 V。求：求：“Q”，Au，Ri，Ro。1) )求求“Q”)V( 7 . 36

13、2201520BQ U)mA( 25 . 17 . 07 . 3EQCQ IIA)( 20mA)( 02. 0100 /2BQ I)V( 6)5 . 13(215CEQ U+VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+us +uo +VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+us +uo 2) )求求 Au，Ri，Ro ， Aus 5001 02. 0/26200 /26200BQbe Ir1305 . 13/5.6 100 beL rRAu )k( 36. 15 . 1/62/20/beB2B1i rRRR7536. 11)130(36. 1uSiisis ARRRAuuA

14、uuRo = RC = 3 k 去掉旁路电容去掉旁路电容 CE 时：时：+VCCRCC1C2RLRE+RB1RB2RS+us +uo 1) )静态工作点静态工作点“Q”不变不变2) )求求 Au、Aus 、Ri、RoRCRB1RB2+ui +uo RLibiciirbe ibREEbeL)1( RrRAu 3 . 15 . 11015 . 1/5.63 100 2 . 18 .131)3 . 1(8 .13siis uuARRRA)1(/Ebe B2B1iRrRRR 5 . 11015 . 1 /62/20 )(k 8 .13 Ro = RC = 3 k 既稳定既稳定“Q”，Au 又较大的电路

15、又较大的电路3.3.1 共集电极放大电路共集电极放大电路 ( (射极输出器、射极跟随器射极输出器、射极跟随器) )一、电路组成与静态工作点一、电路组成与静态工作点IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+usIBQ = (VCC UBEQ) / RB +(1+ REICQ = I BQUCEQ = VCC ICQ RE二、动态性能指标分析二、动态性能指标分析交流通路交流通路RsRB+ +uo RLibiciiRE)1(/ )1( LbeBLbeiBiii iiRrRRruRuuiuR 小信号等效电路小信号等效电路usRB+uo RLibiciirbe ibRERs+ R L

16、 = RE / RL电压放大倍数：电压放大倍数：LbeLLEbbebLEbio)1()1(/)1(/1RrRRRiriRRiuuAu ）（ 1输入电阻：输入电阻：1)/(/RrrRrbsbeeo输出电阻：输出电阻：射极输出器射极输出器特点特点Au 1 输入输出同相输入输出同相Ri 高高Ro 低低用途：用途：输入级输入级 输出级输出级 中间隔离级中间隔离级3.3.2 共基极放大电路共基极放大电路一、求一、求“Q”( (略略) )二、性能指标分析二、性能指标分析beLbebLbio rRriRiuuAu RiR i 1)1(be bbebeiiririiuR)1(/beEi rRRRoRo = R

17、C特点：特点：1. Au 大小与共射电路相同。大小与共射电路相同。2. 输入电阻小，输入电阻小，Aus 小。小。+uo RCRERS+us RLrBEioicieiiib ib+ui +VCCRCC2C3RLRE+RB1RB2RS +us +uo C1RCRERS +us RL 前面讲过的基本放大电路,其电压放大倍数一般只能达到几十几百。然而在实际工作中,放大电路所得到的信号往往都非常微弱,要将其放大到能推动负载工作的程度,仅通过单级放大电路放大,达不到实际要求,则必须通过多个单级放大电路连续多次放大,才可满足实际要求。信号输入信号输入第第一一级级第第二二级级第第三三级级信号输出信号输出 UC

18、CRb11Rc1Rb12Re1RLC1C2uiuoCe1Ce2C3Rb21Rb22Re2Rc2V1V2图3.41 两级阻容耦合放大电路 T2Rb11Rb21RLRb12Re1Rb22Re2C1T1V1V2uo UCCuiC2Ce图3.42 变压器耦合放大电路 UCCRc2Rc1RbReuiuoV1V2图3.43 直接耦合放大电路uuAiou在图3.41中,由于uAuiuo22uuoii2uAuiuo11故AAuuAuuiou21因此可推广到n级放大电路的电压放大倍数为AAAAunuuu.21dBUUAiu0lg203.4.4 放大倍数的分贝表示法放大倍数的分贝表示法dBIIAii0lg20ff

19、LHBW2多级放大电路的幅频特性多级放大电路的幅频特性图3.52多级放大电路的频率响应特性 UCCRb1RcRb2ReC1C2Ce(a)iUoUAuAum0.707Aum中频区通频带BW低频区高频区0fLfHf(b)f090180270 45 45(c)图3.51放大电路的频率响应特性(a)0.707Aum1Aum10.707Aum2Aum2Aum1Aum2OfLfHfOfL1fH1fOfL2fH2fAum0.707Aum0.49Aum2uAuAAum Aum1 Aum21uA图3.52多级放大电路的频率响应特性3.6.1场效应管的特点和类型场效应管的特点和类型 类型：类型：结型结型 JFET

20、 ( (Junction Field Effect Transistor) )绝缘栅型绝缘栅型 IGFET( (Insulated Gate FET) )特点：特点：1. 单极性器件单极性器件( (一种载流子导电一种载流子导电) )3. 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低2. 输入电阻高输入电阻高( (107 1015 ，IGFET 可高达可高达 1015 ) )N 沟道沟道增强型增强型SGDBiDP 沟道沟道增强型增强型SGDBiD2 2 OuGS /ViD /mAUGS(th)O uDS /ViD /mA 2 V 4 V 6 V 8 VuGS

21、= 8 V6 V4 V2 VSGDBiDN 沟道耗尽沟道耗尽型型iDSGDBP 沟道耗尽沟道耗尽型型UGS(off)IDSSuGS /ViD /mA 5 O5O uDS /ViD /mA5 V2 V0 V2 VuGS = 2 V0 V 2 V 5 VN 沟道结沟道结型型SGDiDSGDiDP 沟道结沟道结型型uGS /ViD /mA5 5 OIDSSUGS(off)O uDS /ViD /mA5 V2 V0 VuGS = 0 V 2 V 5 VFET 符号、特性的比较符号、特性的比较三种组态：三种组态：共源、共漏、共栅共源、共漏、共栅特点：特点：输入电阻极高，输入电阻极高， 噪声低，热稳定性好

22、噪声低，热稳定性好一、直流偏置电路一、直流偏置电路 1. 自给偏压电路自给偏压电路栅极电阻栅极电阻 RG 的作用：的作用：( (1) )为栅偏压提供通路为栅偏压提供通路( (2) )泻放栅极积累电荷泻放栅极积累电荷源极电阻源极电阻 RS 的作用：的作用：提供负栅偏压提供负栅偏压漏极电阻漏极电阻 RD 的作用：的作用：把把 iD 的变化变为的变化变为 uDS 的变化的变化UGSQ = UGQ USQ = IDQRS+VDDRDC2CS+uo C1+ui RGRSGSDSDQSG2G1G2DDGQ RIURRRVU ；SDQG2G1G2DDGSQ RIRRRVU 2. 分压式自偏压电路分压式自偏压电路调整电阻的大小，可获得：调整电阻的大小，可获得： UGSQ 0UGSQ = 0UGSQ 0RL+VDDRDC2CS+uo C1+ui RG2R