[信息与通信]放大电路基础ppt课件

1、放大电路根底放大电路根底3.1.1 放大电路的组成放大电路的组成3.1.2 放大电路的主要性能目的放大电路的主要性能目的3.1.1 放大电路的组成放大电路的组成一、组成框图一、组成框图直流电源直流电源信信号号源源RS+usRSis放大放大电路电路负负载载RL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二、多级放大电路二、多级放大电路三、放大电路的四端网络表示三、放大电路的四端网络表示122+us放大放大电路电路RS+ui+uoRLioiius 信号源电信号源电压压Rs 信号源内信号源内阻阻RL 负载电阻负载电阻ui 输入电压输入电压uo 输出电输出电压压ii 输入电流输

2、入电流io 输出电流输出电流3.1.2 放大电路的主要性能目的放大电路的主要性能目的1122+us放大放大电路电路RS+ui+uoRLioii电压增益电压增益 Au (dB) = 20lg |Au|一、一、 放大倍数放大倍数电压放大倍数电压放大倍数 Au = uo/ui电流放大倍数电流放大倍数 Ai = io/ ii功率放大倍数功率放大倍数 Ap = po/ pi电流增益电流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai|功率增益功率增益 Ap (dB) = 10lg |Ap|二、输入电阻二、输入电阻1+usRS+uiiiRiiSisiRRRuu Ri 越大，越大， ui 与与 us 越接近越接近

3、iiiiuR 例例 2.3.4 us = 20 mV，Rs = 600 ，比较不同，比较不同 Ri 时的时的 ii 、ui。Riiiui6 000 3 A18 mV600 16.7 A10 mV60 30 A1.82 mV三、输出电阻三、输出电阻放大电路的输出相当于放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。内阻称为电路的输出电阻。计算：计算： 0Lso RuiuRi2211usRS+u放大放大电路电路= 0Ro丈量：丈量：LoLotoRRRuu Looto)1(RuuR uot 负载开路时的输出电压；负载开路时的输出电压；uo 带负载时的输出电

4、压，带负载时的输出电压，Ro 越小，越小，uot 和和 uo 越接近越接近。2211+usRS+ui+uoRLRo+uotRi四、四、 通频带通频带电抗元件电抗元件(主要是电容主要是电容)使放大电路对不同频率输使放大电路对不同频率输入信号的放大才干不同，反映在：入信号的放大才干不同，反映在：Au( f ) 幅频特性幅频特性 ( f ) 相频特性相频特性1. 幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性)( )()j (ffAfAuu fAu(f)OfO)( f 2. 频带宽度频带宽度(带宽带宽)BWAum2/muAfLfH下下限限频频率率 上上限限频频率率 中频段中频段低频段低频段高频段高频段BW0.

5、7BW0.7 = fH fL (Band Width)(Band Width)五、最大输出功率和效率五、最大输出功率和效率效率效率 =最大输出功率最大输出功率Pom直流提供功率直流提供功率PDC3.2.1 共发射极放大电路共发射极放大电路一、一、 电路组成电路组成VCC(直流电源直流电源)：1. 使发射结正偏，集电结反偏使发射结正偏，集电结反偏2. 向负载和各元件提供功率向负载和各元件提供功率C1、C2(耦合电容耦合电容)：隔直流、通交流：隔直流、通交流RB1 、RB2(基极偏置电阻基极偏置电阻)：提供适宜基极的电流：提供适宜基极的电流RC(集电极负载电阻集电极负载电阻)：将：将 IC UC

6、使电流放大使电流放大 电压放大电压放大RE(发射极电阻发射极电阻)：稳定静态任务点：稳定静态任务点“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对电压放大倍数的影响对电压放大倍数的影响第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底+VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+ui+us+uoiBiC+uCE + uBE 二、直流分析二、直流分析+VCCRCRERB1RB2ICQIBQIEQI1+ UBEQ 要求：要求：I1 (5 10)IBQBQ (5 10)UBEQ方法方法1: 估算估算CCB2B1B2BQVRRRU EBEQBQEQRUUI EQCQII

7、/EQBQII +UCEQ)(ECCQCCCEQRRIVU 稳定稳定“Q的原理：的原理：T IC UE UBE IBIC 第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底方法：利用戴维南定理求方法：利用戴维南定理求 IBQ第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底VCCRCRERB1RB2+VCCVCCRCRE+VCCRB1IBQB2B1B2CCCCRRRVV B2B1B/ RRR B2B1B2B1RRRR EBBEQCCBQ)1(RRUVI 交流通路交流通路1. 电压放大倍数电压放大倍数iouuAu beLbebLb rRriRi iiiiuR Ro源电压放大倍数源电压放大倍数uuAuuuuuuuuA

8、sisiiosos 2. 输入电阻输入电阻beB2B1/rRR 3. 输出电阻输出电阻Ro= RC三、性能目的分析三、性能目的分析小信号等效电路小信号等效电路isiRRARu RCRB1 RB2+ui+uoRLibiciiRCRB1 RB2+ui+uoRLibiciirbe iiRi第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底+us+VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+uo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. 电压放大倍数电压放大倍数iouuAu )1( EbebLbRriRi EbeL)1( RrR 源电压放大倍数源电压放大倍数uuARRR

9、uuuuuuAisisiiosos 2. 输入电阻输入电阻)1(/EbeB2B1iRrRRR 3. 输出电阻输出电阻Ro = RC交流通路交流通路RCRB1 RB2+ui+uoRLibiciiRERCRB1 RB2+ui+uoRLibiciirbe ibRERiRi第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底例例3.2.1 =100, RS= 1k , RB1= 62k , RB2= 20k , RC= 3k RE = 1.5k , RL= 5.6k , VCC = 15V。求：。求：“Q , Au, Ri, Ro解解1求求“Q)V( 7 . 362201520BQ U)mA( 25 . 17 .

10、 07 . 3EQCQ IIA 20mA)( 02. 0100 /2BQ I)V( 6)5 . 13(215CEQ U2求求 Au、Ri、Ro 、 Aus 150002. 0/26200/26200BQbe Ir1305 . 13/5.6 100 beL rRAu )k( 36. 15 . 1/62/20/beB2B1i rRRR7536. 11)130(36. 1uSiisis ARRRAuuAuuRo = RC= 3 k +VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+us+uo去掉旁路电容去掉旁路电容 CE 时：时：+VCCRCC1C2RLRE+RB1RB2RS+us+uo1静态任

11、务点静态任务点“Q不变不变2求求 Au、Aus 、Ri、RoRCRB1 RB2+ui+uoRLibiciirbe iiREEbeL)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又较大的电路又较大的电路第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底3.2.2 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)IBQ = (VCC

12、UBEQ) / RB + (1 + ) REICQ = I BQUCEQ = VCC ICQRE交流通路交流通路二、性能目的分析二、性能目的分析LbeLLEbbebLEbio)1()1(/)1(/1RrRRRiriRRiuuAu ）（RL = RE / RL)1(/()1(LbeBLbeiBiii iiRrRRruRuuiuR = RB / Ri一、电路组成与静态任务点一、电路组成与静态任务点RsRB+uoRLibiciiREusRB+uoRLibiciirbe iiRERs+IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+us第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底3.2.2

13、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、电路组成与静态任务点一、电路组成与静态任务点IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+usIBQ= (VCC UBEQ) / RB +(1+ ) REICQ= I BQ UCEQ = VCC ICQ RE二、性能目的分析二、性能目的分析交流通路交流通路RsRB+uoRLibiciiREusRB+uoRLibiciirbe ibRERs+LEbbebLEbio/)1(/ 1RRiriRRiuuAu ）（LbeL)1()1(RrR 1LbeiBiiiii)1(RruRuuiuR )1(/(Lb

14、eBRrR RiRi第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底 0LoooS RiuRu射极输出器特点射极输出器特点Au 1 输入输出同相输入输出同相R i 高高R o 低低用途：输入级用途：输入级 输出级输出级 中间隔离级中间隔离级求输出电阻求输出电阻usRB+uoRLibiciirbe iiRERs+RBibiciirbe iiRERsus = 0+uiiREb b EiiiiR SbeE)1(RruRu Rs=Rs / RB 1)(/)1/()(SbeESbeEoRrRRruRuuiuR第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底P74例例 3.2.2 =120, RB = 300 k , r

15、bb= 200 , UBEQ = 0.7VRE = RL = Rs = 1 k , VCC = 12V。求：。求：“Q 、Au、Ri、Ro解解 1求求“QIBQ = (VCC UBE) / RB + (1+ ) RE= (12 0.7) / 300 +121 1 27 (A)IEQ ICQ = I BQ = 3.2 (mA)UCEQ = VCC ICQ RE = 12 3.2 1 = 8.8 (V)2求求 Au、Ri、Rorbe= 200 + 26 / 0.027 1.18 (k )98. 05 . 012118. 15 . 0121)1()1(LbeL RrRAu Ri = 300/(1.1

16、8 121)= 51.2 (k )( 181)(/SbeEo RrRRIBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+us第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底无无C3、RB3：Ri = (RB1 / RB2) / rbe + (1 + ) RE)Ri = 50 / 510 = 45 (k )Ri = (RB3 + RB1 / RB2) / rbe + (1+ )RE)Ri = (100 + 50) / 510 = 115 (k )无无C3有有RB3 ：接接C3：RB3 / rbe rbeRi = rbe+(1+) (RB/ RE)=(1 + ) (RB / RE )R i=

17、51 50 / 10 = 425 (k )提高提高 Ri 的电路的电路+C1RSRERB1+VCCC2+uo+us+RB2RB3C3 5050100k100k100k10k RB+uoibiciirbe iiRE+ uiRB3第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底3.2.3 共基极放大电路共基极放大电路一、求一、求“Q (略略)二、性能目的分析二、性能目的分析beLbebLbio rRriRiuuAu RiRi 1)1(be bbebeiiririiuR)1(/beEi rRRRoRo= RC特点：特点：1. Au大小与共射电路一样大小与共射电路一样2. 输入电阻小输入电阻小, Aus小小R

18、CRERS +us RL+uoRCRERS+usRLrBEioicieiiib ib+ui+VCCRCC2C3RLRE+RB1RB2RS +us +uoC1第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底3.3.1 差分放大电路的任务原理差分放大电路的任务原理特点：特点：a. 两个输入端两个输入端,两个输出端两个输出端b. 元件参数对称元件参数对称c. ui1 = ui2 时时, uo = 0能有效地抑制零点漂移能有效地抑制零点漂移ICQ1ICQ2IEEIEQ1IEQ2UCQ1VEE = UBEQ + IEEREEIEE = (VEE UBEQ) / REEICQ1 = ICQ2 (VEE UBEQ)

19、 / 2REEUCQ1 = VCC ICQ1RCUCQ2 = VCC ICQ2RCUo = UCQ1 UCQ2 = 0一、电路组成及静态分析一、电路组成及静态分析直直流流通通路路UCQ2第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底V1VCCV2VEERCRCREEui1ui2uoV1+VCCV2VEERCRCREEuoVEE1. 差模输入与差模特性差模输入与差模特性 差模输入差模输入ui1 = ui2差模输入电压差模输入电压uid = ui1 ui2 = 2ui1 = ui2差模信号交流通路差模信号交流通路ic1ic2使得：使得：ic1 = ic2uo1 = uo2差模输出电压差模输出电压uod

20、= uC1 uC2= uo1 ( uo2) = 2uo111idodd22iouuuuuAbeCd1rRAu 差模电压放大倍数差模电压放大倍数带带RL时时RLbeLdrRAu L21CL/RRR Rid = 2rbe差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻Rod = 2RC大小一样大小一样 极性相反极性相反二、动态分析二、动态分析第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底ui1V1+VCCV2RCRCuodui2uo1uo2ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2例例3.3.1 知知: = 80, rbb = 200 , UBEQ = 0.6 V, 试求试求:(

21、1) 静态任务点静态任务点 (2) 差模电压放大倍数差模电压放大倍数Aud差模输入电阻差模输入电阻Rid，输出电阻，输出电阻Rod解解(1) ICQ1 = ICQ2 (VEE UBEQ) / 2REE= (12 0.6) / 2 20 = 0.285 (mA)UCQ1= UCQ2 = VCC ICQ1RC=12 0.285 10= 9.15 (V)(2)( 7489285. 0268120026)1(200EQbe Ir beLd rRAu L21CL/RRR = 10 / 10 = 5 (k )7 .5259. 7580 Rid=2rbe = 2 7.59 = 15.2 (k )Rod =

22、2RC = 20 (k )第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底ui1V1+12VV212VRCRCREEuodui210 k10 k20 k20 k2. 共模输入与共模抑制比共模输入与共模抑制比共模输入共模输入ui1 = ui2共模输出电压共模输出电压uic = ui1 = ui2使得使得:ie1 = ie2IEQ1 + ie1IEQ2 + ie2ue = 2ie1REE2REE2REE共模输入电压共模输入电压uoc = uC1 uC2= 00icocc uuAu共模抑制比共模抑制比cdCMRuuAAK 用对数表示：用对数表示：cdCMRlg20)dB(uuAAK 大小一样大小一样极性一样

23、极性一样共模信号交流通路共模信号交流通路第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2V1V2RCRCuodui2uC1uC2(2) 假设假设Aud = 50、 Auc = 0.05求输出电压求输出电压uo，及，及KCMR1.01V0.99V解解可将恣意输入信号分解为可将恣意输入信号分解为共模信号和差模信号之和共模信号和差模信号之和(1)ui1 = 1.01 = 1.00 + 0.01 (V)ui2 = 0.99 = 1.00 0.01 (V)uid = u i1 u i2 = 1.01 0.99 = 0.02 (V)uiC = (u

24、i1+ ui2 ) / 2 = 1 (V)id21i1 iuuuc id21ici2uuu (2) uod = Auduid = 500.02= 1 (V)uoc = Aucuic= 0.051 = 0.05 (V)uo = Auduid + Aucuic= 1.05 (V)cdCMRlg20)dB(uuAAK 05. 050lg20 = 60 (dB)(1) 求差模输入电压求差模输入电压uid 、共模输入电压、共模输入电压uic例例3.3.2第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC23.3.2 具有电流源的差分放大电路具有电流源

25、的差分放大电路一、电流源电路一、电流源电路增大共模放大倍数的思绪：增大共模放大倍数的思绪：增大增大RE用恒流源替代用恒流源替代RE特点：特点：直流电阻为有限值直流电阻为有限值动态电阻很大动态电阻很大1. 三极管电流源三极管电流源简化画法简化画法电流源电流源替代差替代差分电路分电路中的中的RE第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V3ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI02. 比例型电流源比例型电流源第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底二极管温度补偿二极管温度补偿V1+VCC

26、RERB1RB2I0V2比例型电流源比例型电流源V1+VCCR2RR1I0V2IREFUBE1UBE11BE1CCREFRRUVI UBE1 UBE221REF0RRII 多路电流源多路电流源V1+VCCR2RR1I01V2IREFR3I02V321REF02RRII 31REF03RRII 镜像电流源镜像电流源UBE1= UBE2I0= IREF微电流源微电流源I0R2 = UBE1 UBE22BE2BE10RUUI 4. NMOS管电流源管电流源原理电路原理电路当当V1、V2几何尺寸一样时几何尺寸一样时I0= IREF当当V1、V2几何尺寸不同时几何尺寸不同时I0IREF采用采用V3管替代

27、管替代R3. 镜像和微电流源镜像和微电流源第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底I0V1RV2IREFV1+VCCR2RI0V2IREFUBE1UBE1+VCCV1RI0V2IREFDGSGSDVEE+VCCV1I0V2IREFDGSGSDVEEV3DSGV3、V4构成比例电流源电路构成比例电流源电路21BE4EEC4REFRRUVII 32REF0C3 RRIII 二、具有电流源的差分放大电路二、具有电流源的差分放大电路简化简化画法画法能调零的能调零的差分电路差分电路第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEER2R3IC3V3V4IREFIC4

28、ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI0ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI0RPMOS差分电路差分电路例例3.3.3 = 100(1) 求静态任务点求静态任务点(2) 求电路的差模求电路的差模Aud、Rid、Ro解解 (1) 求求“Q 21BE4EEREFRRUVI 1 . 02 . 67 . 06 32REF0 RRII mA 84. 0 ICQ1 = ICQ2 = 0.5 I0mA 42. 0 UCQ1 = UCQ2 = 6 0.42 7.5 = 2.85 (V)(2)求求Aud、Rid、Ro)( 645242. 026101200be2 be1 rrp21beCd)1( RrRAu 6505. 010145. 65 . 7100 )1( 2p21beidRrR k 23 Ro = 2RC = 15 (k )(mA) 84. 0 第第3 3章章 放大电路根底放大电路根底ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEER2R3IC3V3V4IREF+6V 6