基本放大电路 (4)精品课件

1、基本放大电路第1页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 理解共发射极单管放大电路的基本结构和工作原理，掌握静态工作点的估算，掌握微变等效电路的分析方法，了解放大电路输入电阻和输出电阻的概念；理解射极输出器的基本特点和用途；了解放大电路的频率特性；了解多级放大的概念；理解差分放大电路的工作原理及差模信号和共模信号的概念；理解基本的互补对称功率放大电路的工作原理；理解MOS场效晶体管的基本结构、工作原理、主要特性和主要参数的意义，了解共源极放大电路的工作原理。教学要求第2页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二重点 共射极单管放大电路的基本结构和工作原理，静态

2、工作点的估算，微变等效电路的分析法。输入电阻、输出电阻的概念，射极输出器的基本特点，多级放大电路的概念。差模信号和共模信号的概念，基本的互补对称功率放大电路的工作原理。难点放大电路的频率特性。学时数讲课7学时，习题1学时。 第3页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.1 共发射极放大电路的组成晶体管T：放大元件（控制元件），即能量较小的输入信号通过晶体管的控制作用，去控制电源EC 所供给的能量，以在输出端获得一个能量较大的信号。集电极电源EC：为输出信号提供能量，并保证集电结反向偏置。集电极电阻RC：将集电极电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。共发射极基本交流放

3、大电路ECRSesRBEBRCC1C2TRLuiuouBEuCEiCiBiE+-+-+-+-+-+第4页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二耦合电容C1、C2：是极性电容器，起隔直通交作用。15.1 共发射极放大电路的组成基极电源EB和基极电阻RB：使发射结处于正向偏置，并提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点。共发射极基本交流放大电路ECRSesRBEBRCC1C2TRLuiuouBEuCEiCiBiE+-+-+-+-+-+共发射极基本交流放大电路+ UCCRSesRBRCC1C2TRLuiuouBEuCEiCiBiE+-+-+-+-+-+第5页，共74页，

4、2022年，5月20日，22点33分，星期二15.1 共发射极放大电路的组成+-+-+-+-放大电路示意图 放大电路的输入端可用一个等效电阻ri 表示，称为放大电路的输入电阻，是信号源的负载，即 放大电路的输出端可用一电压源( ，ro )表示，它是负载电阻RL的电源，其内阻ro称为放大电路的输出电阻。放大电路的电压放大倍数第6页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.2 放大电路的静态分析静态：放大电路无输入信号(ui = 0)时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。静态分析：确定放大电路的静态值(直流值)，即 IB、IC、UBE、UCE ，设置合适的静态工作点，使放大电

5、路的输出信号不失真。放大电路中电压和电流的符号直流分量：IB、IC、IE、UCE、UBE交流分量：ib、 ic、 ie、 uce、 ube总量：iB、iC、 iE、 uCE、uBE第7页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 用估算法确定静态值15.2 放大电路的静态分析直流通路+ UCCRBRCTUBEUCEICIBIE+-+- 用图解法确定静态值 绘出晶体管的输出特性曲线组。 作出直流负载线：UCE = UCC ICRC 。 由直流通路求出偏流IB，确定某条输出特性曲线。 负载线与确定的那条输出特性曲线的交点即为静态工作点Q，进而确定UCE、IC。第8页，共74页，202

6、2年，5月20日，22点33分，星期二由IB确定的某条输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点15.2 放大电路的静态分析用图解法确定放大电路的静态工作点负载线斜率直流负载线20A36IC/mA123UCE/V912O1.5IB=040A60A80AQQ2Q1第9页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.3 放大电路的动态分析动态：放大电路有输入信号(ui 0)时的工作状态。分析方法：微变等效电路法、图解法。动态分析：在静态值确定的基础上分析各极电压和电流的交流分量，计算电压放大倍数Au、输入电阻ri 、输出电阻ro等。 微变等效电路法微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成

7、的放大电路等效为一个线性电路，即把晶体管线性化，等效为一个线性元件。第10页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作，则在静态工作点附近的小范围内可用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。15.3 放大电路的动态分析 晶体管的微变等效电路输入特性曲线晶体管的输入电阻低频小功率晶体管的输入电阻估算式：晶体管的输入电路可用rbe等效代替。UBEQIBUBEOIBUCEIB第11页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二输出特性曲线rce的阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻：晶体管的电流放大系数： 晶体管的输出电路可用

8、一受控电流源 ic= ib代替，表示其电流控制作用15.3 放大电路的动态分析ICUCEICUCEOQICUCEICIBIB第12页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.3 放大电路的动态分析晶体管微变等效电路icibibubeuce+-+-E BCrbe晶体管icibubeuce+-+-E BC 放大电路的微变等效电路电容对交流视作短路。一般直流电源的内阻很小，可忽略不计，对交流也视作短路。晶体管用其微变等效电路代替。第13页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.3 放大电路的动态分析共发射极基本交流放大电路+ UCCRSesRBRCC1C2T

9、RLuiuouBEuCEiCiBiE+-+-+-+-+-+微变等效电路icibuiuo+-+-ibE BCrbeRLRCRBRSes+-ii微变等效电路+-+-E BCrbeRLRCRBRS+-交流通路RSesRBRCTRLuiuoubeuceicib+-+-+-+-+-iiBCE第14页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 电压放大倍数的计算负载电阻RL愈小，则放大倍数愈低；负号表示输出电压与输入电压的相位相反。Au与和rbe均有关。15.3 放大电路的动态分析微变等效电路+-+-E BCrbeRLRCRBRS+-设输入为正弦信号第15页，共74页，2022年，5月20日

10、，22点33分，星期二 放大电路输入电阻的计算它是对交流信号而言的一个动态电阻。 放大电路对信号源（或对前级放大电路）来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻 ri 。15.3 放大电路的动态分析 为什么希望放大电路的输入电阻高一些？ 如果放大电路的输入电阻较小，则：将从信号源取用较大的电流，增加信号源的负担；减小实际输入电压，从而减小输出电压；降低前级放大电路的电压放大倍数。 第16页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二ri15.3 放大电路的动态分析微变等效电路+-+-E BCrbeRLRCRBRS+- 放大电路输出

11、电阻的计算 放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻ro ，它也是一个动态电阻。通常 通常用加压求流的方法求ro ，即ro+-第17页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二为什么希望放大电路的输出电阻低一些？ 15.3 放大电路的动态分析 若放大电路的输出电阻较大，则当负载变化时，输出电压的变化也较大，说明放大电路带负载的能力较差。 +-+- 放大电路对负载来说是一信号源，可用戴维宁等效电路(等效电动势 和内阻ro)表示，其内阻即为放大电路的输出电阻ro ，等效电动势 即为放大电路的开路输出电压(未接负载电阻)。输出端接负载电阻时第1

12、8页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 图解法 交流负载线直流负载线其斜率交流负载线其斜率交流负载线交流负载线比直流负载线要陡些。15.3 放大电路的动态分析直流负载线20A36iC/mA123uCE/V912OIB=040A60A80AQ第19页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 图解分析15.3 放大电路的动态分析uBE/VO0.40.820iB/A4060Q2uBE/VOttO20iB/A4060QQ1tO1iC/mA231.536uCE/V920AiC/mA123OIB=040A60A80A1.5uCE/VOtIBUBE(uo)(ui)IBQ

13、1QQ2ICUCE(ic)(ib)uBE=ube+UBEuCE=uce+UCEiB=ib+IBiC=ic+IC电压放大倍数等于输出正弦电压的幅值与输入正弦电压的幅值之比。交流信号传输情况：ui(ube) ibicuo (uce)输出信号uo与输入信号ui相位相反。第20页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.3 放大电路的动态分析uBE/VO0.40.820iB/A4060Q2uBE/VOttO20iB/A4060QQ1tO1iC/mA231.536uCE/V920AiC/mA123OIB=040A60A80A1.5uCE/VOtIBUBE(uo)(ui)IBQ1QQ2

14、ICUCE(ic)(ib) 非线性失真 由于Q设置不合适或信号太大，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，造成非线性失真。 若Q设置太低，则造成截止失真。 若Q 设置太高，则造成饱和失真。第21页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.4 静态工作点的稳定 放大电路应有合适的静态工作点，以保证有较好的放大效果，并且不引起非线性失真。 但由于某些原因，如温度的变化、三极管老化、电源电压波动等因素的影响，将使集电极电流的静态值发生变化，从而影响静态工作点的稳定性。 严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。 第22页，共74页，2022年，5

15、月20日，22点33分，星期二 固定偏置放大电路15.4 静态工作点的稳定 RB一经选定，IB也就固定不变。当温度变化时，Q也发生变化。共发射极基本交流放大电路+ UCCRSesRBRCC1C2TRLuiuouBEuCEiCiBiE+-+-+-+-+-+ 固定偏置放大电路简单、容易调整，但不能稳定静态工作点Q。直流通路+ UCCRBRCTUBEUCEICIBIE+-+-第23页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 电路特点15.4 静态工作点的稳定 分压式偏置放大电路+ UCCRB1RCTUBEUCEICIB+-+-RB2REI1IEI2B直流通路若 ，则IC不受温度影响，

16、基本固定。VB不受温度影响，基本固定。+ UCCRSesRB1RCC1C2TRLuiuouBEuCEiCiBCE+-+-+-+-+-+RB2RE分压式偏置放大电路第24页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 I2 不能太大，否则RB1和RB2 就要取得较小，这将增加功率损耗及从信号源取用较大的电流，使信号源内阻压降增加，加在放大电路输入端的电压减小。 VB不能太高，否则使VE增高，UCE相对减小，从而减小了放大电路输出电压的变化范围。 则VB和IC与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，从而静态工作点能得以基本稳定。只要满足15.4 静态工作点的稳定对硅管而言估算可选取

17、注意第25页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 稳定过程TUBEIBICVEIC 对直流而言，RE越大，稳定性能越好，但RE不能太大，否则将减小输出电压的幅值。 对交流而言，RE增大，其交流压降使ube减小，从而降低电压放大倍数。 因此，可在RE 两端并联一个电容值较大的旁路电容CE。15.4 静态工作点的稳定第26页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 静态分析15.4 静态工作点的稳定+ UCCRB1RCTUBEUCEICIB+-+-RB2REI1IEI2B直流通路+ UCCRSesRB1RCC1C2TRLuiuouBEuCEiCiBCE+-+-+

18、-+-+-+RB2RE分压式偏置放大电路第27页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 动态分析15.4 静态工作点的稳定微变等效电路+-+-E BCrbeRLRCRB2RS+-RB1+ UCCRSesRB1RCC1C2TRLuiuouBEuCEiCiBCE+-+-+-+-+-+RB2RE分压式偏置放大电路第28页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二例1：如图，已知UCC=12V，RC= 2k，RE1= 1.8k，RE2= 0.2k，RB1= 20k，RB2= 10k，RL= 6k，晶体管的= 37.5，UBE=0.6V。试求静态值；画出微变等效电路；计算

19、该电路的Au，ri和ro 。15.4 静态工作点的稳定+ UCCRSesRB1RCC1C2TRLuiuoCE+-+-+-+RB2RE2RE1+ UCCRB1RCTUBEUCEICIB+-+-RB2RE2IE直流通路RE1解：第29页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二微变等效电路15.4 静态工作点的稳定+ UCCRSesRB1RCC1C2TRLuiuoCE+-+-+-+RB2RE2RE1+-+-rbeRLRCRB2RS+-RB1RE2BCE第30页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.4 静态工作点的稳定+-+-rbeRLRCRB2RS+-RB1R

20、E2BCE讨论：为什么留有一段发射极电阻而未被CE旁路？第31页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.5 放大电路的频率特性 由于在放大电路中一般都有电容元件，如耦合电容、发射极电阻交流旁路电容及晶体管的极间电容和联线分布电容等。 实际中，放大电路的输入信号往往是非正弦量，它可分解为基波及各种频率的谐波分量。 这些电容对不同频率的信号所呈现的容抗值是不相同的，故放大电路对不同频率的信号在幅度上和相位上放大的效果不完全一样，从而产生频率失真（含幅度失真和相位失真）。第32页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二带宽：BW = f2 - f115.5 放大

21、电路的频率特性频率特性幅频特性：电压放大倍数的模|Au|与频率 f 的关系。 相频特性：输出电压相对于输入电压的相位移 与频率 f 的关系。O 270 180 90相频特性ff1f20.707|Auo|通频带f|Au|Auo|幅频特性Of1：下限频率f2：上限频率 对放大电路而言，希望通频带宽一些，容纳更多频率的信号，以减小频率失真。第33页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二在中频段： 由于耦合电容和发射极旁路电容的容量较大，故对中频段信号来讲容抗很小，可视作短路。 晶体管的极间电容和联线分布电容很小，可认为它们的等效电容C0并联在输出端上。由于C0的容量很小，它对中频段

22、信号的容抗很大，可视作开路。 所以，在中频段可以认为电容不影响交流信号的传送，放大电路的放大倍数与信号频率无关。 前面所讨论的电压放大倍数都是指放大电路工作在中频段的情况。15.5 放大电路的频率特性第34页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二在高频段： 由于信号频率较高，耦合电容和发射极电阻旁路电容的容抗比中频段更小，故可视作短路。 但C0的容抗将减小，它与输出端的电阻并联后，使总阻抗减小，又电流放大系数 下降，因而使输出电压减小，电压放大倍数降低。在低频段： 由于信号频率较低，耦合电容和发射极电阻旁路电容的容抗较大，其分压作用不能忽略，以至实际送到晶体管输入端的电压ub

23、e比输入信号ui要小，故放大倍数要降低。C0的容抗比中频段更大，仍可视作开路。 15.5 放大电路的频率特性第35页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.6 射极输出器 因为电源UCC对交流信号相当于短路，故集电极成为输入与输出电路的公共端，所以是共集电极电路。 射极输出器：输出端从发射极输出。+ UCCRSesRBC1C2TRLuiuouBEuCEiCiB+-+-+-+-+-+REiE第36页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 静态分析15.6 射极输出器+ UCCRSesRBC1C2TRLuiuouBEuCEiCiB+-+-+-+-+-+REi

24、E+ UCCRBTUBEUCEICIB+-+-REIE直流通路第37页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 动态分析15.6 射极输出器+ UCCRSesRBC1C2TRLuiuouBEuCEiCiB+-+-+-+-+-+REiE+-+-rbeRLRBRS+-REBCE微变等效电路 电压放大倍数第38页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二由于 ，电压放大倍数接近且恒小于1。 虽无电压放大作用，但有一定的电流放大和功率放大作用。15.6 射极输出器输出电压与输入电压同相，具有跟随作用。 由于 ，因而输出端电位跟随输入端电位的变化而变化，具有跟随作用，故称射

25、极跟随器。第39页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 输入电阻 射极输出器的输入电阻很高，通常作为放大电路的输入级。15.6 射极输出器+-+-rbeRLRBRS+-REBCE第40页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 输出电阻用加压求流法，即15.6 射极输出器+-+-rbeRLRBRS+-REBCE+-rbeRBRSREBCE 射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强，可作为放大电路的输出级。第41页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二射极输出器的应用因为输入电阻高，它常被用作多级放大电路的输入级，以减轻信号源负担。因为输出电阻

26、低，它常被用作多级放大电路的输出级，以提高带负载能力。 可将射极输出器接在两级共发射极放大电路之间，起阻抗变换作用。这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。 射极输出器的主要特点：电压放大倍数接近 1 ；输入电阻高；输出电阻低。15.6 射极输出器第42页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 多级放大电路的总电压放大倍数为各级电压放大倍数的乘积； 多级放大电路的总输入电阻为第一级放大电路的输入电阻； 多级放大电路的总输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻； 前级放大电路的输出信号为后级放大电路的输入信号； 后级放大电路的输入电阻为前级放大电路的负载。 耦合方式：直接耦合、阻容

27、耦合和变压器耦合。多级放大电路及其级间耦合方式15.6 射极输出器第43页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二直接耦合：将前级的输出端直接接到后级的输入端，可用来放大缓慢变化或直流变化的信号。直接耦合放大电路15.7 差分放大电路+UCCRB2T1uiuo+-+-RE2RB1RC1T2RC2IE2两级直接耦合放大电路 发射极电阻 RE2用来确定两级合适的工作点，即例：第44页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二零点漂移 零点漂移：当输入信号为零时，输出信号出现缓慢地、无规则地变化的现象。 产生零漂的原因：晶体管参数随温度的变化、电源电压的波动、电路元件参

28、数的变化等。其中温度的影响最严重，因而零漂也称为温漂。 直接耦合存在的两个问题：前后级静态工作点相互影响抑制零漂关键在第一级15.7 差分放大电路uotO抑制零漂最有效的电路结构是差分放大电路第45页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.7.1 差分放大电路的工作原理 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等，因而它们的静态工作点必然相同。15.7 差分放大电路差分放大原理电路 +UCCRB2T1ui1+-RB1RCRCT2ui2+-RB1RB2+-uo第46页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二uo=VC1-VC2 =

29、0uo=(VC1 +VC1)-(VC2 +VC2)= 0静态时，ui1=ui2=0当T 对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移（不管何种原因引起的）具有抑制作用。 零点漂移的抑制15.7 差分放大电路+UCCRB2T1ui1+-RB1RCRCT2ui2+-RB1RB2+-uoIC1=IC2，VC1=VC2ICVCIC1=IC2，VC1=VC2第47页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 对于完全对称的差分放大电路来说，两管的集电极电位变化相同，因而输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。共模输入 两个输入信号大小相等，极性相同，即 ui1 = ui2 差分电路抑制共模信号能

30、力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。 信号输入15.7 差分放大电路+-+-+UCCRB2T1ui1RB1RCRCT2ui2RB1RB2+-uo第48页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二 若ui1 0，ui2 0，则产生强电场，吸引P型衬底中的电子到达表层填补空穴形成负离子耗尽层。当UGS大于一定值时，形成沟通漏区和源区的N型导电沟道(与P型衬底间被耗尽层绝缘)。第68页，共74页，2022年，5月20日，22点33分，星期二15.9 场效晶体管及其放大电路P型硅衬底N+N+SGDUGS+-N沟道UDS+-ID 形成导电沟道后，在漏-源电压UDS的作用下，将产生漏极电流ID，管子导通。 开启电压UGS(th)：在一定的漏-源电压UDS下，使管子由不导通变为导通的临界栅-源电压。特性曲线ID/mAUGS/VO无沟道有沟道UDS=常数N沟道增强型管的转移特性曲线ID/mAUDS/VOUGS=1VN沟道增强型管的输出特性曲线2V3V4V第69页，共7