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1、Email:jiangli_,简化分析法,uD,iD,通过将器件理想化，将电路简化为分段线性电路。,电子电路常用的一种分析方法：,正偏导通，uD = 0；反偏截止， iD = 0,理想模型,器件的每种状态对应于一种线性电路拓扑。,uD,iD,UD(on),恒压降模型,其基本思想是当二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典型值硅二极管为0.7V，锗二极管为0.2V,例、R=10k,UD(ON)=0.7V,对于下列两种情况,求出电路的ID,UD的值：(1)UDD=10V,(2)UDD=1V在每种情况下，应用理想模型，恒降压模型求解。,理想模型,(1) UDD=10V,恒降压模型,(2

2、) UDD=1V,理想模型,恒降压模型,UD D 大， 采用理想模型 UDD 小， 采用恒压降模型,例: 一限幅电路如图所示，二极管为理想二极管，R=1K，UREF=5V。当uI=10SIN t V时，绘出相应的输出uO的波形。,t,uI,5V,分析：判断二极管状态,将D断开，求二极管两侧电压,若uI UREF ,则将二极管接入后，二极管截止。 uO = uI,若uI UREF ,则将二极管接入后，二极管导通。 uO = UREF,稳压电路:,待稳压的直流电源,限流电阻,注意稳压管的接法,负载,-能克服电源电压波动和输出负载变化的影响，输出稳定的直流电压,例：右图为稳压管稳压电路 稳压管技术参

3、数： Z6.8V，IZMAX=10mA 输入电压I=10V,其不稳定量I=1V ， 为保证通过稳压管的电流小于IZMAX ，求限流电阻的最小值。,分析:当I最大，RL开路时，通过稳压管的电流最大因此，为了保证稳压管安全工作， IZ IZMAX,由此可求得限流电阻的最小值,例：两个稳压管DZ1,DZ2，其稳压值分别为5.5V和8.5V，正向压降均为0.5V，要得到6V和14V电压，试画出稳压电路,分析：稳压管工作在反向击穿特性上它反向偏置时，管两端电压为其稳压值，稳压管正向偏置时，管两端电压为其正向压降值,1.2 半导体三极管,又称双极型晶体管BJT（Bipolar Junction Trans

4、istor） 或半导体晶体管（Semiconductor Transistor) 或简称三极管，晶体管(Transistor),例：测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？ （1） VC 6V VB 0.7V VE 0V （2） VC 6V VB 4V VE 3.6V （3） VC 3.6V VB 4V VE 3.3V,解：,原则：,（1）放大区 （2）截止区 （3）饱和区,例某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。,解：电流的正方向和KCL。IE=IB+ IC,A,B,C,IA,IB,I

5、C,C为发射极 B为基极 A为集电极。 管型为NPN管。,例：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为： （1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V （2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V （3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V （4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V 判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。,（1）U1 b、U2 e、U3 c NPN 硅 （2）U1 b、U2 e、U3 c NPN 锗 （3）U1 c、U2 b、U3 e PNP 硅 （4）U1 c、U2 b、U3 e PNP 锗,原则：先

6、求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。 NPN管UBE0， UBC0，即UC UB UE 。 PNP管UBE0， UBC0，即UC UB UE 。,解：,例：已知电路参数和三极管输入、输出特性曲线， 试求IBQ、ICQ、UCEQ。,Q,输入回路直流负载线方程 UBE=UBB-IBRB,UBEQ,IBQ,输出回路直流负载线方程 UCE=UCC-ICRC,IB = IBQ,Q,ICQ,UCEQ,五、电路模型 1、放大模式下的大信号模型,五、电路模型 2、饱和模式 ( 发射结正偏，集电结正偏),若忽略饱和压降，三极管输出端近似短路。即三极管

7、工作于饱和模式时，相当于开关闭合。,五、电路模型 3、截止模式 ( 发射结反偏，集电结反偏),若忽略反向饱和电流，三极管IB 0，IC 0。,即三极管工作于截止模式时，相当于开关断开。,例：已知UBE(on)=0.7V ，UCE(sat)=0.3V ，=30 ，试 判断三极管工作状态，并计算VC。,解：,假设T工作在放大模式,因为 集电结反偏，所以三极管工作在放大模式,VC = UCEQ= 4.41V,例若将上例电路中的电阻RB 改为10k，试重新 判断三极管工作状态，并计算VC。,解：,假设T工作在放大模式,因为 UCEQ不可能为负，所以三极管工作在饱和模式。,例：已知UBE(on)=0.7

8、V ，UCE(sat)=0.3V ，=30 ，试 判断三极管工作状态，并计算VC。,解：,所以三极管工作在截止模式 。, U(th),三种工作状态,判断导通还是截止：,UBE U(th) 则导通,以 NPN为 例：,UBE U(th) 则截止,判断饱和还是放大：,1. 电位判别法,NPN 管,UC UB UE,放大,UE UC UB,饱和,PNP 管,UC UB UE,放大,UE UC U B,饱和,判断饱和还是放大：,2. 假设法,3. 电流判别法,IB IBS 则饱和,IB IBS 则放大,用相应简化电路模型替代三极管,假定放大模式，估算UCE :,若VE 0.7V,放大模式,若VE0.7

9、V,饱和模式,iD/mA,uDS /V,0,UGS =0V,-1. 5V,-1V,-0. 5V,NJFET共源组态输出特性曲,三极管是电流控制型 场效应管是电压控制型,4、FET直流简化电路模型(与三极管相对照),场效应管G、S之间开路 ，IG0。,三极管发射结由于正偏而导通，等效为UBE(on) 。,FET输出端等效为压控电流源， ID受UGS控制。,三极管输出端等效为流控电流源，满足IC= IB 。,4、FET直流简化电路模型(与三极管相对照),四、各类场效应管的符号和特性曲线,S,G,D,S,G,D,结型场效应管JFET,S,G,B,D,ID,S,G,B,D,ID,B,S,G,D,ID,

10、S,G,B,D,ID,NEMOS,NDMOS,PDMOS,PEMOS,MOS场效应管MOSFET,NJFET,PJFET,四、各类场效应管的符号和特性曲线,P沟道与N沟道的差别仅在于电压极性与电流方向相反。,UDS极性取决于沟道类型,N沟道：UDS 0 P沟道：UDS 0,UGS极性取决于工作方式及沟道类型,增强型MOS管： UGS 与UDS 极性相同。,耗尽型MOS管： UGS 取值任意。,结型FET管： UGS与UDS极性相反。,第3章 基本放大电路,3.1 放大电路的组成与技术指标 3.2 放大电路的稳定偏置 3.3 各种基本组态放大电路的分析与比较 3.4 放大电路的通频带,3.1.1

11、 放大电路的组成,3.1.1 放大电路的组成,晶体管T-放大元件, iC= iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区 。,基极电源EB与基极电阻RB-使发射结 处于正偏，并提供大小适当的基极电流。,放大器中各个元件的作用,3.1.1 放大电路的组成,集电极电源EC -为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC-将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容C1 、C2 -隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。,3.1.1 放大电路的组成,单电源供电时常用的画法,3.1.1 放大电路的组成,共射放大电路的电压放大作用,无输入信号(ui = 0)时:,uo

12、 = 0 uBE = UBE uCE = UCE,(1) 无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE 。,(IB、UBE) 和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。,3.1.1 放大电路的组成,结论：,UBE,无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,？,有输入信号(ui 0)时,uCE = UCC iC RC,uo 0 uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo,共射放大电路的电压放大作用,3.1.1 放大电路的组成,(2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的

13、大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。,3.1.1 放大电路的组成,结论：,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,静态分析,(3) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。,3.1.1 放大电路的组成,结论：,(4)放大的实质:用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。,直流通路和交流通路,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。,直流通路：无信号时电流（直流电流）的通

14、路， 用来计算静态工作点。,交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路， 用来计算电压放大倍数、输入电阻、 输出电阻等动态参数。,3.1.1 放大电路的组成,例：画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流通路用来计算静态工作点Q ( IBQ 、ICQ 、UCEQ ),对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,对交流信号(有输入信号ui时的交流分量),XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,短路,短路,对地短路,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,3.1.2 放大电路的分析方法,由于交流信号均叠加在静态

15、工作点上，且交流信号幅度很小，因此对工作在放大模式下的电路进行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。,3.1.2 放大电路的分析方法,一、放大电路的静态分析,静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。,分析方法：估算法、图解法。 分析对象：各极电压电流的直流分量。 所用电路：放大电路的直流通路。,静态工作点Q：IB、IC、UCE 。,静态分析：确定放大电路的静态值。,1.用近似估算法求静态工作点,即利用直流通路，计算静态工作点。直流通路是指输入信号为零，耦合及旁路电容开路时对应的电路。,断开,断开,1.用近似估算法求静态工作点,根据直流通路可知：,2. 用图解分析法确定静态工作

16、点,即利用三极管的输入、输出特性曲线与管外电路所确定的负载线，通过作图的方法进行求解。, 列出输入回路方程：UBE=UCC-IBRB, 列出输出回路方程：UCE=UCC-ICRC, 在输入特性曲线上，作出直线 UBE =UCCIBRB，两线的交点即是Q点，得到IBQ。,Q,UBEQ,IBQ,IB = IBQ,Q,ICQ,UCEQ, 在输出特性曲线上，作出直流负载线 UCE=UCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到UCEQ 和ICQ。,二、放大电路的动态分析,动态：放大电路有信号输入（ui 0）时的工作状态。,分析方法： 微变等效电路法，图解法。 所用电路： 放大电路的交流通路。,动

17、态分析: 计算电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro等。,分析对象： 各极电压和电流的交流分量。,1. 交流通路图和交流负载线,短路,短路,对地短路,由交流通路得：,uce= -ic (Rc /RL),瞬时值为：,uCE= uce+UCEQ iC= ic +ICQ,其中RL = RC/RL,uCE - UCEQ= -(iC - ICQ ) RL,过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL 直线，该直线即为交流负载线。,ic,2. 用图解法进行动态分析,图解法直观、实用，还容易看出Q点设置是否合适，波形是否产生失真，但不适合分析复杂电路。,可以测量出放大电路的电压放大倍数；,可以确定最大

18、不失真输出幅度（动态范围）,图解法分析指标：,图解法直观、实用，但不适合分析复杂电路。,若Q设置过低，,晶体管进入截止区工作，造成截止失真。,消除截止失真 升高Q点: 减小RB ，增大IBQ,若Q设置过高，,晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。,消除饱和失真方法：,降低Q点:,增大RB ，减小IBQ,减小RC : 负载线变徒,输出动态范围增加。,如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。,如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。,UCC,放大电路的动态范围,Uomax =min(UCEQ-UCE(sat), (UCC-UCEQ),3. 用微变等

19、效电路法进行动态分析,微变等效电路： 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。,线性化的条件： 晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。,微变等效电路法： 利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro等。,晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。,当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。,1)晶体管的微变等效电路,UBE,对于小功率三极管：,rbe一般为几百欧到几千欧。,Q,晶体管的 输入电阻,晶体管的输入回路(

20、B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和 ib之间的关系。,输出特性在线性工作区是 一组近似等距的平行直线。,晶体管的电流放大系数,晶体管的输出回路(C、E之 间)可用一受控电流源 ic= ib 等效代替，即由来确定ic和 ib之间的关系。,一般在20200之间，在手册中常用hfe表示。,O,1)晶体管的微变等效电路,ib,晶体三极管,微变等效电路,晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。,晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。,1)晶体管的微变等效电路, rbe 与Q点有关，可用图示仪测出，也可用公式计算, ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。 电

21、流方向与ib的方向是关联的。,只适合对小信号的分析,2）放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。,交流通路,分析步骤:,画交流通路(直流电源短路，耦合、旁路电容短路)。,用三极管的微变等效电路模型代替三极管，得放大电 路的微变等效电路。,利用放大电路的微变等效电路分析交流指标。,计算微变参数 rbe。,3） 微变等效电路法,输入电阻,rbe,RB,RC,RL,E,B,C,+,-,+,-,+,-,rS,ib,ui,uo,对输入信号源而言，放大器相当于它的一个负载，而这个等效负载电阻就是放大器输入电阻Ri 。,输入电阻,Ri越大说明该电路对

22、信号电压源的影响小,Ri越大说明源增益越大。,在测量电路中要求Ri越大越好。,输出电阻,rbe,RB,RC,RL,E,B,C,+,-,+,-,+,-,rS,ib,ui,uo,对输出负载而言（根据戴维宁定理和诺顿定理），任何放大器均可看作它的信号源，该信号源内阻即放大器输出电阻Ro 。,uot ：负载开路时es 在电路输出端产生的开路电压。,输出电阻,令负载电阻RL开路，信号源为零。,在输出端外加电压u，则产生电流i。,Ro与RL无关,它反映放大器受负载电阻RL的影响程度。 对电压放大器来说Ro越小，放大器带负载的能力越强。,输出电阻Ro计算方法：,输出电阻,rbe,RB,RC,RL,E,B,C

23、,+,-,+,-,+,-,rS,ib,ui,uo,求Ro的步骤： 1) 断开负载RL,3) 外加电压,4) 求,外加,2) 令,放大倍数,rbe,RB,RC,RL,E,B,C,+,-,+,-,+,-,rS,ib,ui,uo,式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。,源增益,Ri越大，rS对Aus影响越小。,开路电压增益,开路电压增益： 时的增益,RO越小，RL对Au影响越小。,通频带,放大器的失真是指输出信号不能重现输入信号波形的一种物理现象。,失真类型,频率失真,频率失真：,（对三极管而言）,由线性电抗元件引起，故称线性失真。,非线性失真：,注意：线性失真不产生新的频率成份。,进入管子的非线

24、性区域，会产生新的频率分量,通频带,频率失真,一般而言，放大器中含有电抗元件。在正弦信号激励下，不同频率呈现不同电抗，因而放大器增益应为频率的复函数：,通频带-放大电路性能指标之一,增益下降到 时，,对应的上、下限频率fH 、fL之差，即：,fH,fL,通频带,频率失真,实际输入信号含有众多频率分量，当通过放大器时：,若不同频率信号呈现不同增益,幅度失真,相位失真,若不同频率信号呈现不同相角,由于频率失真由线性电抗元件引起，故称线性失真。,注意：线性失真不产生新的频率成份。,3.2 放大电路的稳定偏置,设置静态工作点的电路称放大电路的偏置电路。,对偏置电路的要求：,提供合适的静态工作点Q，保证

25、器件工作在放大模式。,当环境温度等因素变化时，能稳定电路的Q点。,当Q点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或 截止失真。,3.2 放大电路的稳定偏置,固定偏置电路,T时 、ICBO、UBE(on),ICQ,Q点升高,iC,uCE,Q,O,3.2 放大电路的稳定偏置,分压偏置电路,稳定静态工作点的原理：,T ICQ, UEQ(ICQRE), UBEQ(=UBQ-UEQ),IBQ,ICQ,B,目标：温度变化时，使ICQ维持恒定。,如果温度变化时，B点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。,3.2 放大电路的稳定偏置,分压偏置电路,Q点估算：,若满足I1IBQ,则,（固定）,3.2 放大电路的

26、稳定偏置,分压偏置电路,参数计算,工程规定：,I1=（5 10）IBQ（Si）,UBQ=3 5V （Si）,RE越大, Q点越稳定,RE越大, UCEQ越小, 输出动态范围越小,RB1 RB2过小, 放大器的Ri减小,RB1 RB2过大, 基极电位不稳定,3.2 放大电路的稳定偏置,分压偏置电路,分压偏置的共发电路动态指标：,VCC,RC,RB1,es,+ -,RL,+ -,uo,RB2,RE,rS,+,+,C1,C2,1)画交流通路(直流电源短路，耦合、旁路电容短路)。,2) 用三极管的微变等效电路模型代替三极管，得放大电 路的微变等效电路。,4) 利用放大电路的微变等效电路分析交流指标:,

27、3) 计算微变参数 rbe。,RC,RL,+,-,uo,RE,E,C,RB,es,+ -,rS,ui,+,ii,Au、 Ri 、 Ro,RC,RL,+,-,uo,RE,E,C,RB,es,+ -,rS,ui,+,ii,RE,RB,ii,C,RC,RL,+,-,uo,+,-,rS,求Ro的步骤： 1) 断开负载RL,3) 外加电压,4) 求,外加,2) 令,固定偏置电路和分压偏置电路的比较,+UCC,RB,RC,C1,C2,T,+,+,RL,ui,+,uo,+,Au减小,Ri 提高,Ro不变,旁路电容,对交流：旁路电容 CE 将RE 短路， RE不起作用， Au，Ri，Ro与固定偏置电路相同。,

28、例：在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶体管=50， UBE=0.6V, 试求: (1) 求静态工作点 ； (2) 画出微变等效电路； (3) 求Ri、Ro及 Au。,解:,(1)由直流通路求静态工作点。,(2)画放大电路的微变等效电路。,(3)求Au、 Ri 、 Ro 。,场效应管偏置电路,Q点估算：,分压偏置电路,Q点图解：,UGS(th),iD(mA),uGS (V),增强型,电路特点：,分压偏置电路不仅适用于三极管，同时适用于各种类型的场效应管。,场效应管偏置电路,Q点

29、估算：,自偏置电路,Q点图解：,电路特点：,故自偏置电路只适合于耗尽型场效应管,例如：JFET、DMOS管,场效应管偏置电路,Q点估算：,零偏置电路,电路特点：,由于UGS=0，故零偏置电路只适合耗尽型MOS管。,电流源,原理,UBE固定 IB恒定,数值较大。RL rce 时，常忽略。,三极管输出电阻,将RC看成负载,VCC,RC,RB1,IBQ,I1,RB2,RE,B,三极管电流源,恒流原理,直流电阻,电流源上的电压量与电流量之比,交流电阻,电流源上的电压变化量与电流变化量之比,电流源特点：直流电阻小，交流电阻大,VCC,RC,RB1,IBQ,I1,RB2,RE,B,电流源作为有源负载,解决

30、方法：用恒流源（有源负载）取代电阻RC 。,其中,镜像电流源,T1、T2两管严格配对,得知,因此，称IC2是IC1的镜像。,参考电流,由于,因此,（2）, UBE ,T , IC, IB,IC, IR, IB,RO= rce2,微电流源,根据集成工艺的要求，电阻R不易做太大，故前述电流源的IO只能做到mA量级。,式中,三极管方程：,微电流源,电路特点：,可提供A量级的电流,UT=26mV；IC1 mA级；IC2 uA级；RE千欧级,输出电阻,比例电流源,结构特点,两管射极串接不同阻值的电阻。,式中,输出电阻,3.3 各种基本放大电路的分析和比较,三极管放大电路有三种形式,共射极放大器,共基极放

31、大器,共集极放大器,场效应管放大电路有三种形式,共源极放大器,共漏极放大器,共栅极放大器,共集电极放大电路,共集电极放大电路,交流通路,共集电极放大电路,共集电路输入电阻,射极输出器的输入电阻高，对前级有利。,共集电极放大电路,io,RE,RL,+,uo,-,共集电路输出电阻,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,外加,共集电极放大电路,共集电路电压增益,电压放大倍数Au1且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,共集电极放大电路,射极输出器的应用,主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。,1. 因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负

32、担。,2. 因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。,3. 利用 Ri 大、 Ro小以及 Au 1 的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。,共基极放大电路,RB1,us,+ -,RL,+ -,uo,RB2,RE,CB,rS,C1,C2,VCC,RC,共基极放大电路,共基极放大电路,ii,RE,us,+ -,rS,+ -,ui,共基电路输入电阻,ii,共基放大电路的输入电阻很小，只有几十,共基极放大电路,ii,RE,us,+ -,rS,+ -,ui,共基电路输出电阻,ii,Ro,Ro,外加,

33、共基极放大电路,ii,RE,us,+ -,rS,+ -,ui,共基电路电压增益,ii,说明具有电压放大作用，且输出与输入同相,共基极放大电路,共基极放大电路的应用,广泛应用于多级放大器提供增益的增益级中。,由于频率特性好，故常与共发电路配合，组成宽带放大器。,共发射级极放大电路的应用,三种基本组态放大器的性能特点各不相同，若将它们适当组合，可使放大器的性能更接近理想化。,三种组态电路性能比较,RC,vs,+ -,RL,+ -,vo,RB,rS,+ -,vi,vs,+ -,RL,+ -,vo,RE,rS,RC,vi,+ -,RE,vs,+ -,RL,+ -,vo,RB,rS,+ -,vi,小,大

34、,小,大,大,1,大,中,大,共发,共基,共集,Ri,Ro,Av,只有共发放大电路输出电压与输入电压是反相的，而共集和共基放大电路则是同相的。,应用,中间级,宽频,输入级，输出级， 中间级,场效应管放大电路,零偏置电路,场效应管的微变等效模型(和三极管对应),由于场效应管IG0，所以输入电阻rgs 。,而三极管发射结正偏，故输入电阻rbe较小。,rds为场效应管输出电阻,rce为三极管输出电阻,场效应管的微变等效模型(和三极管对应),FET跨导,(JFET）,BJT跨导,通常MOS管的跨导比三极管的跨导要小一个数量级以上，即MOS管放大能力比三极管弱。,场效应管的微变等效模型(和三极管对应),

35、rbb基区体电阻，其值较小。,rbe发射极电阻，约千欧数量级。,场效应管的微变等效模型(和三极管对应),跨导gm表示三极管具有正向受控作用的增量电导。,共源放大电路,共源放大电路,共源放大电路,Ro=RD,共漏放大电路,共漏放大电路,共漏放大电路,外加,共漏电路输出电阻,第章 组合放大电路,.1 一般组合放大电路 .2 差动放大电路 .3 集成运放的典型电路 .4 集成运放的参数及实际电路模型,.1 组合放大电路的级间耦合,电容耦合,直流工作时：,由于C1、C2 、C3具有隔直流作用,因此信号源不影响放大器Q点正常设置，且各级Q点相互独立。,交流工作时：,由于C较大，近似看作短路,因此，C的接

36、入不会影响信号的正常传输。,电路缺点：,低频特性差,不易集成。,.1 组合放大电路的级间耦合,直接耦合,各级之间不经过任何元件直接相连。,直接耦合方式:,电路优点:,低频特性好，便于集成。,存在问题:,.1 组合放大电路的级间耦合,直接耦合问题1：级间直流电平配置问题,结果：T1管Q点靠近饱和区，输出易出现失真。,若,则,解决方法：后级接入RE，扩大前级动态范围。,例：如图所示的两级电压放大电路，已知1= 30，2= 50，求该电路的静态工作点,Q1:,Q2:,例：如图所示的两级电压放大电路，已知1= 2 =50。 (1) 计算前、后级放大电路的静态值; (2) 求放大电路的输入电阻和输出电阻

37、； (3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。,+ -,uo,+ -,ui,(1) 两级放大电路的静态值可分别计算。,第一级是射极输出器,第二级是分压式偏置电路,第二级是分压式偏置电路,rbe2,RC2,rbe1,RB1,RE1,+,_,+,_,+,_,(2) 计算 R i和R 0,由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻 Ri 等于第一级的输入电阻Ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻Ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻Ri2。,rbe2,RC2,rbe1,RB1,RE1,+,_,+,_,+,_,(2) 计算 R i和R 0,rbe2,RC2,rbe1,RB1,RE1,

38、+,_,+,_,+,_,(2) 计算 R i和R 0,由微变等效电路可知，放大电路的输出电阻 Ro 等于最后一级的输出电阻Ro。,rbe2,RC2,rbe1,RB1,RE1,+,_,+,_,+,_,(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,第一级放大电路为射极输出器,rbe2,RC2,rbe1,RB1,RE1,+,_,+,_,+,_,(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数,第二级放大电路为共发射极放大电路,总电压放大倍数,.2 组合放大电路的分析方法,RL,uS,+ -,uo,RS,+ -,A1,ui,+ -,A2,多级放大器可拆分成单级电路进行分析:,.2 组合放大电路的分析方法,多级

39、放大器可拆分成单级电路进行分析:,将后级输入电阻作为前级的负载电阻。,RL,uS,+ -,uo,RS,+ -,A1,vi,+ -,A2,将前级带负载后的输出电压作为后级输入电压。,Ro = Ro2,前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗,.2 组合放大电路的分析方法,RL,uS,+ -,uo,RS,+ -,A1,ui,+ -,A2,.3 各种组合放大电路,共集-共发组合放大电路,共发-共集组合放大电路,利用共集电路输入电阻高，作为组合电路第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。因输出电阻低，也常被用在末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。,.3 各种组合放大电路,共发-共基组合放大电路,共发-共

40、基组合放大电路的交流通路图,us,+ -,RL,rS,T1,T2,RC,RB,.3 各种组合放大电路,共发-共基组合放大电路,利用共基电路的低输入电阻，作为共发电路的负载，改善共发的高频特性，此组合电路常用于高频放大中。,.2 差动放大电路,零点漂移问题,零点漂移：输入ui 为零时，输出还有缓慢变化的电压 产生， 即输出电压偏离原来起始点而上 下波动。,温度漂移：因温度变化引起的漂移，简称温漂。,零漂危害：静态工作点，与被放大信号混淆，被后级传播恶化。,电容耦合放大器由于电容的隔直作用，温漂很小，可忽略。,解决方法：第一级采用低温漂的放大器。,.2 差动放大电路,如何抑制零点漂移,.2 差动放

41、大电路,如何抑制零点漂移,.2 差动放大电路,如何抑制零点漂移,T1,ui1,ui2,RC,RC,T2,REE,-VEE,+VCC,1）双端输出,2）单端输出,双端输出电路利用对称性抑制零点漂移,uo1,uo2,利用发射级电阻REE抑制零点漂移,有两个输出端，一个是集电极C1，另一个是C2。 从C1和C2输出称为双端输出，仅从集电极C1或C2对地输出称为单端输出。,.2 差动放大电路,如何对有效信号放大呢？,共模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号,温度对三极管电流的影响相当于加入了共模信号,对共模信号不予放大,.2 差动放大电路,如何对有效信号放大呢？,T1,ui1,ui2,RC

42、,RC,T2,REE,-VEE,+VCC,uo1,uo2,差模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号,差分放大电路仅对差模信号具有放大能力。,差分放大电路对信号放大具有选择性,.2 差动放大电路,电路结构：,T1,ui1,ui2,RC,RC,T2,REE,-VEE,+VCC,uo1,uo2,差分放大器具有抑制零点漂移的作用，广泛用于集成电路的输入级，是另一类基本放大器。,由两完全对称的共发电路，经射极电阻REE耦合而成。,采用正负双电源供电：VEE= VCC,具有两个输入端和两个输出端。,.2 差动放大电路,负载和差动放大器的连接方式：,.2 差动放大电路,信号源和差动放大器的连接方

43、式：,.2 差动放大电路,信号源和差动放大器的连接方式：,.2 差动放大电路,信号源和差动放大器的连接方式：,.2 差动放大电路,信号源和差动放大器的连接方式：,差动输入,us1,+ -,T1,RC,RC,T2,REE,-VEE,+VCC,uo1,uo2,us2,+ -,.2 差动放大电路,信号源和差动放大器的连接方式：,双端输入,T1,RC,RC,T2,REE,-VEE,+VCC,uo1,uo2,us,+ -,信号源双端输入，相当于加入一对差模信号,.2 差动放大电路,差动放大电路的静态分析,令 ui1 = ui2 = 0，画出电路直流通路。,.2 差动放大电路,差动放大电路的静态分析,UB

44、Q1 = UBQ2 0V,1）双端输出,2）单端输出(若从uo1端输出),.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,1）差模特性（只有差模信号作用下的性能特点）,2）共模特性（只有共模信号作用下的性能特点）,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,1）差模性能分析,因两信号大小相等，极性相反，则作用在REE上的差模电流为零，则可视为短路。,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,1）差模性能分析,在差模输入下的交流通路图,uid/2,+ -,T1,RC,RC,T2,uo1,uo2,+ -,-uid/2,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,1）差模性能分析,T1,RC,RC,T

45、2,uo1,uo2,uid,+ -,差模输入下的交流通路图,差模输入电阻,ui1,ui2,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,1）差模性能分析,T1,RC,RC,T2,uo1,uo2,uid,+ -,差模输入下的交流通路图,ui1,ui2,单端输出差模电压增益,从uo1端输出：,从uo2端输出：,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,1）差模性能分析,双端输出差模电压增益,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,1）差模性能分析,T1,RC,RC,T2,uo1,uo2,uid,+ -,ui1,ui2,差模输出电阻,外加,差模双端输出电阻,差模单端输出电阻,.2 差动放大电路,

46、差动放大电路的动态分析,2）共模性能分析,因两信号大小相等，极性相同，则作用在REE上的电流为单个电路两倍。则相当于每管的发射极电阻为2REE 。,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,2）共模性能分析,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,2）共模性能分析,uic,+ -,T1,RC,RC,T2,uo1,uo2,2REE,2REE,共模输入电阻,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,2）共模性能分析,uic,+ -,T1,RC,RC,T2,uo1,uo2,2REE,2REE,双端输出共模电压增益：,单端输出共模电压增益：,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,2）共模

47、性能分析,uic,+ -,T1,RC,RC,T2,uo1,uo2,2REE,2REE,共模输出电阻,外加,共模双端输出电阻,共模单端输出电阻,.2 差动放大电路,差动放大电路的动态分析,3）共模抑制比,为了衡量差动放大器对差模信号的放大能力和对共模信号抑制能力，引入另一个性能指标共模抑制比- KCMR (其值越大越好) 。,双端输出电路,单端输出电路,双端输出电路利用对称性提高KCMR,.2 差动放大电路,差动放大电路的改进,普通差放存在的问题：,REE ,KCMR 抑制零点漂移能力,但IEE Q点降低 输出动态范围,理想电流源特点：电流恒定；交流等效电阻无穷大。,恒流源的作用： 1.提供放大

48、电路的偏置电流 2.替代交流大电阻（提高共模抑制比）,.2 差动放大电路,差动放大电路的改进,例：图示,已知 =100，ui=20sint(mV)，求uO,解：,（1）分析Q点,（2）计算uid 、uic,（3）分析Aud2 、Auc2,（4）计算uo,（5）计算uO,输出只与两输入信号的差值有关差动特性,例（见书P126）：,主要分析T3管,解：,（1）分析Q点,例（见书P126）：,（2）画交流通路图,（3）差模性能分析,（4）共模性能分析,（5）共模抑制比,很大,双端输出电路,单端输出电路,.5 集成运放的应用,集成运放的应用,线性 应用,非线性 应用,信号放大,同相,反相,差动,基本运

49、算,比例,加减,积分和微分,对数和反对数,模拟乘法器（实现乘/除/平方/立方/开平方/开立方),有源滤波器,精密整流电路，精密转折电路,比较器,波形发生器,.5 集成运放的应用,集成运放的线性应用,u+ -u-,uO,-UOPP,+UOPP,例：若UOPP=12V，Aod=106,则|ui|12V时 运放处于线性区,让集成运放处于线性状态，则一定要外加负反馈（见第五章),.5 集成运放的应用,理想运放,在电路分析时常将运放理想化，称其所谓的理想运放，使得电路分析大大简化！,.5 集成运放的应用,理想运放，在线性区的两个重要法则,因,则,因,则,u,u+,.5 集成运放的应用,理想运放，在线性区

50、的两个重要法则,相当于运放两输入端“虚短路”。,虚短路不能理解为两输入端短接，只是(u-u+)的值小到了可以忽略不计的程度。实际上，运放正是利用这个极其微小的差值进行电压放大的。,同样，虚断路不能理解为输入端开路，只是输入电流小到了可以忽略不计的程度。,相当于运放两输入端“虚断路”。,4.5 集成运放的应用,反相放大电路,uO,_,+,RF,R1,uI,u-,u+,虚断,虚短,电压增益,4.5 集成运放的应用,反相放大电路,uO,_,+,RF,R1,uI,输入电阻,输出电阻,因此反相放大电路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合,输出电阻,rbe,RB,RC,RL,E,B,C,+,-,+,-,

51、+,-,rS,ib,ui,uo,对输出负载而言（根据戴维宁定理和诺顿定理），任何放大器均可看作它的信号源，该信号源内阻即放大器输出电阻Ro 。,uot ：负载开路时es 在电路输出端产生的开路电压。,输出电阻,输出电阻Ro计算方法二：实验法,1. 测量负载开路时的输出电压uot。,2. 测量接入负载后的输出电压uo。,3. 计算。,4.5 集成运放的应用,高比例反相放大器（反相比例运算电路),4.5 集成运放的应用,同相放大器,电压增益,_,+,RF,R1,R,uI,uO,4.5 集成运放的应用,同相放大器,_,+,RF,R1,R,uI,uO,输入电阻,输出电阻,4.5 集成运放的应用,同相跟

52、随器,输入电阻,电压增益,输出电阻,+-,uI,uO,同相跟随器性能优于射极跟随器,4.5 集成运放的应用,同相和反相放大器比较,_,+,A,RF,R1,R,uI,uO,uO,_,+,A,RF,R1,uI,R,输入电阻大、共模电压 为uI是同相输入的特点,输入电阻小、共模电压为 0 以及“虚地”是反相输入的特点。,4.5 集成运放的应用,差动放大电路,4.5 集成运放的应用,三运放仪表放大器,uO,R3,R3,R4,R4,4.5 集成运放的应用,三运放仪表放大器,uo2,R2,R2,R1,u1,u2,uo1,a,b,4.5 集成运放的应用,三运放仪表放大器,4.5 集成运放的应用,同相输入求和

53、电路,R1,RF,u1,uO,R1,R2,u2,R,此电路如果以 u+ 为输入 ，则输出为：,4.5 集成运放的应用,同相输入求和电路,4.5 集成运放的应用,单运放的加减运算电路,R2,R5,R1,u2,uO,u1,R4,u4,u3,R3,R6,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,4.5 集成运放的应用,单运放的加减运算电路,4.5 集成运放的应用,积分电路,uI,+,R,R2,C,uO,+uC -,4.5 集成运放的应用,积分电路的应用,1)波形变换。 例：将方波变为三角波 2)在电子开关中用于延迟。 3)A/D转换中，将电压量 变为时间量。 4)移相。,4.5 集

54、成运放的应用,例: 电路如图, 若uI=+1V, 电容初始电压为零, 求:输出电压变为0V所需时间,A1积分器,A2反相加法器,所以 t1=RC=11061010-6s=10s,4.5 集成运放的应用,积分电路,t,uI,0,t,uO,0,U,如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。,积分时限,4.5 集成运放的应用,微分电路,uI,+,R,R2,C,uO,+uC -,可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。,微分电路的作用：实现波形变换。,4.5 集成运放的应用,对数电路,R,+-,uI,uO,三极管方程：,+,其中，IS 是发射结反向饱和电流，uO是uI的对数运算。,注意：uI必须大于零,4.5 集成运放的应用,反对数电路,R,