《基本放大電路ga》PPT課件.ppt

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1、第二章 基本放大電路,,第二章 基本放大電路,2.1 放大的概念與放大電路的性能指標(biāo),2.2 基本共射放大電路的工作原理,2.3 放大電路的分析方法,2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,2.5 晶體管放大電路的三種接法,2.6 場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路,2.7 基本放大電路的派生電路,2.1 放大的概念與放大電路的性能指標(biāo),一、放大的概念,二、放大電路的性能指標(biāo),一、放大的概念,放大的對(duì)象：變化量 放大的本質(zhì)：能量的控制 放大的特征：功率放大 放大的基本要求：不失真放大的前提,判斷電路能否放大的基本出發(fā)點(diǎn),至少一路直流電源供電,二、性能指標(biāo),1. 放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比,電壓放大倍數(shù)是最常被研究和

2、測(cè)試的參數(shù),對(duì)信號(hào)而言，任何放大電路均可看成二端口網(wǎng)絡(luò)。,2. 輸入電阻和輸出電阻,將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻。,輸入電壓與輸入電流有效值之比。,從輸入端看進(jìn)去的 等效電阻,3. 通頻帶,4. 最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。,由于電容、電感及放大管PN結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號(hào)頻率較低和較高時(shí)電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。,衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力。,5. 最大輸出功率Pom和效率：功率放大電路的參數(shù),2.2 基本共射放大電路的工作原理,一、電路的組成及各元件的作用,二、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性,三、波形分析,四、放大電路的組成原則,一、電路的組成及

3、各元件的作用,VBB、Rb：使UBE Uon，且有合適的IB。,VCC：使UCEUBE，同時(shí)作為負(fù)載的能源。,Rc：將iC轉(zhuǎn)換成uCE(uo) 。,動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)：,輸入電壓ui為零時(shí)，晶體管各極的電流、b-e間的電壓、管壓降稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，記作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。,共射,二、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性,輸出電壓必然失真！ 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，首先要解決失真問(wèn)題，但Q點(diǎn)幾乎影響著所有的動(dòng)態(tài)參數(shù)！,為什么放大的對(duì)象是動(dòng)態(tài)信號(hào)，卻要晶體管在信號(hào)為零時(shí)有合適的直流電流和極間電壓？,三、基本共射放大電路的波形分析,輸出和輸入反相！,動(dòng)態(tài)信號(hào)馱載在靜態(tài)之上,與iC變化方

4、向相反,要想不失真，就要在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)保證晶體管始終工作在放大區(qū)！,四、放大電路的組成原則,靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源、合適的電路參數(shù)。 動(dòng)態(tài)信號(hào)能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號(hào)。 對(duì)實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負(fù)載上無(wú)直流分量。,兩種實(shí)用放大電路：（1）直接耦合放大電路,問(wèn)題： 1. 兩種電源 2. 信號(hào)源與放大電路不“共地”,共地，且要使信號(hào)馱載在靜態(tài)之上,靜態(tài)時(shí)，,動(dòng)態(tài)時(shí)，VCC和uI同時(shí)作用于晶體管的輸入回路。,,將兩個(gè)電源合二為一,,有直流分量,有交流損失, ,UBEQ,兩種實(shí)用放大電路：（2）阻容耦合放大電路,耦合電容的容量

5、應(yīng)足夠大，即對(duì)于交流信號(hào)近似為短路。其作用是“隔離直流、通過(guò)交流”。,靜態(tài)時(shí)，C1、C2上電壓？,動(dòng)態(tài)時(shí)，,C1、C2為耦合電容！,,uBEuIUBEQ，信號(hào)馱載在靜態(tài)之上。 負(fù)載上只有交流信號(hào)。,2.3 放大電路的分析方法,一、放大電路的直流通路和交流通路,二、圖解法,三、等效電路法,一、放大電路的直流通路和交流通路,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；電容開(kāi)路； 電感相當(dāng)于短路（線圈電阻近似為0）。 2. 交流通路：大容量電容相當(dāng)于短路；直流電源相當(dāng)于短路（內(nèi)阻為0）。,通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號(hào)的作用共存，這使得電路的分析復(fù)雜化。為簡(jiǎn)化分析，將它們分開(kāi)作用，引入直流通路和

6、交流通路的概念。,,基本共射放大電路的直流通路和交流通路,列晶體管輸入、輸出回路方程，將UBEQ作為已知條件，令I(lǐng)CQIBQ，可估算出靜態(tài)工作點(diǎn)。,VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的誤差越小。,當(dāng)VCCUBEQ時(shí)，,已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？,阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和交流通路,二、圖解法 應(yīng)實(shí)測(cè)特性曲線,,,輸入回路負(fù)載線,IBQ,負(fù)載線,1. 靜態(tài)分析：圖解二元方程,2. 電壓放大倍數(shù)的分析,斜率不變,3. 失真分析,截止失真,消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負(fù)載線。,,截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生

7、失真！,減小Rb能消除截止失真嗎？,飽和失真,消除方法：增大Rb，減小Rc，減小，減小VBB，增大VCC。,,,Rb或或VBB ,Rc或VCC,：飽和失真是輸出回路產(chǎn)生失真。,最大不失真輸出電壓Uom ：比較UCEQ與（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。,清華大學(xué) 華成英 ,討論一,1. 用NPN型晶體管組成一個(gè)在本節(jié)課中未見(jiàn)過(guò)的共射放大電路。 2. 用PNP型晶體管組成一個(gè)共射放大電路。 畫出圖示電路的直流通路和交流通路。,三、等效電路法,半導(dǎo)體器件的非線性特性使放大電路的分析復(fù)雜化。利用線性元件建立模型，來(lái)描述非線性器件的特性。,1. 直流模型：適于Q點(diǎn)的分析,利用估算法求解靜態(tài)工

8、作點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上利用了直流模型。,輸入回路等效為恒壓源,輸出回路等效為電流控制的電流源,2. 晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）,在交流通路中可將晶體管看成為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入回路、輸出回路各為一個(gè)端口。,低頻小信號(hào)模型,,在低頻、小信號(hào)作用下的關(guān)系式,交流等效模型（按式子畫模型）,電阻,無(wú)量綱,無(wú)量綱,電導(dǎo),h參數(shù)的物理意義,b-e間的 動(dòng)態(tài)電阻,內(nèi)反饋系數(shù),電流放大系數(shù),c-e間的電導(dǎo),分清主次，合理近似！什么情況下h12和h22的作用可忽略不計(jì)？,簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路交流等效模型,查閱手冊(cè),利用PN結(jié)的電流方程可求得,在輸入特性曲線上，Q點(diǎn)越高，rbe越?。?3. 放大電路的動(dòng)態(tài)分析,

9、放大電路的 交流等效電路,阻容耦合共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析,輸入電阻中不應(yīng)含有Rs!,輸出電阻中不應(yīng)含有RL!,討論一,1. 在什么參數(shù)、如何變化時(shí)Q1 Q2 Q3 Q4？ 2. 從輸出電壓上看，哪個(gè)Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生截止失真？哪個(gè)Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個(gè)Q點(diǎn)下Uom最大？ 3. 設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)什么選擇VCC？,2. 空載和帶載兩種情況下Uom分別為多少？ 在圖示電路中，有無(wú)可能在空載時(shí)輸出電壓失真，而帶上負(fù)載后這種失真消除？ 增強(qiáng)電壓放大能力的方法？,討論二,已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空載情況下，當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，電路首先出現(xiàn)飽和失真還是截止失真？若帶負(fù)載的情況下

10、呢？,討論三：基本共射放大電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析,,為什么用圖解法求解IBQ和UBEQ？,討論四：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析,討論五：波形分析,,,,,失真了嗎？如何判斷？原因？,飽和失真,2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,一、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路,三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法,一、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,所謂Q點(diǎn)穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時(shí)基本不變，這是靠IBQ的變化得來(lái)的。,若溫度升高時(shí)要Q回到Q，則只有減小IBQ,二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路,,Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路,1. 電路組成,2. 穩(wěn)定原理,為了穩(wěn)定Q點(diǎn)，通常I1 I

11、B，即I1 I2；因此,基本不隨溫度變化。,設(shè)UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEUBE，則IEQ穩(wěn)定。,Re 的作用,T()ICUE UBE（UB基本不變） IB IC,Re起直流負(fù)反饋?zhàn)饔茫渲翟酱螅答佋綇?qiáng)，Q點(diǎn)越穩(wěn)定。,關(guān)于反饋的一些概念： 將輸出量通過(guò)一定的方式引回輸入回路影響輸入量的措施稱為反饋。 直流通路中的反饋稱為直流反饋。 反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的稱為負(fù)反饋，反之稱為正反饋。,Re有上限值嗎？,3. Q 點(diǎn)分析,分壓式電流負(fù)反饋工作點(diǎn)穩(wěn)定電路,,Rb上靜態(tài)電壓是否可忽略不計(jì)？,判斷方法：,4. 動(dòng)態(tài)分析,利?弊?,無(wú)旁路電容Ce時(shí)：,如何提高電壓放大能力？,三

12、、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法,引入直流負(fù)反饋 溫度補(bǔ)償：利用對(duì)溫度敏感的元件，在溫度變化時(shí)直接影響輸入回路。 例如，Rb1或Rb2采用熱敏電阻。 它們的溫度系數(shù)？,清華大學(xué) 華成英 ,討論一,圖示兩個(gè)電路中是否采用了措施來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)？,若采用了措施，則是什么措施？,,,2.5 晶體管放大電路的三種接法,一、基本共集放大電路,二、基本共基放大電路,三、三種接法放大電路的比較,一、基本共集放大電路,1. 靜態(tài)分析,2. 動(dòng)態(tài)分析：電壓放大倍數(shù),故稱之為射極跟隨器,2. 動(dòng)態(tài)分析：輸入電阻的分析,Ri與負(fù)載有關(guān)！,帶負(fù)載電阻后,,2. 動(dòng)態(tài)分析：輸出電阻的分析,Ro與信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)！,3. 特點(diǎn)：輸入

13、電阻大，輸出電阻小；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！,,令Us為零，保留Rs，在輸出端加Uo，產(chǎn)生Io, 。,二、基本共基放大電路,1. 靜態(tài)分析,2. 動(dòng)態(tài)分析,3. 特點(diǎn)：,輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！,三、三種接法的比較：空載情況下,接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 頻帶 窄 中 寬,,,,,,,,,,,討論一： 圖示電路為哪種基本接法的放大電路？它們的靜態(tài)工作點(diǎn)有可能穩(wěn)定嗎？求解靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍

14、數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的表達(dá)式。,電路如圖，所有電容對(duì)交流信號(hào)均可視為短路。,1. Q為多少？ 2. Re有穩(wěn)定Q點(diǎn)的作用嗎？ 3. 電路的交流等效電路？ 4. V 變化時(shí)，電壓放大倍數(shù)如何變化？,討論二,清華大學(xué) 華成英 ,討論二,改變電壓放大倍數(shù),2.6 場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路,一、場(chǎng)效應(yīng)管,二、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法,三、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析,一、場(chǎng)效應(yīng)管（以N溝道為例）,場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對(duì)應(yīng)于晶體管的e、b、c；有三個(gè)工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。,1. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,符號(hào),結(jié)構(gòu)示

15、意圖,導(dǎo)電溝道,單極型管噪聲小、抗輻射能力強(qiáng)、低電壓工作,柵-源電壓對(duì)導(dǎo)電溝道寬度的控制作用,,,溝道最寬,uGS可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么g-s必須加負(fù)電壓？,UGS（off）,漏-源電壓對(duì)漏極電流的影響,uGSUGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。,預(yù)夾斷,uGDUGS（off）,VDD的增大，幾乎全部用來(lái)克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進(jìn)入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。,場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件是什么？,uGDUGS（off）,uGD

16、S（off）,,g-s電壓控制d-s的等效電阻,輸出特性,,預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（off）,可變電阻區(qū),恒 流 區(qū),iD幾乎僅決定于uGS,擊 穿 區(qū),夾斷區(qū)（截止區(qū)）,不同型號(hào)的管子UGS（off）、IDSS將不同。,低頻跨導(dǎo)：,2. 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管,uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長(zhǎng)。當(dāng)反型層將兩個(gè)N區(qū)相接時(shí)，形成導(dǎo)電溝道。,SiO2絕緣層,襯底,反型層,增強(qiáng)型管,大到一定值才開(kāi)啟,增強(qiáng)型MOS管uDS對(duì)iD的影響,用場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強(qiáng)型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？,iD隨uDS的增大而增大，可變電阻區(qū),uGDUGS（th）,預(yù)夾斷,iD

17、幾乎僅僅受控于uGS，恒流區(qū),剛出現(xiàn)夾斷,uGS的增大幾乎全部用來(lái)克服夾斷區(qū)的電阻,耗盡型 MOS管,耗盡型MOS管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0時(shí)均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在uGS0時(shí)仍保持g-s間電阻非常大的特點(diǎn)。,加正離子,小到一定值才夾斷,uGS=0時(shí)就存在導(dǎo)電溝道,MOS管的特性,1)增強(qiáng)型MOS管,2)耗盡型MOS管,開(kāi)啟電壓,夾斷電壓,利用Multisim測(cè)試場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性,從輸出特性曲線說(shuō)明場(chǎng)效應(yīng)管的哪些特點(diǎn)？,3. 場(chǎng)效應(yīng)管的分類工作在恒流區(qū)時(shí)g-s、d-s間的電壓極性,uGS=0可工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？ uGS0才可能

18、工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？,二、場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法,根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件，在g-s、d-s間加極性合適的電源,1. 基本共源放大電路,2. 自給偏壓電路,由正電源獲得負(fù)偏壓 稱為自給偏壓,哪種場(chǎng)效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點(diǎn)？,3. 分壓式偏置電路,為什么加Rg3?其數(shù)值應(yīng)大些小些？,哪種場(chǎng)效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點(diǎn)？,即典型的Q點(diǎn)穩(wěn)定電路,三、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析,近似分析時(shí)可認(rèn)為其為無(wú)窮大！,根據(jù)iD的表達(dá)式或轉(zhuǎn)移特性可求得gm。,與晶體管的h參數(shù)等效模型類比：,1. 場(chǎng)效應(yīng)管的交流等效模型,2.

19、基本共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析,若Rd=3k， Rg=5k， gm=2mS，則 與共射電路比較。,3. 基本共漏放大電路的動(dòng)態(tài)分析,若Rs=3k，gm=2mS，則,基本共漏放大電路輸出電阻的分析,,若Rs=3k，gm=2mS，則Ro=?,2.7 派生電路,一、復(fù)合管,二、派生電路舉例,一、復(fù)合管,復(fù)合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。,不同類型的管子復(fù)合后，其類型決定于T1管。,目的：增大，減小前級(jí)驅(qū)動(dòng)電流，改變管子的類型。,討論一：判斷下列各圖是否能組成復(fù)合管,在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通路，才能組成復(fù)合管。,清華大學(xué) 華成英 ,Ri=? Ro=?,討論二,二、派生電路舉例：組合的結(jié)果帶來(lái)什么好處？,