《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》.ppt

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 面向21世紀(jì)課程教材清華大學(xué)電子學(xué)教研組編第三版童詩(shī)白華成英主編 嘉應(yīng)學(xué)院物理系 教材 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 第三版 童詩(shī)白華成英 高等教育出版社 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 楊剛 電子工業(yè)出版社 參考書(shū) 1 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 康華光 高等教育出版社 2 模擬電子技術(shù) 程開(kāi)明 重慶大學(xué)出版社 3 模擬電子技術(shù) 胡宴如 高等教育出版社 目錄 第一章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)第二章基本放大電路 重點(diǎn)章節(jié) 第三章多級(jí)放大電路第四章集成運(yùn)算放大電路 選讀 第五章放大電路的頻率響應(yīng) 簡(jiǎn)介 第六章放大電路中的反饋 重點(diǎn)章節(jié) 目錄 第七章信號(hào)的運(yùn)算和處理 選讀 第八章波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換 選讀 第九章功率放大電路 選讀 第十章直流電源 選讀 第十一章讀圖 自學(xué) 第二章基本放大電路 主要內(nèi)容 2 1放大的概念和放大電路的主要性能指標(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放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2 5晶體管單管放大電路的三種基本接法2 6晶體管基本放大電路的派生電路2 7場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的三種接法 自學(xué) 重點(diǎn)章節(jié) 2 1放大的概念和放大電路的主要性能指標(biāo) 2 1 1放大的概念 放大的對(duì)象是變化量 放大的實(shí)質(zhì)是能量控制和轉(zhuǎn)換 電子電路放大的基本特征是功率放大 放大的基本要求 前提 不失真 2 1 2放大電路的性能指標(biāo) 輸入電阻Ri 輸出電阻Ro 1 放大倍數(shù) 定義 電壓放大倍數(shù) 電流放大倍數(shù) 互阻放大倍數(shù) 互導(dǎo)放大倍數(shù) 衡量放大電路的放大能力 2 輸入電阻Ri 定義 有效值 衡量放大電路獲取信號(hào)的能力 3 輸出電阻Ro 定義 由 得 衡量放大電路帶負(fù)載的能力 輸入電阻和輸出電阻對(duì)放大能力的影響 4 通頻帶fbw f fH上限截止頻率 fL下限截止頻率 fbw fH fL A 0 7Am 衡量放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)能力 5 非線性失真系數(shù)D 定義 A1 基波幅值A(chǔ)2 A3 諧波幅值 6 最大不失真輸出電壓Uom 7 最大輸出功率Pom與效率 負(fù)載獲得的最大功率 電源消耗的功率 UBE UCE IB IC 2 2基本共射放大電路的工作原理 2 2 1基本共射放大電路的組成及各元件的作用 組成 T Rb RC VBB VCC ui 作用 T 放大 VBB JE正偏Rb IB VCC JC反偏RC ic uo ui 0 VBB IB IC URC UCEui 0 VBB ui IB ib IC ic URC urc UCE uce uo 直流量Q電量 交流量性能 和圖1 3 3相同 2 2 2設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性 一 靜態(tài)工作點(diǎn) ui 0IB UBE IC UCE記為IBQ UBEQ ICQ UCEQ輸入特性曲線上的點(diǎn) UBEQ IBQ 和輸出特性曲線上的點(diǎn) UCEQ ICQ 稱之為靜態(tài)工作點(diǎn)Q 二 為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 當(dāng)ui Uon時(shí) uo嚴(yán)重失真 對(duì)放大電路的最基本要求 一 不失真二 能放大 UBE 2 2 3基本共射放大電路的工作原理及波形分析 ui 0 VBB IB IC URC UCEui 0 VBB ui IB ib IC ic URC urc UCE uce uo 2 2 4放大電路的組成原則 一 組成原則 電源 T放大 JE正偏 JC反偏 電阻 Q合理 不產(chǎn)生明顯失真 輸入回路 ui ube ii ib 輸出回路 io ic 流過(guò)負(fù)載產(chǎn)生uo 電源正確 電阻適當(dāng) 信號(hào)可入 信號(hào)能出 二 常見(jiàn)的兩種共射放大電路 1 直接耦合共射放大電路 2 阻容耦合共射放大電路 二 常見(jiàn)的兩種共射放大電路 1 直接耦合共射放大電路 二 常見(jiàn)的兩種共射放大電路 2 阻容耦合共射放大電路 2 3放大電路的分析方法 統(tǒng)一考慮電子電路的特點(diǎn) 交直流量并存直流Q分開(kāi)考慮交流性能圖解法器件的非線性等效電路法 2 3 1直流通路與交流通路 直流通路 直流量流經(jīng)的通路 Q 交流通路 交流信號(hào)流經(jīng)的通路 性能 直流通路 交流通路 例1 熟練掌握 1 直流通路與交流通路 放大電路的分析 1 靜態(tài)分析 2 動(dòng)態(tài)分析 1 直流通路 直流電流流經(jīng)的通路 用于靜態(tài)分析 對(duì)于直流通路 電容視為開(kāi)路 電感視為短路 信號(hào)源視為短路 但保留其內(nèi)阻 2 交流通路 交流電流流經(jīng)的通路 用于動(dòng)態(tài)分析 對(duì)于交流通路 大容量電容 耦合電容 旁路電容等 視為短路 大容量電感視為開(kāi)路 直流電源視為短路 思考題 1 為什么直流通路中 電容視為開(kāi)路 電感視為短路 信號(hào)源視為短路 2 為什么交流通路中 大容量電容視為短路 大容量電感視為開(kāi)路 直流電源視為短路 例2 例3 2 3 2圖解法 一 靜態(tài)工作點(diǎn)的分析 輸入特性曲線輸入回路方程 uBE VBB iBRb IBQ UBEQ 在特性曲線上 通過(guò)作圖的方法對(duì)放大電路進(jìn)行分析 熟練掌握 輸入回路的直流負(fù)載線 圖解法 靜態(tài)工作點(diǎn)的分析 輸出特性曲線輸出回路方程 uCE VCC iCRc ICQ UCEQ 輸出回路的直流負(fù)載線 三 波形非線性失真的分析 圖2 3 6基本共射放大電路的波形分析 動(dòng)畫(huà) 2 1放大電路的動(dòng)態(tài)圖解分析 波形非線性失真的分析 圖2 3 7基本共射放大電路的截止失真 基本共射放大電路的截止失真 基本共射放大電路的飽和失真 動(dòng)畫(huà) 2 2放大器截止失真和飽和失真 動(dòng)畫(huà) 2 3放大器截止失真和飽和失真波形 波形的失真 飽和失真 截止失真 由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真 對(duì)于NPN管 輸出電壓表現(xiàn)為底部失真 由于放大電路的工作點(diǎn)達(dá)到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真 對(duì)于NPN管 輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真 注意 對(duì)于PNP管 由于是負(fù)電源供電 失真的表現(xiàn)形式 與NPN管正好相反 放大電路動(dòng)態(tài)范圍 放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度 要求 工作點(diǎn)Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位 要有合適的交流負(fù)載線 Vom min Vom1 Vom2 四 直流負(fù)載線與交流負(fù)載線 直流負(fù)載線 交流負(fù)載線 其中 RL RL RC 五 圖解法的適用范圍 圖解法直觀 適合低頻大信號(hào)的分析 動(dòng)畫(huà) 2 4放大器的最大不失真輸出幅度 交流負(fù)載線的畫(huà)法 二點(diǎn)法 點(diǎn) Home Next Back 圖2 3 10例2 3 1圖 例 2 3 3等效電路法 將晶體管的非線性特性線性化 即用線性電路代替晶體管 1 晶體管的直流模型及靜態(tài)工作點(diǎn)的估算法 1 直流模型 2 靜態(tài)工作點(diǎn)的估算法 例1 圖2 2 4直接耦合共射放大電路 2 靜態(tài)工作點(diǎn)的估算法 例2 圖2 2 5阻容耦合共射放大電路 2 晶體管共射h參數(shù)等效模型 晶體管線性雙口網(wǎng)絡(luò)等效電路 1 h參數(shù)等效模型 2 晶體管共射h參數(shù)等效模型 1 h參數(shù)等效模型 全微分 電壓相加是串聯(lián)電流相加是并聯(lián) 2 h參數(shù)的物理意義 rbe 10 2 1 rce 忽略h12e h22e得 3 簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效模型 4 rbe的近似表達(dá)式 低頻小功率管rbb 200 3 共射放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析 交流等效電路 動(dòng)畫(huà) 2 7微變等效電路的畫(huà)法 3 共射放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析 由輸入回路 由輸出回路 按定義 Home Next Back 微變等效電路法進(jìn)行共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析 首先 畫(huà)出交流通路 如圖2 3 18所示 Home Next Back 畫(huà)出放大電路的微變等效電路如圖2 3 19所示 2 4放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 T 2 4 1靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要性 晶體管參數(shù)變化 Q 電路動(dòng)態(tài)參數(shù)變化 動(dòng)畫(huà) 2 8溫度對(duì)Q點(diǎn)的影響 2 4 2典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路 一 電路組成和Q點(diǎn)穩(wěn)定原理 加入Re Q點(diǎn)穩(wěn)定原理 電路中 滿足I1 IBQ T Ic IE UE IERe UBE UB UE IB 動(dòng)畫(huà) 2 5射極偏置電路 關(guān)于放大電路中的反饋 將在第六章進(jìn)一步詳細(xì)討論 102 將輸出量通過(guò)一定的方式引回到輸入回路來(lái)影響輸入量的措施稱為反饋 由于反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小 稱為負(fù)反饋 由于反饋出現(xiàn)在直流通路中 稱為直流負(fù)反饋 二 靜態(tài)工作點(diǎn)的估算法 方法一 方法二 Rb Rb1 Rb2 由輸入回路 VBB IBQRb UBEQ IEQRe 解得 三 動(dòng)態(tài)參數(shù)的估算 交流等效電路 Ri Rb1 Rb2 rbe Ro Rc 動(dòng)態(tài)參數(shù)的估算 若無(wú)旁路電容 交流等效電路 Ri Rb1 Rb2 rbe 1 Re Ro Rc 例2 4 1 2 4 3穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的措施 其他措施 溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)穩(wěn)定Q 2 5晶體管單管放大電路的三種基本接法 三種組態(tài) 三種基本接法 2 5 1基本共集放大電路 CC 一 電路的組成 二 靜態(tài)分析 三 動(dòng)態(tài)分析 交流等效電路 由輸入回路 由輸出回路 交流等效電路 規(guī)律 射極電阻折合至基極回路 應(yīng)乘以 1 動(dòng)畫(huà) 2 6共集放大電路 結(jié)論 Ri大 Ro小 Av 1 常作輸入級(jí) 輸出級(jí)和級(jí)間的緩沖放大 規(guī)律 基極電阻折合至射極回路 應(yīng)除以 1 2 5 2基本共基放大電路 CB 1 電路的組成 圖2 5 4基本共基放大電路 2 靜態(tài)分析 3 動(dòng)態(tài)分析 交流等效電路 圖2 5 4基本共基放大電路 由輸入回路 由輸出回路 交流等效電路 結(jié)論 Ri小 Ro大 Ai 1 頻率特性好 常作寬帶放大 2 5 3三種接法 組態(tài) 的比較 CECCCB AuAiRiRo 應(yīng)用 大 反相 1大 同相 大大 1 中大小 大小大 低頻電壓放大輸入 輸出寬帶放大 CECCCB 2 15 2 18 三種組態(tài)的比較 CECCCB AuRiRo 三種組態(tài)的比較 2 6晶體管基本放大電路的派生電路 2 6 1復(fù)合管 達(dá)林頓管 放大電路 一 復(fù)合管的組成及其電流放大系數(shù) 復(fù)合管的組成原則 1 C1或E1連接B2 為實(shí)現(xiàn)電流放大 2 均工作在放大區(qū) 原則 復(fù)合管內(nèi)部各電極的電流應(yīng)方向一致 復(fù)合后的電極電流是內(nèi)部各電極電流之和 a 結(jié)論 復(fù)合管的類型由T1決定 復(fù)合管的電流放大系數(shù) 1 2 c b d 原則 復(fù)合管內(nèi)部各電極的電流應(yīng)方向一致 復(fù)合后的電極電流是內(nèi)部各電極電流之和 a b 同類復(fù)合 c d 異類復(fù)合 結(jié)論 復(fù)合管的類型由T1決定 復(fù)合管的電流放大系數(shù) 1 2 哪個(gè)管是T1 T1的基極就是復(fù)合管的基極 二 復(fù)合管共射放大電路 Ri Rb rbe1 1 rbe2 結(jié)論 輸入電阻增大 增強(qiáng)電流放大能力 三 復(fù)合管共集放大電路 結(jié)論 輸入電阻增大 輸出電阻減小 2 6 2共射 共基放大電路 不要把兩個(gè)管子看成一個(gè)復(fù)合管 而是兩個(gè)管之間是直接耦合 特點(diǎn) 既保持共射放大電路電壓放大能力較大的優(yōu)點(diǎn) 又獲得共基放大電路較好的高頻特性 2 6 3共集 共基放大電路 不要把兩個(gè)管子看成一個(gè)復(fù)合管 而是兩個(gè)管之間是直接耦合 特點(diǎn) 具有較寬的通頻帶 若 1 2 則 2 7場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 2 7 1場(chǎng)效應(yīng)放大電路的三種接法 共源共漏共柵 2 7 2場(chǎng)效應(yīng)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法及其分析估算 一 基本共源放大電路 1 圖解法 由輸入回路 UGS VGG 由輸出回路 uDS VDD iDRd 一 基本共源放大電路 等效電路法 由輸入回路 UGSQ VGG 由電流方程 由輸出回路 UDSQ VDD IDQRd 二 自給偏壓電路 由輸入回路 UGSQ IDQRS 由電流方程 UGSQ IDQ 由輸出回路 UDSQ VDD IDQRdRs 三 分壓偏置電路 IDQ UGSQ 2 7 3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析 一 場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型 全微分 令 則 模型參數(shù)求解 由 得 模型參數(shù)求解 rds很大 常忽略其影響 2 基本共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析 交流等效電路 三 基本共漏放大電路的動(dòng)態(tài)分析 交流等效電路 求輸出電阻 2 7 4場(chǎng)效應(yīng)放大電路的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 輸入電阻高 噪聲低 溫度穩(wěn)定性好 缺點(diǎn) 放大能力差 易損壞 課后習(xí)題 2 22 32 52 62 82 92 132 142 152 172 182 192 24 本章完