模拟电子技术基础课件基本放大电路.ppt

华成英 第二章 基本放大电路1.华成英 第二章第二章 基本放大基本放大电路路2.1 2.1 放大的概念与放大放大的概念与放大电路的性能指路的性能指标2.2 2.2 基本共射放大基本共射放大电路的工作原理路的工作原理00002.3 2.3 放大放大电路的分析方法路的分析方法2.4 2.4 静静态工作点的工作点的稳定定2.5 2.5 晶体管放大晶体管放大电路的三种接法路的三种接法2.6 2.6 场效效应管及其基本放大管及其基本放大电路路2.7 2.7 基本放大基本放大电路的派生路的派生电路路2.华成英 2.1 放大的概念与放大电路的性能指标一、放大的概念一、放大的概念二、放大二、放大电电路的性能指路的性能指标标3.华成英 一、放大的概念u放大的放大的对对象：象：变变化量化量u放大的本放大的本质质：能量的控制：能量的控制u放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真放大的基本要求：不失真放大的前提放大的前提判断判断电电路能否放路能否放大的基本出大的基本出发发点点VCC至少一路直流至少一路直流电电源供源供电电4.华成英 二、性能指标1.放大倍数：输出量与出量与输入量之比入量之比电压电压放大倍数是最常被研究和放大倍数是最常被研究和测试测试的参数的参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输输入入电压电压输输入入电电流流输输出出电压电压输输出出电电流流对对信号而言，任何放大信号而言，任何放大电电路均可看成二端口网路均可看成二端口网络络。5.华成英 2.输入电阻和输出电阻 将将输输出等效出等效成有内阻的成有内阻的电电压压源，内阻就源，内阻就是是输输出出电电阻。阻。空空载时输载时输出出电压电压有效有效值值带带RL时时的的输输出出电电压压有效有效值值输输入入电压电压与与输输入入电电流有流有效效值值之比。之比。从从输输入端看入端看进进去的去的等效等效电电阻阻6.华成英 3.通频带4.最大不失真输出电压Uom：交流有效交流有效值值。由于由于电电容、容、电电感及放大管感及放大管PN结结的的电电容效容效应应，使放大，使放大电电路在信路在信号号频频率率较较低和低和较较高高时电压时电压放大倍数数放大倍数数值值下降，并下降，并产产生相移。生相移。衡量放大衡量放大电电路路对对不同不同频频率信号的适率信号的适应应能力。能力。下限下限频频率率上限上限频频率率5.最大输出功率Pom和效率：功率放大：功率放大电电路的参数路的参数7.华成英 2.2 基本共射放大电路的工作原理一、一、电电路的路的组组成及各元件的作用成及各元件的作用二、二、设设置静置静态态工作点的必要性工作点的必要性三、波形分析三、波形分析四、放大四、放大电电路的路的组组成原成原则则8.华成英 一、电路的组成及各元件的作用VBB、Rb：使：使UBE Uon，且有，且有合适的合适的IB。VCC：使：使UCEUBE，同，同时时作作为为负载负载的能源。的能源。Rc：将：将iC转换转换成成uCE(uo)。动态动态信号作用信号作用时时：输输入入电压电压ui为为零零时时，晶体管各极的，晶体管各极的电电流、流、b-e间间的的电压电压、管管压压降称降称为为静静态态工作点工作点Q，记记作作IBQ、ICQ（IEQ）、）、UBEQ、UCEQ。共射共射9.华成英 二、设置静态工作点的必要性 输输出出电压电压必然失真！必然失真！设设置合适的静置合适的静态态工作点，首先要解决失真工作点，首先要解决失真问题问题，但，但Q点点几乎影响着所有的几乎影响着所有的动态动态参数！参数！为为什么放大的什么放大的对对象是象是动态动态信号，却要晶体管在信号信号，却要晶体管在信号为为零零时时有合适的直流有合适的直流电电流和极流和极间电压间电压？10.华成英 三、基本共射放大电路的波形分析饱饱和失真和失真底部失真底部失真截止失真截止失真顶顶部失真部失真输输出和出和输输入反相！入反相！动态动态信号信号驮载驮载在静在静态态之上之上与与iC变变化化方向相反方向相反 要想不失真，就要要想不失真，就要在信号的整个周期内在信号的整个周期内保保证证晶体管始晶体管始终终工作工作在放大区！在放大区！11.华成英 四、放大电路的组成原则静静态工作点合适：合适的直流工作点合适：合适的直流电源、合适的源、合适的电路参数。路参数。动态信号能信号能够作用于晶体管的作用于晶体管的输入回路，在入回路，在负载上能上能够获得放大了的得放大了的动态信号。信号。对实用放大用放大电路的要求：路的要求：共地、直流共地、直流电电源种源种类类尽可能少、尽可能少、负载负载上无直流分量。上无直流分量。12.华成英 两种实用放大电路：（1 1）直接耦合放大直接耦合放大电路路问题问题：1.两种两种电电源源2.信号源与放大信号源与放大电电路不路不“共地共地”共地，且要使信号共地，且要使信号驮载驮载在静在静态态之上之上静静态时态时，动态时动态时，VCC和和uI同同时时作用作用于晶体管的于晶体管的输输入回路。入回路。将两个将两个电电源源合二合二为为一一有直流分量有直流分量有交流有交流损损失失 UBEQ13.华成英 两种实用放大电路：（2 2）阻容耦合放大阻容耦合放大电路路 耦合耦合电电容的容量容的容量应应足足够够大，即大，即对对于交流信号近似于交流信号近似为为短路。其作用是短路。其作用是“隔离隔离直流、通直流、通过过交流交流”。静静态时态时，C1、C2上上电压电压？动态时动态时，C1、C2为为耦合耦合电电容！容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号，信号驮载驮载在静在静态态之上。之上。负载负载上只有交流信号。上只有交流信号。14.华成英 2.3 2.3 放大电路的分析方法一、放大一、放大电电路的直流通路和交流通路路的直流通路和交流通路二、二、图图解法解法三、等效三、等效电电路法路法15.华成英 一、放大电路的直流通路和交流通路1.直流通路：Us=0，保留，保留Rs；电容开路；容开路；电电感相当于短路（感相当于短路（线线圈圈电电阻近似阻近似为为0）。）。2.交流通路：大容量大容量电电容相当于短路；容相当于短路；直直流流电源相当于短路（内阻源相当于短路（内阻为0）。）。通常，放大通常，放大电电路中直流路中直流电电源的作用和交流信号源的作用和交流信号的作用共存，的作用共存，这这使得使得电电路的分析复路的分析复杂杂化。化。为简为简化化分析，将它分析，将它们们分开作用，引入直流通路和交流通分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。路的概念。16.华成英 基本共射放大电路的直流通路和交流通路 列晶体管列晶体管输输入、入、输输出回路方程，将出回路方程，将UBEQ作作为为已知条件，已知条件，令令ICQIBQ，可估算出静，可估算出静态态工作点。工作点。VBB越大，越大，UBEQ取不同的取不同的值值所引起的所引起的IBQ的的误误差越小。差越小。17.华成英 当当VCCUBEQ时时，已知：已知：VCC12V，Rb600k，Rc3k，100。Q？直流通路直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路18.华成英 二、图解法 应实测应实测特性曲特性曲特性曲特性曲线线 输输入回路入回路负载线负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线负载线1.静态分析：图图解二元方程解二元方程19.华成英 2.电压放大倍数的分析斜率不斜率不变变20.华成英 3.失真分析截止失真截止失真消除方法：增大消除方法：增大VBB，即向上平移，即向上平移输输入回路入回路负载线负载线。截止失真是在截止失真是在输输入回路首先入回路首先产产生失真！生失真！减小减小Rb能消除截止失真能消除截止失真吗吗？21.华成英 饱和失真和失真饱和失真和失真Rb或或或或VBB Rc或或VCC：饱饱和失真是和失真是输输出回路出回路产产生失真。生失真。最大不失真最大不失真输输出出电压电压Uom：比：比较较UCEQ与（与（VCC UCEQ），取），取其小者，除以其小者，除以 。这这可不是可不是好好办办法！法！22.华成英 讨论一1.用用NPN型晶体管型晶体管组成一个在本成一个在本节课中未中未见过的共射放大的共射放大电路。路。2.用用PNP型晶体管型晶体管组成一个共射放大成一个共射放大电路。路。3.画出画出图示示电路的直流通路和交流通路。路的直流通路和交流通路。23.华成英 三、等效电路法半半导导体器件的非体器件的非线线性特性使放大性特性使放大电电路的分析复路的分析复杂杂化。化。利用利用线线性元件建立模型，来描述非性元件建立模型，来描述非线线性器件的特性。性器件的特性。1.直流模型：适于：适于Q点的分析点的分析理想二极管理想二极管利用估算法求解静利用估算法求解静态态工作点，工作点，实质实质上利用了直流模型。上利用了直流模型。输输入回路等效入回路等效为为恒恒压压源源输输出回路等效出回路等效为电为电流控制的流控制的电电流源流源24.华成英 2.晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）在交流通路中可将晶体管看成在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网一个二端口网络，输入回路、入回路、输出回路各出回路各为一个端口。一个端口。低低频频小信号模型小信号模型25.华成英 在低在低频、小信号作用下的关系式、小信号作用下的关系式交流等效模型（按式子画模型）交流等效模型（按式子画模型）电电阻阻无量无量纲纲无量无量纲纲电导电导26.华成英 h参数的物理意参数的物理意义b-e间间的的动态电动态电阻阻内反内反馈馈系数系数电电流放大系数流放大系数c-e间间的的电导电导分清主次，合理近似！什么情况下分清主次，合理近似！什么情况下h12和和h22的作用可忽略不的作用可忽略不计计？27.华成英 简化的化的h h参数等效参数等效电路交流等效模型路交流等效模型查阅查阅手册手册基区体基区体电电阻阻发发射射结电结电阻阻发发射区体射区体电电阻阻数数值值小可忽略小可忽略利用利用PN结结的的电电流方程可求得流方程可求得由由IEQ算出算出在在输输入特性曲入特性曲线线上，上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！28.华成英 3.放大电路的动态分析放大放大电电路的路的交流等效交流等效电电路路29.华成英 阻容耦合共射放大阻容耦合共射放大电路的路的动态分析分析输输入入电电阻中不阻中不应应含有含有Rs!输输出出电电阻中不阻中不应应含有含有RL!30.华成英 讨论一1.在什么参数、如何在什么参数、如何变变化化时时Q1 Q2 Q3 Q4？2.从从输输出出电压电压上看，哪个上看，哪个Q点下最易点下最易产产生截止失真？哪生截止失真？哪个个Q点下最易点下最易产产生生饱饱和失真？哪个和失真？哪个Q点下点下Uom最大？最大？3.设计设计放大放大电电路路时时，应应根据什么根据什么选择选择VCC？31.华成英 2.空空载载和和带载带载两种情况下两种情况下Uom分分别为别为多少？多少？3.在在图图示示电电路中，有无可能在空路中，有无可能在空载时输载时输出出电压电压失真，而失真，而带带上上负载负载后后这这种失真消除？种失真消除？4.增增强强电压电压放大能力的方法？放大能力的方法？讨论二 已知已知ICQ2mA，UCES0.7V。1.在空在空载载情况下，当情况下，当输输入信号增大入信号增大时时，电电路首先出路首先出现饱现饱和失真和失真还还是截止失真？是截止失真？若若带负载带负载的情况下呢？的情况下呢？32.华成英 讨论三：基本共射放大：基本共射放大电路的静路的静态分析和分析和动态分析分析QIBQ35AUBEQ0.65V 为为什么用什么用图图解法求解解法求解IBQ和和UBEQ？33.华成英 讨论四：阻容耦合共射放大：阻容耦合共射放大电路的静路的静态分析和分析和动态分析分析34.华成英 讨论五：波形分析波形分析 失真了失真了吗吗？如何判？如何判断？原因？断？原因？饱饱和和失真失真35.华成英 2.4 静态工作点的稳定一、温度一、温度对对静静态态工作点的影响工作点的影响二、静二、静态态工作点工作点稳稳定的典型定的典型电电路路三、三、稳稳定静定静态态工作点的方法工作点的方法36.华成英 一、温度对静态工作点的影响 所所谓谓Q点点稳稳定，是指定，是指ICQ和和UCEQ在温度在温度变变化化时时基本不基本不变变，这这是靠是靠IBQ的的变变化得来的。化得来的。若温度升高若温度升高时时要要Q回到回到Q，则则只有减小只有减小IBQT（）ICQQICEO若若UBEQ不不变变IBQQ37.华成英 二、静态工作点稳定的典型电路 直流通路？直流通路？Ce为为旁路旁路电电容，在交流容，在交流通路中可通路中可视为视为短路短路1.电路组成38.华成英 2.稳定原理 为为了了稳稳定定Q点，通常点，通常I1 IB，即，即I1 I2；因此；因此基本不随温度基本不随温度变变化。化。设设UBEQ UBEUBE，若，若UBQ UBEUBE，则则IEQ稳稳定。定。39.华成英 Re 的的作用作用T()ICUE UBE（UB基本不基本不变变）IB IC Re起直流起直流负负反反馈馈作用，其作用，其值值越大，反越大，反馈馈越越强强，Q点越点越稳稳定。定。关于反关于反馈馈的一些概念：的一些概念：将将输输出量通出量通过过一定的方式引回一定的方式引回输输入回路影响入回路影响输输入量的措入量的措施称施称为为反反馈馈。直流通路中的反直流通路中的反馈馈称称为为直流反直流反馈馈。反反馈馈的的结结果使果使输输出量的出量的变变化减小的称化减小的称为负为负反反馈馈，反之称，反之称为为正反正反馈馈。Re有上限有上限值吗值吗？IC通通过过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大，反增大，反馈馈的的结结果使之减小果使之减小40.华成英 3.Q 点分析分分压压式式电电流流负负反反馈馈工作点工作点稳稳定定电电路路Rb上静上静态电压态电压是是否可忽略不否可忽略不计计？判断方法：判断方法：41.华成英 4.动态分析利利?弊弊?无旁路无旁路电电容容Ce时时：如何提高如何提高电压电压放大能力？放大能力？42.华成英 三、稳定静态工作点的方法引入直流引入直流负负反反馈馈温度温度补偿补偿：利用：利用对对温度敏温度敏感的元件，在温度感的元件，在温度变变化化时时直接影响直接影响输输入回路。入回路。例如，例如，Rb1或或Rb2采用采用热敏敏电阻。阻。它它们们的的温度系数？温度系数？43.华成英 讨论一图图示两个示两个电电路中是否采用了措施来路中是否采用了措施来稳稳定静定静态态工作点？工作点？若采用了措施，若采用了措施，则则是什么措施？是什么措施？44.华成英 2.5 2.5 晶体管放大电路的三种接法一、基本共集放大一、基本共集放大电电路路二、基本共基放大二、基本共基放大电电路路三、三种接法放大三、三种接法放大电电路的比路的比较较45.华成英 一、基本共集放大电路1.静态分析46.华成英 2.动态分析：电压放大倍数放大倍数故称之故称之为为射射极跟随器极跟随器Uo Ui47.华成英 2.动态分析：输入入电阻的分析阻的分析Ri与与负载负载有关！有关！RL带负载电带负载电阻后阻后从基极看从基极看Re，被增，被增大到（大到（1+）倍）倍48.华成英 2.动态分析：输出出电阻的分析阻的分析Ro与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！3.特点：特点：输输入入电电阻大，阻大，输输出出电电阻小；只放大阻小；只放大电电流，不放大流，不放大电电压压；在一定条件下有；在一定条件下有电压电压跟随作用！跟随作用！令令Us为为零，保留零，保留Rs，在，在输输出端加出端加Uo，产产生生Io,。从射极看基极回路从射极看基极回路电电阻，被减阻，被减小到（小到（1+）倍）倍49.华成英 二、基本共基放大电路1.静态分析50.华成英 2.动态分析3.特点：输输入入电电阻小，阻小，频带宽频带宽！只放大！只放大电压电压，不放大，不放大电电流！流！51.华成英 三、三种接法的比较：空空载情况下情况下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽52.华成英 讨论一：图示示电路路为哪种基本接法的放大哪种基本接法的放大电路？它路？它们的静的静态工作点工作点有可能有可能稳定定吗？求解静？求解静态工作点、工作点、电压放大倍数、放大倍数、输入入电阻和阻和输出出电阻的表达式。阻的表达式。53.华成英 电电路如路如图图，所有，所有电电容容对对交流信号均可交流信号均可视为视为短路。短路。1.Q为为多少？多少？2.Re有有稳稳定定Q点的作用点的作用吗吗？3.电电路的交流等效路的交流等效电电路？路？4.V 变变化化时时，电压电压放大倍数如何放大倍数如何变变化？化？讨论二54.华成英 讨论二改改变电压变电压放大倍数放大倍数55.华成英 2.6 场效应管及其基本放大电路一、一、场场效效应应管管二、二、场场效效应应管放大管放大电电路静路静态态工作点的工作点的设设置方法置方法三、三、场场效效应应管放大管放大电电路的路的动态动态分析分析56.华成英 一、场效应管（以N沟道为例）场效效应管有三个极：源极（管有三个极：源极（s）、栅栅极（极（g）、漏极（）、漏极（d），），对应对应于晶体管的于晶体管的e、b、c；有；有三个工作区域：截止区、恒流区、三个工作区域：截止区、恒流区、可可变电阻区，阻区，对应于于晶体晶体管的截止区、放大区、管的截止区、放大区、饱和区。和区。1.结型场效应管符号符号结结构示意构示意图图栅栅极极漏极漏极源极源极导电导电沟道沟道单极型管噪声小、抗噪声小、抗辐辐射能力射能力强强、低、低电压电压工作工作57.华成英 栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最沟道最宽宽沟道沟道变变窄窄沟道消失沟道消失称称为夹为夹断断 uGS可以控制可以控制导电导电沟道的沟道的宽宽度。度。为为什么什么g-s必必须须加加负电压负电压？UGS（off）58.华成英 漏-源电压对漏极电流的影响uGSUGS（off）且不且不变变，VDD增大，增大，iD增大增大。预夹预夹断断uGDUGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的的增大，几乎全部用来克服沟道的电电阻，阻，iD几乎不几乎不变变，进进入恒流区，入恒流区，iD几乎几乎仅仅仅仅决定于决定于uGS。场场效效应应管工作在恒流区的条件是什么？管工作在恒流区的条件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）59.华成英 夹夹断断电压电压漏极漏极饱饱和和电电流流转移特性场场效效应应管工作在恒流区，因而管工作在恒流区，因而uGSUGS（off）且且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）60.华成英 g-s电压电压控控制制d-s的等的等效效电电阻阻输出特性预夹预夹断断轨轨迹，迹，uGDUGS（off）可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎几乎仅仅决决定于定于uGS击击穿穿区区夹夹断区（截止区）断区（截止区）夹夹断断电压电压IDSSiD 不同型号的管子不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。将不同。低低频频跨跨导导：61.华成英 2.绝缘栅型场效应管 uGS增大，反型增大，反型层层（导电导电沟道）将沟道）将变变厚厚变长变长。当。当反型反型层层将两个将两个N区相接区相接时时，形成，形成导电导电沟道。沟道。SiO2绝缘层绝缘层衬衬底底耗尽耗尽层层空穴空穴高高掺杂掺杂反型反型层层增增强强型管型管大到一定大到一定值值才开启才开启62.华成英 增强型MOS管uDS对iD的影响 用用场场效效应应管管组组成放大成放大电电路路时应时应使之工作在恒流区。使之工作在恒流区。N沟道增沟道增强强型型MOS管工作在恒流区的条件是什么？管工作在恒流区的条件是什么？iD随随uDS的增的增大而增大，可大而增大，可变电变电阻区阻区 uGDUGS（th）,预夹预夹断断 iD几乎几乎仅仅仅仅受控于受控于uGS，恒，恒流区流区刚刚出出现夹现夹断断uGS的增大几乎全部用的增大几乎全部用来克服来克服夹夹断区的断区的电电阻阻63.华成英 耗尽型 MOS管 耗尽型耗尽型MOS管在管在 uGS0、uGS 0、uGS 0时时均可均可导导通，且与通，且与结结型型场场效效应应管不同，由于管不同，由于SiO2绝缘层绝缘层的存在，在的存在，在uGS0时时仍保持仍保持g-s间电间电阻非常大的特点。阻非常大的特点。加正离子加正离子小到一定小到一定值值才才夹夹断断uGS=0时时就存在就存在导电导电沟道沟道64.华成英 MOS管的特性1)增增强强型型MOS管管2)耗尽型耗尽型MOS管管开启开启电压电压夹夹断断电压电压65.华成英 利用Multisim测试场效应管的输出特性从从输输出特性曲出特性曲线说线说明明场场效效应应管的哪些特点？管的哪些特点？66.华成英 3.场效应管的分类工作在恒流区工作在恒流区时g-s、d-s间的的电压极性极性uGS=0可工作在恒流区的可工作在恒流区的场场效效应应管有哪几种？管有哪几种？uGS0才可能工作在恒流区的才可能工作在恒流区的场场效效应应管有哪几种？管有哪几种？uGS0才可能工作在恒流区的才可能工作在恒流区的场场效效应应管有哪几种？管有哪几种？67.华成英 二、场效应管静态工作点的设置方法 根据根据场场效效应应管工作在恒流区的条件，在管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间间加极性合适的加极性合适的电电源源1.基本共源放大电路68.华成英 2.自给偏压电路由正由正电电源源获获得得负负偏偏压压称称为为自自给给偏偏压压哪种哪种场场效效应应管能管能够够采用采用这这种种电电路形式路形式设设置置Q点？点？69.华成英 3.分压式偏置电路为为什么加什么加Rg3?其数其数值应值应大些小些？大些小些？哪种哪种场场效效应应管能管能够够采用采用这这种种电电路形式路形式设设置置Q点？点？即典型的即典型的Q点点稳稳定定电电路路70.华成英 三、场效应管放大电路的动态分析近似分析近似分析时时可可认认为为其其为为无无穷穷大！大！根据根据iD的表达式或的表达式或转转移特性可求得移特性可求得gm。与晶体管的与晶体管的h参数等效模型参数等效模型类类比：比：1.场效应管的交流等效模型71.华成英 2.基本共源放大电路的动态分析若若Rd=3k，Rg=5k，gm=2mS，则则与共射与共射电电路比路比较较。72.华成英 3.基本共漏放大电路的动态分析若Rs=3k，gm=2mS，则73.华成英 基本共漏放大电路输出电阻的分析若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?74.华成英 2.7 派生电路一、复合管一、复合管二、派生二、派生电电路路举举例例75.华成英 一、复合管复合管的复合管的组成：多只管子合理成：多只管子合理连接等效成一只管子。接等效成一只管子。不同不同类类型的管子复合后，型的管子复合后，其其类类型决定于型决定于T1管。管。目的：增大目的：增大，减小前，减小前级驱动电级驱动电流，改流，改变变管子的管子的类类型。型。iB方向决定复方向决定复合管的合管的类类型型76.华成英 讨论一：判断下列各判断下列各图是否能是否能组成复合管成复合管 在合适的外加在合适的外加电压电压下，每只管子的下，每只管子的电电流都流都有合适的通路，才能有合适的通路，才能组组成复合管。成复合管。77.华成英 Ri=?Ro=?讨论二78.华成英 二、派生电路举例：组合的合的结果果带来什么好来什么好处？79.