第15章基本放大电路.ppt
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1、15.1 共发射极放大电路的组成,15.2 放大电路的静态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.6 射极输出器,15.8 互补对称功率放大电路,15.9 场效晶体管及其放大电路,15.3 放大电路的动态分析,15.5 放大电路的频率特性,15.7 差分放大电路,第15章 基本放大电路,教学内容,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
2、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,重点,共射极单管放大电路的基本结构和工作原理,静态工作点的估算,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。,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
3、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。,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。,15.1 共发射极放大电路的组成,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,15.2 放大电路的静态分析,静态:放大电路无输入信
4、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,15.2.1 用估算法确定静态值,15.2 放大电路的静态分析,15.2.2 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
5、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。,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,直流负载线,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。,15.3.1 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。,线性化的条件:晶体管在小信
6、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。,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:,15.3 放大电路的动态分析,15.3 放大电路的动态分析, 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。,15.3 放大电路的动态分析, 电压放大倍数的计算,负载电阻R
7、L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,设输入为正弦信号, 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。,15.3 放大电路的动态分析, 放大电
8、路输出电阻的计算,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,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,15.3.2 图解法, 交流负载线,直流负载线其斜率,交流负载线其斜率,
9、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, 图解分析,15.3 放大电路的动态分析,(uo),(ui),(ic),(ib),uBE=ube+UBE,uCE=uce+UCE,iB=ib+IB,iC=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。,15.3 放大电路的动态分析,(uo),(ui),(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
10、设置太低,则造成截止失真。,若Q 设置太高,则造成饱和失真。,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。,15.4.1 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。,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。, 电路特点,15.4 静态工作点的稳定,15.4.2 分压式
11、偏置放大电路,若 ,则,IC不受温度影响,基本固定。,VB不受温度影响,基本固定。,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,注意, 稳定过程,T,UBE,IB,IC,VE,IC,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
12、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, 静态分析,15.4 静态工作点的稳定, 动态分析,15.4 静态工作点的稳定,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;计算该电路的Au,ri和ro 。,15.4 静态工作点的稳定,解:,微变等效电路,15.4 静态工作点的稳定,15.4 静态工作点的稳定,讨论:为什么留有一段发射
13、极电阻而未被CE旁路?,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)。,带宽:BW = f2 - f1,15.5 放大电路的频率特性,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。,f1,f2
14、,f1: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。,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,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
15、。 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ube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,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。,15.6.1 静态分析,15.6 射极输出器,15.6.2 动态分析,15.6 射极输出器, 电压放大倍数,由于 ,电压放大倍
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