模拟电子技术基础.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电子技术论坛 电子发烧友,*,模拟电子技术基础,面向,21,世纪课程教材,清华大学电子学教研组 编,第三版,童诗白 华成英 主编,嘉应学院物理系,教材：,模拟电子技术基础,(,第三版，童诗白 华成英，高等教育出版社,),模拟电子技术基础实验,(,杨刚，电子工业出版社,),参考书：,1.,电子技术基础,(,模拟部分,),(,康华光，高等教育出版社,),2.,模拟电子技术,(,程开明，重庆大学出版社,),3.,模拟电子技术,(,胡宴如，高等教育出版社,),目录：,第一章,半导体器件基础,第二章 基本放大电路,(,重点章节,),第三章,多级,放大电路,第四章,集成运算放大电路,(,选读,),第五章,放大电路的频率响应,(,简介,),第六章,放大电路中的反馈,(,重点章节,),目录：,第七章 信号的运算和处理,(,选读,),第八章 波形的发生和信号的转换,(,选读,),第九章 功率放大电路,(,选读,),第十章 直流电源,(,选读,),第十一章 读图,(,自学,),第二章 基本放大电路,主要内容：,2.1,放大的概念和放大电路的主要性能指标,2.2,基本共射放大电路的工作原理,2.3,放大电路的分析方法,2.4,放大电路静态工作点的稳定,2.5,晶体管单管放大电路的三种基本接法,2.6,晶体管基本放大电路的派生电路,2.7,场效应管放大电路的三种接法,(,自学,),重点章节,2.1,放大的概念和放大电路的主要性能指标,2.1.1,放大的概念,放大的对象是变化量,放大的实质是能量控制和转换,电子电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,放大电路的性能指标,输入电阻,Ri,输出电阻,Ro,1.,放大倍数,定义：,电压放大倍数,电流放大倍数,互阻放大倍数,互导放大倍数,衡量放大电路的放大能力,2.,输入电阻,R,i,定义：,有效值,衡量放大电路获取信号的能力,3.,输出电阻,R,o,定义：,由,得,衡量放大电路带负载的能力,输入电阻和输出电阻对放大能力的影响,4.,通频带,f,bw,f,f,H,上限截止频率,f,L,下限截止频率,f,bw,=f,H,-f,L,A=0.7A,m,衡量放大电路对信号频率的适应能力,5.,非线性失真系数,D,定义：,A,1,基波幅值,A,2,，,A,3,，,谐波幅值,6.,最大不失真输出电压,U,om,7.,最大输出功率,P,om,与效率,负载获得的最大功率,电源消耗的功率,U,BE,U,CE,I,B,I,C,2.2,基本共射放大电路的工作原理,2.2.1,基本共射放大电路的组成及各元件的作用,组成：,T,R,b,R,C,V,BB,V,CC,u,i,作用,：,T:,放大,V,BB,:J,E,正偏,R,b,:I,B,V,CC,:J,C,反偏,R,C,:i,c,u,o,u,i,=0:V,BB,I,B,I,C,U,RC,U,CE,u,i,0:V,BB,+u,i,I,B,+i,b,I,C,+i,c,U,RC,+u,rc,U,CE,+u,ce,(u,o,),直流量,Q,电量,交流量 性能,和图,1.3.3,相同,2.2.2,设置静态工作点的必要性,一,.,静态工作点,u,i,=0,I,B,U,BE,I,C,U,CE,记为,I,BQ,U,BEQ,I,CQ,U,CEQ,输入特性曲线上的点（,U,BEQ,I,BQ,),和输出特性曲线上的点（,U,CEQ,I,CQ,),，称之为静态工作点,Q,。,二,.,为什么要设置静态工作点,当,u,i,U,on,时，,u,o,严重失真。,对放大电路的最基本要求：,一、不失真,二、能放大,U,BE,2.2.3,基本共射放大电路的工作原理及波形分析,u,i,=0:,V,BB,I,B,I,C,U,RC,U,CE,u,i,0:,V,BB,+u,i,I,B,+i,b,I,C,+i,c,U,RC,+u,rc,U,CE,+u,ce,(u,o,),2.2.4,放大电路的组成原则,一,.,组成原则,电源,T,放大（,J,E,正偏，,J,C,反偏）,电阻,Q,合理,(,不产生明显失真）,输入回路,:u,i,u,be,i,i,(i,b,),输出回路,:i,o,(i,c,),流过负载产生,u,o,电源正确、电阻适当、信号可入、信号能出,二,.,常见的两种共射放大电路,1,）直接耦合共射放大电路,2,）阻容耦合共射放大电路,二,.,常见的两种共射放大电路,1,）直接耦合共射放大电路,二,.,常见的两种共射放大电路,2,）阻容耦合共射放大电路,2.3,放大电路的分析方法,统一考虑,电子电路的特点：交直流量并存 直流,Q,分开考虑,交流 性能,图解法,器件的非线性,等效电路法,2.3.1,直流通路与交流通路,直流通路：直流量流经的通路,Q,交流通路：交流信号流经的通路,性能,直流通路,交流通路,例,1,熟练掌握,1.,直流通路与交流通路,放大电路的分析：（,1,）静态分析；（,2,）动态分析。,（,1,）直流通路：直流电流流经的通路，用于静态分析。对于直流通路：电容视为开路；电感视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻。,（,2,）交流通路：交流电流流经的通路，用于动态分析。对于交流通路：大容量电容（耦合电容、旁路电容等）视为短路；大容量电感视为开路；直流电源视为短路。,思考题：（,1,）为什么直流通路中“电容视为开路、电感视为短路、信号源视为短路”？,（,2,）为什么交流通路中“大容量电容视为短路、大容量电感视为开路、直流电源视为短路”？,例,2.,例,3.,2.3.2,图解法,一,.,静态工作点的分析,输入特性曲线,输入回路方程：,u,BE,=V,BB,-i,B,R,b,I,BQ,、,U,BEQ,在特性曲线上，通过作图的方法对放大电路进行分析。,熟练掌握,输入回路的直流负载线,图解法,静态工作点的分析,输出特性曲线,输出回路方程：,u,CE,=V,CC,-i,C,R,c,I,CQ,、,U,CEQ,输出回路的直流负载线,三,.,波形非线性失真的分析,图,2.3.6,基本共射放大电路的波形分析,动画：,2-1,放大电路的动态图解分析,波形非线性失真的分析,图,2.3.7,基本共射放大电路的截止失真,基本共射放大电路的截止失真,基本共射放大电路的饱和失真,动画：,2-2,放大器截止失真和饱和失真,动画：,2-3,放大器截止失真和饱和失真波形,波形的失真：,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管,的饱和区而引起的非线性失真。对于,NPN,管，,输出电压表现为底部失真。,由于放大电路的工作点达到了三极管,的截止区而引起的非线性失真。对于,NPN,管，,输出电压表现为顶部失真。,注意：对于,PNP,管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与,NPN,管正好相反。,放大电路动态范围,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：,工作点,Q,要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,要有合适的交流负载线,。,V,om1,V,om2,图,2.3.11,最大不失真输出电压,V,om,=min,V,om1,，,V,om2,四,.,直流负载线与交流负载线,直流负载线,交流负载线,其中：,R,L,=R,L,R,C,五,.,图解法的适用范围,图解法直观，适合低频大信号的分析,动画：,2-4,放大器的最大不失真输出幅度,交流负载线的画法,(,二点法,),点,Home,Next,Back,过输出特性曲线上的,Q,点做一条斜率为,-,1/,R,L,直线，该直线即为交流负载线。如图,2.3.8,所示,图,2.3.10,例,2.3.1,图,例,2.3.3,等效电路法,将晶体管的非线性特性线性化，即用线性电路代替晶体管。,1.,晶体管的直流模型及静态工作点的估算法,1,）直流模型,2,）静态工作点的估算法,例,1,：,图,2.2.4,直接耦合共射放大电路,2,）静态工作点的估算法,例,2,：,图,2.2.5,阻容耦合共射放大电路,2.,晶体管共射,h,参数等效模型,晶体管,线性双口网络,等效电路,1,）,h,参数等效模型,2.,晶体管共射,h,参数等效模型,1,）,h,参数等效模型,全微分,电压相加是串联,电流相加是并联,2,）,h,参数的物理意义,r,be,10,-2,1/r,ce,忽略,h,12e,h,22e,得：,3,）简化的,h,参数等效模型,4,）,r,be,的近似表达式,低频小功率管,r,bb,200,3.,共射放大电路动态参数的分析,交流等效电路,动画：,2-7,微变等效电路的画法,3.,共射放大电路动态参数的分析,由输入回路,由输出回路,按定义：,Home,Next,Back,微变等效电路法进行,共射放大电路的动态分析,首先，画出交流通路，如图,2.3.18,所示。,Home,Next,Back,画出,放大电路的微变等效电路如图,2.3.19,所示。,R,b,R,c,R,L,R,s,图,2.3.19,微变等效电路,R,i,R,o,2.4,放大电路静态工作点的稳定,T,2.4.1,静态工作点稳定的必要性,晶体管参数变化,Q,电路动态参数变化,动画：,2-8,温度对,Q,点的影响,2.4.2,典型的静态工作点稳定电路,一,.,电路组成和,Q,点稳定原理,加入,Re,！,Q,点稳定原理,:,电路中，满足,I,1,I,BQ,T,Ic,(I,E,),U,E,(=I,E,R,e,),U,BE,(=U,B,-U,E,),I,B,动画：,2-5,射极偏置电路,关于,放大电路中的反馈，将在第六章进一步详细讨论。,102,：将输出量通过一定的方式引回到输入回路来影响输入量的措施称为反馈。,由于反馈的结果使输出量的变化减小，称为负反馈。,由于反馈出现在直流通路中，称为直流负反馈。,二,.,静态工作点的估算法,方法一：,方法二：,R,b,=R,b1,R,b2,由输入回路：,V,BB,=I,BQ,R,b,+U,BEQ,+I,EQ,R,e,解得：,三,.,动态参数的估算,交流等效电路,R,i,=R,b1,R,b2,r,be,R,o,=R,c,动态参数的估算,若无旁路电容，,交流等效电路,R,i,=R,b1,R,b2,r,be,+,（,1+,）,Re,R,o,=R,c,例,2.4.1,2.4.3,稳定静态工作点的措施,(,其他措施,),温度补偿的方法来稳定,Q,2.5,晶体管单管放大电路的三种基本接法,(,三种组态,),三种基本接法,公共端,输入端,输出端,(,交流通路中,),共射,CE,E,B,C,共基,CB,B,E,C,共集,CC,C,B,E,2.5.1,基本共集放大电路,(CC),一,.,电路的组成,二,.,静态分析,三,.,动态分析,交流等效电路,由输入回路,由输出回路,交流等效电路,规律：射极电阻折合至基极回路，应乘以,（,1+),动画：,2-6,共集放大电路,结论：,Ri,大、,Ro,小、,Av1,常作输入级、输出级和级间的缓冲放大。,规律：基极电阻折合至射极回路，应除以,（,1+),2.5.2,基本共基放大电路,(CB),1.,电路的组成,图,2.5.4,基本共基放大电路,2.,静态分析,3.,动态分析,交流等效电路,图,2.5.4,基本共基放大电路,由输入回路,由输出回路,交流等效电路,结论：,Ri,小、,Ro,大、,Ai1,频率特性好，常作宽带放大。,2.5.3,三种接法,(,组态,),的比较,CE,CC,CB,Au Ai Ri,Ro,应用,大,(,反相,),1,大,(,同相,),大,大,1,中,大,小,大,小,大,低频电压放大,输入、输出,宽带放大,CE CC CB,2.15,2.18,三种组态的比较,CE,CC,CB,Au Ri,Ro,三种组态的比较,2.6,晶体管基本放大电路的派生电路,2.6.1,复合管,(,达林顿管,),放大电路,一,.,复合管的组成及其电流放大系数,复合管的组成原则：,1,）,C1,或,E1,连接,B2,为实现电流放大,2,）均工作在放大区,原则：复合管内部各电极的电流应方向一致，复合后的电极电流是内部各电极电流之和。,(a),结论：复合管的类型由,T,1,决定；,复合管的电流放大系数,1,2,。,(c),(b),(d),原则：复合管内部各电极的电流应方向一致，复合后的电极电流是内部各电极电流之和。,(a),、,(b),：同类,复合；,(c),、,(d),：异类,复合。,结论：复合管的类型由,T,1,决定；复合管的电流放大系数,1,2,。,哪个管是,T,1,？,T,1,的基极就是复合管的,基极。,二,.,复合管共射放大电路,R,i,=R,b,r,be1,+(1+,)r,be2,结论：输入电阻增大，,增强电流放大能力。,三,.,复合管共集放大电路,结论：输入电阻增大，,输出电阻减小。,2.6.2,共射,-,共基放大电路,(,不要把两个管子看成一个复合管，而是两个管之间是直接耦合。,),特点：既保持共射放大电路电压放大能力较大的优点，又获得共基放大电路较好的高频特性。,2.6.3,共集,-,共基放大电路,(,不要把两个管子看成一个复合管，而是两个管之间是直接耦合。,),特点：具有较宽的通频带。,若,1,=,2,=,，,则：,2.7,场效应管放大电路,2.7.1,场效应放大电路的三种接法,共源 共漏 共栅,2.7.2,场效应放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算,一,.,基本共源放大电路,1,）图解法,由输入回路：,U,GS,=V,GG,由输出回路：,u,DS,=V,DD,-i,D,R,d,一,.,基本共源放大电路,等效电路法,由输入回路：,U,GSQ,=V,GG,由电流方程：,由输出回路：,U,DSQ,=V,DD,-I,DQ,R,d,二,.,自给偏压电路,由输入回路：,U,GSQ,=-I,DQ,R,S,由电流方程：,U,GSQ,、,I,DQ,由输出回路：,U,DSQ,=V,DD,-I,DQ,R,d,R,s,),三,.,分压偏置电路,I,DQ,、,U,GSQ,2.7.3,场效应管放大电路的动态分析,一,.,场效应管的低频小信号等效模型,全微分,令,则,模型参数求解,由,得,模型参数求解,r,ds,很大，常忽略其影响,2.,基本共源放大电路的动态分析,交流等,效电路,三,.,基本共漏放大电路的动态分析,交流等,效电路,求输出,电阻,2.7.4,场效应放大电路的特点,优点：输入电阻高、噪声低、温度稳定性好,缺点：放大能力差，易损坏,课后习题：,2.2 2.3 2.5 2.6 2.8 2.9 2.13 2.14 2.15 2.17 2.18 2.19 2.24,本章完,