模拟电子技术基础第四版童诗白华成英主编教学基本放大电路省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

华成英 第二章 基本放大电路大家网：http:/ 第二章第二章 基本放大电路基本放大电路2.1 2.1 放大概念与放大电路性能指标放大概念与放大电路性能指标2.2 2.2 基本共射放大电路工作原理基本共射放大电路工作原理2.3 2.3 放大电路分析方法放大电路分析方法2.4 2.4 静态工作点稳定静态工作点稳定2.5 2.5 晶体管放大电路三种接法晶体管放大电路三种接法2.6 2.6 场效应管及其基本放大电路场效应管及其基本放大电路2.7 2.7 基本放大电路派生电路基本放大电路派生电路大家网：http:/ 2.1 放大概念与放大电路性能指标一、放大概念一、放大概念二、放大电路性能指标二、放大电路性能指标大家网：http:/ 一、放大概念u放大对象：改变量放大对象：改变量u放大本质：能量控制放大本质：能量控制u放大特征：功率放大放大特征：功率放大u放大基本要求：不失真放大基本要求：不失真放大前提放大前提判断电路能否放判断电路能否放大基本出发点大基本出发点VCC最少一路直流最少一路直流电源供电电源供电大家网：http:/ 二、性能指标1.放大倍数：输出量与输入量之比：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试参数电压放大倍数是最常被研究和测试参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输入电流输入电流输出电压输出电压输出电流输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。第第5页页华成英 2.输入电阻和输出电阻 将输出等效将输出等效成有内阻电压成有内阻电压源，内阻就是源，内阻就是输出电阻。输出电阻。空载时输出空载时输出电压有效值电压有效值带带RL时输出电压时输出电压有效值有效值输入电压与输入电压与输入电流有输入电流有效值之比。效值之比。从输入端看进去从输入端看进去等效电阻等效电阻大家网：http:/ 3.通频带4.最大不失真输出电压Uom：交流有效值。交流有效值。因为电容、电感及放大管因为电容、电感及放大管PN结电容效应，使放大电路在信号结电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不一样频率信号适应能力。衡量放大电路对不一样频率信号适应能力。下限频率下限频率上限频率上限频率5.最大输出功率Pom和效率：功率放大电路参数：功率放大电路参数大家网：http:/ 2.2 基本共射放大电路工作原理一、电路组成及各元件作用一、电路组成及各元件作用二、设置静态工作点必要性二、设置静态工作点必要性三、波形分析三、波形分析四、放大电路组成标准四、放大电路组成标准大家网：http:/ 一、电路组成及各元件作用VBB、Rb：使：使UBE Uon，且有，且有适当适当IB。VCC：使：使UCEUBE，同时作为，同时作为负载能源。负载能源。Rc：将：将iC转换成转换成uCE(uo)。动态信号作用时：动态信号作用时：输入电压输入电压ui为零时，晶体管各极电流、为零时，晶体管各极电流、b-e间电压、管间电压、管压降称为静态工作点压降称为静态工作点Q，记作，记作IBQ、ICQ（IEQ）、）、UBEQ、UCEQ。共射共射大家网：http:/ 二、设置静态工作点必要性 输出电压必定失真！输出电压必定失真！设置适当静态工作点，首先要处理失真问题，但设置适当静态工作点，首先要处理失真问题，但Q点几点几乎影响着全部动态参数！乎影响着全部动态参数！为何放大对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有为何放大对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有适当直流电流和极间电压？适当直流电流和极间电压？大家网：http:/ 三、基本共射放大电路波形分析饱和失真饱和失真底部失真底部失真截止失真截止失真顶部失真顶部失真输出和输入反相！输出和输入反相！动态信号动态信号驮载在静驮载在静态之上态之上与与iC改变改变方向相反方向相反 要想不失真，就要要想不失真，就要在信号整个周期内确在信号整个周期内确保晶体管一直工作在保晶体管一直工作在放大区！放大区！大家网：http:/ 四、放大电路组成标准静态工作点适当：适当直流电源、适当电路参静态工作点适当：适当直流电源、适当电路参数。数。动态信号能够作用于晶体管输入回路，在负载动态信号能够作用于晶体管输入回路，在负载上能够取得放大了动态信号。上能够取得放大了动态信号。对实用放大电路要求：对实用放大电路要求：共地、直流电源种类尽共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。可能少、负载上无直流分量。第第12页页华成英 两种实用放大电路：（1 1）直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题：问题：1.两种电源两种电源2.信号源与放大电路不信号源与放大电路不“共地共地”共地，且要使信号共地，且要使信号驮载在静态之上驮载在静态之上静态时，静态时，动态时，动态时，VCC和和uI同时作用同时作用于晶体管输入回路。于晶体管输入回路。将两个电源将两个电源合二为一合二为一有直流分量有直流分量有交流损失有交流损失 UBEQ大家网：http:/ 两种实用放大电路：（2 2）阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容容量应足够大，耦合电容容量应足够大，即对于交流信号近似为短即对于交流信号近似为短路。其作用是路。其作用是“隔离直流、隔离直流、经过交流经过交流”。静态时，静态时，C1、C2上电压？上电压？动态时，动态时，C1、C2为耦合电容！为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。负载上只有交流信号。大家网：http:/ 2.3 2.3 放大电路分析方法一、放大电路直流通路和交流通路一、放大电路直流通路和交流通路二、图解法二、图解法三、等效电路法三、等效电路法大家网：http:/ 一、放大电路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；电容开路；电感相当于短路（线圈电阻近似为电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。）。2.交流通路：大容量电容相当于短路；大容量电容相当于短路；直流直流电源相当于短路（内阻为电源相当于短路（内阻为0）。）。通常，放大电路中直流电源作用和交流信号作通常，放大电路中直流电源作用和交流信号作用共存，这使得电路分析复杂化。为简化分析，用共存，这使得电路分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路概念。将它们分开作用，引入直流通路和交流通路概念。大家网：http:/ 基本共射放大电路直流通路和交流通路 列晶体管输入、输出回路方程，将列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，作为已知条件，令令ICQIBQ，可估算出静态工作点。，可估算出静态工作点。VBB越大，越大，UBEQ取不一样取不一样值所引发值所引发IBQ误误差越小。差越小。大家网：http:/ 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直流通路和交流通路大家网：http:/ 二、图解法 应实测特征曲线应实测特征曲线应实测特征曲线应实测特征曲线 输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线负载线1.静态分析：图解二元方程：图解二元方程第第19页页华成英 2.电压放大倍数分析斜率不变斜率不变第第20页页华成英 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，即向上平移输入回路负载线。，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！截止失真是在输入回路首先产生失真！减小减小Rb能消除截止失真吗？能消除截止失真吗？大家网：http:/ 饱和失真饱和失真消除方法：消除方法：增大增大Rb，减小减小Rc，减小减小，减小减小VBB，增大增大VCC。Rb或或或或VBB Rc或或VCC：饱和失真是输出回路产生失真。：饱和失真是输出回路产生失真。最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom：比较：比较UCEQ与（与（VCC UCEQ），取），取其小者，除以其小者，除以 。这可不是这可不是好方法！好方法！大家网：http:/ 大家网：http:/ 三、等效电路法半导体器件非线性特征使放大电路分析复杂化。利用半导体器件非线性特征使放大电路分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件特征。线性元件建立模型，来描述非线性器件特征。1.直流模型：适于：适于Q点分析点分析理想二极管理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。输入回路等效为输入回路等效为恒压源恒压源输出回路等效为电流控制电流源输出回路等效为电流控制电流源第第24页页华成英 2.晶体管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络，输入回路、为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。输出回路各为一个端口。低频小信号模型低频小信号模型大家网：http:/ 在低频、小信号作用下关系式在低频、小信号作用下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）电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导大家网：http:/ h参数物理意义参数物理意义b-e间间动态电阻动态电阻内反馈内反馈系数系数电流放大系数电流放大系数c-e间电导间电导分清主次，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作用可忽略不计？作用可忽略不计？第第27页页华成英 简化简化h h参数等效电路交流等效模型参数等效电路交流等效模型查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结电流方程可求得结电流方程可求得由由IEQ算出算出在输入特征曲线上，在输入特征曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！大家网：http:/ 3.放大电路动态分析放大电路放大电路交流等效电路交流等效电路大家网：http:/ 阻容耦合共射放大电路动态分析阻容耦合共射放大电路动态分析输入电输入电阻中不阻中不应含有应含有Rs!输出电输出电阻中不阻中不应含有应含有RL!大家网：http:/ 讨论一1.在什么参数、怎样改变时在什么参数、怎样改变时Q1 Q2 Q3 Q4？2.从输出电压上看，哪个从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪点下最易产生截止失真？哪个个Q点下最易产生饱和失真？哪个点下最易产生饱和失真？哪个Q点下点下Uom最大？最大？3.设计放大电路时，应依据什么选择设计放大电路时，应依据什么选择VCC？大家网：http:/ 2.空载和带载两种情况下空载和带载两种情况下Uom分别为多少？分别为多少？3.在图示电路中，有没有可能在空载时输出电压失真，在图示电路中，有没有可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？而带上负载后这种失真消除？4.增强电压放大能力方法？增强电压放大能力方法？讨论二 已知已知ICQ2mA，UCES0.7V。1.在空载情况下，当输在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？现饱和失真还是截止失真？若带负载情况下呢？若带负载情况下呢？大家网：http:/ 讨论三：基本共射放大电路静态分析和动态分析：基本共射放大电路静态分析和动态分析QIBQ35AUBEQ0.65V 为何用图为何用图解法求解解法求解IBQ和和UBEQ？第第33页页华成英 讨论四：阻容耦合共射放大电路静态分析和动态分析：阻容耦合共射放大电路静态分析和动态分析第第34页页华成英 讨论五：波形分析波形分析 失真了吗？怎样判失真了吗？怎样判断？原因？断？原因？饱和饱和失真失真大家网：http:/ 2.4 静态工作点稳定一、温度对静态工作点影响一、温度对静态工作点影响二、静态工作点稳定经典电路二、静态工作点稳定经典电路三、稳定静态工作点方法三、稳定静态工作点方法大家网：http:/ 一、温度对静态工作点影响 所谓所谓Q点稳定，是指点稳定，是指ICQ和和UCEQ在温度改变时基本不变，在温度改变时基本不变，这是靠这是靠IBQ改变得来。改变得来。若温度升高时要若温度升高时要Q回到回到Q，则只有减小则只有减小IBQT（）ICQQICEO若若UBEQ不变不变IBQQ大家网：http:/ 二、静态工作点稳定经典电路 直流通路？直流通路？Ce为旁路电容，在交流为旁路电容，在交流通路中可视为短路通路中可视为短路1.电路组成大家网：http:/ 2.稳定原理 为了稳定为了稳定Q点，通常点，通常I1 IB，即，即I1 I2；所以；所以基本不随温度改变。基本不随温度改变。设设UBEQ UBEUBE，若，若UBQ UBEUBE，则，则IEQ稳定。稳定。大家网：http:/ Re 作用作用T()ICUE UBE（UB基本不变）基本不变）IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。点越稳定。关于反馈一些概念：关于反馈一些概念：将输出量经过一定方式引回输入回路影响输入量办法称将输出量经过一定方式引回输入回路影响输入量办法称为反馈。为反馈。直流通路中反馈称为直流反馈。直流通路中反馈称为直流反馈。反馈结果使输出量改变减小称为负反馈，反之称为正反反馈结果使输出量改变减小称为负反馈，反之称为正反馈。馈。Re有上限值吗？有上限值吗？IC经过经过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大，反馈结果使之减小增大，反馈结果使之减小第第40页页华成英 3.Q 点分析分压式电流负反馈工作点稳定电路分压式电流负反馈工作点稳定电路Rb上静态电压是上静态电压是否可忽略不计？否可忽略不计？判断方法：判断方法：第第41页页华成英 4.动态分析利利?弊弊?无旁路电容无旁路电容Ce时：时：怎样提升电压怎样提升电压放大能力？放大能力？第第42页页华成英 三、稳定静态工作点方法引入直流负反馈引入直流负反馈温度赔偿：利用对温度敏温度赔偿：利用对温度敏感元件，在温度改变时直感元件，在温度改变时直接影响输入回路。接影响输入回路。比如，比如，Rb1或或Rb2采取热敏采取热敏电阻。电阻。它们它们温度系数？温度系数？大家网：http:/ 大家网：http:/ 2.5 2.5 晶体管放大电路三种接法一、基本共集放大电路一、基本共集放大电路二、基本共基放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路比较三、三种接法放大电路比较大家网：http:/ 一、基本共集放大电路1.静态分析大家网：http:/ 2.动态分析：电压放大倍数：电压放大倍数故称之为射故称之为射极跟随器极跟随器Uo Ui大家网：http:/ 2.动态分析：输入电阻分析：输入电阻分析Ri与负载相关！与负载相关！RL带负载电阻后带负载电阻后从基极看从基极看Re，被增，被增大到（大到（1+）倍）倍大家网：http:/ 2.动态分析：输出电阻分析：输出电阻分析Ro与信号源内阻相关！与信号源内阻相关！3.特点：特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！压；在一定条件下有电压跟随作用！令令Us为零，保留为零，保留Rs，在输出端加，在输出端加Uo，产生，产生Io,。从射极看基极回路电阻，被减从射极看基极回路电阻，被减小到（小到（1+）倍）倍第第49页页华成英 二、基本共基放大电路1.静态分析大家网：http:/ 2.动态分析3.特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！第第51页页华成英 三、三种接法比较：空载情况下空载情况下 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 宽宽大家网：http:/ 讨论一：图示电路为哪种基本接法放大电路？它们静态工作点有可图示电路为哪种基本接法放大电路？它们静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻表示式。电阻表示式。接法接法共射共射共集共集共基共基输入输入bbe输出输出cec第第53页页华成英 电路如图，全部电容对交流信号均可视为短路。电路如图，全部电容对交流信号均可视为短路。1.Q为多少？为多少？2.Re有稳定有稳定Q点作用吗？点作用吗？3.电路交流等效电路？电路交流等效电路？4.V 改变时，电压放大倍数怎样改变？改变时，电压放大倍数怎样改变？讨论二大家网：http:/ 大家网：http:/ 2.6 场效应管及其基本放大电路一、场效应管一、场效应管二、场效应管放大电路静态工作点设置方法二、场效应管放大电路静态工作点设置方法三、场效应管放大电路动态分析三、场效应管放大电路动态分析大家网：http:/ 一、场效应管（以N沟道为例）场效应管有三个极：源极（场效应管有三个极：源极（s）、栅极（、栅极（g）、漏极（）、漏极（d），），对应于晶体管对应于晶体管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、可变电阻区，对应于可变电阻区，对应于晶体晶体管截止区、放大区、饱和区。管截止区、放大区、饱和区。1.结型场效应管符号符号结构示意图结构示意图栅极栅极漏极漏极源极源极导电导电沟道沟道单极型管噪声小、抗辐射能力强、低电压工作噪声小、抗辐射能力强、低电压工作第第57页页华成英 栅-源电压对导电沟道宽度控制作用沟道最宽沟道最宽沟道变窄沟道变窄沟道消失沟道消失称为夹断称为夹断 uGS能够控制导电沟道宽度。为何能够控制导电沟道宽度。为何g-s必须加负电必须加负电压？压？UGS（off）大家网：http:/ 漏-源电压对漏极电流影响uGSUGS（off）且不变，且不变，VDD增大，增大，iD增大增大。预夹断预夹断uGDUGS（off）VDD增大，几乎全部用来克服沟道电阻，增大，几乎全部用来克服沟道电阻，iD几乎不变，进入恒流区，几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决几乎仅仅决定于定于uGS。场效应管工作在恒流区条件是什么？场效应管工作在恒流区条件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）大家网：http:/ 夹断夹断电压电压漏极饱漏极饱和电流和电流转移特征场效应管工作在恒流区，因而场效应管工作在恒流区，因而uGSUGS（off）且且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）大家网：http:/ g-s电压控电压控制制d-s等效等效电阻电阻输出特征预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGDUGS（off）可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS击击穿穿区区夹断区（截止区）夹断区（截止区）夹断电压夹断电压IDSSiD 不一样型号管子不一样型号管子UGS（off）、IDSS将不一样。将不一样。低频跨导：低频跨导：大家网：http:/ 2.绝缘栅型场效应管 uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。区相接时，形成导电沟道。SiO2绝缘层绝缘层衬底衬底耗尽层耗尽层空穴空穴高掺杂高掺杂反型层反型层增强型管增强型管大到一定大到一定值才开启值才开启大家网：http:/ 增强型MOS管uDS对iD影响 用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型沟道增强型MOS管工作在恒流区条件是什么？管工作在恒流区条件是什么？iD随随uDS增大增大而增大，可变而增大，可变电阻区电阻区 uGDUGS（th）,预夹断预夹断 iD几乎仅仅几乎仅仅受控于受控于uGS，恒，恒流区流区刚出现夹断刚出现夹断uGS增大几乎全部用来增大几乎全部用来克服夹断区电阻克服夹断区电阻第第63页页华成英 耗尽型 MOS管 耗尽型耗尽型MOS管在管在 uGS0、uGS 0、uGS 0时均可导时均可导通，且与结型场效应管不一样，因为通，且与结型场效应管不一样，因为SiO2绝缘层存在，在绝缘层存在，在uGS0时仍保持时仍保持g-s间电阻非常大特点。间电阻非常大特点。加正离子加正离子小到一定小到一定值才夹断值才夹断uGS=0时就存在时就存在导电沟道导电沟道大家网：http:/ MOS管特征1)增强型增强型MOS管管2)耗尽型耗尽型MOS管管开启开启电压电压夹断夹断电压电压大家网：http:/ 利用Multisim测试场效应管输出特征从输出特征曲线说明场效应管哪些特点？从输出特征曲线说明场效应管哪些特点？大家网：http:/ 3.场效应管分类工作在恒流区时工作在恒流区时g-s、d-s间电压极性间电压极性uGS=0可工作在恒流区场效应管有哪几个？可工作在恒流区场效应管有哪几个？uGS0才可能工作在恒流区场效应管有哪几个？才可能工作在恒流区场效应管有哪几个？uGS0才可能工作在恒流区场效应管有哪几个？才可能工作在恒流区场效应管有哪几个？第第67页页华成英 二、场效应管静态工作点设置方法 依据场效应管工作在恒流区条件，在依据场效应管工作在恒流区条件，在g-s、d-s间加间加极性适当电源极性适当电源1.基本共源放大电路大家网：http:/ 2.自给偏压电路由正电源取得负偏压由正电源取得负偏压称为自给偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采取这种电路形式设置哪种场效应管能够采取这种电路形式设置Q点？点？大家网：http:/ 3.分压式偏置电路为何加为何加Rg3?其数值应大些小些？其数值应大些小些？哪种场效应管能够采取这种电路形式设置哪种场效应管能够采取这种电路形式设置Q点？点？即经典即经典Q点稳定电路点稳定电路大家网：http:/ 三、场效应管放大电路动态分析近似分析时可认近似分析时可认为其为无穷大！为其为无穷大！依据依据iD表示式或转移特征可求得表示式或转移特征可求得gm。与晶体管与晶体管h参数等效模型类比：参数等效模型类比：1.场效应管交流等效模型大家网：http:/ 2.基本共源放大电路动态分析若若Rd=3k，Rg=5k，gm=2mS，则，则与共射电路比较。与共射电路比较。大家网：http:/ 3.基本共漏放大电路动态分析若Rs=3k，gm=2mS，则大家网：http:/ 基本共漏放大电路输出电阻分析若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?大家网：http:/ 2.7 派生电路一、复合管一、复合管二、派生电路举例二、派生电路举例大家网：http:/ 一、复合管复合管组成：多只管子合理连接等效成一只管子。复合管组成：多只管子合理连接等效成一只管子。不一样类型管子复合后，不一样类型管子复合后，其类型决定于其类型决定于T1管。管。目标：增大目标：增大，减小前级驱动电流，改变管子类型。，减小前级驱动电流，改变管子类型。iB方向决定复方向决定复合管类型合管类型第第76页页华成英 讨论一：判断以下各图是否能组成复合管判断以下各图是否能组成复合管 在适当外加电压下，在适当外加电压下，每只管子电流都有适当每只管子电流都有适当通路，才能组成复合管。通路，才能组成复合管。大家网：http:/ 大家网：http:/ 二、派生电路举例：组合结果带来什么好处？组合结果带来什么好处？大家网：http:/