模拟电子技术基础演示幻灯片.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,*,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,1,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),2,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),3,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),4,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,5,2.1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,6,2.1.2放大电路的性能指标,输入电阻 Ri,输出电阻 Ro,7,1.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,8,2.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,9,输入电阻和输出电阻对放大能力的影响,10,4.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,LA=0.7A,m,衡量放大电路对信号频率的适应能力,11,5.非线性失真系数 D,定义：,A,1,基波幅值,A,2,，A,3,，谐波幅值,12,6.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,13,U,BE,U,CE,I,B,I,C,14,2.2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,URC,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,15,2.2.2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,。,16,二.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,17,2.2.3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,),18,19,2.2.4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,20,二.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,21,二.常见的两种共射放大电路,1）直接耦合共射放大电路,22,二.常见的两种共射放大电路,2）阻容耦合共射放大电路,23,2.3 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,24,2.3.1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,25,1.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,。,26,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”？,27,28,例2.,29,例3.,30,2.3.2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,31,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,32,三.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,33,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,34,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,35,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。,36,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,om2,37,四.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,38,交流负载线的画法(二点法),点,39,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,40,图2.3.10 例2.3.1图,41,例,42,2.3.3 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,43,2）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,44,2）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,45,2.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,46,2.晶体管共射h参数等效模型,1）h参数等效模型,全微分,47,48,电压相加是串联,电流相加是并联,49,2）h参数的物理意义,r,be,10,-2,1/r,ce,50,忽略h,12e,h,22e,得：,3）简化的h参数等效模型,51,4）,r,be,的近似表达式,低频小功率管,r,bb,200,52,3.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,53,3.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：,54,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。,55,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,56,2.4 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,57,2.4.2 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！,58,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,59,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,。,60,二.静态工作点的估算法,方法一：,61,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：,62,三.动态参数的估算,交流等效电路,63,R,i,=R,b1,R,b2,r,be,R,o,=R,c,64,动态参数的估算,若无旁路电容，,交流等效电路,65,Ri,=R,b1,R,b2,r,be,+（1+）Re,R,o,=R,c,66,例2.4.1,67,2.4.3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,68,2.5 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,69,2.5.1基本共集放大电路,(CC),一.电路的组成,70,二.静态分析,71,72,三.动态分析,交流等效电路,73,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,74,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+),75,2.5.2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,76,3.动态分析,交流等效电路,图2.5.4 基本共基放大电路,77,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。,78,2.5.3三种接法(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,79,CE CC CB,2.15,2.18,三种组态的比较,80,CE,CC,CB,Au Ri Ro,三种组态的比较,81,2.6 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),82,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),83,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。,84,(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。,85,二.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。,86,三.复合管共集放大电路,结论：输入电阻增大，,输出电阻减小。,87,2.6.2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。,88,2.6.3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：,89,2.7 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,90,2.7.2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,91,一.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,92,二.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,),93,三.分压偏置电路,I,DQ、,U,GSQ,94,2.7.3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,95,模型参数求解,由,得,96,模型参数求解,r,ds,很大，常忽略其影响,97,2.基本共源放大电路的动态分析,交流等,效电路,98,三.基本共漏放大电路的动态分析,交流等,效电路,99,求输出,电阻,100,2.7.4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,101,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,102,