電子技術(shù)基礎(chǔ)基本放大電路PPT學習教案

1、會計學1電子技術(shù)基礎(chǔ)基本放大電路電子技術(shù)基礎(chǔ)基本放大電路3.1.1.放大電路的基本概念 放大電路主要用于放大微弱的電信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，這里主要講電壓放大電路。概述1.放大倍數(shù)表示放大器的放大能力（1）電壓放大倍數(shù)定義為: AU=UO/UI（重點）（2）電流放大倍數(shù)定義為: AI=IO/II （3）互阻增益定義為: Ar=UO/II（4）互導增益定義為: Ag=IO/UI2. 輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進去的 等效電阻輸入電阻：Ri=ui / ii一般來說， Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號源索取的電流越小。（2）當信號源有內(nèi)阻時， Ri越大， ui就越

2、接近uS。輸入端iiuiRiuSRS信號源Au輸出端3. 輸出電阻Ro從放大電路輸出端看進去的等效電阻。AuuS輸出端Rouso輸出端 輸出電阻是表明放大電路帶負載的能力，Ro越小，放大電路帶負載的能力越強，反之則差。 0 ,.o.ooSL=URIUR 輸出電阻的定義：4. 通頻帶通頻帶：fbw=fHfL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線fAAm0.7AmfL下限截止頻率fH上限截止頻率 3dB帶寬晶體管放大電路的組成及其工作原理3.2.1 共射基本放大電路的組成 及其工作原理UCE（-ICRc）放大原理：iUUBEIBIC（bIB）電壓放大倍數(shù)： oU-+VT123URBIRBBBECCCC

3、b（+12V）IUVCEBE+UIUB+IIC+U+CEUO=iouUUABCEIBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQ-+VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCEBE+UIUB+IIC+U+CEUOceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu=符號說明RbVBBRCC1C2T放大元件iC=biB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出參考點RL二.單管共射極放大電路的結(jié)構(gòu) 及各元件的作用+VCC共射放大電路組成使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當?shù)撵o態(tài)工作點IB和UBE。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL基極電源與

4、基極電阻集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL共射放大電路集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL耦合電容：電解電容，有極性，大小為10F50F作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL+uiuo單電源供電可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRLRb單電源供電+VCCRCC1C2TRL圖解分析法3.3.2 動態(tài)工作情況分析3.3.1 靜態(tài)工作情況分析引 言引言基本思想 非線性電路經(jīng)適當近似后可按線性電路對待，利用疊加定理，分別分析電路中的交、直流

5、成分。一、分析三極管電路的基本思想和方法直流通路(ui = 0)分析靜態(tài)。 交流通路(ui 0)分析動態(tài)，只考慮變化的電壓和電流。畫交流通路原則：1. 固定不變的電壓源都視為短路；2. 固定不變的電流源都視為開路；3. 視電容對交流信號短路0j/1 C 放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。 靜態(tài)分析的任務是根據(jù)電路參數(shù)和三極管的特性確定靜 態(tài)值（直流值）UBE、IB、 IC 和UCE?？捎梅糯箅娐返闹绷魍穪矸治?。3.3.1 靜態(tài)工作情況分析Rb+VCCRCC1C2TRL為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點？ 放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管工作在線性區(qū)以保證信號不失真。開路Rb+VCCR

6、CC1C2RL畫出放大電路的直流通路一、靜態(tài)工作點的估算將交流電壓源短路 將電容開路。直流通路的畫法：開路Rb+VCCRC直流通道用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點（ IB、UBE、IC、UCE）（1）估算IB（ UBE 0.7V)Rb+VCCRCIBUBEbBECCBRUVI=bCC7 . 0RVbRVCCRb稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。（2）估算UCE、ICRb+VCCRCICUCECCCCCERIVU=IC= bIB例3.3.1：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，b=37.5。解：A400.04mA30012RVIbCCB=mAIIBC5 . 1

7、04. 05 .37=b6V41.512RIVUCCCCCE=請注意電路中IB和IC的數(shù)量級UBE 0.7VRb+VCCRCRb+VCCRCC1C2Tui=0時由于電源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICRLIB無信號輸入時1.靜態(tài)工作點Ui=0時電路的工作狀態(tài)二 用圖解法確定靜態(tài)工作點Rb+VCCRCC1C2TICUBEUCE( IC,UCE )(IB,UBE)RLIB靜態(tài)工作點(IB,UBE) 和( IC,UCE )分別對應于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態(tài)工作點。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIBIREU=UIERUI) 1e (/S=TUUIIEQUIERUIEQEU

8、CE=VCCICRC直流負載線先求出IB，IB對應的輸出特性與直流負載線的交點就是工作點QVCCICUCECCCRVQIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC三、電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響1. 改變 RB，其他參數(shù)不變uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQR B iB Q 趨近截止區(qū)；R B iB Q 趨近飽和區(qū)。2. 改變 RC ，其他參數(shù)不變RC Q 趨近飽和區(qū)。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC例 3.3.2 設(shè) RB = 38 k，求 VBB = 0 V、3 V 時的 iC、uCE。解uCE/ViC/mAiB= 010 A20 A30 A40 A50 A60 A41O235當

9、VBB= 0 V： iB 0，iC 0，5 VuCE 5 V當VBB = 3 V：BBE(on)BBBRUVi = =mA 0.06= =0.3UCE 0.3 V 0，iC 5 mAiC 0iC = VCC /RC三極管的開關(guān)等效電路截止狀態(tài)SBCEVCC+RCRBiB 0uCE 5ViB飽和狀態(tài)uCE 0判斷是否飽和臨界飽和電流 ICS和IBS ：CCCCCE(sat)CCCSRVRUVI = =CCCCSBSRVIIb bb b = =iB IBS，則三極管飽和。IBUBEQICUCEuiibibic1. 交流放大原理（設(shè)輸出空載）假設(shè)在靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號 ui靜態(tài)工

10、作點3.3.2 用圖解法確定動態(tài)工作情況ICUCEicuCE也沿著負載線變化uCEUCE與Ui反相！uCE怎么變化各點波形uo比ui幅度放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuoceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu=對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零2.放大器的交流通路Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/C0 將直流電壓源短路，將電容短路。交流通路分析動態(tài)工作情況交流通路的畫法：RbRCRLuiuo交流通路Rb+VCCRCC1C2RL3.交流負載線輸出端接入負載RL：不影響Q 影響動態(tài)！交流負載線RbRCRLuiuoicuce其中：CLLR/R

11、R = = uce=-ic（RC/RL） = -ic RL交流量ic和uce有如下關(guān)系：這就是說，交流負載線的斜率為：LR1 uce=-ic（RC/RL）= -ic RL或ic=（-1/ RL） uce交流負載線的作法：斜 率為-1/RL 。（ RL= RLRc ）經(jīng)過Q點。 ICUCEVCCCCCRVQIB交流負載線直流負載線斜 率為-1/RL 。（ RL= RLRc ）經(jīng)過Q點。 注意：（1）交流負載線是有交流 輸入信號時工作點的運動軌跡。 （2）空載時，交流負載線與直流負載線重合。例 3.3.3 硅管，ui = 10 sin t (mV)，RB = 176 k， RC = 1 k，VCC

12、 = VBB = 6 V，圖解分析各電壓、電流值。解 令 ui = 0，求靜態(tài)電流 IBQA)( 30mA)(03. 01767 . 06BQ = = = = =IRL + iBiCRBVCCVBBRCC1ui+ + +uCE+uBE uBE/ViB/A0.7 V30QuituBE/VtiBIBQ(交流負載線)uCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流負載線QQ6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOOOO當 ui = 0 uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ 當 ui = Uim sin t ib

13、= Ibmsin t ic = Icmsin t uce = Ucem sin t uo = uceiB = IBQ + Ibmsin tiC = ICQ + Icmsin tuCE = UCEQ Ucem sin t = UCEQ +Ucem sin (180 t)iouu 放大電路的非線性失真問題因工作點不合適或者信號太大使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，從而引起非線性失真。1. “Q”過低引起截止失真NPN 管： 頂部失真為截止失真。PNP 管： 底部失真為截止失真。不發(fā)生截止失真的條件：IBQ Ibm 。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCi

14、ct OOiCOtuCEQuce交流負載線2. “Q”過高引起飽和失真ICS集電極臨界飽和電流NPN 管：底部失真為飽和失真。PNP 管：頂部失真為飽和失真。L(SAT)CECCCSBSRUVII = = =b bb bIBS 基極臨界飽和電流。不接負載時，交、直流負載線重合，V CC= VCC不發(fā)生飽和失真的條件： IBQ + I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQV CC飽和失真的本質(zhì)：負載開路時：接負載時：受 RC 的限制，iB 增大，iC 不可能超過 VCC/RC 。受 RL 的限制，iB 增大，iC 不可能超過 V CC/RL 。C1+RCRB+VCCC2RL+uo+i

15、BiCVui(RL= RC / RL)選擇工作點的原則：當 ui 較小時，為減少功耗和噪聲，“Q” 可設(shè)得低一些；為提高電壓放大倍數(shù)，“Q”可以設(shè)得高一些；為獲得最大輸出，“Q” 可設(shè)在交流負載線中點。微變等效電路 分析法3.4.2 H參數(shù)小信號模型3.4.1 H參數(shù)的引出引 言一 建立小信號模型的意義 由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是在一定的條件下（工作點附近）將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設(shè)計。 由于研究對象的多樣性和復雜性，往往把對象的某些特征提取出來，用已知的、相對明了的單元組合來說明，并作為進一步研究的基礎(chǔ)，這種研究方

16、法稱為建模。引 言 當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理。二 建立小信號模型的思路3.4.1 H參數(shù)的引出在小信號情況下，對上兩式取全微分得CECEBEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV = =對于BJT雙口網(wǎng)絡，我們已經(jīng)知道輸入輸出特性曲線如下：uBE=f(iB，vCE)iC=g(iB ，vCE)CECECBBCBCEdvvidiiidIVCi=各h參數(shù)的物理意義：CEBBEieuiuh BCEBEreiuuh = =iB輸出端交流短路時的 輸入電阻，用rbe表示。輸入端開路時

17、的電壓反饋系數(shù)， 用r表示。uBEuBEiBiBuBEuBEuCEcerebiebeuhihuceoebfecuhihiCEBCfeuiih BCECoeiuih iCiBiCuCE輸出端交流短路時的電流放大 系數(shù)，用表示。輸入端開路時的輸出電導，用1/rce表示。iCuCEiCuCE用小信號交流分量表示vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce3.4.2 H參數(shù)小信號模型根據(jù)可得小信號模型BJT的H參數(shù)模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT雙口

18、網(wǎng)絡H參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變 參數(shù)或交流參數(shù)。H參數(shù)與工作點有關(guān)，在放大 區(qū)基本不變。1 模型的簡化hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即 rbe= hie b = hfe uT = hre rce= 1/hoe一般采用習慣符號則BJT的H參數(shù)模型為 uT很小，一般為10-310-4 ， rce很大，約為100k。故 一般可忽略它們的影響， 得到簡化電路 b ib 是受控源 ，且為電流控制電流源(CCCS)。 電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的。 2 H參數(shù)的確定 b 一般用測試儀測出； rbe 與Q點有關(guān)，可用圖示儀測出。一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+

19、b ) re其中對于低頻小功率管 rb(100300） 則 )mA()mV(26)1(200EQbeIrb b )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26=而 (T=300K) (1)、電壓放大倍數(shù)的計算：uiuo3 、 H參數(shù)的應用共射極放大電路bebirIU = =LboRIU b b = = beLurRA b b = =LCLR/RR= = 負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。畫微變等效電路rbeRbRCRLiU iI bI cI oU BI b biiIURi=beb/rR=ber電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。rbeRbRCR

20、LiU iI bI cI oU BI b b(2)、輸入電阻的計算：根據(jù)輸入電阻的定義：當信號源有內(nèi)阻時：Ui.UO.Ui.Us.coooRIUR=所以：用加壓求電流法求輸出電阻：(3)、輸出電阻的計算：0U,R.o.ooSLIU=R=根據(jù)定義oU oI rbeRbRCiI bI cI bI b b004 晶體三極管交流分析步驟： 分析直流電路，求出“Q”，計算 rbe。 畫電路的交流通路 。 在交流通路上把三極管畫成 H 參數(shù)模型。 分析計算疊加在“Q”點上的各極交流量。求：1. 靜態(tài)工作點。例 3.4.12.電壓增益AU、 輸入電阻Ri、 輸出電阻R0 。 3. 若輸出電壓的波形出現(xiàn)如 下

21、失真 ，是截止還是飽和失真？應調(diào)節(jié)哪個元件？如何調(diào)節(jié)？解：1 .IcVCE2. 思路：微變等效電路AU、Ri 、R0)(94576. 126)431 (20026)1 (200=mAmVImVrEbebbeLiurRUUA0b=103945. 0)2 . 6/9 . 3(43=)(945. 0945. 0/470/=krRRbebiCRR =0例 3.4.2 b = 100，uS = 10sin t (mV)，求疊加在 “Q” 點上的各交流量。+uo+ iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+ + RS+uCE+uBE 12 V12 V510470 k2.7 k3.6 k解令 ui =

22、0，求靜態(tài)電流 IBQ 求“Q”，計算 rbemA)( 024. 04707 . 012BQ= = = =IEQbe 26)1(200Irb b = =ICQ = b IBQ = 2.4 mAUCEQ = 12 2.4 2.7 = 5.5 (V)( 2831024. 026200 = = = =uce 交流通路+uo+ iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+ + RS+uCE+uBE ube 小信號等效+uo+ RBRLRSrbe Eibicb icBCusRC+ube 分析各極交流量be BSbe BSbe /)/(rRRrRuu = =)A( sin5 . 5be be b = =

23、 =trui )mA( sin55. 0 b ctii b b= = =oceuu= =(V) sin85. 0)/(LCctRRi = = = = 分析各極總電量uBE = (0.7 + 0.0072sint )ViB = (24 + 5.5sint) AiC = ( 2.4 + 0.55sint ) mAuCE = ( 5.5 0.85sint ) V)mV( sin2 . 7t = =EBbeImVImVr26)1 (20026200b=beLiurRUUA0b=bebirRR/=CRR =03.5.1 問題的提出 單管共射放大電路存在的問題 實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象3.5 射極偏置放大電路當環(huán)

24、境溫度一 靜態(tài)工作點的位置發(fā)生變化的原因1 溫度對晶體管參數(shù)的影響TICBO,溫度每升高10oC, ICBO一倍TUBE,溫度每升高1oC, UBE2.5mvT,溫度每升高1oC,/ 0.51% 2 溫度對靜態(tài)工作點的影響ICQ=IBQ+(1+) ICBOIBQ=（Vcc- UBE）/ RB TICQQ飽和失真 3 工作點上移時輸出波形分析“Q”過高引起飽和失真ICS集電極臨界飽和電流NPN 管：底部失真為飽和失真。uCEiCt OOiCO tuCEQV CC不接負載時，交、直流負載線重合靜態(tài)是基礎(chǔ)，動態(tài)是目的 3.5.2 電路組成及穩(wěn)定靜態(tài) 工作點的原理特點：RB1上偏流電阻、RB2下偏流電

25、阻、 RE發(fā)射極電阻 共發(fā)射極電路 一電路組成+ UBEQ IBQI1IEQ二 穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理1.直流通路ICQ直流通路的畫法若電路調(diào)整適當，可以使ICQ基本不變。2.穩(wěn)定過程（原理）TICQICQREUB固定UBEIBQICQ 3.穩(wěn)定的條件 UB固定 UB=VCCRB2 / (RB1+RB2) 3.5.3 靜態(tài)分析 求Q點（IBQ、ICQ 、UCEQ） 求法：畫出直流通路求解 估算法 EBEQBQEQRUUI = =EQCQII b b /QBQCII )(ECCQCCCEQRRIVU = =+VCCRCRERB1RB2+ UBEQ IBQI1IEQICQ+ UCEQ 3.5.4 動

26、態(tài)分析求AU、Ri、RO一 畫出放大電路的微變等效電路 1.畫出交流通路2.畫出放大電路的微變等效電路二 計算動態(tài)性能指標1.計算Au“-”表示Uo和Ui反相。 Au的值比固定偏流放大電路小了。ERberLRuAiuouuA)1(/b bb b = = =2.計算輸入電阻iiiiuR/= =)1 (/21EbeBBiRrRRRb=Riuo在RE兩端的電壓可以忽略不計，因此RoRc 。3. 計算輸出電阻Ro Ro=uo/io Us=0 RL= 如何提高電壓放大倍數(shù)Au 在RE兩端并聯(lián)一個電容，則放大倍數(shù)與固定偏置放大電路相同。 3.5.5 舉例討論例 b = 100，RS= 1 k，RB1= 6

27、2 k，RB2= 20 k, RC= 3 k，RE = 1.5 k，RL= 5.6 k，VCC = 15 V。求：“Q”，Au，Ri，Ro。1)求“Q”)V( 7 . 362201520BQ = =U)mA( 25 . 17 . 07 . 3EQCQ= = = = = IIA)( 20mA)( 02. 0100 /2BQ = = = I)V( 6)5 . 13(215CEQ= = = =U+VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+us+uo+VCCRCC1C2RLRE+CE+RB1RB2RS+us+uo2)求 Au，Ri，Ro ， Aus = = = = = =5001 02. 0

28、/26200 /26200BQbe Ir1305 . 13/5.6 100 beL = = = = = =rRAub b)k( 36. 15 . 1/62/20/beB2B1i = = =rRRR7536. 11)130(36. 1uSiisis = = = = = = =ARRRAuuAuuRo = RC = 3 k小 結(jié)分析了固定偏置放大電路產(chǎn)生失真的原因。分析了射極偏置放大電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點 的原理。分析計算了分壓式偏置放大電路的性 能指標。深入討論了射極電阻對靜態(tài)和動態(tài)的影響， 為今后學習反饋建立基礎(chǔ)概念。3.6 共集電極放大電路 (射極輸出器、射極跟隨器)一、電路組成與靜態(tài)工作點IB

29、QIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+usIBQ = (VCC UBEQ) / RB +(1+ b REICQ = b I BQUCEQ = VCC ICQ RE交流通路RsRB+uoRLibiciiRE二、性能指標分析交流通路RsRB+uoRLibiciiRE小信號等效電路usRB+uoRLibiciirbeb ibRERs+RL = RE / RL)1 (/ )1 ( LbeBLbeiBiii iiRrRRruRuuiuR=bb電壓放大倍數(shù)：LbeLLEbbebLEbio)1()1(/)1(/1RrRRRiriRRiuuAu = = = = =b bb bb bb b）

30、（ 1輸入電阻：usRB+uoRLibiciirbeb ibRERs+輸出電阻：usRB+uoRLibiciirbeb ibRERs+RBibiciirbeb ibRERsus = 0+uiiRESbeE)1(RruRu = =b bRS = Rs / RBi = iRE ib b ibb bb b = = = = =1)(/)1/()(SbeESbeEoRrRRruRuuiuR射極輸出器特點Au 1 輸入輸出同相Ri 高Ro 低用途：輸入級 輸出級 中間隔離級 0LoS = = = =RiuRu例 2.5.1 b =120，RB = 300 k，rbb= 200 ，UBEQ = 0.7 V,

31、 RE = RL = Rs = 1 k，VCC = 12V。求：“Q ”，Au，Ri，Ro。IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+us解1)求 “Q”IBQ = (VCC UBE) / RB + (1+ b ) RE = (12 0.7) / 300 +121 1 27 (A)IEQ b I BQ = 3.2 (mA)UCEQ = VCC ICQ RE = 12 3.2 1 = 8.8 (V)2)求 Au，Ri，RoRbe = 200 + 26 / 0.027 1.18 (k)98. 0)1()1(LbeL = =RrRAub bb b)( 18 1)(/SbeEo = =b bRrRRRL= 1 / 1 = 0.4 (k)提高 Ri 的電路：)(k 51.2 )121 300/(1.18 )1 (/LbeB=RrRRib無 C3、RB3：Ri = (RB1 / RB2) / rbe + (1 + b ) RERi = 50 / 510 = 45 (k)Ri = (RB3 +