模電教學(xué)課件第四章

1、第四章 放大器基礎(chǔ)概述4.1偏置電路和耦合方式4.2放大器的性能指標(biāo)4.3基本組態(tài)放大器4.4差分放大器4.5電流源電路及其應(yīng)用4.6集成運(yùn)算放大器4.7放大器的頻率響應(yīng) 掌握放大電路輸入、輸出電阻、增益及頻率響應(yīng)的概念及計(jì)算方法，基本組態(tài)放大電路、差分放大電路的組成、工作原理、性能特點(diǎn)，放大電路的等效電路分析法；理解理想情況下放大電路的組成原理；了解電流源電路的組成、工作原理及應(yīng)用。1基本要求與基本知識(shí)點(diǎn)2教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 基本放大電路的組成、工作原理、等效電路分析法,頻率響應(yīng)及其分析方法；等效電路分析法、頻率響應(yīng)分析方法。保證半導(dǎo)體器件工作在放大模式 放大器組成框圖耦合電路耦合電路輸出負(fù)載輸

2、入信號(hào)直流偏置電路外 圍 電 路具有正向受控作用的半導(dǎo)體器件是整個(gè)電路的核心將放大器輸出端與輸出負(fù)載進(jìn)行連接。將輸入信號(hào)源與放大器輸入端進(jìn)行連接。4.1偏置電路和耦合方式4.1.1偏置電路設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的電路稱(chēng)放大器的偏置電路。 對(duì)偏置電路的要求 提供合適的 Q 點(diǎn)，保證器件工作在放大模式，并使放大電路具有足夠的輸出動(dòng)態(tài)范圍 當(dāng)環(huán)境溫度等因素變化時(shí)，能穩(wěn)定電路的 Q 點(diǎn)QiCtICQtvCEOVCEQibQ 點(diǎn)在中點(diǎn)，動(dòng)態(tài)范圍最大，輸出波形不易失真。Q 點(diǎn)波動(dòng)對(duì)輸出波形的影響：Q 點(diǎn)升高，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易飽和失真。Q 點(diǎn)降低，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易截止失真。QibibiCvCEO

3、QO 三極管偏置電路(1)固定偏流電路VCCRCRBIBIC Q 點(diǎn)估算： 電路優(yōu)點(diǎn)：Q 點(diǎn)設(shè)置方便，計(jì)算簡(jiǎn)單 電路缺點(diǎn)：不具有穩(wěn)定 Q 點(diǎn)的功能T 時(shí) 、ICBO、VBE(on)ICQQ 點(diǎn)升高BJT的 對(duì)溫度敏感 隨溫度變化對(duì)Q點(diǎn)的影響最大，直接反映在對(duì)ICQ 的影響(2)分壓偏置電路 Q 點(diǎn)估算 電路優(yōu)點(diǎn)：具有穩(wěn)定 Q 點(diǎn)的功能。T ICQVCCRCRB1IBQI1RB2RECE(固定) VEQ( = ICQRE) VBEQ(= VBQ - VEQ)IBQICQ假設(shè) I1 IBQ則 存在問(wèn)題：工程上，常選用：VCCRCRB1IBQI1RB2RECERE 越大 VBEQ 越大 Q 點(diǎn)越穩(wěn)定

4、VCEQ 越小 輸出動(dòng)態(tài)范圍越小VEQ = 0.2VCC或VEQ = 1 3 VRB1、RB2 過(guò)大 不滿(mǎn)足 I1 IBQ工程上，常選用：I1 = (5 10)IBQ則 VBQ 不穩(wěn)定RB1、RB2 過(guò)小 放大器 Ri 減小4.1.2耦合方式 放大器與信號(hào)源、放大器與負(fù)載以及放大器級(jí)與級(jí)之間的連接方式稱(chēng)為耦合方式。 交流信號(hào)正常傳輸。為保證交流信號(hào)正常傳輸、不失真放大，耦合方式必須保證： 盡量減小有用信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損失。實(shí)際電路常采用兩種耦合方式：電容耦合、直接耦合。 電容耦合VCCR3R1R2R4RSvS+-+CBviT1+R7R5R6R8CCT2+ 直流工作時(shí)：信號(hào)源不影響放大器 Q

5、點(diǎn)正常設(shè)置，且各級(jí) Q 點(diǎn)相互獨(dú)立。 交流工作時(shí)：CB 的接入不會(huì)影響信號(hào)的正常傳輸。 電路缺點(diǎn)：體積大，不易集成。 直接耦合各級(jí)之間不經(jīng)過(guò)任何元件直接相連。直接耦合方式：電路優(yōu)點(diǎn)：頻率特性好，便于集成。 存在問(wèn)題：級(jí)間直流電平配置問(wèn)題。零點(diǎn)漂移問(wèn)題。VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn問(wèn)題一 級(jí)間直流電平配置結(jié)果：T1 管Q 點(diǎn)靠近飽和區(qū)，輸出易出現(xiàn)失真由圖若 RE2 = 0，后級(jí)接入 RE，擴(kuò)大前級(jí)動(dòng)態(tài)范圍。 解決方法：VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn工作在放大模式時(shí)：加電平位移電路解決方法：由圖越往后級(jí) VBQ3 ICQ3 輸出

6、動(dòng)態(tài)范圍 VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn采用 PNP 管的電平位移電路：利用 NPN 管與 PNP 管電位極性相反的特點(diǎn)，將直流電平下移，擴(kuò)大后級(jí)的輸出動(dòng)態(tài)范圍。VCCRC2RET2RC1T1RB+-+VBQ1VCQ2+-VCQ1VCQ1 VBQ1放大模式 NPN 管放大模式 PNP 管VCQ2 fH 的區(qū)域。頻率增大，增益減小并產(chǎn)生附加相移。特點(diǎn)：原因：極間電容容抗 分流 不能視為開(kāi)路。即極間電容開(kāi)路、耦合旁路電容短路。低頻段： f rbe短路電流增益 共發(fā)電路電壓增益rbegmvbeRCRBvs+ -RL+ -voRS+ -virce開(kāi)路電壓增益源電壓增益

7、1)既有電壓放大作用、又有電流放大作用。 2)輸出電壓與輸入電壓反相。 共發(fā)電路提供的最大電壓增益若采用有源負(fù)載作為 RC，可使 RC rce 因此 由于厄爾利電壓 |VA|VT ，因此共發(fā)電路提供的 Av 很大，且其值與靜態(tài)電流 ICQ 無(wú)關(guān)。 共發(fā)電路特點(diǎn) 共基極放大器VCCRCRB1RB2RE直流通路RB1vs+ -RL+ -voRB2RECBRSC1C2VCCRC交流通路vs+ -RL+ -voRERSRC4.3.2共基電路 共基電路性能分析 畫(huà)微變等效電路(忽略 rce 影響) 共基電路輸入電阻vs+ -RL+ -voRERSRCrbegmvebiiio+ -vibecii 因此(小

8、)Rivs+ -RL+ -voRERSRCvi+ - 共基電路輸出電阻 共基電路電流增益vs+ -RL+ -voRERSRCrbegmvebiiio+ -vibecii Ri 短路電流增益 共集電極放大器VCCRB1RB2RE直流通路交流通路RERB1vs+ -RL+ -voRB2RSVCCRB1vs+ -RL+ -voRB2RERS+ + C1C24.3.3共集電路 共基電路電壓增益vs+ -RL+ -voRERSRCrbegmveb+ -vibec 共基電路特點(diǎn)1)有電壓放大作用、但無(wú)電流放大作用。 2)輸出電壓與輸入電壓同相。 3)輸入電阻低、輸出電阻高。 共集電路性能分析 畫(huà)微變等效電

9、路 共集電路輸入電阻其中：RERB1vs+ -RL+ -voRB2RS+ -vi 共集電路輸出電阻令 vs = 0、RL 開(kāi)路，畫(huà)出求 Ro 的等效電路。其中：(小)由圖推得： 共集電路電流增益短路電流增益 共集電路電壓增益(忽略 rce)1其中三種組態(tài)電路性能比較小大小大大小大大1大中中共發(fā)共基共集RiRoAvAinRCvs+ -RL+ -voRBRS+ -vivs+ -RL+ -voRERSRCvi+ -REvs+ -RL+ -voRBRS+ -vi P244 4-15 一共發(fā)放大器如圖所示，試畫(huà)出直流通路、交流通路、交流等效電路。圖中各電容對(duì)交流信號(hào)短路。已知BJT的 試求：解答： 1）

10、其直流通路、交流通路、交流等效電路分別如圖（a）、（b）、（c）所示：（a）（c）（b）2）小信號(hào)電路模型中的參數(shù)未知，故需求解。由圖：由圖：又：所以：三種組態(tài)電路的應(yīng)用 共發(fā)放大器 廣泛應(yīng)用于多級(jí)放大器提供增益的增益級(jí)中。 共基放大器 由于頻率特性好，故常與共發(fā)電路配合，組成寬帶放大器。 共集放大器 利用Ri 高的特點(diǎn)，常作多級(jí)放大器輸入級(jí)；利用Ro低的特點(diǎn)，常作多級(jí)放大器輸出級(jí)，提高帶負(fù)載能力。利用Ri 高、Ro低的特點(diǎn)，常作緩沖級(jí)(隔離級(jí))，以提高前級(jí)電路的增益。4.3.3改進(jìn)型放大器一、組合放大器T1T2T1T2 接 RE 的共發(fā)放大器 RCRBvs+ -RL+ -voRS+ -viRE(交流通路)其中共發(fā)電路射極接電阻 RE 后：放大器更接近理想的互導(dǎo)放大器。 增益穩(wěn)定性提高，且便于集成化。當(dāng) RL 時(shí)， 存在問(wèn)題：交流工作時(shí)： RC Av 但集成困難；直