電路與模電第8章教案.ppt

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1、 放大電路的組成、主要性能指標(biāo)、及其工作原理 放大電路的基本分析方法：圖解法和等效電路法 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電路性能的影響及其穩(wěn)定方法 射極輸出器的分析及其應(yīng)用 多級(jí)放大電路 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,第八章 基本放大電路,教學(xué)目標(biāo)與要求,放大的概念,以擴(kuò)音機(jī)為例,放大的對(duì)象：,放大電路的基本特征：,放大的基本要求：,功率放大,信號(hào)不失真,變化量,8.1 放大電路的組成及其作用,8.1.1 放大電路的組成,一、組成,晶體管T、基極電源VBB、集電極電源VCC、基極電阻Rb、集電極電阻RC。,二、各元件的作用,1. 晶體管T：電流放大；,2. 基極電源VBB：使發(fā)射結(jié)正偏（UBEUon）；,3. 基極電阻Rb

2、：確定合適的IB；,4. 集電極電阻Rc：將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化。,說(shuō)明,共射放大電路；地。,5. 集電極電源VCC： 使集電結(jié)反偏；給放大電路提供能源。,*放大電路的組成原則,一、組成原則,（2）靜態(tài)工作點(diǎn)合適：保證晶體管工作在放大區(qū)； 場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)。,（3）動(dòng)態(tài)信號(hào)能夠作用于放大管的輸入回路。 對(duì)于晶體管能產(chǎn)生uBE或iB ，對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管能產(chǎn)生uGS 。 （4）負(fù)載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號(hào)。 （5）對(duì)實(shí)用放大電路：共地、無(wú)斷路或短路.,（1） 必須有為放大管提供Q點(diǎn)的直流電源。,8.1.2 放大電路的性能指標(biāo),放大電路示意圖,一、放大倍數(shù),放大倍數(shù)是直接衡量

3、放大電路放大能力的重要指標(biāo)，其值為輸出量,與輸入量,1. 電壓放大倍數(shù),2. 電流放大倍數(shù),之比。,3. 電壓對(duì)電流的放大倍數(shù)（又稱互阻放大倍數(shù)）,4.電流對(duì)電壓的放大倍數(shù)（又稱互導(dǎo)放大倍數(shù)）,說(shuō)明,本章重點(diǎn)研究電壓放大倍數(shù),用uI、 iI、 uO、 iO表示緩慢（或直流）變化量,,,二、輸入電阻,,三、輸出電阻,,,放大電路帶負(fù)載能力越強(qiáng)。,輸入電流,輸入電壓,,將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻。,從輸入端看進(jìn)去的等效電阻,從輸出端看進(jìn)去的等效電阻,8.2 放大電路的工作原理,8.2.1、靜態(tài)工作與靜態(tài)工作點(diǎn),2. 什么是靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)時(shí)IB、IC、UCE （ UBE ）的值,用

4、IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示,,,+,-,IBQ,ICQ,UCEQ,+,-,UBEQ,1. 什么是靜態(tài)當(dāng)ui0時(shí)電路所處的狀態(tài)。,注意：放大電路必須設(shè)置一個(gè) 合適的靜態(tài)工作點(diǎn),3、為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn),設(shè)VBB=0，則靜態(tài)（A與B短路）時(shí),,,T截止,對(duì)放大電路的基本要求： 不失真，能放大,,輸出電壓必然失真！,8.2.2 動(dòng)態(tài)工作與放大原理,則動(dòng)態(tài)時(shí),動(dòng)態(tài)信號(hào)馱載在靜態(tài)之上,注意：,1.共射放大電路,阻容耦合共射放大電路,直接耦合共射放大電路,共射放大電路：輸入與輸出的公共端為發(fā)射極。不僅具有電流放大作用，同時(shí)也有電壓放大作用。,8.3 放大電路的三種基本接法,2.共集放大

5、電路,共集放大電路：輸入與輸出的公共端為集電極。只有電流放大作用，沒有電壓放大作用。,3.共基放大電路,共基放大電路：輸入與輸出的公共端為基極。只有電壓放大作用，沒有電流放大作用。,8.4 放大電路的基本分析方法,8.4.1 直流通路與交流通路,一、直流通路（靜態(tài)電路）,僅在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路稱為直流通路。,畫直流通路的原則：,電容視為開路；,電感視為短路；,信號(hào)源視為短路，但保留其內(nèi)阻。,二、交流通路,,用于確定靜態(tài)工作點(diǎn),用于確定動(dòng)態(tài)參數(shù),,在輸入信號(hào)作用下，交流電流流經(jīng)的通路稱為交流通路。,畫交流通路的原則：,電容（較大）視為短路；,直流電源視為短路；,ui0時(shí)的狀態(tài),例1

6、：,直流通路和交流通路舉例,,交流通路：,直流通路：,交流通路：,例2：,直流通路：,8.4.2.放大電路的靜態(tài)分析：Q點(diǎn)：UBE 、IB、 IC、 UCE,1. 估算法求靜態(tài)工作點(diǎn),靜態(tài)電路圖(電容斷開，輸入、輸出信號(hào)均為零),例：如圖，已知：UCC=12V ,RC=4K ，RB=300K 求：放大電路的靜態(tài)值,解：,連接MN即為直流負(fù)載線。,注意：直流負(fù)載線的斜率：,2. 圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn),什么是圖解法？,,1.5,,,,,,,,,M點(diǎn)(12v,0) N點(diǎn)(0,3mA),4.確定靜態(tài)工作點(diǎn) 直流負(fù)載線與輸出特性曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)。 圖解法的意義：IC與UCE的關(guān)系即要符合KVL又

7、要符合輸出特性曲線，故兩者交點(diǎn)即是IC與UCE的值。,3.電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,,（1） 改變 Rb，保持VCC ，Rc ， 不變；,Rb 增大，,Rb 減小，,Q 點(diǎn)下移；,Q 點(diǎn)上移；,,,（2）改變 VCC，保持 Rb，Rc ， 不變；,升高 VCC，直流負(fù)載線平行右移，動(dòng)態(tài)工作范圍增大，但管子的動(dòng)態(tài)功耗也增大。,Q2,（3）改變 Rc，保持 Rb，VCC ， 不變；,（4）改變 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不變；,,增大 Rc ，直流負(fù)載線斜率改變，則 Q 點(diǎn)向飽和區(qū)移近。,,Q2,增大 ，ICQ 增大，UCEQ 減小，則 Q 點(diǎn)移近飽和區(qū)。,,,,,（動(dòng)畫3-1）,8.4.3

8、 放大電路的動(dòng)態(tài)分析,,1. 動(dòng)態(tài)圖解法,,,,電壓放大倍數(shù),注意：輸出電壓與輸入電壓反相位,,*直流負(fù)載線與交流負(fù)載線,注意：當(dāng)輸出端不 帶負(fù)載時(shí)，工作點(diǎn) 沿直流負(fù)載線變化。 當(dāng)輸出端帶負(fù)載時(shí)， 工作點(diǎn)沿交流負(fù)載 線變化。,注意：帶負(fù)載后，AU減小。,,,,,,ib,,,ui,（1）當(dāng)Q點(diǎn)過(guò)低時(shí)，放大電路產(chǎn)生截止失真。,2.靜態(tài)工作點(diǎn)Q對(duì)輸出波形的影響,NPN 管截止失真時(shí)的輸出 uo 波形。 uo 波形頂部失真,,,,,,,,,,uo = uce,,消除方法：增大VCC 或減小Rb,Q點(diǎn)過(guò)低，放大電路產(chǎn)生截止失真。,,,,,,,,,,,,,,,O,,,,,IB = 0,Q,,,t,,,,,

9、,,O,,,,,O,,,,,,,,,t,,iC,uCE/V,uCE/V,iC / mA,uo = uce,,ib(不失真),,ICQ,UCEQ,,,uo 波形底部失真,（2）當(dāng)Q點(diǎn)過(guò)高時(shí)，放大電路產(chǎn)生飽和失真。,消除方法：增大Rb，減小Rc， 減小，增大VCC。,當(dāng)ui較大時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生截止、 飽和失真,復(fù)習(xí)： 1.如何畫直流通路圖和 交流通路圖？ 2.如何用圖解法求靜態(tài) 工作點(diǎn)及電壓放大倍數(shù)？ 3.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失 真有何影響？,8.4.4 微變等效電路法 什么是微變等效電路法當(dāng)輸入信號(hào)很小 時(shí)，將三極管等效為一個(gè)線性元件，從而用線性電路的分析方法，進(jìn)行分析計(jì)算。,( 以基本放大電路為例進(jìn)行

10、分析),一.電壓放大倍數(shù)的計(jì)算,圖中：,(由輸入、輸出特性曲線解釋為什么可這樣等效),1.晶體管的微變等效電路,,2、共射放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析 (1) 畫交流微變等效電路先畫出三極管的h參數(shù)等效電路，再將所有電容(容量較大）及直流電源短路，將其他元件按照原結(jié)構(gòu)接入三極管即可。 (2) 由交流微變等效電路求解電路參數(shù),解：,例：對(duì)圖示電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,(1),(2).電壓放大倍數(shù)：,【推導(dǎo)： 】,(3)輸入電阻Ri,(4)輸出電阻Ro 或,(1),,,例8-4在圖示電路中，已知VCC12V，RB=310k，Rc3k；晶體管的rbb300，50，導(dǎo)通時(shí)的UBEQ0.7V；RL3k。

11、 (1)試求靜態(tài)工作點(diǎn) (2) 電路的、Ri和Ro,解：(1)首先求出Q點(diǎn),（2）,畫交流等效電路,3k,,例8-5 在圖示（a）電路中，已知VCC12V，RB=370k，Rc2k， RE2k ；晶體管的rbe1k，80，導(dǎo)通時(shí)的UBEQ0.7V；RL3k。 (1)試求靜態(tài)工作點(diǎn) (2) 電路的 、Ri和Ro,（a）放大電路圖,解：(1)用估算法求出Q點(diǎn),（b）靜態(tài)電路圖,首先畫出靜態(tài)電路如圖（b）所示,,由于,,（2）畫出交流微變等效電路如圖（c）所示,,,8.5 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性,靜態(tài)Q點(diǎn)對(duì)放大電路的影響,,失真,rbe,,,導(dǎo)致靜態(tài)Q點(diǎn)不穩(wěn)定的因素,,電源電壓的波

12、動(dòng),元件的老化,環(huán)境溫度的變化,8.5.1 溫度變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,,,,,,,飽和區(qū),8.5.2 典型穩(wěn)定Q點(diǎn)的電路,,,,,,T = 20 C,T = 50 C,1.電路組成,2.穩(wěn)定靜態(tài)Q點(diǎn)的原理,對(duì)于節(jié)點(diǎn)B，由KCL得,若I1IBQ，則I2I1,，于是，有,,基本不變，與溫度無(wú)關(guān),B,Q點(diǎn)穩(wěn)定過(guò)程,,,,,,,UB不變,,,,,3、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算（IBQ、ICQ和UCEQ）,1. 估算法,若I1IBQ，則,,4、動(dòng)態(tài)參數(shù)的估算,電壓放大倍數(shù)：,輸入電阻：,輸出電阻：,若無(wú)旁路電容,Ri=Rb1Rb2 rbe+（1+）Re,Ro=Rc,說(shuō)明,若（1）Rerbe,則,,,,穩(wěn)定性,,

13、（與溫度無(wú)關(guān)）,，則交流等效電路如圖所示。,例8-6 在圖示（a）電路中，已知VCC20V，RB1=120k， RB2=40k Rc2k， RE1k ；100，導(dǎo)通時(shí)的UBEQ0.7V；RL2k。 (1)試求靜態(tài)工作點(diǎn) (2) 電路的 、Ri和Ro (3) 若將CE去掉，畫出微變等效電路，并求電壓放大倍數(shù)。,解：(1)用估算法求出Q點(diǎn),（2）畫出交流微變等效電路如圖所示,電壓放大倍數(shù)：,輸入電阻：,輸出電阻：,（3）去掉旁路電容后，畫出交流微變等效電路如圖所示,,8.6 射極輸出器的分析及其應(yīng)用,8.6.1 靜態(tài)分析 靜態(tài)電路如圖所示：,,8.6.2 動(dòng)態(tài)分析 一.電壓放大倍數(shù)：,由上式知：(

14、1) 電壓放大倍數(shù)接近于1但小于1。 (無(wú)電壓放大作用) (2) 輸出電壓與輸入電壓同相位。 (具有跟隨作用),四.射極輸出器的主要特點(diǎn) 電壓放大倍數(shù)接近于1。輸入電阻高，輸出電阻低。輸出電壓與輸入電壓同相位。 五.射極輸出器的應(yīng)用,1.把射極輸出器作為輸入級(jí),當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻較高時(shí)，因射 極輸出器的輸入電阻高，分 得的電壓大；從信號(hào)源取用 的電流也小。,2.把射極輸出器作為輸出級(jí) 因射極輸出器輸出電阻低， 故帶負(fù)載能力強(qiáng)。,3.把射極輸出器作為中間隔離級(jí) 因射極輸出器輸入電阻高，從前級(jí)取用電流??；而對(duì)后級(jí)而言，由于其輸出電阻低，使交流信號(hào)得到有效的傳輸。,【例8-7】 如圖所示

15、，已知VCC=15V，RB=200k，RS=200，RE=3k，RL=3k，晶體管的80，rbe=1k，靜態(tài)時(shí)UBEQ=0.7V，試求： （1）靜態(tài)工作點(diǎn)； （2）,解：(1)用估算法求出Q點(diǎn),,（2）畫出交流微變 等效電路如圖所示,靜態(tài)工作點(diǎn):,電壓放大倍數(shù)：,輸入電阻：,輸出電阻：,靜態(tài)值的估算：,電壓放大倍數(shù)：,輸入電阻：,射極輸出器,射極輸出器的特點(diǎn)：,電壓放大倍數(shù)接近于1。輸入電阻高，輸出電阻低。輸出電壓與輸入電壓同相位。,輸出電阻：,8.7 多級(jí)放大電路及其級(jí)間耦合,許多放大器都是由多級(jí)放大電路組成的，各級(jí)放大電路對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行接續(xù)放大，從而獲得必要的電壓幅度或足夠的功率。,多級(jí)放

16、大器的組成模式可用下列框圖示意：,,第一級(jí),,第(n-1)級(jí),,第二級(jí),,第n級(jí),,輸入,輸出,,前置級(jí),末前級(jí),末級(jí)(輸出級(jí)),,功率放大,電壓放大,8.7.1 多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式,多級(jí)放大電路中，前后兩級(jí)之間的聯(lián)接方式稱為耦合。常用的級(jí)間耦合有阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合及光電耦合等。,阻容耦合：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，低頻特性差。適合于交流放大電路； 直接耦合：低頻特性好，易于集成化，調(diào)試較繁。適合于放大變化緩慢的信號(hào)； 變壓器耦合：可實(shí)現(xiàn)阻抗變換，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，笨重、不便于電路的小型化和集成化，適用于功率放大電路中。 光電耦合：抗干擾能力強(qiáng)。,8.7.2 多級(jí)放大電路的分析方法,

17、分析多級(jí)放大電路的方法：先靜態(tài)、后動(dòng)態(tài)。,下面以阻容耦合放大電路為例進(jìn)行分析。,(1) 靜態(tài)分析,由于電容有隔直作用，所以每級(jí)放大電路的直流通路互不相通，每級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立，互不影響，可以各級(jí)單獨(dú)計(jì)算。,兩級(jí)放大電路均為共發(fā)射極分壓式偏置電路。,(2) 動(dòng)態(tài)分析,微變等效電路,第一級(jí),第二級(jí),,例1:,如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路， 已知1= 2 =50, T1和T2均為3DG8D。 (1) 計(jì)算前、后級(jí)放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V); (2) 求放大電路的輸入電阻和輸出電阻； (3) 求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。,解:,(1) 兩級(jí)放大電路的靜態(tài)值可分別計(jì)算。,第一級(jí)是射極輸出器:,第二級(jí)是分壓式偏置電路,解:,第二級(jí)是分壓式偏置電路,解:,(2) 計(jì)算 r i和 r 0,由微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻 ri 等于第一級(jí)的輸入電阻ri1。第一級(jí)是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負(fù)載有關(guān)，而射極輸出器的負(fù)載即是第二級(jí)輸入電阻 ri2。,微變等效電路,,,(2) 計(jì)算 r i和 r 0,,(2) 計(jì)算 r i和 r 0,,(3) 求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù),第一級(jí)放大電路為射極輸出器,(3) 求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù),第二級(jí)放大電路為共發(fā)射極放大電路,總電壓放大倍數(shù),