基本放大電路(全部)解讀ppt課件

1、第15章 基本放大電路,15.2 基本放大電路的組成,15.3 放大電路的靜態(tài)分析,15.5 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,15.7 多級(jí)放大電路,15.6 射極輸出器,15.4 放大電路的動(dòng)態(tài)分析,15.8 差動(dòng)放大電路,15.1 半導(dǎo)體三極管,15.1 半導(dǎo)體三極管,一、三極管結(jié)構(gòu)、符號(hào),基極,發(fā)射極,集電極,NPN型,2、符號(hào),NPN型三極管,PNP型三極管,由2個(gè)PN結(jié)組成,根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分為：NPN型和PNP型,1、結(jié)構(gòu),基區(qū)：最薄， 摻雜濃度最低,發(fā)射區(qū)：摻 雜濃度最高,發(fā)射結(jié),集電結(jié),結(jié)構(gòu)特點(diǎn),集電區(qū)： 面積最大,二、電流分配和放大原理,1. 三極管放大的外部條件,發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,

2、PNP 發(fā)射結(jié)正偏 VBVE 集電結(jié)反偏 VCVB,從電位的角度看： NPN 發(fā)射結(jié)正偏 VBVE 集電結(jié)反偏 VCVB,VCVBVE,VCVBVE,注意：EB 、EC極性不能接反，且ECEB,保證,2. 各電極電流關(guān)系及電流放大作用,結(jié)論,1）三電極電流關(guān)系 IE = IB + IC,晶體管的電流放大作用：基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性,2） IC IB ， IC IE,3） IC IB,IB,IC,IE,實(shí)質(zhì):用一個(gè)微小電流的變化去 控制一個(gè)較大電流的變化,3. 三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略,發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電

3、流IE,進(jìn)入P 區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE ，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié),集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO,使T具有放大作用的條件,內(nèi)部條件,外部條件,基區(qū)要做的很薄，且摻雜質(zhì)濃度小，使IB很小,發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏,從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子由于外部電源的作用而被拉入集電區(qū)形成ICE,3. 三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,IC = ICE+ICBO ICE,IB = IBE- ICBO IBE,ICE 與 IBE 之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù),集射極穿透電流, 溫度ICEO,常用公式,若IB =0, 則 IC ICE0,三、特性曲線,重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線,發(fā)射極

4、是輸入回路、輸出回路的公共端,共發(fā)射極電路,輸入回路,輸出回路,1. 輸入特性,特點(diǎn):非線性,死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V,正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓： NPN型硅管： UBE 0.60.7V PNP型鍺管： UBE 0.2 0.3V,2. 輸出特性,IB=0,20A,放大區(qū),輸出特性曲線通常分三個(gè)工作區(qū),1) 放大區(qū),特點(diǎn)： IC= IB ，也稱為線性區(qū),條件：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,2）截止區(qū),IB 0 以下區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)，有 IC 0,條件：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏,在飽和區(qū)，IB IC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。 深度飽和時(shí)， 硅管UCES 0.3V， 鍺管UCES 0.1V

5、,3）飽和區(qū),當(dāng)UCE UBE時(shí)，晶體管處于飽和狀態(tài),當(dāng)UCE=UBE時(shí)，晶體管處于臨界飽和,飽和區(qū),截止區(qū),四、主要參數(shù),1. 電流放大系數(shù),直流電流放大系數(shù),交流電流放大系數(shù),表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設(shè)計(jì)電路、選用晶體管的依據(jù),例：在UCE= 6 V時(shí)， 在 Q1 點(diǎn)IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 點(diǎn)IB=60 A, IC=2.3mA,在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： =,在 Q1 點(diǎn)，有,由 Q1 和Q2點(diǎn)，得,2.集-基極反向截止電流 ICBO,ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流，受溫度的影響大。 溫度ICBO,3.集-射極反向截止

6、電流(穿透電流)ICEO,ICEO受溫度的影響大。 溫度ICEO，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差,4. 集電極最大允許電流 ICM,5. 集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO,集電極電流 IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM,當(dāng)集射極之間的電壓UCE 超過(guò)一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C、基極開(kāi)路時(shí)的擊穿電壓U(BR) CEO,6. 集電極最大允許耗散功耗PCM,PCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過(guò)大，溫升過(guò)高會(huì)燒壞三極管。 PC PCM =IC UCE,硅管允許結(jié)溫約為150C，鍺管約為7090C,ICUCE

7、=PCM,安全工作區(qū),由三個(gè)極限參數(shù)可畫(huà)出三極管的安全工作區(qū),一、基本放大電路組成及各元件作用,使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流,共發(fā)射極基本電路,晶體管T,放大元件,利用電流放大作用，獲得 較大的iC,基極電源EB與基極電阻RB,為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏,將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?耦合電容C1 、C2,集電極電源EC,集電極電阻RC,隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系,RS、eS,交流信號(hào)源,RL,負(fù)載,15.2 基本放大電路的組成,二、省去EB的放大電路,原因,1) 用到兩個(gè)直流電源不方便，可省去EB, IB、IC由 RB、RC控制,2) 放大電路中，通常設(shè)公共端為“

8、地”電位為0(參考點(diǎn),3) 為簡(jiǎn)化電路，而只在連接正極的一端標(biāo)出電壓值,三、放大電路工作原理,無(wú)輸入信號(hào)(ui = 0)時(shí),uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,UBE,無(wú)輸入信號(hào)(ui = 0)時(shí),uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,有輸入信號(hào)(ui 0)時(shí),uCE = UCC iC RC,uo 0 uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo,四、放大電路中各處電流、電壓由eS和UCC共同作用產(chǎn)生,直流量+交流量,iB= IB + ib,iC= IC + ic,uCE= UCE + uce,uBE= UBE + ube,其中：ib，ic表示交流分

9、量的瞬時(shí)值,對(duì)放大電路的分析可分為,1) 求IB 、 IC、UCE,稱為靜態(tài)分析,2) 求Au 、 ri、ro,稱為動(dòng)態(tài)分析,結(jié)論,1) 無(wú)輸入信號(hào)電壓時(shí)，三極管各電極都是恒定的 電壓和電流:IB、UBE和 IC、UCE,IB、UBE) 和(IC、UCE)分別對(duì)應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn),2) 加上輸入信號(hào)電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā) 生了變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量，但 方向始終不變,集電極電流,直流分量,交流分量,動(dòng)態(tài)分析,靜態(tài)分析,3) 若參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓可比輸入電壓大，即電路具有 電壓放大作用,4)輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180， 即

10、共發(fā)射極電路具有反相作用,15.3 放大電路的靜態(tài)分析,靜態(tài)：當(dāng)放大電路無(wú)信號(hào)輸入（ui = 0）時(shí)的工作狀態(tài),所用電路：放大電路的直流通路,1)使放大電路的放大信號(hào)不失真； (2)使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，靜態(tài)是動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ),IB、IC、UCE,靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值,靜態(tài)工作點(diǎn)Q,分析方法：估算法、圖解法,分析對(duì)象：各極電壓電流的直流分量,設(shè)置Q點(diǎn)的目的,例：畫(huà)出下圖放大電路的直流通路,直流通路,直流通路用來(lái)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q ( IB 、 IC 、 UCE,對(duì)直流信號(hào)電容 C 可看作開(kāi)路（即將電容斷開(kāi),斷開(kāi),斷開(kāi),一、用估算法確定靜態(tài)值,2.由輸入回路求IB,由KVL: UCC

11、 = IB RB+ UBE,UCE = UCC IC RC,1.畫(huà)直流通路（C開(kāi)路,3.由輸出回路求IC、UCE,IC= IB,例1：用估算法計(jì)算圖示電路的靜態(tài)工作點(diǎn),當(dāng)電路不同時(shí)，計(jì)算靜態(tài)值的公式也不同,由KVL可得,由KVL可得,二、用圖解法確定靜態(tài)值,用作圖的方法確定靜態(tài)值,1.作出電路非線性部分的V-I特性曲線晶體管輸出特性,即：由電路工作情況的負(fù)載線與非線性元件的伏安特性曲線的交點(diǎn)確定，此交點(diǎn)稱為工作點(diǎn),2.做直流負(fù)載線：由輸出特性確定IC 和UCE,直流負(fù)載線方程,步驟,1)先求出IB：IB=UCC/RB,2)確定IC=f(UCE)/IB,用圖解法確定靜態(tài)值,直流負(fù)載線斜率,直流負(fù)

12、載線,由IB確定的那條輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn),O,IB大小不同，Q點(diǎn)位置也不同，IB稱為偏置電流，其大小可由改變RB來(lái)調(diào)整,討論：當(dāng)RB、RC、UCC變化時(shí)，其Q點(diǎn)的變化情況,O,1) 當(dāng)RB增大時(shí),由IB=UCC/RB知，當(dāng)RB增加時(shí)，IB減少。直流負(fù)載線不變，Q沿負(fù)載線下移到Q,2) 當(dāng)RC增大時(shí),IC=f(UCE) /IB不變，直流負(fù)載線斜率變化,Q沿特性曲線左移到Q,3) 當(dāng)UCC增大時(shí),對(duì)IB=UCC/RB知，UCCIB,斜率不變，但向右平移，Q變?yōu)镼,15.4 放大電路的動(dòng)態(tài)分析,動(dòng)態(tài)：放大電路有信號(hào)輸入（ui 0）時(shí)的工作狀態(tài),所用電路：放大電路的交流通路,計(jì)算電壓放

13、大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro,各極電壓和電流的交流分量,目的：找出Au、 ri、 ro與電路參數(shù)的關(guān)系，為設(shè)計(jì)打基礎(chǔ),動(dòng)態(tài)分析,分析對(duì)象,分析方法：微變等效電路法，圖解法,一、微變等效電路法,晶體管線性化的條件,把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路,保證在靜態(tài)工作點(diǎn)附近小范圍內(nèi),微變等效電路,在小信號(hào)情況下工作,1、晶體管的微變等效電路,當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的輸入特性在小范圍內(nèi)可近似線性化,UBE,1)輸入回路,Q,輸入特性,晶體管的 輸入電阻,晶體管的輸入回路(B、E之間)可用rbe等效代替,2) 輸出回路,rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽

14、略不計(jì),晶體管的輸出電阻,輸出特性,晶體管的電 流放大系數(shù),晶體管的輸出回路(C、E之間)可用一受控電流源ic= ib等效代替，即由來(lái)確定ic和ib之間的關(guān)系,O,ib,晶體三極管,微變等效電路,晶體管的B、E之間可用rbe等效代替,晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=ib等效代替,2. 放大電路的微變等效電路,將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路,交流通路,微變等效電路,微變等效電路相量表示,1)畫(huà)微變等效電路,因rbe與IE有關(guān)，故放大倍數(shù)與靜態(tài) IE有關(guān),1)負(fù)號(hào)表示輸出電壓的相位與輸入相反,2)求電壓放大倍數(shù)Au,討論,2)Au與RL有關(guān),RL時(shí)

15、電路開(kāi)路，Au最大； RLAu,3)Au與rbe、有關(guān),例1,電壓放大倍數(shù)的計(jì)算,例2,由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時(shí)，計(jì)算電壓放大倍數(shù) Au 的公式也不同,3)求放大電路輸入電阻,放大電路對(duì)信號(hào)源(或?qū)η凹?jí)放大電路)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)負(fù)載，可用一個(gè)電阻來(lái)等效代替。這個(gè)電阻是信號(hào)源的負(fù)載電阻,也就是放大電路的輸入電阻,電路的輸入電阻愈大，信號(hào)源內(nèi)阻所消耗的能量就越少，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻,例1,4)求放大電路輸出電阻,放大電路對(duì)負(fù)載(或?qū)蠹?jí)放大電路)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)信號(hào)源，可以將它進(jìn)行戴維寧等效，等效電源的內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻,輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的參數(shù)。電路的輸出電阻

16、愈小，負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的變化愈小，因此一般總是希望得到較小的輸出電阻,rbe,RB,RC,RL,E,B,C,RS,共射極放大電路特點(diǎn)： 1. 放大倍數(shù)高; 2. 輸入電阻低; 3. 輸出電阻高,例3,1) 斷開(kāi)負(fù)載RL,3) 外加電壓,4) 求,外加,2) 令 或,求ro的步驟,rbe,RB,RL,E,B,C,RS,RE,外加,例4,二、圖解法,用作圖的方法來(lái)分析各電壓和電流交流分量之間的傳輸情況和關(guān)系,1、交流負(fù)載線,交流負(fù)載線,直流負(fù)載線,直流負(fù)載線,其斜率,交流負(fù)載線,由于電容隔直流作用，RL不考慮,對(duì)交流來(lái)說(shuō)電容視作短路RL考慮,其斜率,很明顯,圖解法,由uo和ui的峰值（或峰峰值）

17、之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù),非線性失真,放大電路的一個(gè)基本要求，就是vo盡可能不失真,失真就是 v0 波形不像 vi 的波形,1)失真的原因,a) 靜態(tài)工作點(diǎn)不合適,b) 信號(hào)太大,使放大電路工作范圍不在線性范圍，又稱為非線性失真,2)失真的類型,a) 截止失真,b) 飽和失真,c) 飽和截止失真,Q點(diǎn)太低,Vi負(fù)半周進(jìn)入截止區(qū),Q點(diǎn)太高,Vi正半周進(jìn)入截止區(qū),V0 正半周被削平,V0 負(fù)半周被削平,如果Q設(shè)置合適，信號(hào)幅值過(guò)大也可產(chǎn)生失真，減小信號(hào)幅值可消除失真,若Q設(shè)置過(guò)高,晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作，造成飽和失真,解決辦法,增大 RB，使 IB 減小,若Q設(shè)置過(guò)低,晶體管進(jìn)入截止區(qū)工作，造

18、成截止失真,解決辦法,減小 RB，使 IB 增大,15.5 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)是保證放大電路正常工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)常因外界條件的變化而發(fā)生變動(dòng),對(duì)共射極基本放大電路，當(dāng)UCC和RB選定后，IB=UCC/RB固定不變，電流 IB 稱為偏置電流，獲得偏流的電路稱為偏置電路；對(duì)共射極基本放大電路稱為固定偏置放大電路,當(dāng)溫度升高時(shí)UBE ICQ點(diǎn)上移,固定偏置放大電路缺點(diǎn),當(dāng)溫度升高使 IC 增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化，保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定,為了更好的穩(wěn)定Q點(diǎn)，引入分壓式偏置電路,一、分壓式偏置電路,1. 穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理,基極電位基本恒定， 不隨溫

19、度變化,VB,集電極電流基本恒定，不隨溫度變化,Q點(diǎn)穩(wěn)定的過(guò)程,VE,VB 固定,RE：溫度補(bǔ)償電阻,VB,穩(wěn)定的物理過(guò)程,對(duì)直流：RE 越大,穩(wěn)定Q點(diǎn)效果越好,對(duì)交流：RE 越大,交流損失越大,為避免交流損失加旁路電容CE,二、靜態(tài)分析,1)畫(huà)直流通路,VB,2)求IB、IC、UCE,三、動(dòng)態(tài)分析,對(duì)交流：旁路電容 CE 將RE 短路，RE不起作用， Au，ri，ro與固定偏置電路相同,如果去掉CE ， Au，ri，ro ,旁路電容,去掉CE后的 微變等效電路,如果去掉CE ， Au，ri，ro ,無(wú)旁路電容CE,有旁路電容CE,Au減小,分壓式偏置電路,ri 提高,ro不變,對(duì)信號(hào)源電壓的

20、放大倍數(shù),信號(hào)源,考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS 時(shí),例1,在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶體管=50， UBE=0.6V, 試求: (1) 靜態(tài)工作點(diǎn) IB、IC 及 UCE； (2) 畫(huà)出微變等效電路； (3) 輸入電阻ri、ro及 Au,解,1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn),直流通路,2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro,微變等效電路,15.6 射極輸出器和多級(jí)放大電路,從發(fā)射極輸出(共集電極電路,射極輸出器,一、射極輸出器,1、靜態(tài)分析,由輸入回路,由輸出回路,2、動(dòng)態(tài)分析,

21、Au1且輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器,微變等效電路,共集電極,1)畫(huà)微變等效電路,2)求Au、ri、r0,其中,射極輸出器的輸入電阻高，對(duì)前級(jí)有利。 ri 與負(fù)載有關(guān),射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng),rbe,RB,RS,RE,共集電極放大電路(射極輸出器)的特點(diǎn),5) 由于ri大，ro小，可用于兩個(gè)共射極電路的中間，起到匹配 作用，提高整個(gè)電路Au,1) Au小于1，約等于1,仍有一定的電流（功率）放大作用,2) 輸入電壓和輸出電壓同相，且大小幾乎相等；所以射極輸 出器具有跟隨作用，也稱為射極跟隨器,3) ri高，所以常用于多級(jí)電路的輸入級(jí)，以減輕信號(hào)源的負(fù)載,4) ro低，用于多級(jí)電路輸出級(jí)，以提高帶負(fù)載能力,例1：在圖示放大電路中，已知UCC=12V,