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模擬電路課件2模擬電路課件2模擬電路課件22.1放大的概念在生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中所遇到的信號(hào)往往是很微弱的,例如收音機(jī)、電視機(jī)天線接收到的信號(hào),必須加以放大,以推動(dòng)負(fù)載工作。這種用一個(gè)小能量對(duì)大能量的控制作用就是放大作用(能量不能放大)。模擬電路課件2模擬電路課件2模擬電路課件22.1放大的概念12.1
放大的概念
在生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中所遇到的信號(hào)往往是很微弱的,例如收音機(jī)、電視機(jī)天線接收到的信號(hào),必須加以放大,以推動(dòng)負(fù)載工作。這種用一個(gè)小能量對(duì)大能量的控制作用就是放大作用(能量不能放大)。收音機(jī)2.1放大的概念在生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中所遇2變化量的概念
另外,放大作用涉及到變化量的概念。即輸入信號(hào)有個(gè)較小的變化量時(shí),要求在負(fù)載上得到一個(gè)較大變化量的輸出信號(hào)。由此可見(jiàn),所謂的放大作用,其放大的對(duì)象是變化量。放大電路的放大倍數(shù)就是輸出信號(hào)與輸入信號(hào)變化量之比。USUiUoRS+++___...RL放大電路信號(hào)源負(fù)載直流電源變化量的概念另外,放大作用涉及到變化量的概念3一、電壓放大倍數(shù)Au=UoUi...二、輸入電阻ri=UiIi三、輸出電阻ro=UoIoUS=0RL=2.2
放大電路的主要性能指標(biāo)IiUSUiUoUoIoriroRS++++___....RL_放大電路一、電壓放大倍數(shù)Au=UoUi...二、輸入電阻ri=UiI4五、最大不失真輸出電壓Uom六、最大輸出功率Pom與效率=Pom/PV其中PV為直流電源消耗的功率四、通頻帶fBW=fH–fLfLfHf0.707Aum0中頻段
高頻段
低頻段通頻帶Aum..Au.下限截止頻率上限截止頻率五、最大不失真輸出電壓Uom六、最大輸出功率Pom與效率5一、電路結(jié)構(gòu)RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo偏置電阻集電極負(fù)載電阻耦合電容直流電源公共端放大元件2.3共發(fā)射極放大電路
2.3.1電路的組成原則一、電路結(jié)構(gòu)RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo偏置電6二、電路元件作用1.T:放大元件,是電路的核心,工作在放大區(qū)。iC=iB2.VCC:為電路提供能量,并保證集電結(jié)反偏。一般為幾伏~幾十伏。3.RC:將變化的電流轉(zhuǎn)換為變化的電壓,以實(shí)現(xiàn)電壓的放大。一般為幾千歐~幾十千歐。4.VBB、RB:保證發(fā)射結(jié)正偏,并為電路提供大小合適的靜態(tài)IB。RB一般為幾十千歐~幾百千歐。5.C1、C2:隔直通交。隔離輸入、輸出與電路直流的聯(lián)系,同時(shí)能使交流信號(hào)順利輸入輸出。一般為10F~50F,多為電解電容,有極性。在一定的頻率范圍內(nèi),C1、C2上的交流壓降小到可以忽略不計(jì),即對(duì)交流信號(hào)可視為短路。RBVCCVBBRCC1C2Tuiuo二、電路元件作用1.T:放大元件,是電路的核心,工作在放大7單電源供電RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo單電源供電+VCCRBRCC1C2Tuoui++單電源供電RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo單電源供82.3.2放大電路的直流通路和交流通路+VCCRBRCC1C2Tuoui+++VCCRBRCT直流通路交流通路uiuoRCRBTui=0
C1、C2斷路VCC=0C1、C2短路2.3.2放大電路的直流通路和交流通路+VCCRBRCC192.4放大電路的分析方法
2.4.1
放大電路的靜態(tài)分析What?Why?How?放大電路建立合適的靜態(tài)值,是為了使三極管工作在線性區(qū),以保證信號(hào)不失真——必要性u(píng)beibo靜態(tài)分析的任務(wù)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?lái)分析。重復(fù)What?Why?How?放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)(ui
=0)時(shí)的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。2.4放大電路的分析方法
2.4.1放大電路的靜態(tài)分10一、用估算法分析放大電路的靜態(tài)值UCE
=VCC
IC
RCIC
=
IB硅管的UBE
為0.6V~0.8V鍺管的UBE為0.2V~0.3VIB=VCC–UBERBRCICUCEUBERBIB+VCCIE一、用估算法分析放大電路的靜態(tài)值UCE=VCCIC11二、用圖解法分析放大電路的靜態(tài)值1.先用估算法確定IB2.在三極管輸出特性曲線坐標(biāo)上畫(huà)直流負(fù)載線UCE
=VCC
IC
RC0IB
=0μAVCCRCVCCQIC
/mAUCE
/V靜態(tài)工作點(diǎn)直流負(fù)載線IBICUCERCICUCEUBERBIB+VCCIEIC=RCVCCRCUCE二、用圖解法分析放大電路的靜態(tài)值1.先用估算法確定IB2.122.4.2.
靜態(tài)工作點(diǎn)與電路參數(shù)的關(guān)系一、Vcc和RC不變,RB增大為RB,IB減小為IB
IB=VCC–UBERB0IB
=0μAVCCRCVCCQIC
/mAUCE
/VIBIBQRCICUCEUBERBIB+VCCIE2.4.2.靜態(tài)工作點(diǎn)與電路參數(shù)的關(guān)系一、Vcc和RC不變13二、Vcc和RB不變,RC增大為RC0IB
=0μAVCCRCVCCQIC
/mAUCE
/VIBVCCRCQRCICUCEUBERBIB+VCCIE二、Vcc和RB不變,RC增大為RC0IB=0μ14三、RC和RB不變,VCC減小為VCC′0IB
=0μAVCCRCVCCQIC
/mAUCE
/VIBVCCRCQVCCIBRCICUCEUBERBIB+VCCIE三、RC和RB不變,VCC減小為VCC′0IB=0μ152.4.3
放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后,分析信號(hào)的變化情況。加上輸入信號(hào)后,三極管的各個(gè)電壓和電流都含有直流分量和交流分量——同時(shí)存在。
1.輸出端開(kāi)路一、圖解法VCCRBRCC1C2TuBEuCE
iBiCuiuo++++RSus2.4.3放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路有輸入16交流通路uce=uo=icRcTuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+ube=ui=UimSintuBE=UBE+ube=UBEUim
sint+
tuBE/V
0UBEube
=UBE
/V0UBE
t+0ube/V
Uim
t注意各種符號(hào)的不同含義ui為一微小的弦信號(hào)交流通路uce=uo=icRcTuiuoRCRBiiib17在輸入特性上作圖0iBμAuBE/VQ1QQ200UBEttμAiBibiB
=IB+ibubeuBE/VIBIBUBE在輸入特性上作圖0iBμAuBE/VQ1QQ200UBEt18在輸出特性上作圖電壓放大倍數(shù)=Au
=UomUimUoUit0icic=ibiC
/mAiC
/mA0Ucemuce
(uo)uCE/Vt0IB=0QQ1ICUCEuCE/V輸出端開(kāi)路時(shí)交、直流負(fù)載線重合Q2VCCRCVCC在輸出特性上作圖電壓放大倍數(shù)=Au=UomUimUoUi192.
輸出端接負(fù)載交流通路TuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+RL_
icuce=1RL=
–icuce(RC//RL)=
–icRL2.輸出端接負(fù)載交流通路TuiuoRCRBiiibicuc20作交流負(fù)載線帶載交流負(fù)載線帶負(fù)載后,Uom減小,Au下降帶載輸出電壓0IB=0Qt00Q1ICicUCEuce
(uo)uCE/VuCE/VQ2iC
/mAiC
/mAtVCCRCVCCICRLQ1Q2作交流負(fù)載線帶載交流負(fù)載線帶負(fù)載后,Uom減小,Au下降21二、用圖解法分析非線性失真0IB=0Q001.靜態(tài)工作點(diǎn)偏高引起飽和失真ic正半周變平Q2Q1uCE/V
uo波形uce負(fù)半周變平飽和失真uCE/ViC
/mAiC
/mAtt二、用圖解法分析非線性失真0IB=0Q001.靜態(tài)工222.靜態(tài)工作點(diǎn)偏低引起截止失真uBE/V0Qibube00iB/μA(1)工作點(diǎn)偏低引起ib失真iB/μAuBE/VQ2Q1ttIBUBE2.靜態(tài)工作點(diǎn)偏低引起截止失真uBE/V0Qibube230IB=
000Q
ic(2)工作點(diǎn)偏低引起
ic
、uce
(uo)失真uCE/VuCE/V截止失真uo波形Q1Q2iC
/mAiC
/mAuce正半周變平tt0IB=000Qic(2)工作點(diǎn)偏低引起ic、uc24三、結(jié)論1、為了不失真的放大交變電壓信號(hào),
必須給放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。
2、放大電路中的信號(hào)是交直流共存即:uCE=UCE+uceiC=IC+iciB=IB+ibuBE=UBE+ube注意:雖然交流量可正負(fù)變化,但合成量的方向始終不變!3、輸出uo與輸入ui,幅度放大,頻率不變,相位相反。三、結(jié)論1、為了不失真的放大交變電壓信號(hào),2、放大電路中25課堂討論題:下面各電路能否放大交流電壓信號(hào)?圖(a)中,沒(méi)有設(shè)置靜態(tài)偏置,即IB=0,不能放大。圖(b)中,有靜態(tài)偏置,但ui被EB短路,不能引起iB的變化,所以不能放大。uoVCCRCC1C2TRLui(a)+++RBVCCRCC1C2TRLuouiEB(b)+++課堂討論題:下面各電路能否放大交流電壓信號(hào)?圖(a)中,沒(méi)有26圖(c)中,有靜態(tài)偏置,有變化的iB和iC,但因沒(méi)有RC
,不能把集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化送到輸出端,即uo=0,所以不能放大交流電壓信號(hào)。+VCCC2TRLuouiRB(c)C1++圖(c)中,有靜態(tài)偏置,+VCCC2TRLuouiRB(c)27四、微變等效電路法交流通路
微變等效電路TuiuoRCRBibicRSus+RLBCErbe
EUo?Ib?Ib?Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+BC
利用放大電路的低頻小信號(hào)等效模型(微變等效電路)分析其動(dòng)態(tài)參數(shù)的方法,稱微變等效電路法。四、微變等效電路法交流通路微變等效電路TuiuoR281.電壓放大倍數(shù)rbe
EUo?Ib?Ib?Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+BC若輸出端開(kāi)路(RL=),則
RCrbeAu=?由此可見(jiàn),帶負(fù)載后,電壓放大倍數(shù)Au。上式中的負(fù)號(hào)說(shuō)明Uo與Ui反相。???注意不是愈大Au愈大,因?yàn)閞beAu?=Uo?Ui?=
rbe
(RC//RL)Ib?–Ib?=–(RC//RL)rbe=
–RLrbe1.電壓放大倍數(shù)rbeEUo?Ib?Ib?Ic?Ui?29考慮信號(hào)源的內(nèi)阻RSuSriui+Aus=?Uo?Us?=Au
ri
Rs+ri
?=Ui?Us?Uo?Ui?Aus稱為源電壓放大倍數(shù)考慮信號(hào)源的內(nèi)阻RSuSriui+Aus=?Uo?Us?=302.放大電路的輸入電阻若RB>>rbe
,則ri
rbe
RB
//rbe
=Iiri=Uirirbe
EUo?Ib?Ib?Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+BCrbe
EUo?Ib?Ib?Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+BCIi?2.放大電路的輸入電阻若RB>>rbe,則ri313.放大電路的輸出電阻可用外加電壓法求rororbe
EUo?Ib?Ib?Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+BCIo?ro=UoIoUS=0RL==RC3.放大電路的輸出電阻可用外加電壓法求rororbeEU32
由前面的分析可知,放大電路的多項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)均與靜態(tài)工作點(diǎn)的位置密切相關(guān),因此,如何使靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的因素很多,如:溫度的變化、管子的老化、電源電壓的波動(dòng)等。其中,溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響最為嚴(yán)重。2.5工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路
2.5.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響由前面的分析可知,放大電路的多項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)330IB
=0μAVCCRCVCCQIC
/mAUCE
/VIBICUCEICEOIB’
=0μAIB’Q’ICEO’IC’溫度升高引起ICEO
和增加;UT減小,從而引起IC增加,工作點(diǎn)Q上移,靠近飽和區(qū)。反之,IC減小,工作點(diǎn)Q下移,靠近截止區(qū)。0IB=0μAVCCRCVCCQIC/mAUCE342.5.2
靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路一、電路結(jié)構(gòu)射極旁路電容二、工作點(diǎn)穩(wěn)定原理溫度IC
IEUEUBEIBIC——分壓式偏置電路該電路穩(wěn)定工作點(diǎn)的條件:1.I1I2>>IB,2.UB>>UBE+VCCRCC1C2TRLRB2RECE++RB1uoRSus++uiI1I2IBBCE引入RE穩(wěn)定了工作點(diǎn),但Au
,如何解決?UB=VCCRB2RB1+RB22.5.2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路一、電路結(jié)構(gòu)射極旁路電容二、35三、靜態(tài)分析直流通路BRCIC
UCERB1IB+VCCIEI1I2RB2RE
UBEICIE=UBUBEREUBREICIB=UCE=VCCIC(RC+RE)UB=VCCRB2RB1+RB2三、靜態(tài)分析直流通路BRCICUCERB1IB+VCCI36四、動(dòng)態(tài)分析rbe
EUo?Ib?Ib?Ui?Us?RCRLRB2RS+BCRB1+VCCRCC1C2TRLRB2RECE++RB1uoRSus++uiI1I2IBBCE四、動(dòng)態(tài)分析rbeEUo?Ib?Ib?Ui?Us?RCR371.電壓放大倍數(shù)rbe
EUo?Ib?Ib?Ui?Us?RCRLRB2RS+BCRB1Au?=Uo?Ui?(RC//RL)Ib?–
rbe
=Ib?=–(RC//RL)rbe=
–RLrbe若考慮RE的影響,即去掉電容CEIe?REAu?=Uo?Ui?
rbe+(1+)RE
(RC//RL)=Ib?–Ib?Ib?=–RL
rbe+(1+)RE
由上分析可見(jiàn),引入RE使Au,因此在RE兩端要并聯(lián)旁路電容CE。1.電壓放大倍數(shù)rbeEUo?Ib?Ib?Ui?Us?382.輸入電阻rbe
EUo?Ib?Ib?Ui?Us?RCRLRB2RS+BCRB1Ie?REri
Ii?不考慮RE的影響:RB1//RB2//rbe
=Iiri=Ui考慮RE的影響:=ri=UiUiUiRB1//RB2+IiUirbe+(1+)RE
=RB//[rbe+(1+)RE]
由此可見(jiàn),引入RE使ri。(RB=RB1//RB2)2.輸入電阻rbeEUo?Ib?Ib?Ui?Us?RC393.輸出電阻不考慮RE的影響:ro=UoIoUS=0RL=RCrbe
EUo?Ib?Ib?Ui?Us?RCRLRB2RS+BCRB1Ie?REro
Io?考慮RE的影響:ro=UoIoUS=0RL==RC3.輸出電阻不考慮RE的影響:ro=UoIoUS=0RL=40從發(fā)射極和地之間取輸出電壓,故又稱射極輸出器2.6共集電極放大電路
2.6.1電路結(jié)構(gòu)usuoT++RSC1RBC2RERLVCC++uiTRBREVCC+usRS+uiTRBRERLuo直流通路交流通路對(duì)交流信號(hào)而言,集電極接地,故射極輸出器是共集電極放大電路。從發(fā)射極和地之間取輸出2.6共集電極放大電路
2.6.1412.6.2靜態(tài)分析IB=VCC–UBERB+(1+)REUCE=VCC–IEREIC
=
IB
UCEUBEIBICRBREVCC+VCC=IBRB+UBE+(1+
)IBRE2.6.2靜態(tài)分析IB=VCC–UBERB+(1+422.6.3動(dòng)態(tài)分析
一、電壓放大倍數(shù)usRS+uiTRBRERLuoAu?=Uo?Ui?
rbe+
=(RE//RL)Ib?(1+)Ib?(RE//RL)Ib?(1+)
rbe+
=(RE//RL)(1+)(RE//RL)(1+)(1+)(RE//RL)>>rbe所以Au1,但恒小于1。電壓未被放大。上式說(shuō)明uo與ui大小近似相等,且同相,所以該電路又稱電壓跟隨器Ie=(1+)Ib,所以可放大電流,即可放大功率。??Ib.微變等效電路RS+RBRERLrbeUs.Ui.Uo.Ib.Ie.2.6.3動(dòng)態(tài)分析
一、電壓放大倍數(shù)usRS+ui43二、輸入電阻RS+RBRERLrbeUs.Ui.Uo.Ib.Ib.Ii.ri=ri=UiUiUiRB+IiUirbe+(1+)(RE//RL)
=RB//[rbe+(1+)(RE//RL)]
與共射極放大電路相比,共集電極放大電路的輸入電阻(1)ri大大提高了;(2)ri與RL有關(guān)二、輸入電阻RS+RBRERLrbeUs.Ui.Uo.Ib44三、輸出電阻(RS=RS//RB)
RS+RBRERLrbeUs.Uo.Ib.Ib.Io.roroIo.ro=UoIoUS=0RL=ro==Uo(1+)Ib.=UoUo(1+)(RS//RB)+rbe=(RS//RB)+rbe(1+)(1+)RS
+rbero=ro//RE=//RE與共射極放大電路相比,共集電極放大電路的輸出電阻很低,帶負(fù)載的能力很強(qiáng),ro一般約幾十Ω。三、輸出電阻(RS=RS//RB)RS+RB452.6.4結(jié)論一、射極輸出器的特點(diǎn)1.電壓放大倍數(shù)≈1,但恒小于1,可以放大電流;2.輸出電壓與輸入電壓同相,具有跟隨作用;3.輸入電阻高,對(duì)前級(jí)影響小;4.輸出電阻低,帶負(fù)載能力強(qiáng)。射極輸出器可作多級(jí)放大電路的輸入級(jí)、輸出級(jí)或中間級(jí)。1.作輸入級(jí)時(shí),因其輸入電阻高,可以減小放大電路對(duì)信號(hào)源的影響;2.作輸出級(jí)時(shí),利用它輸出電阻低的特點(diǎn),可以穩(wěn)定輸出電壓,提高帶負(fù)載能力;3.將射極輸出器接在兩級(jí)共發(fā)射級(jí)放大電路之間作中間級(jí)時(shí),可以起阻抗變換作用,改善電路間直接相連所帶來(lái)的影響。
二、射極輸出器的應(yīng)用輸入中間輸出uiuo2.6.4結(jié)論一、射極輸出器的特點(diǎn)1.電壓放大倍數(shù)≈1462.7共基極放大電路
2.7.1電路結(jié)構(gòu)+++RSRERB1RB2+RC+VCCusRLuouiC1C2CBT直流通路RB1RB2RC+VCCRETRB1RB2RC+VCCRET交流通路+RSusRERCRLuouiT2.7共基極放大電路
2.7.1電路結(jié)構(gòu)+++RSRE472.7.2靜態(tài)分析忽略IB,則RB1+RB2UB=VCCRB1+RB2UB=VCCRB2IB=IE1+1+ICIE=UBUBEREUCE=VCC
IC(RC+RE)IEUCEBIBRB1RB2RC+VCCRETIC2.7.2靜態(tài)分析忽略IB,則RB1+RB2UB=VC482.7.3動(dòng)態(tài)分析+RSusRERCRLuouiT微變等效電路Au?=Uo?Ui?=(RC//RL)Ib?
rbe
Ib?=
(RC//RL)
rbe
ri=
UiIi=UiUiRE+UiRE(1+
)
rbe
=RE//(1+
)
rbe
+RSusRERCRLrbeUo.Ui.Ib.Ib.Ie.
ri
ro
.
Ii
.
Io
ro=UoIoUS=0RL==RC2.7.3動(dòng)態(tài)分析+RSusRERCRLuouiT微變492.7.4共基極放大電路的特點(diǎn)1.放大倍數(shù)在形式上與共發(fā)射極電路相同,但ui與uo相位相同2.輸入電阻ri較低3.通頻帶很寬——適于做寬帶放大器4.常用電路——共射—共基電路2.7.4共基極放大電路的特點(diǎn)1.放大倍數(shù)在形式502.8三種接法的比較綜上所述,晶體管單管放大電路的三種基本接法的特點(diǎn)歸納如下:共射極電路既能放大電流又能放大電壓,輸入電阻在三種電路中居中,輸出電阻較大,頻帶較窄。常做為低頻電壓放大電路的單元電路。共集電極電路只能放大電流不能放大電壓,是三種接法中輸入電阻最大、輸出電阻最小的電路,并具有電壓跟隨的特點(diǎn)。常用于電壓放大電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)。在功率放大電路中也常采用射極輸出的形式。共基極電路只能放大電壓不能放大電流,輸入電阻小,電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射極電路相當(dāng),頻率特性是三種接法中最好的電路。常用于寬頻帶放大電路。2.8三種接法的比較綜上所述,晶體管單管放大電路的三種基本512.9基本放大電路的派生電路
2.9.1復(fù)合管放大電路在實(shí)際應(yīng)用中,為了進(jìn)一步改善放大電路的性能,可以用多個(gè)晶體管組成復(fù)合管,來(lái)取代原電路中的一個(gè)晶體管,常根據(jù)具體需要將不同種接法組合起來(lái)構(gòu)成多級(jí)放大電路,以得到多方面性能俱佳的放大電路。2.9基本放大電路的派生電路
2.9.1復(fù)合管放大電路52一、復(fù)合管及其電流放大系數(shù)ic=ic1+ic2=1ib1+2ib2=1ib1+2ie1=1ib1+2(1+1)ib1=1ib1+2ib1+1
2ib1
復(fù)合管的等效電流放大系數(shù)為
1
2ib1=1
2ib~~1.T1為NPN型小功率管
T2為NPN型大功率管復(fù)合管為NPN型~~=icib1
2icibieebcceT1T2ic1ie=ie2ic2ib=ib1ie1=ib2icb復(fù)合管的rbe=rbe1+(r+β1)rbe2復(fù)合管的UBE=UBE1+UBE2一、復(fù)合管及其電流放大系數(shù)ic=ic1+ic2=1i53PNP+PNP→PNP2.T1為PNP型小功率管
T2為PNP型大功率管復(fù)合管為PNP型
復(fù)合管的等效電流放大系數(shù)為
~~=icib1
2復(fù)合管的rbe=rbe1+(r+β1)rbe復(fù)合管的UBE=UBE1+UBE2cT1T2ic1ie=ie2ic2ib=ib1ie1=ib2icebicibieebcPNP+PNP→PNP2.T1為PNP型小功率管54PNP+NPN→PNP3.T1為PNP型小功率管T2為NPN型大功率管復(fù)合管為PNP型復(fù)合管的等效電流放大系數(shù)為
=icib≈
1
2icibieecbT1T2ic=ie2ic2ib=ib1ic1=ib2ieie1ecb復(fù)合管的rbe=rbe1復(fù)合管的UBE=UBE1PNP+NPN→PNP3.T1為PNP型小功率55NPN+PNP→NPN4.T1為NPN型小功率管
T2為PNP型大功率管復(fù)合管為NPN型復(fù)合管的等效電流放大系數(shù)為
=icib≈
1
2復(fù)合管的rbe=rbe1復(fù)合管的UBE=UBE1T1T2ic=ie2ic2ib=ib1ic1=ib2ieie1ecbicibieecbNPN+PNP→NPN4.T1為NPN型小功率管56二、復(fù)合管共射極放大電路T1T2RbRcRLC1C2+VCCuiuOuiuORbrbe1rbe2RCRL1ib1ib2ie1ib1iC1iC22ib2iOiO=iC1+iC2≈1
2ib1Au=uo/ui=–1
2
(RC//RL)rbe1+(1+1
)rbe2電壓放大倍數(shù)若(1+1
)rbe2>>rbe1,且1
>>1,則Au=uo/ui=–2
(RC//RL)rbe2表明電壓放大倍數(shù)與單管相當(dāng),但ri↑ri=Rb//[rbe1+(1+1
)rbe2]結(jié)論:保持Au不變時(shí),輸入電流大為減小輸入電阻ui=ib1rbe1+ib2rbe2
=ib1rbe1+(1+1
)ib1rbe2uo≈–
1
2ib1
(RC//RL)二、復(fù)合管共射極放大電路T1T2RbRcRLC1C2+VCC57三、復(fù)合管共集電極放大電路T1T2RbReRLC1C2+VCCuiuOuiuORbrbe1rbe2ReRL1ib1ib2=ie1ib1iC22ib2ie2ui=ib1rbe1+ib2rbe2+ie2(Re//RL)電壓放大倍數(shù)Au=uo/ui=(1+1)(1+2)(Re//RL)rbe1+(1+1)
rbe2+
(1+1)(1+2)(Re//RL)=ib1rbe1+(1+1)ib1rbe2+
(1+1)ib1(1+2)(Re//RL)uO=(1+1)ib1(1+2)(Re//RL)三、復(fù)合管共集電極放大電路T1T2RbReRLC1C2+VC58共集電極放大電路(續(xù))若1,2>>1輸入電阻ri=Rb//[rbe1+(1+2)rbe2+
(1+1)(1+2)(Re//RL)]輸出電阻電壓放大倍數(shù)Au=uo/ui=(1+1)(1+2)(Re//RL)rbe1+(1+1)
rbe2+
(1+1)(1+2)(Re//RL)則Au≈1rO=Re//rbe2+RS//Rb+rbe21+1
1+2共集電極放大電路(續(xù))若1,2>>1輸入電阻ri=Rb59
2.9.2共射—共基放大電路T1T2uiuORCRLib2ib1ic1=ie2ic2電壓放大倍數(shù)Au===uOuiic1uOuiie2(1ib1)(–
2ib2)(RC//RL)(rbe1ib1)
(1+2)ib2=–1
2(RC//RL)(1+2)rbe1當(dāng)2>>1時(shí)Au≈–1(RC//RL)rbe1結(jié)論:共射—共基放大電路的放大倍數(shù)與共射電路相同,但帶寬很寬2.9.2共射—共基放大電路T1T2uiuORCRLi60
2.9.3共集—共基放大電路T1T2uiuORCRLib2ib1ie1=ie2ic2T1——共集,T2——共基特點(diǎn):輸入阻抗高,頻帶寬2.9.3共集—共基放大電路T1T2uiuORCRLi61一、自給偏壓電路2.10場(chǎng)效應(yīng)管放大電路
2.10.1共源極放大電路RSRDC1C2CsuiuoRL+VCC+++RGGSDRSRD+VCCRGIGIDISUDSUGS直流通路2.靜態(tài)分析IG=0,ID=ISUGS=IDRSID=IDSS(1)2UGSUGS(off)UDS=VCC
ID(RD+RS)1.電路結(jié)構(gòu)一、自給偏壓電路2.10場(chǎng)效應(yīng)管放大電路
2.10.162二、分壓式偏置電路1.電路結(jié)構(gòu)uo
+VDDRDC1RLRG2RS+RG1RGSGDCS+C2+ui
IDIGUGSUDS+VDDRDRG2RSRG1RGISRGRG1RG2RDRLGSDUi
.Ugs
.gmUgs
.Uo
.直流通路微變等效電路二、分壓式偏置電路1.電路結(jié)構(gòu)uo+VDDRDC1RLR632.靜態(tài)分析IDIGUGSUDS+VDDRDRG2RSRG1RGISGSDGRG1+RG2UG=VDDRG2UG=UGS+IDRSUDS=VDD–ID
(
RD
+RS)IG=0ID=IDSS(1)2UGSUGS(off)2.靜態(tài)分析IDIGUGSUDS+VDDRDRG2RSRG643.動(dòng)態(tài)分析(1)電壓放大倍數(shù)(2)輸入電阻(3)輸出電阻若考慮RS的影響,即CS=0,則RGRG1RG2RDRLGSDUi
.Ugs
.gmUgs
.Uo
.Au?=Uo?Ui?=–gm(RD//RL)SIi
..Io
ri==RG+RG1//RG2
UiIiriroRSro=UoIoUi=0RL==RD(RD//RL)1+gmRS?Au=–gm3.動(dòng)態(tài)分析(1)電壓放大倍數(shù)(2)輸入電阻(3)輸出電652.10.2共漏極放大電路(自學(xué))2.10.3場(chǎng)效應(yīng)放大電路的特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管(單極型管)與晶體管(雙極型管)相比,最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以組成高輸入電阻的放大電路。此外,由于它還有噪聲低、溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)于晶體管的特點(diǎn),而且便于集成化,所以被廣泛應(yīng)用于各種電子電路中。但場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力比晶體管差,共源極放大電路的電壓放大倍數(shù)只有幾到幾十,而共射極放大電路的電壓放大倍數(shù)可達(dá)百倍以上。2.10.2共漏極放大電路(自學(xué))2.10.3場(chǎng)效應(yīng)662.11阻容耦合放大電路的頻率特性1.單級(jí)放大電路的頻率特性放大電路放大倍數(shù)的幅值隨頻率變化的關(guān)系稱為幅頻特性;輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位差隨頻率變化的關(guān)系稱為相頻特性——合稱為頻率特性
T++C1RCRBVCCC2uoRLui2.11阻容耦合放大電路的頻率特性1.單級(jí)放大電路的頻67(1)中頻段在中頻段這段頻率范圍內(nèi),滿足:
XC1<<(RB//rbe),XC2<<RL,所以C1、C2可視為短路,極間電容可視為開(kāi)路。電壓放大倍數(shù)的幅值與相位均與不隨頻率變化。中頻段的微變等效電路ERBUo?Ib?Ui?RCIb?RLrbe(1)中頻段在中頻段這段頻率范圍內(nèi),滿足:中頻段的微變68(2)低頻段
低頻段
C1、C2不可視為短路,極間電容可視為開(kāi)路。
電壓放大倍數(shù)的幅值下降,由-180向-90變化。(3)高頻段
C1、C2可視為短路,極間電容的分流作用不可忽視,同時(shí)隨頻率升高而下降,電壓放大倍數(shù)的幅值下降,由-180向-270變化。低頻段的微變等效電路ERBUo?Ib?Ui?RCIb?RLrbeC1C2(2)低頻段低頻段低頻段的微變等效電路ERB69頻率特性fLfHffAuAum0.707Aum0–90o–180o–270o單級(jí)放大電路的頻率特性0中頻段
高頻段
低頻段通頻帶頻率特性fLfHffAuAum0.707Aum0–90o–702.多級(jí)放大電路的頻率特性Au0.707Aum0.5AumAum0fL1fLfH1fH中頻段兩級(jí)阻容耦合放大電路總電壓放大倍數(shù):
Aum=Aum1
Aum2?在下限頻率fL1=fL2
處Au1=0.707Aum1Au2
=0.707Aum2總電壓放大倍數(shù)下降為Au=Au1Au2?=0.707
Aum1
0.707
Aum2?=0.5Aum所以fL>fL1,fH
<fH1同理故通頻帶變窄了通頻帶變窄Au1Aum10.707Aum10fL1fH1通頻帶1ffAu2Aum20.707Aum20fL2fH2通頻帶2f2.多級(jí)放大電路的頻率特性Au0.707Aum0.5A71謝謝大家!
結(jié)語(yǔ)謝謝大家!結(jié)語(yǔ)72模擬電路課件2模擬電路課件2模擬電路課件22.1放大的概念在生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中所遇到的信號(hào)往往是很微弱的,例如收音機(jī)、電視機(jī)天線接收到的信號(hào),必須加以放大,以推動(dòng)負(fù)載工作。這種用一個(gè)小能量對(duì)大能量的控制作用就是放大作用(能量不能放大)。模擬電路課件2模擬電路課件2模擬電路課件22.1放大的概念732.1
放大的概念
在生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中所遇到的信號(hào)往往是很微弱的,例如收音機(jī)、電視機(jī)天線接收到的信號(hào),必須加以放大,以推動(dòng)負(fù)載工作。這種用一個(gè)小能量對(duì)大能量的控制作用就是放大作用(能量不能放大)。收音機(jī)2.1放大的概念在生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中所遇74變化量的概念
另外,放大作用涉及到變化量的概念。即輸入信號(hào)有個(gè)較小的變化量時(shí),要求在負(fù)載上得到一個(gè)較大變化量的輸出信號(hào)。由此可見(jiàn),所謂的放大作用,其放大的對(duì)象是變化量。放大電路的放大倍數(shù)就是輸出信號(hào)與輸入信號(hào)變化量之比。USUiUoRS+++___...RL放大電路信號(hào)源負(fù)載直流電源變化量的概念另外,放大作用涉及到變化量的概念75一、電壓放大倍數(shù)Au=UoUi...二、輸入電阻ri=UiIi三、輸出電阻ro=UoIoUS=0RL=2.2
放大電路的主要性能指標(biāo)IiUSUiUoUoIoriroRS++++___....RL_放大電路一、電壓放大倍數(shù)Au=UoUi...二、輸入電阻ri=UiI76五、最大不失真輸出電壓Uom六、最大輸出功率Pom與效率=Pom/PV其中PV為直流電源消耗的功率四、通頻帶fBW=fH–fLfLfHf0.707Aum0中頻段
高頻段
低頻段通頻帶Aum..Au.下限截止頻率上限截止頻率五、最大不失真輸出電壓Uom六、最大輸出功率Pom與效率77一、電路結(jié)構(gòu)RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo偏置電阻集電極負(fù)載電阻耦合電容直流電源公共端放大元件2.3共發(fā)射極放大電路
2.3.1電路的組成原則一、電路結(jié)構(gòu)RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo偏置電78二、電路元件作用1.T:放大元件,是電路的核心,工作在放大區(qū)。iC=iB2.VCC:為電路提供能量,并保證集電結(jié)反偏。一般為幾伏~幾十伏。3.RC:將變化的電流轉(zhuǎn)換為變化的電壓,以實(shí)現(xiàn)電壓的放大。一般為幾千歐~幾十千歐。4.VBB、RB:保證發(fā)射結(jié)正偏,并為電路提供大小合適的靜態(tài)IB。RB一般為幾十千歐~幾百千歐。5.C1、C2:隔直通交。隔離輸入、輸出與電路直流的聯(lián)系,同時(shí)能使交流信號(hào)順利輸入輸出。一般為10F~50F,多為電解電容,有極性。在一定的頻率范圍內(nèi),C1、C2上的交流壓降小到可以忽略不計(jì),即對(duì)交流信號(hào)可視為短路。RBVCCVBBRCC1C2Tuiuo二、電路元件作用1.T:放大元件,是電路的核心,工作在放大79單電源供電RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo單電源供電+VCCRBRCC1C2Tuoui++單電源供電RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo單電源供802.3.2放大電路的直流通路和交流通路+VCCRBRCC1C2Tuoui+++VCCRBRCT直流通路交流通路uiuoRCRBTui=0
C1、C2斷路VCC=0C1、C2短路2.3.2放大電路的直流通路和交流通路+VCCRBRCC1812.4放大電路的分析方法
2.4.1
放大電路的靜態(tài)分析What?Why?How?放大電路建立合適的靜態(tài)值,是為了使三極管工作在線性區(qū),以保證信號(hào)不失真——必要性u(píng)beibo靜態(tài)分析的任務(wù)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?lái)分析。重復(fù)What?Why?How?放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)(ui
=0)時(shí)的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。2.4放大電路的分析方法
2.4.1放大電路的靜態(tài)分82一、用估算法分析放大電路的靜態(tài)值UCE
=VCC
IC
RCIC
=
IB硅管的UBE
為0.6V~0.8V鍺管的UBE為0.2V~0.3VIB=VCC–UBERBRCICUCEUBERBIB+VCCIE一、用估算法分析放大電路的靜態(tài)值UCE=VCCIC83二、用圖解法分析放大電路的靜態(tài)值1.先用估算法確定IB2.在三極管輸出特性曲線坐標(biāo)上畫(huà)直流負(fù)載線UCE
=VCC
IC
RC0IB
=0μAVCCRCVCCQIC
/mAUCE
/V靜態(tài)工作點(diǎn)直流負(fù)載線IBICUCERCICUCEUBERBIB+VCCIEIC=RCVCCRCUCE二、用圖解法分析放大電路的靜態(tài)值1.先用估算法確定IB2.842.4.2.
靜態(tài)工作點(diǎn)與電路參數(shù)的關(guān)系一、Vcc和RC不變,RB增大為RB,IB減小為IB
IB=VCC–UBERB0IB
=0μAVCCRCVCCQIC
/mAUCE
/VIBIBQRCICUCEUBERBIB+VCCIE2.4.2.靜態(tài)工作點(diǎn)與電路參數(shù)的關(guān)系一、Vcc和RC不變85二、Vcc和RB不變,RC增大為RC0IB
=0μAVCCRCVCCQIC
/mAUCE
/VIBVCCRCQRCICUCEUBERBIB+VCCIE二、Vcc和RB不變,RC增大為RC0IB=0μ86三、RC和RB不變,VCC減小為VCC′0IB
=0μAVCCRCVCCQIC
/mAUCE
/VIBVCCRCQVCCIBRCICUCEUBERBIB+VCCIE三、RC和RB不變,VCC減小為VCC′0IB=0μ872.4.3
放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后,分析信號(hào)的變化情況。加上輸入信號(hào)后,三極管的各個(gè)電壓和電流都含有直流分量和交流分量——同時(shí)存在。
1.輸出端開(kāi)路一、圖解法VCCRBRCC1C2TuBEuCE
iBiCuiuo++++RSus2.4.3放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路有輸入88交流通路uce=uo=icRcTuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+ube=ui=UimSintuBE=UBE+ube=UBEUim
sint+
tuBE/V
0UBEube
=UBE
/V0UBE
t+0ube/V
Uim
t注意各種符號(hào)的不同含義ui為一微小的弦信號(hào)交流通路uce=uo=icRcTuiuoRCRBiiib89在輸入特性上作圖0iBμAuBE/VQ1QQ200UBEttμAiBibiB
=IB+ibubeuBE/VIBIBUBE在輸入特性上作圖0iBμAuBE/VQ1QQ200UBEt90在輸出特性上作圖電壓放大倍數(shù)=Au
=UomUimUoUit0icic=ibiC
/mAiC
/mA0Ucemuce
(uo)uCE/Vt0IB=0QQ1ICUCEuCE/V輸出端開(kāi)路時(shí)交、直流負(fù)載線重合Q2VCCRCVCC在輸出特性上作圖電壓放大倍數(shù)=Au=UomUimUoUi912.
輸出端接負(fù)載交流通路TuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+RL_
icuce=1RL=
–icuce(RC//RL)=
–icRL2.輸出端接負(fù)載交流通路TuiuoRCRBiiibicuc92作交流負(fù)載線帶載交流負(fù)載線帶負(fù)載后,Uom減小,Au下降帶載輸出電壓0IB=0Qt00Q1ICicUCEuce
(uo)uCE/VuCE/VQ2iC
/mAiC
/mAtVCCRCVCCICRLQ1Q2作交流負(fù)載線帶載交流負(fù)載線帶負(fù)載后,Uom減小,Au下降93二、用圖解法分析非線性失真0IB=0Q001.靜態(tài)工作點(diǎn)偏高引起飽和失真ic正半周變平Q2Q1uCE/V
uo波形uce負(fù)半周變平飽和失真uCE/ViC
/mAiC
/mAtt二、用圖解法分析非線性失真0IB=0Q001.靜態(tài)工942.靜態(tài)工作點(diǎn)偏低引起截止失真uBE/V0Qibube00iB/μA(1)工作點(diǎn)偏低引起ib失真iB/μAuBE/VQ2Q1ttIBUBE2.靜態(tài)工作點(diǎn)偏低引起截止失真uBE/V0Qibube950IB=
000Q
ic(2)工作點(diǎn)偏低引起
ic
、uce
(uo)失真uCE/VuCE/V截止失真uo波形Q1Q2iC
/mAiC
/mAuce正半周變平tt0IB=000Qic(2)工作點(diǎn)偏低引起ic、uc96三、結(jié)論1、為了不失真的放大交變電壓信號(hào),
必須給放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。
2、放大電路中的信號(hào)是交直流共存即:uCE=UCE+uceiC=IC+iciB=IB+ibuBE=UBE+ube注意:雖然交流量可正負(fù)變化,但合成量的方向始終不變!3、輸出uo與輸入ui,幅度放大,頻率不變,相位相反。三、結(jié)論1、為了不失真的放大交變電壓信號(hào),2、放大電路中97課堂討論題:下面各電路能否放大交流電壓信號(hào)?圖(a)中,沒(méi)有設(shè)置靜態(tài)偏置,即IB=0,不能放大。圖(b)中,有靜態(tài)偏置,但ui被EB短路,不能引起iB的變化,所以不能放大。uoVCCRCC1C2TRLui(a)+++RBVCCRCC1C2TRLuouiEB(b)+++課堂討論題:下面各電路能否放大交流電壓信號(hào)?圖(a)中,沒(méi)有98圖(c)中,有靜態(tài)偏置,有變化的iB和iC,但因沒(méi)有RC
,不能把集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化送到輸出端,即uo=0,所以不能放大交流電壓信號(hào)。+VCCC2TRLuouiRB(c)C1++圖(c)中,有靜態(tài)偏置,+VCCC2TRLuouiRB(c)99四、微變等效電路法交流通路
微變等效電路TuiuoRCRBibicRSus+RLBCErbe
EUo?Ib?Ib?Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+BC
利用放大電路的低頻小信號(hào)等效模型(微變等效電路)分析其動(dòng)態(tài)參數(shù)的方法,稱微變等效電路法。四、微變等效電路法交流通路微變等效電路TuiuoR1001.電壓放大倍數(shù)rbe
EUo?Ib?Ib?Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+BC若輸出端開(kāi)路(RL=),則
RCrbeAu=?由此可見(jiàn),帶負(fù)載后,電壓放大倍數(shù)Au。上式中的負(fù)號(hào)說(shuō)明Uo與Ui反相。???注意不是愈大Au愈大,因?yàn)閞beAu?=Uo?Ui?=
rbe
(RC//RL)Ib?–Ib?=–(RC//RL)rbe=
–RLrbe1.電壓放大倍數(shù)rbeEUo?Ib?Ib?Ic?Ui?101考慮信號(hào)源的內(nèi)阻RSuSriui+Aus=?Uo?Us?=Au
ri
Rs+ri
?=Ui?Us?Uo?Ui?Aus稱為源電壓放大倍數(shù)考慮信號(hào)源的內(nèi)阻RSuSriui+Aus=?Uo?Us?=1022.放大電路的輸入電阻若RB>>rbe
,則ri
rbe
RB
//rbe
=Iiri=Uirirbe
EUo?Ib?Ib?Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+BCrbe
EUo?Ib?Ib?Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+BCIi?2.放大電路的輸入電阻若RB>>rbe,則ri1033.放大電路的輸出電阻可用外加電壓法求rororbe
EUo?Ib?Ib?Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+BCIo?ro=UoIoUS=0RL==RC3.放大電路的輸出電阻可用外加電壓法求rororbeEU104
由前面的分析可知,放大電路的多項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)均與靜態(tài)工作點(diǎn)的位置密切相關(guān),因此,如何使靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的因素很多,如:溫度的變化、管子的老化、電源電壓的波動(dòng)等。其中,溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響最為嚴(yán)重。2.5工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路
2.5.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響由前面的分析可知,放大電路的多項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)1050IB
=0μAVCCRCVCCQIC
/mAUCE
/VIBICUCEICEOIB’
=0μAIB’Q’ICEO’IC’溫度升高引起ICEO
和增加;UT減小,從而引起IC增加,工作點(diǎn)Q上移,靠近飽和區(qū)。反之,IC減小,工作點(diǎn)Q下移,靠近截止區(qū)。0IB=0μAVCCRCVCCQIC/mAUCE1062.5.2
靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路一、電路結(jié)構(gòu)射極旁路電容二、工作點(diǎn)穩(wěn)定原理溫度IC
IEUEUBEIBIC——分壓式偏置電路該電路穩(wěn)定工作點(diǎn)的條件:1.I1I2>>IB,2.UB>>UBE+VCCRCC1C2TRLRB2RECE++RB1uoRSus++uiI1I2IBBCE引入RE穩(wěn)定了工作點(diǎn),但Au
,如何解決?UB=VCCRB2RB1+RB22.5.2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路一、電路結(jié)構(gòu)射極旁路電容二、107三、靜態(tài)分析直流通路BRCIC
UCERB1IB+VCCIEI1I2RB2RE
UBEICIE=UBUBEREUBREICIB=UCE=VCCIC(RC+RE)UB=VCCRB2RB1+RB2三、靜態(tài)分析直流通路BRCICUCERB1IB+VCCI108四、動(dòng)態(tài)分析rbe
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