模電基本放大電路

模電課件基本放大電路2023/8/22模電第1頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電第二章基本放大電路§2.1放大的概念與放大電路的性能指標§2.2基本共射放大電路的工作原理§2.3放大電路的分析方法§2.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定§2.5晶體管放大電路的三種接法§2.6場效應管及其基本放大電路§2.7基本放大電路的派生電路第2頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電§2.1放大的概念與放大電路

的性能指標一、放大的概念二、放大電路的性能指標第3頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電一、放大的概念放大的對象：變化量放大的本質(zhì)：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判斷電路能否放大的基本出發(fā)點VCC至少一路直流電源供電第4頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電二、性能指標1.放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測試的參數(shù)信號源信號源內(nèi)阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流對信號而言，任何放大電路均可看成二端口網(wǎng)絡(luò)。第5頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電2.輸入電阻和輸出電阻

將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻?？蛰d時輸出電壓有效值帶RL時的輸出電壓有效值輸入電壓與輸入電流有效值之比。從輸入端看進去的等效電阻第6頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電3.通頻帶4.最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。

由于電容、電感及放大管PN結(jié)的電容效應，使放大電路在信號頻率較低和較高時電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。衡量放大電路對不同頻率信號的適應能力。下限頻率上限頻率5.最大輸出功率Pom和效率η：功率放大電路的參數(shù)第7頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電§2.2基本共射放大電路的工作原理一、電路的組成及各元件的作用二、設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性三、波形分析四、放大電路的組成原則第8頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電一、電路的組成及各元件的作用VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合適的IB。VCC：使UCE≥UBE，同時作為負載的能源。Rc：將ΔiC轉(zhuǎn)換成ΔuCE(uo)。動態(tài)信號作用時：

輸入電壓ui為零時，晶體管各極的電流、b-e間的電壓、管壓降稱為靜態(tài)工作點Q，記作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。共射第9頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電二、設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性

輸出電壓必然失真！

設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，首先要解決失真問題，但Q點幾乎影響著所有的動態(tài)參數(shù)！

為什么放大的對象是動態(tài)信號，卻要晶體管在信號為零時有合適的直流電流和極間電壓？第10頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電三、基本共射放大電路的波形分析飽和失真底部失真截止失真頂部失真輸出和輸入反相！動態(tài)信號馱載在靜態(tài)之上與iC變化方向相反

要想不失真，就要在信號的整個周期內(nèi)保證晶體管始終工作在放大區(qū)！第11頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電四、放大電路的組成原則靜態(tài)工作點合適：合適的直流電源、合適的電路參數(shù)。動態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負載上能夠獲得放大了的動態(tài)信號。對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負載上無直流分量。第12頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電兩種實用放大電路：（1）直接耦合放大電路問題：1.兩種電源2.信號源與放大電路不“共地”共地，且要使信號馱載在靜態(tài)之上靜態(tài)時，動態(tài)時，VCC和uI同時作用于晶體管的輸入回路。將兩個電源合二為一有直流分量有交流損失－＋UBEQ第13頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電兩種實用放大電路：（2）阻容耦合放大電路耦合電容的容量應足夠大，即對于交流信號近似為短路。其作用是“隔離直流、通過交流”。靜態(tài)時，C1、C2上電壓？動態(tài)時，C1、C2為耦合電容?。璘BEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信號馱載在靜態(tài)之上。負載上只有交流信號。第14頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電§2.3放大電路的分析方法一、放大電路的直流通路和交流通路二、圖解法三、等效電路法第15頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電一、放大電路的直流通路和交流通路1.直流通路：①Us=0，保留Rs；②電容開路；③電感相當于短路（線圈電阻近似為0）。2.交流通路：①大容量電容相當于短路；②直流電源相當于短路（內(nèi)阻為0）。通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號的作用共存，這使得電路的分析復雜化。為簡化分析，將它們分開作用，引入直流通路和交流通路的概念。第16頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電基本共射放大電路的直流通路和交流通路列晶體管輸入、輸出回路方程，將UBEQ作為已知條件，令I(lǐng)CQ＝βIBQ，可估算出靜態(tài)工作點。

VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的誤差越小。第17頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電當VCC>>UBEQ時，已知：VCC＝12V，Rb＝600kΩ，Rc＝3kΩ，β＝100。Q＝？直流通路阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和交流通路第18頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電二、圖解法

應實測特性曲線

輸入回路負載線QIBQUBEQIBQQICQUCEQ負載線1.靜態(tài)分析：圖解二元方程第19頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電2.電壓放大倍數(shù)的分析斜率不變第20頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電3.失真分析截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負載線。截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！減小Rb能消除截止失真嗎？第21頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電飽和失真飽和失真Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑：飽和失真是輸出回路產(chǎn)生失真。最大不失真輸出電壓Uom：比較UCEQ與（VCC－UCEQ），取其小者，除以。這可不是好辦法！第22頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電討論一1.用NPN型晶體管組成一個在本節(jié)課中未見過的共射放大電路。2.用PNP型晶體管組成一個共射放大電路。畫出圖示電路的直流通路和交流通路。第23頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電三、等效電路法半導體器件的非線性特性使放大電路的分析復雜化。利用線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。1.直流模型：適于Q點的分析理想二極管利用估算法求解靜態(tài)工作點，實質(zhì)上利用了直流模型。輸入回路等效為恒壓源輸出回路等效為電流控制的電流源第24頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電2.晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）在交流通路中可將晶體管看成為一個二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入回路、輸出回路各為一個端口。低頻小信號模型第25頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電在低頻、小信號作用下的關(guān)系式交流等效模型（按式子畫模型）電阻無量綱無量綱電導第26頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電h參數(shù)的物理意義b-e間的動態(tài)電阻內(nèi)反饋系數(shù)電流放大系數(shù)c-e間的電導分清主次，合理近似！什么情況下h12和h22的作用可忽略不計？第27頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電簡化的h參數(shù)等效電路－交流等效模型查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略利用PN結(jié)的電流方程可求得由IEQ算出在輸入特性曲線上，Q點越高，rbe越??！第28頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電3.放大電路的動態(tài)分析放大電路的交流等效電路第29頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電阻容耦合共射放大電路的動態(tài)分析輸入電阻中不應含有Rs!輸出電阻中不應含有RL!第30頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電討論一1.在什么參數(shù)、如何變化時Q1→Q2→Q3→Q4？2.從輸出電壓上看，哪個Q點下最易產(chǎn)生截止失真？哪個Q點下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個Q點下Uom最大？3.設(shè)計放大電路時，應根據(jù)什么選擇VCC？第31頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電2.空載和帶載兩種情況下Uom分別為多少？在圖示電路中，有無可能在空載時輸出電壓失真，而帶上負載后這種失真消除？增強電壓放大能力的方法？討論二已知ICQ＝2mA，UCES＝0.7V。1.在空載情況下，當輸入信號增大時，電路首先出現(xiàn)飽和失真還是截止失真？若帶負載的情況下呢？第32頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電討論三：基本共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65V為什么用圖解法求解IBQ和UBEQ？第33頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電討論四：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析第34頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電討論五：波形分析

失真了嗎？如何判斷？原因？飽和失真第35頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電§2.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定一、溫度對靜態(tài)工作點的影響二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法第36頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電一、溫度對靜態(tài)工作點的影響

所謂Q點穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時基本不變，這是靠IBQ的變化得來的。若溫度升高時要Q’回到Q，則只有減小IBQT（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不變IBQ↑Q’第37頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路

直流通路？Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路1.電路組成第38頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電2.穩(wěn)定原理為了穩(wěn)定Q點，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不隨溫度變化。設(shè)UBEQ＝UBE＋ΔUBE，若UBQ－UBE>>ΔUBE，則IEQ穩(wěn)定。第39頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電Re的作用T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不變）→IB↓→IC↓Re起直流負反饋作用，其值越大，反饋越強，Q點越穩(wěn)定。關(guān)于反饋的一些概念：將輸出量通過一定的方式引回輸入回路影響輸入量的措施稱為反饋。直流通路中的反饋稱為直流反饋。反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的稱為負反饋，反之稱為正反饋。Re有上限值嗎？IC通過Re轉(zhuǎn)換為ΔUE影響UBE溫度升高IC增大，反饋的結(jié)果使之減小第40頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電3.

Q點分析分壓式電流負反饋工作點穩(wěn)定電路Rb上靜態(tài)電壓是否可忽略不計？判斷方法：第41頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電4.動態(tài)分析利?弊?無旁路電容Ce時：如何提高電壓放大能力？第42頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法引入直流負反饋溫度補償：利用對溫度敏感的元件，在溫度變化時直接影響輸入回路。例如，Rb1或Rb2采用熱敏電阻。它們的溫度系數(shù)？第43頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電討論一圖示兩個電路中是否采用了措施來穩(wěn)定靜態(tài)工作點？若采用了措施，則是什么措施？第44頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電§2.5晶體管放大電路的三種接法一、基本共集放大電路二、基本共基放大電路三、三種接法放大電路的比較第45頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電一、基本共集放大電路1.靜態(tài)分析第46頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電2.動態(tài)分析：電壓放大倍數(shù)故稱之為射極跟隨器Uo＜Ui第47頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電2.動態(tài)分析：輸入電阻的分析Ri與負載有關(guān)！RL帶負載電阻后從基極看Re，被增大到（1+β）倍第48頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電2.動態(tài)分析：輸出電阻的分析Ro與信號源內(nèi)阻有關(guān)！3.特點：輸入電阻大，輸出電阻??；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！

令Us為零，保留Rs，在輸出端加Uo，產(chǎn)生Io,。從射極看基極回路電阻，被減小到（1+β）倍第49頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電二、基本共基放大電路1.靜態(tài)分析第50頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電2.動態(tài)分析3.特點：輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！第51頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電三、三種接法的比較：空載情況下接法共射共集共基Au大小于1大Aiβ1＋βαRi中大小Ro大小大頻帶窄中寬第52頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電討論一：

圖示電路為哪種基本接法的放大電路？它們的靜態(tài)工作點有可能穩(wěn)定嗎？求解靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的表達式。接法共射共集共基輸入bbe輸出cec第53頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電電路如圖，所有電容對交流信號均可視為短路。1.Q為多少？2.Re有穩(wěn)定Q點的作用嗎？3.電路的交流等效電路？4.V變化時，電壓放大倍數(shù)如何變化？討論二第54頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電討論二改變電壓放大倍數(shù)第55頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電§2.6場效應管及其基本放大電路一、場效應管二、場效應管放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置方法三、場效應管放大電路的動態(tài)分析第56頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電一、場效應管（以N溝道為例）

場效應管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對應于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。1.結(jié)型場效應管符號結(jié)構(gòu)示意圖柵極漏極源極導電溝道單極型管∶噪聲小、抗輻射能力強、低電壓工作第57頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電柵-源電壓對導電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷

uGS可以控制導電溝道的寬度。為什么g-s必須加負電壓？UGS（off）第58頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電漏-源電壓對漏極電流的影響uGS＞UGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。預夾斷uGD＝UGS（off）VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。場效應管工作在恒流區(qū)的條件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）第59頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電夾斷電壓漏極飽和電流轉(zhuǎn)移特性場效應管工作在恒流區(qū)，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。uDG＞－UGS（off）第60頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電g-s電壓控制d-s的等效電阻輸出特性預夾斷軌跡，uGD＝UGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。低頻跨導：第61頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電2.絕緣柵型場效應管uGS增大，反型層（導電溝道）將變厚變長。當反型層將兩個N區(qū)相接時，形成導電溝道。SiO2絕緣層襯底耗盡層空穴高摻雜反型層增強型管大到一定值才開啟第62頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電增強型MOS管uDS對iD的影響

用場效應管組成放大電路時應使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？iD隨uDS的增大而增大，可變電阻區(qū)uGD＝UGS（th）,預夾斷iD幾乎僅僅受控于uGS，恒流區(qū)剛出現(xiàn)夾斷uGS的增大幾乎全部用來克服夾斷區(qū)的電阻第63頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電耗盡型MOS管

耗盡型MOS管在uGS＞0、uGS＜0、uGS＝0時均可導通，且與結(jié)型場效應管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在uGS＞0時仍保持g-s間電阻非常大的特點。加正離子小到一定值才夾斷uGS=0時就存在導電溝道第64頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電MOS管的特性1)增強型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓第65頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電利用Multisim測試場效應管的輸出特性從輸出特性曲線說明場效應管的哪些特點？第66頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電3.場效應管的分類

工作在恒流區(qū)時g-s、d-s間的電壓極性uGS=0可工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？uGS＞0才可能工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？uGS＜0才可能工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？第67頁，課件共79頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/8/22模電二、場效應管靜態(tài)工作點的設(shè)置方法根據(jù)場效應管工作在恒流區(qū)的條件，在g-s、d-s間加極性合適的電源1.基本共源放大電路第68頁，課件共79頁，創(chuàng)作