模擬電路課件

第二章目錄2.1放大的概念2.2放大電路的主要性能指標2.3共發(fā)射極放大電路2.4放大電路的分析方法2.5工作點穩(wěn)定的放大電路2.6共集電極放大電路2.7共基極放大電路2.8三種接法的比較2.9根本放大電路的派生電路2.10場效應管放大電路2.11放大電路的頻率特性

放大的概念在消費過程和科學實驗中所遇到的信號往往是很微弱的，例如收音機、電視機天線接收到的信號，必須加以放大，以推動負載工作。這種用一個小能量對大能量的控制作用就是放大作用〔能量不能放大〕。收音機變化量的概念

另外，放大作用涉及到變化量的概念。即輸入信號有個較小的變化量時，要求在負載上得到一個較大變化量的輸出信號。由此可見，所謂的放大作用，其放大的對象是變化量。放大電路的放大倍數(shù)就是輸出信號與輸入信號變化量之比。USUiUoRS+++___...RL放大電路信號源負載直流電源一、電壓放大倍數(shù)Au=UoUi...二、輸入電阻ri=UiIi三、輸出電阻ro=UoIoUS=0RL=

放大電路的主要性能指標IiUSUiUoU

oIoriroRS++++___....RL_放大電路五、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一、電路構造RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo偏置電阻集電極負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電路的組成原那么二、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，并保證集電結反偏。一般為幾伏~幾十伏。3.RC：將變化的電流轉換為變化的電壓，以實現(xiàn)電壓的放大。一般為幾千歐~幾十千歐。4.VBB、RB：保證發(fā)射結正偏，并為電路提供大小適宜的靜態(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)絡，同時能使交流信號順利輸入輸出。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，即對交流信號可視為短路。RBVCCVBBRCC1C2Tuiuo單電源供電RBVCCVBBRCC1C2T++uiuo單電源供電+VCCRBRCC1C2Tuoui++2.3.2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2.4放大電路的分析方法

放大電路的靜態(tài)分析What?Why?How?放大電路建立適宜的靜態(tài)值，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真——必要性ubeibo靜態(tài)分析的任務是根據(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。可用放大電路的直流通路來分析。重復What?Why?How?放大電路沒有輸入信號(ui

=0)時的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。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

為鍺管的UBE為IB=VCC–UBERBRCICUCEUBERBIB+VCCIE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上畫直流負載線UCE

=VCC

IC

RC0IB

=0μAVCCRCVCCQIC

/mAUCE

/V靜態(tài)工作點直流負載線IBICUCERCICUCEUBERBIB+VCCIEIC=RC

VCCRCUCE2.4.2.

靜態(tài)工作點與電路參數(shù)的關系一、Vcc和RC不變,RB增大為R

B，IB減小為I

B

IB=VCC–UBERB0IB

=0μAVCCRCVCCQIC

/mAUCE

/VIBI

BQ

RCICUCEUBERBIB+VCCIE二、Vcc和RB不變,RC增大為R

C0IB

=0μAVCCRCVCCQIC

/mAUCE

/VIBVCCR

CQ

RCICUCEUBERBIB+VCCIE三、RC和RB不變，VCC減小為VCC′0IB

=0μAVCCRCVCCQIC

/mAUCE

/VIBV

CCRCQ

V

CCI

BRCICUCEUBERBIB+VCCIE

放大電路的動態(tài)分析放大電路有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。動態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后，分析信號的變化情況。加上輸入信號后，三極管的各個電壓和電流都含有直流分量和交流分量——同時存在。

1.輸出端開路一、圖解法VCCRBRCC1C2TuBEuCE

iBiCuiuo++++

RSus交流通路uce=uo=

icRcTuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+

ube=ui=UimSintuBE=UBE+ube=UBEUim

sint+

tuBE/V

0UBEube

=UBE

/V0UBE

t+0ube/V

Uim

t注意各種符號的不同含義ui為一微小的弦信號在輸入特性上作圖0iBμAuBE/VQ1QQ200UBE

t

tμAiBibiB

=IB+ibubeuBE/VIBIBUBE在輸出特性上作圖電壓放大倍數(shù)=Au

=UomUimUoUi

t0icic=ibiC

/mAiC

/mA0Ucemuce

(uo)uCE/V

t0IB=0QQ1ICUCEuCE/V輸出端開路時交、直流負載線重合Q2VCCRCVCC2.

輸出端接負載交流通路TuiuoRCRBiiibicuceubeRSus+

RL_

icuce=1R

L=

–icuce(RC//RL)=

–icR

L作交流負載線帶載交流負載線帶負載后，Uom減小,Au下降帶載輸出電壓0IB=0Q

t00Q1ICicUCEuce

(uo)uCE/VuCE/VQ2iC

/mAiC

/mA

tVCCRCVCCICR

LQ

1Q

2二、用圖解法分析非線性失真0IB=0Q001.靜態(tài)工作點偏高引起飽和失真ic正半周變平Q2Q1uCE/V

uo波形uce負半周變平飽和失真uCE/ViC

/mAiC

/mA

t

t2.靜態(tài)工作點偏低引起截止失真uBE/V0Qibube00iB/μA〔1〕工作點偏低引起ib失真iB/μAuBE/VQ2Q1

t

tIBUBE0IB=

000Q

ic〔2〕工作點偏低引起ic、uce(uo)失真uCE/VuCE/V截止失真uo波形Q1Q2iC

/mAiC

/mAuce正半周變平

t

t三、結論1、為了不失真的放大交變電壓信號,必須給放大電路設置適宜的靜態(tài)工作點。2、放大電路中的信號是交直流共存即：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。課堂討論題：下面各電路能否放大交流電壓信號？圖(a)中，沒有設置靜態(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)+++圖(c)中，有靜態(tài)偏置,有變化的iB和iC,但因沒有RC

，不能把集電極電流的變化轉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。+VCCC2TRLuouiRB(c)C1++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等效模型〔微變等效電路〕分析其動態(tài)參數(shù)的方法，稱微變等效電路法。1.電壓放大倍數(shù)rbe

EUo?Ib?Ib?

Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+

BC假設輸出端開路(RL=)，那么RCrbeAu=

?由此可見，帶負載后，電壓放大倍數(shù)Au

。上式中的負號說明Uo與Ui反相。???注意不是

愈大Au愈大，因為

rbe

Au?=Uo?Ui?=

rbe

(RC//RL)Ib?–Ib?=–

(RC//RL)rbe=

–

R

Lrbe考慮信號源的內(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)2.放大電路的輸入電阻假設RB>>rbe，那么rirbeRB

//rbe

=Iiri=Uirirbe

EUo?Ib?Ib?

Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+

BCrbe

EUo?Ib?Ib?

Ic?Ui?Us?RCRLRBRS+

BCIi?3.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=

=RC由前面的分析可知，放大電路的多項重要技術指標均與靜態(tài)工作點的位置親密相關，因此，如何使靜態(tài)工作點穩(wěn)定是一個非常重要的問題。靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的因素很多，如：溫度的變化、管子的老化、電源電壓的波動等。其中，溫度對靜態(tài)工作點的影響最為嚴重。2.5工作點穩(wěn)定的放大電路

2.5.1溫度對靜態(tài)工作點的影響0IB

=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Q上移，靠近飽和區(qū)。反之，IC減小，工作點Q下移，靠近截止區(qū)。

靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路一、電路構造射極旁路電容二、工作點穩(wěn)定原理溫度

IC

IEUEUBEIB

IC

——分壓式偏置電路該電路穩(wěn)定工作點的條件：1.I1I2>>IB，2.UB>>UBE+VCCRCC1C2TRLRB2RECE++RB1uoRSus+

+uiI1I2IBBCE引入RE穩(wěn)定了工作點，但Au

，如何解決？UB=VCCRB2RB1+RB2三、靜態(tài)分析直流通路BRCIC

UCERB1IB+VCCIEI1I2RB2RE

UBEICIE=UBUBERE

UBREICIB=

UCE=VCCIC(RC+RE)UB=VCCRB2RB1+RB2四、動態(tài)分析rbe

EUo?Ib?Ib?

Ui?Us?RCRLRB2RS+

BCRB1+VCCRCC1C2TRLRB2RECE++RB1uoRSus+

+uiI1I2IBBCE1.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=

–

R

Lrbe假設考慮RE的影響，即去掉電容CEIe?REAu?=Uo?Ui?

rbe+(1+

)RE

（RC//RL)=Ib?–Ib?Ib?=–

R

L

rbe+(1+

)RE

由上分析可見，引入RE使Au

，因此在RE兩端要并聯(lián)旁路電容CE。2.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

=R

B//[rbe+(1+

)RE]

由此可見，引入RE使ri

。(R

B=RB1//RB2)3.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=

=RC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電路構造usuoT++RSC1RBC2RERLVCC++

uiTRBREVCC+usRS+

uiTRBRERLuo直流通路交流通路對交流信號而言，集電極接地，故射極輸出器是共集電極放大電路。2.6.2靜態(tài)分析IB=VCC–UBERB+(1+

)REUCE=VCC–IEREIC

=

IB

UCEUBEIBICRBREVCC+VCC=IBRB+UBE+〔1+〕IBRE2.6.3動態(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.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大大進步了；〔2〕ri與RL有關三、輸出電阻〔RS=RS//RB〕RS+

RBRERLrbeUs.Uo.Ib.

Ib.I

o.ror

oIo.r

o=UoI

oUS=0RL=

r

o==Uo（1+

）Ib.=UoUo（1+

）(RS//RB)+rbe=(RS//RB)+rbe（1+

）（1+

）R

S

+rbero=r

o//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，帶負載的才能很強，ro一般約幾十Ω。2.6.4結論一、射極輸出器的特點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，對前級影響??；4.輸出電阻低，帶負載才能強。射極輸出器可作多級放大電路的輸入級、輸出級或中間級。1.作輸入級時，因其輸入電阻高，可以減小放大電路對信號源的影響；2.作輸出級時，利用它輸出電阻低的特點，可以穩(wěn)定輸出電壓，進步帶負載才能；3.將射極輸出器接在兩級共發(fā)射級放大電路之間作中間級時，可以起阻抗變換作用，改善電路間直接相連所帶來的影響。二、射極輸出器的應用輸入中間輸出uiuo2.7共基極放大電路

2.7.1電路構造+++RSRERB1RB2+RC+VCCusRLuouiC1C2CB

T直流通路RB1RB2RC+VCCRETRB1RB2RC+VCCRET交流通路+RSus

RERCRLuouiT2.7.2靜態(tài)分析忽略IB，那么RB1+RB2UB=VCCRB1+RB2UB=VCCRB2IB=IE1+

1+

IC

IE=UBUBEREUCE=VCC

IC(RC+RE)IEUCEBIBRB1RB2RC+VCCRETIC2.7.3動態(tài)分析+RSus

RERCRLuouiT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

+RSus

RERCRLrbeUo.Ui.

Ib.Ib.Ie.

ri

ro

.

Ii

.

Io

ro=UoIoUS=0RL=

=RC2.7.4共基極放大電路的特點1.放大倍數(shù)在形式上與共發(fā)射極電路一樣，但ui與uo相位一樣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2.8三種接法的比較綜上所述，晶體管單管放大電路的三種根本接法的特點歸納如下：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。常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級。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，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。2.9根本放大電路的派生電路

復合管放大電路在實際應用中，為了進一步改善放大電路的性能，可以用多個晶體管組成復合管，來取代原電路中的一個晶體管，常根據(jù)詳細需要將不同種接法組合起來構成多級放大電路，以得到多方面性能俱佳的放大電路。一、復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型大功率管復合管為NPN型~~

=icib

1

2icibieebcceT1T2ic1ie=ie2ic2ib=ib1ie1=ib2icb復合管的rbe=rbe1+(r+β1)rbe2復合管的UBE=UBE1+UBE2PNP+PNP→PNP2.T1為PNP型小功率管

T2為PNP型大功率管復合管為PNP型

復合管的等效電流放大系數(shù)為

~~

=icib

1

2復合管的rbe=rbe1+(r+β1)rbe復合管的UBE=UBE1+UBE2cT1T2ic1ie=ie2ic2ib=ib1ie1=ib2icebicibieebcPNP+NPN→PNP3.T1為PNP型小功率管T2為NPN型大功率管復合管為PNP型復合管的等效電流放大系數(shù)為

=icib≈

1

2icibieecbT1T2ic=ie2ic2ib=ib1ic1=ib2ieie1ecb復合管的rbe=rbe1復合管的UBE=UBE1NPN+PNP→NPN4.T1為NPN型小功率管

T2為PNP型大功率管復合管為NPN型復合管的等效電流放大系數(shù)為

=icib≈

1

2復合管的rbe=rbe1復合管的UBE=UBE1T1T2ic=ie2ic2ib=ib1ic1=ib2ieie1ecbicibieecb二、復合管共射極放大電路T1T2RbRcRLC1C2+VCCuiuOuiuORbrbe1rbe2RCRL

1ib1ib2ie1ib1iC1iC2

2ib2iOiO=iC1+iC2≈

1

2ib1Au=uo/ui=–

1

2

(RC//RL)rbe1+(1+

1

)rbe2電壓放大倍數(shù)假設(1+1)rbe2>>rbe1,且1>>1,那么Au=uo/ui=–

2

(RC//RL)rbe2說明電壓放大倍數(shù)與單管相當，但ri↑ri=Rb//[rbe1+(1+

1

)rbe2]結論：保持Au不變時，輸入電流大為減小輸入電阻ui=ib1rbe1+ib2rbe2

=ib1rbe1+(1+

1

)ib1rbe2uo≈–

1

2ib1

(RC//RL)三、復合管共集電極放大電路T1T2RbReRLC1C2+VCCuiuOuiuORbrbe1rbe2ReRL

1ib1ib2=ie1ib1iC2

2ib2ie2ui=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)共集電極放大電路〔續(xù)〕假設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)那么Au≈1rO=Re//rbe2+RS//Rb+rbe21+

1

1+

2

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

2>>1時Au≈–

1(RC//RL)rbe1結論：共射—共基放大電路的放大倍數(shù)與共射電路一樣，但帶寬很寬

2.9.3共集—共基放大電路T1T2uiuORCRLib2ib1ie1=ie2ic2T1——共集，T2——共基特點：輸入阻抗高，頻帶寬一、自給偏壓電路場效應管放大電路

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.電路構造二、分壓式偏置電路1.電路構造uo

+VDDRDC1RLRG2RS+RG1RGSGDCS+C2+ui

IDIGUGSUDS+VDDRDRG2RSRG1RGISRGRG1RG2RDRLGSDUi

.Ugs

.gmUgs

.Uo

.直流通路微變等效電路2.靜態(tài)分析IDIGUGSUDS+VDDRDRG2RSRG1RGISGSDGRG1+RG2UG=VDDRG2UG=UGS+IDRSUDS=VDD–ID

(

RD

+RS)IG=0ID=IDSS(1

)2UGSUGS(off)3.動態(tài)分析〔1〕電壓放大倍數(shù)〔2〕輸入電阻〔3〕輸出電阻假設考慮RS的影響，即CS=0，那么RGRG1RG2RDRLGSDUi

.