華成英模電課件

1、第二章 基本放大電路,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00,2.3 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,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,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,至少一路直流電源供電,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

2、和測試的參數(shù),對信號而言，任何放大電路均可看成二端口網(wǎng)絡(luò)。,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。,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,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。,5. 最大輸出功率Pom和效率：功率放大電路的參數(shù),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,一、電路的組成

3、及各元件的作用,VBB、Rb：使UBE Uon，且有合適的IB。,VCC：使UCEUBE，同時作為負載的能源。,Rc：將iC轉(zhuǎn)換成uCE(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,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？,三、基本共射放大電路的波形分析,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

4、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)！,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。,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,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

5、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！,uBEuIUBEQ，信號馱載在靜態(tài)之上。 負載上只有交流信號。,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,一、放大電路的直流通路和交流通路,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；電容開路； 電感相當于短路（線圈電阻近似為0）。 2. 交流通路：大容量電容相當于短路；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

6、的概念。,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)CQIBQ，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。,當VCCUBEQ時，,已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？,阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和交流通路,二、圖解法 應實測特性曲線,輸入回路負載線,IBQ,負載線,1. 靜態(tài)分析：圖解二元方程,2. 電壓放大倍數(shù)的分析,斜率不變,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？,飽

7、和失真,飽和失真,Rb或或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 。,清華大學 華成英 ,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。,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,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,2. 晶體

8、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,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,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？,簡化的h參數(shù)等效電路交流等效模型,查閱手冊,利用PN結(jié)的電流方程可求得,在輸入特性曲線上，Q點越高，rbe越?。?3. 放大電路的動態(tài)分析,放大電路的 交流等效電路,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

9、應含有RL!,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？,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ICQ2mA，UCES0.7V。 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？,討論三：基本共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析,為什么用圖解法求解IBQ和UBEQ？,討論四：

10、阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析,討論五：波形分析,失真了嗎？如何判斷？原因？,飽和失真,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,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IBQ,二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路,1. 電路組成,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 UBEUBE，若UBQ UBEUBE，則IEQ穩(wěn)定。,

11、Re 的作用,T()ICUE 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？,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：,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？,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

12、Rb2采用熱敏電阻。 它們的溫度系數(shù)？,清華大學 華成英 ,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？,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,一、基本共集放大電路,1. 靜態(tài)分析,2. 動態(tài)分析：電壓放大倍數(shù),故稱之為射極跟隨器,2. 動態(tài)分析：輸入電阻的分析,Ri與負載有關(guān)！,帶負載電阻后,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，輸出電阻小；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,

13、。,二、基本共基放大電路,1. 靜態(tài)分析,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！,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 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 頻帶 窄 中 寬,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。,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,清華大學 華成英 ,討論二,改變電

14、壓放大倍數(shù),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,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,導電溝道,單極型管噪聲小、抗輻射能力強、低電壓工作,柵-源電壓對導電溝道寬度的控制作用,溝道最寬,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）,漏-源電壓對漏極電流的影響,uGSUGS（off）且不變，V

15、DD增大，iD增大。,預夾斷,uGDUGS（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？,uGDUGS（off）,uGDUGS（off）,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uGSUGS（off）且uGDUGS（off）。,uDGUGS（off）,g-s電壓控制d-s的等效電阻,輸出特性,預夾斷軌跡，uGDUGS（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)）,不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。,低頻跨導：,2. 絕緣柵型

16、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,反型層,增強型管,大到一定值才開啟,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),uGDUGS（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,耗盡型 MOS管,耗盡型MOS管在 uGS0、 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uGS0時仍保持g-s間電阻非常

17、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,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,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？,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？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？,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,2. 自給偏壓電路,由正電源獲得負偏壓 稱為自給偏壓,哪種場效應管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點？,3. 分壓式偏置電路,為什么加Rg3?其數(shù)值應大些小些？,哪種場效應管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點？,即典型的Q點穩(wěn)定電路,三、場效應管放大電路的動態(tài)分析,近似分析時可認為其為無窮大！,根據(jù)iD的表達式或轉(zhuǎn)移特性可求得gm。,與晶體管的h參數(shù)等效模型類比：,1. 場效應管的交流等效模型,2. 基本共源放大電路的動態(tài)分析,若Rd=3k， Rg=5k， gm=2mS，