模电(第四版)第2章.ppt

第二章 内容提要,第二章 基本放大电路,内容提要,本章先以单管共射极放大电路为例，阐明放大电路的组成原则以及实现放大作用的基本原理。然后介绍电子电路的最常用的两种分析方法图解法和微变等效电路法，并利用上述方法分析单管共射极放大电路的静态工作点和动态参数（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）。由于温度变化将对半导体器件的参数产生影响，进而引起放大电路静态工作点的变动，为此，介绍了一种分压式静态工作点稳定电路。,此外，还介绍了共集电极和共基极放大电路。,在双极型三极管放大电路的基础上，介绍了场效应管（单极型三极管）放大电路的特点和分析方法。,2.3 基本共射极放大电路,2.5 工作点稳定的放大电路,2.8 三种接法的比较,2.6 共集电极放大电路,2.4 放大电路的分析方法,2.2 放大电路的主要性能指标,2.1 放大的概念,第二章 目录,2.7 共基极放大电路,2.9 复合管放大电路,2.10 场效应管放大电路,2.1 放大的概念,放大作用涉及到变化量的概念。即有个较小的输入信号时，要求在负载上得到一个较大的输出信号。由此可见，所谓的放大作用，其放大的对象是输入信号。放大电路的放大倍数就是输出信号与输入信号之比。,1、电压放大倍数,2、输入电阻,2.2 放大电路的主要性能指标（交流）,一、小交流信号指标,交流通路,Ri与Rs有关?,Ri与RL有关?,用交流模型,3、输出电阻,(1),Ro与RL有关?,Ro与RS有关?,实验用,二、大交流信号指标,最大不失真输出电压,幅值,有效值,峰峰值,再大就会产生截止失真或饱和失真,不能用交流模型,只能用图解法,2.3.1 电路的组成原则,一、电路结构,偏置电阻,集电极负载电阻,耦合电容,直流电源,公共端,放大元件,2.3 共射极放大电路,二、电路元件作用,1.T：放大元件，是电路的核心，工作在放大区。iC=iB,2.VCC:为电路提供能量，并保证集电结反偏。一般为几 伏几十伏。,3.RC：将变化的电流转换为变化的电压，以实现电压的放大。一般为几千欧几十千欧。,4.VBB、RB：保证发射结正偏，并为电路提供大小合适的静态IB。RB一般为几十千欧几百千欧。,5.C1、C2：隔直通交。隔离输入、输出信号与电路直流的联系，同时能使交流信号顺利输入输出。其为电解电容，有极性，一般为10F50F。在一定的频率范围内，C1、C2上的交流压降小到可以忽略 不计，即对交流信号可视为短路。,三、电路主要特点,(1)交直流共存,(2)非线性,直流通路,交流通路,图解法(特性曲线),等效电路法（直流模型交流模型）,更精确,但繁琐,大信号,近似,易懂,小信号,单电源供电,2.3.2 放大电路的直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,ui=0,C1、C2断路,VCC=0,C1、C2短路,2.3.组成原则,1、必须有直流源，使Je正偏、Jc反偏；并与电阻配合，形成合适的静态工作点,2、交流信号必须：“加得进”（ui必须导致ube）“取得出”（iC必须导致uo）,3、交直流配合适当，管子始终工作在放大区。,直流通路,交流通路,点要设置合适，使得加上交流后，管子也始终工作在放大区,图(a)中，没有设置静态偏置，即IBQ=0，不能放大,课堂讨论题：下面各电路能否放大交流电压信号？,直流通路,图(b)中，有静态偏置,但ui=0，ube=0，所以不能放大。,交流通路,图(c)中，有静态偏置,ube=ui,有ib和ic,但uo=0,所以不能放大交流电压信号。,集电极负载电阻RC不能少,交流通路,RC,直接耦合共射放大电路,直接耦合和阻容耦合,用组成原则判断?,放大电路与信号源直接相连放大电路与负载直接相连,放大电路与信号源通过电容相连放大电路与负载通过电容相连,Rb 1不能少,电路主要特点,(1)交直流共存,(2)非线性,用直流通路作静态分析,用交流通路作动态分析,图解法(非线性),等效电路法(线性化),直流模型,特性曲线+直流负载线,特性曲线+交流负载线,交流模型,先静态分析后动态分析,2.4.1 放大电路的静态分析,静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静 态值（直流值）UBEQ、IBQ、ICQ 和UCEQ。可用放大电路的直流通路来分析。,放大电路没有输入信号(ui=0)时的工作状态称为静态。,放大电路建立合适的静态值，是为了使三极管在加入交流信号后也始终工作在放大区，以保证信号不失真。,2.4 放大电路的分析方法,放大电路有输入信号时的工作状态称为加入了动态。加入输入信号后，三极管的各个电压和电流都含有直流分量和交流分量。,2.4.3 放大电路的动态分析,动态分析指交流分量的分析。可用放大电路的交流通路来分析。,等效电路法,1、用三极管直流模型分析放大电路的静态值,用三极管交流模型分析放大电路的动态指标,1、用直流模型分析放大电路的静态值,直流通路,代替,RC,UCEQ,UBEQ,RB,+VCC,IEQ,B,E,C,ICQ=IBQ,UCEQ=VCC ICQ RC,UBEQ=UD=0.7V,估算法,ICQ,用交流模型分析放大电路的动态指标,交流通路,利用晶体管的交流模型分析其动态指标的方法，称微变等效电路法。,微变等效电路,交流通路,rbe,1.电压放大倍数,若输出端开路(RL=)，则,先直流后交流,电流放大系数:,2.放大电路的输入电阻,若RB rbe，则 Ri rbe,称为源电压放大倍数,3.放大电路的输出电阻,可用外加电压法求Ro,作业:2.2(2.1),2.3(2.2)(a),(b),(c),2.13(2.11)讲1.16(1.10,1.5V),1.19(1.12,e),、用特性曲线分析放大电路的静态值（直流通路）,uE=VCC i R,输入特性曲线,输入直流负载线,图解法,0,VCC,Q,i/A,uE/V,静态工作点,直流负载线,在三极管输入特性曲线坐标上画输入直流负载线,uE=VCC i R,IQ,UEQ,uCE=VCC iC RC,输出特性曲线,输出直流负载线,0,VCC,Q,iC/mA,uCE/V,静态工作点,直流负载线,1.找到IBQ那条曲线,IBQ,2.在三极管输出特性曲线坐标上画输出直流负载线,uCE=VCC iC RC,ICQ,UCEQ,负载线：过点，斜率,一、Vcc和RC不变,RB增大为RB，IBQ减小为IBQ,2.4.2.静态工作点与电路参数的关系,0,IB=0 A,VCC,Q,iC/mA,uCE/V,IBQ,IBQ,Q,往截止区跑,二、Vcc和RB不变,RC增大为RC,0,IB=0 A,VCC,Q,iC/mA,uCE/V,IBQ,Q,往饱和区跑,三、RC和RB不变，VCC减小为VCC,0,IB=0 A,VCC,Q,iC/mA,uCE/V,IBQ,Q,VCC,IBQ,交流信号的动态范围变小,直流源要与电阻配合，形成合适的静态工作点,1.输出端开路,、用特性曲线分析放大电路的动态指标,用交流通路，交流负载线,交流通路,uce=uo=icRc,ube=ui=UimSint,=,ui为正弦信号,负载线：过点，斜率,0,uBE/V,Q,0,0,UBEQ,t,t,ib,iB=IBQ+ib,在输入特性上作图,uBE/V,IBQ,IBQ,UBEQ,Ibm,1,2,先画D负载线,0,Q,t,0,0,ICQ,ic,UCEQ,Ucem,uce(uo),uCE/V,uCE/V,在输出特性上作图,先画D负载线,iC/mA,iC/mA,t,VCC,IBQ+Ibm,IBQ-Ibm,IBQ,再画A负载线,2.输出端接负载,=,uo,负载线：过点，斜率,带载交流负载线,带负载后，Uom减小,Au 下降,作交流负载线,0,Q,t,0,0,ICQ,ic,UCEQ,uce(uo),uCE/V,uCE/V,iC/mA,iC/mA,t,VCC,ICQRL,IBQ,IBQ+Ibm,IBQ Ibm,不带载交流负载线,0,Q,0,0,1.静态工作点偏高引起饱和失真,ic正半周变平,uCE/V,三、用图解法分析非线性失真,uce(uo)负半周变平,饱和失真,uCE/V,iC/mA,iC/mA,t,t,IBQ+Ibm,IBQIbm,IBQ,交流负载线,CC,CB?,PNP,uBE/V,0,Q,0,0,iB/A,iB/A,uBE/V,2.静态工作点偏低引起截止失真,t,t,IB,UBE,IB,0,ib,Ibm,0,0,0,Q,ic,（2）工作点偏低引起 ic、uce(uo)失真,uCE,uCE/V,截止失真,iC/mA,iC/mA,uo正半周变平,t,t,IBQ+Ibm,IBQ,UCEQ,ICQ,交流负载线,0,CC,CB?,PNP,阻容CE:,0,Q1,uCE/V,三、用图解法分析非线性失真,iC/mA,交流负载线,UCEQ1,Q2,UCEQ2,ICQ,Q,ICQ2,ICQ1,四、结论,一、为了不失真地放大交变电压信号,必须给放大电路设置合适的静态工作点。,二、放大电路中的信号是交直流共存即：,uCE=UCEQ+uce,iC=ICQ+ic,iB=IBQ+ib,uBE=UBEQ+ube,虽然交流量可正负变化，但总量方向始终不变。,三、输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反(CE).,作业:2.8(?),2.9(?),2.11(2.10),2.12(?),2.5.1 温度对静态工作点的影响,由前面的分析可知，放大电路的多项重要技术指标均与静态工作点的位置密切相关，因此，如何使静态工作点稳定是一个十分重要的问题。而使静态工作点不稳定的因素很多，如：温度的变化、管子的老化、电源电压的波动等。其中，温度对静态工作点的影响最为严重。,2.5 工作点稳定的放大电路,温度升高引起 ICBO 和IB增加,增加，从而引起IC增加，工作点Q上移，靠近饱和区。反之，IC减小，工作点Q下移，靠近截止区。,2.5.2 静态工作点稳定电路,射极旁路电容,分压式偏置电路,直流通路,B,RC,IC,UCE,RB1,IB,+VCC,IE,I1,I2,RB2,RE,UBE,1.I2IB，即I1I2,2.VBUBE,一、该电路稳定工作点的条件：,直流通路,B,RC,IC,UCE,RB1,IB,+VCC,IE,I1,I2,RB2,RE,二、静态分析,UBE,UCE=VCCIC（RC+RE）,如不忽略IB,可使用戴维宁定理,1,1,三、工作点稳定原理,温度 IC IEVEUBEIB,IC,直流通路,B,RC,IC,UCE,RB1,IB,+VCC,IE,I1,I2,RB2,RE,UBE,通过引入DC负反馈来稳定点,四、动态分析,+VCC,RC,C1,C2,T,RL,RB2,RE,CE,+,+,RB1,uo,RS,us,+,+,ui,B,C,E,rbe,E,RC,RL,RB2,RS,+,B,C,RB1,1.电压放大倍数,若断开电容CE:,RE,分析可见，断开CE使|Au|，因此在RE两端要并联旁路电容CE。,E,rbe,E,RC,RL,RB2,RS,+,RB1,RE,E,2.输入电阻,有CE,断开CE,B,C,=RB/rbe+(1+)RE,(RB=RB1/RB2),由此可见，断开CE使Ri,把射极回路的电阻等效到基极回路，要乘以,rbe,E,RC,RL,RB2,RS,+,RB1,RE,E,B,C,3.输出电阻,有CE：,断开CE：,从发射极和地之间取输出电压，故又称射极输出器,2.6 共集电极放大电路,2.6.1 电路结构,直流通路,交流通路,对交流信号而言，共用集电极，故射极输出器是共集电极放大电路。,2.6.2 静态分析,UCE=VCC IERE,IC=IB,VCC=IBRB+UBE+（1+）IBRE,2.6.3 动态分析,微变等效电路,一、电压放大倍数,所以Au1，但恒小于1。电压未被放大。,上式说明uo与ui大小近似相等，且同相，所以该电路又称电压跟随器。,B,E,C,二、输入电阻,与共射极放大电路相比，共集电极放大电路的输入电阻大大提高了。,B,E,C,Ri与RL有关,把射极回路的电阻等效到基极回路，要乘以,（RS=RS/RB）,三、输出电阻,RS,+,RB,RE,RL,rbe,Ro,Ro,与共射极放大电路相比，共集电极放大电路的输出电阻很低。,B,E,C,Ro与Rs有关,把基极回路的电阻等效到射极回路，要除以,一、射极输出器的特点,1.电压放大倍数近似等于1，但恒小于1。,2.输出电压与输入电压同相，具有跟随作用。,3.输入电阻高。,4.输出电阻低。,2.6.4 结论,射极输出器可作多级放大电路的输入级、输出级。作输入级时，因其输入电阻高，可以减小放大电路对信号源的影响；作输出级时，利用它输出电阻低的特点，可以稳定输出电压，提高带负载能力。,二、射极输出器的应用,2.7 共基极放大电路,2.7.1 电路结构,+,+,+,RS,RE,RB1,RB2,+,RC,+VCC,us,RL,uo,ui,C1,C2,CB,T,直流通路,交流通路,2.7.2 静态分析,RB1,RB2,RC,+VCC,RE,RC,+VCC,IE,UCE,B,IB,忽略IB，则,UCE=VCC IC（RC+RE）,如不忽略IB,可使用戴维宁定理,1,1,2.7.2 动态分析,微变等效电路,电流未被放大,B,C,E,电压放大数值与CE相当,.,输入电阻,B,C,E,把基极回路的电阻等效到射极回路，要除以,Ri与RL无关,输入电阻很小,输出电阻,B,C,E,Ro与Rs无关,2.8 三种接法的比较,综上所述，晶体管单管放大电路的三种基本接法的特点归纳如下：,共射极电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在三种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄。常做为低频电压放大电路的单元电路。,共集电极电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点。常用于多级放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。,共基极电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数值和输出电阻与共射极电路相当，频率特性是三种接法中最好的电路。常用于宽频带放大电路。,作业:2.13(2.11),2.17(2.9),2.18(2.12),2.19(2.13),26 复合管及其放大电路（达林顿管）,组成原则：（1）两管电流要通畅；（2）两管都处于放大区。,复合管的等效管类型由第一个(第一级放大）的管子决定,作业2.24,复合管作用：提高电流放大系数，增大电阻rbe,iC=iC1+iC2=1iB1+2iB2=1iB1+2(1+1)iB1=(1+2+12)iB1 12 iB1,复合管放大电路的分析,几种常见的基本电路之组合电路,共射共基放大电路的交流通路,共集共基放大电路的交流通路,作业:2.5(2.5),2.14(2.7),2.15(2.6),课堂讲:2.5,2.6,2.7,2.10,2.11第二章自测题:二,三,图2.7.1 场效应管放大电路的三种接法,CS,CD,CG,2.10.1 共源极放大电路,一、自给偏压电路,2.10 场效应管放大电路,直流通路,2.静态分析,IG=0，ID=IS,UGS=IDRS,UDS=VCC ID(RD+RS),1.电路结构,动态分析？,RG,RD,RL,G,S,D,二、分压式偏置电路,1.电路结构,直流通路,微变等效电路,VG=UGS+IDRS,UDS=VDD ID(RD+RS),2.静态分析,ID,IG,UGS,UDS,+VDD,RD,RG2,RS,RG1,RG,IS,IG=0,G,S,D,G,（1）电压放大倍数,（2）输入电阻,（3）输出电阻,若考虑RS的影响，即断开CS，则,3.动态分析,RG,RG1,RG2,RD,RL,G,S,D,S,Ri,Ro,RS,图2.7.9 基本共漏放大电路,只动态分析,图2.7.10 求解基本共漏放大电路的输出电阻,2.10.3 场效应放大电路的特点,场效应管(单极型管)与晶体管(双极型管)相比,最突出的优点是可以组成高输入电阻的放大电路;温度稳定性好而且便于集成化，所以被广泛应用于各种电子电路中;但场效应管的放大能力比晶体管差，共源极放大电路的电压放大倍数只有几到几十，而共射极放大电路的电压放大倍数可达百倍以上。,