注册电气工程师资格考试模拟电子技术学习资料基本小信号放大器.PPT

模拟电子技术,Ch2 基本小信号放大器,2.1 共e放大器和图解法,2.2 微变等效电路分析法,2.3 工作点的稳定,2.4 BJT放大器其他组态,2.5 FET放大器,2.6 OP、 BJT与FET的比较,2.7 多级放大器,实际问题案例,音频扩音机,要解决什么问题？,放大：电压放大、功率放大、多级放大、频率响应,电源：变压、整流、滤波、稳压,反馈：正反馈、负反馈,实际问题案例,要解决什么问题？,选择器件,选择组态,设置工作点,得出结论,电路分析,与外界连接,静态分析与动态分析,要解决什么问题？,直流工作点静态分析能量电源,交流工 作动态分析信号信号源与负载,重点！,选择器件,选择组态,设置工作点,得出结论,电路分析,与外界连接,选择器件,BJT,PNP,NPN,JFET,MOSFET,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,选择组态,共射,共源,共集,共漏,共基,共栅,Ch2 Basic AmplifierVoltage Amp,基础知识,Sect,电压放大器,2.1 共e放大器和图解法,2.1.1 共e放大器,2.1.2 放大器的图解分析法,Ch2 Basic Amplifier2.1 CE Amp,基础知识,Sect,2.1.1 共e放大器,放大的概念,放大器的工作原理,放大器的静态分析,放大器的动态分析,基础知识,放大的概念,Sect,Ch2 Basic Amplifier2.1 CE Amp,基本放大电路一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。,1.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。,2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。,基础知识,基本放大电路的组成,Sect,Ch2 Basic Amplifier2.1 CE Amp,简化：,1. 两个电源用一个Ec,去掉Eb,Rb改接由Ec供电,2. 公共端接地，设其电位为0，其他各点电位以它做参考点。因此可不画Ec,只标出极性和大小。,放大电路的静态分析,静态,Ui=0时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,静态分析,确定放大电路的静态值IB、IC、UCE,即静态工作点Q。静态工作点的位置直接影响放大电路的质量,静态分析方法,计算法,图解分析法,1. 计算法,借助于放大电路的直流通路来求,直流通路是能通过直流的通道。将电路中的耦合电容和旁路电容开路，即可得到。,放大电路的静态分析,1. 计算法,Si管：UBE=0.6V0.7V,Ge管:UBE=0.2V0.3V,（2）求静态值,（1） 首先画出直流通路,求解顺序是先求IBICUCE,UCE=EC-ICRC,2. 图解法,放大电路的输入和输出直流负载线,三极管的输入和输出特性曲线,确定静态工作点,（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQ,UBE=EC-IBRb, 直流负载线,Ec/Rb,Ec,IB,Q,- 1/Rb,作出直流负载线，直流负载线和输入特性曲线的交点即是静态工作点Q，由Q可确定IB、UBE,放大电路的静态分析,UCE=EC-ICRc, 直流负载线,（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IB、UBE,工作原理,2. 图解法,（2）由输出特性曲线和输出直流负载线求IC、UCE,求两点,IC=0 UCE=EC,UCE=0 IC=EC/Rc,作出直流负载线，直流负载线和输出特性曲线的有多个交点。,只有与iB=IB对应的那条曲线的交点才是静态工作点,放大电路的静态分析,2. 图解法,由图可见：,如改变Ib的数值，便可改变静态工作点的位置，从而影响放大电路的放大质量,放大电路的静态分析,1.由直流负载列出方程 UCE=UCCICRc2.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可 画出直流负载线。,关键：直流负载线的确定方法：,3.在输入回路列方程式UBE =UCCIBRb,4.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两 线的交点即是Q。,5.得到Q点的参数IB、IC和UCE。,2. 图解法,EC 、 EC /Rc,放大电路的静态分析,动态,有输入信号Ui0时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态,1. 放大电路的交流通路,动态分析,确定放大电路的放大倍数AU 或AI输入电阻ri和输出电阻ro,（1） 将放大电路中电容视作短路,交流通路的画法：,（2） 直流电源电阻很小，对交流可视作短路,即可得到放大电路的交流通路,放大电路的动态分析,1. 放大电路的交流通路,2. 放大电路的工作过程,当有交流信号ui加到放大器的输入端时，晶体管各点的电压和电流将在静态值基础上叠加一交流分量，此时电路中的信号即有直流，又有交流。,放大电路的动态分析,ui,uo,规定,直流分量：,大写字母、大写下标,交流分量：,小写字母、小写下标,交直流叠加量：,小写字母、大写下标, 放大电路交流（动态）分析,2. 放大电路的工作过程,三极管放大作用,变化的 通过 转变为变化的电压输出,ui ube ib ic(ib) icRc uce uo,uo与ui的极性相差1800,uce= -icRL, 放大电路的放大倍数,输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。,电压放大倍数定义为,电流放大倍数定义为,Ch2 Basic Amplifier2.1 CE Amp,基础知识,Sect,2.1.2 放大器的图解分析法,通过作图的方法求AU、AI及放大电路的最大不失真电压, 交流负载线,交流负载线确定方法： 1. 通过输出特性曲线上过Q点做一条斜率为1/RL'直线。,2.交流负载电阻RL´= RLRc,3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。,比直流负载线要陡, 图解分析方法,1. 求出静态工作点Q,2. 画出交流通路，求出交流负载电阻,RL'=Rc/RL,3. 以Q为基准，在输入特性曲线上，根据ui的变化波形求出ib的波形及幅值Ibm,作出交流负载线, 图解分析方法,不截止Ucm1,不饱和Ucm2, 图解分析方法,6. 求增益,AU=Ucm/Uim,AI=Icm/Iim,7. 确定放大器的最大工作范围-最大不失真电压,Ucm=min(Ucm1,Ucm2),通过图解分析，可得如下结论： 1.ui uBE iB iC uCE uo 2.uO与ui相位相反； 3.可以量出放大电路的电压放大倍数； 4.可以确定最大不失真输出幅度。,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。,由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。,波形的失真,双向失真,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：,1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,2.要有合适的交流负载线。,3. 输入信号的幅度不能太大,工作点位置合适信号过大而引起的非线性失真。,2.2 微变等效电路分析法,2.2.1 H参数等效电路,2.2.2 微变等效电路分析法,Ch2 Basic Amp2.2 H Parameter,基础知识,Sect,2.2.1 H参数等效电路, 共射H参数模型,模型建立：,小信号、,忽略晶体管的电容效应和非线性,输入特性曲线：,输出特性曲线：,取全微分：, 共射H参数模型,hie=Ube/ IbUce=C,称为输入电阻，即 rbe,称为反向电压传输系数。也称电压反馈系数,hfe=Ic/ IbUce=C,称为电流放大系数，即。,称为输出电导，即1/rce。, 共射H参数模型,Ib,Ic, 共集H参数模型, 共基H参数模型,三种H参数是可以互换。,例：,已知三极管共射h参数:,hie=1.4K hre=3.3710-4 hfe=44 hoe=27 10-6S,该三极管连成共基电路，求它的共基h参数值,解：,共射和共基的反向传输系数很小，输出电阻都很高。,h参数简化模型,简化条件：,1. RL<<1/hoe(rce)2. 反向传输系数很小，hre可以忽略,一般共射和共基连接这两个条件都能满足,输入电阻hie 的估算,晶体管内部的简化模型表示,rbb基区体电阻,re发射结正向电阻,rc集电结反向电阻,（IEQ静态工作点）,rbb':,低频数百欧，典型值300,高频几欧几十欧, 共射h参数等效电路分析方法,1. 首先画出放大电路的交流通路2. 将交流通路中的晶体管用h参数等效电路代替3. 标出等效电路中的电压电流量，进行动态分析, 共射h参数等效电路分析方法,Rb>>hie可忽略,1. 输入阻抗 ri,ri=hie,如考虑Rb的影响，,ri'=Rb/hie,定义：, 共射h参数等效电路分析方法,2. 电流增益AI,= hfe,3. 电压增益AU,考虑信号源内阻RS的影响,增加放大增益有效的方法：适量增加IEQ,=,-IcRL,Iihie, 共射h参数等效电路分析方法,4. 输出阻抗,步骤：,（1）将输入信号源电压Us短路，即 Us =0（2）将负载开路即RL'=,并在输出端外加一激励信号Uo（3）在Uo激励下，产生电流Io,则输出阻抗ro,ro=,如考虑Rc电阻对输出阻抗的影响,ro'=Rc,Ch2 Basic Amp2.2 H Parameter,基础知识,Sect,2.2.2 微变等效电路分析法,2.3 工作点的稳定,工作点稳定问题, 解决方案, 电路实例,Ch2 Basic Amp2.3 Stabilizing Q,应用基础,Sect,工作点稳定问题,讨论： 电路中的不稳定因素,Ch2 Basic Amp2.3 Stabilizing Q,应用基础,Sect,稳定工作点的方案,目 的？,减小IC ！,Ch2 Basic Amp2.3 Stabilizing Q,应用基础,Sect,工作点稳定的电路实例,2.4 BJT放大器其他组态,2.4.1 共集电极电路,2.4.2 共基极电路,Ch2 Basic Amp2.4 CC And CB ,基础知识,Sect,2.4.1 共集电极电路,VCC,VCC,Ch2 Basic Amp 2.4 CC And CB ,基础知识,Sect,hie,2.4.1 共集电极电路,Ch2 Basic Amp 2.4 CC And CB ,基础知识,Sect,2.4.1 共集电极电路,特点：,输入阻抗高输出阻抗低电压增益近似为1电流增益大,Ch2 Basic Amp 2.4 CC And CB ,基础知识,Sect,2.4.2 共基极电路,Ch2 Basic Amp 2.4 CC And CB ,基础知识,Sect,2.4.2 共基极电路,Ch2 Basic Amp 2.4 CC And CB ,基础知识,Sect,2.4.2 共基极电路,Ch2 Basic Amp 2.4 CC And CB ,基础知识,Sect,2.4.2 共基极电路,特点： 共基电路输入电阻较小，输出电阻较大，电流增益近似等于1，电压增益与共射电路绝对值相等。 直流工作点的温度稳定性好。 共基电路可工作在较高的频率。,2.5 FET放大器,2.5.1 FET 的偏置,2.5.2 微变等效电路分析,Ch2 Basic Amp2.5 FET Amp ,Sect,2.5.1 FET 的偏置,MOSFET,N沟道增强型,P沟道增强型,N沟道耗尽型,P沟道耗尽型,JFET,N沟道,P沟道,应用基础, 自给偏置电路,自给偏置电路：,适合结型场效应管和耗尽型MOS管,外加偏置电路：,适合增强型MOS管,VGS = VG-VS,= -ISRS, -IDRS,VGS和ID,VDS=VDD-ID(RS+RD),RS的作用：1. 提供栅源所需的直流偏压。2. 提供直流负反馈，稳定静态工作点。RS越大，工作点越稳定。但会造成工作点偏低，放大增益降低（加CS可解决）。,Ch2 Basic Amp2.5 FET Amp ,应用基础,Ch2 Basic Amp 2.5 FET Amp ,基础知识,Sect,2.5.2 微变等效电路分析,微变等效参数：,低频跨导gm ：,反映了栅压对漏极电流的控制作用。,Ch2 Basic Amp2.5 FET Amp ,Sect,微变等效参数,应用基础,漏极电阻rd ：,反映了vDS对iD的影响。,Ch2 Basic Amp2.5 FET Amp ,Sect,低频微变等效电路,应用基础,2.6 OP、BJT与FET的比较,Ch2 Basic Amp2.6 Comparing ,重要总结,Sect,2.7 多级放大器, 级间耦合方式, 增益的计算,Ch2 Basic Amp 2.6 Multistage,Sect,级间耦合方式,应用基础, 阻容耦合, 变压器耦合, 直接耦合, 光电耦合,Ch2 Basic Amp 2.6 Multistage,Sect,增益的计算,应用基础, 多级放大电路放大倍数的计算,多级放大器的放大倍数等于各个单级放大器放大倍数的积。,注意：,在求单级放大电路的放大倍数时必须将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。,