组合放大电路.pptx

4 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础 5.掌握共集电极放大电路和共基极放大电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。6.熟悉组合放大电路的特点及分析方法、复合管的组成、类型、主要参数、特点和判断。7.了解放大电路的频率响应，幅度失真、相位失真、频率失真、线性失真、产生频率响应的原因、上限频率、下限频率、通频带。作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。第1页/共58页4 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础重点难点重点难点 重点：双极结型三极管(BJT)的符号、电流关系、特性曲线、参数、使用和应用；三种基本放大电路(共射、共集和共基)的组成、工作原理、静态分析(估算法)、动态分析(小信号模型分析法)、性能特点和用途；稳定静态工作点的措施，基极分压式射极偏置电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。难点：双极结型三极管(BJT)的工作原理和特性曲线,放大电路的工作原理、静态分析(图解分析法、估算法)和动态分析(图解分析法、小信号模型分析法)，放大电路的频率响应。第2页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路本节内容本节内容 4.6.1 共射共基放大电路 1.电路结构 2.静态分析 3.动态分析 4.特点 4.6.2 共集共集放大电路 1.复合管 2.电路结构 3.静态分析 4.动态分析 5.特点第3页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路本节要求本节要求 1.熟悉共射共基放大电路的静态分析、动态分析和特点。2.熟悉共集共集放大电路的静态分析、动态分析和特点，复合管的组成、类型、主要参数、特点和判断。第4页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路重点难点重点难点 重点：共射共基放大电路和共集共集放大电路的静态分析、动态分析和特点，复合管的组成、类型、主要参数、特点和判断。难点：共射共基放大电路和共集共集放大电路的静态分析、动态分析，复合管的组成和判断。第5页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路组合放大电路是什么？组合放大电路是什么？1.多级放大电路 2.耦合方式 3.组合放大电路第6页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路1.多级放大电路多级放大电路 单级放大电路的A、Ri、Ro等往往不满足要求，常将多个基本放大电路适当连接起来，构成多级放大电路，发挥各自优势，改善放大电路的性能。第一级与信号源连接称为输入级；最后一级与负载连接称为输出级(末级)；其余称为中间级。vi+vs+RSRi1vin+Rin+vo+RLRon+vooRo1+voo1vo1+vi2=Ri2RL1=vo2+vi 输入级 第二级次末级 输出级 vo第7页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路2.耦合方式耦合方式 组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间、信号源与输入级之间、输出级与负载之间的连接称为级间耦合。对级间耦合的要求：各级都有合适的静态工作点；前一级的输出信号能顺利地(不失真、衰减小)传送到后一级的输入端(含信号源到输入级、输出级到负载)。常见的耦合方式有：(1)阻容耦合 (2)直接耦合 (3)变压器耦合 (4)光电耦合第8页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路(1)阻容耦合阻容耦合 优点：电容隔直，各级Q点相互独立、互不影响，设计、计算、调试时可按单级处理，简单易行；电容足够大信号就能顺利通过；温漂小；体积小，重量轻，成本低。放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。缺点：低频时容抗大，衰减大，只能放大交流，不能放大直流或变化缓慢的信号，低频特性差；集成电路中制造大电容困难，甚至不可能，不便于集成，只适用于分立电路；只能让信号直接通过，不能改变其参数。ri2第9页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路例例A 信号源通过电容 C1 和第一级的输入电阻 ri1 加到第一级的 输入 端；第一 级的 输出信号通过电 容 C2 和第二 级的输入电 阻 ri2 加到第二级的 输入 端；第二 级的 输出信号通过电容 C4 和负载加到输出端。vivo第10页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路(2)直接耦合直接耦合 优点：直接耦合放大器不仅能放大快变的交流信号，还能放大缓变信号或直流信号，具有良好的低频特性；没有大电容和变压器，电路简单，便于集成，在集成电路中得到广泛的应用。放大电路的前级输出端通过导线接到后级输入端。缺点：各级Q点相互牵制、相互影响，分析、设计和调试困难；前后级的直流电平需匹配；存在着严重的零点漂移现象。第11页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路例例B 图 a 中 T1 集电极电位被 T2 基极限制在 0.7V，处于临界饱和状态。需提高T2发射极电位，如图b、c、d。直接耦合放大电路又称为直流放大电路。第12页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路(3)变压器耦合变压器耦合 优点：变压器隔离直流信号，各级Q点相互独立、互不影响；改变匝数比可变换电流、电压及阻抗，使功率匹配，输出功率最大；输出电压极性可改变；原、副边可不共地；前后级相互绝缘，电隔离性能好；零漂很小。放大电路的前级输出端通过变压器接到后级输入端。缺点：不能放大直流或缓变信号，高频和低频特性都差，一般应用于低频功率放大和中频调谐放大电路；体积大，笨重，成本高；不能集成，只能用于分立电路。Tr第13页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路例例C 信号源通过电容 C1 和第一级的输入电阻 ri1 加到第一级的 输入 端；第一 级的 输出信号通过变压器Tr1加到第二级的 输入 端；第二 级的 输出信号通过变压器Tr2加到输出端。Tr1Tr2vivo+VCC第14页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路(4)光电耦合光电耦合 放大电路前级输出端通过光电耦合器接后级输入端。光电耦合器 光电耦合器也称光电隔离器或光耦合器(Optical Coupler，O C)，简称光耦。发光器(红外发光二极管)与受光器(光敏二极管、光敏三极管等)封装在管壳内，输入电信号时发光器发光，受光器受光后产生输出电流，实现电光电转换，以光为媒介把输入电信号传送到输出端。前 级放大电路后 级放大电路发光器受光器第15页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路 三极管接收型 三极管接收型双发光管输入 三极管接收型可控硅接收型双二极管接收型 光电耦合器几种类型 第16页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路例例D 单片机输出接口电路采用光电耦合器，单片机输出数字量驱动光电耦合器工作，光电耦合器使继电器线圈通电或断电，触点吸合或断开而接通或断开负载，完全隔离了单片机输出电路与负载的电磁联系，负载产生的冲击干扰不会返送到单片机输出电路，电磁隔离效果非常理想。单片机89C51KA第17页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路3.组合放大电路组合放大电路 把两种基本电路适当连接起来或将多个三极管组成复合管代替基本电路中的一个管的放大电路叫做组合放大电路，如共射共基放大电路、共集共集放大电路、共集共基放大电路、共集共射放大电路等。他们是三极管基本放大电路的派生电路。第18页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路怎样分析共射怎样分析共射共基电路？共基电路？1.电路结构 2.静态分析 3.动态分析 4.特点第19页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路1.电路结构电路结构 T1组成共射放大电路，T2组成共基放大电路。输入信号从T1基极加入，T1输出信号从集电极取出后输入到T2发射极，输出信号从T2集电极输出给负载。+-vo1=vi2第20页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路2.静态分析静态分析(1)直流通路直流通路+VCC第21页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路(2)静态工作点静态工作点+VCC+VCEQ1IBQ1VEQ1+VBEQ1IEQ1ICQ1VBQ1VBEQ2+IBQ2 ICQ2IEQ2+VCEQ2VBQ2 阻容耦合 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。直接耦合 各放大级的工作点互相影响，要综合考虑。第22页/共58页Cb3Cb1Cb24.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路3.动动态分析态分析(1)交流通路交流通路Rb22被Cb2短路Rb12被Cb2和VCC短路第23页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路(2)小信号等效电路小信号等效电路第24页/共58页Ri24.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路(3)Av 前一级的负载电阻是后一级的输入电阻。第25页/共58页RL24.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路第26页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路=vi2 前一级输出电压是后一级输入电压。总放大倍数是各级放大倍数的乘积。第27页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路与单级 相当第28页/共58页 设 1=40，2=50，Rc2=3k、RL=6k、rbe1=1.2k、rbe2=1.5k。为什么总放大倍数与单级放大倍数相当？4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路思考题思考题 Av1第29页/共58页 总输入电阻是第一级的输入电阻。第一级为电压跟随器时总输入电阻与第一级负载即第二级输入电阻有关。4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路(4)RiRiRi=Ri1=Rb/rbe1=Rb11/Rb21/rbe1 与共射相同第30页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路(5)Ro 总输出电阻是最后一级的输出电阻。当最后一级为电压跟随器时总输出电阻与前一级的输出电阻即最后一级的信号源内阻有关。Ro=Ro2=Rc2Ro与共基相同第31页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路4.特点特点 Av、Ri、Ro 与单级相当。共基电路 T2 的电流增益接近 1，ic2 ie2=ic1，把共射电路 T1 的输出电流几乎全部传送到负载 RL 上，因此组合电路的电压增益相当于负载为RL的一级共射电路。输入电阻取决于前级共射电路T1,Ri=Ri1=Rb/rbe1 =Rb1/Rb2/rbe1 Ro=Ro2=Rc2RiRLRL第32页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路输出电阻取决于后级共基电路T2。前级共射电路T1的负载为输入电阻较小的共基电路，减小Ro了T1集电结电容对输入回路的影响，改善了共射电路的高频特性，频带较宽。既保持共射电路电压放大能力较大的优点，又有共基电路较好的高频特性(见4.7.4)。RL1 两种电路适当连接起来可集两者的优点于一身。第33页/共58页4.6.1 共射共射共基放大电路共基放大电路例例4.6.1第34页/共58页例.共射-共基电路如图.两只BJT的=100,VBE=0.7,rce=,1)ICQ2=0.5mA,VCEQ1=VCEQ2=4V,R1+R2+R3=100K时,求R1、R2和R32)总电压增益Av，3）Ri，R0+v0CeCb！+Cb2+VCC+viReRcR1R2R3RLCb3+0.5K2KT1T2解.由直流通路求R13T2T1VCCReRcR1R2R30.5K12VIEQ20.5mA基极电流可忽略，IEQ1ICQ1=IEQ2ICQ2=0.5mAVEQ1VEQ1=IEQ1Re=0.50.5=0.25VVBQ1VBQ1=VBEQ+VEQ1=0.7+0.25=0.95VVCQ2VCQ2=VEQ1+VCEQ1+VCEQ2 =0.25+4+4=8.25VVBQ2VBQ2=VBE2+VCEQ1+VEQ1=0.7+4+0.25=4.95V(8.25V)(0.95V)(4.95V)(0.25V)35第35页/共58页例.共射-共基电路如图.两只BJT的=100,VBE=0.7,rce=,1)ICQ2=0.5mA,VCEQ1=VCEQ2=4V,R1+R2+R3=100K时,求R1、R2和R32)总电压增益Av，3）Ri，R0+v0CeCb！+Cb2+VCC+viReRcR1R2R3RLCb3+0.5K2KT1T2解.由直流通路求R13T2T1VCCReRcR1R2R30.5K12VIEQ20.5mAVEQ1VBQ1VCQ2VBQ2(8.25V)(0.95V)(4.95V)(0.25V)36第36页/共58页例.共射-共基电路如图.两只BJT的=100,VBE=0.7,rce=,1)ICQ2=0.5mA,VCEQ1=VCEQ2=4V,R1+R2+R3=100K时,求R1、R2和R32)总电压增益Av，3）Ri，R0+v0CeCb！+Cb2+VCC+viReRcR1R2R3RLCb3+0.5K2KT1T2解.求电压增益+v0+viT1T2R3RcRLR237第37页/共58页例.共射-共基电路如图.两只BJT的=100,VBE=0.7,rce=,1)ICQ2=0.5mA,VCEQ1=VCEQ2=4V,R1+R2+R3=100K时,求R1、R2和R32)总电压增益Av，3）Ri，R0解.求电压增益+v0+viT1T2R3RcRLR238第38页/共58页例.共射-共基电路如图.两只BJT的=100,VBE=0.7,rce=,1)ICQ2=0.5mA,VCEQ1=VCEQ2=4V,R1+R2+R3=100K时,求R1、R2和R32)总电压增益Av，3）Ri，R0解.求电压增益+v0+viT1T2R3RcRLR2求Ri，R0Ri等于第一级放大电路的输入电阻：R0等于第二级放大电路的输出电阻：39第39页/共58页4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路怎样分析共集怎样分析共集共集电路共集电路?1.复合管 2.电路结构 3.静态分析 4.动态分析 5.特点第40页/共58页1.复合管复合管1)复合管的组成及类型复合管的组成及类型(1)组成原则组成原则4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路 复合管内部每个管子发射结都正偏，集电结都反偏,即都工作在放大区。每个管子的各电极电流均有合适的通路，复合管内部各个管子的相关电极的电流要方向一致，前级输出电流集电极电流或发射极电流作为下级输入电流基极电流以实现电流放大，复合后的电极电流等于内部相关电极电流或是内部相关电极电流之和。复合管：多个晶体管按一定的方式直接连接起来，相当于一个管子。达林顿(darlington)管第41页/共58页 iC=iC1+iC2=1iB+2(1+1)iB =(1+2+1 2)iB=iB4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路 NPN+NPNT1 T2 iB=iB1 iB2=iE1=(1+1)iB iC1=1iB iC2=2(1+1)iB iC iE=iE2 iE=iB+iC=iB+(1+2+1 2)iB=(1+)iBiB iC iE T(2)类型类型=NPNbceecb第42页/共58页 iC=iC1+iC2=1iB+2(1+1)iB =(1+2+1 2)iB=iB4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路T1 T2 iB=iB1 iB2=iE1=(1+1)iB iC1=1iB iC2=2(1+1)iB iC iE=iE2 iE=iE2=(1+2)(1+1)iB=(1+1+2+1 2)iB =(1+)iBiB iC iE T=PNPbceecb PNP+PNP第43页/共58页iE1=(1+1)iB iC=iE2=(1+2)iB2=(1+2)1 iB =(1+1 2)iB=iB4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路 NPN+PNPT1 T2 iE=iE1+iC2=(1+1)iB+2 1iB=(1+1+1 2)iB =(1+)iBiB iC iE T=NPNbceecbiB=iB1 iB2=iC1=1 iB iC=iE2 iC2=2 1 iB iE 第44页/共58页PNP+NPNiE1=(1+1)iB iE=iE1+iC2=(1+1)iB+2 1 iB =(1+1+1 2)iB=(1+)iB iC=iE2=(1+2)1 iB=(1+1 2)iB=iB4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路T1 T2 iB iC iE T=PNPbceecbiB=iB1 iB2=iC1=1 iB iC2=2 1 iB iE iC=iE2第45页/共58页4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路 同类管复合：是同一类型的管，NPN+NPN=NPN,PNP+PNP=PNP。前级基极b1就是复合管基极 b，两管集电极c1 和c2 接在一起作复合管集电极 c，前级发射极 e1 接下级基极 b2,下级发射极e2 作复合管发射极e。第46页/共58页4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路 异类管复合：与第一个管同类，NPN+PNP=NPN,PNP+NPN=PNP。前级基极 b1 就是复合管基极 b，前级发射极e1 和下级集电极 c2 接在一起作复合管发射极 e，前级集电极c1 接下级基极 b2,下级发射极e2 作复合管集电极c。同类管、异类管复合，复合管类型同第一个管。第47页/共58页 下列接法是否构成复合管？4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路例例1T1 T2(a)T1 T2(b)T1 T2(c)T1 T2(d)T1 T2(e)T1 T2(f)第48页/共58页4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路2)复合管的主要参数复合管的主要参数(1)复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数 同类管接成的复合管 iC=(1+2+1 2)iB iE=(1+1+2+1 2)iB =1+2+1 2 1 2 异类管接成的复合管 iC=(1+1 2)iB iE=(1+1+1 2)iB =1+1 2 1 2 同类、异类管接成的复合管：1 2很大第49页/共58页4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路(2)输入电阻输入电阻 rbe 同类管接成的复合管T1 T2 bceib=ib1(1+1)ib rbe=vbe/ib=ib rbe1+(1+1)ib rbe2/ib =rbe1+(1+1)rbe2 异类管接成的复合管 ib=ib1 rbe=vbe/(-ib)=(-ibrbe1)/(-ib)=rbe1+-vbe+-vbecebT1 T2 较大与T1相同第50页/共58页 (2)同类管接成的复合管的输入电阻较大，rbe=rbe1+(1+1)rbe2。4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路3)复合管的特点复合管的特点(1)电流放大系数大，1 2。(3)高 频 特 性 较 差。多个 管的结电容使复合管 的高 频特性变坏。(4)穿透电流较大，电流受温度影 响 大。第一 个 管的穿透电流 被第二个管放大使穿透电流大增。减 小穿透电 流 的方 法：在第二个 管的发 射 结接一个电阻，分流一部分穿透电流。第51页/共58页4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路2.电路结构电路结构 T1、T2 组成复合管，相当于一个管 T，1 2,rbe=rbe1+(1+1)rbe2。本电路等效为单级共集电路。ebcvo+RSReCb1Rb+VCCCb2RLvi+vS+T(复合管共集放大电路)ecb第52页/共58页+VBEQ4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路3.静态分析静态分析 VBEQ=VBEQ1+VBEQ2第53页/共58页4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路4.动动态分析态分析(1)交流通路交流通路vi+RLvSReRbvo+RScebibibieieecbecb第54页/共58页 1 2 rbe=rbe1+(1+1)rbe2cevi+RLvSReRbvo+RSbibie4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路(2)Av、Ri、Ro RL=Re/RL Ri=Rb/rbe+(1+)RL 第55页/共58页 1 2 rbe=rbe1+(1+1)rbe2cevi+RLvSReRbvo+RSbibie4.6.2 共集共集共集放大电路共集放大电路5.特点特点 RL=Re/RL Ri=Rb/rbe+(1+)RL 因为 很大，电压增益更大即更接近 1，输入电阻更大，输出电阻更小，跟随性能更好。复合管的电流放大系数约为组成它的各管的电流放大系数之积。第56页/共58页4.6 组合放大电路组合放大电路本节小结本节小结0.多级放大电路和组合放大电路的概念。1.共射共基放大电路的电路结构、静态分析、动态分析和特点。2.复合管的组成、类型、主要参数、特点和判断。共集共集放大电路的电路结构、静态分析、动态分析和特点。组合放大电路是常用的双管级联放大器，其主要目的不是为了提高电压放大倍数，而是为了改善放大器的其它性能指标，如展宽放大器的频率范围、防止自激等。两种电路适当连接起来可集两者的优点于一身，复合管的 约为组成它的各管的 之积。第57页/共58页感谢您的观看！第58页/共58页