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4-2三极管及其基本放大电路.ppt

4-2三极管及其基本放大电路

教育文库
2018-11-25 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《4-2三极管及其基本放大电路ppt》,可适用于工程科技领域

模拟电子技术第4章基本放大电路4晶体管放大电路的组成及其工作原理4 图解分析法4 微变等效电路分析法4 场效应管放大电路4 共集电极放大电路4分压式偏置稳定共射放大电路4 共基极放大电路4概述模拟电子技术4放大电路的基本概念放大电路主要用于放大微弱的电信号输出电压或电流在幅度上得到了放大这里主要讲电压放大电路。4 概述模拟电子技术4放大电路的主要技术指标根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求放大器可分为四种类型所以有四种放大倍数的定义。放大倍数表示放大器的放大能力模拟电子技术()电压放大倍数定义为:AU=UOUI(重点)()电流放大倍数定义为:AI=IOII()互阻增益定义为:Ar=UOII()互导增益定义为:Ag=IOUI模拟电子技术输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻一般来说Ri越大越好。()Ri越大ii就越小从信号源索取的电流越小。()当信号源有内阻时Ri越大ui就越接近uS。输入端RiuSRS信号源Au输出端模拟电子技术输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。Au~uS~Rouso模拟电子技术通频带通频带:fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线fAAmAmfL下限截止频率fH上限截止频率模拟电子技术输出电阻是表明放大电路带负载的能力Ro越小放大电路带负载的能力越强反之则差。,oooSL===URIUR输出电阻的定义:模拟电子技术4 晶体管放大电路的组成及其工作原理4共射基本放大电路的组成及其工作原理模拟电子技术4共射基本放大电路的组成及其工作原理一.放大原理三极管工作在放大区:发射结正偏集电结反偏。→△UCE(△IC×Rc)放大原理:→△UBE→△IB→△IC(b△IB)电压放大倍数:→BCE模拟电子技术符号说明模拟电子技术RbVBBRCCCT放大元件iC=iB工作在放大区要保证集电结反偏发射结正偏。输入输出参考点二单管共射极放大电路的结构及各元件的作用VCC模拟电子技术共射放大电路组成使发射结正偏并提供适当的静态工作点IB和UBE。RbVCCVBBRCCCT基极电源与基极电阻模拟电子技术集电极电源为电路提供能量。并保证集电结反偏。RbVCCVBBRCCCT模拟电子技术共射放大电路集电极电阻将变化的电流转变为变化的电压。模拟电子技术耦合电容:电解电容有极性大小为F~F作用:隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系同时能使信号顺利输入输出。RbVCCVBBRCCCT模拟电子技术单电源供电可以省去模拟电子技术RB最简单的基本放大器组成正电源基极电阻集电极电阻输入耦合电容输出耦合电容输入电压输出电压负载电阻三极管模拟电子技术Rb单电源供电模拟电子技术4 图解分析法动态工作情况分析静态工作情况分析引言模拟电子技术模拟电子技术引 言基本思想非线性电路经适当近似后可按线性电路对待利用叠加定理分别分析电路中的交、直流成分。一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路(ui=)分析静态。交流通路(ui)分析动态只考虑变化的电压和电流。画交流通路原则:固定不变的电压源都视为短路固定不变的电流源都视为开路视电容对交流信号短路模拟电子技术RBECRCCCICIE=IBIC无信号输入时静态工作点(定义)(UBE、IB、IC、IE、UCE)模拟电子技术Rb为什么要设置静态工作点?放大电路建立正确的静态工作点是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真。模拟电子技术(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。静态工作点(图解)模拟电子技术静态分析()用估算法求静态工作点先画出放大电路的直流通道模拟电子技术画出放大电路的直流通路一、静态工作点的估算将交流电压源短路将电容开路。直流通路的画法:模拟电子技术(a)估算IB(UBEV)RB称为偏置电阻IB称为偏置电流然后用基尔霍夫定律列方程求出静态工作点模拟电子技术(b)估算UCE、IC、IE模拟电子技术()用图解法分析静态工作点UCE=EC–ICRC直流负载线与IB所决定的那一条输出特性曲线的交点就是Q点IB静态UCE静态IC模拟电子技术uCE怎么变化()用图解法分析交流电压放大原理假设uBE静态工作点的基础上有一微小的变化uiQ动态分析模拟电子技术icuCE的变化沿一条线交流负载线(当无负载电阻RL时交流负载线就是直流负载线)Qt模拟电子技术各点波形uo比ui幅度放大且相位相反模拟电子技术讨论课从静态工作点的设置和微变等效电路上判断各电路对输入的正弦交流信号ui有无放大作用并说明原因。假设各电容对交流信号均可视为短路。ui幅度很小在mV以内。无放大作用静态IB、IC=题模拟电子技术题无放大作用。输入信号通过直流电源对地短路模拟电子技术题无放大作用。输入信号通过电容C及直流电源对地短路模拟电子技术题无放大作用。无RC输出电压=模拟电子技术题无放大作用。PNP三极管无静态电流模拟电子技术题PNP三极管接负电源EC电解电容极性倒过来EC模拟电子技术题(PNP三极管放大器)模拟电子技术对交流信号(输入信号ui)放大器的交流通道及微变等效电路C()用微变等效电路估算电压放大倍数的计算++模拟电子技术交流通道icib++模拟电子技术三极管的微变等效电路首先考察输入回路当信号很小时将输入特性在小范围内近似线性。uBE对输入的小交流信号而言三极管BE间等效于电阻rbe。模拟电子技术对输入的小交流信号而言三极管BE间等效于电阻rbe。becberbe的量级从几百欧到几千欧。++模拟电子技术考察输出回路所以:输出端相当于一个受ib控制的电流源。模拟电子技术三极管的微变等效电路模拟电子技术放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替目的将电子问题化为受控源电路的问题来解模拟电子技术用微变等效电路估算电压放大倍数的计算负号表示输出与输入反相模拟电子技术输入电阻(交流输入电阻)的计算输入电阻的定义:模拟电子技术输出电阻的计算对于负载而言放大电路相当于信号源可以将它进行戴维南等效戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法:所有独立电源置零保留受控源加压求流法。模拟电子技术所以:用加压求流法求输出电阻:模拟电子技术用图解法进行放大器失真分析为了得到尽量大的输出信号要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适信号进入截止区或饱和区造成非线性失真。失真输出波形较输入波形发生畸变称为失真模拟电子技术可输出的最大不失真信号合适的静态工作点能保证输出电压幅度最大且不失真tt模拟电子技术iCuCEuoQ点过低信号进入截止区tttt称为截止失真模拟电子技术uoQ点过高信号进入饱和区称为饱和失真icICiCttt模拟电子技术直流通道用估算法分析放大器的静态工作点(IB、UBE、IC、UCE)模拟电子技术()估算IB(UBEV)Rb称为偏置电阻IB称为偏置电流。模拟电子技术()估算UCE、ICICUCEIC=IB模拟电子技术例4:用估算法计算静态工作点。已知:VCC=VRC=KRb=K=。解:请注意电路中IB和IC的数量级UBEV模拟电子技术由于电源的存在IBICICIE=IBIC无信号输入时静态工作点Ui=时电路的工作状态二用图解法确定静态工作点模拟电子技术IC(IC,UCE)(IB,UBE)静态工作点模拟电子技术(IB,UBE)和(IC,UCE)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。模拟电子技术UCE=VCC–ICRC直流负载线由估算法求出IBIB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q模拟电子技术三、电路参数对静态工作点的影响改变RB其他参数不变RBiBQ趋近截止区RBiBQ趋近饱和区。改变RC其他参数不变RCQ趋近饱和区。模拟电子技术例4设RB=k求VBB=V、V时的iC、uCE。解当VBB=V:iBiCVuCEV当VBB=V:UCEViCmA模拟电子技术iCiC=VCCRC三极管的开关等效电路截止状态iBuCEViB饱和状态uCE判断是否饱和临界饱和电流ICS和IBS:iB>IBS则三极管饱和。模拟电子技术交流放大原理(设输出空载)假设在静态工作点的基础上输入一微小的正弦信号ui静态工作点4用图解法确定动态工作情况模拟电子技术uCE也沿着负载线变化UCE与Ui反相!uCE怎么变化模拟电子技术各点波形uo比ui幅度放大且相位相反模拟电子技术对交流信号(输入信号ui)放大器的交流通路C将直流电压源短路将电容短路。交流通路分析动态工作情况交流通路的画法:模拟电子技术交流通路模拟电子技术交流负载线输出端接入负载RL:不影响Q影响动态!模拟电子技术交流负载线其中:模拟电子技术交流量ic和uce有如下关系:这就是说交流负载线的斜率为:交流负载线的作法:①斜率为R'L。(R'L=RL∥Rc)②经过Q点。模拟电子技术IB交流负载线直流负载线①斜率为R'L。(R'L=RL∥Rc)②经过Q点。注意:()交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。()空载时交流负载线与直流负载线重合。模拟电子技术例4硅管ui=sint(mV)RB=kRC=kVCC=VBB=V图解分析各电压、电流值。解令ui=求静态电流IBQ模拟电子技术uBEViBAVQuiIBQ(交流负载线)直流负载线ICQUcemOOOOOO模拟电子技术当ui=uBE=UBEQiB=IBQiC=ICQuCE=UCEQ当ui=Uimsintib=Ibmsintic=Icmsintuce=–Ucemsintuo=uceiB=IBQIbmsintiC=ICQIcmsintuCE=UCEQ–Ucemsint=UCEQUcemsin(°–t)模拟电子技术放大电路的非线性失真问题  因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围从而引起非线性失真。“Q”过低引起截止失真NPN管:顶部失真为截止失真。PNP管:底部失真为截止失真。不发生截止失真的条件:IBQ>Ibm。交流负载线模拟电子技术“Q”过高引起饱和失真ICSNPN管:  底部失真为饱和失真。PNP管:  顶部失真为饱和失真。IBS基极临界饱和电流。不接负载时交、直流负载线重合VCC=VCC不发生饱和失真的条件:IBQIbmIBS模拟电子技术饱和失真的本质:负载开路时:接负载时:受RC的限制iB增大iC不可能超过VCCRC。受RL的限制iB增大iC不可能超过VCCRL。(RL=RCRL)模拟电子技术选择工作点的原则:当ui较小时为减少功耗和噪声“Q”可设得低一些为提高电压放大倍数“Q”可以设得高一些  为获得最大输出“Q”可设在交流负载线中点。模拟电子技术4 微变等效电路分析法4H参数小信号模型4H参数的引出引言模拟电子技术一建立小信号模型的意义由于三极管是非线性器件这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型就是在一定的条件下(工作点附近)将非线性器件做线性化处理从而简化放大电路的分析和设计。由于研究对象的多样性和复杂性往往把对象的某些特征提取出来用已知的、相对明了的单元组合来说明并作为进一步研究的基础这种研究方法称为建模。引言模拟电子技术当放大电路的输入信号电压很小时就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。二建立小信号模型的思路模拟电子技术H参数的引出在小信号情况下对上两式取全微分得对于BJT双口网络我们已经知道输入输出特性曲线如下:uBE=f(iBvCE)iC=g(iBvCE)模拟电子技术用小信号交流分量表示vbe=hieibhrevceic=hfeibhoevce模拟电子技术输出端交流短路时的输入电阻输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数输入端电流恒定(交流开路)的反向电压传输比输入端电流恒定(交流开路)时的输出电导。其中:四个参数量纲各不相同故称为混合参数(H参数)。能构成电路图吗模拟电子技术H参数小信号模型根据可得小信号模型H参数都是小信号参数即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关在放大区基本不变。模拟电子技术模型的简化即rbe=hie=hfeuT=hrerce=hoe一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为uT很小一般为rce很大约为k。故一般可忽略它们的影响得到简化电路ib是受控源且为电流控制电流源(CCCS)。电流方向与ib的方向是关联的。模拟电子技术H参数的确定一般用测试仪测出rbe与Q点有关可用图示仪测出。一般也用公式估算rberbe=rb()re其中对于低频小功率管rb≈(-)模拟电子技术、电压放大倍数的计算:、H参数的应用共射极放大电路模拟电子技术负载电阻越小放大倍数越小。画微变等效电路模拟电子技术电路的输入电阻越大从信号源取得的电流越小因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。、输入电阻的计算:根据输入电阻的定义:模拟电子技术当信号源有内阻时:模拟电子技术所以:用加压求流法求输出电阻:、输出电阻的计算:根据定义模拟电子技术晶体三极管交流分析步骤:①分析直流电路求出“Q”计算rbe。②画电路的交流通路。③在交流通路上把三极管画成H参数模型。④分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。模拟电子技术求:静态工作点。例电压增益AU、输入电阻Ri、输出电阻R。模拟电子技术若输出电压的波形出现如下失真是截止还是饱和失真?应调节哪个元件?如何调节?解:模拟电子技术思路:微变等效电路AU、Ri、R模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术例=uS=sint(mV)求叠加在“Q”点上的各交流量。VVkkk模拟电子技术解令ui=求静态电流IBQ①求“Q”计算rbeICQ=IBQ=mAUCEQ==(V)模拟电子技术uce②交流通路ube③小信号等效模拟电子技术④分析各极交流量⑤分析各极总电量uBE=(sint)ViB=(sint)AiC=(sint)mAuCE=(–sint)V模拟电子技术问题的提出单管共射放大电路存在的问题一实验中出现的现象射极偏置放大电路模拟电子技术当环境温度模拟电子技术二静态工作点的位置发生变化的原因温度对晶体管参数的影响T↑→ICBO↑,温度每升高oC,ICBO↑一倍T↑→UBE↓,温度每升高oC,UBE↓mvT↑→β↑,温度每升高oC,Δββ↑模拟电子技术温度对静态工作点的影响ICQ=βIBQ(β)ICBOIBQ=(VccUBE)RB→T↑→ICQ↑→Q↑→饱和失真工作点上移时输出波形分析模拟电子技术“Q”过高引起饱和失真ICSNPN管:  底部失真为饱和失真。不接负载时交、直流负载线重合静态是基础动态是目的模拟电子技术电路组成及稳定静态工作点的原理特点:RB上偏流电阻、RB下偏流电阻、RE发射极电阻共发射极电路电路组成模拟电子技术UBEQIBQIIEQ二稳定静态工作点的原理直流通路ICQ直流通路的画法模拟电子技术()I>>IB硅管I=()IBQ锗管I=()IBQ()UB>>UBE硅管UB=()V锗管UB=()V若电路调整适当可以使ICQ基本不变。稳定过程(原理)T↑→ICQ↑→ICQ×RE↑→UB固定→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓稳定的条件UB固定UB=VCC×RB(RBRB)模拟电子技术静态分析求Q点(IBQ、ICQ、UCEQ)求法:画出直流通路求解方法有二:一估算法模拟电子技术说明Q是否合适模拟电子技术二利用戴维南定理(同学自己做)模拟电子技术动态分析求AU、Ri、RO一画出放大电路的微变等效电路画出交流通路模拟电子技术画出放大电路的微变等效电路模拟电子技术二计算动态性能指标计算Au模拟电子技术“”表示Uo和Ui反相。Au的值比固定偏流放大电路小了。模拟电子技术计算输入电阻Ri↑同时说明公式的记法和折合的概念。模拟电子技术uo在RE两端的电压可以忽略不计因此Ro≈Rc。计算输出电阻RoRo=uoioUs=RL=∞模拟电子技术静态工作点稳定。AuRi↑Ro基本不变。(同固定偏置放大电路相比较)结论模拟电子技术如何提高电压放大倍数Au在RE两端并联一个电容则放大倍数与固定偏置放大电路相同。举例讨论模拟电子技术解例=RS=kRB=kRB=k,RC=kRE=kRL=kVCC=V。求:“Q”AuRiRo。)求“Q”模拟电子技术)求AuRiRoAusRo=RC=k模拟电子技术小结分析了固定偏置放大电路产生失真的原因。分析了射极偏置放大电路稳定静态工作点的原理。重点分析计算了分压式偏置放大电路的性能指标。深入讨论了射极电阻对静态和动态的影响为今后学习反馈建立基础概念。模拟电子技术一、如何使放大倍数减小不大但输入电阻有所提高?课后思考题:模拟电子技术二、计算输出电阻时若考虑RE如何计算输出电阻呢?同学参考教材P模拟电子技术 共集电极放大电路共集电极放大电路(射极输出器、射极跟随器)一、电路组成与静态工作点模拟电子技术IBQ=(VCC–UBEQ)RB()REICQ=IBQUCEQ=VCC–ICQRE交流通路模拟电子技术二、性能指标分析交流通路小信号等效电路RL=RERL模拟电子技术电压放大倍数:输入电阻:模拟电子技术输出电阻:us=uiiRERS=RsRBi=iRE–ib–ib射极输出器特点Au输入输出同相Ri高Ro低用途:输入级输出级中间隔离级模拟电子技术例=RB=krbb=UBEQ=V,RE=RL=Rs=kVCC=V。求:“Q”AuRiRo。解)求“Q”IBQ=(VCC–UBE)RB()RE=(–)(A)IEQIBQ=(mA)UCEQ=VCC–ICQRE=–=(V)模拟电子技术)求AuRiRoRbe=(k)Ri=()=(k)RL==(k)提高Ri的电路:模拟电子技术无C、RB:Ri=(RBRB)rbe()RERi==(k)Ri=(RBRBRB)rbe()RERi=()=(k)无C有RB:接C:RBrberbeRi=rbe()(RBRE)=()(RBRE)Ri==(k)k模拟电子技术 共基极放大电路共基极放大电路一、求“Q”(略)模拟电子技术二、性能指标分析RiRiRoRo=RC特点:Au大小与共射电路相同。输入电阻小Aus小。模拟电子技术 场效应管放大电路场效应管电路小信号等效电路分析法场效应管放大电路的组态模拟电子技术场效应管放大电路的组态三种组态:共源、共漏、共栅特点:输入电阻极高噪声低热稳定性好一、直流偏置电路自给偏压电路模拟电子技术栅极电阻RG的作用:()为栅偏压提供通路()泻放栅极积累电荷源极电阻RS的作用:提供负栅偏压漏极电阻RD的作用:把iD的变化变为uDS的变化UGSQ=UGQ–USQ=–IDQRS模拟电子技术分压式自偏压电路调整电阻的大小可获得:UGSQ>UGSQ=UGSQ<模拟电子技术例耗尽型N沟道MOS管RG=MRS=kRD=kVDD=V。IDSS=mAUGS(off)=–V求iD和uO。iG=uGS=iDRS模拟电子技术iD=mAiD=mAuGS=–V<UGS(off)增根uGS=–VuDS=VDD–iD(RSRD)=–=(V)uO=VDD–iDRD=–=(V)在放大区例已知UGS(off)=VIDSS=mA求“Q”。模拟电子技术解方程得:IDQ=mAUGSQ=–V(增根舍去)IDQ=mAUGSQ=–V模拟电子技术场效应管电路小信号等效电路分析法小信号模型从输入端口看入相当于电阻rgs()。从输出端口看入为受ugs控制的电流源。id=gmugs一、场效应管等效电路分析法模拟电子技术例gm=mAVui=sint(mV)求交流输出uo。kk交流通路小信号等效电路ui=ugsgmugsRSugs=ui(gmRS)uo=–gmuiRD(gmRS)=–sint(mV)模拟电子技术二、性能指标分析共源放大电路有CS时:无CS时:RSRi、Ro不变模拟电子技术共漏放大电路ioRo

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