磁路和变压器1.pptx

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1、第2章 基本放大电路及其分析 本章学习目标:共发射极放大电路的组成、工作原理、静态分析和动态分析；共集电极放大电路的静态分析和动态分析；多极放大电路的耦合方式和分析方法；功率放大电路的工作原理和分析方法；场效应管及其放大电路的工作原理和分析方法。返回第1页/共76页2.1 共发射极放大电路2.1.1共射极放大电路的组成 如图2-1所示电路为共发射极接法的基本放大电路，有一个输入端和一个输出端。输入端接交流信号源（包括电动势eS和内阻RS），输入电压为ui；输出端接负载电阻RL，输出电压为uo。第2页/共76页2.1 共发射极放大电路2.1.2共射极放大电路各元件的作用三极管T：是放大电路的放大

2、元件，利用它的电流放大作用在集电极电路获得较大的电流，是整个放大电路的核心；它也是一个控制元件，用较小能量的输入信号去控制电源EC所供给的能量，以在输出端获得一个较大能量的输出信号。集电极电源EC：集电极电源EC除为输出信号提供能量外，还保证集电结处于反向偏置，以便使三极管具有放大作用。集电极负载电阻RC：它的主要作用是将集电极电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。第3页/共76页2.1 共发射极放大电路基极电源EB和基极电阻RB：它们的作用是使发射结处于正向偏置，并提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点。耦合电容C1和C2：它们有两个方面的作用，一方面起隔直作用，另一方面

3、又起交流耦合作用，保证交流信号畅通无阻地经过放大电路，沟通信号源、放大电路和负载三者之间的交流通路。C1和C2的电容值一般为几微法到几十微法，通常用电解电容，使用时要注意其极性。第4页/共76页2.1 共发射极放大电路 为了减少电源的种类，我们可以适当地改变RB的接法，再去掉EB，变成如图2-2（a）所示电路，我们称之为单电源电路。在放大电路中，通常把公共端接“地”，并设其电位为零（共发射极电路的公共端为发射极），作为电路中其他各点电位的参考点；同时，为了简化电路的画法，习惯上常不画电源EC的符号，而只在联接其正极的一端标出它对“地”的电压UCC和极性（或），如图2-2（b）所示电路。返回第5

4、页/共76页2.2 共发射极放大电路的分析2.2.1 共射极放大电路的静态分析1.用放大电路的直流通路确定静态值直流通路就是直流电流过的电路，画直流通路时，耦合电容C1和C2可看成断路。图2-2（b）所示电路的直流通路为图2-3所示电路，由图2-3所示电路可得基极电流。IB ICIBICEOIB UCEUCCRCIC 第6页/共76页2.2 共发射极放大电路的分析2.用图解法确定放大电路的静态值我们用图解法不但可以确定放大电路的静态值，而且能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路工作的影响。用图解法确定放大电路的静态值的步骤为：(1)给出三极管的输出特性曲线组。(2)作出直流负载线。(3)根据

5、直流通路求出偏置电流IB，并找出静态工作点Q。(4)再根据Q点在坐标轴上的投影得出静态值。第7页/共76页2.2 共发射极放大电路的分析2.2.2 共射极放大电路的动态分析微变等效电路法，就是当三极管放大电路的输入信号很小时，在工作点附近的小范围内用直线段来近似代替三极管的特性曲线，即把非线性元件三极管等效为一个线性元件，也就是把三极管放大电路等效为一个线性电路。1.三极管的微变等效电路 如图2-5（a）所示为三极管的输入特性曲线，它是非线性的。但是，当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的曲线可认为是直线，当UCE为常数时，UBE与IB之比可认为是常数，用rbe表示，称它为三极管的输入电阻，第

6、8页/共76页2.2 共发射极放大电路的分析在小信号情况下，若为低频小功率三极管，式中rbe可用下式来估算 rbe300（1）式中IE为发射极电流的静态值，rbe是一个对交流而言的动态电阻。因此，三极管的输入电路可用rbe来等效，如图2-6所示。第9页/共76页2.2 共发射极放大电路的分析图2-5（b）所示为三极管的输出特性曲线，当UCE为常数时，我们可认为IC与IB之比，也就是三极管的电流放大系数也为常数，可由它确定ic受ib控制关系，三极管的输出电路可用一个恒流源ic来近似等效。图2-6所示为三极管的微变等效电路。2.放大电路的微变等效电路 交流通路就是交流分量流过的电路，画交流通路时应

7、注意两个问题：一个是耦合电容C1和C2可看成短路；再一个就是由于直流电源的内阻可以忽略不计，所以直流电源可看成短路。图2-7（a）所示电路就是图2-2（b）所示电路的交流通路。再把交流通路中的三极管用它的等效电路代替就是微变等效电路，如图2-7（b）所示。第10页/共76页2.2 共发射极放大电路的分析3.电压放大倍数 、输入电阻ri和输出电阻ro(1)若图2-2（b）所示的交流放大电路的输入信号为正弦波，则它的微变等效电路中的电压和电流都可用相量来表示，于是我们可得如图2-8所示电路。从图2-8所示电路可得:第11页/共76页2.2 共发射极放大电路的分析（2）放大电路对信号源（或对前级放大

8、电路）而言，是一个负载，可用一个电阻来等效代替，这个电阻称为放大电路的输入电阻，用ri表示，对交流而言它是一个动态电阻，图2-8所示微变等效电路的输入电阻为：riRB/rberbe （3）放大电路对负载（或对后级放大电路）而言，相当于一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻，用ro表示，图2-8所示微变等效电路的输出电阻为：roRC 第12页/共76页2.2 共发射极放大电路的分析2.2.3 共发射极放大电路的非线性失真 失真就是指输出信号的波形和输入信号的波形不一样。引起失真的原因很多，最基本的有两个：即静态工作点不合适和输入信号太大。放大电路的工作范围超出了三极管特性曲线的线性范围所产生的

9、失真叫非线性失真。非线性失真通常分为截止失真和饱和失真两类。（1）截止失真：如图2-9（a）所示，由于静态工作点的位置太低（靠近截止区），若输入信号为正弦波，在它的负半周，三极管进入了截止区。此时，iB的负半周和uCE的正半周都被削去了一部分。由于这种失真是因为工作在三极管的截止区而引起的，所以称为截止失真。第13页/共76页2.2 共发射极放大电路的分析（2）饱和失真：如图2-9（b）所示，由于静态工作点的位置太高（靠近饱和区），若输入信号为正弦波，在它的正半周，三极管进入了饱和区。此时，iC的正半周和uCE的负半周都被削去了一部分。由于这种失真是因为工作在三极管的饱和区而引起的，所以称为饱

10、和失真。（3）如何减小非线性失真：从上述分析可知，要使电路不产生非线性失真，必须使放大电路有一个合适的静态工作点，即点应尽可能选在放大区的中间部分；再就是输入信号ui的幅值不能太大，否则放大电路的工作范围会超过特性曲线的线性范围。返回第14页/共76页2.3 静态工作点稳定的放大电路 2.3.1 静态工作点稳定的原理和条件 如图2-10（a）所示的分压式偏置电路，当温度变化时，能使IC近似维持不变以使工作点稳定。图2-10（b）所示电路为它的直流通路。因为IB很小，它对于I1和I2来说可忽略不计，即:I2IB。因为UBE很小，它对于VB来说可忽略不计，即:VB UBE 第15页/共76页2.3

11、 静态工作点稳定的放大电路分压式偏置电路工作点稳定的过程如下（仅考虑温度变化情况）：温度升高IC（IE）VEUBEIB IC（IE）不变IC（IE）图2-10（a）所示的分压式偏置电路中电容CE称为发射极电阻RE的交流旁路电容。对直流而言，它不起作用，电路通过RE的作用能使静态工作点稳定；对交流而言，它因与RE并联且可看成短路，所以RE不起作用，保持电路的电压放大倍数不会下降。CE的容量一般为几十微法到几百微法。第16页/共76页2.3 静态工作点稳定的放大电路 2.3.2.静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的估算 UCEUCC（RCRE）IC 图2-11所示电路为图2-10（a）所

12、示电路的微变等效电路。从图2-11中可看出，电压放大倍数、输入电阻与输出电阻和前面讲过的固定式偏置电路的基本一样。第17页/共76页2.4 共集电极放大电路2.4.1 共集电极放大电路静态分析射极输出器的公共端为集电极，所以又称共集电极放大电路，电路如图2-12所示。图2-13所示电路为图2-12所示的射极输出器的直流通路。由它的直流通路可得：第18页/共76页2.4 共集电极放大电路IEIBIC（1）IB UCEUCCREIE 2.动态分析图2-14所示电路为图2-12所示的射极输出器的微变等效电路图。由它的微变等效电路图可得：(1)电压放大倍数电压放大倍数略小于等于1，且输入电压和输出电压

13、同相，所以射极输出器又称为射极跟随器。第19页/共76页2.4 共集电极放大电路(2)输入电阻 riRB/rbe（1）,ri很高。(3)输出电阻 RS/RB，由于rbe不大，RS又很小，所以ro很小。射极输出器因为它的输入电阻高，所以常作为多级放大器的输入级；又因为它的输出电阻低，所以常作为多级放大器的输出级；它的电压放大倍数略等于1、输入电阻高和输出电阻低，所以常作为多级放大器的中间级，在电路中起阻抗变换的作用。返回第20页/共76页2.5 多极放大电路2.5.1 多极放大电路的耦合方式在多级放大电路中，级与级之间的联接方式称为耦合，耦合的方式有阻容耦合、直接耦合和变压器耦合三种方式。其中前

14、两种应用较广，后一种应用很少。1.阻容耦合：前后级之间是通过耦合电容连接的，其特点是前后级的静态值互不影响，静态工作点可单独调整；但它只能放大交流信号，不适宜传送缓慢变化的信号和直流信号，主要在分立元件中应用较多，电路如图2-15所示。第21页/共76页2.5 多极放大电路2.直接耦合：前后级之间是通过导线连接的，其特点不但能放大交流信号，还能传送缓慢变化的信号和直流信号；但前后级的静态值会互相影响，静态工作点不可单独调整，主要应用在集成电路中，电路如图2-16所示。3.变压器耦合：电路如图2-17所示，它的前后级之间是通过变压器连接的，其特点是前后级的静态值互不影响，静态工作点可单独调整，还

15、能进行阻抗匹配和进行电流、电压变换；但它只能放大交流信号，不适宜传送缓慢变化的信号和直流信号，再就是体积大、重量重、价格高，所以应用较少。第22页/共76页2.5 多极放大电路2.5.2 多极放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻 1.电压放大倍数的计算：Uo(n-1)=Uin，rinRL（n1），ro（n1）Rsn 2.总输入电阻ri的计算：riri1。3.总输出电阻ro的计算：roron。第23页/共76页2.5 多极放大电路2.5.3 多级放大电路的频率特性1.单级放大电路的频率特性由于在放大电路中，含有各种不同容量的电容元件，它们对不同频率的信号所呈现的容抗值是不相同的。所以，放大

16、电路对不同频率的信号在幅度和相位上的放大效果是不完全一样的，把造成输出信号的幅度失真叫幅频失真，造成输出信号的相位失真叫相频失真，二者统称为频率失真。第24页/共76页2.5 多极放大电路所谓频率特性，就是指放大电路的放大倍数的幅值和幅角与频率的关系，其中放大倍数幅值|与频率f的关系叫幅频特性；放大倍数幅角A（输出电压与输入电压之间的相位差）与频率f的关系叫相频特性。图2-19（a）、（b）分别为单级共发射极放大电路的幅频特性图和相频特性图。在工业电子技术中最常用的是低频放大电路，其频率范围约为2010000Hz。但在分析放大电路的频率特性时，我们一般再将低频范围分为低、中、高三个频段。如图2

17、-19（a）所示。第25页/共76页2.5 多极放大电路(1)中频区：由于耦合电容和发射极旁路电容的容量较大，故对中频段信号来讲它们的容抗很小，可看成短路。所以，在中频段，可认为电容不影响交流信号的传送，放大电路的放大倍数与信号频率无关。(2)低频区：虽然耦合电容和发射极旁路电容的容量较大，但由于低频段信号频率较低，耦合电容的容抗较大，其分压作用不能忽略，故放大倍数要下降；对旁路电容来讲，其容抗也很大，信号在其上也有压降，不能忽略。所以，在低频段，放大电路的放大倍数将随着信号频率的降低而下降。第26页/共76页2.5 多极放大电路(3)高频区：由于耦合电容和发射极旁路电容的容抗更小，可看成短路

18、；但此时存在三极管的极间电容和联线分布电容，它们等效到输入端和输出端的电容若用Ci和Co表示，Ci对高频段信号的容抗将减小，不能看成开路，Co与输出端的电阻并联后，可使总输出阻抗减小，因而使输出电压减小，所以，电压放大倍数将降低。再就是在高频段，载流子从发射区到集电区需要一定的时间，若频率很高，在正半周时载流子尚未全部到达集电区时，输入信号就已改变了极性，这就使集电极电流的变化幅度下降，因而值降低，即电压放大倍数将下降。所以，在高频段，放大电路的放大倍数将随着信号频率的升高而下降。第27页/共76页2.5 多极放大电路一般规定，当放大电路的电压放大倍数下降到中频放大倍数Aum的0.707倍时，

19、其所对应的频率fL和fH分别称为放大电路的下限截止频率和上限截止频率。而且还规定fH和fL之间的频率范围称为放大电路的通频带，简称频带，即BWfHfL。如图2-19（a）所示。通频带BW是表示放大电路频率特性的一个重要指标，它表明了放大电路对不同频率输入信号的响应能力。一般而言，希望放大电路的通频带尽可能宽一些。第28页/共76页2.5 多极放大电路2.阻容耦合多级放大电路的频率特性对于多级阻容耦合放大电路频率特性的分析，可先作出单级放大电路的频率特性，然后综合其各级放大电路的频率特性，即可得到多级放大电路的频率特性。虽然多级放大电路的电压放大倍数增加了，但它的通频带却变窄了，而且比组成它的任

20、何一级单个放大电路的通频带都要窄，其幅频特性如图2-20所示。返回第29页/共76页2.6 功率放大电路 电压放大电路和功率放大电路都是利用三极管的放大作用将信号放大，但不同的是，电压放大电路的输入信号较小，目的是在不失真的前提下输出足够大的电压，讨论的主要问题是放大倍数、输入电阻和输出电阻等问题；功率放大电路的输入信号较大，目的是在不失真或少量失真的前提下输出足够大的功率，讨论的主要问题是失真、效率和输出功率等问题。2.6.1 功率放大电路的基本要求和三种工作状态1.对功率放大电路的基本要求：第30页/共76页2.6 功率放大电路(1)在不失真或少量失真的前提下输出尽可能大的功率。(2)尽可

21、能提高放大电路的效率。所谓效率就是指负载得到的交流信号的功率与电源供给的直流功率之比值。2.放大电路的三种工作状态放大电路的三种工作状态是甲类、甲乙类和乙类，如图2-21所示。在图2-21（a）中，静态工作点大致落在交流负载线的中点，这种情况叫做甲类工作状态。在理想情况下，甲类功率放大电路的最高效率也只能达到50。第31页/共76页2.6 功率放大电路若要提高效率，则需从两方面着手：一是增大放大电路的动态范围来增加输出功率提高效率；二是减小电路静态时所消耗的功率来提高效率。若将静态工作点沿负载线下移，接近稍高于截止区，如图2-21（b）所示，这种状态称为甲乙类工作状态。若将静态工作点下移到IC

22、0处，则功率管的管耗更小，如图2-21（c）所示，这时的工作状态称为乙类工作状态。第32页/共76页2.6 功率放大电路2.6.2 互补对称功率放大电路1.无输出变压器（OTL）的互补对称功率放大电路。如图2-22（a）所示为无输出变压器（OTL）的单电源互补对称放大电路的原理图，T1和T2是两个不同类型的三极管，它们的特性基本上相同。T1和T2均工作于乙类，处于截止状态。当有信号输入时，对交流信号而言，输出耦合电容CL的容抗及电源内阻均很小，可忽略不计，它的交流通路如图2-22（b）所示。第33页/共76页2.6 功率放大电路在输入信号ui的正半周，T1的发射结处于正向偏置，T2的发射结处于

23、反向偏置，故T1导通，T2截止，流过负载RL的电流等于T1集电极电流ic1，如图2-22（b）中实线所示。同理，在输入信号ui的负半周，T1截止，T2导通，流过负载RL的电流等于T2集电极电流ic2，如图2-22（b）中虚线所示。在输入信号一个周期内，T1和T2交替导通，它们互相补足，故称为互补对称放大电路，电流ic1和的ic2以正反不同的方向交替流过负载电阻RL，所以在RL上合成而得到一个交变的输出电压信号uo。第34页/共76页2.6 功率放大电路从图2-22（a）可看出，该放大电路工作于乙类状态，因为三极管的输入特性曲线上有一段死区电压，当输入电压尚小，不足以克服死区电压时，三极管就截止

24、，所以在死区电压这段区域内（即输入信号过零时）输出电压为零，将产生失真，这种失真叫交越失真，如图2-23 所示为基极电流ib的交越失真波形。为了避免交越失真，可使静态工作点稍高于截止点，即避开死区段，也就是使放大电路工作在甲乙类状态。第35页/共76页2.6 功率放大电路2.由复合管组成的互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路图2-22（a）中的T1和T2要求为类型不同，但特性要求为一致的功率管，这在实际中很难实现。所以，我们常用复合管来解决这一问题。如图2-25 （a）所示为一种类型的复合管，复合管的连接原则是T1与T2的电流前后流向一致。由图2-25（a）中可得:icic1ic21ib1

25、2ib21ib12ie1 1ib12（11）ib1（1212）ib112ib。,所以，复合管的电流放大系数近似等于两管电流放大系数的乘积，即:12 返回第36页/共76页2.7 场效应晶体管放大电路 2.7.1 场效应管放大电路的静态分析1.直流偏置电路：场效应管放大电路和三极管放大电路一样，也要建立合适的静态工作点。所不同的是，场效应管是电压控制元件，需要有合适的栅源电压UGS，场效应管放大电路的偏置电路通常分为两类，即自给偏压电路和分压式偏置电路。（1）自给偏压电路：如图2-27 所示的电路为N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的自给偏压电路。（2）分压式偏置电路 如图2-28 所示为分压式偏置电路

26、，其中RG1和RG2为分压电阻。第37页/共76页2.7 场效应晶体管放大电路2.静态分析：对场效应管放大电路的静态分析，有两种方法，即图解法和估算法。图解法的原理和三极管的电路分析法相似，下面主要以N沟道场效应管为例介绍估算法。（1）自给偏压电路从如图2-27 所示的电路可得：UGSIDRS 又从式1.7可得：IDIDSS 解上面两个联立方程就可确定自偏压电路的静态工作点，此方法只适应耗尽型场效应管。第38页/共76页2.7 场效应晶体管放大电路（2）分压式偏置电路 从图2-28 所示的电路可得：UGS（RSID UDD）又从式5.7可得：IDIDSS 解上面两个联立方程就可确定分压式偏置电

27、路的静态工作点，此方法只适应耗尽型NMOS管。第39页/共76页2.7 场效应晶体管放大电路若为增强型NMOS管分压式偏置电路，则可解下列两个联立方程就可确定它的静态工作点。UGS（RSID UDD）IDIDo第40页/共76页2.7 场效应晶体管放大电路2.7.2 场效应管放大电路的动态分析若输入信号很小，则可认为场效应管工作在线性放大区，和三极管一样，场效应管放大电路也可用微变等效电路来分析。1.微变等效电路（1）场效应管等效电路：从输入端来看，场效应管的输入电阻rgs很高，栅极电流约为零，所以可认为输入回路栅极和源极之间等效为开路，如图2-29 所示。从输出端来看，场效应管的输出端可用一

28、个受栅源电压控制的恒流源来等效，所以可得场效应管的等效电路如图2-29 所示。第41页/共76页2.7 场效应晶体管放大电路（2）放大电路的微变等效电路：与前面所讲的单管放大电路的微变等效电路分析方法相同，我们可画出场效应管放大电路的微变等效电路，如图2-30 所示电路。2.电压放大倍数，UogmUgs（RD/RL)所以，Augm（RD/RL)由于场效应管的跨导gm很小，所以，其放大电路的电压放大倍数比三极管放大电路的电压放大倍数要小。3.输入电阻ri:riRG（RG1/RG2）输出电阻ro:roRD/rdsRDrds为场效应管的输出电阻。返回第42页/共76页图2-1 共发射极基本放大电路

29、返回第43页/共76页 （a）图2-2 单电源共发射极基本放大电路返回第44页/共76页 （b）图2-2 单电源共发射极基本放大电路返回第45页/共76页 图2-3 交流放大电路的直流通路 返回第46页/共76页 （a）图2-5 从三极管的特性曲线求rbe返回第47页/共76页（b）图2-5 从三极管的特性曲线求和rce返回第48页/共76页图2-6 三极管的等效电路 返回第49页/共76页 （a）图2-7 交流通路返回第50页/共76页（b）图2-7 微变等效电路 返回第51页/共76页 图2-8 用相量表示的微变等效电路 返回第52页/共76页 （a）截止失真 图2-9 放大电路的非线性失

30、真 返回第53页/共76页 （b）饱和失真 图2-9 放大电路的非线性失真返回第54页/共76页 （a）图2-10 分压式偏置电路 返回第55页/共76页 （b）图2-10 分压式偏置电路直流通路 返回第56页/共76页 图2-11 分压式偏置电路的微变等效电路 返回第57页/共76页 图2-12 射极输出器 返回第58页/共76页图2-13 射极输出器的直流通路 返回第59页/共76页图2-14 射极输出器的微变等效电路返回第60页/共76页图2-15 阻容耦合多级放大电路 返回第61页/共76页图2-16 直接耦合多级放大电路 返回第62页/共76页图2-17 变压器耦合多级放大电路 返回

31、第63页/共76页（a）图2-19 单级共发射极放大电路的频率特性返回第64页/共76页（b）图2-19 单级共发射极放大电路的频率特性返回第65页/共76页图2-20 多级和单级放大电路频率特性的比较 返回第66页/共76页 （a）（b）（c）图2-21 放大电路的三种工作状态 返回第67页/共76页（a）图2-22 OTL互补对称放大电路及其交流通路返回第68页/共76页（b）图2-22 OTL互补对称放大电路及其交流通路返回第69页/共76页图2-23 基极电流的交越失真波形返回第70页/共76页（a）图2-25 复合管的组成原理图 返回第71页/共76页图2-27 自给偏压电路 返回第72页/共76页图2-28 分压式偏置电路 返回第73页/共76页图2-29 场效应管的等效电路 返回第74页/共76页图2-30 场效应管放大电路的微变等效电路 返回第75页/共76页感谢您的观看！第76页/共76页