集成运算放大电路基础.ppt

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1、模拟电子技术,桂林电子科技大学信息科技学院,2010-8-15,目 录,第0章 绪论 第1章 半导体二极管及其应用 第2章 双极型晶体三极管及其基本放大电路 第3章 场效应管（FET）及其基本放大电路 第4章 集成运算放大电路基础 第5章 反馈放大电路 第6章 集成运算放大器的基本应用 第7章 低频功率放大电路 第8章 直流稳压电源,目 录,绪 论,0.1 电子系统概述 0.2 模拟信号与数字信号 0.3 电路仿真软件简介,0.1 电子系统概述,当今世界已进入电子信息化时代，各式各样的电子系统已经被用于电力、通信、控制、计算机、自动化等工业领域，并广泛应用于社会的其它各个领域，给人们的工作、学

2、习和生活带来了巨大的变化。电子系统在我们的日常生活中是很常见的。,凡是可以完成一个特定功能的完整的电子装置都可以称为是电子系统。一个复杂的电子系统是由子系统或一些功能块所组成。它主要由信号的发射端、信号的传输信道和信号的接收端所组成。,信息源是指需要传送的原始信息，一般是非电物理量。如语言、音乐、图像、文字、数据等。因此，这些原始信息需经过输入换能器转换成携带欲传送信息的电信号（称为基带信号）后，方可送入发送设备，将其变成适合于信道传输的电信号。若需传送的信息本身已是电信号时，则可直接送入发送设备。发送设备的作用是将基带信号变换（调制）成适合信道传输特性的频带信号（称为调制信号）并放大到信号发

3、射所需要的功率。 信道又称为传输媒介，是连接发、收两端的信号通道。通信系统中的信道分为两大类：一类是有线信道，如架空明线、电缆、光纤等；另一类就是无线信道，如自由空间、地球表面等。 信号的接收端由接收设备、输出换能器和受信者组成。接收设备的作用是接收信道传送过来的已调波信号并进行处理（解调），以恢复出与发射端相一致的基带信号，然后经由输出换能器变换成原来形式的信息，如声音、图像等，供受信者使用。,0.2 模拟信号与数字信号,模拟信号，是指“模拟”物理量的变化（如声音、温湿度等的变化）所得出的电压或电流信号。模拟信号的特点是，在时间和幅值上均是连续的，在一定动态范围内取任意值。,数字信号是离散的

4、、不连续的信号。数字信号的幅值是有限的，通常用二进制（例如只有两种可能的幅值）来表示。电脑键盘的输出属于典型的数字信号。,根据电子系统工作时所处理的信号形式的不同，通常将电路分为模拟电路和数字电路两大类。处理模拟信号的电路称为模拟电路，而处理数字信号的电路则称为数字电路。,0.3 电路仿真软件简介,随着计算机技术的飞速发展，电子电路的分析与设计手段发生了重大变革，电路设计可以通过计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）和仿真技术来完成。计算机仿真技术在教学中的应用，可以代替大包大揽的试验电路，大大减轻验证阶段的工作量；其强大的实时交互性、信息的集成性和生动的直观

5、性，为电子专业教学创设了良好的平台，极大地激发了学生的学习兴趣；能够突出教学重点、突破教学难点；并能保存仿真中产生的各种数据，为整机检测提供参考数据，还可保存大量的单元电路、元器件的模型参数。采用仿真软件能满足电子电路整个设计及验证过程的自动化。,常见的电路仿真软件有EWB，Protel，ORCAD，PSPIC，Multisim等等。目前比较流行的电路仿真软件是multisim和Pspice。 Multisim是一个专门用于电子线路仿真与设计的 EDA 工具软件。它的前身为加拿大Interactive Image Technologies 公司（简称IIT公司）于20世纪80年代推出的EWB（

6、Electronics Workbench）软件。它以其界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，早在20世纪90年代就在我国得到迅速推广，并作为电子类专业课程教学和实验的一种辅助手段。 作为Windows 下运行的个人桌面电子设计工具，Multisim 是一个完整的集成化设计环境。而且Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。,第1

7、章 半导体二极管及其应用,学习目标,了解半导体的基础知识 掌握PN结的单向导电性 了解半导体二极管的结构及类型，掌握二极管的伏安特性及主要参数 掌握二极管的分析方法和基本应用 了解常用特殊二极管及其应用,1.1 半导体的基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体二极管电路的分析方法及其应用 1.4 特殊二极管 *1.5 电路仿真实例,1.1 半导体基础知识,1.1.1 半导体的概念及特性 自然界中所有的物质根据其导电性能的不同划分为：导体、半导体、绝缘体。导体一般为低价元素，如金、银、铜、铝等；绝缘体一般为高价元素，如橡胶、塑料、木材等；顾名思义，半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间。,半

8、导体材料之所以可制成各种电子器件，是因为其具有以下独特性质： 光敏性：在光照条件下，其导电性能将显著增加。利用光敏性可制成光敏元件。 热敏性：在热辐射条件下，其导电性能也将显著增加。利用热敏性可制成热敏元件。 掺杂性：掺入特定的杂质元素时，其导电性能显著增加，并具有可控性。,1. 本征半导体及其特性,（1）本征半导体,本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体。,本征半导体结构示意图,（2） 本征半导体的特性,载流子可移动的电荷。 空穴共价键吸附引起的载流子。 在一定温度下，本征半导体 中载流子的产生和复合两种 运动将达到动态平衡。,硅和锗的本征载流子浓度与温度的关系为： 显然，本征载流子的浓度对温

9、度十分敏感，随温度的上升而迅速增大，这正是半导体的重要特性热（或光）敏性。 但在室温时，本征半导体的导电能力很弱，且不受控制，故不能直接用于制作半导体器件。,2.杂质半导体及其特性,（1）N型半导体（电子型半导体）,制作扩散工艺少量特定杂质,（2）P型半导体（空穴型半导体）,（3） 杂质半导体的特性,载流子的浓度 多子浓度取决于杂质的浓度 杂质半导体的电中性 在无外加电场条件下，杂质半导体是呈现电中性的。 转型,1.1.2 PN结的形成及其特性,1PN结的形成 扩散运动由浓度高向浓度低运动 漂移运动电场驱动的载流子运动 扩散运动（多子）与漂移运动（少子）的平衡形成PN结,2PN结的特性,（1）

10、PN结的单向导电性 外加正向电压（或正向偏置电压，简称正偏） 扩散运动加剧,漂移运动减弱,多子扩散形成电流，处于正向导通状态。,外加反向电压（或反向偏置电压，简称反偏 ),空间电荷区变宽，多子扩散电流为零，PN结呈现很高的电阻，处于反向截止状态。 少子的漂移运动增强 ，形成电流。,3.PN结的电容效应,（1） 势垒电容 （2） 扩散电容 PN结正向偏置，扩散电容较大；PN结反向偏置时，扩散电容很小，可以忽略不计。,1.2 半导体二极管,1.2.1 二极管的结构、类型及特点 1.二极管的结构,2.二极管的类型及特点,（1）点接触型 （2）面接触型 （3）平面型,1.2.2 二极管的伏安特性及主要

11、参数,1.二极管的伏安特性 （1）二极管的伏安特性方程 i为流过PN结的电流 ，IS为流过PN结的反向饱和电流,（2）二极管的伏安特性曲线,正向特性 在AB段，,电流近似为0， 称为死区。 在BC段 ，电流按平方律 上升； 在CD段，电流近似线性 规律迅速上升。,反向特性: 这时只有少数载流子在反向电压作用下的漂移运动形成微弱的反向电流IS，且几乎不随反向电压的增大而增大 。但反向电流IS随温度的变化。 反向击穿特性: 当反向电压大于UBR(反向击穿电压)时，反向电流急剧增大，这种现象称为二极管的击穿。 （3） 温度对二极管伏安特性的影响 温度上升，二极管的正向特性曲线左移（正向压降减小），反

12、向特性曲线下移（反向电流增大）。,2.二极管的主要参数,（1）最大整流电流IFM （2）最高反向工作电压URM （3）反向击穿电压UBR （4）反向电流IR （5）最高工作频率fM,1.2.3 半导体分立器件型号命名方法,1.3 半导体二极管电路的分析方法及其应用,1.3.1 二极管电路的分析方法 二极管是一种非线性器件，含有二极管的电路是非线性电路。分析设计方便，将二极管的伏安特性进行线性化处理，并建立相应的“线性模型” 。,1.理想模型 2.恒压源模型,3.折线模型 4.小信号模型（微变等效电路）,1.3.2 半导体二极管的基本应用电路,1.整流与检波电路 整流与检波电路的工作原理相同，都

13、是利用二极管的单向导电特性，将交变的双向信号转变成单向脉动的信号。 2.钳位电路 【例1.1】如图所示为一钳位 电路，设二极管的正向压降为0.7 V。试分析电路的输入与输出之间 的关系。,3.限幅电路 【例1.2】如图所示为一双向限幅电路。设直流电压源 U1=-U2。输入信号ui为正弦信号，ui =Umsinwt，且Um U1 ，试分析工作原理，并作出输出电压uo的波形。,1.4 特殊二极管,1.4.1 稳压二极管及其应用 1.稳压管的伏安特性和电路符号,2.稳压管的工作原理 在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，即能够起到稳压的作用。 3.稳压管的主要参数 （1）稳定电压UZ （

14、2）稳定电流IZ （3）动态电阻rZ： rZ越小，稳压越好。 （4）最大允许耗散功率PZM 4.使用稳压管的注意事项 （1）稳压管应工作在反向击穿状态。 （2）稳压管的工作电流范围为 IZmin IZmax （3）稳压管工作时必须串联限流电阻。 （4）稳压管可以串联使用，但不可并联使用。,5.典型应用 （1）并联式稳压电路,负载电阻不变，输入电压Ui变化时： 输入电压Ui不变，负载电阻变化时：,（2）限幅电路,1.4.2 其它常用二极管简介,1.变容二极管,【例题1.3】分析变容二极管典型应用电路。,2.发光二极管 发光二极管以其功耗低、体积小、色彩艳丽、响应速度快、抗震动、寿命长等优点，广泛

15、用作电子设备的显示器件（如音响设备中的电平指示器、电源指示器），可单个使用，也可制作成7段式显示器或矩阵式显示器。,【例题1.4】分析发光二极管用作电源指示器的电路。,3. 光电二极管,【例题1.5】分析采用光电二极管设计的光控节能路灯电路。,1.4.3二极管的选用原则,1.选用二极管的一般原则 (1)要求正向压降小时，应选择锗管；要求反向电流 小时，应选择硅管。 (2)要求工作电流大时，应选择面接触型二极管；要 求工作频率高时，应选择点接触型二极管。 (3)要求反向击穿电压高时，应选择硅管。 (4)要求耐高温时，应选择硅管。,2. 使用二极管的注意事项 （1）在电路中应按注明的极性进行连接。

16、 （2）同一型号的整流二极管方可串联、并联使用。在串联或并联使用时，应视实际情况决定是否需要加入均衡（串联均压、并联均流）电阻。 （3）引出线的焊接或弯曲处，离管壳距离不得小于10mm。为防止因焊接时过热而损坏，应使用小功率的电烙铁，焊接时间不应超过23s。 （4）工作在高频或脉冲电路中的二极管，引线要尽量短。 （5）切勿超过手册中规定的最大允许电流值和电压值。 （6）二极管的替换：硅管和锗管不能互相代用；所替换的二极管的主要参数要高于被替换的二极管；根据工作特点，还应考虑其他特性，如最高工作频率及开关速度等。,*1.5电路仿真实例,【例题1.6】 分析二极管钳位电路 解：利用Multisim

17、 分析【例1.1】中图1.14所示的钳位电路。首先打开Multisim10.0软件开发环境，然后按图1.14绘出电路，如图1.25所示，最后进行仿真，得到如图1.26的分析结果。【仿真图】,【例题1.7】 分析二极管单向限幅电路 解：利用Multisim 分析如图1.27所示的二极管组成的单向限幅电路。首先打开Multisim10.0软件开发环境，然后按图1.27绘画电路，最后进行仿真得到如图1.28的分析结果。【仿真图】,图1.27,图1.28,本章内容主线：半导体基本知识PN结及其特性半导体二极管二极管电路的分析方法及应用常用特殊二极管简介。 1、半导体材料具有热敏性、光敏性和掺杂性。在本

18、征半导体中掺入不同杂质便形成N型半导体和P型半导体，通过控制掺入杂质的多少就可以有效地改变其导电性。半导体中有自由电子和空穴两种载流子，这是不同于金属导电的重要特点。 2、将N型和P型两种杂质半导体制作在同一个硅片（或锗片）上，在其交接面处会形成PN结，PN结是构成半导体器件的重要环节。PN结具有单向导电性、反向击穿特性、温度特性和电容效应。,小结,3、将一个PN结封装并引出电极后便构成半导体二极管，主要有点接触型、面接触型和平面型。半导体二极管具有跟PN结一样的特性。常用伏安特性（ ）来描述半导体二极管的性能，其数学表达式为 。二极管的主要参数有最大整流电流 和反向击穿电压 等，这些参数是实

19、际工作中合理选用和正确使用器件的主要依据。 4、二极管电路的分析方法，主要采用模型分析法。在分析电路的静态情况时，若精度要求不高时，一般选择理想模型；若精度要求较高时且外加电压远远大于管压降（一般为10倍以上）时 ，应选择恒压源模型，否则应选择折线模型。而小信号模型则用在电路中既有直流成分，又有交流小信号的情况。 5、利用二极管可实现整流、检波、限幅、钳位等电路功能。 6、常用的特殊二极管有稳压管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等。特殊二极管与普通二极管一样，具有单向导电性。利用PN结击穿时的特性可制成稳压二极管，利用发光材料可制成发光二极管，利用PN结的光敏性可制成光敏二极管。,第2章

20、双极型晶体管及基本放大电路,学习目标,晶体三极管的结构和传输特性 放大电路的工作原理和组成原则 图解法与微变等效电路法 工作点稳定放大电路的原理及分析方法 三种基本放大电路的组成、特点及分析方法 耦合方式及其的特点，多级放大电路的分析方法 复合管的结构及复合管放大电路 频率响应和上、下限截止频率的概念，放大电路频率特性的分析方法,2.1 双极型晶体管基本知识 2.2 基本共射放大电路 2.3 分压偏置式共射放大电路 2.4 放大电路的三种基本组态 2.5 多级放大电路和组合放大电路 2.6 放大电路的频率特性 *2.7 电路仿真实例,2.1 双极型晶体三极管的基本知识,2.1.1 三极管的结构

21、与类型 2.1.2 双极型晶体三极管的放大原理 2.1.3 双极型晶体管的特性曲线 2.1.4 双极型晶体三极管的主要参数及温度的影响,2.1.1 三极管的结构与类型,双极型晶体三极管是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件，由于PN结之间的相互影响，使三极管表现出不同于单个PN结的特性而具有电流放大的功能。 1、类型 按频率分：高频管；低频管 按功率分：小功率管；中功率管；大功率管 按材料分：硅管；锗管 按结构分：NPN；PNP,2、结构,三极管有三个区： 发射区发射极e； 基区基极b； 集电区集电极c。,发射区掺杂浓度远高于基区掺杂浓度，基区很薄且掺杂的浓度低；而集电结面积比发射结面

22、积大得多，,符号中的箭头方向是三极管的实际电流方向,3. 特点 三极管的特点为发射区很厚，掺杂浓度很高；基区很薄，掺杂浓度很低；集电区面积最大，掺杂浓度比较高。正是由于三极管的这种结构特点，当各电极加上合适的电压时，三极管才具有电流放大的能力。,2.1.2 双极型晶体三极管的放大原理,1.内部载流子的传输过程 （1）发射极注入电子,发射区的电子不断通过发射结扩散到基区，形成发射极电流。,2.电流分配关系,（2）电子在基区中的扩散与复合 发射区的电子注入基区后，变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，形成基极电流IB。大部分到达了集电区的边缘。 （3）集电区收集电子 因为集电结反偏，收集扩散到

23、集电区边缘的电子，形成电流ICN。,另外，集电结区的少子形成漂移电流ICBO。,发射极电流IE在基区分为基区内的复合电流IB和继续向集电极扩散的电流IC两个部分,即,2.1.3 双极型晶体三极管的特性曲线,1、输入特性曲线,（1）uCE=0V时，相当于两个PN结并联。,（2）当uCE=1V时， 集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少， 在同一uBE 电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。,（3）uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。,（4）死区电压硅管0.5V，锗管0.1V,2、输出特性曲线,（1）当uCE=0 V时，集电极无收集作用，iC=0。,（2） uCE Ic

24、 。,（3） 当uCE 1V后，这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不变。,输出特性曲线分为以下三个工作区： （1）截止区：发射结反偏 此时管子电流全为0。 （2）放大区：发射结正偏，集电结反偏 （3）饱和区：发射结正偏，集电结正偏 失去放大能力,各晶体管电极直流电位,【例2.1】现已测得某电路中几只晶体管的直流电位如表所示，各晶体管b-e间的开启电压 均为0.5V。试分别说明各管子的工作状态。,解：以NPN管为例,2.1.4 双极型晶体三极管的主要参数及温度的影响,1晶体三级管的电流放大系数 （1）共发射极电流放大系数 近似分析中，对两者不加区分，即

25、,（2）共基极电流放大系数 近似分析中，对两者不加区分， 共基电流放大系数和共发射极电流放大系数的关系：,2. 极间反向电流,（1）集电极基极反向饱和电流ICBO ICBO是集电结反偏时，由少 子的漂移形成的反向电流，受 温度的变化影响。 （2）集电极-发射极反向饱和 电流（穿透电流）,3.极限参数,（1）集电极最大允许电流ICM,ic增加时， 要下降。当值下降到线性放大区值的70时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。,（2）集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗 PC= ICUCE PCM,（3）反向击穿电压U(BR)CEO,基极开路时，c、e间的反向

26、击穿电压。,4.温度对参数和特性的影响,(1)温度对ICBO的影响 温度每升高10, ICBO增加一倍。 （2）温度对的影响 温度每升高1， 相应地增大0.51。 （3）温度对发射结正向电压降 UBE的影响 温度每升高1， UBE下降 (22.5mV/)。,5.晶体管的选用原则,（1）依使用条件选PCM在安全区工作的管子，并满足 适当的散热要求。 （2）要注意工作时反向击穿电压 ，特别是UCE不应超 过UBR(CEO) （3）要注意工作时的最大集电极电流IC不应超过ICM。,2.2 基本共射放大电路,2.2.1 放大电路的基本知识 1.放大的基本概念 一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电

27、流的幅度得到了放大，即得到了功率的放大。但它随时间变化的规律不能变，即不失真。,2.放大电路的主要指标,（1）电压放大倍数 对数表示的放大倍数也称为增益: 电压增益=,（2）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。 （3）输出电阻Ro 从放大电路输出端看进去的等效电阻 输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。,（4）通频带 由于放大电路中有许多电抗元件(如电容,电感)和分布参数,所以电路的放大倍数并不是常数，即电路的放大倍数随输入信号频率的不同而有所差异。 放大倍数基本不变的这段频率范围，称为通频带。 （5） 非线性失

28、真 由于三级管的非线性造成输出失真，称为非线性失真，会产生新的频率成分(即新的谐波分量)。,3.放大电路的组成原则,（1）三极管应处于放大状态。即发射结正偏，集电结反偏。 （2）能够输入和输出信号。 （3）能够不失真地放大信号。,2.2.2 放大电路的基本分析方法,交流工作状态分析（又称动态分析），是根据输入信号作用下交流信号流经的通路对电路进行分析，用于求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等动态性能指标。交流通路的画法是：容量大的电容（如耦合电容）视为短路；无内阻的直流电源视为短路。,通常情况放大电路中的信号是包含交、直流的混合量，由于电路中电容、电感等电抗元件的存在，其交、直流量所流经的通路

29、是完全不同的。因此，通常是把直流电源对电路的作用和输入信号（一般是交流信号）对电路的作用区分开来进行分析。故对放大电路的分析包括直流、交流两种工作状态的分析。,直流工作状态分析（又称为静态分析），是根据直流信号流经的通路（直流通路）,求出电路的直流工作状态,即晶体管的基极直流电流 、集电极直流电流 、集电极与发射极间的直流电压这三个参数（称之为静态工作点）。直流通路的画法是：电容视为开路；电感线圈视为短路；信号源视为短路，但应保留其内阻。,符号说明 UCE变量与下标均为大写字母代表直流量； uCE变量为小写字母，下标为大写字母代表（交流直流）量； uce变量为小写字母，下标为小写字母代表交流量

30、。,1、图解分析法,图解法在已知放大管的输入特性、输出特性以及放大电路中其它元件参数的情况下，利用作图的方法对放大电路进行分析。 （1）直流工作情况分析,（2）交流工作情况分析,（3）用图解法分析放大器的非线性失真,截止失真：这是由于静态工作点过低，晶体管截止而产生的失真，可通过调整输入回路的参数解决。,饱和失真：这是由于静态工作点过高，晶体管饱和而产生的失真，可通过调整输出回路的参数解决。,（4）图解法的适用范围 图解法较为繁琐，且不够精确，一般只作为定性分析使用。,【例2.2】由于电路参数的改变使静态工作点产生 如图变化。试问： （1）当静态工作点从Q1到Q2再到Q3再到Q4时， 分别是哪

31、个参数变化造成的，如何变化的？ （2）哪个Q点最易产生截止失真？哪个Q点最易产生饱和失真？哪个Q点的最大不失真输出电压Uom最大？其值约为多少？ （3）Q4点时，集电极电源VCC的值为多少伏？集电极电阻Rc为多少千欧？,（1）Q1Q2，输入回路未变，Rc变小。 Q2Q3，输出回路未变，输入回路变化； Q3Q4，输入回路未变，输出回路变化，因为两条交流负载线平行，所以Rc未变小，只能是VCC改变。,解：,（2）Q2最靠近截止区，最易截止失真；Q3最靠近饱和区，最易饱和失真。Q4距离饱和区和失真区最远，因此其最大不失真输出电压Uom最大。,（3）VCC12V， Rc=VCC/IC=12/4=3k。

32、,2、等效电路分析法,所谓微变等效电路分析法，就是在输入信号较小的情况下，将非线性的三极管等效成线性元件，然后由线性元件组成的等效电路进行计算，得到放大器的性能指标如Au、ri、ro等。,（1）直流工作情况分析 基极回路的电路方程 则可求得电路的静态工作点为,（2）交流工作情况分析,在输入小信号条件下，将晶体管看做一个线性双口网络。,该双口网络满足以下方程：,求变化量：,在小信号情况下：,各h参数的物理意义：,输出端交流短路时的输入电阻，用rbe表示。,输入端开路时的电压反馈系数，用r表示。,输出端交流短路时的电流放大 系数，用表示。,输入端开路时的输出电导，用1/rce表示。,r10-3，忽

33、略， rce105，忽略。,得三极管简化的h参数等效电路。,或,综上所述，采用微变等效电路法分析放大电路的步骤是：确定 点；求出 点附近的微变等效参数；画放大电路的微变等效电路；求解 、 、 等。,1、直流通路vs交流通路,共射放大电路是晶体管放大电路的最常用形式，共射是指放大电路的输入和输出的公共端为晶体管的发射极。,直流通路在直流电流作用下直流电流流经的通路，即静态电流流经的通路。 确定静态工作点,交流通路在输入信号作用下交流信号流经的通路。 确定动态参数（放大倍数、输入电阻、输出电阻等）,分析方法,直流通路 电容开路 电感短路（线圈电阻忽略） 信号源短路，内阻保留,交流通路 （容量大的）

34、电容短路 电感开路 无内阻的直流电源短路,“先直流，后交流”,直流状态合适，再分析交流，交流需要直流的某些参数才能分析,2.2.3 基本共射放大电路,2.交流分析 【例2.3】若共射放大电路中，已知VCC=12V，=100， =100，RB=300k，RC=2 k，RL=2 k。试求：（1）电路的静态工作点。（2）画出该电路的微变等效电路，并求其输入电阻、输出电阻和电压放大倍数。,解：（1）首先计算静态工作点,（2）画微变等效电路,电压放大倍数为：,输入电阻为：,输出电阻为：,2.3 分压偏置式共射放大电路,2.3.1 放大电路的静态工作点稳定问题 1静态工作点稳定的必要性,静态工作点Q决定r

35、be，进而影响放大电路的性能 。,2影响直流工作点的因素,（1）电路参数的影响,（2）温度的影响,3. 稳定静态工作点的措施,稳定静态工作点的具体含义是指温度变化时，ICQ和UCEQ基本不变。 稳定静态工作点的措施如下： （1）保持工作环境温度稳定。 （2）在放大电路的发射极中串联电阻Re ，形成直流电流串联负反馈。,B点的电流方程,为了稳定Q点,B点电位,4稳定直流工作点的其它方法,2.3.2 分压偏置式共射放大电路,（1）静态工作点计算,（2）交流参数计算 （a）有旁路电容,电压放大倍数为：,输入电阻为：,输出电阻为：,（b）无旁路电容,2.4 放大电路的三种基本组态,2.4.1 共集电极

36、基本放大电路 1.电路构成,集电极是输入输出公共参考端，故称为共集电极电路，输出信号从射极输出，所以又称之为射极输出器或射极跟随器。,2.静态分析,（1）电压放大倍数,其中,即电路无电压放大能力。,（2）输入电阻,共集电路的输入电阻很大。,3.动态分析,（3）输出电阻,故输出电阻为：,即输出电阻很小,【例2.4】电路如图 ，其中 ， ， ， ， ， ， 试求电压放大倍数,输入电阻和输出电阻。,解：（1）求静态工作点,（2）求动态指标,用外加电压源法求输出电阻,4.共集电极放大电路的特点和应用,共集放大电路的特点是：输出电压与输入电压同相位；电压放大倍数小于1而近似等于1，有电流放大作用和功率放

37、大作用；输入电阻大；输出电阻小。 作输入级：共集电极电路输入电阻大，作输入级可获得更大的输入电压； 作输出级：因为共集电极电路输出电阻较小，只有几十欧姆，作输出级有较强的带负载的能力； 作缓冲级：在多级放大器中，常常用共集电极电路作为中间缓冲级，用来隔离前后级电路之间的影响。,2.4.2 共基极基本放大电路,1.电路构成,基极是输入电路和输出电路的公共参考端，故称为共基极放大电路,2.静态分析,略,（1）电压放大倍数,（2）输出电阻,（3）输入电阻,3.动态分析,2.4.3 三种基本组态放大电路的比较,2.5 多级放大电路和组合放大电路,一般来说， 单级放大电路并不能同时满足多个性能指标的要求

38、，因此， 实际的放大器都是由若干单级放大电路连接而成的多级放大电路， 其方框图如下。,信号源,负载,输出级,末前级,中间级,输入级,2.5.1 多级放大电路,1多级放大电路的耦合方式 （1）阻容耦合,优点： 各级电路的直流工作 点彼此独立， 电路比较简单，体积 较小。,缺点： 不能放大直流及缓 变信号； 不易集成。,（2）直接耦合,优点： 体积小，易集成； 可放大交流信号，可放大直 流和缓慢变化信号。,缺点： 各级的直流工作点互不独 立，彼此影响，计算和调试 不方便； 零点漂移严重,（3）变压器耦合,优点：各级放大电路的直流工作点彼此独立 可以进行阻抗匹配 缺点：只能放大交流信号 体积大，笨重

39、,（4）光电耦合,优点：抗干扰能力强 传输损耗小 工作可靠 具有电气隔离作用 缺点：光路比较复杂，光信号的操作与调试需要精心设计。,2. 多级放大电路的计算,多级放大电路的分析计算也应遵循先直流，后交流的顺序。,（1）静态分析,（2）动态分析,对多级放大电路进行分析时，必须考虑到级与级之间的相互影响。通常是将前级电路作为后级电路的信号源，而后级电路作为前级电路的负载。,多级放大电路的电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,解：（1）求解Q点,第一级,第二级,（2）求解交流参数,第一级共射放大电路,第二级共集放大电路,总的电压放大倍数为,总输入电阻,总输出电阻,2.5.2 组合放大电路,1复合管 （1

40、）复合管的组成原则,在正确的外加电压下每只管子的各极电流均有合适的通路,且均工作在放大区。为了实现电流放大，应将第一只管的集电极或发射极电流作为第二只管子的基极电流。,（2）复合管的主要参数,电流放大倍数,复合管的电流放大倍数,分别为两个晶体管的电流放大倍数,电阻,对（a）（b）所示的复合管，有,对（c）（d）所示的复合管，有,2. 复合管放大电路的分析,分析方法有两种：其一，可将复合管等效为单个晶体管。其二、可将复合管视为两个晶体管，画出微变等效电路，进行交流分析。,【例2.6 】图中是复合管共射放大电路，试求其电压放大倍数 ，输入和输出电阻 、,2.6 放大电路的频率特性,由于电路中电抗元

41、件的存在，使放大电路输出信号 的幅度和相位都会随着信号频率的变化发生变化 。,2.6.1 频率特性的基本概念,1频率特性,频率特性（频率响应）放大倍数是信号频率的函数， 该函数称为频率响应。,该复数的模即为幅频特性，相位角即为相频特性。,2.高通电路及其频率响应,该电路的电压传递函数为：,整理得,该电路的幅频特性和相频特性分别为,3.波特图,为了在同一坐标系中表示非常宽的频率变化范围，在画频率特性曲线时常采用对数坐标。,横坐标为对数频率,纵坐标为电路增益,幅频特性,横坐标为对数频率,纵坐标为相移,相频特性,波特图,高通电路的波特图,低通电路的波特图,2.6.2 单级放大电路的高频响应和低频响应

42、,1.晶体管的高频等效模型,基区体电阻,发射结电阻,发射结电压,发射结和集电结 的等效电容,跨导,2.单管放大电路的频率响应,（1）中频段,耦合电容和旁路电容的容量较大，视为短路；,极间分布电容（含PN结结电容）很小，视为开路,中频源电压放大倍数为：,可见电压放大倍数基本与频率无关而保持定值，输出电压与输入电压相位相反。,（2）低频段,耦合电容和旁路电容的容抗较大，不能视为短路；,极间分布电容（含PN结结电容）很小，视为开路。,低频源电压放大倍数为：,可见，在低频段，电压放大倍数随频率的降低而减小， 输出电压与输入电压之间的相移也发生变化，其幅频特性基本与高通电路幅频特性相同。,（3）高频段,

43、耦合电容和旁路电容的容量较大，视为短路；,极间分布电容（含PN结结电容）容抗减小，不能视为开路。,高频源电压放大倍数为：,在高频段，电压放大倍数随频率升高而减小，相移也发生变化。其幅频特性基本与低通电路幅频特性相同。,源电压放大倍数的全频率范围表达式为：,单管放大电路的波特图,综上所述，单管放大电路在低频段主要受耦合电容的影响，表现在放大倍数随频率降低而降低，相移也增大；中频段可认为其放大倍数和相移都基本为常数（这是放大电路工 作的频段）。在高频段其特性主要受极间电容的影响，表 现在放大倍数随频率升高而下降，相移也随之增大。,2.6.3 多级放大电路的频率响应,多级放大电路是由多个单级放大电路

44、串联而成，所以总的电压增益为： 1.多级放大电路的通频带,两级放大电路的通频带小于单级放大电路的通频带。多级放大电路的级数越多，通频带越窄。,2. 上、下限频率的计算,各级具有相同频率特性的两级放大电路，则其上、下限 频率分别为,【例2.7】已知某电路各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。试求：电路总的电压放大倍数表达式、下限频率和上限频率是多少？,解：（1）低频段只有一个拐点，且低频段斜率为20dB/十倍频， 说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的下限频率为10Hz。 （2）高频段只有一个拐点，但是高频段曲线斜率为60 dB/十倍 频，因此有三个极间电容起作用，即有三级放大电路，它

45、们的上 限频率均为2105Hz。,（3）因各级均为共射放大电路，所以在中频段输出电压与输入 电压相位相反。则整个三级放大增益80dB，即放大倍数为 10000。,电压放大倍数,*2.7 电路仿真实例,【例2.8】分析共发射极放大电路 解：利用 Multisim 软件仿真如图2.61所示电路。,图 2.61,分析步骤如下：,步骤1、首先打开Multisim10.0软件开发环境，然后按图2.61所示绘画电路，接着进行仿真得到如图2.62所示的电路图，调整R4的电阻值，使万用表的读数为1.9V左右。【仿真图】,图 2.62,步骤2、接上函数信号发生器如图2.61所示，调整函数信号发生器使其产生 20

46、0mV的正弦信号，最后进行仿真得到如图2.63所示的分析结果。【仿真图】,图 2.63,【例2.9】多级放大电路,解：利用Multisim仿真如图2.64所示电路。,图 2.64,分析步骤如下：,步骤1、首先打开Multisim10.0软件开发环境，然后按图2.64画电路，接着进 行仿真，得到如图2.65的电路图，调整R4的电阻值，使万用表XHH2的读数为1.9V 左右；调整R3的电阻值，使万用表XHH1的读数为2.0V左右。【仿真图】,图 2.65,步骤2、接上函数信号发生器如图2.64所示，调整函数信号发生器使其产生 200mV的正弦信号，最后进行仿真得到如图2.66的分析结果。【仿真图】

47、,图2.66,本章内容主线：晶体管的结构、原理及特性曲线放大电路的分析方法由晶体管构成的三种基本放大电路多级放大电路和复合管的分析放大电路的频率响应。 1、晶体管按照结构分成和两种，按材料分成硅管和锗管，由 于硅管的温度特性较好，所以硅管应用广泛。 晶体管有三种工作状态：,小结,2、放大电路的分析方法有图解法和微变等效模型法两种。图解法主要用来分析失真和静态工作点，工程计算中主要使用微变等效模型法。 晶体管的模型有两种，低频为h参数等效模型，高频为混合模型。 分析放大电路的步骤为先直流，后交流。即先用直流通路计算静态工作点，后画出交流通路，用低频小信号模型计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等

48、交流参数。 由于静态工作点影响电路的性能，故实用放大电路都要有静态工作点稳定的措施。 3、三极管放大电路共有三种基本接法：共射、共集和共基电路。其中共射电路能放大电压和电流，输入与输出反相，应用广泛。共集电路无电压放大能力，能放大电流，因为其输入电阻大，输出电阻小，多用作输入级，输出级及缓冲级。共基电路能放大电压，无电流放大能力，且其输入电阻小，输出电阻大，一般只用作高频放大。,4、多级放大电路的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合等类型。前级输出即为后级的输入，前级的输出电阻是后级的信号源内阻，后级的输入电阻是前级的负载电阻。放大电路的总增益为各级放大倍数的乘积；输入电阻是第一级电路的输入电阻，输出电阻是最后一级电路的输出电阻。 5、复合管放大电路的分析可以等效成单管放大电路的分析。 由于电路中的电抗元件对不同频率的输入信号呈现的电抗值不同，电路的电压放大倍数是信号频率的函数，即频率响应。频率响应分为幅频特性和相频特性，可以用波特图表示。 6、单级放大电路的频率响应：在中频段基本与频率无关；在低频段，电压放大倍数随频率的降低而减小，输出电压与输入电压之间的相移也发生变化；在高频段，电压放大倍数随频率的升高而减小，相移也发生变化。 多级放大电路的级数越多，通频带越窄。,第3章 场效应管及其基本放大电路,学习目标,了解场效应管的结