放大电路的动态分析课件.ppt

1、放大电路的动态分析放大电路的动态分析 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。一个线性元件。晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。似代替。利用放大电路的微变等效电路分析利用放大电路的微变等效电路分析计算计算放大电路放大电路电压放大倍数电压放大倍数Au、输入电阻、输入电阻ri、输出电阻、输出电阻ro等。等。)mA

2、()mV(26)1()(200EbeIr CEBBEbeUIUr CEbbeUiu OCEBCUII CEbcUii BCCEceIIUr BcceIiu OibicicBCEib ib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-rbeBEC 晶体管的晶体管的B、E之间之间可用可用rbe等效代替。等效代替。晶体管的晶体管的C、E之间可用一之间可用一受控电流源受控电流源ic=ib等效代替。等效代替。ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiiRBRCuiuORL+-RSeS+-ibicBCEiiibiceSrbe ibRBRCRL

3、EBCui+-uo+-+-RSiiiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+-+-+-RSbebirIU LcoRIU beLrRAu LCL/RRR io :UUAu 定义定义Lb RI rbebeCrRAu iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+-+-+-RS LcoRIU LCL/RRR io :UUAu 定义定义Lb RI rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSiUiIbIcIoUbISEeIREEebebiRIrIU Ebbeb)1(RIrI EbeL)1(RrRAu iii IUr 输输入入电电阻阻SESRiIiUirSESRiIiUiiIUri be

4、B/rR 时时，当当beBrR bRiBIIU EebebiRIrIU Ebbeb)1(RIrI Ebeib)1(RrUI EbeBi)1(/RrRr beirr rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSiUiIbIcIoUbISEeIREiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+-+-+-RSririBRIBRIoUoEoooIUr 输输出出电电阻阻：oUSEiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+-+-+-RSCoooRIUr 例例3：求求ro的步骤：的步骤：1)断开负载断开负载RLoU3)外加电压外加电压oI4)求求or外加外加oICRcoIII bcII Co

5、RCRUI 0 0 cb II所所以以2)令令 或或0i U0S ErbeRBRLEBC+-+-+-RSiUbIcIoUbISEeIREiIERbbo IIII EoSBbeoSBbeoRUR/RrUR/RrU ESbeo1/11RRRrr 外加外加oIor1)断开负载断开负载RLoU3)外加电压外加电压oI4)求求2)令令 或或0i U0S EERIQuCE/VttiB B/AIBtiC C/mAICiB B/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo动画动画Q2uoUCEQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOO

6、Q1动画动画uiuotiB B/AiB B/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC C/mAuCE/VOOUCE 在固定偏置放大电路中，在固定偏置放大电路中，当温度升高时，当温度升高时，UBE、ICBO 。上式表明，当上式表明，当UCC和和 RB一定时，一定时，IC与与 UBE、以及以及 ICEO 有关有关，而这三个参数随温度而变化。，而这三个参数随温度而变化。CBOBBECCCEOBC)1(IRUUIII 温度升高时，温度升高时，IC将增加，使将增加，使Q点沿负载线上移。点沿负载线上移。iCuCEQQ 固定偏置电路的工作点固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置

7、电路。当温度升点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使高使 IC 增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变点的变化，保持化，保持Q点基本稳定。点基本稳定。OB2II 若若满满足足：基极电位基本恒定，基极电位基本恒定，不随温度变化。不随温度变化。2B2BRIV 2B1BCC21RRUII CC2B1B2BBURRRV VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+VBEBEBECRUVII BEBUV 若若满满足足：EBEBEBEC RVRUVII RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+IC

8、RSeS+从从Q点点稳定的角度来稳定的角度来看似乎看似乎I2、VB越大越好。越大越好。但但 I2 越大，越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。损耗，降低输入电阻。而而VB过高必使过高必使VE也增也增高，在高，在UCC一定时，势一定时，势必使必使UCE减小，从而减减小，从而减小放大电路输出电压的小放大电路输出电压的动态范围。动态范围。I2=(5 10)IB，VB=(5 10)UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。的阻值一般为几十千欧。VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+VEVBRB1RCC1C2R

9、B2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+TUBEIBICVEICVB 固定固定CC2B1B2BURRRVB EBEBECRUVII CBII EECCCCCERIRIUU VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+对交流：对交流：旁路电容旁路电容 CE 将将R 短路短路，R 不起不起作用作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同与固定偏置电路相同。如果去掉如果去掉CE，Au，ri，ro？旁路电容旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+2B1

10、BB/RRR iUiIbIcIoUbISEeIBRIEbeL)1(RrRAu beLrRAu EbeB2B1i)1(R/R/Rrr CoRr beBir/Rr CoRr？即即：Sos EUAu考虑信号源内阻考虑信号源内阻RS 时时iSibeLs rRrrRAu 所以所以SosEUAu SiioEUUU SiEUAu iSiSirRrEU irRB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6k,RE1=300，RE2=2.7k，RB1=60k，RB2=20k RL=6k，晶体管，晶体管=50，UBE=0.6V,试

11、求试求:(1)(1)静态工作点静态工作点 IB、IC 及及 UCE；(2)(2)画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3)(3)输入电阻输入电阻ri、ro及及 Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL+UCCuiuo+RE2V3V12206020CCB2B1B2B URRRVmA8.0 mA36.03EBEBEC RUVII A16 A500.8CB IIV8.4V38.068.012)(1E1EECCCCCE RRIRIUURB1RCRB2RE1+UCCRE2+UCEIEIBICVBk6Co Rrk86.18.02651200I26)1(200Ebe rk 15/2B1BB RRR其其中

12、中 EbeBi)1(/RrRr k03.8 EbeL)1(RrRAu 69.8 iUiIbIcIoUbISEeIBRIRB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RSEBBECCB)1(RRUUI BE)1(II EECCCERIUU +UCCRBR+UCE+UBEIIBICRB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RSLEL/RRR LeoRIU Lb1RI ）（LebebiRIrIU Lbbeb)1(RIrI LbbebLb)1()1(RIrIRIAu LbeL)1(1RrR ）（rbeRBRLEBC+-+-+-RSiUbIcIoUbISEeIREiIrbeRBRLEBC+-+-+-RS

13、iUbIcIoUbISEeIREiIiBi/rRr LbeBi)1(/RrRr LbebLEebebbii)1(/RrIRRIrIIUr LEL/RRR irir 1sbeoRrrSBS/RRR RrRr 1/sbeEosbeE)1 (RRr 通通常常：rbeRBRLEBC+-+-+-RSiUbIcIoUbISEeIREiIorLbeL)1()1(RrRAu LbeBi)1(/RrRr Rrr 1sbeo.在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V,RE=2k,RB=200k，RL=2k，晶体管，晶体管=60，UBE=0.6V,信号源内阻信号源内阻RS=100，试求试求:(1)

14、静态工作点静态工作点 IB、IE 及及 UCE；画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3)Au、ri 和和 ro。RB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RSmA035.0mA260)(12006.012)(1EBBECCB RRUUImA14.2 0.035mA60)(1 )(1BE II V727V142212EECCCE.RIUU +UCCRBR+UCE+UBEIIBIC3.176010094.0Sbeo Rrrk94.024.1266120026)(1200Ebe Ir LbeBi)1(/RrRr k7.41 LbeL)1()(1RrRAu 98.0 rbeRBRLEBC+-+-+

15、-RSiUbIcIoUbISEeIRE 多级放大器的分析多级放大器的分析i.o.uUUA o1.o.i.o1.UUUU u2u1AA 前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗 后级的输入阻抗是前级的负载后级的输入阻抗是前级的负载1.两级之间的相互影响两级之间的相互影响2.电压放大倍数（以两级为例）电压放大倍数（以两级为例）注意：在算前级放大注意：在算前级放大倍数时，要把后级的倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的输入阻抗作为前级的负载！负载！unu2u1uAAAA 扩展到扩展到n级：级：+io1Ruo1-u+i1Ro2oR-LuuRA2+o1i2oRR-u+负载o2A1i

16、R3.输入电阻输入电阻4.输出电阻输出电阻Ri=Ri（最前级）（最前级）(一般情况下）一般情况下）Ro=Ro（最后级）（最后级）(一般情况下）一般情况下）+io1Ruo1-u+i1Ro2oR-LuuRA2+o1i2oRR-u+负载o2A1iR两级之间通过耦合电容两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接与下级输入电阻连接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+oU1OUiUSEB1R B2R T1T2 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，通路互不相通，。RB1RC1C1C2RB2CE1R

17、E1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+oU1OUiUSEB1R B2R T1T2第一级第一级第二级第二级212ioi1oiouuuAAUUUUUUA 电电压压放放大大倍倍数数2ir1bI2bI1cI2cIrbeRB2RC1EBC+-+-+-RSiUiI1oU1b1ISErbeRC2RLEBC+-oU2b2IB1R B2R RB12i1C1L/rRR 1be1L1io11rRUUAu be2L222io2rRUUAu 1iirr 2oorr L2CL2/RRR 如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1=2=50,T1和和T2均为均为3DG8D。RB1C1C2R

18、E1+RC2C3CE+24V+oUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 解解:(1)两级放大电路的静态值可分别计算。两级放大电路的静态值可分别计算。A8.9mA2750)(110000.624)(1E1B1BECCB1 RRUUImA 49.0mA 0098.050)(1)1(B1E1 II V77.10V2749.024E1E1CCCE RIUU RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+oUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k V26.843V438224B2B2

19、B1CCB2 RRRUVmA 96.0mA5.751.06.026.8E2E1BE2B2C2RRUVIRB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+oUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 解解:A 2.19mA5096.02C2B2 IIV71.6)V5.751.010(96.024)(E2E1C2C2CCCE2RRRIUURB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+oUiUB1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 解解:2bI2cIrbe2RC2oUrbe1iURB1B1R

20、 2BR 1bI2bI1bI1cIRE11oU+_+_+_2ER 由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等等于第一级的输入电阻于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它。第一级是射极输出器，它的输入电阻的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻是第二级输入电阻 ri2。2ir1iirr 2bI2cIrbe2RC2oUrbe1iURB1B1R 2BR 1bI2bI1bI1cIRE11oU+_+_+_2ER(2)计算计算 r i和和 r 0 k58.196.0265120026)1(200Eb

21、e2 Ir k 14)1(/E2be2B2B12RrRRri k 22.9k14271427/i2E1L1 rRR2ir k 349 02650)(120026)(1200rE11be1 .I k 320)1(/L1be1B1i1i RrRrr 2oorr k10C2o2o Rrr2bI2cIrbe2RC2oUrbe1iURB1B1R 2BR 1bI2bI1bI1cIRE11oU+_+_+_2ER(3)(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数 994 022 950)(1322 9)501()1()1(L111beL111u.RrRA 2bI2cIrbe2

22、RC2oUrbe1iURB1B1R 2BR 1bI2bI1bI1cIRE11oU+_+_+_2ER(3)(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数2bI2cIrbe2RC2oUrbe1iURB1B1R 2BR 1bI2bI1bI1cIRE11oU+_+_+_2ER 1851.050)(179.11050)1(2E2be22C2RrRAu总电压放大倍数总电压放大倍数9.1718)(994.021 uuuAAA将前级的输出端直接接后级的输入端。将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号

23、。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE2指输入信号电压为零时，输出电压发生指输入信号电压为零时，输出电压发生 缓慢地、无规则地变化的现象。缓慢地、无规则地变化的现象。uotO晶体管参数随温度变化、电源电压晶体管参数随温度变化、电源电压 波动、电路元件参数的变化。波动、电路元件参数的变化。1.前后级静态工作点相互影响前后级静态工作点相互影响 直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。信号电压还是漂移电压。一般用输出漂移电压折合到

24、输入端的等效漂移电一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标。压作为衡量零点漂移的指标。uAuuodId 只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。大后的有用信号才能被很好地区分出来。电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。应电阻元件的参数值都相等。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2两个输入两个

25、输入两个输出两个输出两管的两管的静态静态工作点相同工作点相同uo=VC1 VC2 =0uo=(VC1+VC1 )(VC2+VC2)=0静态时静态时，ui1=ui2 =0当温度升高时当温度升高时ICVC （两管变化量相等）（两管变化量相等）+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+ui1ui2+T2+共模信号共模信号 需要抑制需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2+差模信号差模信号 是有用信号是有用信号例例1:ui1=10 mV,ui2=6 mV ui2=8 mV 2 mV 例例2:ui

26、1=20 mV,ui2=16 mV 可分解成可分解成:ui1=18 mV +2 mV ui2=18 mV 2 mV 可分解成可分解成:ui1=8 mV +2 mV 这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。系统中是常见的。（Common Mode Rejection Ratio)CdCMRAAK)(lg20(dB)CdCMR分贝AAK 若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数 Ac=0 输出电压输出电压 若电路不完全对称，则若电路不完全对称，则 Ac 0，实际输出电压实际输出电压 即共模信号对输出有影响即

27、共模信号对输出有影响。+Uuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+TEE+稳定静态工作点，限制每个管子的稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。漂移。EE：用于补偿：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。上的压降，以获得合适的工作点。电电源源供供给给的的直直流流功功率率率率负负载载得得到到的的交交流流信信号号功功 ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管在输入信号晶体管在输入信号的整个周期都导通的整个周期都导通静态静态IC较大，波形较大，波形好好,管耗大效率低。管耗大效率低。晶体管只在输入信号晶体管只在输入信号的半个周期内导通，的半个周期内导通，静态静态I

28、C=0，波形严重，波形严重失真失真,管耗小效率高。管耗小效率高。晶体管导通的时间大于晶体管导通的时间大于半个周期，静态半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。一般功放常采用。互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器于省去了变压器而被称为无输出变压器()电路，简称电路，简称OTL电路。若互补对称电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容输出电容(电路，简称电路，简

29、称OCL电电路。路。OTL电路采用单电源供电，电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源电路采用双电源供电。供电。T1、T2的特性一致；的特性一致；一个一个NPN型、一个型、一个PNP型型两管均接成射极输出器；两管均接成射极输出器；输出端有大电容；输出端有大电容；单电源供电。单电源供电。ui=02 CCCUu 2CCAUV,IC1 0，IC2 0OTL原理电路原理电路RLuIT1T2+UCCCAuo+-+-RLuiT1T2Auo+-+-设输入端在设输入端在UCC/2 直流基础上加入正弦信号。直流基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则

30、负载上得到的交流信号正负半周对称。则负载上得到的交流信号正负半周对称。ic1ic2交流通路交流通路uo 当输入信号当输入信号ui为正弦波时，为正弦波时，输出信号在过零前后出现的输出信号在过零前后出现的失真称为交越失真。失真称为交越失真。由于晶体管特性存在非线性，由于晶体管特性存在非线性，ui 0 时，时，P P型衬底中的电子受到电场力的吸型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；N型导电沟道型导电沟道EGP型硅衬底型硅衬底N+N+GSD+UGSED+N型导电沟道型导电沟道当当UGS UGS(th(th）后，场后，场效应管才形成导

31、电沟道，效应管才形成导电沟道，开始导通，开始导通，若漏若漏源之间源之间加上一定的电压加上一定的电压UDS，则，则有漏极电流有漏极电流ID产生。在产生。在一定的一定的UDS下下漏极电流漏极电流ID的大小与栅源电压的大小与栅源电压UGS有有关。所以，场效应管是关。所以，场效应管是一种电压控制电流的器一种电压控制电流的器件。件。在一定的漏在一定的漏源电压源电压UDS下，使管子由不导通变下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(thth）。有导电沟道有导电沟道无导电无导电沟道沟道UDSUGS/ID/mAUDS/Vo oUGS=1VUGS=2VUGS=3

32、VUGS=4VN型衬底型衬底P+P+GSD符号：符号：结构结构SiO2绝缘层绝缘层加电压才形成加电压才形成 P型导电沟道型导电沟道 增强型场效应管只有当增强型场效应管只有当时才形成导时才形成导电沟道。电沟道。GSD符号：符号：SiO2绝缘层中绝缘层中掺有正离子掺有正离子予埋了予埋了N型型 导电沟道导电沟道 由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在UGS=0时，时，若漏若漏源之间加上一定的电压源之间加上一定的电压UDS，也，也会有漏极电流会有漏极电流 ID 产生。产生。当当UGS达到一定达到一定负值时，负值时，N型导电沟道消失，型导电沟道消失，ID=0，称

33、为场效应管处于夹断状态（即截止）。称为场效应管处于夹断状态（即截止）。这时的这时的UGS称为夹断电压，用称为夹断电压，用UGS(off(off）表示。表示。夹断电压夹断电压 耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反时就有导电沟道，加反向电压到一定值时才能夹断。向电压到一定值时才能夹断。UGS(off)转移特性曲线转移特性曲线0ID/mA UGS/V-1-2-34812161 2U DSUGS=0UGS0漏极特性曲线漏极特性曲线0ID/mA16 201248121648IDSS符号：符号：GSD予埋了予埋了P P型型 导电沟道导电沟道SiO2绝缘层中绝缘层中掺有负离子掺有负离子G

34、SDGSDN沟道沟道GSDGSDP沟道沟道DSGSm UDUIg 20020 mA/V51m g421010 1471010 对应电极对应电极 BEC GSD 2GS(OFF)GSDSSD)1(UUII 2GSD)41(8 UISDDDG2G1G2GSRIURRRU 2GS(OFF)GSDSSD)1(UUII )/(LDmioRRgUUAu gsiUU)(LDdR/RIUo RG1RDRG2RG+RL+SDGTOUiUdI)(LDgsmR/RUg )/(G2G1GiRRRr DORr 输入电阻输入电阻3.源极输出器源极输出器+UDD RSC2C1RG1RG2RG+RLuiuo+RG1RSRG2RG+RL+SDGTOUiUSI+gsU交流通路交流通路1)/(1)/(LSmLSmio RRgRRgUUAuogsiUUU )(LSSR/RIUo)(LSgsmR/RUg 电压放大倍数电压放大倍数)/(LSgsmgsRRUgU CDDSDSGS uiuRU DS1V1.5VUGS=0.5V0ID/mA16 2012481216482V2.5VUi Uo|UGS|RDS Au Uo +UCC 放大器放大器 整流滤整流滤 波电路波电路uoui