《模电 电子线路线性部分第五版 主编 冯军 谢嘉奎第四章课件(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电 电子线路线性部分第五版 主编 冯军 谢嘉奎第四章课件(1)（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 4 章放大器基础,概述,4.1偏置电路和耦合方式,4.2放大器的性能指标,4.3基本组态放大器,4.4差分放大器,4.5电流源电路及其应用,4.6集成运算放大器,4.7放大器的频率响应,概 述,在广播、通信、自动控制、电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。,放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的主要功能是将输入信号进行不失真的放大。,第 4 章放大器基础,按信号强弱分：,小信号放大器,大信号放大器,按电路结构分：,直流放大器,交流放大器,(线性放大器),(非线性放大器),(多用于集成电路),(多用于分立元件电路),放大器分类,按信号特征分：,宽带 放大器,音频放大器,视频放
2、大器,脉冲放大器,谐振放大器,(放大语音信号),(放大图像信号),(放大脉冲信号),(放大高频载波信号),第 4 章放大器基础,放大器组成框图,第 4 章放大器基础,4.1偏置电路和耦合方式,4.1.1偏置电路,设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。,对偏置电路的要求,提供合适的 Q 点，保证器件工作在放大模式。,例如：偏置电路须保证三极管 E 结正偏、C 结反偏。,当环境温度等因素变化时，能稳定电路的 Q 点。,例如：温度升高，三极管参数 、ICBO、VBE(on)，,而这些参数的变化将直接引起 Q 点发生变化。,当 Q 点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或截止失真。,第 4 章放大器
3、基础,Q,ICQ,VCEQ,Q 点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。,Q 点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。,Q 点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。,Q,Q,第 4 章放大器基础,O,三极管偏置电路,(1)固定偏流电路,Q 点估算：,电路优点：,Q 点设置方便，计算简单。,电路缺点：,不具有稳定 Q 点的功能。,T 时 、ICBO、VBE(on),ICQ,Q 点升高,第 4 章放大器基础,(2)分压偏置电路,Q 点估算：,电路优点：,T ICQ,(固定),具有稳定 Q 点的功能。, VEQ( = ICQRE), VBEQ(= VBQ - VEQ),IBQ,ICQ,假设
4、 I1 IBQ,则,第 4 章放大器基础,存在问题：,工程上，常选用：,RE 越大,VBEQ 越大, Q 点越稳定,VCEQ 越小, 输出动态范围越小,VEQ = 0.2VCC,或,VEQ = 1 3 V,RB1、RB2 过大, 不满足 I1 IBQ,工程上，常选用：,I1 = (5 10)IBQ,则 VBQ 不稳定,RB1、RB2 过小, 放大器 Ri 减小,第 4 章放大器基础,场效应管偏置电路,(1)分压偏置电路,Q 点估算：,电路特点：,分压偏置电路不仅适用于三极管，同时适用于各种类型的场效应管。,第 4 章放大器基础,(2)自偏置电路,Q 点估算：,电路特点：,故自偏置电路只适合于耗
5、尽型场效应管。,由于 VDS 与 VGS 极性始终相反，,例如，JFET、DMOS 管。,第 4 章放大器基础,(3)零偏置电路,Q 点估算：,电路特点：,由于 VGS = 0，故零偏置电路只适合耗尽型 MOS 管。,由于 RS = 0，故该电路不具有稳定 Q 点的功能。,第 4 章放大器基础,4.1.2耦合方式,放大器与信号源、放大器与负载以及放大器级与级之间的连接方式称为耦合方式。,交流信号正常传输。,为保证交流信号正常传输、不失真放大，耦合方式必须保证：,尽量减小有用信号在传输过程中的损失。,实际电路常采用两种耦合方式：,集成电路中广泛采用的一种耦合方式直接耦合。,具有隔直流作用的耦合方
6、式电容耦合、变压器耦合。,第 4 章放大器基础,电容耦合,直流工作时：,由于 CB、CC 具有隔直流作用，,因此信号源不影响放大器 Q 点正常设置，且各级 Q 点相互独立。,交流工作时：,由于 CB 较大，在信号频率上近似看作短路。,因此，CB 的接入不会影响信号的正常传输。,电路缺点：,体积大，不易集成。,第 4 章放大器基础,直接耦合,各级之间不经过任何元件直接相连。,直接耦合方式：,电路优点：,频率特性好，便于集成。,存在问题：,第 4 章放大器基础,级间直流电平配置问题一,结果：T1 管 Q 点靠近饱和区，输出易出现失真。,由图,若 RE2 = 0，,后级接入 RE，扩大前级动态范围。
7、,解决方法：,第 4 章放大器基础,级间直流电平配置问题二,工作在放大模式时：,加电平位移电路,解决方法：,由图,越往后级 VBQ3, ICQ3, VCEQ3, 输出动态范围 ,第 4 章放大器基础,采用 PNP 管的电平位移电路：,利用 NPN 管与 PNP 管电位极性相反的特点，将直流电平下移，扩大后级的输出动态范围。,VCQ1 VBQ1,放大模式 NPN 管,放大模式 PNP 管,VCQ2 VBQ2 = VCQ1,第 4 章放大器基础,零点漂移问题,零点漂移：指 vi = 0 时，输出端静态电压的波动。,第一级采用低温漂的差分放大器。,解决方法：, 则第一级 Q 点变 (VCEQ1 +
8、V)，,温度漂移：因温度变化引起的漂移，简称温漂。,温漂危害：,若温度变,淹没有用信号。,例如：假设直接耦合放大器原输出端静态电压为 VCEQn，,V 经后级逐级放大, 输出静态电压变为 (VCEQn + AvnV),当漂移严重即 V 较大时，温漂信号有可能淹没有用信号，使电路丧失对有用信号的放大能力。,电容耦合放大器由于电容的隔直作用，温漂很小，可忽略。,第 4 章放大器基础,放大器的组成原则：,直流偏置电路(即直流通路)要保证器件工作在放大 模式。,交流通路要保证信号能正常传输，即有输入信号 vi 时，应有 vo 输出。,判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它的直流通路与交流通路是否合
9、理。若有任何一部分不合理，则该电路就不具有放大作用。,元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，即电 路需提供合适的 Q 点及足够的放大倍数。,第 4 章放大器基础,就信号而言，各种小信号放大器均可统一表示为有源线性四端网络：,4.2放大器的性能指标,反映放大器性能的主要指标有：,增益 A。,输入电阻 Ri 、,输出电阻 Ro、,第 4 章放大器基础,4.2.1输入电阻、输出电阻、增益,输入电阻,对输入信号源而言，放大器相当于它的一个负载，而这个等效负载电阻就是放大器输入电阻 Ri 。,定义,上式中，Ri 表示本级电路对输入信号源的影响程度。,第 4 章放大器基础,输出电阻,对输出负载而言(根据
10、戴维宁定理和诺顿定理)，任何放大器均可看作它的信号源，该信号源内阻即放大器输出电阻 Ro 。,vot ：负载开路时 vi 或 ii 在电路输出端产生的开路电压。,ion ：负载短路时 vi 或 ii 在电路输出端产生的短路电流。,第 4 章放大器基础,输出电阻 Ro 计算：,令负载电阻 RL 开路，信号源为零。,在输出端外加电压 v，则产生电流 i。,定义,Ro 反映放大器受负载电阻 RL 的影响程度。,第 4 章放大器基础,小信号放大器四种电路模型,第 4 章放大器基础,放大器的增益：,增益(放大倍数),不同类型放大器输入、输出电量不同，故增益的含义不同。,即放大器输出信号变化量与输入信号变
11、化量的比值。,A = xo / xi,电压放大器,电压增益：,开路电压增益：,源电压增益：,Ro 越小，RL 对 Av 影响越小。,Ri 越大，RS 对 Avs 影响越小。,第 4 章放大器基础,电流放大器,电流增益：,短路电流增益：,源电流增益：,Ri 越小，RS 对 Ais 影响越小。,Ro 越大，RL 对 Ai 影响越小。,互导放大器,互导增益：,互阻放大器,互阻增益：,第 4 章放大器基础,理想放大器性能特点,电压放大器：,Ri 0、Ro 、 Ai 大且不随 RL 和信号源而变化。,电流放大器：,Ri 、Ro 0、 Av 大且不随 RL 和信号源而变化。,互导放大器：,Ri 、Ro 、
12、Ag 大且不随 RL 和信号源而变化。,互阻放大器：,Ri 0、 Ro 0、 Ar 大且不随 RL 和信号源而变化。,第 4 章放大器基础,多级放大器可拆分成单级电路进行分析：,将后级输入电阻作为前级的负载电阻。,多级放大器,将前级带负载后的输出电压作为后级输入电压。,第 4 章放大器基础,4.2.2放大器的失真,频率失真,放大器的失真是指输出信号不能重现输入信号波形的一种物理现象。,失真类型,一般而言，放大器中含有电抗元件。在正弦信号激励下，不同频率呈现不同电抗，因而放大器增益应为频率的复函数：,第 4 章放大器基础,波特图,在半对数坐标纸上描绘的频率特性曲线即波特图。,(对数刻度),(对数
13、刻度),(线性刻度),(线性刻度),增益分贝值：,通频带：,对应上限频率 fH,及下限频率 fL 。,fH,fL,第 4 章放大器基础,频率特性的三个频段,中频段：通频带以内的区域。,放大器的增益、相角均为常数，不随 f 变化。,特点：,原因：,所有电抗影响均可忽略不计。,高频段： f fH 的区域。,频率增大，增益减小并产生附加相移。,特点：,原因：,极间电容容抗 分流 不能视为开路。,即极间电容开路、耦合旁路电容短路。,低频段： f fL 的区域。,频率减小，增益降低并产生附加相移。,特点：,原因：,耦、旁电容容抗 分压 不能视为短路。,第 4 章放大器基础,幅度失真与相位失真,实际输入信
14、号含有众多频率分量，当通过放大器时：,若不同频率信号呈现不同增益,幅度失真,相位失真,幅度失真与相位失真统称放大器的频率失真。,若不同频率信号呈现不同相角,由于频率失真由线性电抗元件引起，故称线性失真。,注意：线性失真不产生新的频率成分。,一般音频放大器的频率失真主要指幅度失真。,视频放大器的频率失真则包括幅度失真与相位失真。,第 4 章放大器基础,指放大脉冲信号时，电抗元件上的电压或电流不能突变而引起的失真。,瞬变失真,第 4 章放大器基础,非线性失真,非线性失真由三极管产生，它产生了新的频率成份。,假设三极管基射间外加电压：,则,利用傅里叶级数展开得：,非线性失真系数：,第 4 章放大器基
15、础,根据三极管(场效应管)在放大器中的不同接法，放大器分为三种基本组态。,4.3基本组态放大器,无论何种组态放大器，分析方法均相同。,1)由直流通路确定电路静态工作点。,注意：,2)由交流通路画出小信号等效电路，并进行分析。,第 4 章放大器基础,共发射极放大器,4.3.1三种组态放大器的实际电路,第 4 章放大器基础,共基极放大器,第 4 章放大器基础,共集电极放大器,第 4 章放大器基础,共发电路性能分析,4.3.2共发、共基和共集放大器的性能,画微变等效电路,分析电路输入、输出电阻,第 4 章放大器基础,共发电路电流增益,通常RB rbe,第 4 章放大器基础,短路电流增益,共发电路电压
16、增益,开路电压增益,源电压增益,第 4 章放大器基础,1)既有电压放大作用、又有电流放大作用。,2)输出电压与输入电压反相。,共发电路提供的最大电压增益,若采用有源负载作为 RC，可使 RC rce,因此,由于厄尔利电压 |VA|VT ，因此共发电路提供的 Av 很大，且其值与静态电流 ICQ 无关。,共发电路特点,第 4 章放大器基础,共基电路性能分析,画微变等效电路(忽略 rce 影响),共基电路输入电阻,第 4 章放大器基础,共基电路输出电阻,共基电路电流增益,短路电流增益,第 4 章放大器基础,共基电路电压增益,共基电路特点,1)有电压放大作用、但无电流放大作用。,2)输出电压与输入电压同相。,3)输入电阻低、输出电阻高。,第 4 章放大器基础,考虑 rce 时共基电路输出电阻,令 vs = 0、RL 开路，画出求 Ro 的等效电路。,得,因此,第 4 章放大器基础,共集电路性能分析,画微变等效电路,共集电路输入电阻(忽略 rce),第 4 章放大器基础,共集电路输出电阻,令 vs = 0、RL 开路，画出求 Ro
