1、第2章 基本放大電路,1. 放大電路的工作原理,2. 放大電路的靜態(tài)分析,3. 放大電路的動態(tài)分析,5. 共集放大電路,6. 多級放大電路,7. 差分放大電路,4. 共射放大電路,大寫字母及大寫下標(biāo)，如UBE表示直流信號； 小寫字母及小寫下標(biāo)，如uo 表示交流信號； 大寫字母及小寫下標(biāo)，如Uo 表示交流信號有效值； 小寫字母大寫下標(biāo)，如uBE表示疊加的交直流信號。,關(guān)于本章文字符號的約定,2.1 放大電路的工作原理,放大器的作用：把微弱的電信號（電壓、電流和功率）放大到所需的量級。,（一）電路結(jié)構(gòu),下一節(jié),上一頁,下一頁,晶體管T-放大元件, iC= iB。要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體

2、管工作在放大區(qū) 。,基極電阻RB-使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。一般為幾百k。,基本共射極放大電路,電源UCC -為電路提供能量。,集電極電阻RC-將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。一般為k。,耦合電容C1 、C2 -隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，同時使信號順利輸入、輸出。一般為微法級。,（一）電路結(jié)構(gòu),(二)信號放大過程,靜態(tài)：未加輸入信號時放大器的工作狀態(tài)。 動態(tài)：加上輸入信號時放大器的工作狀態(tài)。,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),簡化后的基本共射放大電路,基本共射放大電路的電壓放大過程,無輸入信號(ui = 0)時:,uo = 0 uBE = UBE uCE = U

3、CE,結(jié)論：,無輸入信號電壓時，三極管各電極都是恒定的 電壓和電流:IB、UBE和 IC、UCE 。,(IB、UBE) 和(IC、UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點，稱為靜態(tài)工作點。,UBE,無輸入信號(ui = 0)時:,uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,？,有輸入信號(ui 0)時,uCE = UCC iC RC,uo 0 uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo,結(jié)論：,加上輸入信號電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個交流量，但方向始終不變。,+,集電極電流,直流分量,交流分量,動態(tài)分析,靜態(tài)分析,結(jié)論：,

4、若參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓可比輸入電壓大，即電路具有電壓放大作用。,輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180,即共發(fā)射極電路具有反相作用。,直流通路和交流通路,因電容對交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流分量不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路。這樣，交直流所走的通路是不同的。,直流通路：無信號時電流（直流電流）的通路， 用來計算靜態(tài)工作點。,交流通路：有信號時交流分量（變化量）的通路， 用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、 輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。,例：畫出下圖放大電路的直流通路,直流通路,直流通路用來計算靜態(tài)工作點Q ( IB 、 IC 、 UCE ),對直流信

5、號電容 C 可看作開路（即將電容斷開）,斷開,斷開,對交流信號(有輸入信號ui時的交流分量),XC 0，C 可看作短路。忽略電源的內(nèi)阻，電源的端電壓恒定，直流電源對交流可看作短路。,短路,短路,對地短路,交流通路,交流通路用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。,靜態(tài)：放大電路無信號輸入（ui = 0）時的工作狀態(tài)。,分析方法：估算法、圖解法。 分析對象：各極電壓電流的直流分量。 所用電路：放大電路的直流通路。,設(shè)置Q點的目的： 使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，放大信號不失真,是動態(tài)的基礎(chǔ)。,靜態(tài)工作點Q：IB、IC、UCE 。,靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值。,2.2 放大電路的

6、靜態(tài)分析,1. 直流通路估算 IB,根據(jù)電流放大作用,2. 由直流通路估算UCE、IC,當(dāng)UBE UCC時，,由KVL: UCC = IB RB+ UBE,由KVL: UCC = IC RC+ UCE,所以 UCE = UCC IC RC,用估算法確定靜態(tài)值（基本共射極放大電路）,(一)靜態(tài)工作點的確定,例1：用估算法計算靜態(tài)工作點。,已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。,解：,注意：電路中IB 和 IC 的數(shù)量級不同,例2：用估算法計算圖示電路的靜態(tài)工作點。,由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時，計算靜態(tài)值的公式也相應(yīng)發(fā)生變化。,由KVL可得：,由KVL可得：,下一節(jié),

7、上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),圖解法,圖解法確定靜態(tài)值的優(yōu)點：能直觀地分析和了解靜態(tài)值的變化對放大電路的影響。,用圖解法確定靜態(tài)值（基本共射極放大電路）,直流負(fù)載線斜率,直流負(fù)載線,由IB確定的那條輸出特性與直流負(fù)載線的交點就是Q點,O,動態(tài)分析圖解法,RL=,由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù)。,如果Q設(shè)置不合適，晶體管進入截止區(qū)或飽和區(qū)工作，將造成非線性失真。,若Q設(shè)置過高，,晶體管進入飽和區(qū)工作，造成飽和失真。,適當(dāng)減小基極電流可消除失真。,(二)靜態(tài)工作點的影響(非線性失真的產(chǎn)生與克服）,非線性失真,若Q設(shè)置過低，,晶體管進入截止區(qū)工作，造成截止失真。,適當(dāng)

8、增加基極電流（減小RB)可消除失真。,如果Q設(shè)置合適，輸入信號幅值過大也可產(chǎn)生失真，減小輸入信號幅值可消除失真。,2.3 放大電路的動態(tài)分析,(一)放大器的主要性能指標(biāo),(1) 電壓放大倍數(shù) Au：,絕對值：,分貝值：,對于正弦交流信號：,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),(2)輸入電阻 ri：,對于正弦交流信號：,當(dāng)信號源有內(nèi)阻時：,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),圖 2.3.1 輸入電阻和輸出電阻,(3) 輸出電阻 ro ：,對于正弦交流信號 ：,放大器輸出端開路電壓：,（受控電壓源）,當(dāng)輸出端接有負(fù)載時：,放大器的電壓放大倍數(shù)：,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),圖

9、9.3.1 輸入電阻和輸出電阻,(4) 放大電路的頻率特性,幅頻特性,相頻特性, 放大器只有工作在通頻帶范圍內(nèi)才能避免產(chǎn)生頻率失真。,圖 9.3.2 放大電路的頻率特性,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),(二)放大電路的微變等效電路,(1)晶體管小(微變)信號等效模型,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),微變等效電路： 把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個線性電路。即把非線性的晶體管線性化，等效為一個線性元件。,線性化的條件： 晶體管在小信號（微變量）情況下工作。因此，在靜態(tài)工作點附近小范圍內(nèi)的特性曲線可用直線近似代替。,晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。,當(dāng)信號很

10、小時，在靜態(tài)工作點附近的輸入特性在小范圍內(nèi)可近似線性化。,晶體管的微變等效電路,UBE,對于小功率三極管：,rbe一般為幾百歐到幾千歐。,微變等效電路法,輸入回路,Q,輸入特性,晶體管的 輸入電阻,晶體管的輸入回路(B、E之間)可用rbe等效代替，即由rbe來確定ube和 ib之間的關(guān)系。,輸出回路,rce愈大，恒流特性愈好 因rce阻值很高，一般忽略不計。,晶體管的輸出電阻,輸出特性,輸出特性在線性工作區(qū)是一組近似等距的平行直線。,晶體管的電流放大系數(shù),晶體管的輸出回路(C、E之間)可用一受控電流源 ic= ib等效代替，即由來確定ic和 ib之間的關(guān)系。,一般在20200之間，在手冊中常用

11、hfe表示。,O,ib,晶體三極管,微變等效電路,晶體管的微變等效電路,晶體管的B、E之間可用rbe等效代替。,晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=ib等效代替。,放大電路的微變等效電路,將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。,交流通路,微變等效電路,分析時假設(shè)輸入為正弦交流，所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。,微變等效電路,放大電路的微變等效電路,電壓放大倍數(shù)的計算,當(dāng)放大電路輸出端開路(未接RL)時，,因rbe與IE有關(guān)，故放大倍數(shù)與靜態(tài) IE有關(guān)。,負(fù)載電阻愈小，放大倍數(shù)愈小。,式中的負(fù)號表示輸出電壓的相位與輸入相反。,例1：,電壓放大倍數(shù)的

12、計算,例2：,由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時，計算電壓放大倍數(shù) Au 的公式也不同。要根據(jù)微變等效電路找出 ui與ib的關(guān)系、 uo與ic 的關(guān)系。,放大電路輸入電阻的計算,放大電路對信號源(或?qū)η凹壏糯箅娐?來說，是一個負(fù)載，可用一個電阻來等效代替。這個電阻是信號源的負(fù)載電阻,也就是放大電路的輸入電阻。,定義：,輸入電阻是對交流信號而言的，是動態(tài)電阻。,輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)。電路的輸入電阻愈大，從信號源取得的電流愈小，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻。,例1：,放大電路輸出電阻的計算,放大電路對負(fù)載(或?qū)蠹壏糯箅娐?來說，是一個信號源，可以將它進行戴維寧等效，

13、等效電源的內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。,定義：,輸出電阻是動態(tài)電阻，與負(fù)載無關(guān)。,輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的參數(shù)。電路的輸出電阻愈小，負(fù)載變化時輸出電壓的變化愈小，因此一般總是希望得到較小的輸出電阻。,共射極放大電路特點： 1. 放大倍數(shù)高; 2. 輸入電阻低; 3. 輸出電阻高.,例3：,求ro的步驟： 1) 斷開負(fù)載RL,3) 外加電壓,4) 求,外加,2) 令 或,外加,例4：,即,靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,合理設(shè)置靜態(tài)工作點是保證放大電路正常工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作點常因外界條件的變化而發(fā)生變動。,前述的基本共射極(固定偏置)放大電路，簡單、容易調(diào)整，但在溫度變化、三極管

14、老化、電源電壓波動等外部因素的影響下，將引起靜態(tài)工作點的變動，嚴(yán)重時將使放大電路不能正常工作，其中影響最大的是溫度的變化。,2.4 共射放大電路 靜態(tài)工作點穩(wěn)定的分壓式偏置放大電路,1. 溫度變化對靜態(tài)工作點的影響,在基本共射極（固定偏置）放大電路中，當(dāng)溫度升高時， UBE、 、 ICBO 。,上式表明，當(dāng)UCC和 RB一定時， IC與 UBE、 以及 ICEO 有關(guān)，而這三個參數(shù)隨溫度而變化。,溫度升高時， IC將增加，使Q點沿負(fù)載線上移。,iC,uCE,Q,溫度升高時，輸出特性曲線上移,固定偏置電路的工作點Q點是不穩(wěn)定的，為此需要改進偏置電路。當(dāng)溫度升高使 IC 增加時，能夠自動減少IB，

15、從而抑制Q點的變化，保持Q點基本穩(wěn)定。,結(jié)論： 當(dāng)溫度升高時， IC將增加，使Q點沿負(fù)載線上移，容易使晶體管 T進入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。,O,(一)電路組成,(2) 因接有RE，可固定 IC， 從而穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。,溫度IC IE IERE UBEUB-URE IB,(3) 接有旁路電容CE，避免了電壓放大倍數(shù)的降低。,電路特點： (1) 因 I1 I2 IB 通常?。?I2（510）IB 故B 點電位基本被固定。,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),工作點穩(wěn)定的分壓式偏置共射放大電路,工作點穩(wěn)定的分壓式偏置電路,(二)靜態(tài)分析,下一節(jié),上一頁,下一頁,返

16、回,上一節(jié),估算法:,VB,對交流：旁路電容 CE 將RE 短路， RE不起作用， Au，ri，ro與固定偏置電路相同。,旁路電容,(三)動態(tài)分析,有旁路電容CE,去掉CE后的 微變等效電路,如果去掉CE ， Au，ri，ro ?,無旁路電容CE,Au減小,ri 提高,ro不變,補充例題1 電路如圖所示，求：(1) 放大器的靜態(tài)工作點；(2) 畫出放大器的微變等效電路 (有CE、無CE )；(3) 放大器的電壓放大倍數(shù) Au (有CE、無CE)；(4) 放大器的輸入輸出 電阻（有CE、無CE）；（5）若測得輸出波形為 判斷放大器出現(xiàn)的是何種失真，如何消除失真？,解（1）,（2）,下一頁,（3）

17、有CE：,下一頁,返 回,ic,ib,ii,無CE：,（4）有CE：,ic,ib,ii,無CE：,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),若要消除失真必須改變RB1與RB2的比例，適當(dāng)抬高放大器的靜態(tài)工作點，如：調(diào)節(jié)RB2使其變小則適當(dāng)抬高了UBE。,（5）因為共射極單級放大器的 uo 與 ui 反相，據(jù) uo 的波形 可以判斷出 ui的波形為 因此可以判斷出由于放大 器的靜態(tài)工作點太低，在 ui 的前半個周期當(dāng) ui UBE 時，三 極管發(fā)生了截止，使 uo 發(fā)生了失真，因此該失真為截止失真。,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),*例2:,在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RC=

18、6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶體管=50， UBE=0.6V, 試求: (1) 靜態(tài)工作點 IB、IC 及 UCE； (2) 畫出微變等效電路； (3) 輸入電阻ri、ro及 Au。,解:,(1)由直流通路求靜態(tài)工作點。,直流通路,(2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro。,2.5 共集放大電路,(一) 電路組成,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),因?qū)涣餍盘柖?，集電極是輸入與輸出回路的公共端，所以是共集電極放大電路。 因從發(fā)射極輸出，所以稱射極輸出器。,(二) 靜態(tài)分析,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,

19、上一節(jié),求Q點：,直流通路,(1)放大倍數(shù),電壓放大倍數(shù)Au1且輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。,微變等效電路,(三) 動態(tài)分析,(2)輸入電阻,射極輸出器的輸入電阻高，對前級有利。 ri 與負(fù)載有關(guān),(3) 輸出電阻,射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強。,共集電極放大電路(射極輸出器)的特點：,1. 電壓放大倍數(shù)小于1，約等于1; 2. 輸入電阻高； 3. 輸出電阻低； 4. 輸出與輸入同相。,射極輸出器的應(yīng)用,主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點。,1. 因輸入電阻高，它常被用在多級放大電路的第一級，可以提高輸入電阻，減輕信號源負(fù)擔(dān)。,2. 因輸出電阻低，它常

20、被用在多級放大電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。,3. 利用 ri 大、 ro小以及 Au 1 的特點，也可將射極輸出器放在放大電路的兩級之間，起到阻抗匹配作用，這一級射極輸出器稱為緩沖級或中間隔離級。,例1:,.,在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 2k ，晶體管=60， UBE=0.6V, 信號源內(nèi)阻RS= 100，試求: (1) 靜態(tài)工作點 IB、IE 及 UCE； (2) 畫出微變等效電路； (3) Au、ri 和 ro 。,解:,(1)由直流通路求靜態(tài)工作點。,直流通路,(2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro。,微變

21、等效電路,2.6 多級放大電路,（一）多級放大電路,圖 2.6.2 直接耦合,下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),圖 2.6.1 阻容耦合,（三）動態(tài),下一節(jié),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),*例:,如圖所示的兩級電壓放大電路， 已知1= 2 =50, T1和T2均為3DG8D。 (1) 計算前、后級放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V); (2) 求放大電路的輸入電阻和輸出電阻； (3) 求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。,解:,(1) 兩級放大電路的靜態(tài)值可分別計算。,第一級是射極輸出器:,第二級是分壓式偏置電路,解:,第二級是分壓式偏置電路,解:,(2) 計算 r i和 r 0,由

22、微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻 ri 等于第一級的輸入電阻ri1。第一級是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負(fù)載有關(guān)，而射極輸出器的負(fù)載即是第二級輸入電阻 ri2。,微變等效電路,(2) 計算 r i和 r 0,(2) 計算 r i和 r 0,(3)求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù),第一級放大電路為射極輸出器,(3)求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù),第二級放大電路為共發(fā)射極放大電路,總電壓放大倍數(shù),電路結(jié)構(gòu)對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。,差動放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。,差動放大原理電路,兩個輸入、兩個輸出,兩管靜態(tài)工作點相同,2.7 差分放大電路,(一) 工作原理,1. 零點漂移的抑制,uo= VC1 VC2 = 0,uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0,靜態(tài)時，ui1 = ui2 = 0,當(dāng)溫度升高時ICVC （兩管變化量相等）,對稱差動放大電路對兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。,2. 有信號輸入時的工作情況,兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對共模信號沒有放大能力。,(1) 共模信號 ui1 = ui2大小相等、