1、第15章 基本放大電路,15.1 共發(fā)射極放大電路的組成,15.2 放大電路的靜態(tài)分析,15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,15.6 射極輸出器,15.8 互補對稱功率放大電路,*15.9 場效應(yīng)管及其放大電路,15.3 放大電路的動態(tài)分析,*15.5 放大電路中的頻率特性,15.7 差動放大電路,15.1 共發(fā)射極放大電路的組成,15.1.1 共發(fā)射極基本放大電路的組成,信號源,輸出,15.1.2 共發(fā)射極放大電路各元件的作用,晶體管T放大元件,基極電源EB與基極電阻RB(又稱偏置電阻),要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏，使T工作在放大區(qū) 。,作用：使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流，使放大電路

2、有合適的靜態(tài)工作點。,15.1.2 共發(fā)射極放大電路各元件的作用,集電極電源EC,集電極電阻RC,作用：為電路提供能量，并保證集電結(jié)反偏。 一般為幾伏幾十伏。,作用：將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?一般為幾千歐幾十千歐,15.1.2 共發(fā)射極放大電路各元件的作用,耦合電容C1 、C2,作用：(1)隔斷直流； (2)交流耦合。,C1 、C2 對交流視為短路，對直流視為開路。電容一般較大，為幾F幾十F。,共發(fā)射極放大電路的簡化電路,放大電路工作分析,RL=,+UCC,RS,es,RB,RC,C1,C2,T,+,+,+,RL,ui,+,uo,+,+,+,uBE,uCE,iC,iB,iE,放大電路對輸

3、入的交流信號能進(jìn)行放大的條件：,(1) 靜態(tài)時(ui=0)，電路必須有合適的靜態(tài)工作點，使晶體管工作于放大狀態(tài)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,(2) 有信號輸入時(ui0)，應(yīng)保證交流信號能順利進(jìn) 入晶體管T的輸入回路，對于共發(fā)射極電路而言, 信號能進(jìn)入T的基極B和發(fā)射極E之間，使T的輸 入電流產(chǎn)生與之相同規(guī)律的變化。,(3)通過T的電流放大作用， 輸出回路將變化的集 電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容耦 合只輸出交流信號。,例：,分析如圖所示的電路對交流信號有無放大作用，為什么？,解：,無放大作用。因為無集電極電阻，輸出交流信號經(jīng)電源被短路。,15.2 放大電路的靜態(tài)分析,放大電路的分析,直

4、流通路：電容視為開路，用來確定放大電路的靜態(tài) 值 IB、 IC、UBE、UCE。,交流通路：電容視為短路，直流電源按短路處理， 用來計算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等動態(tài)參數(shù)。,靜態(tài)：無輸入時的狀態(tài)(ui=0),直流通路,動態(tài)：有輸入時變化的狀態(tài)(ui 0),交流通路,例：共發(fā)射極放大電路,直流通路,交流通路,放大電路的電壓和電流的符號,注意,靜態(tài)值：IB、 IC、UBE、UCE（全大寫）,交流分量：ib、 ic、ube、uce（全小寫）,總電壓和總電流：iB、 iC、uBE、uCE （前面小寫，下標(biāo)大寫）,數(shù)值不變的電量用大寫字母（I、U、E），例如有效值、相量 、平均值、靜

5、態(tài)值。,數(shù)值變化的電量用小寫字母（i、u、e）， 例如瞬時值。,規(guī)則：,大寫下標(biāo)表示總電壓和總電流； 小寫下標(biāo)表示交流分量。,15.2.1 用放大電路的直流通路確定靜態(tài)值,UBE UCC，可忽略不計,例1：,解：,注意：電路中IB 和IC 數(shù)量級的不同！,例2：,用估算法求放大電路的靜態(tài)值。,解：,由KVL可得：,15.2.2 用圖解法確定靜態(tài)值,已知IB，用畫圖的方法確定IC、UCE。,UCE = UCC IC RC,IB確定的一條輸出特性曲線,直流負(fù)載線,能直觀地分析和了解:靜態(tài)值Q的位置，Q的移動，靜態(tài)值的變化對放大電路工作的影響。,步驟： (1) 用估算法確定IB,(2) 由輸出特性和

6、直流負(fù)載線確定IC 和UCE,直流負(fù)載線,IB,直流負(fù)載線斜率,15.2.3 電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響,O,偏置電阻RB對Q點的影響,RB變化時，對直流負(fù)載線無影響，僅對IBQ有影響。,RBIBQ 工作點下移,RB IBQ工作點上移,15.2.1 若將RB減小，則集電極電流IC（ ），集電極電位VC（ ）。,（1） 增大 （2）減小 （3）不變,1,2,15.2.2 晶體管原處于放大狀態(tài)，若將RB調(diào)到零，則晶體管（ ）。,（1） 處于飽和狀態(tài) （2）仍處于放大狀態(tài) （3）被燒毀,3,15.3 放大電路的動態(tài)分析,動態(tài)：放大電路有信號輸入 ( ui 0) 時的工作狀態(tài)。,動態(tài)分析,放大電路有信

7、號輸入時，電路中各個電壓和電流既有直流分量又有交流分量。,靜態(tài)分析,動態(tài)分析,微變等效電路法,圖解法,15.3.1 微變等效電路法,微變等效電路：在小信號(微變量)的情況下，把非線性元件晶體管線性化，從而把放大電路等效為一個線性電路。,1、晶體管的微變等效電路,(1) 輸入回路,當(dāng)信號很小時，在靜態(tài)工作點附近可認(rèn)為是直線。,uBE,晶體管的輸入電阻,對于小功率三極管：,rbe一般為幾百幾千歐。,rbb=100300,(2) 輸出回路,晶體管的電流放大系數(shù)：, ic= ib ，可用一個受控電流源等效代替，反映ib對ic的控制作用。,晶體管的輸出電阻：,rce愈大，恒流特性愈好，因rce阻值很高，

8、一般忽略不計。,晶體管的微變等效電路,二、放大電路的微變等效電路,三、電壓放大倍數(shù)的計算,若輸入為正弦信號，等效電路中的電壓與電流可用相量表示。,負(fù)號表示輸出電壓的相位與輸入相反。,當(dāng)放大電路輸出端開路(未接RL)時，,負(fù)載電阻愈小，放大倍數(shù)愈小。,四、放大電路輸入電阻的計算,信號源,負(fù)載,輸入電阻ri的定義：,輸入電阻是對交流信號而言的，是動態(tài)電阻。,希望輸入電阻能高一些。,共發(fā)射極放大電路的輸入電阻：,注意：ri和rbe區(qū)別。,rbe：晶體管的輸入電阻 ri：放大電路的輸入電阻。,當(dāng)RB rbe時，rirbe,五、放大電路輸出電阻的計算,負(fù)載,輸出電阻ro ：,輸出電阻是對交流信號而言的，

9、是動態(tài)電阻。,從負(fù)載兩端看進(jìn)去的戴維寧等效電源的內(nèi)阻。,希望輸出電阻能低一些。,共發(fā)射極放大電路的輸出電阻的計算,(2) 外加電壓 ， 求電流,法二：實驗法,(2) 再將負(fù)載接上，測出負(fù)載兩端電壓,(1) 將負(fù)載斷開，測得開路電壓,共射極放大電路特點： 1. 放大倍數(shù)高 ; 2. 輸入電阻低; rirbe 3. 輸出電阻高。rORC,15.3.2 動態(tài)分析的圖解法,iB確定的一族輸出特性曲線,交流負(fù)載線,一、圖解分析,從圖中可知： (1) uo和ui反相位； (2) 由uo和ui的峰值之比可得電壓放大倍數(shù)。,當(dāng)靜態(tài) (ui = 0)時: 各電流和電壓只含有直流分量。,UC1=UBE，UC2=U

10、CE uBE=UBE， iB=IB， iC=IC，uCE=UCE uo=0,二、動態(tài)過程分析,UBE,無輸入信號(ui = 0)時:,uo = 0 uBE=UBE， iB=IB iC=IC，uCE=UCE,？,有輸入信號(ui 0)時,當(dāng)外加輸入時(ui0)， 電流和電壓都含有直流分量和交流分量。 uBE = UBE+ ui iB= IB+ ib iC= IC+ ic uCE =UCE+ uo,二、動態(tài)過程分析,三、交流負(fù)載線,直流負(fù)載線：反映的是IC和UCE的變 化關(guān)系，其斜率為,交流負(fù)載線：反映的是iC和uCE的變 化關(guān)系，其斜率為 且經(jīng)過靜態(tài)工作點。,當(dāng)RL，交流負(fù)載線直流負(fù)載線,四、非

11、線性失真,失真：指輸出信號的波形不像輸入信號的波形。,非線性失真的原因,靜態(tài)工作點不合適,信號幅度過大,1、靜態(tài)工作點設(shè)置不合適,截止失真(頂部失真),(1) 若Q設(shè)置過低,增大偏置電流 IB或IC可消除失真。,(2) 若Q設(shè)置過高,減小偏置電流IB或IC。,2、靜態(tài)工作點設(shè)置合適，而信號幅度過大，則產(chǎn)生雙向失真。,減小信號幅度,飽和失真(底部失真),例：由下圖估算放大電路的最大不失真輸出電壓幅值Uomax, 若繼續(xù)增大ui，則首先出現(xiàn)何種失真？,由直流負(fù)載線得：,IB=40A， UCC=12V，IC=1.5mA， UCE=6V,由交流負(fù)載線得：,若增大ui，則首先出現(xiàn)截止失真。,15.4 靜

12、態(tài)工作點的穩(wěn)定,15.4.1 溫度變化對靜態(tài)工作點的影響,在固定偏置放大電路中，,T UBE、 、 ICBO ,IC 、 IB,溫度升高時，輸出特性曲線上移,結(jié)論： 當(dāng)溫度升高時， Q點沿負(fù)載線上移，容易使晶體管T進(jìn)入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。,采用分壓式偏置電路。 當(dāng)溫度升高使 IC 增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化，保持Q點基本穩(wěn)定。,15.4.2 分壓式偏置電路,1. 穩(wěn)定Q點的原理,VB與晶體管無關(guān)，不受溫度影響。,VB,(1) 若I2 IB，則,(2) 若VB UBE，則,IC不受溫度影響，基本恒定。,參數(shù)的選擇：,從Q點穩(wěn)定的角度來看似乎I2、VB越大

13、越好，但,I2 RB1、RB2 ri ,VB VEUCE uo,在估算時一般選?。?I2= (5 10) IB，VB= (5 10)UBE，RB1、RB2的阻值一般為幾十千歐。,Q點的穩(wěn)定過程：,T ,IC,IE,VE,RE：溫度補償電阻 對直流：RE越大，穩(wěn)定Q點效果越好； 對交流：RE越大，交流損失越大，(可并聯(lián)旁路電容CE )。,VB 固定,2. 靜態(tài)工作點的計算,采用估算法,若靜態(tài)工作點不合適，一般調(diào)節(jié)RB1 。,3. 動態(tài)分析,Au，ri，ro與固定偏置電路相同。,思考：,如果去掉CE ， Au，ri，ro ?,(1)電壓放大倍數(shù)的計算,放大倍數(shù)降低。,(2) 輸入電阻的計算,輸入電

14、阻提高。,(3) 輸出電阻的計算,輸出電阻不變。,思考：,對信號源的放大倍數(shù)？,例1:,在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RC= 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。,(2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro,微變等效電路,15.3.1 根據(jù)共射極放大電路的圖解分析，各交流分量的相位關(guān)系是：uo與ui（ ）， uo與ic（ ）， ib

15、與ic（ ）。,（1） 同相 （2）反相 （3）相位任意,2,2,1,15.3.3 在共射極交流放大電路中，（ ）是正確的。,（1） （2） （3）,3,15.4.2 右圖所示放大電路中，若只將交流旁路電容CE除去，則電壓放大倍數(shù)|Au|（ ）。,（1） 減小 （2）增大 （3）不變,1,15.6 射極輸出器,射極輸出器,(或稱共集電極放大電路),15.6.1 靜態(tài)分析,直流通路,15.6.2 動態(tài)分析,微變等效電路,1. 電壓放大倍數(shù),結(jié)論： (1) Au 1 (rbe (1+) RL ),(2) 輸出電壓與輸入電壓同相。,電壓跟隨器,2. 輸入電阻,射極輸出器的輸入電阻高，對前級有利。 r

16、i 與負(fù)載有關(guān),外加,3. 輸出電阻,E,3. 輸出電阻,射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強。,設(shè),共集電極放大電路(射極輸出器)的特點：,1、Au 1 (起隔離作用),2、輸入電阻高 (用作多級放大電路的輸入級，尤其對高內(nèi)阻的信號源),3、輸出電阻低 (帶負(fù)載能力強，常用作輸出級),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

17、作點。,(2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro。,15.6.1 射極輸出器（ ）。,（1） 有電流放大作用，沒有電壓放大作用 （2） 有電流放大作用，也有電壓放大作用 （3） 沒有電流放大作用，也沒有電壓放大作用,1,15.6.3 多級放大電路及其級間耦合方式,耦合方式：信號源與放大電路之間、兩級放大電路 之間、放大器與負(fù)載之間的連接方式。,直接耦合,既能放大直流信號，又 能放大交流信號,阻容耦合,只能放大交流信號,常用的耦合方式,一、阻容耦合,信號源,第一級,第二級,負(fù)載,C1 ：信號源與第一級之間的耦合 C2 ：第一級與第二級之間的耦合 C3 ：第二級與負(fù)載之間的耦合,阻容耦合的特

18、點：,優(yōu)點： (1)各級靜態(tài)工作點互相獨立，可分別計算、分析。,(2)如果電容選得足夠大，可使前級輸出端的信號幾乎無損失地傳送到后級輸出端。,缺點： (1)大容量電容在集成電路中難以制造，因而阻容耦合在集成電路中無法采用。,(2)只能放大交流信號，不能放大直流信號或變化十分緩慢的交流信號。,二、直接耦合,優(yōu)點： (1)能放大直流信號或變化十分緩慢的交流信號。 (2)便于集成。,缺點：(1)前、后級靜態(tài)工作點互相影響。,(2)零點漂移。,1、前后級靜態(tài)工作點相互影響,2、零點漂移, 指輸入信號電壓為零時，輸出電壓發(fā)生緩慢地、無規(guī)則地變化的現(xiàn)象。,(1) 產(chǎn)生的原因,晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓

19、波動、電路元件參數(shù)的變化。,(2) 評價零點漂移的指標(biāo),把輸出漂移電壓折算到輸入端來衡量。,(3) 抑制零點漂移的措施, 差分放大電路,15.7 差分放大電路,15. 7. 1 差分放大電路的工作原理,差分放大電路的電路結(jié)構(gòu),電路結(jié)構(gòu)對稱， 兩個輸入端(B1、B2)，兩個輸出端（C1、C2）,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)T ICVC （兩管變化量相等）,對稱差分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,共模信號,大小相等、極性相同

20、 (uic1 = uic2 ),(1) 共模輸入, 在共模信號輸入下：,VC1 = VC2 （集電極電位等向等量變化）,uo= (VC1 + VC1) (VC2 + VC2 ) = 0,對共模信號沒有放大能力,差動電路抑制共模信號能力的大小，反映了它對零點漂移的抑制水平。,共模信號 需抑制,(2)差模輸入,差模信號,大小相等、極性相反 (uid1 = uid2 ), 在差模信號輸入下：,VC1 = VC2 (集電極電位一增一減，呈等量異向變化),uo= (VC1 +VC1) (VC2 + VC2 ) = 2 VC1,對差模信號有放大能力。,差模信號 是有用信號,(3) 比較輸入,ui1 、ui

21、2 大小和極性是任意的。,例: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV,ui2 = 8 mV 2 mV,可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV,共模分量,差模分量,放大器只 放大兩個 輸入信號 的差值信 號差分 放大電路,常作為比較放大來用,ui1 = uic1 + uid1,ui2 = uic2 + uid2,其中：共模分量,差模分量,3. 共模抑制比,衡量差分放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力。,共模放大倍數(shù)：,差模放大倍數(shù)：,共模抑制比：,或,KCMR越大，說明差放分辨差模信號的 能力越強，而抑制共模信號的能力越強。,若電路完全對稱，理想情況下Ac= 0， KCMR

22、R,若電路不完全對稱，則 Ac 0,uo = Ad (ui1ui2 ) = Ad uid,uo = Ac uic + Ad uid 即共模信號對輸出有影響。,15.7.2 典型差分放大電路,RE的作用：,(2)對差模信號無反饋作用。,抑制零點漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。, 共模抑制電阻,UEE：用于補償RE上的壓降，以獲得合適的靜態(tài)工作點。,電位器RP：調(diào)零。在靜態(tài)時調(diào)節(jié)RP，使uo為零。 一般幾十歐幾百歐之間。,15. 7. 3 差分放大電路對差模信號的放大,一、靜態(tài)分析,前兩項很小,可忽略。,VE 0,二、 動態(tài)分析,RE對差模信號不起作用，則單管差模信號通路為：,單管交流通路,同理可得：,根據(jù)

23、信號輸入輸出方式分為：雙端輸入，單端輸入； 雙端輸出，單端輸出。,1. 雙端輸入-雙端輸出,先計算單管差模放大倍數(shù)Ad1，Ad2。,空載時：,雙端輸入雙端輸出的 差模電壓放大倍數(shù)為：,有載時：,與輸入輸出方式有關(guān),再計算差分電路的差模放大倍數(shù)Ad,每個單管所帶負(fù)載為,差模輸入電阻： ri=2(RB +rbe),差模輸出電阻： ro=2RC,2. 雙端輸入-單端輸出,從T1集電極輸出,從T2集電極輸出,反相輸出,同相輸出,單端輸出的電壓放大倍數(shù) 只有雙端輸出的一半。,差模輸入電阻： ri=2(RB +rbe),差模輸出電阻： ro=RC,3. 單端輸入-單端輸出,差模電壓放大倍數(shù)與雙端輸入單端輸

24、出相同。,四種差分放大電路的比較,結(jié)論：差分放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸出電阻與輸出方式有關(guān)；輸入電阻是一樣的。,15. 7. 4 差分放大電路的共模放大倍數(shù)AC,交流通路,單端輸出的共模放大倍數(shù),雙端輸出的共模放大倍數(shù),很小,理論上，uoc1=uoc2,所以AC=0,練習(xí)題：,1、在直接耦合放大電路中，采用差動式電路結(jié)構(gòu)的主要目的是( )。 (a) 提高電壓放大倍數(shù) (b) 抑制零點漂移 (c) 提高帶負(fù)載能力,b,2、具有發(fā)射極電阻的典型差動放大電路中，RE的作用是( )。 (a) 穩(wěn)定靜態(tài)工作點，抑制零點漂移 (b) 穩(wěn)定電壓放大倍數(shù) (c) 提高輸入電阻，減小輸出電阻,a,15.8 互補

25、對稱功率放大電路,功率放大電路：是放大電路的輸出級，去推動負(fù)載 工作。, 要求輸出足夠大的功率，工作在大信號 狀態(tài)，用圖解法。,電壓放大電路：是放大電路的中間級，將信號放大。, 要求輸出足夠大的電壓，工作在小信號 狀態(tài)，用微變等效電路。,15.8.1 對功率放大電路的基本要求,1、在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。,2、由于功率較大，要求提高效率。,IC(AV) 集電極電流的平均值,一、對功率放大電路的基本要求,二、放大電路的三種工作狀態(tài),甲類,晶體管在輸入信號的整個周期都導(dǎo)通,甲乙類,晶體管導(dǎo)通的時間大于半周小于全周,乙類,晶體管在輸入信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通,15.8.2 互補對稱放大電路,一、無輸出電容的互補對稱放大電路(OCL),特點：,(1) T1、T2的特性一致；一個NPN型、一個PNP