放大电路基础解读

1、放大电路基础第 3 章放大第 1 节放大电路的基本知识第 2 节三种基本组态放大电路第 3 节差分放大电路第 4 节互补对称功率放大电路第 5 节多极放大电路 返回Email:plo ng_compa ny 第 1 节放大电路的基本知识1. 放大电路的组成2. 放大电路的主要性能参数 返回Email:plo ng_compa ny 放大电路的组成在生产实践和科学研究中需要利用放大电路放大微弱的信号，以便观察,测量和 利用.一个基本放大电路必须有如图所示各组成部分：输入信号源，晶体三极管，输出负载以及直流 放大电路的主要性能参数1） 放大倍数放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，它有电压放大倍数

2、，电流放大倍数和 功率放大倍数等表示方法，其中电压放大倍数应用最多2） 输入 是指从输入端向放大电路内看进去的等效电路，等于输出端接实际负载 电阻后,输入电压与输入电流之比.3） 输出电阻是指当信号源短路时，由输出端向放大电路看进去的等效电阻.4） 通频带与频率失真5） 最大输出功率和效率放大电路的最大输出功率是指在输出信号基本不失真的情况下，能够向负载提供的最大功率,用 Pom 表示.若直流电源提供的功率为 PDC 放大电路的输出功率为 Po,则放大电路的效率为后者与前者的比值.比值越大，放大电路的效率越高. 返回Email:plo ng_compa ny 第 2 节三种基本组态放大电路1.

3、 共发射极放大电路2. 共集电极放大电路3. 共基极放大电路4. 场效应管放大电路 返回Email:plo ng_compa ny 共发射极放大电路图 3.2.1返回Email:plo ng_compa ny 电路中各元件的作用如下：1) 集电极电源 UCC:其作用是为整个电路提供(2)基极偏置电阻 Rb:其作用是 为基极提供合适的偏置电流集电极电阻 Rc:其作用是将集电极电流的变化转换成电压的变耦合 1)电压，电流正方向的规定2) 电压,电流符号的规定图 3.2.2 三极管基极的电流波形(a) 直流分量;(b)交流分量;(c)总变化量(1) 直流分量.如图 3.2.2(a)所示波形,用大写字

4、母和大写下标表示.如 IB 表示 基极的直流电流(2) 交流分量.如图 3.2.2(b)所示波形，用小写字母和小写下标表示.如 ib 表示 基极的交流电流(3) 总变化量.如图 3.2.2(c)所示波形,是直流分量和交流分量之和,即交流叠加 在直流上，用小写字母和大写下标表示.如 iB 表示基极电流总的瞬时值，其数值 为 iB=IB+ib.(4) 交流有效值.用大写字母和小写下标表示.如 Ib 表示基极的正弦交流电流的 有效值图 3.2.3基本共射放大电路的交,直流通路直流通路；(b) 交流通路直流通路和交流通路1) 直流通路所谓直流通路,是指当输入信号 ui=0 时,在直流电源 UCC 的作

5、用下,直流电流所 流过的路径.在画直流通路时，电路中的电容开路，电感短路.图 3.2.2 所对应的 直流通路如图3.2.3(a)所示2) 交流通路所谓交流通路，是指在信号源 ui 的作用下，只有交流电流所流过的路径.画交流 通路时，放大电路中的耦合电容短路；由于直流电源 UCC 的内阻很小，对交流变化 量几乎不起作用,故可看作短路.图 3.2.2 所对应的交流通路如图 3.2.3(b)所示. 放大电路的工作状态分析1.静态(ui=0)工作情况所谓静态,是指输入信号为零时放大电路的工作状态静态分析的目的是通过直流通路分析放大电路中三极管的工作状态.图 3.2.4 基本放大电路的静态情况(a)电路

6、；(b)静态工作点 Q动态工作情况所谓动态,是指放大电路输入信号不为零时的工作状态.当放大电路加入交流信 号 ui 时，电路中各电极的电压，电流都是由直流量和交流量叠加而成的.其波形 如图 3.2.5 所示图 3.2.5 放大电路的动态工作情况共集电极放大电路返回图 3.2.6-aEmail:plo ng_compa ny 图 3.2.7 共集电极放大电路(a)电路；(b)交流通路1) 等效电路画出电路的微变等效电路所示2) 参数估算电压放大倍数的定义ri 的估算(1) Au 的估算图 328 共集电极放大电路的微变等效电路图 329 求 ro 的微变等效电路(3)ro 的估算.令 us=0,

7、并去掉负载RL ,在输出端加一探察电压 up,则可画成如图 3.2.8 所示 的形式由图可得 共基电极放大电路返回图 3.2.10Email:plo ng_compa ny 共基极放大电路的动态性能共基极放大电路(简称共基放大电路)如图所示,直流通路采用的是分压偏置式，交流信号经 C1 从发射极输入，从集电极经 C2 输出,C1,C2 为耦合电容,Cb 为基极 旁路电容,使基极交流接地，故称为共基极放大器微变等效电路如图所示(b)微变等效电路图 3.2.11根据微变等效电路，同样可分析得共基极放大电路的动态参数：三种基本放大电路的性能比较上述所讲的三种组态放大电路是用三极管组成放大电路的基本形

8、式，其他类型的单级放大电路归根到底都是由这三种变化而来的.场效应管放大电路返回图 3.2.12Email:plo ng_compa ny 场效应管及其放大电路与三极管一样，根据输入，输出回路公共端选择不同，将场效应管放大电路分 成共源，共漏和共栅三种组态.本节主要介绍常用的共源和共漏两种放大电路._共源放大电路_ 1.电路组成及直流偏置图 3.2.13 场效应管共源放大电路由于栅极电阻上无直流电流，因而场效应管放大电路的静态工作点可用式联立求出UGS(和 IDQ,漏源电压 UDS(由下式求得：放大电路的动态参数可由微变等效电路求出 I1) 场效应管的微变等效电路2) 共源放大电路的微变等效电路

9、图 3.2.14 场效应管微变等效电路(1)电压放大倍数：输入电阻：输出电阻：图 3.2.15 共源放大电路的微变等效电路 共漏放大电路共漏放大电路又称源极输出器第 3 节差分放大电路1. 差分放大电路2. 具有电流源的差分放大电路3. 差分放大电路的输入，输出方式返回Email:plo ng_compa ny 差分放大电路电路组成右图为典型差动放大电路，它是由两个完全对称的共发射极电路组成的.图 3.3.1-1返回Email:plo ng_compa ny 具有电流源的差分放大电路返回恒流源差放电路如右图所示,V3,R1,R2,R3 构成恒流源.图 3.3.2-1Email:plo ng_c

10、ompa ny 差分放大电路的输入，输出方式输入信号的类型在放大器两输入端分别输入大小相等，相位相反的信号，即 ui 仁- 时，这 种输入方式称为差模输入，所输入的信号称为差模输入信号.差模输入信号用 uid 来表示.差模输入电路如图 3.3.3-1 所示,由图可得共模输入信号常用 uic 来表示.共模输入电路如图 3.3.3-2 所示，由图可得Email:plo ng_compa ny 差分放大电路的输入，输出方式差模信号为两输入信号之差，用 uid 表示，即共模信号为两输入信号的算术平均值，用 uic 表示，即Email:plo ng_compa ny 差分放大电路的双端输入，双端输出方式

11、图 3.3.3-1Email:plo ng_compa ny 差分放大电路的单端输入，双端输出图 333-2Email:plo ng_compa ny 差分放大电路的输入，输出对差模信号的放大作用图 3.3.3-1 所示，由图可以看出，当从两管集电极取电压时，其差模电压放大 倍数表示为当在两个管子的集电极接上负载 RL 时其中由电路可得差模输入电阻为Email:plo ng_compa ny 差分放大电路的输入，输出电路的两集电极之间的差模输出电阻为对共模信号的抑制作用Email:plo ng_compa ny 差分放大电路的输入，输出图 3.3.3-3Email:plo ng_compa n

12、y 差分放大电路的输入，输出图 333-4返回Email:plo ng_compa ny 第 4 节互补对称功率放大电路1.乙类双电源互补对称功率放大电路2.甲乙类互补对称功率放大电路返回Email:plo ng_compa ny 乙类双电源互补对称功率放大电路甲类放大器的工作点设置在放大区的中间，这种电路的优点是在输入信号的整 个周期内三极管都处于导通状态，输出信号失真较小（前面讨论的电压放大器都 工作在这种状态）,缺点是三极管有较大的静态电流 ICQ ,这时管耗 PC 大,电 路能量转换效率低乙类放大器的工作点设置在截止区，这时，由于三极管的静态电流 ICQ=O,所 以能量转换效率高，它的

13、缺点是只能对半个周期的输入信号进行放大，非线性 失真大甲乙类放大电路的工作点设在放大区但接近截止区，即三极管处于微导通状态，这样可以有效克服乙类放大电路的失真问题，且能量转换效率也 较高，目前使用较广泛.图 3.4.1-1是双电源乙类互补功率放大电路.这类电路又称无输出电容的功率 放大电路，简称 OCL 电路.V1 为 NPh 型管,V2 为 PNP 型管，两管参数对称.电路工 作原理如下所述Email:plo ng_compa ny 乙类双电源互补对称功率放大电路图 341-1Email:plo ng_compa ny 乙类双电源互补对称功率放大电路静态分析当输入信号 ui=0 时，两三极管

14、都工作在截止区，此时 IBQ, ICQ, IEQ 均为零，负载上无电流通过，输出电压 uo=0.动态分析当输入信号为正半周时，ui0,三极管 V1 导通，V2 截止，V1 管的射极电 流 ie1 经+UCC!上而下流过负载，在 RL 上形成正半周输出电压，1当输入信号为负半周时，ui0,三极管 V2 导通，V1 截止，V2 管的射极电 流 ie2 经-UCC 自下而上流过负载，在 RL 上形成负半周输出电压，uoEmail:plo ng_compa ny 乙类双电源互补对称功率放大电路输出功率 Po若忽略 UCES,则Email:plo ng_compa ny 乙类双电源互补对称功率放大电路直

15、流电流提供的功率 PDC效率Email:plo ng_compa ny 乙类双电源互补对称功率放大电路管耗 PC可求得当 Uom=0.63UCC 寸，三极管消耗的功率最大，其值为每个管子的最大功耗为Email:plo ng_compa ny 乙类双电源互补对称功率放大电路交越失真产生这种失真的原因是：在乙类互补对称功率放大电路中，没有施加偏置电压，静态工作点设置在零点，UBEQ=0, IBQ=0, ICQ=0,三极管工作在截止区.由于 三极管存在死区电压，当输入信号小于死区电压时，三极管 V1, V2 仍不导通，输出电压 uo 为零，这样在输入信号正，负半周的交界处，无输出信号，使输出 波形失

16、真，这种失真叫交越失真图 341-2返回Email:plo ng_compa ny 甲乙类互补对称功率放大电路返回图 3.4.2-1Email:plo ng_compa ny 单电源互补对称功率放大电路（OTL 电路）双电源互补对称功率放大电路由于静态时输出端电位为零，负载可以直接连接，不需要耦合电容，因而它具有低频响应好，输出功率大，便于集成等优点，但 需要双电源供电，使用起来有时会感到不便，如果采用单电源供电，只需在两 管发射极与负载之间接入一个大容量电容 C2 即可.这种电路通常又称无输出变 压器的电路,简称 OTL电路,如图 8.5 所示图中 R1, R2 为偏置电阻.适当选择 R1,

17、 R2 阻值,可使两管静态时发射极电压 为 UCC/2,电容 C 两端电压也稳定在 UCC/2,这样两管的集,射极之间如同分别 加上了 UCC/2 和-UCC/2 的电源电压.在输入信号正半周,V3 导通,V4 截止,V3 以射极输出器形式将正向信号传送 给负载，同时对电容电容 C2 的容量应选得足够大，使电容 C2 的充放电时间常数远大于信号周期，由于该电路中的每个三极管的工作电源已变为UCC,已不是 OCL 电路的 UCC了，请同学们自行推出该电路的最大输出功率的表达式与 OCL 电路相比,OTL 电路少用了一个电源，但由于输出端的耦合电容容量大,则电容器内铝箔卷绕圈数多，呈现的电感效应大

18、，它对不同频率的信号会产生 不同的相移，输出信号有附加失真，这是 OTL 电路的缺点.复合互补对称功率放大电路复合管_复合管是由两个或两个以上三极管按一定的方式连接而成的.复合管又称为达林顿管.图 8.6 是四种常见的复合管,其中图(a), (b)是由两只同类型三极管构成 的复合管，图(c), (d)是由不同类型三极管构成的复合管组成复合管时要注意两点：串接点的电流必须连续； 并接点电流的方向 必须保持一致图 8.6 复合管(a) NPN 型(一)；(b) PNP 型(一);(c) NPN 型(二);(d) PNP 型(二)复合管的电流放大系数，近似为组成该复合管各三极管B的乘积，其值很大.

19、由图8.6(a)可得复合管虽有电流放大倍数高的优点，但它的穿透电流较大，且高频特性变差.为 了减小穿透电流的影响，常在两只晶体管之间并接一个泄放电阻 R,如图 8.7 所示，R 的接入可将 V1 管的穿透电流分流，R 越小，分流作用越大，总的穿透电流越 小.当然，R 的接入同样会使复合管的电流放大倍数下降.图 8.7 接有泄放电阻的复合管第 5 节多级放大电路1. 多级放大电路的组成及性能指标的估算2. 通用型集成运算放大器的组成及其基本特性返回Email:plo ng_compa ny 多级放大电路的组成及性能指标的估算前面讲过的基本放大电路，其电压放大倍数一般只能达到几十几百.然而在实 际

20、工作中，放大电路所得到的信号往往都非常微弱，要将其放大到能推动负载工作的程度,仅通过单级放大电路放大，达不到实际要求，则必须通过多个单级放大 电路连续多次放大，才可满足实际要求多级放大电路的组成可用下图所示的框图来表示其中,输入级与中间级的主要 作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大，以推动负载工作图 3.5.1-1Email:plo ng_compa ny 多极放大电路的组成及性能指标的估算多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路连接而成的在多级放大电路中,我们把级与级之间的连接方式称为耦合方式而级与级之间耦合时，必须满 足：(1)耦合后,各级电路仍具有合适的静态工作点；(2)保

21、证信号在级与级之间能够顺利地传输过去；(3)耦合后,多级放大电路的性能指标必须满足实际的要求为了满足上述要求，一般常用的耦合方式有：阻容耦合,直接耦合，变压器耦合 阻容耦合我们把级与级之间通过电容连接的方式称为阻容耦合方式电路如图所示 I_由图可得阻容耦合放大电路的特点：优点：因电容具有隔直作用，所以各级电路的静态工作点相互独立，互不影响 这给放大电路的分析，设计和调试带来了很大的方便此外,还具有体积小，重量 轻等优点Email:plo ng_compa ny 多极放大电路的组成及性能指标的估算缺点：因电容对交流信号具有一定的容抗，在信号传输过程中，会受到一定的衰减 尤其对于变化缓慢的信号容抗

22、很大，不便于传输此外,在 多极放大电路的组成 及性能指标的估算直接耦合_为了避免电容对缓慢变化的信号在传输过程中带来的不良影响，也可以把级与级之间直接用导线连接起来，这种连接方式称为直接耦合.其电路如图所示优点：既可以放大交流信号，也可以放大直流和变化非常缓慢的信号；电路简 单,便于集成,所以集成电路中多采用这种耦合方式缺点:存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题.图 3.5.1-3Email:plo ng_compa ny 多极放大电路的组成及性能指标的估算变压器耦合我们把级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合.其电路如下图所示.图 3.5.1-4Email:plo ng_c

23、ompa ny 多极放大电路的组成及性能指标的估算电压放大倍数根据电压放大倍数的定义式在图 5.3.1-2 中，由于故因此可推广到 n 级放大电路的电压放大倍数为Email:plo ng_compa ny 多极放大电路的组成及性能指标的估算 输入电阻多级放大电路的输入电阻，就是输入级的输入电阻计算时要注意：当输入级为共 集电极放大电路时，要考虑第二级的输入电阻作为前级负载时对输入电阻的影响输出电阻多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻.计算时要注意：当输出级为共 集电极放大电路时，要考虑其前级对输出电阻的影响.单级阻容耦合放大电路的频率特性.Email:plo ng_compa ny 多极

24、放大电路的组成及性能指标的估算图为单级阻容耦合共射放大电路，图(b), (c)是其频率响应特性，其中，图(b)是 幅频特性，图(c)是相频特性.图 3.5.1-5Email:plo ng_compa ny 多极放大电路的组成及性能指标的估算多级放大电路的幅频特性.图为多级放大电路的通频带(a) 两个单级放大电路的通频带(b) 耦合后,放大电路的通频带变窄图 3.5.1-6返回Email:plo ng_compa ny 通用型集成运算放大器的组成及其基本特性集成运算放大器件的识读常见的集成运算放大器有圆形，扁平型，双列直插式等，有 8 管脚，14 管脚等.图 3.5.2-2图 3.5.2-1Em

25、ail:plo ng_compa ny 通用型集成运算放大器的组成及其基本特性图 3.5.2-3Email:plo ng_compa ny 通用型集成运算放大器的组成及其基本特性图 3.5.2-4集成运放的组成及其符号集成运放内部实际上是一个高增益的直接耦合放大器，其内部组成原理框图如图所示,_它由输入级，中间级，输出级和偏置电路等四部分组成.Email:plo ng_compa ny 通用型集成运算放大器的组成及其基本特性输入级输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高，为了能减小零点漂移和抑制共模干扰信号，输入级都采用具有恒流源的差动放大电路，也称 差动输入级中间级中间级的主要

26、作用是提供足够大的电压放大倍数，故而也称电压放大级要求中间级本身具有较高的电压增益输出级输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要，同时还需要有较低的输出电阻和较高的输入电阻，以起到将放大级和负载隔离的作用 偏置电路偏置电路的作用是为各级提供合适的工作电流，一般由各种恒流源电路组成Email:plo ng_compa ny 通用型集成运算放大器的组成及其基本特性图 3.5.2-5Email:plo ng_compa ny 通用型集成运算放大器的组成及其基本特性集成运算放大器的主要参数运算放大器（简称运放）的特性参数是评价运放性能优劣的依据极限参数供电电压范围（+UCC,-UEE 或+Us,-定义：加到运放上最小和最大允许的安全工作电源电压，称为运放的供电电压范围功耗卩 I定义：运放在规定的温度范围工作时，可以安全耗散的功率称为功耗 工作温度范围定义：能保证运放在额定的参数范围内工作的温度称为它的工作温度范围.最大差模输入电压定义：能安全地加在运放的两输入端之间最大的差模电压称为最大差模输入电压.Email:plo ng_compa ny 通用型集成运算放大器的组成及其基本特性最大共