电工电子技术基础之基本放大电路

1、电工电子技术电工电子技术第一篇第一篇第6章 基本放大电路电工电子技术电工电子技术首首 页页 了解放大电路的基本概念及结构组成；熟悉低频小信号放大电路及功率放大器的工作原理；理解静态工作点的图解法，掌握其微变等效电路的估算法；熟练掌握分压式偏置的共发射极放大电路静态情况下的特点、动态情况下的特点；理解反馈对放大电路性能的影响。电工电子技术电工电子技术首首 页页6.1 基本放大电路的概念及工作原理 放大电路是电子技术中应用十分广泛的一种单元电路。 所谓“放大”，是指将一个微弱的电信号，通过某种装置，得到一个波形与该微弱信号相同、但幅值却大很多的信号输出。这个装置就是晶体管放大电路。“放大”作用的实

2、质是电路对电流、电压或能量的控制作用。电工电子技术电工电子技术首首 页页 放大电路的放大作用，实质是把直流电源UCC的能量转移给输出信号。输入信号的作用则是控制这种转移，使放大电路输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。 放大电路的核心元件是晶体管，因此，放大电路若要实现对输入小信号的放大作用，必须首先保证晶体管工作在放大区。 晶体管工作在放大区的外部偏置条件是：其发射结正向偏置、集电结反向偏置。此条件是通过外接直流电源，并配以合适的偏置电路来实现的。电工电子技术电工电子技术首首 页页三种基本组态的晶体管放大电路晶体管放大电路一般有三种组态：bcebecbec 无论放大电路的组态如何，其目的都

3、是让输入的微弱小信号通过放大电路后，输出时其信号幅度显著增强。必须清楚：幅度得到增强的输出信号，其能量并非来自于晶体管，而是由放大电路中的直流电源提供的。晶体管只是实现了对能量的控制，使之转换成信号能量，并传递给负载。电工电子技术电工电子技术首首 页页1. 放大电路的组成原则 放大电路的作用是实现对微弱小信号的幅度放大，单凭晶体管的电流放大作用显然无法完成。必须在放大电路中设置直流电源，使其保证晶体管工作在线性放大区。因此，放大电路的组成原则为：(1) 核心元件晶体管必须发射结正偏，集电结反偏；(2) 输入回路的设置应使输入信号耦合到晶体管输入电路，以保证晶体管的以小控大作用；(3) 输出回路

4、的设置应保证晶体管放大后的电流信号能够转换成负载需要的电压形式；(4) 不允许被传输小信号放大后出现失真。电工电子技术电工电子技术首首 页页2. 共射放大电路的组成及各部分作用 共发射极放大电路是电子技术中应用最为广泛的放大电路形式，其电路组成的一般形式为：放大电路的核心元放大电路的核心元件件三极管三极管耦合电容耦合电容基极电阻基极电阻基极电源基极电源集电极电阻集电极电阻集电极电源集电极电源耦合电容耦合电容 上图所示为双电源组成的共发射极基本放大电路。电工电子技术电工电子技术首首 页页 实际应用中，共射放大电路通常采用单电源供电，各部分的作用分别如下：晶体管在放大电路晶体管在放大电路中起以小控

5、大的能中起以小控大的能量控制作用量控制作用向放大电路提供能向放大电路提供能量，并保证晶体管量，并保证晶体管工作在放大区工作在放大区 基极偏置电阻基极偏置电阻的作用是为放大的作用是为放大电路提供合适的电路提供合适的静态工作点。静态工作点。有极性电解电有极性电解电容的作用是隔容的作用是隔离直流和让输离直流和让输入交流信号顺入交流信号顺利通过。利通过。有极性电解电容的作有极性电解电容的作用是隔离直流和让放用是隔离直流和让放大的交流信号顺利输大的交流信号顺利输出。出。RC的作用是将放大的集电极电流的作用是将放大的集电极电流转换成晶体管的输出电压。转换成晶体管的输出电压。3DG6管管RBC1RCC2UC

6、C电工电子技术电工电子技术首首 页页3. 共射放大电路的工作原理3DG6RBC1RCC2UCCcebuiu0ibiCuCEiBIB基极固定偏置电流基极固定偏置电流放大后的集电极电流放大后的集电极电流 iC通过通过RC将放大的将放大的电流转换为放大的电流转换为放大的晶体管电压输出。晶体管电压输出。uCE经经C2滤掉了直流滤掉了直流成分后的输出电压成分后的输出电压信号电流和基极信号电流和基极固定偏流的叠加固定偏流的叠加显然，放大电路内部各电流、电压都是的。uit0输入交流信号电流输入交流信号电流iBt0IBiCt0ICuCEt0ICRCu0t0输入信号电压输入信号电压电工电子技术电工电子技术首首

7、页页需放大的信号电压 ui通过C1转换为放大电路的输入电流，与基极偏流叠加后加到晶体管的基极，基极电流iB的变化通过晶体管的以小控大作用引起集电极电流 iC变化；iC通过RC使电流的变化转换为电压的变化，即： 放大电路内部各电压、电流都是交直流共存的。其直流分量及其注脚均采用大写英文字母；交流分量及其注脚均采用小写英文字母；叠加后的总量用英文小写字母，但其注脚采用大写英文字母。例如：基极电流的直流分量用表示；交流分量用 表示；总量用 表示。当 iC增大时，uCE就减小，所以 uCE的变化正好与 iC相反，这就是它们反相的原因。uCE经过C2滤掉了直流成分，耦合到输出端的交流成分即为输出电压 u

8、0。若电路参数选取适当，u0的幅度将比 ui 幅度大很多，亦即输入的微弱小信号 ui 被放大了，这就是放大电路的工作原理。共射放大电路工作原理电工电子技术电工电子技术首首 页页放大电路中各电放大电路中各电压、电流的符号压、电流的符号有何规定有何规定? ? 放大电路的基本概念放大电路的基本概念是什么？放大电路中是什么？放大电路中能量的控制与变换关能量的控制与变换关系如何？系如何？ 说明共发射极电压放大器说明共发射极电压放大器输入电压与输出电压的相位输入电压与输出电压的相位关系如何？关系如何？ 如果共发射极电压如果共发射极电压放大器中没有集电极放大器中没有集电极电阻电阻RC，能产生电压，能产生电压

9、 放大吗？放大吗？ 基本放大电路的组基本放大电路的组成原则是什么？以成原则是什么？以共射组态基本放大共射组态基本放大电路为例加以说明电路为例加以说明 电工电子技术电工电子技术首首 页页6.2 基本放大电路的静态分析 输入信号ui=0、只在直流电源UCC作用下电路的状态称“”。静态分析就是要求出此时的IB、IC和UCE三数值。C1C2ICUBEUCE3DG6RBRCUCCcebIC=IBUCE=UCCICRCIB=RBUCC-UBE直流下耦合电容C1、C2相当于开路由直流通道求工作点上的IB：IB由晶体管放大原理可求得IC：由图又可求得工作点上UCE：式中式中ICRC前面的负号表示输出前面的负号

10、表示输出电压与集电极电流电压与集电极电流IC反相，即反相，即与输入电压反相。与输入电压反相。1.放大电路静态分析的估算法电工电子技术电工电子技术首首 页页ICIEIBUBEUCERBRCUCCceb 已知图示电路中UCC=10V，RB=250K，RC=3K，=50，试求该放大电路的静态工作点Q。V42. 4386. 110mA86. 10372. 050A2 .372507 . 010CECBUIIIB=37.2A所以静态工作点Q：IC=1.86mAUCE=4.42V计算中一定要弄明白各量的单位，不允许写错！电工电子技术电工电子技术首首 页页UBE(V)IB0.5V 0.7Vuit0ibtt1

11、t1t2t3t4t3t2t4 此时此时ui小于死区的部分将无法得到小于死区的部分将无法得到传输，只有大于死区的部分才能转传输，只有大于死区的部分才能转换成电流换成电流ib通过晶体管。通过晶体管。由于输入信号大部分无法通过由于输入信号大部分无法通过晶体管，晶体管，ib电流波形与电流波形与ui波形完波形完全不一样了，造成输入信号输全不一样了，造成输入信号输入时的入时的“”。输入信号输入信号电压波形电压波形假如不设置静态工作点为保证传输信号不失真地输入到放大器中得到放大，必须在放大电路中设置静态工作点。电工电子技术电工电子技术首首 页页 利用晶体管的输入、输出特性曲线求解静态工作点的方法称为图解法。

12、其分析步骤一般为：2. 用图解法求解静态工作点(1)按已选好的管子型号在手册中查找、或从晶体管图示仪上描绘出管子的输入、输出特性如下图所示： uBEiBiCuCE电工电子技术电工电子技术首首 页页(2)画出直流负载线。此步骤是图解法求静态工作点的关键。 由放大电路的直流通道可得：UCEICIEIBUBERBRCUCCcebUCE=UCCICRCUCE=0， 可得：IC=UCC/RCIC=0 可得：UCE=UCCICUCEUCCRCUCC连接两点作出直流负载线(3)确定静态工作点只有IBQ对应的交点才是 点IBQ直流负载线上交点有多个电工电子技术电工电子技术首首 页页固定偏置的放大电路存在很 温

13、度TQ点ICUCEVCICUCEQ 若若 温度上升，将造成温度上升，将造成输出特性曲线上移。输出特性曲线上移。静态工作点静态工作点Q随之上移随之上移Q 如果VCIB的小信号条件。C2C1CERC3DG6cbeREUCCRB2RB1I1I2IBB2B1B2CCBRRRUV的大小显然的大小显然与温度无关。与温度无关。分压式偏置共射放大电路的分压式偏置共射放大电路的 偏置电阻RB1和RB2应选择适当数值，使之符合：I1I2IB 的条件。在小信号条件下，IB可近似视为0值。 忽略IB时，RB1和RB2可以对UCC进行分压。即：电工电子技术电工电子技术首首 页页分压式偏置共射放大电路的静态分析 上述分析

14、步骤，就是分压式偏置的共发射极电压放大电路的估算法。显然，基极电位VB的高低对静态工作点的影响非常大。UBERCcbeREUCCRB2RB1I1I2IBB2B1B2CCBRRRUV)(ECCCCCERRIUUIEICUCECBII EBEBECRUVII电工电子技术电工电子技术首首 页页ICUCE基极电位VB的高低对静态工作点 的影响 设置合适的静态工作点是对放大电路的基本要求。基极电位VB选择偏高或偏低时，Q点随之上移或下行。设VB较高时：ibu0Q点的上移造成放点的上移造成放大过程中信号的一大过程中信号的一部分进入饱和区，部分进入饱和区，发生饱和失真，集发生饱和失真，集电极电流电极电流。放

15、大电路输出放大电路输出电压同样产生饱电压同样产生饱和失真。由于共和失真。由于共射电路输入、输射电路输入、输出反相，因此输出反相，因此输出电压呈出电压呈。输入信号波形输入信号波形iCVB值大Q点高，失真！电工电子技术电工电子技术首首 页页ICUCE基极电位VB设置较低时对 点的影响 VB设置的高低，取决于两个基极偏置电阻的数值选择，当RB1太大时， VB值就会较低，引起静态工作点Q下行：ib输入信号波形输入信号波形Q点下行造成放大过程点下行造成放大过程中信号的一部分进入截中信号的一部分进入截止区，发生截止失真，止区，发生截止失真，集电极电流呈集电极电流呈。iCu0放大电路输出电压同样产放大电路输

16、出电压同样产生截止失真。由于共射电生截止失真。由于共射电路输入、输出反相，因此路输入、输出反相，因此输出电压呈现输出电压呈现。VB值小Q点低，失真！电工电子技术电工电子技术首首 页页VB的高低对放大电路的静态工作点影响很大。温度对Q点的影响也不能忽视。分压式偏置的共发射极放大电路由于加设了，因此当温度升高时，具有。设放大电路环境温度升高，此时:EBCRVI由于电路具有对温度变化的自调节能力，因此集电极电流通常恒定，即:温度变化IC基本不受影响I1I2IBIEUCCRERB1RB2RCcbeUBEUCE TI IB BIC IE VE VBEIC只要基极电位和只要基极电位和射极反馈电阻不射极反馈

17、电阻不变，集电极电流变，集电极电流始终维持不变！始终维持不变！电工电子技术电工电子技术首首 页页 通过分析可知，交流放大电路中如果不设置静态工作点，输入的交流信号就无法全部通过放大电路，造成传输过程中信号的严重失真；若静态工作点设置不合适，同样会发生传输过程中的饱和失真和截止失真。 设置合适的静态工作点显然是放大电路保证传输质量的必要条件，其设置的原则是：保证正常的输入信号不失真的输出且保证静态工作点的相对稳定。 分压式偏置的共射放大电路显然可以实现上述原则。通过选择合适的分压电阻RB1和RB2，可获得一个恰当的基极电位值，以确保晶体管的发射结正偏和集电结反偏。这样，在信号传输的过程中晶体管就

18、会始终工作在放大区，使放大电路正常工作。电路中的反馈电阻则起到了稳定工作点的作用，从而抑制了由于温度变化对放大电路产生的影响。电工电子技术电工电子技术首首 页页放大电路中为什么要放大电路中为什么要设置静态工作点？静设置静态工作点？静态工作点不稳定对放态工作点不稳定对放大电路有何影响？大电路有何影响？ 放大电路的失真包括放大电路的失真包括哪些？如何消除失真哪些？如何消除失真？两种失真下集电极？两种失真下集电极电流的波形和输出电电流的波形和输出电压的波形有何不同？压的波形有何不同？ 影响静态工作点稳定的因影响静态工作点稳定的因素有哪些？其中哪个因素影素有哪些？其中哪个因素影响最大？如何防范？响最大

19、？如何防范？ 静态时耦合电容静态时耦合电容C1、C2两端有无电压？若有，两端有无电压？若有，其电压极性和大小如何其电压极性和大小如何确定？确定？ 能否说出能否说出RE和和CE在放大电路中所在放大电路中所起的作用。起的作用。 电工电子技术电工电子技术首首 页页6.3 基本放大电路的动态分析 放大电路加入交流输入信号的工作状态称为动态。动态时，放大电路输入的是交流微弱小信号；电路内部各电压、电流都是交直流共存的叠加量；放大电路输出的则是被放大的输入信号。求解放大电路的动态输入电阻 、输出电阻及电压放大倍数等参量的过程称为动态分析。1.共射放大电路的动态分析CERCUCCRB1RB1RCcbeRLR

20、B2TRSuSC2C1RE分压式偏置共发射极放大电路分压式偏置共发射极放大电路输入信号源输入信号源放大电路放大电路负载负载电源为电源为0时可时可视为视为“地地”电容相当于电容相当于“交流短路交流短路”RB1相当于接相当于接于基极与于基极与“地地”之间之间RC相当于接相当于接于集电极与于集电极与“地地”之间之间分压式偏置共发射极放大电路的交流通道分压式偏置共发射极放大电路的交流通道 由于发射极为输入、输出回路的公共支路，因之而称为共发射极组态的放大电路。电工电子技术电工电子技术首首 页页电容CE在电路中起何作用？+UCCCERERB1RB2C2RCC1Tcbe 电容CE的作用：交流通路中，射极电

21、容将反馈电阻短路，则Au不受影响。如果把射极电容去如果把射极电容去掉，对电路会产生掉，对电路会产生何影响？何影响？如果把射极电容CE去掉，交流通道反馈电阻RE仍起作用，则IE减小，rbe增大，负载不变情况下，电压放大倍数Au降低。电工电子技术电工电子技术首首 页页2. 微变等效电路法 微变等效电路法就是在满足小信号条件下，将晶体管线性化，把放大电路等效为一个近似的线性电路，然后应用线性电路的求解方法求出ri、r0、Au的方法。RB1RCcbeRB2T 一般情况下，由高、低频小功率管构成的放大电路都符合小信号条件。因此其输入、输出特性在小范围内均可视为线性。ibibRB1RCRB2rbe晶体管的

22、微变等效电路。其中晶体管的微变等效电路。其中rbe是是晶体管输入端的等效电阻，受控电晶体管输入端的等效电阻，受控电流源相当晶体管的集电极电流。显流源相当晶体管的集电极电流。显然微变等效电路反映了晶体管电流然微变等效电路反映了晶体管电流的的作用。作用。晶体管交流输入等效电阻mAmV26)1 (300EbeIr电工电子技术电工电子技术首首 页页RB1RCRB2rbe共射电压放大器的微变等效电路法ibib晶体管的微变晶体管的微变等效电路等效电路iiuiu0i0=0iC基极电流基极电流集电极电流集电极电流放大电路放大电路的输入电的输入电压和电流压和电流放大电路放大电路的输出电的输出电压和电流压和电流电

23、路交流等效输入电阻：ri=rbe/RB1/RB2由于小信号电路有RB1和RB2 rbe ，所以 ri rbe 显然交流等效输出电阻：r0=RC电路中电压放大倍数：beCbebCbi0uArRriRiuu若电路接入负载，beLbeLCu/ArRrRRRL此时电路放大倍数：电工电子技术电工电子技术首首 页页共发射极放大电路微变等效电路法的动态分析结果为：bebeB2B1i/rrRRiurii式中负号反映了式中负号反映了输出电压与输入输出电压与输入电压的反相关系电压的反相关系显然，放大电路带上负载显然，放大电路带上负载后，其电压放大倍数将降后，其电压放大倍数将降低低 。负载越大，。负载越大，RL等效

24、等效电阻越小，放大倍数下降电阻越小，放大倍数下降越多。越多。 共发射极放大电路的主要任务是对输入的小信号进行电压放大，因此电压放大倍数Au是衡量放大电压性能的主要指标之一。 共射放大电路的电压放大倍数随负载增大而下降很多，说明这种放大电路的带负载能力不强。 AbeCurR C0Rr / ALCLbeLuRRRrR其中，电工电子技术电工电子技术首首 页页微变等效电路 ibibRB1RCRB2rbeRe动态分析： ebeLuC0ebeB2B1i)1 (A ),/(/RrRRRRrRRR 显然电路中加了交流反馈电阻Re后，电路中的电压放大倍数进一步降低了。共射放大电路中含有交流反馈电阻的动态分析电工

25、电子技术电工电子技术首首 页页 输入电阻ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流的大小。为减轻信号源负担，总希望Ri大些。另外，较大的输入电阻ri，也可降低信号源内阻RS的影响，使放大电路获得较强的输入电压。在共发射极放大电路中，由于RB比rbe大得多，ri近似等于rbe，一般只有几百欧至几千欧，阻值比较低，即共射放大器输入电阻不理想。 对负载而言，总希望放大电路的输出电阻越小越好。因为放大电路输出电阻r0越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，则放大电路的带负载能力就越强。而共射放大电路的输出电阻r0在通常只有几千欧至几十千欧，因此共射放大器的输出电阻也不理想。 电压放大倍数与晶体管

26、的电流放大倍数、动态输入电阻rbe及集电极电阻RC、负载电阻RL均有关。由计算式可看出，当rbe 和RL一定时，Au与成正比。共射电压放大器由于自身的特点，较广泛地应用于放大电路的输入级、中间级和输出级。电工电子技术电工电子技术首首 页页1、下图中设UCC和RC为定值，当基极电流增加时，IC能否成正比地增加？最后接近何值？此时UCE=？当基极电流减小时，IC又如何变化？最后达到何值？这时的UCE约等于多少？ic(mA)uCE(V)UCEQUCCQ2Q1UCCRC80A60A40A20AIB=0。值，这时最后接近倍减小，仍能成大区范围内在放减小时，。当，倍关系，最后接近不再具有与，左右；继续增加

27、此时值，倍增加，最后接近饱和成内增加时，在放大区范围当 0 0/1VCCCEBCBCECCCBCBCEBCBUUIIIURUIIIUIII电工电子技术电工电子技术首首 页页 说一说下图所示各电路能否放大交流信号？为什么？C2C1RCTUCCRB2uiu0(a)C2C1RCTREUCCRB2RB1uiu0(d)C2C1RCTUCCRB1uiu0(b)C2C1RCTUCCRB2RB1uiu0(c)VB=UCC，饱和失真饱和失真VB=UBE，截止失真截止失真NPN管的电管的电路，电容极路，电容极性接反且无性接反且无反馈环节。反馈环节。PNP管的电管的电路，电源、路，电源、电容极性均电容极性均接反。接

28、反。电工电子技术电工电子技术首首 页页V412102010CCB2B1B2BURRRV Rs us + + ui RL + uo +UCC RC C1 C2 V RB1 RB2 RE CE + + + 图示电路，已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。（1）用估算法计算静态工作点mA65. 127 . 04EBEQBEQRUUIICQA33mA5065. 1CQBQIIV75. 3)23(65. 112)(ECCQCCCEQRRIUU电工电子技术电工电子技术首首 页页k95. 01

29、. 1/10/20/beB2B1irRRR(2)(2)用微变等效电路法计算电压放大倍数Au及输入、输出电阻RB1RCRB2rbek1 . 1.65mA1mV26)501 (300ber681 . 13/350/beLCurRRAk3C0RR电工电子技术电工电子技术首首 页页试述放大电路输出电试述放大电路输出电阻的概念。为什么总阻的概念。为什么总希望放大电路的输出希望放大电路的输出电阻电阻r0尽量小一些呢？尽量小一些呢？ 电压放大倍数的概念是电压放大倍数的概念是什么什么?电压放大倍数是电压放大倍数是如何定义的？共发射极如何定义的？共发射极放大电路的电压放大倍放大电路的电压放大倍数与哪些参数有关？

30、数与哪些参数有关？ 试述放大电路输入电阻的概试述放大电路输入电阻的概念。为什么总是希望放大电路念。为什么总是希望放大电路的输入电阻的输入电阻ri尽量大一些？尽量大一些？ 何谓放大电路的动何谓放大电路的动态分析？动态分析态分析？动态分析分析步骤？你能否分析步骤？你能否说出微变等效电路说出微变等效电路法的思想？法的思想？ 电工电子技术电工电子技术首首 页页7.4 共集电极放大电路1. 电路的组成TRBREu0uiUCCC1RLC2 观察左图，可见共集电极放大电路的特点是：晶体管的集电极直接与直流电源UCC相接，负载接在发射极电阻两端。显然，电路的输入极仍为基极，输出极却是发射极。RBREUCCIB

31、ICIE静态分析ECCCCEBCEBBECCBEBBEBBCC )1 ()1 (RIUUIIRRUUIRIURIU，UBE电工电子技术电工电子技术首首 页页 显然，集电极为输入、输出回路共同的交流“地”端，因此称之为共集电极放大电路。RBREu0ui交流情况下UCC=0，相当于“地”电位C1RBC2RB相当于接在基极与“地”之间耦合电容C1、C2相当于短路微变等效电路ibibRLRBrbeREuiu0)1 ()/()1 (LbLEboRiRRiuLbbeb)1 (RiriuiLbeLou)1 ()1 (ARrRuui电工电子技术电工电子技术首首 页页LbeLou)1 ()1 (ARrRuui通

32、常(1+)RLrbe，故式中分子小于约等于分母，即共集电极放大电路的Au小于和约等于1。 因Au为正值，说明ui与u0相位相同；又因ui u0，说明电路中的电压并没有被放大。但电路中ie=(1+)ib，说明电路仍有电流放大和功率放大作用。此外， u0是由射极输出的，因之共集电极放大电路又称为“射极输出器”。求电路的输入电阻ri)1 (/LbeBRrRri求电路的输出电阻r0be0rr 射极输出器的Ri较大，通常可达几十千欧至几百千欧。 显然，射极输出器的r0较小，仅为几十欧至几百欧。电工电子技术电工电子技术首首 页页射极输出器的电压放大倍数小于1约等于1，即u0跟随ui变化。输入电阻较高。输出

33、电阻较低。射极输出器电路 射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，这是射极跟随器最突出的优点。射极跟随器常用于多级放大器的第一级或最末级，也可用于中间隔离级。用作输入级时，其高输入电阻可以减轻信号源的负担，提高放大器的输入电压。用作输出级时，其低输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响，并易于与低阻负载相匹配，向负载传送尽可能大的功率。电工电子技术电工电子技术首首 页页射极输出器与共发射极输出器与共发射极放大器相比，有何射极放大器相比，有何特点？特点？ 射极输出器的发射极电阻射极输出器的发射极电阻RE能能否像共发射极放大器一样并联否像共发射极放大器一样并联一个旁路电容一个旁路电容CE来提

34、高电路的来提高电路的电压放大倍数？为什么？电压放大倍数？为什么？电工电子技术电工电子技术首首 页页7.5 功率放大器和差动放大电路简介1. 功率放大器的分类 功率放大电路与电压放大电路没有本质上的区别。它们都是利用放大器件的控制作用，把直流电源的能量转化为按输入信号规律变化的交变能量输出送给负载。所不同的是：电压放大电路的主要任务是不失真地放大信号电压；功率放大电路的主要任务则是使负载得到尽可能不失真的信号功率。功放电路中的晶体管称为功率放大管，简称“功放管”。广泛用于各种电子设备、音响设备、通信及自控系统中。(1)功率放大器按工作状态一般可分为：甲类放大器：这种功放的工作原理是输出器件晶体管

35、始终工作在传输特性曲线的线性部分，在输入信号的整个周期内输出器件始终有电流连续流动，这种功放失真小，但效率低，约为50%，功率损耗大，一般应用在家庭的高档机较多。电工电子技术电工电子技术首首 页页乙类放大器：两只晶体管交替工作，每只晶体管在信号的半个周期内导通，另半个周期内截止。该类功放效率较高，约为78%，但缺点是容易产生交越失真。甲乙类放大器：兼有甲类放大器音质好和乙类放大器效率高的优点，被广泛应用于家庭、专业、汽车音响系统中。(2)按放大器功能一般可分为：前级功放：主要作用是对信号源传输过来的节目信号进行必要的处理和电压放大后，再输出到后级放大器。后级功放：对前级放大器送出的信号进行不失

36、真放大，以强劲的功率驱动扬声器系统。除放大电路外，还设计有各种保护电路，如短路保护、过压保护、过热保护、过流保护等。前级功放和后级功放一般只在高档机或专业的场合采用。电工电子技术电工电子技术首首 页页合并式放大器：将前级放大器和后级放大器合并为一台功放，兼有前二者的功能，通常所说的放大器都是合并式的，应用范围较广。2. 功率放大器的特点及技术指标(1)功率放大器的特点由于功放电路的主要任务是向负载提供一定的功率，因而输出电压和电流的幅度足够大；由于要求输出信号幅度大，通常使三极管工作在极限应用状态，即三极管工作在接近饱和区与截止区的工作状态，因此输出信号存在一定程度的失真。功率放大电路在输出功

37、率的同时，三极管消耗的能量也较大，因此三极管的管耗不能忽视。功率放大电路工作在大信号运用状态，因此只能采用图解法进近估算。电工电子技术电工电子技术首首 页页(2)功率放大器的技术要求 由于功放的上述特点，因此实用中对功率放大器有一定的技术要求。（1）效率尽可能高 （2）具有足够大的输出功率（3）非线性失真尽可能小 （4）散热条件要好 功放通常工作在大信号情况下，所以输出功率和功耗都较大，效率问题突显。我们期望在允许的失真范围内尽量减小损耗。 为获得最大的功率输出，要求功放管工作在接近“极限运用”状态。选用时应考虑管子的三个极限参数ICM、PCM和U(BR)CEO。 处于大信号工况下的管子不可避

38、免地存在非线性失真。但应考虑在获得尽可能大的功率输出下将失真限制在允许范围内。 功放管工作在“极限运用”状态，因而造成相当大的结温和管壳温升。散热问题应充分重视，应采取措施使功放管有效地散热。电工电子技术电工电子技术首首 页页3. 功放电路中的交越失真 左图电路采用了两个导电特性相反的管子，其中T1和T2分别为NPN型管和PNP型管。电路工作时，一个管子在信号的正半周导通，另一管子在信的负半周导通，两个管子在信号周期内交替工作，各自产生半个周期的信号波形，在负载上合成一个完整的信号波形，这种功放电路称作乙类功率放大电路。T1RLu0VCCiLT2iC1VCCiC2ui交越失真：两个管子在信号周

39、期内交替工作，由于管子总是存在着死区电压，因此在信号零点附近不会产生基极电流，造成传输信号波形的严重失真，由于这种失真产生在过零值处，所以称为交越失真。 观察电路，可看出此电路没有基极偏置，所以uBE1=uBE2=ui。当ui=0时， T1管和T2管均处于截止状态。电工电子技术电工电子技术首首 页页功放电路中交越失真说明及消除方法 ui/V t00.6-0.6 u0/V t00.6-0.6过零处的过零处的交交越越失真失真 此电路是能消除交越失真的甲乙类互补对称的功放电路。 只要R1、R2数值适当，当ui =0时，可使IC3 、VB2和VB1达到所需达到所需大小，为T1和T2发射结提供适当电压，

40、以消除过零处的交越失真。D2D1RCREC1T1RLVCCT2u0C2T3R1R2CEui电工电子技术电工电子技术首首 页页4. 差动放大电路(1)零漂现象 直接耦合的多级放大电路，当输入信号为零时，输出信号电压并不为零，而且这个不为零的电压会随时间作缓慢的、无规则持续变动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。差动放大电路就是一种对零漂有很强抑制作用的放大电路。(2)差动放大电路 RC1RC2VCCu0ReVEEui2ui1u02u01T1T2 差动放大电路由两个对称的共射基本放大电路组成。其中T1、T2是两个特性完全相同的晶体管，两管基极信号电压ui1、ui2大小相等、相位相反。 差动放大电路这

41、种双端输入方式称为差模输入方式，所加信号称为差模信号，差模信号是放大电路中需要传输和放大的有用信号，用uid表示，数值上等于两管输入信号的差值：uid=ui1 ui2电工电子技术电工电子技术首首 页页RC1RC2VCCu0ReVEEui2ui1u02u01T1T2 温度变化、电源电压波动等引起的零漂电压，折合到放大电路输入端，相当于在放大电路输入端加了“共模信号”，外界电磁干扰对放大电路的影响也相当于在输入端加上了“共模信号”。可见，所谓的共模信号对放大电路是一种干扰信号。因此，放大电路对共模信号不仅不应放大，反而应当具有较强的抑制能力。 温度发生变化时，差动放大电路输入端相当于加了一个共模信

42、号，此时两管对共模信号产生的电流，其变化规律相同，两管集电极电压漂移量也完全相同，从而使双端输出电压始终为零。也就是说，依靠电路的完全对称性，使两管的零漂在输出端相抵消。因此，零点漂移被抑制。电工电子技术电工电子技术首首 页页RC1RC2VCCu0ReVEEui2ui1u02u01T1T2 差动放大电路的公共发射极电阻Re是保证静态工作点稳定的关键元件。当温度T两管的发射极电流IE1和IE2、集电极电流IC1和IC2均增大由于两管基极电位VB1和VB2均保持不变两管的发射极电位VE升高引起两管的发射结电压UBE1和UBE2降低两管的基极电流IB1和IB2随之减小IC2下降。此过程类似分压式偏置的共射放大电路中RE的作用。双端输出情况下，差动放大电路两管的输出稳定在静态值，从而有效地抑制了零点漂移。Re数值越大，抑制零漂的作用越强。即使电路处于单端输出方式，电路仍有较强的抑制零漂能力。由于Re上流过两倍的集电极变化电流，其稳定能力比射极偏置电路更强。此外，采用双电源供电，可以使UB1UB20，从而使电路可适应正、负两种极性的输入信号，扩大了应用范围。电工电子技