15基本放大电路1

1、第第15章章 基本放大电路基本放大电路151 共射极放大电路的组成和工作原理共射极放大电路的组成和工作原理152、3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 静态分析、动态分析静态分析、动态分析154 静态工作点的稳定静态工作点的稳定155 放大电路的频率特性放大电路的频率特性156 射极输出器射极输出器157、8、9 多种放大电路多种放大电路 差分放大电路、互补对称功率放大电路、场效差分放大电路、互补对称功率放大电路、场效应管放大电路应管放大电路 电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大成放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。较大的信号。这里所讲的

2、主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：络表示，如图：uiuoAu基本概念基本概念一、电压放大倍数一、电压放大倍数Au和源电压放大倍数和源电压放大倍数AusouiUAU二、输入电阻二、输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大电路从其前级获是衡量放大电路从其前级获取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。另

3、外可以降低信号源内阻的影越小，对前级的影响越小。另外可以降低信号源内阻的影响，使放大器获得较高输入电压响，使放大器获得较高输入电压uiAuiiuiiiiUrI rioussUAUuS+_AuuSuiuo+_三、输出电阻三、输出电阻ro放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我们可以将它等而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。出电阻。对负载而言，对负载而言，ro越小，负载电阻越小，负载电阻RL的变化对输出的变化对输出电压电压uo的影响就的影响就越小，表明放大越小，表明放大器的带负载

4、能力器的带负载能力就越强。就越强。oLoLoURURrAuuSRL+_rouoRL+_uo+_放大电路示意图放大电路示意图UA大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 符号约定符号约定放大电路的分类放大电路的分类按用途按用途电压（或电流）放大器电压（或电流）放大器功率放大器功率放大器按工作频率按工作频率直流放大器直流放大器交流放大器交流放大器按电路结构按电路结构分立元件放大器分立元件

5、放大器集成放大器集成放大器三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放大以共射放大器为例讲解器为例讲解工作原理工作原理基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理uiuo输入输入输输出出+UCCRBEBRCC1C2T基本组成基本组成放大放大元件，元件，iC= iB 。要晶体管工作在放要晶体管工作在放大区，须保证集电大区，须保证集电结反偏，发射结正结反偏，发射结正偏。偏。+EC集电极电源，集电极电源，为电路为电路提供能提供能量量。并保证。并保证集集电结反偏电结反偏。RB+UCCEBRCC1C2T集电极电阻，将集电

6、极电阻，将变化的电流变化的电流转变转变为变化的电压。为变化的电压。使使发射结正偏发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静静态工作点态工作点。基极电源基极电源与基极电与基极电阻阻耦合电容，为耦合电容，为极性电容器极性电容器隔离隔离输入输出与输入输出与电路直流的联系，电路直流的联系，同时能同时能耦合交流耦合交流，使信号顺利输入使信号顺利输入输出。输出。+可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+UCCEBRCC1C2TRBui=0时时IC 0IBICIE=IB+IC静态工作点静态工作点RB+UCCRCC1C2T工作原理工作原理由于电源的由于电源的存在，存在，IB 0IBI

7、C( IC,UCE )(IB,UBE)RB+UCCRCC1C2TUBEUCE(IB,UBE) 和和( IC,UCE )分别对应于输入输出特性曲分别对应于输入输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。线上的一个点，称为静态工作点。IBUBEQIBUBEICUCEQUCEICIBRB+UCCRCC1C2ui 0uBEuCEiBiCuoiB=IB+ibiC=IC+icuCE=UCE+uce电源电源UCC单独作用下的静态值，称单独作用下的静态值，称直流分量直流分量输入信号作用下的电压、电流，称为输入信号作用下的电压、电流，称为交流分量交流分量微变信号微变信号CECCCCuUi RiBuBEQiCuCEu

8、ce怎么变化怎么变化UBE上叠加一微小的变化上叠加一微小的变化ibtibtictuit(IB ,UBE)(IC,UCE)uCE须满足回路电压方程，须满足回路电压方程，所以其变化必须沿着该回所以其变化必须沿着该回路电压方程所确定的直线路电压方程所确定的直线uce相位如何相位如何uce与与ui反相！反相！iCuCEictucetCECCCCuUi RUCCUCC /RC各点波形各点波形RB+UCCRCC1C2uitiBtiCtuCEtuotuiiCuCEuoiB1. 晶体管必须偏置在晶体管必须偏置在放大区放大区。发射结正偏，集电结。发射结正偏，集电结反偏。反偏。2. 正确设置正确设置静态工作点静态

9、工作点，使整个波形处于放大区。，使整个波形处于放大区。3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经极电压，经电容滤波电容滤波只输出交流信号。只输出交流信号。实现放大的条件实现放大的条件放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交

10、流信号。上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交、直流所走的路。而对直流可以看成开路，这样，交、直流所走的通道是不同的。通道是不同的。交流通路：交流通路：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通路：直流通路：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。直流通路和交流通路直流通路和交流通路例：例：对直流信号（只

11、有对直流信号（只有+UCC）开路开路开路开路RB+UCCRCC1C2T直流通路直流通路RB+UCCRC对交流信号对交流信号( (输入信号输入信号ui) )短路短路短路短路置零置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路ICUCEUCE=UCCICRCICUCEUCCCCCURQ直流直流负载线负载线IB直流通路直流通路RB+UCCRC直流负载线直流负载线icceL cuR i 其中：其中：/LLCCRRRR uceRBRCRLuiuo交流通路交流通路交流负载线交流负载线ICUCEECCCREQIB交流负载线交流负载线LCRR 因为因为 所以交所以交流负载线比直流负载流负载线

12、比直流负载线陡一些线陡一些交流信号的变化沿着斜率为：交流信号的变化沿着斜率为：LR1的直线，的直线，这条这条直线通过直线通过Q点。点。一、估算法一、估算法（1）根据直流通路估算）根据直流通路估算IBIBUBECCBEBBUUIR0.7CCBURCCBURRB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏置电流偏置电流。+UCC直流通路直流通路RBRC静态分析静态分析（2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、ICICUCECEOBCIIICECCCCUUI RBI直流通路直流通路RBRC+UCC二、图解法二、图解法先估算先估算IB ，然后在输出特性曲线上作出直流然后在输出特性曲线上作出直流负载线

13、，与负载线，与IB 对应的输出特性曲线与直流负载对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是线的交点就是Q点。点。ICUCECCBEBBUUIRQCCCURUCC例：例：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：UCC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。解：解：120.04 mA40 A300CCBBUIR37.5 0.041.5 mACBBIII 注意电路中注意电路中IB 和和IC 的数量级的数量级121.5 46VCECCCCUUI R一、三极管的微变等效电路一、三极管的微变等效电路1. 输入回路输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特当信号很小时，将输入

14、特性在小范围内近似线性。性在小范围内近似线性。 uBE iBBBbeBEbeBbIIuurii对输入的小交流信号而言，对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻三极管相当于电阻rbe。26(mV)200()(1)(mA)beErI 对于低频小功率三极管：对于低频小功率三极管：动态分析动态分析2. 输出回路输出回路iCuCE)(bBcCCiIiIiBbCbIiIi所以：所以：bcii(1) (1) UCE一定时输出端相当于一定时输出端相当于一个受一个受ib 控制的电流源。控制的电流源。不完全水平不完全水平(2) (2) 考虑考虑 UCE对对 iC的影响的影响CceCEIgUUCEICIBicib

15、IC UCEcbCbceCEbceceiiIigUig u ibicicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。3. 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效cbe1BCEceceCIurgiube+_uce+_uce+_ube+_二、放大电路的微变等效电路二、放大电路的微变等效电路将交流通路中的将交流通路中的三极管用微变等三极管用微变等效电路代替效电路代替: :交流通路交流通路RBRCRLuiuouirbe ibibiiicuoRBRCRL三、电压放大倍数的计算三、电压放大倍数的计算bebirIULboRIUbeLurRALCLRRR/特点

16、：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。在多级放大负载电阻越小，放大倍数越小。在多级放大电路中，由于后一级电路是前一级的负载，所以后电路中，由于后一级电路是前一级的负载，所以后一级电路的输入阻抗越大，对前一级电路的放大倍一级电路的输入阻抗越大，对前一级电路的放大倍数的影响越小。数的影响越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI四、输入电阻的计算四、输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：输入电阻的定义：iiiIUr是动态电阻。是

17、动态电阻。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbeBrR /beriiiIUr电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小。一般总是希望得到较大的输入电阻。越小。一般总是希望得到较大的输入电阻。五、输出电阻的计算五、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。出电阻。(1) 不含受控源的电路中所有独立电源置零，然后不含受控源的电路中所有独立电源置零，然后计算端口等效电阻。计算端口等效电阻。(2) 所有独立

18、电源置零，保留受控源，加压求流法。所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。CoooRIUr所以：所以：用加压求流法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻：rbeRBRCiIbIcIbI00oIoU+_在放大电路中，输出信号应该在放大电路中，输出信号应该成比例地放大成比例地放大输输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生生非线性失真非线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在设置在交流负载线的中间部分。如果交流负载线的中间部分。如果Q

19、设置不合适，信设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。失真分析失真分析iCuCEuo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号选择静态工作点选择静态工作点ibiCuCEuo1. Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区放大电路产放大电路产生截止失真生截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ibiBuBEiCuCE2. Q点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区放大电路产放大电路产生饱和失真生饱和失真ib输入波输入波形形uo输出波形输出波形iBuBEucet iB uBE0limBbeBEbeBbIuuriiiCuCEucetibt直

20、流负载线，直流负载线，斜率为斜率为-1/RC交流负载线，斜交流负载线，斜率为率为-1/(RC /RL)RC放大电路的静态工作点不仅决定了放大电路是否会放大电路的静态工作点不仅决定了放大电路是否会产生产生失真失真，还影响，还影响电压放大倍数电压放大倍数、输入电阻输入电阻等动态等动态参数参数为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。对于前面的电路（对于前面的电路（固定偏置电路固定偏置电路）而言，静态工作点）而言，静态工作点由由UBE、 和和ICEO

21、决定，这三个参数随温度而变化，温度决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。对静态工作点的影响主要体现在这一方面。静态工作点的稳定静态工作点的稳定TUBE ICEOQIC、UCE放大电路的静态工作点不仅决定了放大电路是否会放大电路的静态工作点不仅决定了放大电路是否会产生产生失真失真，还影响，还影响电压放大倍数电压放大倍数、输入电阻输入电阻等动态参数。等动态参数。由于电路元件老化、电源电压波动、温度对三极管参数由于电路元件老化、电源电压波动、温度对三极管参数的影响等都会造成放大电路静态工作点的不稳定。的影响等都会造成放大电路静态工作点的不稳定。CCBBBEURIUC

22、BCEOIIICCCCECUUI R一、温度对一、温度对UBE的影响的影响iBuBE25C50CTUBEIBICCCBEBBUUIR工作电压工作电压二、温度对二、温度对 值及值及ICEO的影响的影响T 、 ICEOICiCuCEQQ 总的效果是：总的效果是：温度上升时，温度上升时，输出特性曲线输出特性曲线上移，造成上移，造成Q点点上移。上移。TIC固定偏置电路的固定偏置电路的Q点是不稳定的。点是不稳定的。 Q点不稳定点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高

23、、升高、 IC增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少IB，从而抑制从而抑制Q点的变化。保持点的变化。保持Q点基本稳定。点基本稳定。常采用常采用分压式偏置电路分压式偏置电路来稳定静态工作点。来稳定静态工作点。分压式偏置电路分压式偏置电路RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo+UCCRCC1C2TRB固定偏置电路固定偏置电路I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路直流通路分压式偏置电路的静态分析分压式偏置电路的静态分析1212CCBBUIIRR22BBVI R212BCCBBRURRBEBEBEEUVVVI RBBEBCEEEVUVIIRR可认为与可认为与温度无关温度无关

24、取决于电阻分压，取决于电阻分压，不受温度变化影响不受温度变化影响BII 2条件条件1BEBUV条件条件2与三极管参与三极管参数几乎无关数几乎无关使：使：若：若：BEI2并非越大越好，由并非越大越好，由于于RB1、RB2太小，将增太小，将增加损耗，降低输入电阻。加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十因此一般取几十k 。I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路直流通路TUBEIBICVEIC本电路稳压的过程本电路稳压的过程实际是由于加了实际是由于加了RE形成了形成了负反馈负反馈过程过程BEBII 2条件条件11212CCBBUIIRR12/iBBberRRr试用试用戴维南等效戴维南等效计算

25、图示电路中晶体管的集电计算图示电路中晶体管的集电极电流极电流 ICR1+12VRCTR2-12VR1+12VRCR212VEeRe-eeebeEI R =UCI 分压式偏置电路的动态分析分压式偏置电路的动态分析rbeRCRLoUiUiIbIcIbIRB微变等效电路微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路交流通路/iBbeberRrr CoRr LubeRAr RBRCRLuiuoCE的作用：交流通路中，的作用：交流通路中， CE将将RE短路，短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。对交流不起作用，放大倍数不受影响。问题问题1 1：如果去掉如果去掉CE，放大倍数怎样放大倍数怎样变化？

26、变化？I1I2IBRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo去掉去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：后的交流通路和微变等效电路：(1)/iBbEeRrRrCoRr EbbebiRIrIU)1 (LboRIU(1)LubeERArRRB1RCRLuiuoRB2RErbeRCRLoUREiUiIbIcIbIRBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2问题问题2：如果电路如下图所示，如何分析？如果电路如下图所示，如何分析？I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1RE2直流通路直流通路静态分析静

27、态分析RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2交流通路交流通路RB1RCRLuiRB2RE1uo动态分析动态分析交流通路：交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微变等效电路：微变等效电路：rbeRCRLoURE1iUiIbIcIbIRB问题：问题：Au 和和 Aus 的关系如何？的关系如何？定义：定义：iouUUAsousUUA放放大大电电路路RLRSoUiUsUsousUUASiSiiUrRrUiusuSiAARrr当当信号源内阻信号源内阻与放大电路与放大电路输输入电阻入电阻相比不能忽视时，总相比不能忽视时，总的电压放大倍数受影响的电压放大倍数受影响提高提高输入电阻

28、输入电阻，可以减小信号，可以减小信号源内阻对电路放大倍数的影响源内阻对电路放大倍数的影响RB+UCCC1C2RERLuiuoRB+UCCRE直流通道直流通道射极输出器射极输出器共集电极电路共集电极电路IBIE(1)CCBEBBEUUIRR1EBIICECCEEUUI RRB+UCCRE直流通道直流通道静态分析静态分析BBECBEECI RRUIU(1)BBBECCBEI RRUUIRB+UCCC1C2RERLuiuorbeiUbIRERLRBoUcIbIiI微变等效电路微变等效电路动态分析动态分析LeoRIULELRRR/LbRI）（1LebebiRIrIULbbebRIrI)1 (LbbebLbuRIrIRIA)1 ()1 (LbeLRrR)1 (1）（1. 电压放大倍数电压放大倍数rbeiUbIRERLRBoUcIbIiI1.,)1 (LbeRr所以所以，1uA无电压放大作用，但仍然有电流放大和无电压放大作用，但仍然有电流放大和功率放大作用，因为功率放