第8章基本放大电路

1、1234输入输入回路回路输出输出回路回路T的发射极既在的发射极既在输入回路，又输入回路，又在输出回路。在输出回路。+uo-+uCE-RLc2+EBRB+c1+us-+ui-RS+Ec+RCiCiBiE-uBET+5ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE6ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE7+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE8UBEIBICUCE无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo

2、= 0uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO9ICUCEOIBUBEO结论：结论：QIBUBEQUCEIC10UBEIB无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？ uCE = UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO11静态分析静态分析+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交

3、流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO12uitOuotO131415直流通路直流通路( IB 、IC 、UCE )对直流信号对直流信号, 电容电容 C 可看作开路（即将电容断开）可看作开路（即将电容断开）断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE16RBRCuiuORLRSes+ XC 0，C 可看作短可看作短路。忽略电源的内阻，路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看直流电源对交流可看作短路。作短路。短路短路短路短路对地短路对地短路+UCCRSes

4、RBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE17放大电路无信号输入（放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。）时的工作状态。估算法、图解法。估算法、图解法。各极电压各极电压、电流的直流分量。电流的直流分量。放大电路的直流通路。放大电路的直流通路。 (1)(静态工作点静态工作点Q：IB、IC、UCE 。静态分析：静态分析：确定放大电路的静态值。确定放大电路的静态值。18BBECCB RUUI 所以所以BCCBRUI 根据电流放大作用根据电流放大作用CEOBC III BI 当当UBE UCC时时+UCCRBRCT+UBEUCEICIB19已知：已知：UCC=12V，RC=

5、3 k ，RB=300 k ， =50。解解 A40mA30012BCCB RUImA2mA04. 050BC II V6V3212 CCCCCE ）（RIUU+UCCRBRCT+UBEUCEICIB20EECCCCCERIRIUU EBBECCB) 1(RRUUI BC II EEBEBBCCRIURIU EBBEBB) 1 (RIURI 由由KVL可得：可得：由由KVL可得：可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIBRE21常数常数 B)(CECIUfIUCE = UCC ICRC +UCCRBRCT+UBEUCEICIB直流负载线直流负载线: :反映静态时电流反映静态时电流IC和

6、和UCE的变化关系。的变化关系。22BBECCBRUUI CtanR1 ICQUCEQCCCRUUCC常数常数 B)(CECIUfIUCE /VIC/mA直流负载线直流负载线Q由由IB确定的那条确定的那条输出特性与直流输出特性与直流负载线的交点就负载线的交点就是是Q点点O23 放大电路的动态分析放大电路的动态分析 + + + T ibRBRCRLu iRSusu 0ic共射极放大电共射极放大电路的路的交流通路交流通路2436I IC C(mA)(mA)1234U UCECE(V)(V)9120Q交流负载线比直流负载线陡交流负载线比直流负载线陡交流负载线交流负载线交流负载交流负载线过线过Q点点2

7、.2.再根据再根据ui在输入特性上求在输入特性上求uBE和和iB 。根据根据iB 在在输出特性上求输出特性上求iC和和uCE。直流负载线利用晶体管的特性曲线通过作图的方法分析放大电路的动利用晶体管的特性曲线通过作图的方法分析放大电路的动态工作情况态工作情况。1.先确定静态工作点先确定静态工作点Q, 过过Q作作交流负载线交流负载线 。交流负载线交流负载线: :动态时电流动态时电流 iC和和uCE的变化关系的变化关系, ,RL与与RC并联并联 . . 其中其中：RL=RC/RL RCL1R-交流负载线斜率交流负载线斜率: :25IB=0UBEIBuCE /Vic /mA0UCE交流信号的传输情况交

8、流信号的传输情况 ui(即即ube)ibicuo(即即uce)t0uBE/VtiB/A0uBE/ViB/A00tuCE /Vt0ic /mAICQubeuBE=UBE+ube输入输出输入输出信号相位信号相位相反相反20A40A60Ace mube mUAU60A40A20A26QuCE/VttiB B/ AIBtiC C/mAICiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo27Q2uoUCEQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOOQ128uiuotiB B/ AiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEO

9、OOQQuCE/VtiC C/mAuCE/VOOUCE29 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。元件。 晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。 利用放大电路的微变等效电路分析利用放大电路的微变等效电路分析计算计算放大电路放大电路电压电压放大倍数放大倍数Au、输入电阻、输入电阻ri、输出电阻、

10、输出电阻ro等。等。30)mA()mV(26)1()(200EbeIr CEBBEbeUIUr CEbbeUiu O31CEBCUII CEbcUii BCCEceIIUr BcceIiu O32ibicicBCEib ib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+ +- -uce+ +- -ube+ +- -uce+ +- -rbeBEC 晶体管的晶体管的B、E之间之间可用可用rbe等效代替。等效代替。 晶体管的晶体管的C、E之间可用一受之间可用一受控电流源控电流源ic= ib等效代替。等效代替。33ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +-

11、 -RSiiRBRCuiuORL+ + +- - -RSeS+ +- -ibicBCEii34ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiiiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS35bebirIU LcoRIU beLrRAu LCL/ RRR io :UUAu 定义定义Lb RI rbebeCrRAu iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS36 LcoRIU LCL/RRR io :UUAu 定义定义Lb RI rbeRBRCRLEBC+

12、 +- -+ +- -+ +- -RSiUiIbIcIoUbISEeIREEebebiRIrIU Ebbeb) 1 (RIrI EbeL) 1(RrRAu 37iii IUr 输入电阻输入电阻SESRiIiUirSESRiIiU38iiIUri beB/ rR 时，时，当当beBrR bRiBIIU EebebiRIrIU Ebbeb)1(RIrI Ebeib)1(RrUI EbeBi)1(/RrRr beirr rbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiIbIcIoUbISEeIREiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +

13、- -RSririBRIBRI39oUoEoooIUr 输出电阻：输出电阻：oUSE外外加加40iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSCoooRIUr 例例3求求ro的步骤：的步骤：1) 断开负载断开负载RLoU3) 外加电压外加电压oI4) 求求or外加外加oICRcoIII bcII CoRCRUI 0 0 cb II所以所以2) 令令 或或0i U0S E414243 在固定偏置放大电路中，在固定偏置放大电路中，当温度升高时，当温度升高时，UBE 、 、 ICBO 。 上式表明，当上式表明，当UCC和和 RB一定时，一定时， IC与与

14、 UBE、 以及以及 ICEO 有关有关，而这三个参数随温度而变化。，而这三个参数随温度而变化。CBOBBECCCEOBC)1( IRUUIII 温度升高时，温度升高时， IC将增加，使将增加，使Q点沿负载线上移。点沿负载线上移。44iCuCEQQ 固定偏置电路的工作点固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使 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。O45B2II 若满足：若满足： 基极电位基本恒定，不基极电位基本恒定，不随温度变化

15、。随温度变化。2B2BRIV 2B1BCC21RRUII CC2B1B2BBURRRV VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+46EBEBECRUVII BEBUV 若满足：若满足：EBEBEBEC RVRUVII +UCCuo+eSVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+ui+ICRS+IE47从从Q点点稳定的角度来看稳定的角度来看似乎似乎I2、VB越大越好。越大越好。但但 I2 越大，越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。耗，降低输入电阻。而而VB过高必使过高必使VE也增也增高，在高，在

16、UCC一定时，势必一定时，势必使使UCE减小，从而减小放减小，从而减小放大电路输出电压的动态范大电路输出电压的动态范围。围。I2= (5 10) IB，VB= (5 10) UBE， RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。的阻值一般为几十千欧。VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+48VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+TUBEIBICVEICVB 固定固定49CC2B1B2BURRRVB EBEBECRUVII CBII EECCCCCERIRIUU UCERB1RCRB2RE+UCC+IEI

17、BICVB50 对交流：对交流：旁路电容旁路电容 CE 将将R 短路短路， R 不起作用不起作用， Au，ri，ro与固定偏置电路相同与固定偏置电路相同。如果去掉如果去掉CE ，Au，ri，ro ？旁路电容旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+51RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+2B1BB/ RRR iUiIbIcIoUbISEeIBRI52CoRr 2B1BB/ RRR 其其中中 EbeBi) 1(/RrRr EbeL) 1(RrRAu iUiIbIcIoUbISEeIBRI53EbeL) 1(RrRAu beLrRAu Eb

18、eB2B1i)1(/RRRrr CoRr beB2B1i/rRRr CoRr 54？即：即： Sos EUAu考虑信号源内阻考虑信号源内阻RS 时时iSibeLs rRrrRAu 所以所以SosEUAu SiioEUUU SiEUAu iSiSirRrEU irRB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+55 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 2k, RE1= 200， RE2= 1.8k， RB1= 20k， RB2= 10k RL= 3k ，晶体管，晶体管=50， UBE=0.6V, 试求试求: :(1) (1) 静态工作点静态工作点

19、 IB、IC 及及 UCE；(2) (2) 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) (3) 输入电阻输入电阻ri、ro及及 Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL+UCCuiuo+RE256V4V12102010CCB2B1B2B URRRVmA7 . 1 mA26 . 04EBEBEC RUVII A34 mA501.7CB IIV2 . 58 . 12 . 027 . 112)2E1ECCCCCE ）（RRRIUURB1RCRB2RE1+UCCRE2+UCEIEIBICVB57k2Co Rrk98. 07 . 12651200I26) 1(200Ebe rk 67. 6/2B1B

20、B RRR其其中中 EbeBi) 1(/RrRr k18. 4 1EbeL) 1(RrRAu 37. 5 iUiIbIcIoUbISEeIBRI58RB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RS59EBBECCB)1(RRUUI BE)1(II EECCCERIUU +UCCRBR+UCE+UBEIIBICRB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RS60LEL/ RRR LeoRIU Lb1RI ）（ LebebiRIrIU Lbbeb)1 (RIrI LbbebLb)1()1(RIrIRIAu LbeL)1(1RrR ）（rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiU

21、bIcIoUbISEeIREiI61rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREiIiBi/ rRr LbeBi)1(/RrRr LbebLEebebbii)1(/RrIRRIrIIUr LEL/ RRR irir 62rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREiIERbbo IIII EoSBbeoSBbeoRUR/RrUR/RrU ESbeo1/11RRRrr 外加外加oIor1) 断开负载断开负载RLoU3) 外加电压外加电压oI4) 求求2) 令令 或或0i U0S EERI63 1sbe

22、oRrrSBS/ RRR RrRr 1/sbeEo) 1 ( /sbeERRr ）（通常：通常：rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIREiIorESbeo1/11RRRrr 64LbeL) 1() 1(RrRAu LbeBi) 1(/RrRr Rrr 1sbeo6566 例例1 1 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 3 k ，晶体管，晶体管=50， UBE=0.6V, 信号信号源内阻源内阻RS= 100，试求试求: :(1) 静态工作点静态工作点 IB、IE 及及 UCE

23、； 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) Au、ri 和和 ro 。.RB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RS67A7 .37mA250)(12006 . 012) (1EBBECCB RRUUImA92. 1 0.0377mA50)(1 )(1BE II V2 . 8V292. 112EECCCE RIUU+UCCRBR+UCE+UBEIIBIC68SBS/ RRR 201Sbeo Rrrk9.092.1265120026) (1200Ebe Ir LbeBi) 1(/RrRr k4 .47 LbeL) 1()(1RrRAu 98.0 rbeRBRLEBC+ +- -+ +-

24、-+ +- -RSiUbIcIoUbISEeIRESBS/ RRR 69 放大电路由于存在耦合电容、发射极旁路电容及三极放大电路由于存在耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。相位都将发生变化。70f|Au |0.707| Auo |fLfH| Auo |幅频特性幅频特性f 270 180 90相频特性相频特性 71iUbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +-

25、-RSbeU+ +- -72oUbeUiUiUbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSbeU+ +- -C1C273oUiUbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSCo7475两级之间通过耦合电容两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接与下级输入电阻连接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+oU1OUiUSEB1R B2R T1T276 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，路互不相通，。RB1R

26、C1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+oU1OUiUSEB1R B2R T1T277第一级第一级第二级第二级212ioi1oiouuuAAUUUUUUA 电压放大倍数电压放大倍数2ir1bI2bI1cI2cIrbeRB2RC1EBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiI1oU1b1ISErbeRC2RLEBC+ +- -oU2b2IB1R B2R RB12i1C1L/ rRR 1be1L1io11rRUUAu be2L222io2rRUUAu 1iirr 2oorr L2CL2/ RRR 78将前级的输出端直接接后级的输入端。将前级的输出端直接接后

27、级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流信号。可用来放大缓慢变化的信号或直流信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE279指输入信号电压为零时，输出电压发生指输入信号电压为零时，输出电压发生 缓慢地、无规则地变化的现象。缓慢地、无规则地变化的现象。uotO晶体管参数随温度变化、电源电压晶体管参数随温度变化、电源电压 波动、电路元件参数的变化等。波动、电路元件参数的变化等。80 直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。 严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压

28、。电压还是漂移电压。 一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标。压作为衡量零点漂移的指标。uiAuuodd 只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。后的有用信号才能被很好地区分出来。81 由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。的低频特性。f|Au|0.707|Auo|OfH|Auo| 抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要

29、问题。个重要问题。 适合于集成化的要求，在集成运算放大器的内部，级适合于集成化的要求，在集成运算放大器的内部，级间都是直接耦合。间都是直接耦合。82 电路结构对称，在理想情况下，两管的特性及对应电阻电路结构对称，在理想情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。元件的参数值都相等。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。 +UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2双端输入、双端输入、双端输出双端输出两管静态工两管静态工作点相同作点相同83uo= VC1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC

30、2 ) = 0静态时静态时： ui1 = ui2 = 0当温度升高时当温度升高时ICVC （两管变化量相等）（两管变化量相等）+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T284共模信号共模信号 需要抑制需要抑制+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+ui1ui2+T2+85+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2+差模信号差模信号 是有用信号是有用信号86例例1 ui1 = 10 mV，ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2 mV 例例2 ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成可分解成: : ui1 = 18 m

31、V + 2 mV ui2 = 18 mV 2 mV 可分解成可分解成: : ui1 = 8 mV + 2 mV 这种输入常作为这种输入常作为比较放大比较放大来应用，在自动控制系统来应用，在自动控制系统中是常见的。中是常见的。 87（Common Mode Rejection Ratio)CdCMRAAK ) ( lg20(dB)CdCMR分贝AAK 88 若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数 Ac = 0 输出电压输出电压 若电路不完全对称，则若电路不完全对称，则 Ac 0 ，实际输出电压，实际输出电压 即共模信号对输出有影响即共模信号对输出有影响 。8

32、9+Uuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+TEE+稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。EE：用于补偿用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。上的压降，以获得合适的工作点。RP：静态时用它将输出电压调为零，一般在静态时用它将输出电压调为零，一般在10100 。901. 静态分析静态分析考虑对称性，并略去考虑对称性，并略去RP，则，则，EEEC2REII ，EECB2 REII ECECCCE2RREUU +Uuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+TEE+IB2IEEEEBEBB2ERIURI 前二项很小，可略去前二项很小，可略去VE=0 R

33、C+UccRBT1+UCE-UEERE2IEIBUBE+-单管直流通路单管直流通路 IC912. 动态分析动态分析 R RE E对差模信号对差模信号(ui1= - ui2)不起不起作用，因而单管差模作用，因而单管差模信号通道信号通道：icCRBRCui1+ + +- - -ibBEuO1(1) 双端输入双端输入双端输出双端输出RC+UccT2RBRCRBT1RpUEERE+- -+uo1uo2+ui1-+ui2-uo-RLbeBCiodrRRuuA 1111222dbeBCiodArRRuuA 双端输出电压为双端输出电压为121121=()ooodiidiuuuAuuAu双入双入 双出差模放大

34、倍数：双出差模放大倍数：beBCdiodrRRAuuA 192接入负载电阻接入负载电阻RL时，时，差模电压放大倍数差模电压放大倍数：berRRA BLd 其中其中LCL21/RRR 差模输入电阻差模输入电阻：iBbe2()rRr差模输出电阻差模输出电阻：Cc2Rr 因为当输入差模信号时，一管因为当输入差模信号时，一管VC下降，另一管的下降，另一管的VC增高，增高，在在RL中点电位相当于中点电位相当于“零零”电位（接电位（接“地地”），所以每），所以每管各带一半负载电阻。管各带一半负载电阻。RC+uo1-RBT1+ui1-iCiBiE0.5RL93 尽管信号由单端输入，而由于尽管信号由单端输入，

35、而由于RE（足够大）的耦合作（足够大）的耦合作用，使两管各得到一半输入信号（具有双端输入的效用，使两管各得到一半输入信号（具有双端输入的效果）。果）。 (2) 单端输入单端输入单端输出单端输出 单端输出的电压放大倍数只有双端输出时的一半。单端输出的电压放大倍数只有双端输出时的一半。beBLdrRRA 21(反相输出反相输出)beBLdrRRA 21(同相输出同相输出)94电电源源供供给给的的直直流流功功率率率率负负载载得得到到的的交交流流信信号号功功 95iCuCEOQiCtOiCuCEOQiCtOiCuCEOQiCtO晶体管在输入信号晶体管在输入信号的整个周期都导通的整个周期都导通,静态静态IC较大，波形好，较大，波形好，管耗大效率低。管耗大效率低。晶体管只在输入信号晶体管只在输入信号的半个周期内导通，的半个周期内导通， 静静态态IC=0 ，波形严重失真，波形严重失真，管耗小效率高。管耗小效