电工学基本放大电路

1、第第 15 章章 基本放大电路基本放大电路15.1 放大电路的工作原理放大电路的工作原理15.2 放大电路的静态分析放大电路的静态分析15.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析 15.4 共射放大电路共射放大电路 15.5 共集放大电路共集放大电路 15.6 共基放大电路共基放大电路 15.7 共源放大电路共源放大电路 15.8 多级放大电路多级放大电路 15.9 差分放大电路差分放大电路 15.10 互补对称式功率放大器互补对称式功率放大器15.1 放大电路的工作原理放大电路的工作原理 放大器的作用：把微弱的电信号（电压、电流和功率）放放大器的作用：把微弱的电信号（电压、电流和功率）放大

2、到所需的量级。大到所需的量级。( (一一) )电路电路下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回图图 15.1.1 15.1.2 放大电路放大电路( (二二) )信号放大过程信号放大过程静态：未加输入信号时放大器的工作状态。静态：未加输入信号时放大器的工作状态。 动态：加上输入信号时放大器的工作状态。动态：加上输入信号时放大器的工作状态。下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.1.3 信号的放大过程信号的放大过程集电极电源集电极电源U UCC CC -为电为电路提供能量。并保证路提供能量。并保证集电结反偏。集电结反偏。集电极电阻集电极电阻R RC C-将变化将

3、变化的电流转变为变化的的电流转变为变化的电压。电压。耦合电容耦合电容C C1 1 、C C2 2 -隔离输入、输出与隔离输入、输出与放大电路直流的联系，放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、同时使信号顺利输入、输出。输出。15.2 放大电路的静态分析放大电路的静态分析( (一一) )静态工作点的确定静态工作点的确定(1)(1)图解法图解法 作法：作法：由电路结构由电路结构 IB Q输入特性输入特性由由IB值值 一条曲线与一条曲线与直流负载线（直流负载线（UCEUCCICRC) ) 相交相交 Q 输出特性输出特性下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.2.1 静态

4、工作点静态工作点 静态工作点：在晶体三极管静态工作点：在晶体三极管输入、输出特性上所对应的工作输入、输出特性上所对应的工作点点 Q ( (I IB、IC、UCE ) )。bceCIBI( (一一) )静态工作点的确定静态工作点的确定(2)(2)计算法计算法下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节( (二二) )静态工作点的影响静态工作点的影响下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.2.3 非线性失真非线性失真15.3 放大电路的动态分析放大电路的动态分析( (一一) )放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标(1) 电压放大倍数电压放大倍数 Au

5、：iOuUUA imomiOuUUUUA 绝对值：绝对值：分贝值：分贝值：uulg20(dB)AA 对于正弦交流信号对于正弦交流信号：下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节Au =Uo Ui(2)(2)输入电阻输入电阻 ri：iiiIUr 对于正弦交流信号对于正弦交流信号：ri =Ui IiiSiSirRrUU 当信号源有内阻时：当信号源有内阻时：iSSirRUI 下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.3.1 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻irorSRLR信号源信号源负载负载放大电路放大电路iUSUiUA00UiI0I(3) 输出电阻输

6、出电阻 ro ：SCOCOIUr 对于正弦交流信号对于正弦交流信号 ：放大器输出端开路电压：放大器输出端开路电压：OCLOLOURrRU （受控电压源）（受控电压源）当输出端接有负载时：当输出端接有负载时：放大器的电压放大倍数：放大器的电压放大倍数：OLOLiOCLOLiOuARrRUURrRUUA 下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.3.1 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻irorSRLR信号源信号源负载负载放大电路放大电路iUSUiUA00UiI0Iococ0IUriUAU0oc(4) 放大电路的频率特性放大电路的频率特性幅幅频频特特性性相相频频特特性

7、性 放大器只放大器只有工作在通频有工作在通频带范围内才能带范围内才能避免产生频率避免产生频率失真。失真。图图 15.3.2 放大电路的频率特性放大电路的频率特性uAmAm0.707 A1f2ff通频带通频带O270180f900O下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节( (二二) )放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路(1)(1)晶体管小信号模型晶体管小信号模型把三极管等效成线性电路模型把三极管等效成线性电路模型beC26200rI 注：注：IC 的单的单位为位为mA ， 26 的单位的单位为为 mV 。 下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节r

8、 rbebe一般为几一般为几百欧到几千欧。百欧到几千欧。(2)(2)放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路基本思路：基本思路： （a）找出放大器的的交流通道；）找出放大器的的交流通道； （b）用三极管的小信号模型取代三极管。）用三极管的小信号模型取代三极管。下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节(2)(2)放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路beLCbbeLCbiourRRIrRRIUUA)/()/(beBiiirRIUr/CSCOCiRIUrUi_rbe IbIbIcRCRBUo_RLEB输入输出C共基极共基极输出输入BEC共集电极共集电极B输入输出EC共发

9、射极共发射极15.4 共射放大电路共射放大电路15.4 共射放大电路共射放大电路( (一一) )电路组成电路组成+_+UCCRERCCEIEICIBI2I1RB1RB2uouiRL (2) 因接有因接有RE，可固定，可固定 IC，从，从而稳定放大器的静态工作点。而稳定放大器的静态工作点。温度温度IC IE IERE UBE UB-URE IB IC (3) 接有旁路电容接有旁路电容CE，避免了电压放大倍数的降低。，避免了电压放大倍数的降低。 电路特点：电路特点： (1) 因因 I1 I2 IB 通常取：通常取： I2（510）IB故故B 点电位基本被固定。点电位基本被固定。2B1B2BCCBR

10、RRUU 下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.4.1 共射放大电路共射放大电路（分压式偏置电路）（分压式偏置电路）( (二二) )静态分析静态分析下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节i图图 15.4.2 共射放大电路的直流通路共射放大电路的直流通路( (三三) )动态分析动态分析下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.4.3 15.4.4 共射放大电路的交流通路及微变等效电路共射放大电路的交流通路及微变等效电路 补充例题补充例题1 电路如图所示，求：电路如图所示，求：(1) 放大器的静态工作放大器的静态工作点

11、；点；(2) 画出放大器的微变等效电路画出放大器的微变等效电路 (有有CE、无、无CE )；(3) 放大放大器的电压放大倍数器的电压放大倍数 Au (有有CE、无、无CE)；(4) 放大器的输入输出放大器的输入输出电阻（有电阻（有CE、无、无CE）；（）；（5）若测得输出波形为）若测得输出波形为 判断放大器出现的是何种失真，如何消除失真？判断放大器出现的是何种失真，如何消除失真？+_+UCCRERCCEIEICIBRB2RB1uouiRL3.3k180k20k1.3k3.3k20V解解（1）V2CC2B1B1BBO URRRUmA1EBEBOE RUUIV15.4EECCCCCE RIRIUU

12、A20mA0.021EB IImA1BC II tuoO下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节（2）+_RB1RB2RCRLrbeuiuoicib ibii有有CE：+_RB1RB2RCRLrbeuiuoicib ibiiRE无无CE：下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节（3 3）有）有CE：152626200Cbe Irk1.65/LCL RRR541.5261.6550beLu rRARB2uo+_RB1RCRLrbeuiicib ibii下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节icibii无无CE：1526be rk1.65L

13、R+_RB1RB2RCRLrbeuiuo ibRE2 . 1)1 ()1 (oEbeLEbbebLciuRrRRIrIRIUUA（4 4）有）有CE：+_RB1RB2RCRLrbeuiuoicib ibii无无CE：icibii+_RB1RB2RCRLrbeuiuo ibRE下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节k5 . 1/21bebeBBiiirrRRIUrk3 . 3ccccscoc0RIRIIUrk2 .14)1 (/)1 (2121EbeBBEbeiBiBiiiiiRrRRRrURURUUIUrk3 . 3cscoc0RIUr+_+UCCRERCCEIEICIBR

14、B2RB1uouiRL3.3k180k20k1.3k3.3kO20V 若要消除失真必须若要消除失真必须改变改变RB1与与RB2的比例，的比例，适当抬高放大器的静态适当抬高放大器的静态工作点，如：调节工作点，如：调节RB2使其变小则适当抬高了使其变小则适当抬高了UBE。（5）因为共射极单级放大器的）因为共射极单级放大器的 uo 与与 ui 反相，据反相，据 uo 的波形的波形可以判断出可以判断出 ui的波形为的波形为 因此可以判断出由于放大因此可以判断出由于放大器的静态工作点太低，在器的静态工作点太低，在 ui 的前半个周期当的前半个周期当 ui UBE 时，三时，三极管发生了截止，使极管发生了

15、截止，使 uo 发生了失真，因此该失真为截止失真。发生了失真，因此该失真为截止失真。 ui to下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节15.5 共集放大电路共集放大电路( (一一) ) 电路组成电路组成下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.5.1 共集放大电路共集放大电路+_+UCCRERBuouiC1C2下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.5.1 共集放大电路的直流通路共集放大电路的直流通路( (二二) ) 静态分析静态分析( (三三) ) 动态分析动态分析下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一

16、节上一节图图 15.5.3 15.5.4 共射放大电路的交流通路及微变等效电路共射放大电路的交流通路及微变等效电路下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.6.1 15.6.2 共基放大电路及直流通路共基放大电路及直流通路15.6 共基放大电路共基放大电路( (一一) ) 静态分析静态分析( (二二) ) 动态分析动态分析下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.6.3 15.6.4 共基放大电路的交流通路及微变等效电路共基放大电路的交流通路及微变等效电路放大电路的静态分析放大电路的静态分析放大电路无信号输入（放大电路无信号输入（ui =

17、 0）时的工作状态。）时的工作状态。图解法、估算法。图解法、估算法。各极电压电流的直流分量。各极电压电流的直流分量。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。放大电路的动态分析放大电路的动态分析？即：Sos EUAu对信号源电压的对信号源电压的放大倍数？放大倍数？考虑信号源内阻考虑信号源内阻RS 时时iSibeLs rRrrRAu 所以所以SosEUAuSiioEUUUSiEUAuiSiSirRrEUirRB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+15.7 共

18、源放大电路共源放大电路（一）增强型（一）增强型 MOS 管共源放大电路管共源放大电路(1)(1)静态静态下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.7.1 分压偏置共源放大电路分压偏置共源放大电路G 栅极栅极S 源极源极D 漏极漏极(2) 动态动态下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.7.1 分压偏置共源放大电路分压偏置共源放大电路（二）耗尽型（二）耗尽型 MOS 管共源放大电路管共源放大电路 可采用分压偏置放大电路可采用分压偏置放大电路, ,也可采用自给也可采用自给栅偏压放大电路。栅偏压放大电路。+_+UDDRSRGuouiRDC2C

19、1SDG电路特点电路特点: : (a) UGS(off) 0 (b) 当当加有加有 UDD ISISRS = UGS 自给栅偏压。自给栅偏压。下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.7.3 自给偏置共源放大电路自给偏置共源放大电路15.8 多级放大电路多级放大电路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 T1T2 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流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

20、，通路互不相通，。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+oU1OUiUSEB1R B2R T1T2第一级第一级第二级第二级212ioi1oiouuAAUUUUUUAu电压放大倍数2ir1bI2bI1cI2cIrbeRB2RC1EBC+ +- -+ +- -+ +- -RSiUiI1oU1b1ISErbeRC2RLEBC+ +- -oU2b2IB1R B2R RB12i1C1L/ rRR 1be1L1io11rRUUAube2L222io2rRUUAu1iirr 2oorr L2CL2/ RRR 15.9 差分放大电路差分放大电路( (一一) ) 工作

21、原理工作原理(1)(1)静态静态 抑制零漂原理：抑制零漂原理：(a) 靠电路的对称性；靠电路的对称性； (b) 靠靠RE 的负反馈作用。的负反馈作用。温度温度 IC1 IC2 2 IE URE UBE1 UBE2 IB1 IB2 IC1 IC2 (c) 为了增大抑制零漂的效果可用恒流源代替为了增大抑制零漂的效果可用恒流源代替 RE （恒流源的直流电阻（恒流源的直流电阻 R 小，交流电阻小，交流电阻 r 大）。大）。下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.10.1 基本差分放大电路基本差分放大电路(1)(1)静态静态(2) 动态动态下一节下一节上一页上一页下一页下一

22、页返返 回回上一节上一节图图 15.10.2 实用差分放大电路实用差分放大电路(a(a）共模电压放大倍数：）共模电压放大倍数：0c A+UCC_REuouiR+_ui1ui2R+(b(b）差模电压放大倍数：）差模电压放大倍数：1i2i1ii2 uuuu ie1 = ie2(c)(c)输入输出电阻：输入输出电阻：Cobei2,2Rrrr (d(d）共模抑制比：）共模抑制比：CdCMRRAAK CMRRK（理想状态理想状态）02e1ee iiiRE 上无交流信号压降上无交流信号压降对交流信号相当于短路对交流信号相当于短路差模放大倍数差模放大倍数：)21/(LCLRRR 下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节beLiiidrRUUUUUUA2o12o1o22( (二二) ) 输入输出方式输入输出方式下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节图图 15.10.3 差分放大电路的输入输出方式差分放大电路的输入输出方式15.10 互补对称式功率放大器互补对称式功率放大器 功率放大器：功率放大器：(a)(a)具有尽可能大的输出功率。具有尽可能大的输出功率。(b)(b)工作效率要高。工作效率要高。OOOECCavPU IPUI iCuCEOQiC tO