chapter2基本放大电路PPT课件

1、第1页/共120页第2页/共120页第3页/共120页+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE 基本放大电路基本放大电路第4页/共120页 基本放大电路基本放大电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE第5页/共120页 基本放大电路基本放大电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE第6页/共120页UBEIBICUCE无输入信号(ui = 0)时 uo = 0uBE = UBEuCE = UCEuBE

2、tOiBtOiCtOuCEtO+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiE第7页/共120页ICUCEOIBUBEO结论：结论：QIBUBEQUCEIC第8页/共120页UBEIB无输入信号(ui = 0)时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？ uCE = UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoICui+UCCRBRCC1C2T+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO第9页/共120页+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析第10

3、页/共120页uitOuotO第11页/共120页第12页/共120页第13页/共120页+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE直流通路( IB 、 IC 、 UCE )对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE第14页/共120页RBRCuiuORLRSes+ XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE短路短路短路短路对地短路对地短路第15页/共120页放大电路无信号输入（

4、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Q：IB、IC、UCE 。静态分析：确定放大电路的静态值。第16页/共120页根据电流放大作用当当UBE UCC时，时，+UCCRBRCT+UBEUCEICIB第17页/共120页解：+UCCRBRCT+UBEUCEICIB已知：UCC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。第18页/共120页由KVL可得出由KVL可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB第19页/共1

5、20页UCE = UCC ICRC +UCCRBRCT+UBEUCEICIB第20页/共120页UCE /VIC/mAO ICQUCEQUCC直流负载线直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点第21页/共120页第22页/共120页 在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBE 、 、 ICBO 。 上式表明，当UCC和 RB一定时， IC与 UBE、 以及 ICEO 有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时， IC将增加，使Q点沿负载线上移。第23页/共120页iCuCEQQ 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 IC 增加时，能够自动

6、减少IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。O第24页/共120页 基极电位基本恒定，不随温度变化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+第25页/共120页VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+第26页/共120页从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但 I2 越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。I2= (5 10) IB，VB= (5 10) UBE， RB1、RB2的阻

7、值一般为几十千欧。的阻值一般为几十千欧。VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+第27页/共120页VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+TUBEIBICVEICVB 固定固定第28页/共120页VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+第29页/共120页 放大电路的动态分析放大电路的动态分析第30页/共120页 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个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，等效为一个线性电路

8、。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性元件。 晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，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。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、输出电阻ro等。等。第31页/共120页O第32页/共120页O第33页/共120页ibicicBCEib ib晶体三极管微变等效电路ube+ +- -uce+ +- -ube+ +- -uce+ +-

9、 -rbeBEC 晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。 晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic= ib等效代替。rce第34页/共120页ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiiRBRCuiuORL+ + +- - -RSeS+ +- -ibicBCEii第35页/共120页ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSiirbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS第36页/共120页 对交流：对交流：旁路电容旁路电容 CE 将将R短路短路， R不起作不起作用用， Au，r

10、i，ro与固定偏置电路相同与固定偏置电路相同。如果去掉CE ，微变等效电路？旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+第37页/共120页RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+第38页/共120页rberbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS第39页/共120页 LcoRIU LCL/RRR Lb RI rbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSRE第40页/共120页SRSR第41页/共120页rbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSRErbeRBRCRLEBC+ +

11、- -+ +- -+ +- -RSriri第42页/共120页第43页/共120页rbeRBRCRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RS例例1：求ro的步骤：(1) 断开负载RL (3) 外加电压 (4) 求外加外加 (2) 令 或第44页/共120页第45页/共120页RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+考虑信号源内阻RS 时第46页/共120页DC交流负载线 直流负载线 IC/mA4321O4812162080m mAA60m mA40m mA20m mAUCE/VQ第47页/共120页QuCE/VttiB/m mAIBtiC/mAICiB/m mAu

12、BE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQiCQ1Q2ibuiuo第48页/共120页Q2uOUCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1第49页/共120页uiuOtiB/m mAiB/m mAuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE第50页/共120页 在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶体管=50， UBE=0.6V, 试求: :(1) (1) 静态工作点 IB、IC 及 UCE；(2) (2) 画

13、出微变等效电路；(3) (3) 输入电阻ri、ro及 Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL+UCCuiuo+RE2第51页/共120页RB1RCRB2RE1+UCCRE2+UCEIEIBICVB第52页/共120页第53页/共120页RB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RS第54页/共120页+UCCRBR+UCE+UBEIIBICRB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RS第55页/共120页rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSRE第56页/共120页rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSRE第57页/共120页rbeRBRL

14、EBC+ +- -+ +- -+ +- -RSRE外加外加1) 断开负载断开负载RL3) 外加电压4) 求2) 令 或第58页/共120页rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSRE第59页/共120页第60页/共120页第61页/共120页. 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= 2k ，晶体管，晶体管=60， UBE=0.6V, 信号源内阻信号源内阻RS= 100，试求试求: :(1) 静态工作点静态工作点 IB、IE 及及 UCE； 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) Au、ri 和和 ro

15、。RB+UCCC1C2RRLui+uo+es+RS第62页/共120页+UCCRBR+UCE+UBEIIBIC第63页/共120页rbeRBRLEBC+ +- -+ +- -+ +- -RSRE第64页/共120页第65页/共120页两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2第66页/共120页 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，通路互不相通，。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2第6

16、7页/共120页第一级第一级第二级第二级rbe1RB2RC1EBC+ +- -+ +- -+ +- -RSrbe2RC2RLEBC+ +- -RB1第68页/共120页 如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1= 2 =50, T1和和T2均为均为3DG8D。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 第69页/共120页解: : (1) 两级放大电路的静态值可分别计算。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 第70页/共120页

17、解: : RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 第71页/共120页解: : RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 第72页/共120页rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_ 由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻 ri2。第73页/共120页rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2) 计算 r i和 r 0第74

18、页/共120页rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第75页/共120页(3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第76页/共120页(3) 求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_总电压放大倍数第77页/共120页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级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE2第78页/共120页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

19、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。波动、电路元件参数的变化。(1) 前后级静态工作点相互影响第79页/共120页 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。号电压还是漂移电压。 一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标。 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

20、能被很好地区分出来。第80页/共120页 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。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个重要的问题。 适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直接耦合。第81页/共120页 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差分放大原理电路 +UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2两个输入、两个输出两管静态工作点相同2.7. 1 差分放大电路的组成及工作原理第82页/共120页uo= V

21、C1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0静态时，ui1 = ui2 = 0当温度升高时ICVC （两管变化量相等）+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2第83页/共120页+共模信号 需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2第84页/共120页+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2差模信号 是有用信号第85页/共120页例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2 mV 例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV

22、 可分解成: : ui1 = 18 mV + 2 mV ui2 = 18 mV 2 mV 可分解成: : ui1 = 8 mV + 2 mV 这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。 第86页/共120页+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RE上的压降，以获得合适的工作点。电位器 RP : 起调零作用。第87页/共120页1. .静态分析 在静态时，设 IB1 = IB2 = IB， IC1= IC2 = IC，忽略阻值很小的 RP 可列出 上式中前两项较第三项小得多略去

23、，则每管的集电极电流发射极电位 VE 0每管的基极电流每管的集 射极电压RC+UCCRB1T1RE -EEIB2IEICIE+UCE+UBE+单管直流通路第88页/共120页2. .动态分析单管差模信号通路 由于差模信号使两管的集电极电流一增一减，其变化量相等，通过 RE 的电流近于不变，RE 上没有差模信号压降，故 RE 对差模信号不起作用，可得出下图所示的单管差模信号通路。单管差模电压放大倍数:同理可得T1RCibic+uo1RB+ ui1 第89页/共120页双端输入双端输出差分电路的差模电压放大倍数为当在两管的集电极之间接入负载电阻时式中两输入端之间的差模输入电阻为两集电极之间的差模输

24、出电阻为第90页/共120页 例1: :在前图所示的差分放大电路中,已知UCC=12V， EE = 12V, = 50, RC = 10 k , RE =10 k , RB = 20 k ， RP =100 , 并在输出端接负载电阻RL = 20k , 试求电路的静态值和差模电压放大倍数。解: :式中第91页/共120页单端输出时差分电路的差模电压放大倍数为即：单端输出差分电路的电压放大倍数只有双端输出差分电路的一半。 双端输入分双端输出和单端输出两种。此外，还有单端输入的, 即将T1输入端或T2输入端接“地”, 而另一端接输入信号ui 。同样单端输入也分为双端输出和单端输出两种。四种差分放大

25、电路的比较见表。第92页/共120页 KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。第93页/共120页 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 。第94页/共120页第95页/共120页ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO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, 管耗大管耗大效率低。

26、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， 静态静态IC=0，波形严重失真波形严重失真, 管耗小效率高。管耗小效率高。晶体管导通的时间大于半个周期，静态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。，一般功放常采用。第96页/共120页 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为压器而被称为无输出变压器无输出变压器()电电路，简称路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，电路

27、。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为输出电容也省去，就成为无输出电容无输出电容(电路，简称电路，简称OCL电路。电路。 OTL电路采用单电源供电，电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源电路采用双电源供电。供电。第97页/共120页T1、T2的特性一致；一个NPN型、一个PNP型两管均接成射极输出器；输出端有大电容；单电源供电。ui= 0, IC1 0， IC2 0OTL原理电路RLuiT1T2+UCCCAuO+ +- -+ +- -第98页/共120页RLuiT1T2Auo+ +- -+ +- - 设输入端在UCC/2 直流基础上加入正弦信号。 若输出电容足够大，其上电压

28、基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。ic1ic2交流通路uo第99页/共120页 (4) 交越失真 当输入信号ui为正弦波时，输出信号在过零前后出现的失真称为交越失真。 交越失真产生的原因 由于晶体管特性存在非线性， ui 死区电压晶体管导通不好。交越失真采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。克服交越失真的措施ui tuo t第100页/共120页(5) 克服交越失真的OTL互补对称放大电路 两个晶体管T1 ( (NPN型) )和T2( (PNP型) )的特性基本相同。静态时, 调节 R3 ,使 A 点的电位为 ；CC21U 输出电容CL上

29、的电压也等于 ；CC21U R1 和 D1、D2 上的压降使两管获得合适的偏压，工作在甲乙类状态。OTL互补对称放大电路 OtuiOtuoiC2iC1 R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC+uo+ +CL+第101页/共120页在输出功率较大时常采用复合管复合管的构成ic1= 1 ib1 ,ic2= 2 ib2 = 2 (1+ 1 ) ib1,ic = ic1+ ic2 = 1+ 2 (1+ 1 ) ib1 1 2 ib1 方式 1ib2= ie1=(1+ 1 ) ib1 ,ib= ib1 ,T1NPNT2NPNibicieBECib bic cieNPN第102页/共120页 复合管

30、的电流放大系数 1 2复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同EBCT2NPNibicieBCEib bic ciePNP第103页/共120页 2. 无输出电容( (OCL) )的互补对称放大电路 OCL电路需用正负两路电源。其工作原理与OTL电路基本相同。R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC+Ui+uo UCC +OCL互补对称放大电路 第104页/共120页 相位补偿相位补偿, 消除消除自激振荡自激振荡, 改善改善高频负载特性。高频负载特性。去耦，滤掉去耦，滤掉高频交流高频交流消振，防止消振，防止高频自激高频自激集成功放集成功放LM386接线图特点: : 工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。+.3 32 2ui。+_+4 47 75 58 8+UCCLM386+uo+_第105页/共120页 场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是体器件，即是。它的输出电流决定于输入。它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的的输入电阻高，且温度稳定性好。输入电阻高，且