chapter15基本放大全解.ppt

1、第15章 基本放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,15.2 放大电路的静态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.6 射极输出器,15.8 互补对称功率放大电路,*15.9 场效应管及其放大电路,15.3 放大电路的动态分析,*15.5 放大电路中的频率特性,15.7 差动放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,15.1.1 共发射极基本放大电路的组成,信号源,输出,15.1.2 共发射极放大电路各元件的作用,晶体管T放大元件,基极电源EB与基极电阻RB(又称偏置电阻),要保证集电结反偏，发射结正偏，使T工作在放大区 。,作用：使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流，使放大电路

2、有合适的静态工作点。,15.1.2 共发射极放大电路各元件的作用,集电极电源EC,集电极电阻RC,作用：为电路提供能量，并保证集电结反偏。 一般为几伏几十伏。,作用：将变化的电流转变为变化的电压。 一般为几千欧几十千欧,15.1.2 共发射极放大电路各元件的作用,耦合电容C1 、C2,作用：(1)隔断直流； (2)交流耦合。,C1 、C2 对交流视为短路，对直流视为开路。电容一般较大，为几F几十F。,共发射极放大电路的简化电路,放大电路工作分析,RL=,+UCC,RS,es,RB,RC,C1,C2,T,+,+,+,RL,ui,+,uo,+,+,+,uBE,uCE,iC,iB,iE,放大电路对输

3、入的交流信号能进行放大的条件：,(1) 静态时(ui=0)，电路必须有合适的静态工作点，使晶体管工作于放大状态，发射结正偏，集电结反偏。,(2) 有信号输入时(ui0)，应保证交流信号能顺利进 入晶体管T的输入回路，对于共发射极电路而言, 信号能进入T的基极B和发射极E之间，使T的输 入电流产生与之相同规律的变化。,(3)通过T的电流放大作用， 输出回路将变化的集 电极电流转化成变化的集电极电压，经电容耦 合只输出交流信号。,例：,分析如图所示的电路对交流信号有无放大作用，为什么？,解：,无放大作用。因为无集电极电阻，输出交流信号经电源被短路。,15.2 放大电路的静态分析,放大电路的分析,直

4、流通路：电容视为开路，用来确定放大电路的静态 值 IB、 IC、UBE、UCE。,交流通路：电容视为短路，直流电源按短路处理， 用来计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等动态参数。,静态：无输入时的状态(ui=0),直流通路,动态：有输入时变化的状态(ui 0),交流通路,例：共发射极放大电路,直流通路,交流通路,放大电路的电压和电流的符号,注意,静态值：IB、 IC、UBE、UCE（全大写）,交流分量：ib、 ic、ube、uce（全小写）,总电压和总电流：iB、 iC、uBE、uCE （前面小写，下标大写）,数值不变的电量用大写字母（I、U、E），例如有效值、相量 、平均值、静

5、态值。,数值变化的电量用小写字母（i、u、e）， 例如瞬时值。,规则：,大写下标表示总电压和总电流； 小写下标表示交流分量。,15.2.1 用放大电路的直流通路确定静态值,UBE UCC，可忽略不计,例1：,解：,注意：电路中IB 和IC 数量级的不同！,例2：,用估算法求放大电路的静态值。,解：,由KVL可得：,15.2.2 用图解法确定静态值,已知IB，用画图的方法确定IC、UCE。,UCE = UCC IC RC,IB确定的一条输出特性曲线,直流负载线,能直观地分析和了解:静态值Q的位置，Q的移动，静态值的变化对放大电路工作的影响。,步骤： (1) 用估算法确定IB,(2) 由输出特性和

6、直流负载线确定IC 和UCE,直流负载线,IB,直流负载线斜率,15.2.3 电路参数对静态工作点的影响,O,偏置电阻RB对Q点的影响,RB变化时，对直流负载线无影响，仅对IBQ有影响。,RBIBQ 工作点下移,RB IBQ工作点上移,15.2.1 若将RB减小，则集电极电流IC（ ），集电极电位VC（ ）。,（1） 增大 （2）减小 （3）不变,1,2,15.2.2 晶体管原处于放大状态，若将RB调到零，则晶体管（ ）。,（1） 处于饱和状态 （2）仍处于放大状态 （3）被烧毁,3,15.3 放大电路的动态分析,动态：放大电路有信号输入 ( ui 0) 时的工作状态。,动态分析,放大电路有信

7、号输入时，电路中各个电压和电流既有直流分量又有交流分量。,静态分析,动态分析,微变等效电路法,图解法,15.3.1 微变等效电路法,微变等效电路：在小信号(微变量)的情况下，把非线性元件晶体管线性化，从而把放大电路等效为一个线性电路。,1、晶体管的微变等效电路,(1) 输入回路,当信号很小时，在静态工作点附近可认为是直线。,uBE,晶体管的输入电阻,对于小功率三极管：,rbe一般为几百几千欧。,rbb=100300,(2) 输出回路,晶体管的电流放大系数：, ic= ib ，可用一个受控电流源等效代替，反映ib对ic的控制作用。,晶体管的输出电阻：,rce愈大，恒流特性愈好，因rce阻值很高，

8、一般忽略不计。,晶体管的微变等效电路,二、放大电路的微变等效电路,三、电压放大倍数的计算,若输入为正弦信号，等效电路中的电压与电流可用相量表示。,负号表示输出电压的相位与输入相反。,当放大电路输出端开路(未接RL)时，,负载电阻愈小，放大倍数愈小。,四、放大电路输入电阻的计算,信号源,负载,输入电阻ri的定义：,输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。,希望输入电阻能高一些。,共发射极放大电路的输入电阻：,注意：ri和rbe区别。,rbe：晶体管的输入电阻 ri：放大电路的输入电阻。,当RB rbe时，rirbe,五、放大电路输出电阻的计算,负载,输出电阻ro ：,输出电阻是对交流信号而言的，

9、是动态电阻。,从负载两端看进去的戴维宁等效电源的内阻。,希望输出电阻能低一些。,共发射极放大电路的输出电阻的计算,(2) 外加电压 ， 求电流,法二：实验法,(2) 再将负载接上，测出负载两端电压,(1) 将负载断开，测得开路电压,共射极放大电路特点： 1. 放大倍数高 ; 2. 输入电阻低; rirbe 3. 输出电阻高。rORC,15.3.2 动态分析的图解法,iB确定的一族输出特性曲线,交流负载线,一、图解分析,从图中可知： (1) uo和ui反相位； (2) 由uo和ui的峰值之比可得电压放大倍数。,当静态 (ui = 0)时: 各电流和电压只含有直流分量。,UC1=UBE，UC2=U

10、CE uBE=UBE， iB=IB， iC=IC，uCE=UCE uo=0,二、动态过程分析,UBE,无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0 uBE=UBE， iB=IB iC=IC，uCE=UCE,？,有输入信号(ui 0)时,当外加输入时(ui0)， 电流和电压都含有直流分量和交流分量。 uBE = UBE+ ui iB= IB+ ib iC= IC+ ic uCE =UCE+ uo,二、动态过程分析,三、交流负载线,直流负载线：反映的是IC和UCE的变 化关系，其斜率为,交流负载线：反映的是iC和uCE的变 化关系，其斜率为 且经过静态工作点。,当RL，交流负载线直流负载线,四、非

11、线性失真,失真：指输出信号的波形不像输入信号的波形。,非线性失真的原因,静态工作点不合适,信号幅度过大,1、静态工作点设置不合适,截止失真(顶部失真),(1) 若Q设置过低,增大偏置电流 IB或IC可消除失真。,(2) 若Q设置过高,减小偏置电流IB或IC。,2、静态工作点设置合适，而信号幅度过大，则产生双向失真。,减小信号幅度,饱和失真(底部失真),例：由下图估算放大电路的最大不失真输出电压幅值Uomax, 若继续增大ui，则首先出现何种失真？,由直流负载线得：,IB=40A， UCC=12V，IC=1.5mA， UCE=6V,由交流负载线得：,若增大ui，则首先出现截止失真。,15.4 静

12、态工作点的稳定,15.4.1 温度变化对静态工作点的影响,在固定偏置放大电路中，,T UBE、 、 ICBO ,IC 、 IB,温度升高时，输出特性曲线上移,结论： 当温度升高时， Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。,采用分压式偏置电路。 当温度升高使 IC 增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。,15.4.2 分压式偏置电路,1. 稳定Q点的原理,VB与晶体管无关，不受温度影响。,VB,(1) 若I2 IB，则,(2) 若VB UBE，则,IC不受温度影响，基本恒定。,参数的选择：,从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大

13、越好，但,I2 RB1、RB2 ri ,VB VEUCE uo,在估算时一般选取：,I2= (5 10) IB，VB= (5 10)UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。,Q点的稳定过程：,T ,IC,IE,VE,RE：温度补偿电阻 对直流：RE越大，稳定Q点效果越好； 对交流：RE越大，交流损失越大，(可并联旁路电容CE )。,VB 固定,2. 静态工作点的计算,采用估算法,若静态工作点不合适，一般调节RB1 。,3. 动态分析,Au，ri，ro与固定偏置电路相同。,思考：,如果去掉CE ， Au，ri，ro ?,(1)电压放大倍数的计算,放大倍数降低。,(2) 输入电阻的计算,输入电

14、阻提高。,(3) 输出电阻的计算,输出电阻不变。,思考：,对信号源的放大倍数？,例1:,在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300，RE2= 2.7k，RB1= 60k，RB2= 20k RL= 6k ，晶体管=50，UBE=0.6V, 试求: (1) 静态工作点 IB、IC 及 UCE； (2) 画出微变等效电路； (3) 输入电阻ri、ro及 Au。,解:,(1)由直流通路求静态工作点。,(2) 由微变等效电路求Au、 ri 、 ro,微变等效电路,15.3.1 根据共射极放大电路的图解分析，各交流分量的相位关系是：uo与ui（ ）， uo与ic（ ）， ib

15、与ic（ ）。,（1） 同相 （2）反相 （3）相位任意,2,2,1,15.3.3 在共射极交流放大电路中，（ ）是正确的。,（1） （2） （3）,3,15.4.2 右图所示放大电路中，若只将交流旁路电容CE除去，则电压放大倍数|Au|（ ）。,（1） 减小 （2）增大 （3）不变,1,15.6 射极输出器,射极输出器,(或称共集电极放大电路),15.6.1 静态分析,直流通路,15.6.2 动态分析,微变等效电路,1. 电压放大倍数,结论： (1) Au 1 (rbe (1+) RL ),(2) 输出电压与输入电压同相。,电压跟随器,2. 输入电阻,射极输出器的输入电阻高，对前级有利。 r

16、i 与负载有关,外加,3. 输出电阻,E,3. 输出电阻,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,设,共集电极放大电路(射极输出器)的特点：,1、Au 1 (起隔离作用),2、输入电阻高 (用作多级放大电路的输入级，尤其对高内阻的信号源),3、输出电阻低 (带负载能力强，常用作输出级),例1:,在图示放大电路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 2k ，晶体管=60， UBE=0.6V, 信号源内阻RS= 100，试求: (1) 静态工作点 IB、IE 及 UCE； (2) 画出微变等效电路； (3) Au、ri 和 ro 。,解:,(1) 由直流通路求静态工

17、作点。,(2) 由微变等效电路求Au、 ri 、 ro。,15.6.1 射极输出器（ ）。,（1） 有电流放大作用，没有电压放大作用 （2） 有电流放大作用，也有电压放大作用 （3） 没有电流放大作用，也没有电压放大作用,1,15.6.3 多级放大电路及其级间耦合方式,耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路 之间、放大器与负载之间的连接方式。,直接耦合,既能放大直流信号，又 能放大交流信号,阻容耦合,只能放大交流信号,常用的耦合方式,一、阻容耦合,信号源,第一级,第二级,负载,C1 ：信号源与第一级之间的耦合 C2 ：第一级与第二级之间的耦合 C3 ：第二级与负载之间的耦合,阻容耦合的特

18、点：,优点： (1)各级静态工作点互相独立，可分别计算、分析。,(2)如果电容选得足够大，可使前级输出端的信号几乎无损失地传送到后级输出端。,缺点： (1)大容量电容在集成电路中难以制造，因而阻容耦合在集成电路中无法采用。,(2)只能放大交流信号，不能放大直流信号或变化十分缓慢的交流信号。,二、直接耦合,优点： (1)能放大直流信号或变化十分缓慢的交流信号。 (2)便于集成。,缺点：(1)前、后级静态工作点互相影响。,(2)零点漂移。,1、前后级静态工作点相互影响,2、零点漂移, 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。,(1) 产生的原因,晶体管参数随温度变化、电源电压

19、波动、电路元件参数的变化。,(2) 评价零点漂移的指标,把输出漂移电压折算到输入端来衡量。,(3) 抑制零点漂移的措施, 差分放大电路,15.7 差分放大电路,15. 7. 1 差分放大电路的工作原理,差分放大电路的电路结构,电路结构对称， 两个输入端(B1、B2)，两个输出端（C1、C2）,1. 零点漂移的抑制,uo= VC1 VC2 = 0,uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0,静态时：ui1 = ui2 = 0,当T ICVC （两管变化量相等）,对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。,2. 有信号输入时的工作情况,共模信号,大小相等、极性相同

20、 (uic1 = uic2 ),(1) 共模输入, 在共模信号输入下：,VC1 = VC2 （集电极电位等向等量变化）,uo= (VC1 + VC1) (VC2 + VC2 ) = 0,对共模信号没有放大能力,差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。,共模信号 需抑制,(2)差模输入,差模信号,大小相等、极性相反 (uid1 = uid2 ), 在差模信号输入下：,VC1 = VC2 (集电极电位一增一减，呈等量异向变化),uo= (VC1 +VC1) (VC2 + VC2 ) = 2 VC1,对差模信号有放大能力。,差模信号 是有用信号,(3) 比较输入,ui1 、ui

21、2 大小和极性是任意的。,例: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV,ui2 = 8 mV 2 mV,可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV,共模分量,差模分量,放大器只 放大两个 输入信号 的差值信 号差分 放大电路,常作为比较放大来用,ui1 = uic1 + uid1,ui2 = uic2 + uid2,其中：共模分量,差模分量,3. 共模抑制比,衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。,共模放大倍数：,差模放大倍数：,共模抑制比：,或,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。,若电路完全对称，理想情况下Ac= 0， KCMR

22、R,若电路不完全对称，则 Ac 0,uo = Ad (ui1ui2 ) = Ad uid,uo = Ac uic + Ad uid 即共模信号对输出有影响。,15.7.2 典型差分放大电路,RE的作用：,(2)对差模信号无反馈作用。,抑制零点漂移，稳定静态工作点。, 共模抑制电阻,UEE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的静态工作点。,电位器RP：调零。在静态时调节RP，使uo为零。 一般几十欧几百欧之间。,15. 7. 3 差分放大电路对差模信号的放大,一、静态分析,前两项很小,可忽略。,VE 0,二、 动态分析,RE对差模信号不起作用，则单管差模信号通路为：,单管交流通路,同理可得：,根据

23、信号输入输出方式分为：双端输入，单端输入； 双端输出，单端输出。,1. 双端输入-双端输出,先计算单管差模放大倍数Ad1，Ad2。,空载时：,双端输入双端输出的 差模电压放大倍数为：,有载时：,与输入输出方式有关,再计算差分电路的差模放大倍数Ad,每个单管所带负载为,差模输入电阻： ri=2(RB +rbe),差模输出电阻： ro=2RC,2. 双端输入-单端输出,从T1集电极输出,从T2集电极输出,反相输出,同相输出,单端输出的电压放大倍数 只有双端输出的一半。,差模输入电阻： ri=2(RB +rbe),差模输出电阻： ro=RC,3. 单端输入-单端输出,差模电压放大倍数与双端输入单端输

24、出相同。,四种差分放大电路的比较,结论：差分放大电路的电压放大倍数、输出电阻与输出方式有关；输入电阻是一样的。,15. 7. 4 差分放大电路的共模放大倍数AC,交流通路,单端输出的共模放大倍数,双端输出的共模放大倍数,很小,理论上，uoc1=uoc2,所以AC=0,练习题：,1、在直接耦合放大电路中，采用差动式电路结构的主要目的是( )。 (a) 提高电压放大倍数 (b) 抑制零点漂移 (c) 提高带负载能力,b,2、具有发射极电阻的典型差动放大电路中，RE的作用是( )。 (a) 稳定静态工作点，抑制零点漂移 (b) 稳定电压放大倍数 (c) 提高输入电阻，减小输出电阻,a,15.8 互补

25、对称功率放大电路,功率放大电路：是放大电路的输出级，去推动负载 工作。, 要求输出足够大的功率，工作在大信号 状态，用图解法。,电压放大电路：是放大电路的中间级，将信号放大。, 要求输出足够大的电压，工作在小信号 状态，用微变等效电路。,15.8.1 对功率放大电路的基本要求,1、在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。,2、由于功率较大，要求提高效率。,IC(AV) 集电极电流的平均值,一、对功率放大电路的基本要求,二、放大电路的三种工作状态,甲类,晶体管在输入信号的整个周期都导通,甲乙类,晶体管导通的时间大于半周小于全周,乙类,晶体管在输入信号的半个周期内导通,15.8.2 互补对称放大电路,一、无输出电容的互补对称放大电路(OCL),特点：,(1) T1、T2的特性一致；一个NPN型、一个PNP