电路与电子学 基本放大电路

1、.,第 5 章 基本放大电路,.,第5章 基本放大电路,5.1 共射极放大电路,5.4 静态工作点的稳定,5.5 射极输出器,5.7 多级放大电路,5.10 场效晶体管放大电路,5.8 差分放大电路,5.9 功率放大器,*5.6 共基极电路,5.2 放大电路的静态分析,5.3 放大电路的动态分析,.,第5章 基本放大电路,本章要求：,1. 理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、 共集电极放大电路的性能特点。 掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等 效电路分析法。 3. 了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念， 了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的 工作原理。 4. 了解差动放

2、大电路的工作原理和性能特点。,.,5.1 晶体管共发射极放大电路,5.1.1 共发射极放大电路的组成,输入端接低频交流电压信号ui,输出端接负载电阻L，输出电压为uo,.,1. 元件作用, 集电极电源UCC,电路的能源、给晶体管加偏置,电路的核心元件。工作在放大区，利用其电流放大作用，将微弱的电信号进行放大。, 晶体管T,基极电阻RB,确定的静态工作点Q,集电极电阻RC,实现电路的电压放大,ui iB iCuCEuo,ui iB iCuCEuo,耦合电容C1、C2,.,2. 直流通路和交流通路,直流通路,交流通路,直流分量（静态值）：大写大注 IB IC UBE UCE,总电量（瞬时值）： 小

3、写大注 iB iC uBE uCE,交流分量（瞬时值）：小写小注 ib ic ube uce,交流分量（有效值）：大写小注 Ib Ic Ube Uce,.,总电量 = 直流分量 + 交流分量,IB,ib,iB,.,5.3.2 静态分析,1.由直流通路确定静态工作点,直流通路,.,用估算法计算静态工作点。,已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k ， =37.5,解：,注意：电路中IB和IC的数量级,.,2. 由图解法求静态工作点Q,先找出IB 对应的输出特性曲线,然后在输出特性上作出直流负载线,交点为Q点,直流负载线方程,横轴的截距为UCC,纵轴的截距为,直流负载线斜率,.,Q点太低容

4、易截止,3. 电路参数对Q 的影响, UCC 、 RC 一定时，改变RB,RB IB Q ,RB IB Q ,Q点太高容易饱和,., UCC 、 RB 一定时，改变RC,RC 负载线平缓,Q1点靠近饱和区,RC 负载线陡直,RC = 0时，无电压放大作用, RC、 RB 一定时，改变UCC,直流负载线斜率不变,直流负载线平行移动,.,5.3.2 放大电路的动态分析,1.微变等效电路法, 晶体管的微变等效电路,等效的条件,等效电路引出,.,UBE,晶体管的输入电阻：,晶体管的电流放大系数 ：,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,输入端相当于电阻rbe,.,晶体管的输出电阻rce ：,rce可

5、视为开路,.,对交流信号ui而言,+UCC, 放大电路的微变等效电路,RB,RC,C1,C2,RL,ui,uo,.,将交流通道中的晶体管用微变等效电路代替,.,3. 动态性能指标的计算,(1)电压放大倍数Au,其中，RL=RC / RL;负号表示 uo与 ui 反相;,可见：RL愈大， Au愈高。一般总希望负载电阻RL大一些。,输出端开路时,.,源电压放大倍数,式中ri = RB/rberbe （通常RB rbe）,可见：RS愈小， 愈高。一般希望RS小一些,.,(2) 输入电阻ri,放大电路是信号源（或前一级）的负载，输入电阻ri就是信号源（或前一级）的负载电阻。,ri ii 减轻信号源负担

6、,riuiuo本级 Au ,ri前一级RL前一级Au ,一般要求：输入电阻ri越高越好,.,(3) 输出电阻ro,一般要求：输出电阻ro越小越好,放大电路是负载（或后一级）的信号源，其等效信号源的内阻就是输出电阻ro,ro 带负载能力强,ro后一级 RS 后一级 Aus,.,另一种计算输出电阻的方法,开路（空载）时的输出电压,通路（负载）时的输出电压,.,4. 放大电路其它性能指标的介绍,（1）波形的非线性失真,Q点太低，信号进入截止区,uo,iC,截止失真：,截止区,截止失真,消除截止失真的方法：减小R B阻值，增大IB，提高Q点的位置。,.,iC,uo,Q点太高，信号进入饱和区,饱和失真：

7、,消除饱和失真的方法：增大R B阻值，减小IB，降低Q点的位置。,饱和区,饱和失真,.,uo,iC,总之，设置合适的静态工作点，并且输入的信号幅度适中，可避免放大电路产生非线性失真。,.,(2) 通频带,通频带：,BW = fH fL,Au=f（f）,(3)最大输出幅度,f XC耦合电容C1、C2 分压 uo Au ,f 寄生电容Co分流 io uo Au ,.,5.4 静态工作点的稳定,5.4.1 温度对静态工作点的影响,固定偏置放大电路中,温度升高时，输出特性曲线上移，造成Q点上移,Q点不稳定,Q点不稳定,.,5.4.2 分压式偏置放大电路,可见IC与温度无关,1. 稳定原理,.,通过自动

8、调节使电流IC基本不变。,要求：,.,2.静态工作点的计算,估算法:,UB,.,3. 动态分析,对交流：旁路电容 CE 将RE 短路， RE不起作用， Au，ri，ro与固定偏置电路相同。,如果去掉CE ， Au，ri，ro ？,旁路电容,.,去掉CE后的 微变等效电路,如果去掉CE ， Au，ri，ro ?,.,无旁路电容CE,有旁路电容CE,Au减小,分压式偏置电路,ri 提高,ro不变,.,对信号源电压的放大倍数？,信号源,考虑信号源内阻RS 时,.,例1:,在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 2

9、0k 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。,直流通路,.,(2) 由微变等效电路求Au、 ri 、 ro。,微变等效电路,.,因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。 因从发射极输出，所以称射极输出器。,5.5 射极输出器,.,求Q点：,5.5.1 静态分析,直流通路,.,5.5.2 动态分析,1. 电压放大倍数,电压放大倍数Au1且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,

10、微变等效电路,.,2. 输入电阻,射极输出器的输入电阻高，对前级有利。 ri 与负载有关,.,3. 输出电阻,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,.,共集电极放大电路(射极输出器)的特点：,1. 电压放大倍数小于1，约等于1; 2. 输入电阻高； 3. 输出电阻低； 4. 输出与输入同相。,.,射极输出器的应用,主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。,1. 因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。,2. 因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。,3. 利用 ri 大、 ro小以及 Au 1 的特点，也可将

11、射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。,.,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作点。,直流通路,.,(2) 由微变等效电路求Au、 ri 、 ro。,微变等效电路,.,*5.6共基极放大电路,因对交流信号而言，旁路电容CB将基极接地，基极是输入与输出回路的公共端，所以

12、是共基极放大电路。,.,5.6.1 静态分析,估算法：,.,ri,ri,ro,ro = RC,5.6.2 动态分析,交流通路,微变等效电路,.,共基极电路的特点：,1. 无电流放大作用，1，且1；,4. 输入电阻小、输出电阻大。,2. Au 大小与共射电路相同；,3. 输出电压与输入电压同相；,共基极电路一般用于高频电路; 或用作恒流源电路。,.,共射极电路,共集电极电路,共基极电路,ro = RC,ro = RC,大,小,大,大,小,大,中,小,大,大,大,小,.,5 .7 多级放大电路,级间耦合方式：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。,阻容耦合：用于分立元件多级交流放大电路,直接耦合：用于放

13、大缓变信号和直流信号的电路,.,5.7.1 阻容耦合放大电路,1. 静态分析,由于电容有隔直,各级的静态工作点独立（各级静态值单独计算）,2. 动态分析,画出微变等效电路计算电压放大倍数及输入电阻和输出电阻,.,第一级：,第二级：,总的电压放大倍数：,输入电阻：,输出电阻：,.,5.7.2 直接耦合放大电路,直接耦合方式不但能放大交流信号，而且能放大变化极其缓慢的超低频信号以及直流信号。,因此直接耦合放大电路比交流放大电路，用途广，通频带宽。,.,1. 前后级静态工作点相互影响,静态（ui = 0）时,UC1 = UBE2 = 0.6V，,T1处于临界饱和状态,RC1 偏小， T2易饱和,RE

14、2 UE2 UC1 ,UZ UE2 UC1 ,.,2. 零点漂移（零漂）,Ui = 0时，uo 0,uo随时间无规则缓慢的变化,影响：,淹没真正的输出信号，以假乱真时电路无法正常工作。,主要原因：,晶体管参数受温度影响,温度变化 IC UCE Uo 0,第一级电路的零漂逐级放大，对电路影响最大,抑制零漂最有效的方法是采用差动放大电路,.,5.8 差分放大电路,5.8.1 差分放大电路的工作原理,结构：电路左右对称,信号从两管的基极输入，从两管的集电极输出。,1. 零漂的抑制,uo= uC1 - uC2 = 0,当ui1 = ui2 = 0 时：,.,2. 信号的输入, 共模输入,ui1 ,iC

15、1 uC1 ,iC2 uC2 ,uC1 = uC2,uo= uC1 - uC2 = 0,ui2 ,., 差模输入,ui1 ,iC1 uC1 ,iC2 uC2 ,|uC1 | = | uC2 |,uo= 2| uC1 | 0,ui2 ,., 差分输入（比较输入、任意输入）,差分信号可以分解为一对共模信号和一对差摸信号的组合：,其中：,ui1= 8mV,ui2= 4mV,= 6mV+2mV,= 6mV-2mV,.,3. 发射极电阻RE的作用, RE对差模信号无作用,RE对差模信号可视为短路,ui1 ,ie1 ,ie2 ,ie = ie1 + ie2 ,ie RE = 0,ui2 ,ie不变,.,

16、RE对共模信号的负反馈作用,对于每个管来说就像是在发射极与地之间连接了一个2RE电阻,RE可以降低各单管对共模信号的放大倍数,RE越大，抑制共模信号的能力就越强,.,在实用电路中，常用晶体管组成的恒流源代替电阻RE，来提高抑制共模信号的能力,晶体管动态电阻大增大RE 提高抑制共模能力,晶体管静态电阻小减小负电源UEE,.,5.8.2 动态分析, 差模电压放大倍数,1,信号输入:,双端输入为差模输入,1.双端输入双端输出的电路,.,差模信号通路:,T1单边微变等效电路,RB,2,.,3,差模电压放大倍数:,差模电压放大倍数:,单边差模放大倍数:,RB,.,若差动电路带负载RL(接在C1与C2之间

17、), 对于差动信号而言，RL中点为零电位, 所以放大倍数：,总的差动电压放大倍数：,.,ro = 2 RC,输入电阻：,输出电阻：,4,输入、输出电阻:,ri = ri1+ri2,., 共模电压放大倍数和共模抑制比,双端输出时；共模输出电压uoc = 0，所以：,共模电压放大倍数： Ac = 0,AC = 0,共模抑制比:,KCMRR =,KCMRR (dB) =,.,2.单端输入单端输出的电路, 差模电压放大倍数,1,信号输入:,单端输入也有差模输入,对差模信号而言，单端输入与双端输入的效果一样,.,差模信号通路:,2,3,差模电压放大倍数:,本管输入本管输出时：uod 与ui 反相,本管输

18、入他管输出时：uod 与ui 同相,.,ro = RC,输入电阻：,输出电阻：,4,输入、输出电阻:,.,共模信号通路:,共模电压放大倍数和共模抑制比,微变等效电路,共模电压放大倍数,.,共模抑制比,4.双端输入单端输出的电路,3.单端输入双端输出的电路,单端输入双端输出与双端输入双端输出的电路一样,双端输入单端输出与单端输入单端输出的电路一样,.,差放电路小结：,.,.,具有恒流源的实际差动放大电路,1.晶体管T3为恒流源,T3工作在放大区具有恒流特性。可以使共模放大倍数Ac0，共模抑制比KCMR,2.调零点位器RP,解决两边电路不完全对称，带来的零漂问题,RP的取值约几十到几百欧姆,实际差动放大电路,思考题： 5-5,.,5.10 场效应管放大电路,场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。,场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发射极、集电极、基极。,场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。,场效应管放