實用電工學李源生第十章131

1、實用電工學實用電工學李源生李源生 主編主編第十章第十章 基本放大電路基本放大電路電子線路和電子設備中都需要放大器，放大器通常由多級放大電路組成。由晶體管組成的放大電路的功能是將微弱的電信號（電壓、電流、功率）不失真地放大成為所需要的較強的電信號。放大電路通常有兩部分，如圖10-1所示，第一部分為電壓放大電路，它的任務是將微弱的電信號加以放大去推動功率放大電路，一般它的輸出電流較小，電壓放大電路是整個放大電路的前置級。第二部分為功率放大電路，是放大電路的輸出級，它的任務是輸出足夠大的功率去推動執(zhí)行元件（如繼電器，電動機，喇叭，指示儀表等）工作。我們首先討論電壓放大電路。圖10-1 放大電路的組成

2、本章主要介紹晶體管放大電路的基本工作原理、基本分析方法、常用的典型放大電路以及場效應晶體管放大電路等。最后對功率放大電路作簡要介紹。一、電路的組成一、電路的組成最基本的共發(fā)射極放大電路如圖10-2所示，該電路由晶體管、直流電源、電阻和電容組成。為了不失真地放大交流信號，放大電路必須按以下三個原則組成：（1）保證晶體管工作在放大狀態(tài)。即發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。（2）保證信號暢通。待放大的輸入信號能夠從放大電路的輸入端加到晶體管的發(fā)射結上，經(jīng)過放大后能順利地從輸出端輸出。第一節(jié)第一節(jié) 共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路 第一節(jié)第一節(jié) 共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路第一節(jié)第一節(jié) 共發(fā)射極放大

3、電路共發(fā)射極放大電路第一節(jié)第一節(jié) 共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路第一節(jié)第一節(jié) 共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路1C2CVTCCULRouCRBRBiBEuiuSRSuCEuCi圖10-3 共射極基本放大電路的簡單畫法第一節(jié)第一節(jié) 共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析根據(jù)上述原則，圖10-3電路的直流通路和交流通路可畫成如圖10-4（a）、（b）所示。CRBRBEUBICEUCICCUBCE a）CRceubibeuEiSRSuiuiiRiBci b）圖10-4 基本共射極電路的直流通路和交流通路 a）直流通路 b）交流通

4、路第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析圖10-5 圖解法求靜態(tài)工作點a）晶體管輸出特性曲線 b）支流負載線c）由直流負載線確定靜態(tài)工作點 第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析CIC EUBICECRCEQ圖10-6 交流負載線的畫法交流負載線也可由方程式

5、=-求出當=0時的值（或=0時的的值）作出。第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析iuBEuBiCiCEuoue ）BEUBICICEU圖10-7 共射極放大電路的工作波形第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析四、放大電路的微變等效電路分析法四、放大電路的微變等效電路分析法用圖解法分析放大電路的動態(tài)工作情況不僅比較麻煩，而且誤差大，無法計算輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)，微變等效電路分析法能夠較好地解決這些問題。所謂放大電路的微變等效電路，就是把由非線性元件晶體管組成的放大電路等效為一個線性電路。微變等效電路法的基本思想是，當小信號（微變量）輸入時，可以近似

6、地認為晶體管電壓、電流變化量之間的關系是線性的。即在很小的一個范圍內(nèi)，輸入特性、輸出特性均可近似地看作是一段直線。在這種情況下 ，就可以把由非線性元件晶體管組成的放大電路等效為一個我們熟悉的線性電路，從而方便地運用線性電路的計算方法來分析放大電路。微變等效電路是在交流通路基礎上建立的，只適用于分析交流動態(tài)，計算交流分量，不能用來計算直流分量。 第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析BIBIQBIB EUB EUO圖10-8晶體管輸入特性曲線第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析bibibeuberbeuci圖10-9

7、晶體管輸入回路等效電路CEUCEuCiQCEUBICICI圖10-10 晶體管輸出特性曲線第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析圖10-11 晶體管輸出回路等效電路bicicerbiceubeubicicerbiberber圖10-12 晶體管微變等效電路第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析圖10-13 固定偏置放大電路的微變等效過程a）原電路 b）交流通路 c）微變等效電路第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大

8、電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析圖10-14 信號源含有內(nèi)阻的微變等效電路a）電路圖 b）微變等效電路第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析圖10-15 求輸入電阻第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析圖10-16 求輸出電阻第二節(jié)第二節(jié) 放大

9、電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析圖10-17 靜態(tài)工作點選擇不合適引起的失真a）截止失真 b）飽和失真第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第二節(jié)第二節(jié) 放大電路分析放大電路分析第三節(jié)第三節(jié) 穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路圖10-18 分壓式偏置放大電路第三節(jié)第三節(jié) 穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路第三節(jié)第三節(jié) 穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路第三節(jié)第三節(jié) 穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路第三節(jié)第三節(jié) 穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路第三節(jié)第三節(jié) 穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路

10、穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路圖10-19 分壓式偏置電路的直流通路第三節(jié)第三節(jié) 穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路第三節(jié)第三節(jié) 穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路穩(wěn)定靜態(tài)工作地點的電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路一、共集電極放大電路一、共集電極放大電路共集電極放大電路是另一種常用的基本放大電路，圖10-20(a)所示電路為其基本原理電路。該電路的特點是信號由基極輸入，從發(fā)射極輸出，集電極作為輸入回路和輸出回路的公共端，故稱為共集電極放大電路。由于信號從發(fā)射極輸出，故該電路又稱射極輸出器。共集電極放大電路因輸入電阻高，輸出電阻低而得到廣泛應用。下面分析討論它的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)，輸入電阻

11、和輸出電阻的計算以及它的特點。圖10-20 共集電路及其等效電路a）共集電路 b）微變等效電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路圖10-21 求等效電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路二、共基極放大電路二、共基極放大電路輸入、輸出回路的公共端為基極的電路稱共基極電路，簡稱共基電路。該電路的特點是信號由射基極間輸入，從集基極

12、間輸出。共基極放大電路如圖10-22(a)所示，其微變等效電路如圖（b）所示。下面分析討論它的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)，輸入電阻和輸出電阻的計算以及它的特點。圖10-22 共基極電路及其等效電路a）共基極電路 b）微變等效電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路三、阻容耦合多級放大電路三、阻容耦合多級放大電路前面分析的放大電路，都是由一個晶體管組成的單管放大電路，它們的放大倍數(shù)是極有限的，通常只有幾十到幾百倍。然而在實際應用中，放大電路的輸入

13、信號一般都是很微弱的，需要將微弱的輸入信號放大到幾千倍甚至幾萬倍才能推動負載工作。為此，常將若干個單極放大電路連接起來，組成多級放大電路，如圖10-23所示。輸入級中間級輸出級輸入輸出圖10-23 多級放大電路的組成框圖多級放大電路中，輸入級要具有較高的輸入電阻，以便同高內(nèi)阻的輸入信號源相匹配，常采用共集電極放大電路；中間級，主要承擔電壓放大的任務，常采用共發(fā)射極放大電路；輸出級，直接與負載相連，擔負著電路功率放大任務。在多級放大電路中，一級與另一級之間的連接稱為“耦合”。常采用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合。1阻容耦合放大電路多級放大電路之間，通過電阻和電容的連接來傳遞信號稱為

14、阻容耦合。圖10-24所示為一個典型的兩級阻容耦合放大電路，每一級都采用的是分壓式偏置放大路。 第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路圖10-24 兩級阻容耦合放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路圖10-25 兩級阻容耦合放大電路的微變等效電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路圖10-26 耗盡型絕緣柵場效應晶體管的自給偏壓偏置電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電

15、路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路圖10-27 分壓式偏置電路圖10-28 分壓式偏置電路的交流通路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第四節(jié)第四節(jié) 其它放大電路其它放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路一、概述概述在實際工程中，常常要利用放大后的信號去驅(qū)動某種執(zhí)行機構，例如使揚聲器發(fā)聲，使繼電器動作，使儀表指針偏轉(zhuǎn)等。為了控制這些負載，就要求輸出級能夠輸出較大的信號功率，這類主要用于向負載提供功率的電路稱為功率放大電路。從能量控制的觀點來看，電壓放大電路和功率放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別，都是依靠放大器件的能量控制作用，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的電路。但兩者也有不同之處，電壓放大電

16、路要求有較高的輸出電壓，輸出的功率并不一定大，是工作于小信號狀態(tài)下；而功率放大電路要求有較高的功率輸出，是工作于大信號狀態(tài)下。第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路（3）非線性失真要小為了提供足夠大的功率，功率放大電路工作在大信號狀態(tài)，由于管子的非線性，所以不可避免要產(chǎn)生非線性失真，并且輸出功率越大，非線性失真越嚴重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對矛盾。（4）晶體管的散熱問題在功率放大器中，由直流電源供給的功率，一部分轉(zhuǎn)換為交流信號輸出功率，另一部分則消耗在晶體管上，使管子的溫度升高，甚至燒毀。因此必須要考慮晶體管的散熱問題。通常是對晶體管加裝一定面積的散熱片。在分析方法上，由于功放管處于

17、大信號狀態(tài)下工作，放大電路的微變等效電路分析法不再適用，通常采用圖解法進行分析。 第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路圖10-29 放大電路的工作狀態(tài)a）甲類 b）甲乙類 c）乙類第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路圖10-30 乙類互補對稱功率放大電路a）NPN型射極輸出器 b）PNP型射極輸出器c）乙類互補對稱放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路圖10-31 乙類互補對稱電路電流、電壓波形第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路

18、圖10-32 交越失真第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路三、集成功率放大器三、集成功率放大器隨著電子技術的發(fā)展，集成電路應用日趨廣泛。由于互補對稱功率放大電路，具有結構簡單、體積小，頻率響應好、易于集成等優(yōu)點，因而在集成電路中獲得廣泛應用。例如，國產(chǎn)的D2002型集成功率放大器，其輸出為互補對稱電路。集成功率放大器應用時只需要外接少量元件，就可組成適用的功率放大電路。該電路失真小，噪音低、靜態(tài)工作點無需調(diào)整，電源電壓可在818V范圍內(nèi)選擇，使用靈活。圖10-35是D2002集成電路的外形，它有五個引腳，使用時應緊固在散熱片上。 第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路第五節(jié)第五節(jié) 功率放大電路功率放大電路本章小結本章小結1基本放大電路的組成。為了不失真的放大交流信號，放大電路應滿足以下三個原則：（1）保證晶體管VT工作在