第2章交流放大電路

1、第2章交流放大電路2.12.22.3Ð 2.4Ð 2.5Ð 2.6Ð 2.7共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大電路共集電極放大電路多級放大電路差動放大電路功率放大電路場效應管放大電路2.12.1.1共發(fā)射極放大電路放大電路的基本概念1. 放大電路的功能將微弱電信號進行放大，使接在放大電路輸出端負載上得到的輸出信號，與輸入端所加信號源信號的變化規(guī)律相同，而輸出信號的幅度和功率比輸入信號大得多。如：擴音機能夠將較小2. 放大電路的組成框圖3. 放大電路的分類信號放大到足以推動揚聲器工作。話筒揚聲器按頻率分：低頻; 高頻; 寬帶按接法分：共射; 共集; 共基

2、按功能分：電壓放大;功率放大ii信號源i放大器o負載+ui-+uo-擴音機4.放大電路的主要性能指標(1) 電壓放大倍數(shù)I&I&A&= U&/ U&oiuoi信號源放大器負載(2) 電流放大倍數(shù)+U& iU& oA&= I& / I&Ioi(3) 功率放大倍數(shù)AP = Po / Pi = Au · Ai(4) 輸入電阻·I放+大器r = U& / I&riro·URLiii(5) 輸出電阻(去掉負載)ro = U& / I&(6) 通頻帶(7) 失真(非

3、線性失真、頻率失真)2.1.2基本放大電路的工作原理1. 放大電路組成的原則(1) 為了不失真的放大交流電壓信號，必須給放大電路設置合適的靜態(tài)工作點；(2) 在輸入回路加入輸入信號ui 應能引起 uBE 的變化，從而引起基極電流 iB 和集電極電流 iC 的變化；(3) 輸出回路的接法應當將集電極電流的變化，盡可能多地轉化為電壓的變化送到輸出端的負載RL中去。靜態(tài)值：IBICIEUBE UCE不同符號的意義交流瞬時值：ib交流有效值：Ib 交直流總量：iBicIc iCieIe iEubeuce UbeUceuBE uCE2. 放大電路的組成簡單畫法共發(fā)射極接法放大電路+UCCRCRBRCCB

4、UCCETTRBUBB省去一個直流電源3. 放大電路中各元件的作用 將放大的電流變成電壓 提供靜+UCC態(tài)工作點RCC2RB+ 提供能量T+uiC1RSuRLo1wC+XC =uS 提供信放號大通器路； 阻隔直流通路4.放大電路的工作原理在放大器內部 ( C1, C2之間 ) 各電壓電流均為直流+交流；在放大器外部 ( C1左邊, C2右邊 ) 輸入、輸出電壓只有交流。iCuCEiBuuBEcetUtCEt+UCCRCuStRCuB2o+iC1iBtC+uiuCEtRSuTRuBEoL+uS5. 設置靜態(tài)工作點的必要性設U= 0.6VBEui = 0.02 sinw tiB/µAi

5、/µABV60Q160ibQ4040設靜態(tài)工作點iBQ22020IBuBE/V00.600.580.62三極管t不導通0ube= DuBE = uBE UBEuBE/Vuiube= uiUBEi = D i= i IbBBBt2.1.3放大電路的靜態(tài)分析放大電路沒有輸入信號(ui = 0) 時的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)分析的任務是根據(jù)電路參數(shù)和三極管的特性確定靜態(tài)工作點（直流量）UBE、IB、IC 和 UCE。可用放大電路的直流通路來分析。+UCCRBRCC2+C1+TRLui = 01.估算法畫出直流通路+UCC+UCCRRCBC2IC+RBRCC1+IB+TUCERL+u = 0I

6、EiTUBE- UBE= UCCIB三極管的 U可估計為RBBE硅管的UBE 約為 0.6V鍺管的UBE 約為 0.2VIC = b IBUCE = UCC ICRC2. 圖解法直流通路+UCC+UCC+UCCRBRCICIRRBCC+TIBUCCUCC+UU+IBC+CEUEBTUBEIEE在同一坐標系中，作出三極管的輸入特性和電源的伏安特性 (直線)，交點為 IB 和 UBE 的靜態(tài)值 (誤差較大)；在同一坐標系中，作出三極管的輸出特性和電源的伏安特性 (直線)，交點為 IC 和 UCE 的靜態(tài)值。2. 圖解法例：在基本交流放大電路中，已知 UCC = 12V,RC = 4kW，RB =

7、285kW，試求靜態(tài)值。解：先估算 IB- UBE= UCC= 12 - 0.6= 0.04 mA = 40 µAIBRB285將方程UCE = UCC ICRC 所表示的直線，畫在三極管輸出特性曲線的坐標平面上。N點：IC = UCC / RC = 3 mA，UCE = 0直線的兩個端點M點：IC = 0,UCE = UCC = 12V2. 圖解法IC /mA利用圖解法求解靜態(tài)工作點直流負載線NUCC80 µA3RC60 µA靜態(tài)工作點240 µA1.5Q120µAMIB = 0µA0UCE /V12 U 66 24810CC求得靜

8、態(tài)值為：IC = 1.5 mA，UCE = 6V，IB = 40 µA3. 靜態(tài)工作點與電路參數(shù)的關系'U和R 不變，R 增大為RIB 減小為IB' ，工作點Q 向右下方移動CCCBBIC /mANUCC80 µA3RC60 µA靜態(tài)工作點240 µA1.5QIB'Q'120µAMIB=0µA0UCE /V12 U24810CC2.1.4放大電路的動態(tài)分析放大電路有輸入信號 (ui ¹ 0) 時的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。放大器中各電壓和電流都是直流分量和交流分量的疊加。2.1.4.1微變等效電路分析

9、法分析步驟：1. 畫出放大電路的交流通路；2. 畫出三極管微變等效電路；熟練后可省去3. 畫出放大電路的微變等效電路；4. 利用放大電路的微變等效電路，進行動態(tài)分析，即求電壓放大倍數(shù) A&u、輸入電阻 ri、輸出電阻 ro。1. 三極管的微變等效電路icibicCCBibBubeTubeb ibuceucerbeEE三極管微變等效電路的使用條件：(1) 分析小信號(微變)：信號較大時，參數(shù)將發(fā)生變化；(2) 分析交流量：不能用于求靜態(tài)值；(3) 分析低頻信號：200 Hz 300 kHz。2. 交流通路+UCCC1, C2對交流可視為RRC2BC短路；U對交流可視+C1CC+為短路，據(jù)

10、此畫出放大+RS+電路的交流通路。因為交流電流通過URLTuou +uiSCC時，不產生交流壓降。交流通路ic+T+uoibiiuceRCRLRS+RBuiu +S3. 基本放大電路的微變等效電路CB+RSrbeI&bU& obI&bU& iRLRBRC+U& SEriro交流通路ic+T+uoibiiuceRCRLRS+RBuiu +S4. 動態(tài)分析I&iCB+RSrbeI&bI&RRR&U& iUobBbCL+U& SEriro(1) 電壓放大倍數(shù)RL¢ = RC /RL其中U&- b

11、I&R¢A&u 輸出與輸入反相源電壓放大倍數(shù)=o&bL&UiIb rbe(2) 輸入電阻U&A&uSo=U& iU& Sri =I&i4. 動態(tài)分析(3) 輸出電阻輸出電阻的概念I&放b I&b+RI&b大rUU&&RCRiL器從放大器的輸出端，可將放大器看作負載的信號源， 輸出電阻即是信號源的內阻。利用外加電源法，從輸出端求受控源電路的等效電阻。= U&首先將負載去掉，信號源除源，求得roI&3. 動態(tài)分析(3) 輸出電阻I&CBI&b=

12、0+U&RSrb &RBI0bRCbI&b =beU& S= 0Ero由U& 在 rbe 中引起的電流為0，受控電流也為0，受控電流源視為開路。輸出電阻2.1.4放大電路的動態(tài)分析放大電路有輸入信號 (ui ¹ 0) 時的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。2.1.4.2圖解法分析步驟：1. 畫出放大電路的交流通路；2. 在輸入特性上作圖，確定 uBE 和 iB 的變化范圍；3. 在輸出特性上作直流負載線(放大器輸出端開路時) 或交流負載線(放大器輸出端接負載時)，根據(jù) iB的變化范圍，確定 iC 和 uCE的變化范圍；= Uom4. 求電壓放大倍數(shù) AuUim

13、1. 畫交流通路+UCC根據(jù)C1, C2對交流可RRC2BC視為短路；U對交+C1CC+流可視為短路，畫出+TRS交流通路。因為交流電流通過URLuou +SCC時，不產生交流壓降。交流通路ic+T+uoibiiuceRCRLRS+RBuiu +S2. 在輸入特性上作圖iB /µAiB /µA6060Q1ibQ4040iBQ22020IBuBE/V0.6000.580.62t0uBE/Vui = ubeUBEt3. 輸出端開路動態(tài)分析iC / mAN輸出端開路時交、直流iC / mA803負載線重合Q6012.252.25icQI =40 µA1.51.5BQ20

14、.75200.75IC0Mu/V/V0336699CE0t12uCE電壓放大倍數(shù)0Ucem= Uom= UoUCEAu的變化范圍為uuce (uo)UimUiCE39V。t4. 輸出端接負載動態(tài)分析交流負載線利用D uce= D ic RL¢作交流負載線iC / mA3iC / mAN80Q¢Q1602.2512.25icQIB=40 µA1.51.5Q20.75200.75Q¢20Mu/V/V0336699CE0t12uCE0接負載后, Uom空載輸出電壓負載輸出電壓減小,Au下降。uce (uo)t5.用圖解法分析非線性失真（1）靜態(tài)工作點偏高引起飽

15、和失真iCiC/ mA/ mA設靜態(tài)值 IB = 60 µA80 mA正半周變平NQ31QIB=60 mAic2Q40 mA2120mA0 M/V/VuCE uCEt03691200u 波形o負半周變平u(u )ceo5.用圖解法分析非線性失真（2）工作點偏低引起截止失真（a）工作點偏低引起 ib失真iBiB/ µA/ µA設靜態(tài)值 IB = 5 µA在 ube 負半周 t1 t2區(qū)間內，uBE小于死區(qū)電壓，iB = 0。Q1負半周變平ibQ5uBEBE/ V/ V00t1t2Qt20uuit1t2 t（2）工作點偏低引起截止失真（b）工作點偏低引起 i

16、c、uce(uo)失真iC /mA設靜態(tài)值IB= 5 µA80 µAi/mA3C60 µA2負半周變平40 µAQ1120 µA0.750.75iQIB= 5 µAc0.250.2500u/V/V0CEQ239t6uCEuo 的波形0正半周變平uce(uo)正半周變平t5.用圖解法分析非線性失真（3）輸入信號過大引起非線性失真設靜態(tài)值IB= 40 µAiCiC/ mA/ mAN80 mA3Q1IB = 60 mA40 mAic2Q120mAQ20u/Vt012M369CE0uCE/V0u 波形ouce(uo)t2.2工作點穩(wěn)

17、定的放大電路2.2.1溫度對靜態(tài)工作點的影響IC/mAIC/mA60°C溫度升高引起60和b 增加I33CEOA工作點上移， 靠近飽和區(qū)。22A11= 0= 000U/VU/VCECEOCECEO- UBE= UCC在基本交流放大電路中，IB固定不變，RB而 IC = b IB + ICEO，所以溫度升高時將引起 IC 增加。25°C8060Q40µ20IBIQ40µ20IBI2.2.2分壓式偏置電路+UCC1. 電路的組成與基本放大電路相比，增加了三個元件：I1RB1RCC2+C1IB+T+VB+RB2、RE、CE 。2. 穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理設電路滿

18、足I1 >> IB，RSuRouiLR+I+uB2RECE2SRB2 × UCCRB1 + RB2I2 >> IB，有基極電位基本不變VB =由 UV ，有調整過程= VBEBE溫度升高® I­® I ­ ®V ­ ®U¯CIC ¯EEBEIB¯3. 靜態(tài)分析+UCC（1）畫出直流通路(將各電容開路)；12VRRC4kWICB1（2）用估算法求靜態(tài)值 I 、I和U。30kWBCCEIB+UCE例：已知: b = 50, U= 0.6V, 求靜態(tài)值。VBBETRB

19、2 × UCC RB1 + RB2= 10 ´ 12 = 3V解：V=RRE2.2kWBB2IE30 + 1010kW= VB - UBE= 3 - 0.6 = 1.09 mA» IEICRE2.2= IC= 1.09= 21.8 µAIBb50UCE = UCC ICRC IERE = UCC IC ( RC+RE)= 12 1.09 ´ ( 4 + 2.2) = 5.24V若令RB=RB1/RB2， 與基本放大電路的微變等效電路相同（1）畫出微變等效電路；4. 動態(tài)分析例：已知：（2）求A&、r 、r。uioI&iCBR =

20、 4kW，Lb = 50，+RSrbeI&RB1bI&RB2RRU&I= 1.09mA。&UibbCLE+o30kW 10kW4kW4kW 。 U& S求 A& 、r 、rEuioriro解：rbe = 300 + (1 + b ) 26(mV)= 300 + (1 + 50) ´ 26 = 1516.5IE(mA)1.09= - bRL¢= - 50 ´(4 / 4) = - 65.94A&urbe1.52ri = RB1/RB2/r=be30 / 10 / 1.52 = 1.26 kW= RC= 4 kW

21、ro5. 引入交流負反饋的計算+UCCRB1RCC2+C1+T+RE1uoRLRB2ui+RE2CE將發(fā)射極電阻分為兩個電阻RE2和RE2的串聯(lián)， 旁路電容CE與RE2并聯(lián)，這樣即可減小負反饋對電壓放大倍數(shù)的影響，又可保證靜態(tài)工作點不變。畫出微變等效電路5. 引入交流負反饋的計算BCI&bEbI&brbe+RB1RB2RCRL U& oU& iI&eRE1riroU& o= -b I&b RL¢U& i= I&brbe + I&e RE1= I&b rbe+ ( 1+b )RE1= U&

22、ob RL¢rbe + (1 + b )RE1A&= -uU& iri = RB1/RB2/ rbe+ ( 1+b )RE1ro = RC2.3共集電極放大電路從發(fā)射極和地之間取輸出電壓，亦稱為射極輸出器。+UCC+15V+U150kWCCRBCTRB1+T+CEC0.5kW2+U+b =60RS+I+BuiRE3kWRL3kWuo2.3.1REuS靜態(tài)分析IE畫出直流通路UCC - UBERB + (1 + b )RE15 - 0.6例： IB= 43.24 µA150 + (1 + 60) ´ 3IE = (1+ b ) IB= (1+ 60

23、) ´ 43.24 = 2.64 mAUCE = UCC IERE= 15 2.64 ´3 = 7.08 V微變等效電路2.3.2動態(tài)分析BC由圖可見，輸入回路與輸出回路以集電極為公共點，故稱為共集電極電路。1. 電壓放大倍數(shù)bI&b+rbeI&bERSU& iRB+&+RUSRU& oLEriroU& oU& i= (1 + b )I&b RL¢= I&brbe + I&e RL¢= I&b rbe+ (1+b )R'LA&u > 0：U&am

24、p; o與U& i 同相= U& o(1 + b )RL¢rbe + (1 + b )RL¢A&=uU& i接近 1：U&跟隨U& 變化，A&oiu2. 輸入電阻ri = RB / rbe+ (1+b )R'L電路無電壓放大作用， 但能夠放大功率。6.3rbe3.輸出電阻I&I&¢BE用外加電源法求等效電阻, 重畫微變等效電路+I&bI&bbRRR&UU&SBE&Ib = R/ R+ rSBbeU&Cror'oI&

25、2; = I&b + bI&b = (1 + b )¢+ rbeRSU&R¢ + rSbero¢ = &¢ =式中 RS' = RS / RB1 + bI= U&= RS¢ + rbe= r¢ / R輸出電阻r/ RooEEI&1 + b電壓放大倍數(shù)小，數(shù)值為0.9 0.99。輸入電阻較大，阻值為幾幾百千歐。輸出電阻較小，阻值為幾十幾百歐姆。BC2.3.3動態(tài)分析bI&b+例：已知：b = 60，IE = 2.64mA。rbeI&bERS0.5kWU&RB

26、i+U& S+求：A&u 、ri 、ro 。RL3kWRE3kW150 kWU& o解：r= 300 + (1 + b ) 26berIErio26= 300 + (1 + 60) ´= 900.76 = 0.9k與共發(fā)射極電路相比2.64(1 + b )RL¢rbe + (1 + b )RL¢(1 + 60)3 / 3A&= 0.99 ¯=u0.9 + (1 + 60)3 / 3ri = RB / rbe+ (1+b )R'L=150 / 0.9+(1+60) ´ 3/3 = 56.8kW ­

27、= RS / RB + rbe/ RE = 0.5 / 150 + 0.9 / 3 = 22.75 ¯ro1 + b1 + 604. 射極輸出器的特點：（1） 電壓放大倍數(shù)小于1，但近似等于1。（2） 輸出電壓與輸入電壓同相，具有跟隨作用。（3） 輸入電阻高。（4） 輸出電阻低。5.射極輸出器的應用可用射極輸出器作多級放大器的輸入級、輸出級或中間級。用射極輸出器作輸入級時，因其輸入電阻高，可以減小放大電路對信號源的影響；作輸出級時，利用它輸出電阻低的特點，可以穩(wěn)定輸出電壓，提高帶負載能力；將射極輸出器接在兩級共發(fā)射級放大電路之間作為中間級，可以起阻抗變換作用，改善整個放大電路的性能。

28、2.4阻容耦合多級放大電路及其頻率特性2.4.1多級放大電路及其耦合方式1. 采用多級放大電路的必要性 提高放大倍數(shù)uo1uiuo2uo功率放大電路電壓放大電路2. 對級間耦合電路的要求(1)各級電路的靜態(tài)工作點互不影響；(2)不失真地傳輸信號；(3)有效地傳輸信號 盡量減少在耦合電路上的損失。3. 級間耦合方式阻容耦合 交流電壓放大電路變壓器耦合功率放大電路直接耦合 集成電路光電耦合 較強的能力2.4.2阻容耦合多級放大電路的分析以兩級阻容耦合放大電路為例1. 分析方法(1) 靜態(tài)分析12V+UCCRB1RC1RRB3C2C兩級分別計算。W30kW3.9kW3.9k2300kW+C1+T1(2) 動態(tài)分析C =50+1T23+rbe1=1.6kW例1: 畫出微變等效電路，RRu =40SuiRLo2+RE1+B2CErbe2=1kW3.9kWuS 10kW2.2kWA&求:, r , ruio= U& o= U& o1 × U& o2= U& o1 × U& o2A&= A&× A&電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻uu1u2U& iU& i1U& o1U& i1U& i2ri = ri1U&