單管基本放大電路

1、單管基本放大電路第1頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二712 直流通路和交流通路 放大電路工作，當無輸入信號時，電路中只有直流電流；當有輸入信號時，電路中既有直流電流又有交流電流。直流電流流過的路徑稱為放大電路的直流通路；交流電流流過的路徑稱為放大電路的交流通路。由于電路中存在著電抗元件，所以直流通路和交流通路不相同。在計算、分析具體的放大電路時，一定要分清交、直流通路。1直流通路直流通路的簡化方法是將電抗元件中的電容看作開路，電感看作短路，其他元件不變。 2交流通路交流通路的簡化方法是將電抗元件中的電容看作短路，電感看作開路，其他元件不變。直流電源只能產(chǎn)生直流激勵，在交

2、流電路中不起作用，而其內(nèi)阻很小忽略不計，作為短路處理。 第2頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二圖7-2 共射極單管放大電路的直流、交流通路(a)直流通路 (b)交流通路 第3頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二713 靜態(tài)分析 放大電路的靜態(tài)是指未加交流信號以前的起始狀態(tài)。此時，晶體管各極直流電壓和直流電流分別用UBEQ、UCEQ、IBQ和ICQ表示。由于這些數(shù)值代表著輸入特性曲線和輸出特性曲線上一個點的坐標，習慣上稱該點為靜態(tài)工作點或直流工作點，此時晶體管的各極電壓和電流均在靜態(tài)值的基礎上變化。2靜態(tài)工作點的確定方法由放大電路的直流通路可確定靜態(tài)工作

3、點（IBQ、ICQ、UCEQ）。對靜態(tài)工作點的求解，可用圖解法和近似估算法。（1）近似估算法根據(jù)基爾霍夫電壓定律列出圖7-2（a）的回路方程： 第4頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二第5頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二714 動態(tài)分析放大電路有交流信號輸入時的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。一個放大電路的性能如何？除了要看其靜態(tài)工作點的位置以外，還要看動態(tài)性能指標。放大電路的主要性能指標包括增益、輸入/輸出電阻、頻率特性、非線性失真等。本節(jié)中主要講解增益、輸入電阻、輸出電阻的求解方法。1微變等效電路法第6頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二（

4、1）輸入電阻ri （2）輸出電阻ro（3）晶體管動態(tài)輸入電阻rbe （4）電壓增益Au第7頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二72 分壓式偏置放大電路721 分壓式偏置放大電路的組成 分壓式偏置放大電路如圖7-7所示。V是放大管；RB1、RB2是偏置電阻，RB1、RB2組成分壓式偏置電路，將電源電壓UCC分壓后加到晶體管的基極；RE是射極電阻，還是負反饋電阻；CE是旁路電容與晶體管的射極電阻RE并聯(lián)，CE的容量較大，具有“隔直、導交”的作用，使此電路有直流負反饋而無交流負反饋，即保證了靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性，同時又保證了交流信號的放大能力沒有降低。第8頁，共36頁，2022年，

5、5月20日，3點14分，星期二圖7-7 分壓式偏置放大電路 圖7-8 分壓式偏置放大電路的直流通路第9頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二722 穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理 分壓式偏置放大電路的直流通路如圖7-8所示。當溫度升高，IC隨著升高，IE也會升高，電流IE流經(jīng)射極電阻RE產(chǎn)生的壓降UE也升高。又因為UBE=UB-UE，如果基極電位UB是恒定的，且與溫度無關，則UBE會隨UE的升高而減小，IB也隨之自動減小，結果使集電極電流IC減小，從而實現(xiàn)IC基本恒定的目的。如果用符號“ ”表示減小，用“ ”表示增大，則靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程可表示為： 要實現(xiàn)上述穩(wěn)定過程，首先必須保證基極

6、電位UB恒定。由圖7-7可見，合理選擇元件，使流過偏置電阻RB1的電流I1比晶體管的基極電流IB大很多，則UCC被RB1、RB2分壓得晶體管的基極電位UB： 第10頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二 分壓式偏置放大電路中，采用了電流負反饋，反饋元件為RE。這種負反饋在直流條件下起穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用，但在交流條件下影響其動態(tài)參數(shù)，為此在該處并聯(lián)一個較大容量的電容CE，使RE在交流通路中被短路，不起作用，從而免除了RE對動態(tài)參數(shù)的影響。第11頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二723 電路定量分析1靜態(tài)分析根據(jù)KVL定理可得輸出回路方程 第12頁，共36

7、頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二2動態(tài)分析由分壓式偏置放大電路圖7-7可得交流通路如圖7-9所示及微變等效電路如圖7-10所示。圖7-9 分壓式偏置電路的交流通路 圖7-10 分壓式偏置電路的交流微變等效電路第13頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二（1）電壓放大倍數(shù)Au輸入電壓輸出電壓 （2）輸入電阻ri （3）輸出電阻ro 第14頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二73 共集電極放大電路 共集電極放大電路是一種應用非常廣泛的單元電路之一。一般來說，它可用來作為多級放大器的輸入級、輸出級和中間級。共集電極放大電路還可用作緩沖級在電路中起阻

8、抗匹配的作用。731 電路組成及各元件的作用 圖7-11（a）是共集電極放大電路的典型電路。V是放大管，RB是基極偏置電阻，RE是發(fā)射極電阻，C1、C2是耦合電容，RL是放大電路的負載，其中RE的存在起到了穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用。 圖7-11（b）是其直流通路，圖7-12（a）是其交流通路。從交流通路可看出輸入信號ui加在基極與集電極之間，輸出信號uo由發(fā)射極和集電極之間取出，集電極是輸入回路與輸出回路的公共端，故稱為共集電極放大電路。又因為輸出信號是從發(fā)射極與“地”之間取出，所以此電路又稱為射極輸出器。第15頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二圖7-11 共集電極放大電路(

9、a)原理電路 (b)直流通路第16頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二732 電路分析1靜態(tài)分析根據(jù)KVL定理可列出圖7-11（b）的輸入回路方程 基極電流IBQ 集電極電流ICQ 則集射極間電壓UCEQ 第17頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二2動態(tài)分析由圖7-12（a）可得共集電極放大電路的微變等效電路如圖7-12（b）所示。 圖7-12 共集電極放大電路的交流電路(a)交流通路 (b)微變等效電路 第18頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二（1）電壓放大倍數(shù)Au輸入電壓 輸出電壓 通常條件下 ，所以Au近似等于1，且略小于1。

10、Au是正值，表明輸出電壓與輸入電壓同相，也說明了射極跟隨器的特性之一。第19頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二 （2）輸入電阻ri 由微變等效電路可得（3）輸出電阻ro 可見共集電極放大電路的輸出電阻很小，一般為幾歐到幾十歐，表明其帶動負載的能力很強。從以上的分析中可知共集電極放大電路具有以下特點：（1）電壓放大倍數(shù)Au近似等于1，且略小于1，輸出電壓與輸入電壓同相。（2）電流放大倍數(shù)Ai=1+。（3）輸入電阻ri很高，信號源的利用率高。（4）輸出電阻ro很低，帶動負載能力強。 第20頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二還必須指出：共集電極放大電路的電

11、壓放大倍數(shù)雖然比共射極放大電路小得多，但是它是以降低電壓放大倍數(shù)換來了其它性能的改善。如：提高輸入電阻，減小輸出電阻，靜態(tài)工作點穩(wěn)定等。第21頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二74 多級放大電路在實際應用時，放大電路的輸入信號很小，而負載卻要求有較大的輸入信號，這就要求放大電路必須有足夠的放大能力。單管放大電路的放大倍數(shù)有限，一般只有幾十倍不能滿足要求，為了得到較高的放大倍數(shù)，一個放大電路往往由幾級組成。741 多級放大電路的組成一個多級放大電路根據(jù)各級所處的位置和作用不同，大致可分為三部分：輸入級、中間級和輸出級，如圖7-13所示。圖7-13 多級放大電路的組成框圖第2

12、2頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二742 多級放大電路的性能分析1多級放大電路的靜態(tài)工作點 多級放大電路中的各級放大電路的靜態(tài)工作點之間是否相互影響與級間的連接方式有關。（下面討論）2電壓放大倍數(shù) 多級放大電路的總電壓放大倍數(shù)Au等于各級放大電路電壓放大倍數(shù)的乘積，即Au=Au1Au2Au3 在計算各級的Au1、Au2、Au3時要注意，各級放大電路的動態(tài)是互相有影響的。第一級的輸出是第二級的輸入，也就是說第二級的輸入電阻是第一級的負載，同時第一級的輸出電阻也是第二級輸入電阻的一部分。所以，在計算時要考慮級與級之間的影響。第23頁，共36頁，2022年，5月20日，3點1

13、4分，星期二3輸入電阻、輸出電阻多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻，輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。在具體計算時，可用基本放大電路的公式計算。不過，有時它們還與中間級的參數(shù)有關。743 多級放大電路的耦合方式多級放大電路級與級之間的連接方式稱為耦合方式，即指放大電路輸入端與信號源之間，以及放大電路輸出端與負載之間的連接方式。多級放大電路的耦合方式主要有直接耦合方式、阻容耦合方式、變壓器耦合方式。第24頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二1直接耦合圖7-14 直接耦合多級放大電路 第25頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二2阻容耦合圖7-15 阻容耦

14、合多級放大電路第26頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二3變壓器耦合圖7-16 變壓器耦合多級放大電路第27頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二 從以上的分析中，可以知道三種常見的耦合方式各有各的優(yōu)點。直接耦合放大電路可放大交、直流信號，頻率特性好，電路簡單便于集成；阻容耦合放大電路只能放大交流信號，各級靜態(tài)工作點相對獨立便于設計調(diào)試和維修；變壓器耦合放大電路能放大交流信號，并有阻抗匹配的作用，從而實現(xiàn)最大功率輸出。三種耦合方式在要求不同的電路中，采用合適的級間耦合方式。第28頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二75 功率放大電路 在

15、實踐中，常常要求放大電路的末級能帶一定的負載，如使揚聲器的音圈振動發(fā)出聲音、推動電動機旋轉(zhuǎn)、讓儀器儀表動作等，這些都需要放大電路能夠輸出足夠的信號功率，這個末級電路稱為功率放大電路，簡稱功放。前面所講的放大電路均為小信號放大電路，其主要任務在于不失真地提高輸入信號的電壓或電流的幅度，以驅(qū)動后面的功率放大電路，而功率放大電路的任務則是在信號不失真或輕度失真的條件下提高輸出功率，屬于大信號放大電路。 放大電路的實質(zhì)都是能量轉(zhuǎn)換。從能量控制觀點看，電壓放大電路與功率放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別，但是功率放大電路與電壓放大電路所承擔的任務是不同的，要求也就不同，那么討論的主要指標就不同。功率放大器按其工作的

16、狀態(tài)分類也有多種。第29頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二751 功率放大電路的特點與主要要求1輸出功率足夠大2效率高3非線性失真小752 功率放大電路的分類功率放大電路通常是根據(jù)功放管的靜態(tài)工作點在負載線上位置的不同進行分類的。通常分為甲類、乙類、甲乙類，高頻放大電路中還有丙類和丁類。 第30頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二1甲類 甲類功率放大電路的靜態(tài)工作點在負載線的中點。甲類功率放大電路的功放管有較大的靜態(tài)工作電流，無輸入信號也有較大的管耗。有信號輸入時，在整個周期內(nèi)功放管都工作，若靜態(tài)工作點取值恰當，則輸出信號不失真。甲類功率放大電路的特點

17、是失真小、管耗大、效率低，只適用于小信號放大，其波形如圖7-17（a）所示。2乙類 乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點在負載線與截止區(qū)的交線上。乙類功率放大電路沒有靜態(tài)工作電流，無輸入信號時功放管不工作，降低了管耗。有輸入信號時，電路只對半個周期的信號放大輸出，另半個周期功放管不工作沒有信號輸出，輸出信號失真較為嚴重。若想得到完整的輸出信號，則需要兩個電路來實現(xiàn)。乙類功率放大電路的特點是失真大、管耗小、效率高、適用于大信號放大，其波形如圖7-17（b）所示第31頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二3甲乙類 甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點在負載線的中點與截止點之間，是介于甲類和乙類

18、之間的功率放大電路。電路有很小的靜態(tài)工作電流，無輸入信號時有較小的管耗，低于甲類功率放大電路。有信號輸入時，在輸入信號整個周期內(nèi)，甲乙類功率放大電路能對大部分輸入信號進行放大，輸出信號失真小于乙類功率放大電路。若想得到完整的輸出信號，也需要兩個電路來實現(xiàn)。甲乙類功率放大電路適用于大信號放大，其波形如圖7-17（c）所示。圖7-17 功率放大電路的分類(a)甲類 (b)乙類 (c)甲乙類第32頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二753 互補對稱功率放大電路 在應用中，人們需要工作效率高、波形失真小的功放電路。從以上分析可知，甲類功率放大電路波形失真小，但效率低；乙類功率放大電路效率高，波形失真卻很大；甲乙類功率放大電路效率雖然較高，波形失真也小，但還是無法滿足實際的要求，因此出現(xiàn)了互補對稱功率放大電路。圖7-18 互補對稱功率放大電路(a)電原理圖 (b)波形圖第33頁，共36頁，2022年，5月20日，3點14分，星期二 前面已講過晶體管導通需要一定的電壓，即導通電壓或死區(qū)電壓。晶體管工作在乙類狀態(tài)時，無輸入信號時，電流為零；有輸入信號時，只有當輸入電壓大于死區(qū)電壓時，晶體管才導通。也就是說，當兩個晶體管處于交替工作時，一只管子