電工學(xué)課件：第10章 基本放大電路

1、放大的概念: 放大的目的是將微弱的變化信號(hào)放大成較大的信號(hào)。 放大的實(shí)質(zhì): 用小能量的信號(hào)通過(guò)三極管的電流控制作用，將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。 對(duì)放大電路的基本要求 ： 1. 要有足夠的放大倍數(shù)(電壓、電流、功率)。 2. 盡可能小的波形失真。 另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術(shù)指標(biāo)。 本章主要討論電壓放大電路，同時(shí)介紹功率放大電路。第10章 基本放大電路10.1 共發(fā)射極放大電路的組成 1 共發(fā)射極基本放大電路組成 共發(fā)射極基本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE10.1 基本放大電路的組成 2 基本放大電路各元件作用

2、 晶體管T-放大元件, iC= iB。要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放大區(qū) 。共發(fā)射極基本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE16.1 基本放大電路的組成16.1.2 基本放大電路各元件作用 集電極電源UCC -為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC-將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。耦合電容C1 、C2 -隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，同時(shí)使信號(hào)順利輸入、輸出。信號(hào)源負(fù)載共發(fā)射極基本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE10.2 共發(fā)射極放大電路的分析靜態(tài)：放大電路無(wú)信號(hào)輸入（ui

3、 = 0）時(shí)的工作狀態(tài)。靜態(tài)工作點(diǎn)Q：IB、IC、UCE 。靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值。動(dòng)態(tài)：放大電路有信號(hào)輸入（ui 0）時(shí)的工作狀態(tài)。動(dòng)態(tài)分析: 計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。分析對(duì)象： 各極電壓和電流的交流分量。10.2.1 放大電路的靜態(tài)(直流）分析靜態(tài)：放大電路無(wú)信號(hào)輸入（ui = 0）時(shí)的工作狀態(tài)。分析方法：估算法、圖解法。分析對(duì)象：各極電壓電流的直流分量。所用電路：放大電路的直流通路。設(shè)置Q點(diǎn)的目的： (1) 使放大電路的放大信號(hào)不失真； (2) 使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，靜態(tài)是動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)。靜態(tài)工作點(diǎn)Q：IB、IC、UCE 。靜態(tài)分析：確定放大電路

4、的靜態(tài)值。例：畫(huà)出下圖放大電路的直流通路直流通路直流通路用來(lái)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q ( IB 、 IC 、 UCE )對(duì)直流信號(hào)電容 C 可看作開(kāi)路（即將電容斷開(kāi)）斷開(kāi)斷開(kāi)+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE1 用估算法確定靜態(tài)值1. 直流通路估算 IB根據(jù)電流放大作用2. 由直流通路估算UCE、IC當(dāng)UBE UCC時(shí)，+UCCRBRCT+UBEUCEICIB由KVL: UCC = IB RB+ UBE由KVL: UCC = IC RC+ UCE所以 UCE = UCC IC RC 例1：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知

5、：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。解：注意：電路中IB 和 IC 的數(shù)量級(jí)不同+UCCRBRCT+UBEUCEICIB2 用圖解法確定靜態(tài)值用作圖的方法確定靜態(tài)值步驟： 1. 用估算法確定IB 優(yōu)點(diǎn)： 能直觀地分析和了解靜 態(tài)值的變化對(duì)放大電路 的影響。2. 由輸出特性確定IC 和UCCUCE = UCC ICRC +UCCRBRCT+UBEUCEICIB直流負(fù)載線方程15.2.2 用圖解法確定靜態(tài)值直流負(fù)載線斜率ICQUCEQUCCUCE =UCCICRCUCE /VIC/mA直流負(fù)載線Q由IB確定的那條輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)O 共射放大電路的電壓放大作

6、用UBEIBICUCE無(wú)輸入信號(hào)(ui = 0)時(shí): uo = 0uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOUBEIB無(wú)輸入信號(hào)(ui = 0)時(shí): uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？有輸入信號(hào)(ui 0)時(shí) uCE = UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC 共射放大電路的電壓放大作用+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO10.2. 放大電路的動(dòng)態(tài)（交流）

7、分析動(dòng)態(tài)：放大電路有信號(hào)輸入（ui 0）時(shí)的工作狀態(tài)。分析方法： 微變等效電路法，圖解法。所用電路： 放大電路的交流通路。動(dòng)態(tài)分析: 計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。分析對(duì)象： 各極電壓和電流的交流分量。目的： 找出Au、 ri、 ro與電路參數(shù)的關(guān)系，為設(shè)計(jì) 打基礎(chǔ)。RBRCuiuORLRSes+對(duì)交流信號(hào)(有輸入信號(hào)ui時(shí)的交流分量) XC 0，C 可看作短路。忽略電源的內(nèi)阻，電源的端電壓恒定，直流電源對(duì)交流可看作短路。短路短路對(duì)地短路交流通路 用來(lái)計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)參數(shù)。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBi

8、EibicicBCEibib晶體三極管微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-. 晶體管的微變等效電路rbeBEC 晶體管的B、E之間可用rbe等效代替。 晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=ib等效代替。 晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。 當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的輸入特性在小范圍內(nèi)可近似線性化。 晶體管的微變等效電路UBEIB對(duì)于小功率三極管：rbe一般為幾百歐到幾千歐。1 微變等效電路法(1) 輸入回路Q(chēng)輸入特性晶體管的輸入電阻 晶體管的輸入回路(B、E之間)可用rbe等效代替，即由rbe來(lái)確定ube和 ib之間的關(guān)系。IBUBEO(2) 輸出回路rce

9、愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不計(jì)。晶體管的輸出電阻輸出特性ICUCEQ 輸出特性在線性工作區(qū)是一組近似等距的平行直線。晶體管的電流放大系數(shù) 晶體管的輸出回路(C、E之間)可用一受控電流源 ic= ib等效代替，即由來(lái)確定ic和 ib之間的關(guān)系。一般在20200之間，在手冊(cè)中常用hfe表示。OibicicBCEibib晶體三極管微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-. 晶體管的微變等效電路rbeBEC 晶體管的B、E之間可用rbe等效代替。 晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=ib等效代替。2. 放大電路的微變等效電路 將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代

10、替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微變等效電路RBRCuiuORL+-RSeS+-ibicBCEii 分析時(shí)假設(shè)輸入為正弦交流，所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。微變等效電路2. 放大電路的微變等效電路 將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS3.電壓放大倍數(shù)的計(jì)算當(dāng)放大電路輸出端開(kāi)路(未接RL)時(shí)，因rbe與IE有關(guān)，故放大倍數(shù)與靜態(tài) IE有關(guān)。負(fù)載電阻愈小，放大倍數(shù)愈小。

11、 式中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓的相位與輸入相反。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS4.放大電路輸入電阻的計(jì)算放大電路對(duì)信號(hào)源(或?qū)η凹?jí)放大電路)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)負(fù)載，可用一個(gè)電阻來(lái)等效代替。這個(gè)電阻是信號(hào)源的負(fù)載電阻,也就是放大電路的輸入電阻。定義： 輸入電阻是對(duì)交流信號(hào)而言的，是動(dòng)態(tài)電阻。+-信號(hào)源Au放大電路+-輸入電阻是表明放大電路從信號(hào)源吸取電流大小的參數(shù)。電路的輸入電阻愈大，從信號(hào)源取得的電流愈小，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻。放大電路信號(hào)源+-+-RBRCuiuORLRSes+交流通路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS 5. 放大電路輸出電阻的計(jì)算放大電路對(duì)負(fù)載(或?qū)蠹?jí)放

12、大電路)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)信號(hào)源，可以將它進(jìn)行戴維寧等效，等效電源的內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。+_RLro+_定義： 輸出電阻是動(dòng)態(tài)電阻，與負(fù)載無(wú)關(guān)。 輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的參數(shù)。電路的輸出電阻愈小，負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的變化愈小，因此一般總是希望得到較小的輸出電阻。RSRL+_Au放大電路+_RBRCuiuORLRSes+交流通路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。RL=4k，求電壓放大倍數(shù)AV,輸入電阻Ri,輸出電阻RO+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiC

13、iBiE例1：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。RL=4k，解：注意：電路中IB 和 IC 的數(shù)量級(jí)不同+UCCRBRCT+UBEUCEICIBRBRCuiuORLRSes+交流通路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS動(dòng)態(tài)分析圖解法QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL= 由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù)。 放大電路的失真 如果Q設(shè)置不合適，晶體管進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)工作，將造成非線性失真。若Q設(shè)置過(guò)高

14、，動(dòng)畫(huà) 晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作，造成飽和失真。Q2uo 適當(dāng)減小基極電流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1放大電路的失真若Q設(shè)置過(guò)低，動(dòng)畫(huà) 晶體管進(jìn)入截止區(qū)工作，造成截止失真。 適當(dāng)增加基極電流可消除失真。uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE 如果Q設(shè)置合適，信號(hào)幅值過(guò)大也可產(chǎn)生失真，減小信號(hào)幅值可消除失真。 16-14 有三個(gè)參數(shù)不同的共發(fā)射極放大電路，在輸入正弦信號(hào)后,用示波器觀察到各輸出電壓波形分別如圖(a)、(b)、(c)所示。試說(shuō)明它們各屬于什么失真(飽和、截止)? 如何才

15、能消除失真(假定UCC 、RC不可調(diào), 可調(diào)節(jié)的是輸入信號(hào)ui 、RB 的大小)？ uo 2 t uo t uo O 2 t O O 2 (a)(b)(c) 解:(a) 圖為截止失真。產(chǎn)生截止失真的原因是：靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的過(guò)低，基極電流IB太小。消除截止失真的辦法是減小基極偏置電阻RB； (b)圖為飽和失真。產(chǎn)生飽和失真的原因是：靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的過(guò)高，基極電流IB太大。消除飽和失真的辦法是：增大基極偏置電阻RB； (c)圖既產(chǎn)生截止失真又產(chǎn)生飽和失真，原因是在靜態(tài)工作點(diǎn)一定的條件下，輸入正弦信號(hào)ui過(guò)大，可減小輸入信號(hào)ui消除失真。 uo 2 t uo t uo O 2 t O O 2 (a)

16、(b)(c)10.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)是保證放大電路正常工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)常因外界條件的變化而發(fā)生變動(dòng)。 前述的固定偏置放大電路，簡(jiǎn)單、容易調(diào)整，但在溫度變化、三極管老化、電源電壓波動(dòng)等外部因素的影響下，將引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)將使放大電路不能正常工作，其中影響最大的是溫度的變化。 分壓式偏置電路1. 穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理 基極電位基本恒定，不隨溫度變化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+分壓式偏置電路1. 穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理VB 集電極電流基本恒定，不隨溫度變化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I

17、2IB+UCCuiuo+ICRSeS+Q點(diǎn)穩(wěn)定的過(guò)程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+TUBEIBICVEICVB 固定 RE：溫度補(bǔ)償電阻 對(duì)直流：RE越大,穩(wěn)定Q點(diǎn)效果越好； 對(duì)交流：RE越大,交流損失越大,為避免交流損失加旁路電容CE。2. 靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+2. 靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+3. 動(dòng)態(tài)分析 對(duì)交流：旁路電容 CE 將RE 短路， RE不起作用， Au，ri，

18、ro與固定偏置電路相同。如果去掉CE ，Au，ri，ro ？旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+RBRCuiuORLRSes+對(duì)信號(hào)源電壓的放大倍數(shù)？信號(hào)源考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS 時(shí)RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+例1: 在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RC= 2k, RE = 2k， ， RB1= 20k， RB2= 10k RL= 6k ，晶體管=37.5， UBE=0.6V, 試求:(1) 靜態(tài)工作點(diǎn) IB、IC 及 UCE；(2) 畫(huà)出微變等效電路；(3) 輸入電阻ri、ro及 Au。RB1RCC1C2RB2CER

19、ERL+UCCuiuo+RSeS+解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路RBRCuiuORLRSes+交流通路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS3. 動(dòng)態(tài)分析 對(duì)交流：旁路電容 CE 將RE 短路， RE不起作用， Au，ri，ro與固定偏置電路相同。如果去掉CE ，Au，ri，ro ？旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+ 去掉CE后的微變等效電路短路對(duì)地短路如果去掉CE ，Au，ri，ro ?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE無(wú)旁路電容CE有旁路電容CEAu減小分壓式偏置電

20、路ri 提高ro不變例1: 在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶體管=50， UBE=0.6V, 試求:(1) 靜態(tài)工作點(diǎn) IB、IC 及 UCE；(2) 畫(huà)出微變等效電路；(3) 輸入電阻ri、ro及 Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL+UCCuiuo+RE2解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+UCEIEIBICVB(2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro。RS微變等效電路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RE11

21、0.4 射極輸出器 因?qū)涣餍盘?hào)而言，集電極是輸入與輸出回路的公共端，所以是共集電極放大電路。 因從發(fā)射極輸出，所以稱(chēng)射極輸出器。RB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS因?qū)涣餍盘?hào)而言，集電極是輸入與輸出回路的公共端，所以是共集電極放大電路。 因從發(fā)射極輸出，所以稱(chēng)射極輸出器。求Q點(diǎn)：10.4.1 靜態(tài)分析直流通路+UCCRBRE+UCE+UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS10.4.2 動(dòng)態(tài)分析rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE交流等效電路微變等效電路10.4.2 動(dòng)態(tài)分析1. 電壓放大倍數(shù) 電壓放大倍數(shù)Au1且輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入

22、電壓，故稱(chēng)電壓跟隨器。微變等效電路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2. 輸入電阻 射極輸出器的輸入電阻高，對(duì)前級(jí)有利。 ri 與負(fù)載有關(guān)3. 輸出電阻射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE共集電極放大電路(射極輸出器)的特點(diǎn)：1. 電壓放大倍數(shù)小于1，約等于1;2. 輸入電阻高；3. 輸出電阻低；4. 輸出與輸入同相。射極輸出器的應(yīng)用主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點(diǎn)。 1. 因輸入電阻高，它常被用在多級(jí)放大電路的第一級(jí)，可以提高輸入電阻，減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)。 2. 因輸出電阻低，它常被用在多級(jí)放大電路的末級(jí)，可以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。 3. 利用 ri 大、 ro小以及 Au 1 的特點(diǎn)，也可將射極輸出器放在放大電路的兩級(jí)之間，起到阻抗匹配作用，這一級(jí)射極輸出器稱(chēng)為緩沖級(jí)或中間隔離級(jí)。例1:. 在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 2k ，晶體管=60， UBE=0.6V,