第13章 基本放大電路02comp

第13章基本放大電路13.1放大電路的工作原理13.2放大電路的靜態(tài)分析13.3放大電路的動態(tài)分析13.4共射放大電路Home13.1放大電路的工作原理放大 所謂放大，表面看來是將信號的幅度由小變大，但是其本質先是實現(xiàn)能量的控制。放大作用 小能量對大能量的控制作用。返回1.1放大的概念電子學中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網絡表示，如圖：uiuoAu共射放大電路的基本組成放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結反偏，發(fā)射結正偏。uiuo輸入輸出？參考點RB+ECEBRCC1C2T集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結反偏。RB+ECEBRCC1C2T集電極電阻，將變化的電流轉變?yōu)樽兓碾妷?。RB+ECEBRCC1C2T使發(fā)射結正偏，并提供適當?shù)撵o態(tài)工作點?；鶚O電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2T耦合電容隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T可以省去電路改進：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2T單電源供電電路+ECRCC1C2TRB13.1放大電路的工作原理輸入回路（基極回路）輸出回路（集電極回路）2輸入輸出回路13.1放大電路的工作原理3簡化畫法習慣畫法

共射極基本放大電路Vi=0Vi=Vsint4簡單工作原理13.1放大電路的工作原理放大電路的靜態(tài)和動態(tài)

靜態(tài)：輸入信號為零（vi=0或ii=0）時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。

動態(tài)：輸入信號不為零時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。電路處于靜態(tài)時，三極管電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點，稱為靜態(tài)工作點，常稱為Q點。一般用IB、IC、和VCE

（或IBQ、ICQ、和VCEQ

）表示。直流通路和交流通路交流通路直流通路耦合電容：通交流、隔直流直流電源：內阻為零直流電源和耦合電容對交流相當于短路

共射極放大電路13.1放大電路的工作原理文字符號說明 大寫字母加大寫下標,表示靜態(tài)值小寫字母加小寫下標,表示動態(tài)值小寫字母加大寫下標,表示實際值(即直流和交流總和值)13.2放大電路的靜態(tài)分析13.2.1靜態(tài)工作點的確定13.2.2靜態(tài)工作點的影響返回13.2.1靜態(tài)工作點的確定靜態(tài)工作點:靜態(tài)時（即放大電路沒有交流輸入信號vi=0）,在晶體管的輸入特性和輸出特性上所對應的工作點稱為靜態(tài)工作點，用Q表示靜態(tài)分析的目的:確定靜態(tài)工作點。靜態(tài)工作點與晶體管的特性曲線有關，也與放大電路的結構有關13.2.1靜態(tài)工作點的確定用近似估算法求靜態(tài)工作點用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(自學)用近似估算法求靜態(tài)工作點

共射極放大電路根據直流通路可知：采用該方法，必須已知三極管的值。一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V。直流通路+-(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ

)分別對應于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態(tài)工作點。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ13.2.2靜態(tài)工作點的影響飽和失真截止失真

由于放大電路的工作點達到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。

由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。失真分析在放大電路中，輸出信號應該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產生非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號，要把Q設置在交流負載線的中間部分。如果Q設置不合適，信號進入截止區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。iCuCEuo可輸出的最大不失真信號選擇靜態(tài)工作點ibiCuCEuo1.Q點過低，信號進入截止區(qū)放大電路產生截止失真輸出波形輸入波形ibiCuCE2.Q點過高，信號進入飽和區(qū)放大電路產生飽和失真ib輸入波形uo輸出波形實現(xiàn)放大的條件1.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結正偏，集電結反偏。2.正確設置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。3.輸入回路將變化的電壓轉化成變化的基極電流。4.輸出回路將變化的集電極電流轉化成變化的集電極電壓，經電容濾波只輸出交流信號。

放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法計算機仿真例：對直流信號（只有+EC）開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路13.3.1放大電路的微變等效電路1晶體管的小信號電路模型2放大電路地微變等效電路

晶體管地小信號電路模型建立小信號模型的意義建立小信號模型的思路當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極管小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理。由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。動態(tài)分析一、三極管的微變等效電路1.輸入回路iBuBE當信號很小時，將輸入特性在小范圍內近似線性。uBEiB對輸入的小交流信號而言，三極管相當于電阻rbe。rbe的量級從幾百歐到幾千歐。對于小功率三極管：2.輸出回路iCuCE所以：(1)輸出端相當于一個受ib

控制的電流源。近似平行(2)考慮uCE對iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個大電阻rce。rce的含義iCuCEubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。3.三極管的微變等效電路rbeibib

rcerbeibibbce等效cbe二、放大電路的微變等效電路將交流通道中的三極管用微變等效電路代替:交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL三.求電壓增益根據RbviRcRL則電壓增益為（可作為公式）四.求輸入電阻RbRcRLRiRbRcRLRo電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。五、輸出電阻的計算對于負載而言，放大電路相當于信號源，可以將它進行戴維南等效，戴維南等效電路的內阻就是輸出電阻。計算輸出電阻的方法：(1)所有電源置零，然后計算電阻（對有受控源的電路不適用）。(2)所有獨立電源置零，保留受控源，加壓求流法。所以：用加壓求流法求輸出電阻：rbeRBRC00例題

解：（1）（2）2.放大電路如圖所示。試求：（1）Q點；（2）、。已知=50。畫出交直通路輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流的大小。為了減輕信號源的負擔，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號源內阻RS的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在共發(fā)射極放大電路中，由于RB比rbe大得較多，Ri近似等于rbe，一般在在幾百歐至幾千歐，因此是比較低的，即共射放大器輸入電阻不理想。輸入、輸出電阻對放大器有何影響？對負載而言，總希望放大電路的輸出電阻越小越好。因為放大器的輸出電阻Ro越小，負載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，使得放大器帶負載能力越強。共發(fā)射極放大電路中的輸出電阻Ro在幾千歐至幾十千歐，一般認為是較大的，也不理想。共發(fā)射極電壓放大器的電壓放大倍數(shù)與晶體管的電流放大倍數(shù)β、動態(tài)轉入電阻rbe及集電極電阻RC、負載電阻RL均有關。由計算式可看出，當rbe

和RL一定時，Au與β成正比。共發(fā)射極電壓放大器的電壓放大倍數(shù)與哪些參數(shù)有關？與晶體管的β值成正比嗎？13.4共射放大電路13.4.1電路組成13.4.2靜態(tài)分析13.4.3動態(tài)分析返回靜態(tài)工作點的穩(wěn)定為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。但是，溫度的變化嚴重影響靜態(tài)工作點。對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO決定，這三個參數(shù)隨溫度而變化，溫度對靜態(tài)工作點的影響主要體現(xiàn)在這一方面。TUBEICEOQ一、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC二、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移。小結：TIC固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。Q點不穩(wěn)定可能會導致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導致失真。為此，需要改進偏置電路，當溫度升高、IC增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化。保持Q點基本穩(wěn)定。常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。電路見下頁。分壓式偏置電路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、靜態(tài)分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路可以認為與溫度無關。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十k。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路TUBEIBICUEIC本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了RE形成了負反饋過程I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE213.4.2靜態(tài)分析二、動態(tài)分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR'B微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路13.4.3動態(tài)分析電壓放大倍數(shù)輸出回路：輸入回路：電壓放大倍數(shù)：其中:微變等效電路13.4.3動態(tài)分析放大電路的輸入電阻微變等效電路Rb1,Rb2以及rbe的并聯(lián)則輸入電阻:Rb1和Rb2遠大于rbe,所以Ri和rbe差不多,一般比較小,13.4.3動態(tài)分析放大電路的輸出電阻輸出電阻方法1:求輸出電阻的等效電路網絡內獨立源置零負載開路輸出端口加測試電壓則方法2:動態(tài)分析小結共射放大電路缺點:輸入電阻比較小,輸出電阻比較大動態(tài)分析：分壓式偏置共發(fā)射極電壓放大器的分析靜態(tài)分析：討論題靜態(tài)情況下，放大電路中C1、C2有無端電壓？極性如何？

若靜態(tài)工作點Q較高時，輸出易進入飽和區(qū)，輸出波形將出現(xiàn)下削波；Q點設置較低時，輸出又易進截止區(qū)，輸出波形則出現(xiàn)上削頂。顯然無論是上削頂還是下削頂，都造成了輸出波形的失真，為消除這些失真，應將Q點下移或上移。上、下削波同時出現(xiàn)時，說明靜態(tài)工作點設置的比較合理，只是輸入信號太強不能完全通過，應減小輸入信號。發(fā)生飽和失真和截止失真的原因是什么？其輸出波形有何特點？如何消除上述失真？兩種失真同時出現(xiàn)，是否Q點不合適？放大電路總是希望輸入電阻高些，Ri越大，流入放大器的信號電流衰減越小，電路輸入特性越好；放大電路總是希望輸出電阻低些，R0越低，負載對放大倍數(shù)的影響越小，放大器的帶負載能力越強。為什么放大器的輸入電阻盡量大些？輸出電阻盡量小些呢？

共發(fā)射極放大電路的輸入輸出電壓的相位如何？反相！+UCCUC2=UCE+RCRB+UC1=UBEUCEUBEui=0u0=0例題：解：圖示電路，已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。（1）用估算法計算靜態(tài)工作點（2）求電壓放大倍數(shù)（3）求輸入電阻和輸出電阻共發(fā)射極電壓放大器的特點可以大致歸納為：

具有較大的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)，同時輸入電阻和輸出電阻又比較適中，在對輸入電阻、輸出電阻和頻率響應沒有特殊要求的場合，一般均可采用。共發(fā)射極電壓放大器是目前應用最廣泛的基本放大電路。（1）靜態(tài)分析共集電極放大電路（射極輸出器）（2）動態(tài)分析①求電壓放大倍數(shù)②求輸入電阻③求輸出電阻①電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即電壓跟隨。②輸入電阻較高。③輸出電阻較低。

射極輸出器的用途：

射極跟隨器具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，這是射極跟隨器最突出的優(yōu)點。射極跟隨器常用作多級放大器的第一級或最末級，也可用于中間隔離級。用作輸入級時，其高的輸入電阻可以減輕信號源的負擔，提高放大器的輸入電壓。用作輸出級時，其低的輸出電阻可以減小負載變化對輸出電壓的影響，并易于與低阻負載相匹配，向負載傳送盡可能大的功率。射極輸出器的特點：圖中虛線框內為穩(wěn)壓電路。220V交流電壓經變壓器變換成所需要的交流電壓，然后經橋式整流和電容濾波后，輸出電壓Ui加到穩(wěn)壓電路的輸入端。晶體管接成射極輸出電路，負載RL接到晶體管的發(fā)射極。穩(wěn)壓管DZ和電阻R1組成基極穩(wěn)壓電路，使晶體管的基極電位穩(wěn)定為UZ。電路的穩(wěn)壓原理是：假如由于某種原因使輸出電壓U0降低，因VB＝UZ不變，故UBE增加，使IB和IC均增加，UCE減小。從而使輸出電壓U0＝Ui－UCE回升，維持基本不變。整個過程可用流程圖表示為：U0↓(VB＝VZ)→UBE↑→IB↑→IC↑→UCE↓(U0＝Ui－UCE)→U0↑如果U0↑，調整過程與上述相反，同樣可起到穩(wěn)壓作用。射極輸出器的應用實例IEICIBR1UZIZUiRLU0DZUBE220V～串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合。

多級阻容耦合放大電路耦合：即信號的傳送。多級放大電路對耦合電路要求：1.靜態(tài)：保證各級Q點設置2.動態(tài):傳送信號。第一級放大電路輸入輸出第二級放大電路第n級放大電路……第n-1

級放大電路功放級要求：波形不失真，減少壓降損失。

多級阻容耦合放大器的特點：(1)由于電容的隔直作用，各級放大器的靜態(tài)工作點相互獨立，分別估算。(2)前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。(3)后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。(4)總電壓放大倍數(shù)=各級放大倍數(shù)的乘積。(5)總輸入電阻ri

即為第一級的輸入電阻ri1。(6)總輸出電阻即為最后一級的輸出電阻。由上述特點可知，射極輸出器接在多級放大電路的首級可提高輸入電阻；接在末級可減小輸出電阻；接在中間級可起匹配作用，從而改善放大電路的性能。例1：放大電路由下面兩個放大電路組成。已知EC=15V

，R1=100k，R2=33k，RE1=2.5k，RC=5k，1=60，；RB=570k，RE2=5.6k，2

=100，RS=20k，RL=5k+ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1放大電路一RB+ECC21C22RE2uiuoT2放大電路二求直接采用放大電路一的放大倍數(shù)Au。若信號經放大電路一放大后，再經射極輸出器輸出，求放大倍數(shù)Au、ri和ro

。若信號經射極輸出器后，再經放大后放大電路一輸出，求放大倍數(shù)Au。+ECR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1RB+ECC21C22RE2uiuoT2ri

=

R1//R2//rbe

=1.52k(1)由于RS大，而ri小，致使放大倍數(shù)降低；(2)放大倍數(shù)與負載的大小有關。例：

RL=5k時,Au=-93；RL=1k時,Au=-31

。求直接采用放大電路一的放大倍數(shù)Au和Aus。+ECR1RCC1C2R2CERERLuiuousRSriT12.若信號經放大電路一放大后，再經射極輸出器輸出，求放大倍數(shù)Au、ri和ro

。

usRSRB+ECC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiriT1rbe2=2.36krbe1=1.62kro1=RC=5k討論：帶負載能力。2.輸出不接射極輸出器時的帶負載能力：RL=5k時：Au=-93RL=1k時：Au=-31即：當負載電阻由5k變?yōu)?k時，放大倍數(shù)降低到原來的92.3%放大倍數(shù)降低到原來的30%RL=5k時：

Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173kAu=Au1Au2=-183RL=1k時：

Au1=-174，Au2=0.97，ri2=76kAu=Au1Au2=-1691.輸出接射極輸出器時的帶負載能力：3.若信號經射極輸出器后，再經放大后放大電路一輸出，求放大倍數(shù)Au。Au2=-93ri2=1.52kAu1=0.98ri=101k+ECR1RCC12R2CERE1riuoT1uiRBC21RE2T2usRSuiRC1R1T1

直接耦合電路的特殊問題R2

、RE2

:用于設置合適的Q點。問題

1:前后級Q點相互影響。

差動放大電路+UCCuoRC2T2R2RE2問題

2:零點漂移。uot0有時會將信號淹沒當

ui

等于零時，uo不等于零。二、抑制零漂的原理uo=uC1-uC2

=0uo=(uC1+uC1

)-(uC2+uC2)=0當ui1

=

ui2=0

時：當溫度變化時：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2一、結構為了使左右平衡，可設置調零電位器:

雙電源長尾式差放uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UCC二、靜態(tài)分析溫度TICIE

=2ICUEUBEIBIC1.RE的作用

設ui1

=ui2

=0自動穩(wěn)定RE具有強負反饋作用uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UCC——抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UCC2.Q點的計算直流通路IC1=IC2=IC=IB

UC1=UC2=UCC－IC×RC

UE1=UE2

=－IB×RB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1IBIC1IC2IBIE三、動態(tài)分析1.輸入信號分類(1)差模(differentialmode)輸入ui1=-ui2=ud(2)共模(commonmode)

輸入ui1

=ui2=uC共模抑制比（Common-ModeRejectionRatio)的定義:KCMRR=KCMRR

(dB)=(分貝)差模電壓放大倍數(shù):共模電壓放大倍數(shù):結論：任意輸入的信號:ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1

=uC

+

ud

；ui2=uC-

ud例:ui1=20mV,ui2=10mV則：ud=5mV,uc=15mV差模分量:共模分量:(一)差模輸入均壓器RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UCCRE對差模信號作用ui1ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=-ic2iRE

=ie1+

ie2

=0uRE

=0RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UCCib2ib1ic2ic1iRERE對差模信號不起作用差模信號通路T1單邊微變等效電路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E1.放大倍數(shù)單邊差模放大倍數(shù):uod1RBB1EC1RCib