2012版教材8放大電路

主講劉瓊武科大信息學(xué)院janetliuqiong@163.com

第8章基本放大電路本章要求：1.理解單管交流放大電路的放大作用和共發(fā)射極、共集電極放大電路的性能特點(diǎn)；理解差動(dòng)放大電路的工作原理及差模信號(hào)和共模信號(hào)的概念。2.掌握靜態(tài)工作點(diǎn)的估算方法和放大電路的微變等效電路分析法。3.了解放大電路輸入、輸出電阻和多級(jí)放大的概念，了解放大電路的頻率特性、互補(bǔ)功率放大電路的工作原理。8.1放大電路概述放大的目的是將微弱的變化信號(hào)放大成較大的信號(hào)。

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。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)。放大的概念:放大的實(shí)質(zhì):對(duì)放大電路的基本要求：如圖是最基本的交流放大電路，晶體管T是NPN型。下面介紹各組成部分在電路中所起的作用。8.1放大電路概述輸入回路輸出回路T的發(fā)射極既在輸入回路，又在輸出回路，所以叫共發(fā)射極接法EC+iC基本交流放大電路+us-+ui-c1c2EBiBiEuBE+uCE-+uo-RCRSRBRL+——++T+-基極電源EB和基極電阻RB：使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供合適的基極電流IB，使放大電路獲得合適的工作點(diǎn)。耦合電容C1和C2：起隔斷直流，耦合交流的作用。不使輸入端的信號(hào)源以及輸出負(fù)載電阻的加入而影響晶體管處于放大狀態(tài)的靜態(tài)工作點(diǎn)。8.1.1基本放大電路的組成EC+iC基本交流放大電路+us-+ui-c1c2EBiBiEuBE+uCE-+uo-RCRSRBRL+——++T+-晶體管T：放大電路中的放大元件。利用其電流放大作用，在集電極電路獲得放大的電流，該電流受輸入信號(hào)的控制IC=βIB。集電極電源EC：不僅為輸出信號(hào)提供能量，還為集電結(jié)加反向偏置，使晶體管起到放大作用。集電極負(fù)載電阻RC：將集電極電流的變化變換成電壓的變化，以實(shí)現(xiàn)電壓放大。8.1.1基本放大電路的組成EC+iC基本交流放大電路+us-+ui-c1c2EBiBiEuBE+uCE-+uo-RCRSRBRL+——++T+-iC化簡(jiǎn)電路+us-+ui-c1c2iBiEuBE+uCE-+uo-RCRSRLEBRB+—++TRBEC+—+UCC化簡(jiǎn)8.1.1基本放大電路的組成+-EC+iC基本交流放大電路+us-+ui-c1c2EBiBiEuBE+uCE-+uo-RCRSRBRL+——++T+-8.1.2放大電路的工作原理UBEIBICUCE無(wú)輸入信號(hào)(ui

=0)時(shí):

uo

=0uBE

=UBEuCE

=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO結(jié)論：

(1)無(wú)輸入信號(hào)電壓時(shí)，三極管各電極都是恒定的電壓和電流：IB、UBE和

IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分別對(duì)應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。QIBUBEQUCEICUBEIB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+uoIC8.1.2放大電路的工作原理+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO靜態(tài)分析結(jié)論：(1)加上輸入信號(hào)電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量，但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動(dòng)態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO結(jié)論：(2)若參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓可比輸入電壓大，即電路具有電壓放大作用。(3)輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180°，即共發(fā)射極電路具有反相作用。uitOuotO1.實(shí)現(xiàn)放大的條件

晶體管必須工作在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。(2)正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使晶體管工作于放大區(qū)。(3)輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。(4)輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容耦合只輸出交流信號(hào)。2.直流通路和交流通路

電容對(duì)交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大，可以認(rèn)為它對(duì)交流分量不起作用，即對(duì)交流短路。而對(duì)直流可以看成開(kāi)路。這樣，交直流所走的通路是不同的。直流通路：無(wú)信號(hào)時(shí)電流（直流電流）的通路，用來(lái)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。交流通路：有信號(hào)時(shí)交流分量（變化量）的通路，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)。靜態(tài)分析：當(dāng)ui=0時(shí)的工作狀態(tài)。(確定IB、IC、UCE)動(dòng)態(tài)分析：當(dāng)ui≠0時(shí)的工作狀態(tài)。(確定Au、ri、r0)直流通路的畫(huà)法：電容視為開(kāi)路。8.2放大電路的靜態(tài)分析RB放大電路的直流通路ICIBIEUBERCT+UCC+UCE-+-iC+us-+ui-c1c2iBiE+uCE-+uo-RCRSRL++TRB+UCCuBE+-UCE=UCC–ICRC例：已知UCC=12V,RB=300k,RC=3k,β=50,試求放大電路的靜態(tài)值。解：根據(jù)電路可得：(見(jiàn)右上)8.2.1估算法直流源UBE是PN管壓降，硅管0.7V，鍺管0.3V，可忽略RB放大電路的直流通路ICIBIEUBERCT+UCC+UCE-+-8.2.2圖解法負(fù)載線是電路對(duì)非線性元件的電壓電流要求（外要求）元件的特性曲線是非線性元件自身的電壓電流要求（內(nèi)要求）兩者交點(diǎn)即為工作點(diǎn)，滿足元件內(nèi)外兩種要求UCE=UCC–ICRC00.4200.8406080UBE(V)IB(A)IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q改變IB，工作點(diǎn)隨之移動(dòng)，IB稱為偏置電流，產(chǎn)生偏流的稱為偏置電路，RB稱為偏置電阻，RB阻值不變，稱為固定偏置電路。UCCUCC/RB補(bǔ)充電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響1．RB對(duì)Q點(diǎn)的影響當(dāng)討論RB對(duì)Q點(diǎn)的的影響時(shí)，固定RC和UCC。

RB變化，僅對(duì)IB有影響，而對(duì)負(fù)載線無(wú)影響。如RB增大，IB減小，工作點(diǎn)沿直流負(fù)載線下移。UCE=UCC–ICRC00.4200.8406080UBE(V)IB(A)IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120QUCCUCC/RBUCC/RC補(bǔ)充

電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響2．RC對(duì)Q點(diǎn)的影響當(dāng)討論RC對(duì)Q點(diǎn)的的影響時(shí)，固定RB和UCC。

RC變化，對(duì)IB無(wú)影響，僅對(duì)負(fù)載線有影響。如RC增大，UCC/RC減小，工作點(diǎn)沿iB=IB左移。UCE=UCC–ICRC00.4200.8406080UBE(V)IB(A)IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120QUCCUCC/RBUCC/RCUCC補(bǔ)充

電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響3．UCC對(duì)Q點(diǎn)的影響當(dāng)討論UCC對(duì)Q點(diǎn)的的影響時(shí)，固定RB和RC。

UCC變化，對(duì)IB有影響，也對(duì)負(fù)載線有影響。如UCC減小，UCC/RB，UCC/RC減小，負(fù)載線左向下移UCE=UCC–ICRC00.4200.8406080UBE(V)IB(A)IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120QUCCUCC/RBUCC/RCUCC8.3

放大電路的動(dòng)態(tài)分析當(dāng)放大電路的輸入端接上需要進(jìn)行放大的交流信號(hào)時(shí)，電路中的各個(gè)電流與電壓是在靜態(tài)（直流）的基礎(chǔ)上，疊加上一個(gè)動(dòng)態(tài)（交流）量。動(dòng)態(tài)分析就是針對(duì)這個(gè)交流量進(jìn)行分析。主要參數(shù)：電壓放大倍數(shù)AU，輸入電阻ri，輸出電阻ro放大電路動(dòng)態(tài)分析的兩種基本方法是：圖解法和微變等效電路法。8.3.1圖解法圖解的過(guò)程和定性分析的過(guò)程類似。我們?nèi)砸怨潭ㄆ玫墓采浞糯箅娐窞槔?，在已確定的靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析放大電路加上輸入信號(hào)ui后，利用圖解法可出各支路電壓和電流隨ui而變化的波形，從而求出輸出電壓值和電壓放大倍數(shù)。共射極基本放大電路usC1C2iBiEuBEuCERCRSRBRL+UCC++TiC+-+-+ui-+-+uo-8.3.1圖解法直流負(fù)載線：C2隔離RL1.交流負(fù)載線IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q交流負(fù)載線：負(fù)載線交流比直流陡交流負(fù)載線共射極基本放大電路usC1C2iBiEuBEuCERCRSRBRL+UCC++TiC+-+-+ui-+-+uo-0UBEIBuCE/Vic

/mA0UCE2.交流信號(hào)的傳輸情況

ui(即ube)→ib→ic→uo(即uce)8.3.1圖解法t0uBE/VtiB/μA0uBE/ViB/μA00tuCE/Vt0ic

/mAICQube輸入輸出信號(hào)相位相反uBE=UBE+ube0uCE/Vic

/mA03.非線性失真8.3.1圖解法t0uBE/VtiB/μA0uBE/ViB/μA00tuCE/Vt0ic

/mAQ截止失真（半波被削平）原因：Q點(diǎn)位置太低截止區(qū)原因：靜態(tài)工作點(diǎn)不合適或者信號(hào)太大，使放大電路工作范圍超出特性曲線線性區(qū)。0uCE/Vic

/mA0大信號(hào)失真（一半縮小一半削平）原因：信號(hào)太大，使放大電路工作范圍進(jìn)入飽和區(qū)和截止區(qū)8.3.1圖解法t0uBE/VtiB/μA0uBE/ViB/μA00tuCE/Vt0ic

/mAQ飽和失真（半波被縮?。┰颍篞點(diǎn)位置太高飽和區(qū)結(jié)論（1）輸出和輸入反相（2）交流信號(hào)是迭加在直流上的（3）有合適的工作點(diǎn)Q，Q點(diǎn)應(yīng)大致在交流負(fù)載線中點(diǎn)

（4）Q點(diǎn)不合適，產(chǎn)生大信號(hào)失真、飽和失真和截止失真等。（5）在分析時(shí)可單獨(dú)求交流量圖解法的優(yōu)點(diǎn)：直觀，準(zhǔn)確缺點(diǎn)：麻煩，不知道每一個(gè)管子的曲線8.3.1圖解法所謂微變等效電路，就是把非線性元件晶體管線性化，將放大電路等效成一個(gè)線性電路。8.3.2微變等效電路法線性化條件：晶體管在小信號(hào)（微變量）情況下工作。?u≈u（交流分量）線性化手段：在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍用直線段近似代替晶體管特性曲線。uBEIBiBUCE≥1

iB

uBEQ0晶體管1.晶體管的微變等效電路BEC①在輸入回路（BE之間）rbe稱為晶體管的輸入電阻

它表示晶體管的輸入特性。在小信號(hào)的情況下，rbe是一常數(shù)，由它確定ube和ib之間的關(guān)系。因此，晶體管的輸入電路可用rbe等效代替。低頻小功率的輸入電阻常用下式估算rbe+Ube-ibQUCE

uCE

iC

iCiCuCE0

iB1.晶體管的微變等效電路②在輸出回路（CE之間）輸出特性曲線在線性區(qū)是一組近似等距的平行直線因?yàn)榈染鄏ce稱為晶體管的輸出電阻約為104~105，可忽略。因?yàn)樯闲币驗(yàn)槠叫?/p>

iC=βiB作等效恒流源，rce作內(nèi)阻，iC受iB控制。+ube-BECibic+uce-rberceβibECic+uce-rceβib+ube-BECibic+uce-rbeβib輸出回路微變等效電路晶體管微變等效電路1.晶體管的微變等效電路交流放大電路的交流通路交流放大電路的微變等效電路uo=uceui

=ube2.放大電路的微變等效電路+uo-+ui-ubeRCRSRBRL+us-CEB+uce-iiibic+-rbeibibicube+-uce+-ibicube+-uce+-UCCUCC的內(nèi)阻小而忽略，對(duì)交流而言視為短路接地電容隔直通交，短路RCRSRBRLCEBii+us-+ui-+uo-電路如圖，設(shè)輸入的是正弦信號(hào)，則電流、電壓都可以用相量表示。及其中為放大電路的等效交流負(fù)載。進(jìn)而，放大電路的電壓放大倍數(shù)3.電壓放大倍數(shù)的計(jì)算RL′+uo-+ui-RCRSRBRL+us-CEBiirbeibibic+ube-+uce-其中放大電路的電壓放大倍數(shù)3.電壓放大倍數(shù)的計(jì)算RL′負(fù)號(hào)表示輸出與輸入電壓的相位相反，Au與β、rbe和RL′有關(guān)。①RL↓→RL′↓→Au↓②β↑→Au↑→rbe↑→β/rbe增幅↓→Au增幅↓→β再↑→β/(β+1)≈1→Au一定③β一定→IE↑→rbe↓→β/rbe↑→Au↑但I(xiàn)E↑→IC↑→進(jìn)飽和區(qū)→β↓→Au↓IE↑→rbe↓→rbe=200?最小→Au不增+uo-+ui-RCRSRBRL+us-CEBiirbeibibic+ube-+uce-放大電路的輸入端總是與信號(hào)源(或前級(jí)放大電路)相聯(lián)的，其輸出端總是與負(fù)載(或后級(jí)放大器)相聯(lián)的。因此，放大電路與信號(hào)源及負(fù)載之間都是相互影響的。它是對(duì)交流信號(hào)而言的一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。放大電路對(duì)于信號(hào)源來(lái)說(shuō)，是一個(gè)負(fù)載，可以用一個(gè)電阻等效代替。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ri

，即4.放大電路輸入電阻的計(jì)算ri小+uo-+ui-RCRSRBRL+us-CEBiirbeibibic+ube-+uce-如果ri較小，將從信號(hào)源取用較大電流；與信號(hào)源內(nèi)阻分壓使Ui減??；若為前級(jí)放大道路的負(fù)載，會(huì)使前級(jí)電壓放大倍數(shù)下降。通常希望放大電路的輸入電阻能盡量大一些。4.放大電路輸入電阻的計(jì)算Rsri+ui-+us-放大電路對(duì)于負(fù)載來(lái)說(shuō)，是一個(gè)信號(hào)源，其內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻roro既是電壓源內(nèi)阻，當(dāng)然越小越好。如圖：將負(fù)載電阻去掉，利用計(jì)算電源等效內(nèi)阻的方法可知，輸出電阻

ro為通常計(jì)算ro時(shí)，①將信號(hào)源去源（電壓源短路）；②將負(fù)載電阻去掉；③并接入交流恒壓源uo，由此產(chǎn)生io。這時(shí)可得輸出電阻ro=uo/

io。5.放大電路輸出電阻的計(jì)算roRC幾千歐，∴ro大不好。+uo-+ui-RCRSRBRL+us-CEBiirbeibibic+ube-+uce-ioUCE=UCC–ICRC解：電路的靜態(tài)值：RB放大電路的直流通路ICIBIEUBEUCERCT+UCC+-+-直流源如圖，UCC=12V,RB=300k,RC=3k=RS=

RL,β=50,試求（1）帶負(fù)載和不帶負(fù)載時(shí)的電壓放大倍數(shù)Au、ri、ro

（2）輸出端開(kāi)路時(shí)對(duì)信號(hào)源電壓的放大倍數(shù)Aus共射極基本放大電路usc1c2iBiEuBEuCERCRSRBRL+UCC++Tic+-+-+ui-+-+uo-例1可求得晶體管的輸入電阻故帶RL的電壓放大倍數(shù)為其中例1+uo-+ui-RCRSRBRL+us-CEBiirbeibibic+ube-+uce-rori不帶RL的電壓放大倍數(shù)為輸出端開(kāi)路時(shí)的對(duì)信號(hào)源電壓放大倍數(shù)為8.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

8.4.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的主要原因是受溫度的影響，稱之為溫度漂移。為了保證有較好的放大效果，且不引起非線性失真，放大電路應(yīng)有穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。T10IC(mA)UCE(V)40μAQ溫度對(duì)Q點(diǎn)的影響T2T1＜T2Q`8.4.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

上述各參數(shù)的變化都會(huì)引起集電極電流IC的變化(參數(shù)增大，IC增加；反之則減小)。為了抑制這種變化，一般采用偏置電路控制的手段——因?yàn)槠鱅B是控制集電極電流IC變化的，也就是：當(dāng)IC增大時(shí)，IB要自動(dòng)減小以牽制IC增大的效果。這在固定偏電路中是不能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槠銲B是不隨溫度而變的。溫度變化影響β、UBE和ICBO，前二者對(duì)硅管影響大，后者對(duì)鍺管影響大。常用的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的偏置電路是

----分壓式偏置電路8.4.2

分壓式偏置放大電路分壓式偏置放大電路如下圖所示：分壓式偏置放大電路RB1和RB2構(gòu)成偏置電路—為發(fā)射結(jié)提供偏壓。RE構(gòu)造反饋，CE使RE在交流中不起作用。+UCCRB1RCRSRB2RERLC1+C2++CE+uS-

+uo-

+ui-

TRB1RCRB2REIB

UBE

+UCC+UCE-

IC

I1

IE

I2

直流通路+

-

T

VB

VE

8.4.2

分壓式偏置放大電路由直流通路和KCL得

I1=I2+IB則VB可認(rèn)為與晶體管的參數(shù)無(wú)關(guān)，不受溫度影響，僅為RB1和RB2的分壓電路所固定。若使

I2>>IBRB1RCRB2REIB

UBE

+UCC+UCE-

IC

I1

IE

I2

直流通路+

-

T

VB

VE

8.4.2

分壓式偏置放大電路在電路中引入發(fā)射極電阻后，得UBE=VB-VE=VB-IE

RE若使VB>>UBE則同樣可認(rèn)為IC不受溫度影響可見(jiàn)，當(dāng)滿足條件：I2>>IB和

VB>>UBE電路的靜態(tài)工作點(diǎn)得以基本穩(wěn)定RB1RCRB2REIB

UBE

+UCC+UCE-

IC

I1

IE

I2

直流通路+

-

T

VB

VE

8.4.2

分壓式偏置放大電路一般?。篒2=（5-10）IB

VB=（5-10）UBE

穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的物理過(guò)程T↑→IC↑→VE=IERE↑→UBE=VB-VE↓IC↓IB↓(輸入特性)

這一物理過(guò)程中，RE愈大穩(wěn)定性愈好，但太大將使VE增高。因而減小放大電路輸出電壓的幅值。為使

RE不影響交流分量的放大，而引入發(fā)射極旁路電容CE

。RB1RCRB2REIB

UBE

+UCC+UCE-

IC

I1

IE

I2

直流通路+

-

T

VB

VE

例1已知：UCC=12V，RB1=20k?，RB2=10k?，RC=2k?，RE=2k?，RL=3k?，T的β=50，UBE=0.6V（1）求靜態(tài)值（2）畫(huà)出微變等效電路；（3）計(jì)算Au，ri和ro解：（1）求靜態(tài)值(忽略小IB，IB≈0開(kāi)路)靜態(tài)值RB1RCRB2REIB

UBE

+UCC+UCE-

IC

I1

IE

I2

直流通路+

-

T

VB

VE

例12）畫(huà)出微變等效電路ib

ic

RB1RCRSRB2rbeRL+uS-

+uo-

+ui-

微變等效通路+UCCRB1RCRSRB2RERLC1+C2++CE+uS-

+uo-

+ui-

T分壓式偏置放大電路+UCCRB1RCRSRB2RERLC1+C2++CE+uS-

+uo-

+ui-

T例1riro（3）計(jì)算Au，ri和roT的輸入電阻電路電壓放大倍數(shù)電路輸入電阻電路輸出電阻小不好大不好ib

ic

RB1RCRSRB2rbeRL+uS-

+uo-

+ui-

微變等效通路例2已知：UCC=12V,RB1=20k?,RB2=10k?,RC=2k?，RE1=0.2k?,RE2=1.8k?,

RL=3k?,β=50,UBE=0.6V(1)求靜態(tài)值，(2)計(jì)算Au，ri和ro解：(1)求靜態(tài)值(忽略小IB，IB≈0開(kāi)路)靜態(tài)值RB1RCRB2RE1IB

UBE

+UCC+UCE-

IC

I1

IE

I2

直流通路+

-

T

VB

VE

RE2+CERL+Uo-+C2RS+Ui-C1++us-例2(2)畫(huà)出微變等效電路分壓式偏置放大電路RB1RCRB2RE1IB

UBE

+UCC+UCE-

IC

I1

IE

I2

+

-

T

VB

VE

RE2+CERL+Uo-+C2RS+Ui-C1++us-ib

ic

RB1RCRSRB2rbeRL+uS-

+uo-

+ui-

微變等效通路RE1+UCCRB1RCRSRB2RE1RLC1+C2++CE+uS-

+uo-

+ui-

TRE2例2riro(3)計(jì)算Au，ri和roT的輸入電阻電路電壓放大倍數(shù)電路輸入電阻電路輸出電阻小ib

ic

RB1RCRSRB2rbeRL+uS-

+uo-

+ui-

微變等效通路RE18.5

射級(jí)輸出器信號(hào)從發(fā)射極輸出，從基極輸入的放大電路?！布姌O電路—對(duì)交流而言的，因?yàn)殡娫碪CC對(duì)交流可視為短路，所以集電極是輸入回路和輸出回路的公共端。+UCCRBRSRERLC1+iB

+uCE-

uBE

+uS-

+uo-

+ui-

射級(jí)輸出器

+

C2

+-8.5.1靜態(tài)分析直流通路如右圖所示，這個(gè)電路也對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)具有穩(wěn)定作用。+UCCRBREIB

+uCE-

uBE

直流通路+-IE

8.5.2

動(dòng)態(tài)分析

1.交流電壓放大倍數(shù)交流通路如右圖所示+UCCRBRSRERLC1+iB

+uCE-

uBE

+uS-

+uo-

+ui-

射級(jí)輸出器

+

C2

+-rbeRE微變等效RBRsCEBRL1.交流電壓放大倍數(shù)由以上分析可知：1)電壓放大倍數(shù)接近于1，但恒小于1，即Uo略小于Ui說(shuō)明：射極輸出器雖無(wú)電壓放大作用，但因具有電流放大作用，因此射極輸出器具有電流放大和功率放大作用。2)輸出電壓與輸入電壓同相，具有電壓跟隨作用。2.輸入電阻射級(jí)輸出器的輸入電阻很高，可達(dá)幾十k到幾百kΩ。式中的可以理解為折算到基極電路的發(fā)射極電阻。根據(jù)射級(jí)器的交流通道，可計(jì)算得到輸入電阻為：rbeRE微變等效RBRsCEBRLri3.輸出電阻用外加電壓法求輸出電阻電路如右圖。

RS′是信號(hào)源（除源，應(yīng)做短路處理）內(nèi)阻RS和RB的并聯(lián)值。RE輸出端外加電壓的微變等效電路RBRsCEBrbe3.輸出電阻由上面分析可見(jiàn)，射極輸出器的輸出電阻很低，也說(shuō)明射極輸出器具有恒壓特性。故小結(jié)1、特點(diǎn)：放大倍數(shù)接近于1；輸入電阻高;輸出電阻低。2、用途：

①用作多級(jí)放大電路的輸入級(jí)，以減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)（利用輸入電阻高的特性）；

②用作多級(jí)放大電路的輸出級(jí)，以提高放大電路的帶載能力（利用輸出電阻低的特性）；

③作為兩個(gè)共發(fā)射極放大電路之間的中間緩沖級(jí)，以改善工作性能（利用其阻抗變換作用）。射極輸出器射極輸出器共射極輸放大電路共射極輸放大電路射極輸出器RSuSRL輸入輸出8.6

頻率特性及多級(jí)放大電路

8.6.1

單級(jí)放大電路的頻率特性實(shí)際上，放大電路的輸入信號(hào)往往是非正弦量。如廣播的聲音信號(hào)、電視的圖像信號(hào)以及非電量通過(guò)傳感器變換所得的信號(hào)等都含有基波和各種頻率的諧波分量。由于放大電路中一般都有電容元件，如耦合電容、發(fā)射極電阻交流旁路電容以及晶體管的極間電容和聯(lián)線分布電容等。它們對(duì)不同頻率的信號(hào)所呈現(xiàn)的容抗值是不相同的。因而，放大電路對(duì)不同頻率的信號(hào)在幅度上和相位上放大的效果不完全一樣，輸出信號(hào)不能重現(xiàn)輸入信號(hào)的波形，這就產(chǎn)生了幅度失真和相位失真，統(tǒng)稱頻率失真。8.6.1單級(jí)放大電路的頻率特性頻率特性又分為幅頻特性和相頻特性。前者表示電壓放大倍數(shù)的模與頻率的關(guān)系；后者表示輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的相位移與頻率的關(guān)系圖例說(shuō)明，在放大電路的某一段頻率范圍內(nèi)，電壓放大倍數(shù)與頻率無(wú)關(guān)，輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的相位移為180o。隨著頻率的升高或降低，電壓放大倍數(shù)都要減小，相位移也要發(fā)生變化。f1f20f通頻帶相頻特性0f幅頻特性8.6.1單級(jí)放大電路的頻率特性當(dāng)放大倍數(shù)下降為0.707Au時(shí)，對(duì)應(yīng)下限頻率f1和上限頻率f2。在這兩個(gè)頻率之間的頻率范圍，稱為放大電路的通頻帶。它是表明放大電路頻率特性的一個(gè)重要指標(biāo)。f1f20f通頻帶相頻特性0f幅頻特性對(duì)放大電路而言，希望通頻帶寬一些，讓非正弦信號(hào)中幅值較大的各次諧波頻率都在通頻帶的范圍內(nèi)，盡量減小頻率失真。另外，有些測(cè)量?jī)x器(如晶體管電壓表)測(cè)量不同頻率的信號(hào)，電壓放大倍數(shù)應(yīng)該盡量做到一樣，以免引起誤差，這也希望放大電路有較寬的通頻帶。在工業(yè)電子技術(shù)的低頻放大電路中，頻率范圍約為20-10000Hz。分析時(shí)再分成低、中、高三頻段。8.6.1單級(jí)放大電路的頻率特性在中頻段Au最大，輸出電壓與輸入電壓之間的相位差剛好是180°，而且?guī)缀醪浑S頻率f變化。這是因?yàn)樵谶@段頻率范圍內(nèi)：耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容量大，可看作短路；晶體管的極間電容和聯(lián)線分布電容等都很小，約為幾皮法到幾百皮法，可認(rèn)為它們的等效電路Co并聯(lián)在輸出端上。由于Co的容量很小，可視作開(kāi)路。所以在中頻段，可認(rèn)為電容不影響交流信號(hào)的傳送，Au和都與f

無(wú)關(guān)。本書(shū)只研究中頻段。

8.6.1單級(jí)放大電路的頻率特性在低頻段和高頻段,Au隨f

降低而減小,ψ偏離180°當(dāng)f

較高時(shí)，忽略電容影響，但Co與RL并聯(lián)，使總負(fù)載阻抗減小，電壓放大倍數(shù)也隨之下降。由于Co的影響，也使得輸出電壓與輸入電壓之間發(fā)生了相位移，因而偏離了180°。此外，電流放大系數(shù)β下降也導(dǎo)致高頻段電壓放大倍數(shù)的降低。因載流子從發(fā)射區(qū)到集電區(qū)需要一定時(shí)間。如果頻率很高，在正半周時(shí)載流子尚未全部到達(dá)集電區(qū)，而輸入信號(hào)就已改變極性，使IC的變化幅度下降，因而β值降低。當(dāng)f較低時(shí)，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗較大，其交流壓降不能忽略，使Au減少，同時(shí)也使得輸入與輸出之間發(fā)生了相位移，因而偏離180°。XCO在低頻段仍可視作開(kāi)路。8.6.2

阻容耦合多級(jí)放大電路許多放大器都是由多級(jí)當(dāng)大電路組成的，各級(jí)放大電路對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行連續(xù)放大，從而獲得必要的電壓幅數(shù)或足夠的功率。多級(jí)放大器的組成模式可用下列框圖示意：第(n-1)級(jí)第二級(jí)第n級(jí)輸入輸出前置級(jí)末前級(jí)末級(jí)(輸出級(jí))功率放大電壓放大第一級(jí)8.6.2

阻容耦合多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路中，前后兩級(jí)之間的聯(lián)接方式稱為耦合。常用的級(jí)間耦合有阻容耦合、直接耦合及變壓器耦合三種方式。阻容耦合：適合交流放大電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整直接耦合：適合交流和直流放大電路，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)整比較繁瑣。在集成電路得到極大發(fā)展以來(lái)，直接耦合的應(yīng)用越來(lái)越多變壓器耦合：適合交流放大電路，結(jié)構(gòu)雖比較簡(jiǎn)單，但元件體積大、重量大、不適于電路的小型化和集成化，在應(yīng)用上有許多局限性，許多場(chǎng)合已被前兩種方式所取代。如圖為阻容耦合的兩級(jí)放大電路：+ui-C1CE2RC1RSRB11+us-++C3+uo-RC2RB21RL+Ucc+RB22RE1RB12RE1C2CE2T1T2第一級(jí)的輸出信號(hào)由C2耦合到第二級(jí)的輸入電阻上，故稱為阻容耦合。1)隔直作用前后兩級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響；2)容抗很小交流信號(hào)順利通過(guò)電容耦合到下一級(jí)；3)低頻特性差低頻容抗較大，交流信號(hào)損失較大；4)難于集成集成電路無(wú)法制造大容量耦合電容。1.阻容耦合放大電路的特點(diǎn)ri兩級(jí)阻容耦合放大電路的微變等效電路：+us-RSRB1rbe1ib11ib1RB2rbe2ib22ib2RC1+uo-RL2+uo1-RL1RC2電容和直流電源對(duì)交流短路2.阻容耦合放大電路的分析riro+ui-C1CE2RC1RSRB11+us-++C3+uo-RC2RB21RL+Ucc+RB22RE1RB12RE1C2CE2T1T2+uo1=ui2-電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：輸出電阻：2.阻容耦合放大電路的分析riro+us-RSRB1rbe1ib11ib1RB2rbe2ib22ib2RC1+uo-RL2RC2+ui-解:靜態(tài)值:同理：已知RB11=30k，RB12=15k，RB21=20k，RB22=10k，RC1=3k，RC2=2.5k，RE1=3k，RE2=2k，1=2=40，UCC=12V。求靜態(tài)工作點(diǎn)及電壓放大倍數(shù)。+ui-C1CE2RC1RSRB11+us-++C3+uo-RC2RB21RL+Ucc+RB22RE1RB12RE1C2CE2T1T2例1例1根據(jù)微變等效電路圖晶體管的輸入電阻：交流等效負(fù)載電阻：電壓放大倍數(shù)：+uo1=ui2-riro+us-RSRB1rbe1ib11ib1RB2rbe2ib22ib2RC1+uo-RL2RC2+ui-8.7差分（動(dòng)）放大電路許多直接耦合放大電路的第一級(jí)都采用差動(dòng)放大電路抑制零點(diǎn)漂移。直接耦合：將前級(jí)的輸出端直接接后級(jí)的輸入端?？捎脕?lái)放大緩慢變化的信號(hào)或直流信號(hào)。直接耦合電路必須抑制零點(diǎn)漂移。8.7.1零點(diǎn)漂移理想的直接耦合放大電路應(yīng)在輸入為零時(shí)，保持輸出不變。但實(shí)際的放大電路往往在輸入端短接時(shí)(ui

=0)，所測(cè)得的輸出電壓并不恒定，而是緩慢地、無(wú)規(guī)則地變化著，這就是零點(diǎn)漂移。ui=0直接耦合放大器+uo-tuo0當(dāng)電路輸入信號(hào)后，漂移與輸入信號(hào)共存，一起被逐級(jí)放大，當(dāng)兩者大小可比時(shí)，則在輸出端很難辯出真正被放大的信號(hào)，放大電路不能正常工作。因此必須查明原因并找到抑制零漂的方法。8.7.1零點(diǎn)漂移引起零點(diǎn)漂移的因素很多，有晶體管參數(shù)隨溫度的變化、電源電壓的波動(dòng)、電路元件參數(shù)的變化等，但溫度變化的影響是最嚴(yán)重的抑制零點(diǎn)漂移的辦法可加入深度的負(fù)反饋。特別要注重對(duì)第一級(jí)零點(diǎn)漂移的抑制。通常把溫度每變化一度在輸出端的漂移電壓折合到輸入端作為衡量放大電路靈敏界限的指標(biāo)UId=UOd/|AU|8.7.2差動(dòng)放大電路的工作原理由電路的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩只晶體管具有相同的靜態(tài)工作點(diǎn)，而有溫度變化所引起的參數(shù)的變化也具有對(duì)稱性。+ui1-RCRB2+Ucc+uo

-T2RB1RCRB2RB1T1+ui2-1.

零點(diǎn)漂移的抑制在靜態(tài)時(shí)，ui1=ui2=0，相當(dāng)于輸入端短接，考慮對(duì)稱性，有當(dāng)溫度升高時(shí)，集電極的電流都要升高；電位都要下降，在完全對(duì)稱時(shí)，它們的變化量也都相同，即IC1=IC2uo=VC1-VC2=0、VC1=VC2IC1=

IC2uo=

VC1-VC2=0雖然每管各自都產(chǎn)生了零漂，但由于兩管集電極電位的變化量相同，相互抵消。VC1=VC2及及、+ui1-RCRB2+Ucc+uo

-T2RB1RCRB2RB1T1+ui2-雙端輸出差動(dòng)放大電路利用對(duì)稱性可抑制零漂。非靜態(tài)時(shí)，差動(dòng)放大電路的信號(hào)輸入有不同方式(1)

共模輸入兩個(gè)輸入信號(hào)的大小相等，極性相同，ui1=ui2差動(dòng)放大電路雙端輸出時(shí)，對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力，也即對(duì)共模信具有很強(qiáng)的抑制能力。而零點(diǎn)漂移電壓折合到輸入端相當(dāng)于給差動(dòng)放大電路加了一對(duì)共模信號(hào)，所以差動(dòng)放大電路可以抑制零點(diǎn)漂移。2.

信號(hào)輸入(2)

差模輸入兩個(gè)輸入信號(hào)的大小相等，極性相反，ui1=-ui2設(shè)ui1>0，ui2<0，則IC1>0，IC2<0；因而VC1<0，VC2>0。進(jìn)而輸出電壓uo=VC1-VC2

為兩管各自輸出電壓變化量的2倍。差動(dòng)放大電路對(duì)差模信號(hào)具有放大能力。2.

信號(hào)輸入比較輸入是最常見(jiàn)的信號(hào)。(3)

比較輸入兩個(gè)輸入信號(hào)電壓既非共模，又非差模，ui1

ui2

為此，設(shè)兩個(gè)信號(hào)的分別由共模信號(hào)和差模信號(hào)構(gòu)成，即ui1=uic+uid

及ui2=uic–uid，則共模信號(hào)uic

=(ui1+ui2)/2

及差模信號(hào)uid

=(ui1–ui2

)/2所以，對(duì)比較輸入信號(hào)的放大作用可分解為對(duì)共模信號(hào)分量和差模信號(hào)分量的處理。例如，ui1=10mV,ui2=6mV?？煞纸獬晒材Ｐ盘?hào)為uic

=（10+6）/2=8mV，及差模信號(hào)uid

=（10-6）/2=2mV。2.

信號(hào)輸入前面指出差動(dòng)放大電路是靠對(duì)稱性來(lái)抑制零點(diǎn)漂移的，但實(shí)際上的對(duì)稱性是不存在的。因而零點(diǎn)漂移并不能完全被抑制，為此采用下面的典型電路：+ui1-RC+Ucc+uo-T2RB1RCRB1T1+ui2-RpUEERE8.7.3典型差動(dòng)放大電路RB2RB2共模抑制電阻

調(diào)零電阻

負(fù)電源+ui1-RC+Ucc+uo-T2RB1RCRB1T1+ui2-RpUEERERE的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，限制單管的零漂。TIC1IC2IEUBE1UBE2IC1IB1IC2IB28.7.3典型差動(dòng)放大電路當(dāng)溫度升高時(shí)共模抑制電阻

+ui1-RC+Ucc+uo

-T2RB1RCRB1T1+ui2-RpUEERERE愈大抑制零點(diǎn)漂移的作用愈顯著，但UCC一定時(shí)，RE過(guò)大將使集電極電流過(guò)小而影響電壓放大倍數(shù)。為此，接入負(fù)電源UEE來(lái)抵償RE兩端的直流壓降，以獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)零電阻Rp作用是調(diào)平衡，因?qū)嶋H電路不完全對(duì)稱，可用Rp調(diào)節(jié)靜態(tài)時(shí)輸出電壓。Rp對(duì)差模信號(hào)有反饋?zhàn)饔?，不宜過(guò)大，阻值一般在101-102。8.7.3典型差動(dòng)放大電路1.靜態(tài)分析（ui=0）由于電路對(duì)稱，只需計(jì)算一個(gè)管的靜態(tài)值即可。因?yàn)镽P很小，略去。小而忽略+ui1-RC+Ucc+uo

-T2RB1RCRB1T1+ui2-RpUEEREVE=0RC+UccRB1T1+uCE-UEERE2IEICIBuBE+-∵RE對(duì)差模信號(hào)(ui1=-ui2)不起作用，∴單管差模電壓放大倍數(shù)：同理雙端輸出電壓放大倍數(shù)2.動(dòng)態(tài)分析RC+UccT2RBRCRBT1RpUEERE+-–+uo1uo2(1)雙端輸入—雙端輸出+ui1-+ui2-RC+uo1-RB1T1+ui1-iCiBiE當(dāng)兩管集電極之間接入負(fù)載RL時(shí)，