基本放大電路ppt

基本放大電路ppt第1頁/共119頁2本章要求1.了解放大電路的基本性能指標，了解多級放大

的概念

2.掌握共射極、共集電極單管放大電路靜態(tài)工作

點的作用和簡化微變等效電路的分析方法3.了解基本的互補對稱功率放大電路的工作原理4.了解差分放大電路的工作原理第2頁/共119頁3放大電路的目的是將微弱的變化信號不失真的放大成較大的信號。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(wǎng)絡表示Au5.1電壓放大電路uiuiuouo第3頁/共119頁4基本電壓放大電路共射極放大電路共集電極放大電路5.1.1電路組成和工作原理共基極放大電路第4頁/共119頁5UA大寫字母、大寫下標，表示直流量或直流分量。uA小寫字母、大寫下標，表示全量。ua小寫字母、小寫下標，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量

1.符號規(guī)定第5頁/共119頁6+UCCRCC1C2T2.共射極放大電路組成放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出參考點RB第6頁/共119頁7+UCCRCC1C2T作用：提供適當?shù)撵o態(tài)工作點?；鶚O電阻RB集電極電源：為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。2.共射極放大電路組成第7頁/共119頁8+UCCRCC1C2TRB集電極電阻：將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?.共射極放大電路組成第8頁/共119頁9+UCCRCC1C2TRB耦合電容：電解電容，有極性。大小為10F~50F作用：隔離直流：使放大電路與信號源以及負載之間的直流通路隔離。交流耦合：溝通放大電路與信號源以及負載之間的交流通路。2.共射極放大電路組成第9頁/共119頁10靜態(tài)：輸入端未加輸入信號時，放大電路的工作狀

態(tài)。放大電路為直流電路動態(tài)：輸入端加上輸入信號時，放大電路的工作狀

態(tài)。此時放大電路為交、直流混合電路

實際工作在動態(tài)情況下：注意分析電路中的各電量（電流、電壓）為直流電量、交流電量或交直流混合電量3.共射極放大電路分析第10頁/共119頁11

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第11頁/共119頁1212由于電源的存在IB0IC0IBICIE=IB+ICui=0時+_RB+UCCRCC1C2T第12頁/共119頁1313IBIC(IC,UCE)(IB,UBE)UBE＋－UCE＋－RB+UCCRCC1C2T第13頁/共119頁1414(IB,UBE)

和(IC,UCE

)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。IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC第14頁/共119頁1515IBUBEQICUCEuCE怎么變化？假設uBE有一微小的變化uit（毫伏量級）（微安量級）（毫安量級）ibtictibtUBEIBUCEIC第15頁/共119頁1616+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE第16頁/共119頁1717UBEIB無輸入信號(ui

=0)時:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有輸入信號(ui

≠0)時uCE=UCC－iC

RCuo0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO第17頁/共119頁18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(jié)正偏，集電結(jié)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(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)電容濾波只輸出交流信號。第18頁/共119頁19如何判斷一個電路是否能實現(xiàn)放大？3.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。4.正確設置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。

如果已給定電路的參數(shù)，則計算靜態(tài)工作點來判斷；如果未給定電路的參數(shù)，則根據(jù)電路結(jié)構(gòu)確定。1.信號能否輸入到放大電路中。2.信號能否輸出。與實現(xiàn)放大的條件相對應，判斷的過程如下：第19頁/共119頁20放大電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號但是，電容對交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，即對交流短路。而對直流可以看成開路，交直流所走的通道是不同的

交流通路：只考慮交流信號的分電路。除去直流源、電容相當于短路

直流通路：只考慮直流信號的分電路。除去交流源、電容相當于開路4.直流通路和交流通路第20頁/共119頁21例：對直流信號（只有+UCC）開路開路RB+UCCRCC1C2T直流通路RB+UCCRC用于靜態(tài)分析++第21頁/共119頁22對交流信號（輸入信號ui）短路短路置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路用于動態(tài)分析++第22頁/共119頁23ui=0時由于電源的存在IB0IC0IBICIE=IB+ICRB+UCCRCC1C2T++5.1.2放大電路的靜態(tài)分析第23頁/共119頁24IBICUBEUCE(IC,UCE

)(IB,UBE)RB+UCCRCC1C2T++第24頁/共119頁25(IB,UBE)和(IC,UCE)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IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC第25頁/共119頁26（1）根據(jù)直流通道估算IBIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流+UCC直流通路RBRC一、估算法第26頁/共119頁27（2）根據(jù)直流通路估算IC

、

UCEICUCE直流通路RBRCUCE=UCC–ICRC第27頁/共119頁28直流負載線ICUCEUCE~IC滿足什么關系？1.三極管的輸出特性2.UCE=UCC–ICRC

ICUCEUCCQ直流負載線與輸出特性的交點就是Q點IB直流通路RB+UCCRC二、圖解法第28頁/共119頁29先估算IB

，然后在輸出特性曲線上作出直流負載線，與IB

對應的輸出特性曲線與直流負載線的交點就是Q點ICUCEQUCC第29頁/共119頁例：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：請注意電路中IB

和IC

的數(shù)量級第30頁/共119頁315.1.3放大電路的動態(tài)分析主要目的：研究放大電路的放大效果主要指標： 電壓放大倍數(shù)

Au

輸入電阻

ri

輸出電阻

ro輸入為正弦交流信號時第31頁/共119頁32一、微變等效電路法

把三極管線性化，等效為一個線性元件。此時整個放大電路等效為一個線性電路。對其進行分析計算微變等效電路法的條件：

在小信號的條件下，且三極管工作在放大區(qū)第32頁/共119頁33iBuBE從輸入回路看當信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)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：1.三極管的微變等效電路第33頁/共119頁34從輸出回路看iCuCE所以：輸出端相當于一個受ib

控制的電流源。

近似平行iCuCE第34頁/共119頁35ubeibuceicubeuceicrbeibibbce等效cbe三極管的微變等效電路微變等效電路第35頁/共119頁36將交流通路中的三極管用微變等效電路代替:uirbeibibiiicuoRBRCRL2.放大電路的微變等效電路交流通路RBRCRLuiuo動畫：放大電路的微變等效電路第36頁/共119頁37放大電路電壓放大倍數(shù)的計算特點：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小rbeRBRCRL第37頁/共119頁38放大電路輸入電阻的計算放大電路對于信號源而言，相當于一個負載，可用電阻等效代替，這個電阻是信號源的負載電阻，也是放大電路的輸入電阻ri

電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望輸入電阻大一些rbeRBRCRL第38頁/共119頁39放大電路輸出電阻的計算對于負載RL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(nèi)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

法第39頁/共119頁40求輸出電阻：rbeRBRC00一般總是希望輸出電阻小一些第40頁/共119頁41IB

()UBEQibtuitIC

(mA)UCEictucet二、圖解法第41頁/共119頁42各點波形RB+UCCRCC1C2uituCuotuiiCuCuoiBiBttiCt動畫：放大電路的動態(tài)波形第42頁/共119頁43

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(chǎn)生失真。失真失真飽和失真截止失真非線性失真線性失真第43頁/共119頁44線性失真：輸入信號過大引起的失真

非線性失真：由特性的非線性引起的失真

截止失真：由于晶體管有一段時間進入截止狀態(tài)引起的失真

飽和失真：由于晶體管有一段時間進入飽和狀態(tài)引起的失真

為了得到盡量大的輸出信號，要把靜態(tài)工作點設置在交流負載線的中間部分。如果靜態(tài)工作點設置不合適，信號進入截止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。第44頁/共119頁45iCuCEuo可輸出的最大不失真信號選擇靜態(tài)工作點ib失真原因的分析第45頁/共119頁46iCuCEuo1.Q點過低，信號進入截止區(qū)放大電路產(chǎn)生截止失真輸出波形輸入波形ib截止失真第46頁/共119頁47iCuCE2.Q點過高，信號進入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)生飽和失真ib輸入波形uo輸出波形飽和失真第47頁/共119頁481.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)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(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)電容濾波只輸出交流信號實現(xiàn)放大的條件第48頁/共119頁49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，外界條件（如溫度）的變化嚴重影響靜態(tài)工作點的位置對于前面的固定偏置電路而言，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TUBEICEOQ5.1.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定第49頁/共119頁50一、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC第50頁/共119頁51二、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移第51頁/共119頁52小結(jié)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)工作點第52頁/共119頁53分壓式偏置電路RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路RE射極直流負反饋電阻CE

交流旁路電容一、靜態(tài)分析++第53頁/共119頁54TUBEIBICVEIC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1.靜態(tài)工作點穩(wěn)定的原理I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路第54頁/共119頁552.求靜態(tài)工作點I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE第55頁/共119頁56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kVB過高必使VE也增高，在UCC一定時，勢必使UCE減小，從而減小放大電路輸出電壓的動態(tài)范圍I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE

I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE2.求靜態(tài)工作點第56頁/共119頁例：已知=50，UCC=12V，RB1=7.5k，RB2=2.5k，

RC=2k，RE=1k，求該電路的靜態(tài)工作點。RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo+++第57頁/共119頁rbeRCRLR'B微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路二、動態(tài)分析RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo第58頁/共119頁問題：Au和Aus的關系如何？定義：放大電路RLRS第59頁/共119頁60RB+UCCC1C2RERLuiuoRB+UCCRE直流通道5.2射極輸出器(共集電極電路)++動畫：射極輸出器第60頁/共119頁61IBIE折算RB+UCCRE直流通道5.2.1靜態(tài)分析第61頁/共119頁62RBRERLuiuo交流通道5.2.2動態(tài)分析RB+UCCC1C2RERLuiuo++第62頁/共119頁63rbeRERLRB微變等效電路RBRERLuiuo交流通道第63頁/共119頁641.電壓放大倍數(shù)rbeRERLRB第64頁/共119頁651.所以但是，具有一定電流和功率放大作用2.輸入輸出電壓同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器結(jié)論：第65頁/共119頁662.輸入電阻輸入電阻較大，作為前一級的負載，對前一級的放大倍數(shù)影響較小且取得的信號大rbeRERLRB第66頁/共119頁3.輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻rorbeRERBRSrbeRERBRS電源置0第67頁/共119頁68一般：所以：射極輸出器的輸出電阻很小，帶負載能力強帶負載能力強，是指當負載變化時，放大倍數(shù)基本不變第68頁/共119頁RB+UCCC1C2RERLuiuo例：已知射極輸出器的參數(shù)如下：RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，UCC=12V求Au

、

ri和ro

設：RS=1k，求：Aus

、ri和ro

3.RL=1k或∞時，求Au

++第69頁/共119頁RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，UCC=12VRB+UCCC1C2RERLuiuo++第70頁/共119頁RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，UCC=12V1.求Au、

ri和rorbe=2.8k，RS=0rbeRERLRB第71頁/共119頁2.設：RS=1k，求：Aus、ri和roRB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，UCC=12Vrbe=2.8k，RS=1krbeRERLRB第72頁/共119頁RL=1k時3.RL=1k和時，求Au

比較：空載時,Au=0.995

RL=5.6k時,Au=0.990

RL=1k時,Au=0.967RL=時射極輸出器帶負載能力強第73頁/共119頁741.將射極輸出器放在電路的初級，可以提高輸入電阻，減輕信號源負擔。2.將射極輸出器放在電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負載能力。3.將射極輸出器放在電路的兩級之間，稱為緩沖級或中間隔離級，可以起到電路的匹配作用。射極輸出器的應用第74頁/共119頁(1-75)5.3場效應管放大電路1.電路結(jié)構(gòu)分壓式偏置電路第75頁/共119頁偏置電阻RG1、RG2：偏置電阻也稱分壓電阻，與RS配合為放大電路提供合適的靜態(tài)工作點源極電阻RS：穩(wěn)定靜態(tài)工作點，其阻值約幾千歐柵極電阻RG：構(gòu)成柵源極間的直流通路，RG阻值過小，將影響放大電路的輸入電阻，其阻值約為200kΩ～10MΩ漏極電阻RD：使放大電路具有電壓放大功能，其阻值約為幾十千歐電源UDD：為放大電路提供能量耦合電容C1、C2：用以隔直和傳遞信號，其容量一般為0.01～0.047μF左右第76頁/共119頁772、靜態(tài)分析第77頁/共119頁78微變等電路圖電壓放大倍數(shù)式中，輸出電壓。3、動態(tài)分析第78頁/共119頁79輸入電阻輸出電阻

第79頁/共119頁80耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合。5.4多級放大電路耦合：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。第80頁/共119頁81設:

1=2=50,rbe1=2.9k,rbe2=1.7k

典型電路前級后級+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2求:A、ri、ro第81頁/共119頁關鍵:考慮級間影響1.靜態(tài):Q點同單級2.動態(tài)性能方法:ri2=RL1ri2性能分析+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2第82頁/共119頁考慮級間影響(2)ri,

ro:概念同單級riro(1)ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2第83頁/共119頁微變等效電路RE1R2R3RC2RLRSR1ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2第84頁/共119頁1.

ri=R1//[rbe1

+（

+1)RL1']其中:RL1=RE1//ri2=RE1//R2//R3

//rbe2=RE1//rbe2

=27//1.71.7k

ri=1000//(2.9+51×1.7)82k2.ro

=RC2=10kRE1R2R3RC2RLRSR1第85頁/共119頁3.電壓放大倍數(shù):其中：RE1R2R3RC2RLRSR1第86頁/共119頁RE1R2R3RC2RLRSR1第87頁/共119頁88多級阻容耦合放大器的特點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初級可提高輸入電阻；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。第88頁/共119頁89uiRC1R1T15.5差分放大電路增加R2

、RE2

:用于設置合適的Q點問題1:前后級Q點相互影響+UCCuoRC2T2R2RE2直接耦合電路的特殊問題第89頁/共119頁90問題2:零點漂移前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得當

ui

等于零時，uo不等于零uot0有時會將信號淹沒uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2第90頁/共119頁91結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)對稱工作情況ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB第91頁/共119頁92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第92頁/共119頁93為了使左右平衡，可設置調(diào)零電位器:典型差分放大電路特點：加入射極電阻RE

；加入負電源-UEE，

采用正負雙電源供電。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE第93頁/共119頁94雙電源的作用：（1）使信號變化幅度加大（2）IB1、IB2由負電源-UEE提供uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE第94頁/共119頁一、靜態(tài)分析溫度TICIE

=2ICUEUBEIBICRE的作用

設ui1

=ui2

=0自動穩(wěn)定RE具有強負反饋作用——抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE第95頁/共119頁96二、動態(tài)分析

輸入信號分類（1）差模輸入ui1=-ui2=ud（2）共模輸入ui1

=ui2=uC第96頁/共119頁97

任意輸入的信號:ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。即：ui1

=uC+

ud；ui2=uC-

ud例:ui1=20mV,ui2=10mV則：ud=5mV,uc=15mV差模分量:共模分量:（3）任意輸入第97頁/共119頁98差分電路對共模信號無放大作用差分電路對差模信號有放大作用共模抑制比：（理想狀態(tài)）共模抑制比反映了差分放大電路抑制共模干擾的能力，其值越大，電路抑制共模信號（零點漂移）的能力越強第98頁/共119頁99UCE3IC3Q

rce3

1MT3:放大區(qū)恒流源IB3Uce3uCEiC+VCC-EERCRCRRRET1T2uoui1ui2RPRB1RB2RE3T3+VCC-UEE實際恒流源一般采用晶體管構(gòu)成。第99頁/共119頁100恒流源差動放大電路+UCCuouiRCT1RRCR++––T2-UEE第100頁/共119頁101

差放的輸入輸出接法+UCCuouiRCT1RRCR++––T2-UEE1.差動輸入、雙端輸出第101頁/共119頁1022.差動輸入、單端輸出+UCCuouiRCT1RRCR++––T2-UEE第102頁/共119頁1033.單端輸入、雙端輸出+UCCuouiRCT1RRCR++––T2-UEE此時輸入可當作一對比較信號處理。第103頁/共119頁104（1）功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM

、U(BR)CEO

、

PCM

。ICMPCMU(BR)CEOIcuce5.6

功率放大電路5.6.1要求和特點第104頁/共119頁105（2）電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。（3）電源提供的能量盡可能地轉(zhuǎn)換給負載，以減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Pom

:負載上得到的交流信號功率。PE

：直流電源提供的直流功率。第105頁/共119頁若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號uo的峰值最大只能為uo的取值范圍QIcuCEUSC直流負載線交流負載線UCE=0.5USC靜態(tài)工作點：放大電路的輸出沒有失真的工作方式稱為甲類放大第106頁/共119頁107如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點既降低Q點又不會引起截止失真的辦法：采用互補對稱射極輸出電路缺點：引起截止失真動畫：放大電路的工作狀態(tài)第107頁/共119頁108

互補對稱功放的類型無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、PNP各

一支；兩管特性一致類型：互補對稱射極輸出電路