西工大電工電子基本放大電路

第5章基本放大電路5.1電壓放大電路5.6功率放大電路5.5差動(dòng)放大電路5.4多級(jí)放大電路5.2射級(jí)輸出器5.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路本章要求1.了解放大電路的基本性能指標(biāo)，了解多級(jí)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(diǎn)的作用和簡(jiǎn)化微變等效電路的分析方法3.了解基本的互補(bǔ)對(duì)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放大電路的目的是將微弱的變化信號(hào)不失真的放大成較大的信號(hào)。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(luò)表示Au5.1電壓放大電路uiuiuouo兩種基本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UA大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量或直流分量。uA小寫字母、大寫下標(biāo)，表示全量。ua小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量

符號(hào)規(guī)定+UCCRCC1C2T共射極放大電路放大元件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(diǎn)RB+UCCRCC1C2T作用：提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)?；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。共射極放大電路+UCCRCC1C2TRB集電極電阻：將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。共射極放大電路+UCCRCC1C2TRB耦合電容：電解電容，有極性。大小為10

F~50

F作用：隔離直流：使放大電路與信號(hào)源以及負(fù)載之間的直流通路隔離。交流耦合：溝通放大電路與信號(hào)源以及負(fù)載之間的交流通路。共射極放大電路靜態(tài)：輸入端未加輸入信號(hào)時(shí)，放大電路的工作狀

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

態(tài)。此時(shí)放大電路為交、直流混合電路

實(shí)際工作在動(dòng)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共射極放大電路分析

放大電路分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號(hào)但是，電容對(duì)交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，即對(duì)交流短路。而對(duì)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(hào)的分電路。除去直流源、電容相當(dāng)于短路

直流通路：只考慮直流信號(hào)的分電路。除去交流源、電容相當(dāng)于開路直流通路和交流通路例：對(duì)直流信號(hào)（只有+UCC）開路開路RB+UCCRCC1C2T直流通路RB+UCCRC用于靜態(tài)分析++對(duì)交流信號(hào)（輸入信號(hào)ui）短路短路置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路用于動(dòng)態(tài)分析++ui=0時(shí)由于電源的存在IB0IC0IBICIE=IB+ICRB+UCCRCC1C2T++5.1.2放大電路的靜態(tài)分析IBICUBEUCE(IC,UCE

)(IB,UBE)RB+UCCRCC1C2T++(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)IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC（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（2）根據(jù)直流通路估算IC

、

UCEICUCE直流通路RBRCUCE=UCC–ICRC直流負(fù)載線ICUCEUCE~IC滿足什么關(guān)系？1.三極管的輸出特性2.UCE=UCC–ICRC

ICUCEUCCQ直流負(fù)載線與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)IB直流通路RB+UCCRC二、圖解法先估算IB

，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與IB

對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)ICUCEQUCC例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：UCC=12V，RC=4k

，RB=300k，

=37.5。解：請(qǐng)注意電路中IB

和IC

的數(shù)量級(jí)5.1.3放大電路的動(dòng)態(tài)分析主要目的：研究放大電路的放大效果主要指標(biāo)： 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(hào)時(shí)一、微變等效電路法

把三極管線性化，等效為一個(gè)線性元件。此時(shí)整個(gè)放大電路等效為一個(gè)線性電路。對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算微變等效電路法的條件：

在小信號(hào)的條件下，且三極管工作在放大區(qū)iBuBE從輸入回路看當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性

uBE

iB對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻

rbe。rbe的量級(jí)從幾百歐到幾千歐。對(duì)于小功率三極管：1.三極管的微變等效電路從輸出回路看iCuCE所以：輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib

控制的電流源。

近似平行iC

uCEubeibuceicubeuceicrbeibibbce等效cbe三極管的微變等效電路微變等效電路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(dòng)畫：放大電路的微變等效電路放大電路電壓放大倍數(shù)的計(jì)算特點(diǎn)：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小rbeRBRCRL放大電路輸入電阻的計(jì)算放大電路對(duì)于信號(hào)源而言，相當(dāng)于一個(gè)負(fù)載，可用電阻等效代替，這個(gè)電阻是信號(hào)源的負(fù)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(hào)源取得的電流越小，因此一般總是希望輸入電阻大一些rbeRBRCRL放大電路輸出電阻的計(jì)算對(duì)于負(fù)載RL而言，放大電路相當(dāng)于信號(hào)源，可以將它進(jìn)行戴維南等效，戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻計(jì)算輸出電阻的方法：（1）所有電源置零，然后計(jì)算電阻（對(duì)有受控源

的電路不適用）（2）所有獨(dú)立電源置零，保留受控源，加壓求流

法求輸出電阻：rbeRBRC00一般總是希望輸出電阻小一些IB

()UBEQibtuitIC

(mA)UCEictucet二、圖解法各點(diǎn)波形RB+UCCRCC1C2uituCuotuiiCuCuoiBiBttiCt動(dòng)畫：放大電路的動(dòng)態(tài)波形

在放大電路中，輸出信號(hào)應(yīng)該成比例地放大輸入信號(hào)（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號(hào)不能反映輸入信號(hào)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線性失真：輸入信號(hào)過(guò)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(shí)間進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)引起的失真

飽和失真：由于晶體管有一段時(shí)間進(jìn)入飽和狀態(tài)引起的失真

為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。iCuCEuo可輸出的最大不失真信號(hào)選擇靜態(tài)工作點(diǎn)ib失真原因的分析iCuCEuo1.Q點(diǎn)過(guò)低，信號(hào)進(jìn)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iCuCE2.Q點(diǎn)過(guò)高，信號(hào)進(jìn)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(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)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(hào)實(shí)現(xiàn)放大的條件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(diǎn)。但是，外界條件（如溫度）的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn)的位置對(duì)于前面的固定偏置電路而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、

和ICEO

決定，這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化，溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響主要體現(xiàn)在這一方面TUBE

ICEOQ5.1.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定一、溫度對(duì)UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC二、溫度對(duì)

值及ICEO的影響T

、ICEOICiCuCEQQ′溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移小結(jié)TIC

固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。Q點(diǎn)不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、IC增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化。保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定常采用分壓式偏置電路來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)分壓式偏置電路RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路RE射極直流負(fù)反饋電阻CE

交流旁路電容一、靜態(tài)分析++TUBEIBICVEIC本電路穩(wěn)壓的過(guò)程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過(guò)程1.靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的原理I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路2.求靜態(tài)工作點(diǎn)I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE可以認(rèn)為與溫度無(wú)關(guān)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

VB過(guò)高必使VE也增高，在UCC一定時(shí)，勢(shì)必使UCE減小，從而減小放大電路輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE

I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE2.求靜態(tài)工作點(diǎn)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(diǎn)。RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo+++rbeRCRLR'B微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路二、動(dòng)態(tài)分析RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo問(wèn)題：Au和Aus的關(guān)系如何？定義：放大電路RLRSRB+UCCC1C2RERLuiuoRB+UCCRE直流通道5.2射極輸出器(共集電極電路)++動(dòng)畫：射極輸出器IBIE折算RB+UCCRE直流通道5.2.1靜態(tài)分析RBRERLuiuo交流通道5.2.2動(dòng)態(tài)分析RB+UCCC1C2RERLuiuo++rbeRERLRB微變等效電路RBRERLuiuo交流通道1.電壓放大倍數(shù)rbeRERLRB1.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：2.輸入電阻輸入電阻較大，作為前一級(jí)的負(fù)載，對(duì)前一級(jí)的放大倍數(shù)影響較小且取得的信號(hào)大rbeRERLRB3.輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻rorbeRERBRSrbeRERBRS電源置0一般：所以：射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)帶負(fù)載能力強(qiáng)，是指當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，放大倍數(shù)基本不變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(shè)：RS=1k

，求：Aus

、ri和ro

3.RL=1k

或∞時(shí)，求Au

++RB=570k

，RE=5.6k

，RL=5.6k

，

=100，UCC=12VRB+UCCC1C2RERLuiuo++RB=570k

，RE=5.6k

，RL=5.6k

，

=100，UCC=12V1.求Au、

ri和rorbe=2.8k

，RS=0rbeRERLRB2.設(shè)：RS=1k

，求：Aus、ri和roRB=570k

，RE=5.6k

，RL=5.6k

，

=100，UCC=12Vrbe=2.8k

，RS=1k

rbeRERLRBRL=1k

時(shí)3.RL=1k

和時(shí)，求Au

比較：空載時(shí),Au=0.995

RL=5.6k

時(shí),Au=0.990

RL=1k

時(shí),Au=0.967RL=

時(shí)射極輸出器帶負(fù)載能力強(qiáng)1.將射極輸出器放在電路的初級(jí)，可以提高輸入電阻，減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)。2.將射極輸出器放在電路的末級(jí)，可以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。3.將射極輸出器放在電路的兩級(jí)之間，稱為緩沖級(jí)或中間隔離級(jí)，可以起到電路的匹配作用。射極輸出器的應(yīng)用5.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路1.電路結(jié)構(gòu)分壓式偏置電路偏置電阻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(diǎn)源極電阻RS：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，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(guò)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(hào)，其容量一般為0.01～0.047μF左右2、靜態(tài)分析微變等電路圖電壓放大倍數(shù)式中，輸出電壓。3、動(dòng)態(tài)分析輸入電阻輸出電阻

耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合。5.4多級(jí)放大電路耦合：即信號(hào)的傳送。多級(jí)放大電路對(duì)耦合電路要求：1.靜態(tài)：保證各級(jí)Q點(diǎn)設(shè)置2.動(dòng)態(tài):傳送信號(hào)第一級(jí)放大電路輸入輸出第二級(jí)放大電路第

n級(jí)放大電路……第n-1

級(jí)放大電路功放級(jí)要求：波形不失真，減少壓降損失。設(shè):

1=

2=50,rbe1=2.9k

,rbe2=1.7k

典型電路前級(jí)后級(jí)+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2求:A、ri、ro關(guān)鍵:考慮級(jí)間影響1.靜態(tài):Q點(diǎn)同單級(jí)2.動(dòng)態(tài)性能方法:ri2=RL1ri2性能分析+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2考慮級(jí)間影響(2)ri,

ro:概念同單級(jí)riro(1)ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2微變等效電路RE1R2R3RC2RLRSR1ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET21.

ri=R1//[rbe1

+（

+1)RL1']其中:RL1

=RE1//ri2=RE1//R2//R3

//rbe2=RE1//rbe2

=27//1.7

1.7k

ri=1000//(2.9+51×1.7)

82k

2.ro

=RC2=10k

RE1R2R3RC2RLRSR13.電壓放大倍數(shù):其中：RE1R2R3RC2RLRSR1RE1R2R3RC2RLRSR1多級(jí)阻容耦合放大器的特點(diǎn)由于電容的隔直作用，各級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，分別估算(2)前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓(3)后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻(4)總電壓放大倍數(shù)=各級(jí)放大倍數(shù)的乘積(5)總輸入電阻ri即為第一級(jí)的輸入電阻ri1(6)總輸出電阻即為最后一級(jí)的輸出電阻由上述特點(diǎn)可知，射極輸出器接在多級(jí)放大電路的初級(jí)可提高輸入電阻；接在末級(jí)可減小輸出電阻；接在中間級(jí)可起匹配作用，從而改善放大電路的性能。uiRC1R1T15.5差分放大電路增加R2

、RE2

:用于設(shè)置合適的Q點(diǎn)問(wèn)題1:前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響+UCCuoRC2T2R2RE2直接耦合電路的特殊問(wèn)題問(wèn)題2:零點(diǎn)漂移前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，使得當(dāng)

ui

等于零時(shí)，uo不等于零uot0有時(shí)會(huì)將信號(hào)淹沒(méi)uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)對(duì)稱工作情況ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+

uC1

)-(UC2+

uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時(shí)：當(dāng)溫度變化時(shí)：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器:典型差分放大電路特點(diǎn)：加入射極電阻RE

；加入負(fù)電源-UEE，

采用正負(fù)雙電源供電。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE雙電源的作用：（1）使信號(hào)變化幅度加大（2）IB1、IB2由負(fù)電源-UEE提供uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE一、靜態(tài)分析溫度TICIE

=2ICUEUBEIBICRE的作用

設(shè)ui1

=ui2

=0RE具有強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔谩种茰囟绕疲€(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE二、動(dòng)態(tài)分析

輸入信號(hào)分類（1）差模輸入ui1=-ui2=ud（2）共模輸入ui1

=ui2=uC

任意輸入的信號(hào):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）任意輸入差分電路對(duì)共模信號(hào)無(wú)放大作用差分電路對(duì)差模信號(hào)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(hào)（零點(diǎn)漂移）的能力越強(qiáng)（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(guò)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(diǎn)（2）電流、電壓信號(hào)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(fù)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(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE

：直流電源提供的直流功率。若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號(hào)uo的峰值最大只能為uo的取值范圍QIcuCEUSC直流負(fù)載線交流負(fù)載線UCE=0.5USC靜態(tài)工作點(diǎn)：放大電路的輸出沒(méi)有失真的工作方式稱為甲類放大如何解決效率低的問(wèn)題？辦法：降低Q點(diǎn)既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出電路缺點(diǎn)：引起截止失真動(dòng)畫：放大電路的工作狀態(tài)

互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型無(wú)輸出變壓器形式（OTL電路）無(wú)輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對(duì)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(bǔ)對(duì)稱射極輸出電路5.6.3OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路特點(diǎn)1.單電源供電2.輸出加有大電容靜態(tài)分析則T1、T2特性對(duì)稱

令：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC動(dòng)態(tài)分析設(shè)輸入端在