基本放大電路

(2-1)基本放大電路§2.1概論§2.2放大電路的組成和工作原理§2.3放大電路的分析方法§2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定§2.5射極輸出器§2.6場(chǎng)效應(yīng)管放大電路§2.7阻容耦合多級(jí)放大電路§2.8差動(dòng)放大電路(2-2)§2.1概論2.1.1放大的概念電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號(hào)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，如圖。uiuoAu(2-3)2.1.2放大電路的性能指標(biāo)(1)電壓放大倍數(shù)AuUi和Uo分別是輸入和輸出電壓的有效值。(2)輸入電阻ri放大電路一定要有前級(jí)（信號(hào)源）為其提供信號(hào)，那么就要從信號(hào)源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級(jí)取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級(jí)取得的電流越小，對(duì)前級(jí)的影響越小。(2-4)AuIi~USUi輸入電阻：(2-5)(3)輸出電阻roAu~US放大電路對(duì)其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號(hào)源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個(gè)戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。~ro(2-6)?如何確定電路的輸出電阻？在電路的計(jì)算中求ro有兩個(gè)方法：1、所有的電源置零。2、加壓求流法。UI將獨(dú)立源置零，保留受控源。(2-7)輸出電阻的測(cè)量方法~roUo測(cè)量開路電壓(2-8)輸出電阻的測(cè)量方法~roRL測(cè)量接入負(fù)載后的輸出電壓(2-9)(4)通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線(2-10)2.1.3符號(hào)規(guī)定UA大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量。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。(2-11)uAua全量交流分量tUA直流分量(2-12)§2.2基本放大電路的組成和工作原理三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理(2-13)RB+ECEBRCC1C2T共射放大電路放大元件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)(2-14)共射放大電路集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2T(2-15)共射放大電路集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。RB+ECEBRCC1C2T(2-16)共射放大電路組成使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)?；鶚O電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2T(2-17)共射放大電路組成耦合電容隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時(shí)能使信號(hào)順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T(2-18)單電源供電可以省去RB+ECEBRCC1C2T(2-19)RB單電源供電+ECRCC1C2T(2-20)基本放大電路的工作原理RB+ECRCC1C2Tui=0時(shí)由于電源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ(2-21)基本放大電路的工作原理RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)(2-22)(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ)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)。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ(2-23)IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么變化？交流放大原理假設(shè)uBE有一微小的變化(2-24)ICUCEicuCE的變化沿一條直線ucuCE相位如何？uCE與uBE反相！(2-25)RB+ECRCC1C2uiiBiCuCuo各點(diǎn)波形(2-26)實(shí)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(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)。(2-27)§2.3放大電路的分析方法放大電路分析靜態(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計(jì)算機(jī)仿真(2-28)2.3.1直流通道和交流通道放大電路中各點(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，可以認(rèn)為它對(duì)交流不起作用，即對(duì)交流短路。而對(duì)直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。這樣就有了交流通道（只考慮交流信號(hào)的分電路）和直流通道（只考慮直流信號(hào)的分電路）。不同的信號(hào)可以分別在不同的通道分析。(2-29)RB+ECRCC1C2例：對(duì)直流信號(hào)（只有+EC）開路開路(2-30)RB+ECRC直流通道(2-31)RB+ECRCC1C2對(duì)交流信號(hào)(輸入信號(hào)ui)短路短路置零(2-32)RBRCRLuiuo交流通道(2-33)2.3.2直流負(fù)載線RB+ECRCICUCEUCE~IC滿足什么關(guān)系？1、輸出特性。2、UCE=EC–ICRC。(2-34)ICUCEUCE=EC–ICRCEC直流負(fù)載線與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)QIB(2-35)2.3.3交流負(fù)載線RBRCRLuiuoicuce其中：(2-36)iC

和uCE是全量，與交流量ic和uce有如下關(guān)系所以：這就是說，交流信號(hào)的變化沿著斜率為：的直線。這條直線通過Q點(diǎn)，稱為交流負(fù)載線。(2-37)交流負(fù)載線的作法ICUCEECQIB過Q點(diǎn)作一條直線,斜率為:交流負(fù)載線(2-38)2.3.3靜態(tài)分析1、估算法：（1）根據(jù)直流通道估算IBRB+ECRCIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。(2-39)（2）根據(jù)直流通道估算UCE、IBRB+ECRCICUCE(2-40)2、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)。ICUCEQEC(2-41)例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：EC=12V，RC=4K

，RB=300K，=37.5。解：請(qǐng)注意電路中IB和IC的數(shù)量級(jí)

(2-42)2.3.4動(dòng)態(tài)分析1、三極管的微變等效電路首先考察輸入回路iBuBE當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。

uBEiB對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。(2-43)對(duì)于小功率三極管：rbe的量級(jí)從幾百歐到幾千歐。(2-44)考察輸出回路iCuCE所以：輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib控制的電流源。近似平行輸出端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻rce。(2-45)iCuCEiCuCErce的含義(2-46)ubeibuceicuberbeibibrceuceicrce很大，一般忽略。(2-47)等效弄清楚等效的概念：1、對(duì)誰等效。2、怎么等效。ebcbec(2-48)2、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rbeibibrceiiicuiuoRBRCRL(2-49)3、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRL(2-50)4、輸入電阻的計(jì)算：對(duì)于為它提供信號(hào)的信號(hào)源來說，電路是負(fù)載，這個(gè)負(fù)載的大小可以用輸入電阻來表示。輸入電阻的定義：輸入電阻是動(dòng)態(tài)電阻。(2-51)電路的輸入電阻越大，從信號(hào)源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。rbeRBRCRL(2-52)5、輸出電阻的計(jì)算：對(duì)于負(fù)載而言，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。(2-53)0rbeRBRC0所以：用加壓求流法求輸出電阻：(2-54)2.3.4失真分析：為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。(2-55)iCuCEuo可輸出的最大不失真信號(hào)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)ib(2-56)iCuCEuoQ點(diǎn)過低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)稱為截止失真信號(hào)波形(2-57)iCuCEuoQ點(diǎn)過高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)稱為飽和失真信號(hào)波形(2-58)§2.4靜態(tài)工作點(diǎn)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(diǎn)。但是，溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn)。對(duì)于前面的電路（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

ICEOQ(2-59)溫度對(duì)UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC(2-60)溫度對(duì)值及ICEO的影響T

、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移。(2-61)總之：TIC固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。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穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。電路見下頁。(2-62)RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo偏置電路I1I2IB(2-63)RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB可以認(rèn)為與溫度無關(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。(2-64)RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IBTUBEIBICUEIC本電路穩(wěn)壓的過程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過程(2-65)RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IBCE將RE短路，RE對(duì)交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。如果去掉CE，放大倍數(shù)怎樣？(2-66)rbeRCRLRE去掉CE后的微變等效電路將RE折算到基極(2-67)去掉CE后的微變等效電路rbeRCRLRE(2-68)§2.5射極輸出器RB+ECRCC1C2RERLuiuo(2-69)靜態(tài)分析：RB+ECRCC2REIBIE折算(2-70)動(dòng)態(tài)分析：1、電壓放大倍數(shù)rbeRERL(2-71)1、所以但是，輸出電流Ie增加了。2、輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。討論(2-72)2、輸入電阻輸入電阻高，對(duì)前級(jí)有利。rbeRERL(2-73)3、輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻。rbeRERsro置0(2-74)rbeRERs(2-75)rbeRERs(2-76)一般所以射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。(2-77)討論1、將射極輸出器放在電路的首級(jí)，可以提高輸入電阻。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。3、將射極輸出器放在電路的兩級(jí)之間，可以起到電路的匹配作用。(2-78)§2.6場(chǎng)效應(yīng)管放大電路2.6.1電路的組成原則及分析方法(1).靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使FET工作在恒流區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路相對(duì)簡(jiǎn)單。(2).動(dòng)態(tài):能為交流信號(hào)提供通路。組成原則靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法(2-79)2.6.2場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路GSD跨導(dǎo)漏極輸出電阻(2-80)gsdSGDrDS很大，可忽略。(2-81)2.6.3靜態(tài)分析：求：UDS和ID。+UDD+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10K(2-82)設(shè)：UG>>UGS則：UGUS而：IG=0所以：+UDD+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10K(2-83)2.6.4動(dòng)態(tài)分析：UgsUiUgsgmUoIdrirosgR2R1RGRL

dRLRD(2-84)ro=RD=10KsgR2R1RGRL

dRLRD(2-85)2.6.4源極輸出器：uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150K50K1M10KDSC2G10K(2-86)微變等效電路：riroro

gR2R1RGsdRLRS(2-87)求ro加壓求流法。roro

gR2R1RGsRS(2-88)§2.7多級(jí)阻容耦合放大電路2.7.1典型電路2.7.2性能分析(2-89)第一級(jí)第二級(jí)第n-1級(jí)第n級(jí)輸入輸出功放級(jí)耦合耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合。(2-90)設(shè):

1=2=50,rbe1=2.9K,rbe2=1.7K2.7.1典型電路+UCCRS1M(+24V)R120KUi27KC2C3R3R2RLRE282K43K10K8KUo10KC1RC2T1RE1CET2US前級(jí)后級(jí)(2-91)對(duì)耦合電路要求：要求動(dòng)態(tài):

傳送信號(hào)減少壓降損失

耦合電路：靜態(tài)：保證各級(jí)Q點(diǎn)設(shè)置波形不失真(2-92)阻容耦合電路的頻率特性fA耦合電容造成三極管結(jié)電容造成(2-93)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=RL1ri2Uo1Ui22.7.2性能分析+UCCRS1M(+24V)R120KUi27KC2C3R3R2RLRE282K43K10K8KUo10KC1RC2T1RE1CET2US(2-94)考慮級(jí)間影響2ri,

ro:概念同單級(jí)1rirori2Uo1Ui2+UCCRS1M(+24V)R120KUi27KC2C3R3R2RLRE282K43K10K8KUo10KC1RC2T1RE1CET2US(2-95)解:

1.微變等效電路:RE1R2R3RC2RLRSR1ri2Uo1Ui2+UCCRS1M(+24V)R120KUi27KC2C3R3R2RLRE282K43K10K8KUo10KC1RC2T1RE1CET2US(2-96)2.動(dòng)態(tài)參數(shù)：1ri=R1//[rbe1+（

+1)RL1]其中RL1

=RE1//ri2=RE1//R2//R3//rbe1=RE1//RL1=RE1//ri2=27//1.7

1.7K

ri

=1000K//(2.9+51×1.7)K

82K2ro=RC2=10KRE1R2R3RC2RLRSR1(2-97)3中頻電壓放大倍數(shù):其中：

RE1R2R3RC2RLRSR1(2-98)RE1R2R3RC2RLRSR1(2-99)§2.8

差動(dòng)放大電路2.8.1.直接耦合放大電路的特殊問題2.8.2基本型差動(dòng)放大器2.8.3雙電源長(zhǎng)尾式差放2.8.4恒流源式差放2.8.5差動(dòng)電路的幾種接法(2-100)2.8.1直接耦合電路的特殊問題特殊問題:R2、RE2:為設(shè)置合適的Q點(diǎn)而增加。1.前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響:+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2(2-101)2.零點(diǎn)漂移:uot0當(dāng)ui=0

時(shí)：特殊問題:uiRC1R1T1R2+UCCuoRC2T2RE2有時(shí)會(huì)將信號(hào)淹沒(2-102)1.結(jié)構(gòu):對(duì)稱2.8.2基本型差動(dòng)放大器uoui1+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui2(2-103)2.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)：uoui1+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui2(2-104)1.結(jié)構(gòu):為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器:2.8.3雙電源長(zhǎng)尾式差放ui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-UEERE(2-105)2.靜態(tài)分析:溫度TICIE

=2ICUEUBEIBIC1).RE

抑制溫度漂移ui1

=ui2

=0自動(dòng)穩(wěn)定RE:

強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔胾i1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-UEERE(2-106)2).Q點(diǎn)的計(jì)算:直流通路IC1=IC2=IC=

IB

UC1=UC2=UCC－IC×RC

UE1=UE2

=－IB×RB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1IC1IC2IBIBIEui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-UEERE(2-107)3.動(dòng)態(tài)分析:1)輸入信號(hào)分類1差模輸入:ui1=-ui2=ud差模電壓放大倍數(shù):共模輸入:2ui1

=ui2=uC共模電壓放大倍數(shù):共模抑制比:KCMRR=KCMRR(dB)=(分貝)（Common-ModeRejectionRatio)(differentialmode)(commonmode)(2-108)3任意輸入:ui1,

ui2差模分量:共模分量:uduCui1

=uC+

udui2=uC-

ud

疊加分解2ui1-

ui2=2ui1

+

ui2=例題:ui1=20mv,ui2=10mv則：ud=5mv,uc=15mv

ui1=15mv+5mv,ui2=15mv-5mv(2-109)ui

=ui1-ui2

=2ud即:2)差模輸入+UCC-UEEuiuoRCT1RBRCT2RBRERR均壓器(2-110)1RE對(duì)差模信號(hào)作用:ui1ui2ib1,ic1ib2,ic2ic1

=-ic2iRE=ie1+

ie2

=0uRE

=0ib2ib1ic2ic1iRERE對(duì)差模信號(hào)不起作用+UCC-UEEuiuoRCT1RBRCT2RBRERR(2-111)2差模信號(hào)通路:T1單邊微變等效電路

ui2ui1RRuod1

uod2uodC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBib2ib1ic1ic2uod1RBB1EC1RC

ib1ui1rbe1ib1(2-112)3放大倍數(shù):差模電壓放大倍數(shù):單邊差模放大倍數(shù):uod1RBB1EC1RC

ib1ui1rbe1ib1(2-113)若差動(dòng)電路帶負(fù)載RL(接在c1與c2之間),對(duì)于差動(dòng)信號(hào)而言，RL中點(diǎn)電位為0,所以放大倍數(shù)：總的差動(dòng)電壓放大倍數(shù)：(2-114)ro=2RCr