基本放大電路

本章介紹各種分立元件放大電路的組成、工作原理、分析方法。15.1簡(jiǎn)單放大電路的組成一、放大電路的基本概念將微弱電信號(hào)進(jìn)行放大的電路。以擴(kuò)音機(jī)為例。1、放大電路的兩個(gè)特點(diǎn)A．輸出信號(hào)與輸出信號(hào)的變化規(guī)律相同B．輸出功率大于輸入功率2、放大電路的分類按所放大的物理量的不同，可分為電壓放大電路電流放大電路功率放大電路按耦合方式的不同，可分為阻容耦合放大電路變壓器耦合放大電路直接耦合放大電路3、放大電路的主要指標(biāo)以交流電壓放大電路為例A．電壓放大倍數(shù)B．輸入電阻C．輸出電阻放大電路的輸出端可等效為一個(gè)電壓源。其內(nèi)阻ro稱為放大電路的輸出電阻。4、放大電路的文字符號(hào)A．直流、靜態(tài)值用大寫字母大寫下標(biāo)表示。如EC、EB、UCC、UCE、UBE、IB、IC、IEB．交流分量瞬時(shí)值用小寫字母小寫下標(biāo)表示。如ui、uo、uce、ube、ib、ic、ieC．交流分量有效值用大寫字母小寫下標(biāo)表示。如Ui、Uo、Uce、Ube、Ii、Io、Ib、Ic、IeD．交流相量用大寫字母上加圓點(diǎn)和小寫下標(biāo)表示。如、、、、、、、、E．總電壓或總電流用小寫字母大寫下標(biāo)表示。如uCE、uBE、iB、iC、iE二、簡(jiǎn)單交流放大電路的組成1、各元件的作用A．晶體管T放大元件。利用其電流放大作用，可在集電極獲得較大的電流。此電流受輸入信號(hào)的控制。B．集電極電阻RC把集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。C．集電極電源EC放大器的能源。并使C結(jié)反偏。D．基極電源EB和基極電阻RB使E結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)腎B。E．耦合電容C1、C2阻止直流，讓交流通過(guò)。2、電源的簡(jiǎn)化和放大電路的習(xí)慣畫法A．電源的簡(jiǎn)化可省去EB，用EC和適當(dāng)?shù)腞B，也可獲得合適的IB，使T工作于放大狀態(tài)。B．習(xí)慣畫法選ui和uo的公共點(diǎn)為參考點(diǎn)，則電源可采用電位標(biāo)注。由于這種放大電路ui和uo的公共點(diǎn)是發(fā)射極，故稱之為共發(fā)射極放大電路。三、直流通道和靜態(tài)分析1、直流通道2、靜態(tài)分析確定ui=0時(shí)IB、IC和UCE的直流值（靜態(tài)值）當(dāng)UCC＞＞UBE時(shí)由于IB基本穩(wěn)定，故又把這種放大電路稱為固定偏置共發(fā)射極放大電路。四、交流通道和動(dòng)態(tài)分析1、交流通道2、動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析是指求放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等。以求電壓放大倍數(shù)為例。設(shè)B、E間的交流電阻為rbe，則電壓放大倍數(shù)晶體管在小信號(hào)工作狀態(tài)時(shí)由于rbe較小，β＞＞1，適當(dāng)選擇RC和RL，可使Au＞＞1。例放大電路如圖。已知RB=300k，RC=4k，晶體管的β=37.5。⑴求靜態(tài)值；⑵當(dāng)時(shí)，uo=？解⑴⑵五、波形分析略15.2放大電路的圖解法圖解法不僅可直觀地看出放大電路是怎樣放大信號(hào)的，而且可看出靜態(tài)值對(duì)輸出波形失真的影響。本節(jié)以上節(jié)介紹的簡(jiǎn)單放大電路為例，討論放大電路的圖解法。一、用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)（靜態(tài)分析）1、直流負(fù)載線簡(jiǎn)單放大電路的直流通道為由此可得這是一條反映UCE隨IC變化的直線，稱為直流負(fù)載線?？稍谳敵鎏匦灾凶鞒觥７椒ㄈ缦拢毫領(lǐng)C=0，則UCE=UCC；再令UCE=0，則IC=UCC/RC。直流負(fù)載線的斜率2、確定靜態(tài)工作點(diǎn)直流負(fù)載線與靜態(tài)基極電流IB所對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q表示。Q在縱軸上的投影即為靜態(tài)IC，在橫軸上的投影即為靜態(tài)UCE。二、用圖解法求電壓放大倍數(shù)（動(dòng)態(tài)分析）1、作iB波形由輸入特性曲線和ui做出2、作iC波形由輸出特性曲線和iB做出。3、作直流負(fù)載線確定靜態(tài)工作點(diǎn)4、作交流負(fù)載線過(guò)Q點(diǎn)作斜率為的直線即為交流負(fù)載線。5、作uCE的波形6、求電壓放大倍數(shù)三、靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響1、Q偏低易截止失真2、Q偏高易飽和失真四、靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇原則1、根據(jù)交流負(fù)載線考慮。2、ui較大時(shí)，應(yīng)選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。這樣，既可防止截止失真，又可防止飽和失真。3、ui較小時(shí)，可選低一點(diǎn)，以不出現(xiàn)截止失真為原則。這樣既可減小耗電量，又可減小噪聲。五、圖解法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)：直觀。缺：麻煩，晶體管在小信號(hào)下工作時(shí)誤差較大。因此，小信號(hào)放大電路一般采用下一節(jié)介紹的微變等效電路分析法。放大電路的微變等效電路分析法把非線性的放大電路等效為線性電路的分析方法。一、晶體管的微變等效電路晶體管是非線性元件。工作于小信號(hào)線性區(qū)時(shí)，對(duì)交流信號(hào)而言，可等效為線性元件。B、E之間可用一線性電阻rbe代替稱為晶體管的輸入電阻，對(duì)于小功率管或C、E之間可用一受控電流源ic代替于是二、放大電路的微變等效電路把放大電路中的晶體管用其微變等效電路代替，直流電源和耦合電容視為短路，所畫出的電路，即為放大電路的微變等效電路。三、用微變等效電路分析計(jì)算放大電路可用電工技術(shù)的方法分析計(jì)算。以簡(jiǎn)單交流放大電路為例。1、畫微變等效電路可先畫交流通道，再畫微變等效電路。2、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算由微變等效電路可列出故電壓放大倍數(shù)3、輸入電阻和輸出電阻的計(jì)算例放大電路如圖。已知晶體管的β=100。⑴求靜態(tài)IB、IC和UCE；⑵畫出微變等效電路；⑶求晶體管的輸入電阻rbe；⑷求電壓放大倍數(shù)Au；⑸求輸入電阻ri和輸出電阻ro。解⑴⑵⑶⑷⑸15.4分壓式偏置共發(fā)射極放大電路其特點(diǎn)是可穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。一、穩(wěn)定工作點(diǎn)原理只要合理選擇RB1和RB2，使I2＞＞IB，就能使基本穩(wěn)定。從而使基本穩(wěn)定。穩(wěn)定的物理過(guò)程為二、參數(shù)設(shè)計(jì)1、VB的確定2、RB1和RB2的選擇保證3、RE的計(jì)算4、RC的計(jì)算由確定，即例1分壓式偏置交流放大電路如圖。已知晶體管的β=37.5，UBE=0.7V，電源電壓UCC=12V。今要使ICmA，UCE=6V，試確定RE、RB1、RB2和RC的阻值。解由，并取，可求得由，并取，可求得又由，可求得由，得例2分壓式偏置交流放大電路如圖。已知晶體管的β=60，UBE=0.6V。⑴若IC=1.5mA,則直流電位VE、VB、VC分別為多少？并求此時(shí)RB1的阻值；⑵畫出微變等效電路；⑶求晶體管的輸入電阻rbe；⑷分別求RL=∞和RL=1kΩ時(shí)的Au；⑸求ri和ro。解⑴由得⑵⑶⑷當(dāng)RL=∞時(shí)當(dāng)RL=1k時(shí)⑸例3放大電路如圖。已知晶體管的β=100，UBE=0.6V。⑴估算靜態(tài)IB、IC和UCE；⑵求晶體管的輸入電阻rbe；⑶畫出微變等效電路；⑷求S閉合時(shí)的Au、ri和ro；⑸求S斷開時(shí)的Au、ri和ro。解⑴⑵⑶微變等效電路為⑷S閉合時(shí)⑸S斷開時(shí)15.5射極輸出器一、靜態(tài)分析1、直流通道2、靜態(tài)計(jì)算二、動(dòng)態(tài)分析1、微變等效電路2、電壓放大倍數(shù)特點(diǎn)：①電壓放大倍數(shù)小于1而接近于1；②且與同相；③和的公共點(diǎn)是E極，故又稱之為共集電極放大電路。3、輸入電阻ro大，對(duì)信號(hào)源的影響小。4、輸出電阻求輸出電阻電路ro小，負(fù)載能力大。例1求圖示(a)、(b)兩圖的輸出電壓。解(a)(b)先畫出微變等效電路又所以即經(jīng)射極輸出器后，提高了負(fù)載能力。例2兩級(jí)阻容耦合放大電路如圖。已知UCC=12V，β1=60，UBE1=0.6V，RB1=200kΩ，RE1=2kΩ，β2=37.5，UBE2=0.6V，，，RE2 =2kΩ，RL=6kΩ。⑴求前后級(jí)的靜態(tài)值；⑵求ri和ro;⑶求Au1、Au2和Au。解阻容耦合多級(jí)放大電路計(jì)算要點(diǎn)：靜態(tài)值可分級(jí)計(jì)算；，。⑴前級(jí)的靜態(tài)值為后級(jí)的靜態(tài)值為⑵晶體管T1、T2的輸入電阻分別為放大器的微變等效電路為前級(jí)的負(fù)載電阻為放大器的輸入電阻為放大器的輸出電阻為⑶前級(jí)的電壓放大倍數(shù)為后級(jí)的負(fù)載電阻為后級(jí)的電壓放大倍數(shù)為總的電壓放大倍數(shù)為15.6差分放大電路差分放大電路是一種直接耦合放大電路。是為了抑制零點(diǎn)漂移而發(fā)展起來(lái)的。電路完全對(duì)稱。并盡可能使，一、靜態(tài)分析除去ui1和ui2（視為短路），即為直流通道。由直流通道可二、共模輸入和零漂的抑制大小相等，極性相同的信號(hào)成為共模信號(hào)。在兩個(gè)輸入端輸入共模信號(hào)，稱為共模輸入。1、雙端輸出情況設(shè)ui增大△UI，則兩管集電極電位分別增大△VC1和△VC2，輸出電壓的增量為由于電路對(duì)稱，，，故共模電壓放大倍數(shù)1、單端輸出情況當(dāng)ui增大△UI時(shí)由于電路對(duì)稱，故由于RE的作用，Ac1和Ac2均很小。3、零漂的抑制原理溫度的變化，相當(dāng)于共模輸入，故可有效抑制零漂。三、差模輸入有單端輸入和雙端輸入兩種方式。動(dòng)態(tài)指標(biāo)只與輸出方式有關(guān)。1、單端輸出由得差模電壓放大倍數(shù)2、雙端輸出由于一管的VC降低，另一管的VC升高，故四、共模抑制比Ad與Ac之比，即雙端輸出時(shí)，在理想情況下，Ac=0，故。單端輸出時(shí)，適當(dāng)增大RE，也可獲得很大的KCMRR。由于KCMRR很大，故通常用對(duì)數(shù)表示：dB例子在圖示差分放大電路中，β=50，UBE=0.7V，ui1=7mA，ui2=3mA。⑴計(jì)算靜態(tài)IB、IC、VE、VC和VB；⑵把ui1、ui2分解為共模分量uic1、uic2和差模分量uid1、uid2；⑶求單端共模輸出uoc1、uoc2；⑷求單端差模輸出uod1、uod2；⑸求單端總輸出uo1、uo2；(6)求雙端共模輸出uoc、求雙端差模輸出uod和雙端總輸出uo。解⑴⑵⑶⑷⑸(6)15.7功率放大電路一、分類1、變壓器耦合：?jiǎn)喂?、推?、阻容耦合：OTL3、直接耦合：OCL二、OTL1、射極輸出器的功率放大作用由和可知未經(jīng)射極輸出器時(shí)，Uo較小，故P較小；經(jīng)射極輸出器時(shí)，Uo較大，故P也較大。存在的問(wèn)題：RE上損耗的功率太大。2、OTL基本電路T1、T2特性基本相同，。靜態(tài)時(shí)。正半周時(shí)，T1工作，T2截至。正半周時(shí)，T2工作，T1截至。截至管的