第2章 放大電路.ppt

1、第2章 放大電路,三極管的結構和放大作用 共射放大電路組成、工作原理、性能特點及分析方法 射極輸出器基本特點 多級放大電路組成及分析,學習要點,2.1 共射放大電路,2.1.1 單管共射放大電路的組成,放大的實質：用較小的信號去控制較大的信號。,共發(fā)射極放大電路的實用電路,2.2 共射放大電路的分析,靜態(tài)是指無交流信號輸入時，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。,直流通路：耦合電容可視為開路。,2.2.1 放大電路的靜態(tài)分析,(IB,UBE) 和( IC,U

2、CE )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。,為什么要設置靜態(tài)工作點？,放大電路建立正確的靜態(tài)工作點，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。,動態(tài)是指放大電路在接入交流信號后，電路中的各處電流、電壓的變化情況，動態(tài)分析是為了了解放大信號的傳輸過程和波形變化。,結論在動態(tài)工作時,放大電路中的各處電流、電壓都是在靜態(tài)(直流)工作點的基礎上疊加一個正弦交流分量。電路中同時存在直流分量和交流分量，這是放大電路的特點。,2.2.2 放大電路的動態(tài)分析,符號說明,交流通路：（ui單獨作用下的電路）。由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當于短路），直流電源UCC去掉（短接）。,

3、（1）用估算法求出基極電流IBQ（如40A）。 （2）根據(jù)IBQ在輸出特性曲線中找到對應的曲線。 （3）作直流負載線。根據(jù)集電極電流IC與集、射間電壓UCE的關系式UCE=UCCICRC可畫出一條直線，該直線在縱軸上的截距為UCC/RC，在橫軸上的截距為UCC，其斜率為1/ RC ，只與集電極負載電阻RC有關，稱為直流負載線。 （4）求靜態(tài)工作點Q，并確定UCEQ、ICQ的值。晶體管的ICQ和UCEQ既要滿足IB=40A的輸出特性曲線，又要滿足直流負載線，因而晶體管必然工作在它們的交點Q，該點就是靜態(tài)工作點。由靜態(tài)工作點Q便可在坐標上查得靜態(tài)值ICQ和UCEQ。,1 靜態(tài)圖解法,IB=40A的

4、輸出特性曲線,由UCE=UCCICRC所決定的直流負載線,兩者的交點Q就是靜態(tài)工作點,過Q點作水平線，在縱軸上的截距即為ICQ,過Q點作垂線，在橫軸上的截距即為ICQ,圖解步驟： （1）根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點Q。 （2）根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB。 （3）作交流負載線。 （4）由輸出特性曲線和交流負載線求iC和uCE。,動態(tài)圖解法,從圖解分析過程，可得出如下幾個重要結論： （1）放大器中的各個量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量兩部分組成。 （2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔開，放大器的輸出電壓uo等于uCE中的交流分量uce，且與輸入電壓

5、ui反相。 （3）放大器的電壓放大倍數(shù)可由uo與ui的幅值之比或有效值之比求出。負載電阻RL越小，交流負載電阻RL也越小，交流負載線就越陡，使Uom減小，電壓放大倍數(shù)下降。 （4）靜態(tài)工作點Q設置得不合適，會對放大電路的性能造成影響。若Q點偏高，當ib按正弦規(guī)律變化時，Q進入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo（即uce）的負半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點偏低，則Q進入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。,非線性失真,用微變等效法分析放大電路,基本思路,把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一

6、個線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點附近的小范圍內，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。,（1）三極管的微變等效電路,輸入特性曲線在Q點附近的微小范圍內可以認為是線性的。當uBE有一微小變化UBE時，基極電流變化IB，兩者的比值稱為三極管的動態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即：,微變等效電路法,輸出特性曲線在放大區(qū)域內可認為呈水平線，集電極電流的微小變化IC僅與基極電流的微小變化IB有關，而與電壓uCE無關，故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個受ib控制的電流源，即：,

7、（2）放大電路微變等效電路,放大電路的微變等效電路,電壓放大倍數(shù),式中RL=RC/RL。當RL=（開路）時,動態(tài)性能指標,輸入電阻,Ri,輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號源的負擔，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號源內阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在幾百歐到幾千歐，一般認為是較低的，并不理想。,輸出電阻,對于負載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負載能力越強，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾

8、十千歐，一般認為是較大的，也不理想。,求：1. 靜態(tài)工作點。 2.電壓增益AU、輸入電阻Ri、 輸出電阻R0 。 3. 若輸出電壓的波形出現(xiàn)如 下失真 ，是截止還是飽和 失真？應調節(jié)哪個元件？ 如何調節(jié)？,解：1 .,2. 思路：微變等效電路,AU、Ri 、R0,溫度對靜態(tài)工作點的影響,溫度升高,UBE減小,ICBO增大,增大,IC增大,2.3 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定電路,溫度對UBE的影響,T,UBE曲線左移,IB,IC,溫度對值及ICEO的影響,總的效果是：,溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移。,常采用分壓偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。電路見下頁。,條件：I2IB，則,與溫度基本無關。,調節(jié)

9、過程：,靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大電路,電容短路,直流電源短路，畫出交流通道,交流通道及微變等效電路,交流通道,微變等效電路,微變等效電路及電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計算,Ri= Rb1/ Rb2/ rbe,Ro= RC,電容CE的作用：,例題：,例：圖示電路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。,解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點,（2）求電壓放大倍數(shù),（3）求輸入電阻和輸出電阻,2.4 基本放大電路,2.4.1 共集電極放大電路,靜態(tài)分析,直流通道及靜態(tài)工作點分析：

10、,VCC=IBRb+ UBE +IERe =IBRb+ UBE +(1+ ）IBRe,IC= IB,2.6.2 動態(tài)分析,交流通道及微變等效電路,交流通道及微變等效電路,2、輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器，或者射極跟隨器。,討論,輸出電壓與輸入電壓近似相等，電壓未被放大，但是電流放大了，即輸出功率被放大了。,Au,（2）輸入電阻,（3）、輸出電阻,用加壓求流法求輸出電阻。,置0,保留,輸出電阻,（加電壓求流法）,ro=Re/,rbe,1+ ,當RS=0時,r,o,b,+,+,=,1,R,r,/,R,s,be,E,射極輸出器的特點：電壓放大倍數(shù)=1， 輸入阻抗高，輸出阻抗小。

11、,例 在射極輸出器中 已知 UCC = 12V， RB = 240k， RE = 3k， RL = 6k， RS = 150， = 50 。,RS,uS,+,RL,iC,iB,T,C2,C1,+,+,RB,RE,+UCC,+,uO,（1）靜態(tài)工作點,（2）Au、ri 和 r0,ri = RB / rbe+ （1+）RL ,= 240 / 1.2+ （1+50）（2/6） = 72.17k,= 1.20k,例：圖示電路，已知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100 ，=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。,解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點,共

12、基放大電路的微變等效電路,電路圖 (b) 交流通路,2.4.2 共基電路,2.5 多級放大電路,2.5.1 多級放大電路的組成,2.8.2 多級放大電路的耦合,各極之間通過耦合電容及下級輸入電阻連接。優(yōu)點：各級靜態(tài)工作點互不影響，可以單獨調整到合適位置；且不存在零點漂移問題。缺點：不能放大變化緩慢的信號和直流分量變化的信號；且由于需要大容量的耦合電容，因此不能在集成電路中采用。,1阻容耦合放大電路,阻容耦合放大電路分析,（1）靜態(tài)分析：各級單獨計算。,（2）動態(tài)分析 電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積。,注意：計算前級的電壓放大倍數(shù)時必須把后級的輸入電阻考慮到前級的負載電阻之中。如計算第一

13、級的電壓放大倍數(shù)時，其負載電阻就是第二級的輸入電阻。 輸入電阻就是第一級的輸入電阻。 輸出電阻就是最后一級的輸出電阻。,2.5.3 直接耦合放大電路,優(yōu)點：能放大變化很緩慢的信號和直流分量變化的信號；且由于沒有耦合電容，故非常適宜于大規(guī)模集成。 缺點：各級靜態(tài)工作點互相影響；且存在零點漂移問題。 零點漂移：放大電路在無輸入信號的情況下，輸出電壓uo卻出現(xiàn)緩慢、不規(guī)則波動的現(xiàn)象。 產生零點漂移的原因很多，其中最主要的是溫度影響。,2.5.4 差動放大電路,4.3.1 基本差動放大電路,抑制零漂的方法有多種，如采用溫度補償電路、穩(wěn)壓電源以及精選電路元件等方法。最有效且廣泛采用的方法是輸入級采用差動

14、放大電路。,在發(fā)射極電阻RE的作用：是為了提高整個電路以及單管放大電路對共模信號的抑制能力。,負電源UEE的作用：是為了補償RE上的直流壓降，使發(fā)射極基本保持零電位。,靜態(tài)時，uil=ui20 ，此時由負電源UEE通過電阻RE和兩管發(fā)射極提供兩管的基極電流。由于電路的對稱性，兩管的集電極電流相等，集電極電位也相等，即： IC1= IC2 UC1= UC2 輸出電壓： uo UC1 UC2=0 溫度變化時，兩管的集電極電流都會增大，集電極電位都會下降。由于電路是對稱的，所以兩管的變化量相等。即： IC1= IC2 UC1= UC2 輸出電壓： uo (UC1 + UC1)( UC2 +UC2 )

15、=0 即消除了零點漂移。,1抑制零點漂移的原理,2信號輸入,共模信號：兩輸入端加的信號大小相等、極性相同。,共模電壓放大倍數(shù)：,說明電路對共模信號無放大作用，即完全抑制了共模信號。實際上，差動放大電路對零點漂移的抑制就是該電路抑制共模信號的一個特例。所以差動放大電路對共模信號抑制能力的大小，也就是反映了它對零點漂移的抑制能力。,（1）共模輸入,因兩側電路對稱，放大倍數(shù)相等，電壓放大倍數(shù)用Ad表示，則：,差模信號：兩輸入端加的信號大小相等、極性相反。,差模電壓放大倍數(shù)：,可見差模電壓放大倍數(shù)等于單管放大電路的電壓放大倍數(shù)。差動放大電路用多一倍的元件為代價，換來了對零漂的抑制能力。,（2）差模輸入

16、,（3）比較輸入,比較輸入：兩個輸入信號電壓的大小和相對極性是任意的，既非共模，又非差模。 比較輸入可以分解為一對共模信號和一對差模信號的組合，即：,式中uic為共模信號，uid為差模信號。由以上兩式可解得：,對于線性差動放大電路，可用疊加定理求得輸出電壓：,上式表明，輸出電壓的大小僅與輸入電壓的差值有關，而與信號本身的大小無關，這就是差動放大電路的差值特性。 對于差動放大電路來說，差模信號是有用信號，要求對差模信號有較大的放大倍數(shù)；而共模信號是干擾信號，因此對共模信號的放大倍數(shù)越小越好。對共模信號的放大倍數(shù)越小，就意味著零點漂移越小，抗共模干擾的能力越強，當用作差動放大時，就越能準確、靈敏地

17、反映出信號的偏差值。,共模抑制比越大，表示電路放大差模信號和抑制共模信號的能力越強。,在一般情況下，電路不可能絕對對稱，Ac0。為了全面衡量差動放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力，引入共模抑制比，以KCMR表示。 共模抑制比定義為Ad與Ac之比的絕對值，即：,或用對數(shù)形式表示：,恒流源比發(fā)射極電阻RE對共模信號具有更強的抑制作用。,差動放大電路的改進,差動放大電路的四種接法及應用,雙端輸入單端輸出式電路的輸出uo與輸入ui1極性（或相位）相反，而與ui2極性（或相位）相同。所以uil輸入端稱為反相輸入端，而ui2輸入端稱為同相輸入端。雙端輸入單端輸出方式是集成運算放大器的基本輸入輸出方式

18、。,單端輸入式差動放大電路的輸入信號只加到放大器的一個輸入端，另一個輸入端接地。由于兩個晶體管發(fā)射極電流之和恒定，所以當輸入信號使一個晶體管發(fā)射極電流改變時，另一個晶體管發(fā)射極電流必然隨之作相反的變化，情況和雙端輸入時相同。此時由于恒流源等效電阻或發(fā)射極電阻RE的耦合作用，兩個單管放大電路都得到了輸入信號的一半，但極性相反，即為差模信號。所以，單端輸入屬于差模輸入。,單端輸出式差動電路，輸出減小了一半，所以差模放大倍數(shù)亦減小為雙端輸出時的二分之一。此外，由于兩個單管放大電路的輸出漂移不能互相抵消，所以零漂比雙端輸出時大一些。由于恒流源或射極電阻RE對零點漂移有極強烈的抑制作用，零漂仍然比單管放大電路小得多。所以單端輸出時仍常采用差動放大電路，而不采用單管放大電路。,2.5.5 多級放大電路的頻率特性和頻率失真,中頻段：電壓放大倍數(shù)近似為常數(shù)。 低頻段：耦合電容和發(fā)射極旁