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1、电子技术,第二章 基本放大电路,模拟电路部分,1,第二章 基本放大电路,2.1 概论 2.2 放大电路的组成和工作原理 2.3 放大电路的分析方法 2.4 静态工作点的稳定 2.5 射极输出器 2.6 场效应管放大电路 2.7 阻容耦合多级放大电路 2.8 差动放大电路,2, 2.1 概论,2.1.1 放大的概念,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：,ui,uo,Au,3,2.1.2 放大电路的性能指标,一、电压放大倍数Au,Ui 和Uo 分别是输入和输出电压的有效值。,二、输入电阻ri,
2、放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。,Au,Ii,Ui,4,三、输出电阻ro,放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,5,如何确定电路的输出电阻ro ？,步骤：,1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。,2. 加压求流法。,U,I,方法一：计算。,6,方法二：测量。,Uo,1. 测量开路电压。,2. 测量接入负载后的输出电压。,步骤：,3. 计算。,7,四、通频带,Aum,0.7
3、Aum,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线,8,2.1.3 符号规定,UA,大写字母、大写下标，表示直流量。,uA,小写字母、大写下标，表示全量。,ua,小写字母、小写下标，表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,9, 2.2 基本放大电路的组成和工作原理,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,10,2.2.1 共射放大电路的基本组成,放大元件iC= iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,ui,uo,输入,输出,？,参考点,11,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,12,集电极
4、电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,13,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。,基极电源与基极电阻,14,耦合电容,隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,15,可以省去,电路改进：采用单电源供电,16,RB,17,2.2.2 基本放大电路的工作原理,ui=0时,由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,一、静态工作点,18,IBQ,ICQ,UBEQ,UCEQ,( ICQ,UCEQ ),(IBQ,UBEQ),19,(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。,Q,IBQ,UBEQ,Q,UC
5、EQ,ICQ,20,IB,uCE怎么变化,？,假设uBE有一微小的变化,21,uCE的变化沿一条直线,uce相位如何,？,uce与ui反相！,22,各点波形,23,实现放大的条件,1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。,2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。,3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。,4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。,24,2.3 放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,25,2.3.1 直流通道和交流通道,放大电路中各点的电压或
6、电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。,但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。,26,例：,对直流信号（只有+EC）,开路,开路,27,对交流信号(输入信号ui),短路,短路,置零,28,一、直流负载线,IC,UCE,UCEIC满足什么关系？,1. 三极管的输出特性。,2. UCE=ECICRC 。,EC,Q,直流 负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,2.3.2 直流负
7、载线和交流负载线,29,二、交流负载线,ic,其中：,uce,30,iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系,所以：,这条直线通过Q点，称为交流负载线。,31,交流负载线的作法,EC,Q,IB,过Q点作一条直线，斜率为：,交流负载线,32,2.3.3 静态分析,一、估算法,（1）根据直流通道估算IB,IB,UBE,RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,33,（2）根据直流通道估算UCE、IB,IC,UCE,34,二、图解法,先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。,Q,EC,35,例：用估算法计算静态工作点。,已
8、知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级。,36,2.3.4 动态分析,一、三极管的微变等效电路,1. 输入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,iB,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。,rbe的量级从几百欧到几千欧。,对于小功率三极管：,37,2. 输出回路,所以：,(1) 输出端相当于一个受ib 控制的电流源。,近似平行,(2) 考虑 uCE对 iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,38,ube,ib,uce,ic,ube,uce,ic,rce很大， 一般忽略。,3. 三极
9、管的微变等效电路,等效,c,b,e,39,二、放大电路的微变等效电路,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:,40,三、电压放大倍数的计算,特点：负载电阻越小，放大倍数越小。,41,四、输入电阻的计算,对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,42,五、输出电阻的计算,对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方法：,(1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。,(2) 所有独
10、立电源置零，保留受控源，加压求流法。,43,所以：,用加压求流法求输出电阻：,0,0,44,2.3.5 失真分析,在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。,为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。,45,uo,可输出的最大不失真信号,选择静态工作点,ib,46,uo,1. Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生 截止失真,输出波形,47,2. Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生 饱和失真,48,2.4 静态工作点的稳
11、定,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、 和ICEO 决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。,T,UBE,ICEO,Q,49,一、温度对UBE的影响,50C,T,UBE,IB,IC,50,二、温度对 值及ICEO的影响,T,、 ICEO,IC,Q,总的效果是：,温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。,51,小结：,固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度
12、升高、 IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。,52,分压式偏置电路：,一、静态分析,53,54,可以认为与温度无关。,似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。,55,T,UBE,IB,IC,UE,IC,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,56,二、动态分析,+EC,uo,57,CE的作用：交流通路中， CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。,问题1：如果去掉CE，放大倍数怎样？,58,去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：,59,问
13、题2：如果电路如下图所示，如何分析？,60,静态分析：,直流通路,61,动态分析：,交流通路,62,交流通路：,微变等效电路：,63,问题：Au 和 Aus 的关系如何？,定义：,64, 2.5 射极输出器,65,一、静态分析,IB,IE,折算,66,二、动态分析,67,1. 电压放大倍数,68,1.,所以,但是，输出电流Ie增加了。,2.,输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,结论：,69,2. 输入电阻,输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。,70,3. 输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,ro,电源置0,71,一般：,所以：,射极输出器的输出电阻很小
14、，带负载能力强。,72,射极输出器的使用,1. 将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。,2. 将射极输出器放在电路的末级，可以降 低输出电阻，提高带负载能。,3. 将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。,73, 2.6 场效应管放大电路,(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。,(2) 动态：能为交流信号提供通路。,组成原则：,分析方法：,74,2.6.1 场效应管的微变等效电路,跨导,漏极输出电阻,uGS,iD,uDS,75,很大， 可忽略。,场效应管的微变等效电路为：,76,2.6.2 场效应管的共源极放大电路,一、静态
15、分析,求：UDS和 ID。,设：UGUGS,则：UGUS,而：IG=0,所以：,77,二、动态分析,78,ro=RD=10k,79,2.6.3 源极输出器,一、静态分析,USUG,UDS=UDD- US =20-5=15V,80,二、动态分析,81,输入电阻 ri,82,输出电阻 ro,加压求流法,83,场效应管放大电路小结,(1) 场效应管放大器输入电阻很大。 (2) 场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。 (3) 场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。,84,耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。
16、,2.7 多级阻容耦合放大电路,耦合：即信号的传送。,多级放大电路对耦合电路要求：,1. 静态：保证各级Q点设置,2. 动态: 传送信号。,要求：波形不失真，减少压降损失。,85,设: 1=2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k,2.7.1 典型电路,前级,86,关键:考虑级间影响。,1. 静态: Q点同单级。,2. 动态性能:,方法:,ri2 = RL1,ri2,2.7.2 性能分析,87,考虑级间影响,1,ri,ro,88,微变等效电路:,89,1. ri = R1 / rbe1 +（ +1)RL1,其中: RL1= RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe1=RE1/RL1 = RE1/ri2= 27 / 1.7 1.7k, ri =1000/
