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1、第5章 基本放大电路,5.1 电压放大电路,5.6 功率放大电路,5.5 差动放大电路,5.4 多级放大电路,5.2 射级输出器,5.3 场效应管放大电路,本章要求,1. 了解放大电路的基本性能指标，了解多级放大 的概念 2. 掌握共射极、共集电极单管放大电路静态工作 点的作用和简化微变等效电路的分析方法 3. 了解基本的互补对称功率放大电路的工作原理 4. 了解差分放大电路的工作原理,放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的放大成较大的信号。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,Au,5.1 电压放大电路,ui,uo,两种基本放大电路,共射极放大电路
2、,共集电极放大电路,5.1.1 电路组成和工作原理,UA 大写字母、大写下标，表示直流量或直流分量。,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,符号规定,共射极放大电路,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,作用：提供适当的静态工作点。,基极电阻,集电极电源：为电路提供能量。并保证集电结反偏。,共射极放大电路,集电极电阻：将变化的电流转变为变化的电压。,共射极放大电路,耦合电容： 电解电容，有极性。 大小为10F50F,作用：隔离直流：使放大电路与信
3、号源以及负载之间的直流通路隔离。交流耦合：沟通放大电路与信号源以及负载之间的交流通路。,共射极放大电路,静态：输入端未加输入信号时，放大电路的工作状 态。放大电路为直流电路 动态：输入端加上输入信号时，放大电路的工作状 态。此时放大电路为交、直流混合电路 实际工作在动态情况下：注意分析电路中的各电量（电流、电压）为直流电量、交流电量或交直流混合电量,共射极放大电路分析,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,放大电路中各点的电压或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，即对交流短路。而对直流可以看成开路，交直
4、流所走的通道是不同的,交流通路：只考虑交流信号的分电路。除去直流源、电容相当于短路 直流通路：只考虑直流信号的分电路。除去交流源、电容相当于开路,直流通路和交流通路,例：,对直流信号（只有+UCC）,用于静态分析,+,+,对交流信号（输入信号ui）,用于动态分析,+,+,ui=0时,由于电源的存在 IB0,IC0,IB,IC,IE=IB+IC,+,+,5.1.2 放大电路的静态分析,IB,IC,( IC,UCE ),(IB,UBE),+,+,(IB,UBE) 和( IC,UCE )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,IB,UBE,UCE,IC,（1）根据直流通道估算IB,IB,
5、UBE,RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流,一、估算法,（2）根据直流通路估算IC 、 UCE,IC,UCE,UCE=UCCICRC,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=UCCICRC,UCC,直流 负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,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,UCC,例：用估算法计算静态工作点。,已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级,5.1.3 放大电路的动态分析,主要目的：
6、研究放大电路的放大效果 主要指标：电压放大倍数 Au 输入电阻 ri 输出电阻 ro,输入为正弦交流信号时,一、微变等效电路法,把三极管线性化，等效为一个线性元件。此时整个放大电路等效为一个线性电路。对其进行分析计算 微变等效电路法的条件： 在小信号的条件下，且三极管工作在放大区,从输入回路看当信号很小时，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：,1.三极管的微变等效电路,从输出回路看,所以：,输出端相当于一个受ib 控制的电流源。,ube,ib,uce,ic,ube,uce,ic,c,
7、b,e,三极管的微变等效电路,微变等效电路,将交流通路中的三极管用微变等效电路代替:,2.放大电路的微变等效电路,动画：放大电路的微变等效电路,放大电路电压放大倍数的计算,特点：负载电阻越小，放大倍数越小,放大电路输入电阻的计算,放大电路对于信号源而言，相当于一个负载，可用电阻等效代替，这个电阻是信号源的负载电阻，也是放大电路的输入电阻ri,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望输入电阻大一些,放大电路输出电阻的计算,对于负载RL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
8、有受控源 的电路不适用）,（2）所有独立电源置零，保留受控源，加压求流 法,求输出电阻：,一般总是希望输出电阻小一些,IB ( ),二、图解法,各点波形,uC,动画：放大电路的动态波形,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，放大电路产生失真。,失真,失真,线性失真：输入信号过大引起的失真 非线性失真：由特性的非线性引起的失真 截止失真：由于晶体管有一段时间进入截止状态引起的失真 饱和失真：由于晶体管有一段时间进入饱和状态引起的失真,为了得到尽量大的输出信号，要把静态工作点设置在交流负载线的中间部分。如果静态工作点设置不
9、合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。,uo,可输出的最大不失真信号,选择静态工作点,失真原因的分析,uo,1. Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生截止失真,截止失真,2. Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生 饱和失真,饱和失真,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,实现放大的条件,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，外界条件（如温度）的变化严重影响静态工
10、作点的位置,对于前面的固定偏置电路而言，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,5.1.4 静态工作点的稳定,一、温度对UBE的影响,二、温度对 值及ICEO的影响,T,、 ICEO,IC,温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移,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,分压式偏置电路,RE射极直流
11、负反馈电阻,CE 交流旁路电容,一、静态分析,+,+,T,IC,VE,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,1. 静态工作点稳定的原理,2. 求静态工作点,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,VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围,I2= (5 10) IB，VB= (5 10) UBE,2. 求静态工作点,例：已知=50， UCC=12V， RB1=7.5k， RB2=2.5k， RC=2k， RE=1k， 求该电路的静态工作点。,+,+,+,二、动态分析
12、,问题：Au 和 Aus 的关系如何？,定义：,5.2 射极输出器(共集电极电路),+,+,动画：射极输出器,IB,IE,折算,5.2.1 静态分析,5.2.2 动态分析,+,+,1. 电压放大倍数,1.,所以,但是，具有一定电流和功率放大作用,2.,输入输出电压同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器,结论：,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且取得的信号大,3. 输出电阻,用加压求流法求输出电阻,一般：,所以：,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强,带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变,例：已知射极输出器的参数如下：RB=570k，R
13、E=5.6k，RL=5.6k，=100，UCC=12V,求Au 、 ri和ro 设：RS=1 k， 求：Aus 、 ri和ro 3 . RL=1k或时，求Au,+,+,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，UCC=12V,+,+,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，UCC=12V,1. 求Au 、 ri和ro,rbe=2.8 k，RS=0,2. 设：RS=1 k， 求：Aus 、 ri和ro,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，UCC=12V,rbe=2.8 k，RS=1k ,RL=1k时,3. RL=1k和时，求Au,比较：空载
14、时, Au=0.995 RL=5.6k时, Au=0.990 RL=1k时, Au=0.967,RL=时,射极输出器 带负载能力强,1. 将射极输出器放在电路的初级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。,2. 将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。,3. 将射极输出器放在电路的两级之间，称为缓冲级或中间隔离级，可以起到电路的匹配作用。,射极输出器的应用,5.3 场效应管放大电路,1. 电路结构,分压式偏置电路,偏置电阻RG1、RG2： 偏置电阻也称分压电阻，与RS 配合为放大电路提供合适的静态工作点,源极电阻RS： 稳定静态工作点，其阻值约几千欧,栅极电阻RG： 构成栅源
15、极间的直流通路，RG 阻值过小，将影响放大电路的输入电阻，其阻值约为200 k10 M,漏极电阻RD： 使放大电路具有电压放大功能，其阻值约为几十千欧,电源UDD： 为放大电路提供能量,耦合电容C1、C2： 用以隔直和传递信号，其容量一般为0.010.047 F左右,2、静态分析,微变等电路图,电压放大倍数,式中，输出电压,。,3、动态分析,输入电阻,输出电阻,耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。,5.4 多级放大电路,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。,设: 1=2=50, rbe1
16、 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k,典型电路,求: A、ri 、 ro,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,性能分析,考虑级间影响,ri,ro,(1),ri2,微变等效电路,1. 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+511.7) 82k,2. ro = RC2= 10k,3. 电压放大倍数:,其中：,多级阻容耦合放大器的特点,由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算 (2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压 (3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻 (4) 总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积 (5) 总输
