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1、第15章 基本放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,15.2 放大电路的静态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.6 射极输出器,*15.9 互补对称功率放大电路,*15.10 场效晶体管及其放大电路,15.3 放大电路的动态分析,*15.5 放大电路中的频率特性,*15.8 差分放大电路,*15.7 多级放大电路及其级间耦合方式,本章要求：,1. 理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点； 掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法； 3. 了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念，了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的工作原理； 4.
2、了解差分放大电路的工作原理和性能特点； 5. 了解场效晶体管的电流放大作用、主要参数的意义。,第15章 基本放大电路,放大的概念:,放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。,放大的实质:用小能量的信号通过晶体管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。,对放大电路的基本要求 ：1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。2. 尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。,本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。,15.1 基本放大电路的组成,15.1.1 共发射极基本放大电路组成,共发射极基本电路,15.1 基本放大电路的组成,15
3、.1.2 基本放大电路各元件作用,晶体管T放大元件, iC = iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区 。,基极电源EB与基极电阻RB 使发射结 处于正偏，并提供大小适当的基极电流。,共发射极基本电路,15.1 基本放大电路的组成,15.1.2 基本放大电路各元件作用,集电极电源EC 为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC 将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容C1 、C2 隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。,共发射极基本电路,负载,信号源,15.1 基本放大电路的组成,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,补充：放大电路的性能指
4、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。,Au是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。,二、输入电阻ri,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。,定义：,即：ri越大，Ii 就越小，ui就越接近uS,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。,四、通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,符号规定,UA,大写字母、大写
5、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,15.1.3 共发射极放大电路的电压放大作用,无输入信号(ui = 0)时,uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,结论：,(1) 无输入信号电压时，晶体管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE 。,(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。,UBE,无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE,？,有输入信号(ui 0)时,uC
6、E = UCC iC RC,uo 0 uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo,15.1.3 共发射极放大电路的电压放大作用,结论：,(2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,静态分析,结论：,(3) 若参数选取得当, 输出电压可比输入电压大 , 即电路具有电压放大作用。,(4) 输出电压与输入电压在相位上相差180, 即共发射极电路具有反相作用。,1. 实现放大的条件,(1) 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电 结反偏。(2) 正确设置静态工作点，使晶
7、体管工作于放大区。(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，经电容耦合只输出交流信号。,2. 直流通路和交流通路,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交、直流所走的通路是不同的。,直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。,交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,例：画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流通路用来计算静态工作点 Q ( IB、IC、U
8、CE ),对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,对交流信号(有输入信号 ui 时的交流分量),XC 0, C 可看作短路。忽略电源的内阻,电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,短路,短路,对地短路,15.2 放大电路的静态分析,静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。,分析方法：估算法、图解法。 分析对象：各极电压电流的直流分量。 所用电路：放大电路的直流通路。,设置 Q 点的目的：(1) 使放大电路的放大信号不失真；(2) 使放大电路工作在较佳的工作状态,静态是动态的基础。, 静态工作
9、点Q：IB、IC、UCE,静态分析：确定放大电路的静态值。,15.2.1 用估算法确定静态值,1. 直流通路估算 IB,根据电流放大作用,2. 由直流通路估算UCE、IC,当UBE UCC时，,UCC = IB RB+ UBE,由KVL: UCC = IC RC+ UCE,所以 UCE = UCC IC RC,例1：用估算法计算静态工作点。,已知：UCC=12V，RC= 4k，RB = 300k， = 37.5 。,解：,注意：电路中 IB 和 IC 的数量级不同,例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。,由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。,由KVL可得出,由KVL可得：
10、,RB:偏置电阻；IB:偏置电流（给三极管正常工作提供所需要的基级电压、电流） 以后在很多地方，都会提到的2个术语。,15.2.2 用图解法确定静态值,用作图的方法确定静态值,步骤：1. 用估算法确定IB,优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。,2. 由输出特性确定IC 和UCC,直流负载线方程,15.2.2 用图解法确定静态值,直流负载线斜率,直流负载线,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点,15.3 放大电路的动态分析,动态：放大电路有信号输入(ui 0)时的工作状态。,分析方法：微变等效电路法，图解法。 所用电路：放大电路的交流通路。,动态分析: 计算电压放
11、大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。,分析对象：各极电压和电流的交流分量。,目的：找出Au、ri、ro 与电路参数的关系，为设计打基础。,15.3.1 微变等效电路法,微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。,线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。,微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数 Au、输入电阻 ri、输出电阻 ro等。,晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。,当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性
12、在小范围内可近似线性化。,1. 晶体管的微变等效电路,UBE,对于小功率晶体管：,rbe一般为几百欧到几千欧。,15.3.1 微变等效电路法,(1) 输入回路,Q,输入特性,晶体管的 输入电阻,晶体管的输入回路 ( B、E 之间 )可用rbe等效代替, 即由rbe来确定ube和 ib之间的关系。,(2) 输出回路,rce愈大，恒流特性愈好 因rce阻值很高，一般忽略不计。,晶体管的输出电阻,输出特性,输出特性在线性工作区是 一组近似等距的平行直线。,晶体管的电流放大系数,晶体管的输出回路(C、E 之 间)可用一受控电流源 ic = ib 等效代替，即由 来确定 ic 和 ib 之间的关系。,一
13、般在20200之间，在手册中常用 hfe 表示。, ib,晶体晶体管,微变等效电路,1. 晶体管的微变等效电路,晶体管的B、E之间可用 rbe等效代替。,晶体管的C、E之间可用一受控电流源 ic= ib等效代替。,2. 放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。,交流通路,微变等效电路,分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。,微变等效电路,2. 放大电路的微变等效电路,将交流通路中的晶 体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。,3. 电压放大倍数的计算,输出端开路时,因 rbe与 IE 有关,
14、 故放大倍数与静态 IE有关。,负载电阻愈小，放大倍数愈小。,式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。,例1：,3. 电压放大倍数的计算,例2：,由例 1、例 2 可知，当电路不同时，计算电压放大倍数 Au 的公式也不同。要根据微变等效电路找出 ui 与 ib 的关系、 uo 与 ic 的关系。,4.放大电路输入电阻的计算,放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。,定义：,输入电阻是对交流信号而言的,是动态电阻。,输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈
15、小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,例1：,5. 放大电路输出电阻的计算,放大电路对负载(或对后级放大电路)来说, 是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。,定义：,输出电阻是动态电阻，与负载无关。,输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。,共发射极极放大电路特点： 1. 放大倍数高； 2. 输入电阻低； 3. 输出电阻高。,例3：,求ro的步骤： (1) 断开负载RL,(3) 外加电压,(4) 求,外加,(2) 令 或,例4：,外加,15.3.2 图解法,1. 交流
16、负载线,交流负载线反映动态时电流 iC和电压uCE的变化关系。,交流负载线斜率,D,C,2. 图解分析,由uO和ui的峰值(或峰峰值)之比可得放大电路的电压放大倍数。,3. 非线性失真,如果 Q 设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。,若Q设置过高,晶体管进入饱和区工作, 造成饱和失真。,解决办法：适当减小基极电流可消除失真。,3. 非线性失真,若Q设置过低,晶体管进入截止区工作, 造成截止失真。,解决办法：适当增加基极电流可消除失真。,使放大电路的工作范围超出晶体管特性曲线上的线性范围所引起的失真，称为非线性失真。,如果 Q 设置合适，信号幅值过大也可产生失真,减小信号幅值可消除失真。,15.4 静态工作点的稳定,合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。,
