基本放大电路(1)

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1、第15章 基本放大电路,本章要求：,1、了解基本放大电路的组成。 2、掌握放大电路的分析方法。 3、理解静态工作点位置对放大效果的影响。 4、了解差分放大电路和对称互补功率放大电路的工作特点。,第15章 基本放大电路, 15.1 概论, 15.2 放大电路的组成, 15.3 放大电路的分析方法, 15.4 静态工作点的稳定, 15.5 射极输出器, 15.6 多级放大电路及其级间耦合方式, 15.7 差分放大电路, 15.8 功率放大电路,本章小结,一、 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

2、络表示，如图。,Au, 15.1 概论,二、 放大电路的性能指标,(1)电压放大倍数Au,Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值。,(2)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。,输入电阻：,一般来说， ri越大越好。 ri越大，ii就越小，ui就越接近uS。,（加压求流法）,(3)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。,如何确定电路的输出电阻？,A.在电路的计算中求

3、ro有两个方法：,将独立源置零，保留受控源。,1、所有的电源（包括信号源）置零，保留受控源。然后采用加压求流法。,测量开路电压uo = uso,2、开路电压除以短路电流法。,测量短路电流io = uso / ro,输出电阻：uo / io = uso / （ uso / ro ） = ro,B.输出电阻的测量方法,测量开路电压,测量接入负载后的输出电压,(4)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,三、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,

4、UA直流分量,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, 15.2 放大电路的组成,一、共射放大电路,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。,输入,输出,参考点,1.共射放大电路的组成,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,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,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。,耦合电容： 电解电容，有极性， 大小为10F50F,+,+,放大电路的结构改进单电源供电,可以省去,RB,2.基本放大

5、电路的工作原理,由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,无信号输入时,IBQ,ICQ,( ICQ,UCEQ ),(IBQ,UBEQ),(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。,各点波形,P35表15.2.1,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。, 15.3 放大电路的分析方法,直流通道（只考虑直流信

6、号的分电路）,一、静态分析,静态：放大电路没有交流输入的工作状态。,（在直流通路中进行）,对直流信号（只有+UCC）,目的：确定放大电路的静态值，即静态工作点（IB,IC,UBE,UBC）,1、估算法,IC,UCE,UCE=UCCICRC,直流负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,2、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。,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,二、 动态分析,动态：放大电路有交流输入时的工作状态。,目的：确定放

7、大电路的性能指标（Au,Ri,Ro）,（在交流通路中进行）,1、交流通路,交流通道（只考虑交流信号的分电路）,对交流信号(输入信号ui),直流电源内阻很小，交流成份在其 上压降可忽略不计。对于交流信 号，直流电源可视为短路.,1/C0,RB,RC,ui,其中：,2、交流负载线,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。,交流负载线的作法,IB,过Q点作一条直线,斜率为:,交流负载线,直流负载线,交流放大原理,假设uBE静态工作点的基础上有一微小的变化 ui,uCE的变化沿交流负载线,uCE与uBE反相！,图解法,uBE,三极管- 微变等效

8、电路,3、微变等效电路法,小功率三极管：,rbe从几百欧到几千欧,uBE,信号很小时，输入特性在这个小范围内近似线性。,称为晶体管的输入电阻。对输入的小交流信号而言， rbe是一常数，三极管的输入电路可用rbe等效代替。,输入回路,对输入的小交流信号而言， rbe是一常数，三极管的输入电路可用rbe等效代替。,所以：,称为晶体管的输出电阻。在小信号的条件下，它也是一个常数。输出端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,输出回路,(1) 输出端相当于一个受ib 控制的电流源。,(2) 考虑 uCE对 iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。,rce很大， 一般忽略。,三极管的微变等效电路,

9、c,b,e,弄清楚等效的概念：,e,b,c,b,e,c,1、对谁等效。 2、怎么等效。,放大电路的微变等效电路,（1）电压放大倍数的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,4、性能指标的计算,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。,（2）输入电阻的计算：,（3）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。,所以：,用加压求流法求输出电阻：,通常希望放大电路输出级的输出电阻低一些。,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,小结,三、失真分析：,失真输出波形较输入波形发生畸变,在放大电路中，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，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；但有时Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，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。,下面将分析失真的原因。 为简化分析，假设负载为空载(RL=)。,uo,可输出的最大不失真信号,选择静态工作

11、点,uo,Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生 截止失真,Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生 饱和失真,固定偏置电路, 15.4 静态工作点的稳定,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,温度对UBE的影响,温度对值及ICEO的影响,总的效果是：,总之：,固定偏置电路的Q点是不稳定的。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

12、化。保持Q点基本稳定。,解决方法：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射极直流负反馈电阻,CE 交流旁路电容,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,静态工作点稳定的原理,UB被认为较稳定,求静态工作点,方框中部分用戴维南定理等效为：,进而，可求出IE 、UCE 。,算法二：,算法三：,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。,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。,静态分析,动态分析,问题：如果去掉CE

13、放大倍数怎样？,去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：,用加压求流法求输出电阻,可见，去掉CE后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。,去CE前,去CE 后,例题：,（2）求电压放大倍数：, 15.5 射极输出器,静态分析,动态分析,1. 电压放大倍数,1.,所以,结论,2.输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,输出电压与输入电压近似相等，因此，电压未被放大。但是Ie电流放大了，即输出功率被放大了。,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，对前级有利。,3. 输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,一般：,所以：,因此，

14、射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,所谓带负载能力强，指当负载变化时，放大倍数基本不变。,射极输出器的主要特点是： 电压放大倍数接近1；输入电阻高；输出电阻。,例：已知射极输出器的参数如下：RB=570k，RE=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时，求Au 。,问题：Au 和 Aus 的关系如何？,定义：,RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，UCC=12V,静态分析,1. 求Au 、 ri和ro 。,动态分析,2. 设：RS=1 k， 求：Aus 、 r

15、i和ro,Au=0.99,RL=1k时,3. RL=1k和时，求Au 。,比较 RL=时, Au=0.995RL=5.6k时, Au=0.990RL=1k时, Au=0.967,RL=时,可见：射极输出器 带负载能力强。,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。,射极输出器的使用,两种组态的比较,耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。,耦合：即信号的传送（每级电路之间的连接方式）。,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。,波形不失真，减少压降损失。, 15.6 多级放大电路及其级间耦合方式,一、多级阻容耦合放大器的级联,设二级放大器的参数完全一样,单级放大器(静态工作点稳定的共射极放大器),1.多级阻容耦合放大器的静态工作点,第一级静态工作点,第二级静态工作点,二、多级阻容耦合放大器的分析,2.多级阻容耦合放大器的动态分析,前一级的输出电压 是后一级的输入电压,后一级的输入电阻是前一级的 交流负载电阻。,