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1、第2章 基本放大电路,2.1 放大电路的主要技术指标 2.2 基本共射极放大电路 2.3 放大电路的静态分析 2.4 放大电路的动态分析 2.5 射极输出器 2.6 多级放大电路 2.7 差动放大电路 2.8 功率放大电路 2.9* 场效应晶体管放大电路,2.1 放大电路的主要技术指标,在电子电路中，放大的对象是变化量。放大电路放大的本质是在输入信号的作用下，通过有源元件（BJT或FET）对直流电源的能量进行控制和转换，使输出信号的能量比信号源向放大电路提供的能量大的多。因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，表现为输出电压大于输入电压，或者输出电流大于输入电流，或者二者兼而有之。,2.1.1
2、 放大的概念,2.1.2 放大电路的主要技术指标,图2-1放大电路原理框图,输出变化量幅值与输入变化量幅值之比，或二者的正弦交流值之比，用以衡量电路的放大能力。,1放大倍数（或增益）,增益,输出,输入,根据放大电路输入量和输出量为电压或电流的不同，有电压增益、电流增益、互阻增益和互导增益四种不同的增益,表2-1 放大电路的增益,输入电阻等于输入电压与输入电流的比值，反映放大电路从信号源索取电流的大小。,3输出电阻,2输入电阻,输出电阻等于输出电压与输出电流的比值，说明放大电路带负载的能力。,4上限频率、下限频率和通频带,由于放大电路中存在电感、电容及半导体器件结电容，在输入信号频率较低或较高时
3、，放大倍数的幅值会下降并产生相移。放大电路一般只适合于放大某一特定频率范围内的信号。,图2-2上限频率、下限频率和通频带,上限频率fH（或称为上限截止频率）：在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段放大倍数Aum的0.707倍时的频率值即为上限频率。 下限频率fL（或称为下限截止频率）：在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段放大倍数Aum的0.707倍时的频率值即为下限频率。 通频带fBW：fBW = fH-fL通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。,5最大不失真输出电压 未产生截止失真和饱和失真时，最大输出信号的正弦有效值或峰值。一般用有效值UOM表
4、示；也可以用峰峰值UOPP表示。 6最大输出功率Pom与效率 Pom是在输出信号基本不失真的情况下，负载能够从放大电路获得的最大输出功率。是负载从直流电源获得的信号功率，此时，输出电压达到最大不失真输出电压。放大的本质是能量的控制，负载上得到的输出功率，实际上式利用放大器的控制作用将直流电源的功率转换成交流功率而得到的，因此就存在一个功率转换的效率问题。放大电路的效率定义为最大输出功率Pom与直流电源消耗的功率PV之比，即,2.2 基本共射极放大电路,2.2.1 放大电路的组成原则,1晶体管应工作在放大状态，即发射结正偏，集电结反偏。 2信号电路应通畅，即输入信号能从放大电路的输入端加到晶体管
5、的输入极上；信号放大后能顺利的从输出端输出。 3各元件参数的选择应确保电路建立合适的静态工作点，从而使输出信号的失真不超过允许范围。,图2-3 基本共射放大电路原理图,该电路输入回路和输出回路以发射极作为公共端，所以称为共射放大电路。,2.2.2 基本共射放大电路中各元件的作用,图2-3所示的基本共射放大电路，是最基本的放大单元电路，许多放大电路就是在此基础上，经过适当的改造或组合而成的。该电路组成元件及其作用如下：,1晶体管V 晶体管V起放大作用，具有电流控制和能量转换能力，是放大电路的核心元件。 2电源VCC 电源VCC使晶体管处在放大状态，发射结正偏，集电结反偏。同时也是放大电路的能量来
6、源。VCC一般在几伏到十几伏之间。 3基极偏置电阻Rb 电源VCC通过Rb为晶体管提供发射结正向偏压，Rb用来调节基极偏置电流iB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几兆欧。 4集电极负载电阻Rc 通过它为晶体管提供集电结反向偏压，并将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。 5耦合电容Cl和C2 用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相互隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl和C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。,2.2.3 放大电路工作原理,综上所述，信号的传递过程可以描述为：,2
7、.3 放大电路的静态分析,静态：输入信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,电路处于静态时，三极管各个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、 IC和VCE （或IBQ、ICQ和VCEQ ）表示。,2.3.1 估算法用放大电路的直流通路确定静态值,直流通路的画法：将交流电压源短路，将电容开路。,所用电路：放大电路的直流通路,（1）估算IB（ VBE 0.7V),Rb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,（2）估算VCE、IC,IC= IB,根据电流放大作
8、用：,由KVL：,2.3.2 用图解分析法确定静态值,图解法求静态工作点的步骤：,T的输出特性曲线作直流负载线由直流通路求出偏流IB得到合适的静态工作点找出静态值。,根据方程得直流负载线：,直流负载线与IB的曲线的交点即为Q点,2.3.3 静态工作点的稳定性,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。 前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压 波动等外部因素的影响下，将引起静态工作 点的变动，严重时将使放大电路不能正常工 作，其中影响最大的是温度的变化。,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态
9、工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。,Q变,UBE,ICEO,变,T,变,IC变,1、 温度对静态工作点的影响,温度对UBE的影响,T,UBE曲线左移,IB,IC,温度对值及ICEO的影响,总的效果是：,温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。,常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。,为此，需要改进偏置电路，当温度升高时,能够自动减少IB， IB IC ，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,2、稳定工作点电路(分压式偏置放大电路),1、稳定工作点的条件,1),基极电位基本恒定，不随温度变化。,2),3.稳定工作点的物理过程,UB不变,集电极电流基本恒定，
10、 不随温度变化。,4、参数的选择 从Q点稳定的角度来看似乎I2、UB越大越 好。但 I2 越大，Rb1、Rb2必须取得较小，将增 加损耗，降低输入电阻。而UB过高必使UE也增 高，在VCC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。,在估算时一般选取： I2=（5 10）IB， UB=（3 5）UBE， Rb1、Rb2的阻值一般为几十千欧。,2.4 放大电路的动态分析,2.4.1 图解分析方法,1交流负载线,直流负载线反映静态时电流IC和UCE的变化关系，其斜率为 , 而交 流负载线反映动态时电流iC和uCE的变化关系，交流负载线是有交流输入信号时 工作点的运动轨迹。,交流
11、负载线的画法： （1）先作出直流负载线，找出Q点。 （2）过Q点作一条斜率为1/RL（RL= Rc/RL）的直线，即为交流负载线。,2图解分析,放大电路的图解分析如图2-10所示。首先，根据输入ui的波形在BJT的输入特性曲线上画出uBE、iB的波形，然后根据iB的变化范围在输出特性曲线上画出iC、uCE的波形，uCE的交流分量uce就是输出电压uo。,图2-10 放大电路的图解分析,3非线性失真,失真信号经过放大电路放大后，输出波形和输入波形不完全一致，发生畸变，称为“失真”。,由于晶体管特性曲线非线性引起的波形失真称为非线性失真。产生非线性失真的原因：主要与静态工作点的位置和输入信号的幅值
12、大小有关。,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。,截止失真,由于放大电路动态工作时的工作点到达了 三极管的截止区Q1 而引起的非线性失真。,饱和失真,由于放大电路 动态工作时的 工作点到达了 三极管的饱和 区Q2 而引起的 非线性失真。,2.4.2 微变等效电路法,由于放大器一般都工作在小信号状态，即工作点在特性曲线上的移动范围很小。因此晶体管虽然工作在非线性状态下，但采用它的等效线性模型微变等效电路所分析得出的结果，与其真实状况相比仅有微小误差，可运用线性电路模型分析问题则带给我们极大的方便。,1晶体管的微变等效电路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范
13、围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,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。,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻。rbe称为晶体管输入电阻。,（1） rbe是Q处切线斜率的倒数； （2） rbe是动态电阻；静态工作 点不同， rbe也不同；,说明:,2）输出回路,(1) iC = iB ；则可以看成是一个由ib控制的受控电流源,iC,(2)iC 与uCE 成正比；定义动态电阻rce,（3）输出端的等效电路,rce很大，一般忽略。,b,c,e,晶体三极管,微变等效电路,条件：小信号！,2放大电路微变等效电路分析
14、方法,根据图2-14a所示原理图画出放大电路的交流通路，如图2-14b所示，把交流通路中的晶体管用其等效电路代替，得到如图2-14c所示的放大电路的微变等效电路。,a) 原理图,c) 微变等效电路,b) 交流通路,（1）求电压增益Au,根据,则电压增益为,（2）计算输入电阻Ri,输入电阻即从放大电路的输入端看进去的等效电阻，从图可知：,（3）计算输出电阻Ro,放大电路对负载（或后级放大电路）来说，相当于一个信号源，其等效信号源的内阻即为放大电路的输出电阻Ro，从图可知：,Ro=Rc,2.5 射极输出器,共集电极放大电路如图a)所示，其交流通路如图b)所示。从其交流通路来看，电源VCC对交流信号
15、相当于短路，所以集电极成为输入和输出回路的公共端，故称共集电极放大电路；又因信号由基极送入，发射极输出，故也称射极输出器。,a) 共集电极放大电路 b) 交流通路,1、静态分析 （求工作点：Q）,Q,2.5 射极输出器,(1)电压增益,即,其中,(2)输入电阻,Ri大,(3)输出电阻,Ro小,2.动态分析,一般,2.6 多级放大电路,在实际应用中，一般对放大电路的性能有多方面的要求，如输入电阻大于2M、电压放大倍数大于2000、输出电阻小于100等。依靠单管放大电路的任何一种，都不可能同时满足要求。这时就可以选择多个基本放大电路，并将它们合理连接，从而构成多级放大电路。,多级放大电路的组成,2
16、.6.1 耦合方式及其特点,1直接耦合方式,直接耦合方式是把前级的输出端直接或通过恒压器件接到下级输入端。这种耦合方式不仅可以使缓变信号获得逐级放大，而且便于电路集成化。但是，直接耦合使前后级之间的直流相互连通，造成各级直流工作点互相影响。因此须考虑各级间直流电平的配置问题，以使每一级都有合适的工作点。,a) 抬高后级的发射极电位 b) 稳压管电平移位,直接耦合放大器的另一个突出问题是零点漂移，即前级工作点随温度的变化会被后级传递并逐级放大，使得输出端产生很大的漂移电压。显然，级数越多，放大倍数越大，零点漂移现象就越严重。因此，在直接耦合电路中，如何稳定前级工作点，克服其漂移成为至关重要的问题。,直接耦合放大电路的突出优点是具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；由于电路中没有大容量电容，易于将全部电路集成在一片硅片上，构成
