電子技術(shù)知識(shí)小結(jié)第三章 基本放大電路

1、第三章 基本放大電路3.1概論3.1.1放大的概念電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號(hào)放大成較大的信號(hào)。這里所講的主要是電壓放大電路。3.1.2放大電路的性能指標(biāo)(1) 放大倍數(shù)Ax表征放大器的放大能力根據(jù)放大電路輸入信號(hào)的條件和對(duì)輸出信號(hào)的要求，放大器可分為四種類型，所以有四種放大倍數(shù)的定義。電壓放大倍數(shù)定義為:電流放大倍數(shù)定義為: 互阻增益定義為:互導(dǎo)增益定義為:（2）輸入電阻輸入電阻：定義：斷開信號(hào)源，保留負(fù)載，從輸入端看進(jìn)去的等效電阻，稱為放大電路的輸入電阻。a.輸入電阻較小，將從信號(hào)源取用較大的電流，從而增加信號(hào)源的負(fù)擔(dān)；b.輸入電阻較小，信號(hào)源內(nèi)阻和的分壓，使實(shí)際加到放大電路的輸入

2、電壓減小，從而減小輸出電壓放大電路的輸入電阻大。即：ri 越大，ii 就越小，ui 就越接近 uS，信號(hào)在傳輸過程中損失就越小。（）輸出電阻定義：斷開負(fù)載，去掉信號(hào)源，保留信號(hào)源內(nèi)阻，從輸出端看進(jìn)去的等效電阻，稱為放大電路的輸出電阻。放大電路對(duì)其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號(hào)源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個(gè)戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。如何確定電路的輸出電阻（略：后面會(huì)再講的）（）通頻帶fL：下限截止頻率，fH：上限截止頻率，通頻帶：fbw= fHfL（4）最大不失真輸出有效值電壓iCuCEuoib（5）最大輸出功率及效率3.1.3符號(hào)規(guī)定UA大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量。uA小寫字母、

3、大寫下標(biāo)，表示全量。ua小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流分量。3.2基本放大電路的組成和工作原理各元件作用T：是放大電路中的放大元件，利用它的電流放大作用在集電極電路獲得放大了的電流，這電流受輸人信號(hào)的控制。：集電極電源，為輸出信號(hào)提供能量外；保證集電結(jié)處于反向偏置。：集電極負(fù)載電阻簡稱集電極電阻，主要是將集電極電流的變化變換為電壓的變化，以實(shí)現(xiàn)電壓放大。：基極電源，和基極電阻一起作用，使發(fā)射結(jié)處于正向偏置，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流，以使放大電路獲得合適的工作點(diǎn)。：耦合電容，隔直通交。 單電源供電（圖：略24）IBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC

4、1C2T(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分別對(duì)應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。uCE的變化沿一條直線，uce與ui反相信號(hào)流向：實(shí)現(xiàn)放大的條件1、晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2、正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)。3、輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。4、輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號(hào)。如何判斷一個(gè)電路是否能實(shí)現(xiàn)放大1、信號(hào)能否輸入到放大電路中；2、信號(hào)能否輸出；3、晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。4、正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)。3.3放大電路的分析方法3.

5、3.1直流通道和交流通道 放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號(hào)。但是,電容對(duì)交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對(duì)交流不起作用，即對(duì)交流短路。而對(duì)直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。交流通道：只考慮交流信號(hào)的分電路直流通道：只考慮直流信號(hào)的分電路不同的信號(hào)可以分別在不同的通道分析。直流通道：RB+ECRC交流通道RB+ECRCC1C2短路短路置零T（自：相當(dāng)于把RB、RC往下翻）RBRCRLuiuo3.3.2直流負(fù)載線(圖解法要用）1、輸出特性。2、UCE=ECICRC。畫輸出直線方程3、分別令UCE和IC為零可得M和N點(diǎn)。M：，N：4、直流

6、負(fù)載線與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)5、，直線方程的斜率為：3.3.3交流負(fù)載線輸出交流方程iC和uCE是全量，與交流量ic和uce有如下關(guān)系所以：交流信號(hào)的變化沿著斜率為：，這條直線通過Q點(diǎn)，稱為交流負(fù)載線。交流負(fù)載線的作法（略44）最大的不失真輸出有效值電壓（自：P47例題要反復(fù)看）3.3.3靜態(tài)分析1、估算法（1）根據(jù)直流通道估算IB（自：UBE一般取0.6V）RB 稱為偏置電阻，IB 稱為偏置電流。（2）根據(jù)直流通道估算，2、圖解法：先估算IB，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與IB對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)。（自：P47例題要反復(fù)看）3.3.4動(dòng)態(tài)分析一、三極管的微變

7、等效電路當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。，對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe 。rbebibibbce二、放大電路的微變等效電路將交流通道中的三極管用微變等效電路代替uirbebibibiiicuoRBRCRL三、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算：，1、式中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓 與輸入電壓的相位相反；2、隨負(fù)載變化而變化。愈小，則電壓放大倍數(shù)愈低；3、與和有關(guān)。四、輸入電阻的計(jì)算：對(duì)于為它提供信號(hào)的信號(hào)源來說，電路是負(fù)載，這個(gè)負(fù)載的大小可以用輸入電阻來表示。，電路的輸入電阻越大，從信號(hào)源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。五、輸出電阻的計(jì)算：對(duì)于負(fù)載而言，放大電路相當(dāng)

8、于信號(hào)源，可以將它進(jìn)行戴維南等效，戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。計(jì)算輸出電阻的方法：1、所有電源置零，然后計(jì)算電阻（對(duì)有受控源的電路不適用）。2、所有獨(dú)立電源置零，保留受控源，加壓求流法。3.3.4失真分析在放大電路中，輸出信號(hào)應(yīng)該成比例地放大輸入信號(hào)（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號(hào)不能反映輸入信號(hào)的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。截止失真：Q點(diǎn)過低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)（自：輸出波形正半周被截去）飽和失真：Q點(diǎn)過高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)（自：輸出波形負(fù)半周被截去）晶體三極

9、管交流分析(等效電路分析法)步驟：分析直流電路，求出“Q”，計(jì)算 rbe。畫電路的交流通路。在交流通路上把三極管畫成 微變模型分析計(jì)算疊加在“Q”點(diǎn)上的各極交流量。3.5靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定對(duì)于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、b和ICEO決定，這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化，溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響主要體現(xiàn)在這一方面。TUBE、b、ICEOQ溫度對(duì)UBE的影響：TUBEIBIC（自：輸入曲線左移）溫度對(duì)b值及ICEO的影響：Tb，ICEOIC總的效果是：溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移。TIC固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、IC增加時(shí)，能夠自動(dòng)

10、減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化。保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB（定值）（自：RB1和RB2串聯(lián)）（定值）（自：RC和RE串聯(lián)）UB和IC就與晶體管的參數(shù)幾乎無關(guān)，不受溫度變化的影響，從而靜態(tài)工作點(diǎn)得以穩(wěn)定。Q點(diǎn)穩(wěn)定過程 TICUE=REIEUB-UE=UBEIBICQ點(diǎn)穩(wěn)定實(shí)質(zhì)是通過發(fā)射極電阻RE上電壓降（E=REIE）的變化反映出來，而后引回（就是反饋）到輸入電路，和UB比較，使UBE發(fā)生變化來牽制IC的變化。即引入了負(fù)反饋。關(guān)于RE1、對(duì)于穩(wěn)定效果，RE愈大，穩(wěn)定性能愈好。2、RE愈大，在其損耗的交流信號(hào)就大。3、在RE上并聯(lián)一個(gè)電容，交流信

11、號(hào)無損失，即傍路電容3.6共集電極電路（射極輸出器）RB+ECRCC1C2RERLuiuo靜態(tài)分析：RB+ECRCC2REIBIE，動(dòng)態(tài)分析：rbeRERL1、電壓放大倍數(shù)討論：a.所以但是，輸出電流Ie增加了。b.輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。2、輸入電阻3、輸出電阻（用加壓求流法求，略）討論：a.將射極輸出器放在電路的首級(jí)，可以提高輸入電阻。b.將射極輸出器放在電路的末級(jí)，可以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能。c.將射極輸出器放在電路的兩級(jí)之間，可以起到電路的匹配作用。（P99是個(gè)總結(jié)）3.7共基極電路RcREuiuoUCCEBus靜態(tài)分析: 1）列輸入回路電壓方程可求得：

12、2）根據(jù)放大區(qū)三極管電流方程可求得3）列輸出回路電壓方程可求得：動(dòng)態(tài)分析：ecrbeRERcuiuob共射放大電路既有電壓放大作用又有電流放大作用，輸入電阻居三種電路之中，輸出電阻較大，適用于一般放大。共集放大電路只有電流放大作用而沒有電壓放大作用，因其輸入電阻高而常做為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)，因其輸出電阻低而常做為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)，因其放大倍數(shù)接近于1而用于信號(hào)的跟隨。共基放大電路只有電壓放大作用而沒有電流放大作用，輸入電阻小，高頻特性好，適用于寬頻帶放大電路。3.8多級(jí)阻容耦合放大電路耦合：即信號(hào)的傳送。耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合；光電耦合。1、阻容耦合阻容耦合是通過電容器

13、將后級(jí)電路與前級(jí)相連接。優(yōu)點(diǎn)：1）阻容耦合多級(jí)放大電路前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)是相互獨(dú)立、互不影響的。因?yàn)樽儔浩鞑荒軅魉椭绷餍盘?hào)。2）阻容耦合多級(jí)放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。3）電容器在傳送交流信號(hào)的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。缺點(diǎn)：1）高頻和低頻性能都很差；2）體積大，成本高，無法集成。2、直接耦合存在兩個(gè)問題：1）第一級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)已接近飽和區(qū)。2）由于采用同種類型的管子，級(jí)數(shù)不能太多。為了解決第一個(gè)問題：（a）在T2的發(fā)射極加入電阻RE2（略：P111）（b）在T2的發(fā)射極加入穩(wěn)壓管為了解決第二個(gè)問題：可以在電路中采用不同類型的管子，即NPN和PNP管配合使用。優(yōu)點(diǎn)：（1）由于級(jí)間是

14、直接耦合，所以電路可以放大緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào)。（2）便于集成。由于電路中只有晶體管和電阻，沒有電容器和電感器，因此便于集成。缺點(diǎn)：（1）各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立，相互影響。會(huì)給設(shè)計(jì)、計(jì)算和調(diào)試帶來不便。（2）引入了零點(diǎn)漂移問題。零點(diǎn)漂移對(duì)直接耦合放大電路的影響比較嚴(yán)重(第五章介紹零點(diǎn)漂移）3.8.2典型電路 多級(jí)電路電壓放大倍數(shù)與各級(jí)電壓放大倍數(shù)之間的關(guān)系：考慮級(jí)與級(jí)之間的相互影響，計(jì)算各級(jí)電壓放大倍數(shù)時(shí)，應(yīng)把后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載處理！靜態(tài)分析：（自：書上比這里更細(xì)，這里略）動(dòng)態(tài)分析：RE1R1RSRC2RLR2R3ri = R1 / rbe1 +（b +1)RL1¢ ，

15、其中RL1¢= RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe2=RE1/RL1=RE1/ri2ro = RC2= 10K，總結(jié)多級(jí)阻容耦合放大器的特點(diǎn)：（1）、由于電容的隔直作用，各級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，分別估算。（2）、前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓。（3）、后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻。（4）、總電壓放大倍數(shù)=各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。（5）、總輸入電阻 ri 即為第一級(jí)的輸入電阻ri1。（6）、總輸出電阻即為最后一級(jí)的輸出電阻。阻容耦合電路的頻率特性：阻容耦合電路缺點(diǎn)：不能放大直流信號(hào)。采用直接耦合的方式可放大緩慢變化的信號(hào)，擴(kuò)大通頻帶。下面將要介

16、紹的差動(dòng)放大器即采用直接耦合方式。3.9差動(dòng)放大電路3.9.1直接耦合電路的特殊問題問題1：前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響。解決方法：增加R 、RE2：用于設(shè)置合適的Q點(diǎn)。問題2：零點(diǎn)漂移。產(chǎn)生的原因是：電源波動(dòng)；元件老化；溫度影響。解決的辦法：采用穩(wěn)壓電源；精選元件；對(duì)溫度的影響一般采用差動(dòng)放大電路。3.9.2差分放大電路的結(jié)構(gòu)3.9.3差分放大電路的工作原理1、抑制零漂的原理1）利用電路對(duì)稱性抑制零漂（雙端輸出）當(dāng)ui1=ui2=0時(shí)：uo=uC1-uC2=0。當(dāng)溫度變化時(shí)：uo=(uC1+DuC1)-(uC2+DuC2)=02)RE：抑制溫度漂移TICIE=2ICUEUBEIBIC靜態(tài)分析：uoui

17、1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEIC1=IC2=IC= bIB，UE1= UE2 =IB×RBUBEUCE1=UCE2 =UC1UE1，UC1=UC2=UCCIC×RC動(dòng)態(tài)分析：一、輸入信號(hào)分類1、差模輸入ui1=-ui2=ud，差模電壓放大倍數(shù)：2、共模輸入ui1=ui2=uC，共模電壓放大倍數(shù)：共模抑制比，3、任意輸入：ui,ui2分解：差模分量：，共模分量：。疊加：ui1=uC+ud，ui2= uC-ud二、差模輸入、電路+UCC-UEEuiuoRCT1RBRCT2RBRERR均壓器，ui=ui1-ui2=2ud、RE對(duì)差模信號(hào)作用uRE=0，RE對(duì)

18、差模信號(hào)不起作用3、差模信號(hào)通路T1單邊微變等效電路uod1RBB1EC1RCbib1ui1rbe1ib14、差模電壓放大倍數(shù)單邊差模放大倍數(shù)：，總電壓放大倍數(shù)（雙端輸出）5、差模輸入輸出電阻uod1RBB1EC1RCbib1ui1rbe1ib1uod2RBB2EC2RCbib2ui2rbe2ib2輸入電阻：輸出電阻：ro=2RC3.9.4差動(dòng)放大電路的改進(jìn)恒流源式差放電路RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEE恒流源的作用1.恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。2.恒流源不影響差模放大倍數(shù)。3.恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放大倍數(shù)

19、減小，從而增加共模抑制比，理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無窮的電阻，所以共模抑制比是無窮。3.9.5差放電路的幾種接法輸入端接法：單端、雙端。輸出端接法：雙端、單端。雙端輸入雙端輸出：Ad=Ad1雙端輸入單端輸出：3.10互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路功率放大器的作用：用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。分析功放電路應(yīng)注意的問題(1) 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值：ICM、UCEM、PCM。(2) 電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(3) 電源提供的能量盡可能地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，以減少晶體管及線路上的損失。即注意提高

20、電路的效率（h）。Pomax：負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE：電源提供的直流功率。放大電路有三種工作狀態(tài)：靜態(tài)工作點(diǎn)Q大致在交流負(fù)載線中點(diǎn)，這種稱為甲類工作狀態(tài)。靜態(tài)工作點(diǎn)Q沿負(fù)載線下移，這種稱為甲乙類工作狀態(tài)。靜態(tài)工作點(diǎn)下移IC0處，管耗更小，這種稱為乙類工作狀態(tài)?；パa(bǔ)對(duì)稱功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、PNP各一支；兩管特性一致。類型：無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）1、無輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路（OCL電路）一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個(gè)對(duì)稱的射極輸出器對(duì)接而成。2.雙電源供電。3.輸入輸出端不加隔直電容。ic1ic2ui-USCT1T2uo+USCRLiL靜態(tài)分析：ui=0V®T1、T2均不工作®uo=0V動(dòng)態(tài)分析：ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1ui<0VT1截止，T2導(dǎo)通iL=ic2T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式，稱為乙類放大。交越失真：輸入信號(hào)ui在過零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。乙類放大的特點(diǎn)：(1)靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零；(2)每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期；(3)存在交越