低頻電路-基本放大電路1

1、1模電數(shù)電模電數(shù)電 第二章第二章 基本放大電路基本放大電路模擬電路部分模擬電路部分22.1 概論概論2.2 放大電路的組成和工作原理放大電路的組成和工作原理2.3 放大電路的分析方法放大電路的分析方法2.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定靜態(tài)工作點的穩(wěn)定2.5 射極輸出器射極輸出器2.6 阻容耦合阻容耦合多級多級放大電路放大電路2.7 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路第二章第二章 基本放大電路基本放大電路32.1.1 放大的概念放大的概念電子學(xué)中放大的目的是將微弱的電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號變化信號放大成較大的放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。信號。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓

2、放大電路可以用有輸入口和輸出口的二端口網(wǎng)絡(luò)表電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的二端口網(wǎng)絡(luò)表示：示：uiuoAu 2.1 概論概論42.1.2 放大電路的性能指標放大電路的性能指標一、電壓放大倍數(shù)一、電壓放大倍數(shù)AuiouUUA |Ui 和和Uo 分別是輸入和輸出電壓的有效值。分別是輸入和輸出電壓的有效值。uiuoAuiouUUAAu是復(fù)數(shù)，反映了輸出和輸入的幅值比與是復(fù)數(shù)，反映了輸出和輸入的幅值比與相位差。相位差。5二、輸入電阻二、輸入電阻 ri放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要從信號源取電流。從信號源取電流。輸入電阻輸入

3、電阻是衡量放大電路從其前級取電流是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。前級的影響越小。AuUSiiiIUr定義：定義：即：即：ri 越大，越大，ii 就越小，就越小，ui 就越接近就越接近uSiIiU6三、輸出電阻三、輸出電阻roAuUS放大電路對其放大電路對其負載負載而言，相當于信號源，我們可以將它等而言，相當于信號源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。出電阻。roUSRLRL從負載的角度看從負載

4、的角度看內(nèi)阻越小越好，內(nèi)阻越小越好，說明放大器的帶負載能說明放大器的帶負載能力越強力越強7如何確定電路的輸出電阻如何確定電路的輸出電阻ro ？步驟：步驟：1.所有的信號源去掉（保留受控源）。所有的信號源去掉（保留受控源）。2. 加壓求流法。加壓求流法。UIIUro方法一：方法一：計算。計算。8方法二：方法二：測量。測量。Uo1. 測量開路電壓。測量開路電壓。roUs2. 測量接入負載后的輸出電壓。測量接入負載后的輸出電壓。LoooR)UU(r1roUsRLUo步驟：步驟：3. 計算。計算。9四、通頻帶四、通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截止下限截止頻率頻率fH上限截止上限截止頻率頻率通頻

5、帶：通頻帶：fbw=fHfL放大倍數(shù)隨頻率變化曲放大倍數(shù)隨頻率變化曲線線幅頻特性曲線幅頻特性曲線102.1.3 符號規(guī)定符號規(guī)定UA大寫字母、大寫下標，表示直流量。大寫字母、大寫下標，表示直流量。uA小寫字母、大寫下標，表示全量。小寫字母、大寫下標，表示全量。ua小寫字母、小寫下標，表示交流分量。小寫字母、小寫下標，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 11三極管放大三極管放大電路有三種電路有三種形式形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放大以共射放大器為例講解器為例講解工作原理工作原理 2.2 基本放大電路的組成和工作原理基本放

6、大電路的組成和工作原理122.2.1 共射放大電路的基本組成共射放大電路的基本組成放大元件放大元件iC= iB，工作，工作在放大區(qū)，要保證集電在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸入輸出輸出參考點參考點RB+ECEBRCC1C2T13作用：作用：使發(fā)射結(jié)正使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當?shù)钠⑻峁┻m當?shù)撵o態(tài)工作點。靜態(tài)工作點。基極電源與基基極電源與基極電阻極電阻RB+ECEBRCC1C2T14集電極電源，為集電極電源，為電路提供能量。電路提供能量。并保證集電結(jié)反并保證集電結(jié)反偏。偏。RB+ECEBRCC1C2T15集電極電阻，將集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變變化的電

7、流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。為變化的電壓。RB+ECEBRCC1C2T16耦合電容：耦合電容：電解電容，有極性。電解電容，有極性。大小為大小為10 F50 F作用：作用：隔離直流，隔離直流，同時能使交流信同時能使交流信號順利輸入輸出。號順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T+17可以省去可以省去電路改進：采用單電源供電電路改進：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2T+18單電源供電電路單電源供電電路+ECRCC1C2TRB問：能否保證放大的偏置條件？問：能否保證放大的偏置條件？ 如何保證？如何保證？192.2.2 基本放大電路的工作原理基本放大電路的工作原理ui=0時時由于電源的存由于電源的存

8、在在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、靜態(tài)工作點一、靜態(tài)工作點RB+ECRCC1C2T20IBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T21(IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態(tài)工作點。的一個點稱為靜態(tài)工作點。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ22IBUBEQICUCEuCE怎么變化怎么變化假設(shè)假設(shè)uBE有一微小的變化有一微小的變化ibtibtictuit（毫伏量級）（毫伏量級）（微安量級）（微安量級）（毫安量級）（毫安量級

9、）二。交直流疊加波形的關(guān)系二。交直流疊加波形的關(guān)系23各點波形各點波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCEtuotuiiCuCEuoiBuce相位如何相位如何uce與與ui反相！反相！24實現(xiàn)放大的條件實現(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。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，使整個波形處于放大區(qū)。正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。3. 輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。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)輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變

10、化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號。電容濾波只輸出交流信號。25如何判斷一個電路是否能實現(xiàn)放大？如何判斷一個電路是否能實現(xiàn)放大？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。偏。4. 正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。如果已給定電路的參數(shù)，則計算靜態(tài)工作點來判斷；如果如果已給定電路的參數(shù)，則計算靜態(tài)工作點來判斷；如果未給定電路的參數(shù)，則根據(jù)電路結(jié)構(gòu)確定未給定電路的參數(shù)，則根據(jù)電路結(jié)構(gòu)確定。1. 信號能否輸入到放大電路中。信號能否輸入到放大電路中。2. 信號能否輸出。信號能否輸出。 與實現(xiàn)

11、放大的條件相對應(yīng)，判斷的過程如下：與實現(xiàn)放大的條件相對應(yīng)，判斷的過程如下：26放大電放大電路分析路分析靜態(tài)分析靜態(tài)分析動態(tài)分析動態(tài)分析估算法估算法圖解法圖解法微變等效電路微變等效電路法法圖解法圖解法計算機仿真計算機仿真2.3 放大電路的分析方法放大電路的分析方法EWB、Pspice等等272.3.1 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 放大電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了放大電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。小的交流信號。但是，電容對交、直流的作用不同。如果電容容量足夠但是，電容對交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認為它對交流不起作用，即對交流短

12、路。而對直流大，可以認為它對交流不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的?？梢钥闯砷_路，這樣，交直流所走的通道是不同的。交流通道：交流通道：只考慮交流信號的分電路。只考慮交流信號的分電路。直流通道：直流通道：只考慮直流信號的分電路。只考慮直流信號的分電路。信號的不同分量可以分別在不同的通道分析。信號的不同分量可以分別在不同的通道分析。28例：例：對直流只有對直流只有+EC開路開路開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC29對交流信號對交流信號(輸入信號輸入信號ui)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流

13、通路交流通路？30一、直流負載線一、直流負載線ICUCEUCEIC滿足什么關(guān)系？滿足什么關(guān)系？1. 三極管的三極管的輸出特性。輸出特性。2. UCE=ECICRC 。ICUCEECCCREQ直流直流負載線負載線與輸出特與輸出特性的交點性的交點就是就是Q點點IB直流通道直流通道RB+ECRC2.3.2 直流負載線和交流負載線直流負載線和交流負載線Uce31二、交流負載線二、交流負載線icLcecRui1其中：其中：CLLRRR/uceRBRCRLuiuo交流通路交流通路交流負載線的斜率為：交流負載線的斜率為：LcceRiu32交流負載線的作法交流負載線的作法ICUCEECCCREQIB過過Q點作

14、一條直線，斜率為：點作一條直線，斜率為：LR1交流負載線交流負載線ICUCEictucetQQ1Q2332.3.3 靜態(tài)分析靜態(tài)分析一、估算法一、估算法（1）根據(jù)直流通道估算）根據(jù)直流通道估算IBIBUBEBBECBRUEIBCRE7 . 0BCRERB稱為稱為偏置電阻偏置電阻，IB稱為稱為偏置電偏置電流流。+EC直流通道直流通道RBRC34（2）根據(jù)直流通道估算）根據(jù)直流通道估算UCE、IBICUCECEOBCIIICCCCERIEUBI直流通道直流通道RBRC35二、圖解法二、圖解法先估算先估算 IB ，然后在輸出特性曲線上作出直流負載線，然后在輸出特性曲線上作出直流負載線，與與 IB 對

15、應(yīng)的輸出特性曲線與直流負載線的交點就是對應(yīng)的輸出特性曲線與直流負載線的交點就是Q點。點。ICUCEBBECBRUEIQCCREEC36例：例：用估算法計算靜態(tài)工作點。用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：已知：EC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。解：解：A40mA04. 030012BCBREImA51040537.IIIBBCV645 . 112CCCCCERIUU請注意電路中請注意電路中IB 和和IC 的數(shù)量級。的數(shù)量級。372.3.4 動態(tài)分析動態(tài)分析一、三極管的微變等效電路一、三極管的微變等效電路1. 輸入回路輸入回路iBuBE當信號很小時，將輸入特性在小當信號很小時，

16、將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。范圍內(nèi)近似線性。 uBE iBbbeBBEbeiuiur對輸入的微變信號而言，三極對輸入的微變信號而言，三極管相當于電阻管相當于電阻rbe。)mA()mV(26)1 ()(200EbeIrrbe的量級從幾百歐到幾千歐。的量級從幾百歐到幾千歐。對于小功率三極管：對于小功率三極管：首先需將非線性元件首先需將非線性元件近似為線性元件近似為線性元件Q382. 輸出回路輸出回路iCuCE)(bBcCCiIiIibBiI所以：所以：bcii(1) 輸出端相當于一個受輸出端相當于一個受ib 控制的電流控制的電流源。源。近似平行近似平行(2) 考慮考慮 uCE對對 iC的影響，輸

17、出端還要的影響，輸出端還要并聯(lián)一個大電阻并聯(lián)一個大電阻rce。cceceiurrce的含義的含義 iC uCEQ39ubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。3. 三極管的微變等效電路三極管的微變等效電路rbe ibib rcerbe ibibbce等效等效cbe注意這種等效注意這種等效只是在工作點只是在工作點附近線性區(qū)里附近線性區(qū)里40二、放大電路的微變等效電路二、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將交流通道中的三極管用微變等效電路代替:交流通路交流通路RBRCRLuiuouirbe ibibiiicuoRBRCRL41三、電壓放大倍

18、數(shù)的計算三、電壓放大倍數(shù)的計算bebirIULboRIUbeLurRALCLRRR/結(jié)論：結(jié)論：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI負載電阻越大負載越輕負載電阻越大負載越輕負載電阻越小負載越重負載電阻越小負載越重iouUUA42四、輸入電阻的計算四、輸入電阻的計算輸入電阻的定義：輸入電阻的定義：iiiIUr是動態(tài)電阻。是動態(tài)電阻。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbeBrR /beriiiIUr電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望較大的輸入電阻。般總是

19、希望較大的輸入電阻。(RB rbe)43五、輸出電阻的計算五、輸出電阻的計算oooIUr放大器中輸出電阻的定義：放大器中輸出電阻的定義：rbeRBRCiIbIcIbI00oUoICoooRIUr首先將信號源去首先將信號源去掉，若信號源本掉，若信號源本身有內(nèi)阻，則短身有內(nèi)阻，則短路時內(nèi)阻應(yīng)保留路時內(nèi)阻應(yīng)保留。用加壓求流法求輸出電阻：用加壓求流法求輸出電阻：442.3.5 失真分析失真分析在放大電路中，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號（即線在放大電路中，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號

20、的情況，放大電路產(chǎn)生的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號，要把為了得到盡量大的輸出信號，要把Q設(shè)置在交流負載線的中設(shè)置在交流負載線的中間部分。如果間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號進入截止區(qū)或飽和區(qū)，造成非設(shè)置不合適，信號進入截止區(qū)或飽和區(qū)，造成非線性失真。線性失真。45ICUCEictucet我們來看一下我們來看一下Q與波形失真的關(guān)系與波形失真的關(guān)系Q因為因為Q在放大區(qū)在放大區(qū)所以波形無失真所以波形無失真46iCuCEuo可輸出的最可輸出的最大不失真信大不失真信號又稱放大號又稱放大器的動態(tài)范器的動態(tài)范圍。圍。選擇靜態(tài)工作點選擇靜態(tài)工作點ibQ47iCuCEuo1.

21、Q點過低，信號進入截止區(qū)點過低，信號進入截止區(qū)放大電路產(chǎn)生放大電路產(chǎn)生截止失真截止失真輸出波形輸出波形輸入波形輸入波形ib注意截止失真注意截止失真是由于輸入特性是由于輸入特性的非線性引起的的非線性引起的48iCuCE2. Q點過高，信號進入飽和區(qū)點過高，信號進入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)生放大電路產(chǎn)生飽和失真飽和失真ib輸入波形輸入波形uo輸出波形輸出波形注意飽和失真注意飽和失真是由于輸出特性是由于輸出特性的非線性引起的的非線性引起的49為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。但是，溫度的變化嚴重影響靜態(tài)工作點。態(tài)工作點。但是，溫度的

22、變化嚴重影響靜態(tài)工作點。由于三極管的由于三極管的UBE、 和和ICEO 這三個參數(shù)受溫度影響很大，這三個參數(shù)受溫度影響很大，而前面的電路中靜態(tài)工作點與這些參數(shù)都有關(guān)系，故靜態(tài)工作而前面的電路中靜態(tài)工作點與這些參數(shù)都有關(guān)系，故靜態(tài)工作點會隨著溫度而改變。點會隨著溫度而改變。TUBE ICEOQ2.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定靜態(tài)工作點的穩(wěn)定50溫度對溫度對 值及值及ICEO的影響的影響T 、 ICEOICiCuCEQQ 總的效果是：總的效果是：溫度上升時，溫度上升時，輸出特性曲線輸出特性曲線上移，造成上移，造成Q點上移。點上移。51小結(jié)：小結(jié)：TIC 固定偏置電路的固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。點是不穩(wěn)

23、定的。 Q點不穩(wěn)定可能點不穩(wěn)定可能會導(dǎo)致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。會導(dǎo)致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進偏置電路，當溫度升高、為此，需要改進偏置電路，當溫度升高、 IC增加時，能增加時，能夠自動減少夠自動減少IB，從而抑制，從而抑制Q點的變化。保持點的變化。保持Q點基本穩(wěn)點基本穩(wěn)定。定。常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。電路見下頁。常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。電路見下頁。52分壓式偏置電路：分壓式偏置電路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、靜態(tài)分析一、靜態(tài)分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路直流通

24、路RE射極直流負射極直流負反饋電阻反饋電阻CE 交流交流旁路旁路電容電容53TUBEIBICUEIC本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了加了RE形成了形成了負反饋負反饋過程。過程。1. 靜態(tài)工作點穩(wěn)定的原理靜態(tài)工作點穩(wěn)定的原理設(shè)計使設(shè)計使I2IB，于是，于是I1約等于約等于I2，使使VB只取決于電阻分壓，只取決于電阻分壓，不受溫度影響。不受溫度影響。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路直流通路B54I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路直流通路2. 求靜態(tài)工作點求靜態(tài)工作點算法一：算法一：I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路直流

25、通路+EC將電路變換為將電路變換為55I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路直流通路+EC方框中部分用戴維南定理方框中部分用戴維南定理等效為：等效為：RdESB21/BBdRRR CBBBSBERRRU212EdBESBBR)(RUUI1進而，可求出進而，可求出IE 、UCE 。56BII 22121BBCRREII22BBRIV CBBBERRR212EEBEBBERIVVVUEBEBEBECRURUUIII1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路直流通路EECCCCERIRIEU算法二：算法二：B57EBCRUI可以認為與溫度無關(guān)?？梢哉J為與溫度無關(guān)。似乎似乎I2越

26、大越好，但是越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加損太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十一般取幾十k 。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE直流通路直流通路58例：例：已知已知 =50， EC=12V， RB1=7.5k ， RB2=2.5k ， RC=2k ， RE=1k ， 求該電路的靜態(tài)工作點。求該電路的靜態(tài)工作點。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo算法一的結(jié)果：算法一的結(jié)果：mA04350.IBmA1752.IIBCV435.RIRIEUEECCCCE算法二的結(jié)果：算法二的結(jié)果：V3212CBBBBERRRVmA32.IEV15

27、.UCE結(jié)論：結(jié)論：兩種算法的結(jié)果近似相等，但算法二的計算過程要簡單得兩種算法的結(jié)果近似相等，但算法二的計算過程要簡單得多。多。59二、動態(tài)分析二、動態(tài)分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLoUiUiIbIcIbIRB微變等效電路微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路交流通路bebeBirr| RrCoRr beLurRA60CE的作用：交流通路中，的作用：交流通路中， CE將將RE短路，短路，RE對交流對交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。不起作用，放大倍數(shù)不受影響。問題問題1：如果去掉如果去掉CE，放，放大倍數(shù)怎樣？大倍數(shù)怎樣？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo61去掉去掉 CE 后的交流通路和微變等效電路：后的交流通路和微變等效電路：)1 (/EbeBiRrRrrbeRCRLoUREiUiIbIcIbIRBEbbebiRIrIU)1 (LboRIUEbeLuRrRA)1 (RB1RCRLuiuoRB2RE可見放大倍數(shù)大大降低，但輸入阻抗提高了?？梢姺糯蟊稊?shù)大大降低，但輸入阻抗提高了。62用加壓求流法求輸出電阻。用加壓求流法求輸出電阻。IUbIcIrbeRCREbIR