交流放大電路

交流放大電路第一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

放大電路的作用是將微弱的電流或電壓信號進行放大。放大電路由兩部分組成：電壓放大和功率放大。第二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六8－1共發(fā)射極放大電路一、基本組成共發(fā)射極交流放大電路的基本接法如圖示。

ui為信號源。集電極電阻：將集電極電流ic的變化轉(zhuǎn)換成電壓uCE的變化。耦合電容C1、C2：隔斷直流。符號“┴”表示電路中的零電位點。第三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

二、直流通路和交流通路放大電路中，電源為直流電源，輸入信號是交流。

直流通路：放大電路中直流通過的路徑。

交流通路：放大電路中交流通過的路徑。第四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

1.直流通路和靜態(tài)值的計算求直流通路：電容開路，電感短路。沒有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)時的電流、電壓可用以下的公式計算：第五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六例8-1在圖8-3所示的放大電路中，已知UCC=12V，RC=3kΩ，RB=300kΩ，β~=β=40。計算放大器的靜態(tài)參數(shù)。解：第六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六例8-2上題中,若RC改為8kΩ，放大器能否正常工作？解：若RC=8kΩ，則UCE不可能為負值。出現(xiàn)負值的原因：三極管已經(jīng)工作在飽和狀態(tài)，IC與IB的線性關(guān)系不再成立。

三極管飽和時，IC不再受IB控制。第七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

2.交流通路和電壓放大倍數(shù)求交流通路：電容視為短路，直流電源視為接地。交流通路中最關(guān)心的量是電壓放大倍數(shù)。輸出電壓u0的有效值Uo與輸入電壓ui的有效值Ui之比稱為放大器的電壓放大倍數(shù)：寫成相量式為第八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

三、直流分量和交流分量有輸入信號時，電路中的電流、電壓都在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上發(fā)生變化。這時電路中的電流、電壓由兩部分組成：直流分量和交流分量。靜態(tài)值用大寫字母表示。交流分量用小寫字母表示。第九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

第十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

動態(tài)時的總電流和總電壓為：第十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

基本概念：

(1)三極管的電流iB和iC，電壓uBE和uCE都是由兩個分量組成的，一個是靜態(tài)直流分量，另一個是交流分量。當輸入的交流信號電壓ui為正弦量時，各交流分量均為同頻率的正弦量。

電流iB和iC，電壓uBE和uCE的方向和極性是不變的。

（2）當輸入信號電壓ui增大時，iB和iC都隨著增大，但uCE減小。相位上uBE、iB、iC和ui同相，uCE與ui反相。第十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六（3）輸出電壓uo為正弦量，其相位與ui差180°。Uo的最大值uom與ui的最大值uim的比值就是電壓放大倍數(shù)：用有效值相量表示為：第十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六8－2靜態(tài)工作點一、靜態(tài)工作點與失真的關(guān)系靜態(tài)時的IB、IC、UBE、UCE稱為靜態(tài)工作點。用Q表示靜態(tài)工作點。第十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

不合適的靜態(tài)工作點會造成輸出波形失真。

截至失真：工作點取得太低。

飽和失真：工作點取得太高。第十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

二、分壓式偏置電路在UCC和RC確定后，靜態(tài)工作點的位置取決于基極電流IB的大小?；鶚O電流IB稱為偏置電流。對圖8－3的電路，偏流為：

IB固定不變，稱為固定偏置電路。第十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

分壓式偏置電路通過選擇合適的元件參數(shù)，可使則有：基極對地電流：對于圖示電路，有：第十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六例8-3分壓式偏置電路如圖8-9所示。已知：UCC=12V，RC=2kΩ，RE=2kΩ，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，三極管的β~=100。試求靜態(tài)值IB、IC和UCE。解：第十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六8－3微變等效電路分析法微變等效電路是把非線性元件進行線性化，微變是指在一個很小的變化范圍內(nèi)。一、三極管的微變等效電路三極管的特性曲線如圖所示。從輸入輸出特性可見，三極管是一個非線性元件，簡化的目的就是在小范圍內(nèi)將其線性化。三極管的簡化分成兩個部分：輸入、輸出。第十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六第二十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

輸入信號很小時，在Q點附近的小范圍內(nèi)將曲線近似地看成直線，那么輸入電路可以用一個動態(tài)電阻來近似：

rbe稱為三極管的輸入電阻。對于低頻小功率管，有下面的計算公式：

rbe一般為幾百歐至幾千歐。第二十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

三極管的輸出特性曲線比較平坦，IB為常數(shù)時，UCE與IC的相應(yīng)變化量的比值稱為三極管的輸出電阻，用等效電阻rce表示：當IB變化時，因IC受IB的控制，且有：IC=βIB

故輸出電路可以用一個受控電流源βIB來近似。第二十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

該小信號模型只能用于交流信號的分析計算，不能用于直流電壓、電流的計算第二十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

二、放大電路的微變等效電路在三極管的微變等效模型的基礎(chǔ)上，可以作出放大電路的微變等效電路。第二十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

三、放大電路的性能指標放大電路的性能指標：電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。

1.電壓放大倍數(shù)當放大電路不接負載RL時第二十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

2.放大電路的輸入電阻ri

輸入電壓與輸入電流的比值：輸入電阻越大，放大電路從信號源所取的電流越小，越能準確地反映信號源的電壓。第二十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

3.放大電路的輸出電阻ro

相對于負載而言，放大電路為一電源，內(nèi)阻就是放大電路的輸出電阻。輸出電阻越小，說明放大電路帶負載的能力越強。利用微變等效電路可以求得放大電路的輸出電阻：

Rc一般為幾千歐。

第二十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六例8-4放大電路如圖8-17所示，三極管的β=50。（1）求Au、ri和ro（2）若RS=500Ω，，求。解：(1)第二十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六(2)第二十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六8－4射極輸出器一、電路的組成共發(fā)射極電路：電壓放大倍數(shù)大，輸入電阻較小，輸出電阻較大。

射極輸出器：電壓放大倍數(shù)接近1，輸入電阻大，輸出電阻小。第三十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

二、電路分析

1.靜態(tài)值的計算由圖8－18(a)電路中的直流通路可列出電壓方程由得第三十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

2.電壓放大倍數(shù)由圖示的微變等效電路可知式中。又可得所以，可求得放大倍數(shù)第三十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

3.輸入電阻由圖8-18(b)可得式中，根據(jù)式（8-19）得射極輸出器的輸入電阻第三十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

4.輸出電阻射極輸出器具有恒壓輸出的特性，輸出電阻很低。在信號源內(nèi)阻RS很小，相對于rbe可以忽略的情況下，輸出電阻為第三十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六例8-5射極輸出器如圖8-18所示。UCC=12V，β~=β=100，RB=200kΩ，RE=2kΩ，RL=2kΩ，RS=0。試求（1）靜態(tài)值；（2）輸入電阻和輸出電阻。解：（1）靜態(tài)值第三十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六（2）輸入電阻和輸出電阻第三十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六例8-6推導(dǎo)圖8-18中射極輸出器的輸出電阻。解：微變等效電路如圖所示。從輸出端外加正弦電壓，再計算電路總電流，則根據(jù)關(guān)系得因為式中第三十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六故得輸出電阻第三十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六8－5多級放大器信號源的輸出電壓一般都很微弱，單級放大達不到要求，故采用多級放大電路。第三十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

一、級間耦合方式各級放大電路之間的連接方式稱為級間耦合。常用的耦合方式：阻容耦合變壓器耦合直接耦合第四十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

1.阻容耦合方式前后級之間通過耦合電容和電阻連接。阻容耦合方式不適合傳送緩慢變化的信號和直流信號。第四十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

2.變壓器耦合方式

優(yōu)點：能進行阻抗、電壓和電流的變換，實現(xiàn)前后級的完全隔離。

缺點：本身較重，體積較大，不能傳送變化緩慢的信號。第四十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

3.直接耦合既能放大交流信號，也能放大直流或緩慢變化的信號。前后級直接相連，因此前后級的靜態(tài)工作點互相影響。主要用于集成電路。第四十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

二、兩級阻容耦合放大電路

1.放大倍數(shù)前級的輸出為后級的輸入，所以總的電壓放大倍數(shù)為：第四十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

微變等效電路：第一級的放大倍數(shù)：第四十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

式中為后級的輸入電阻?？偟碾妷悍糯蟊稊?shù)為當rbe2較小時，近似有第四十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

2.輸入電阻ri和輸出電阻ro

對于多級放大電路，有：輸入電阻ri＝輸入級的輸入電阻ri1輸出電阻ro＝輸出級的輸出電阻ro2第四十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六例8-7兩級阻容耦合放大電路如圖8-24(a)所示。已知計算兩級放大電路總的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）電壓放大倍數(shù)（2）輸入電阻ri和輸出電阻ro第四十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六8－6功率放大電路一、互補對稱功率放大電路

1.無輸出變壓器功率放大電路

T1，T2是特性基本相同的NPN和PNP管。靜態(tài)時，調(diào)節(jié)電位器Rp1使A點的電位等于UCC/2。調(diào)節(jié)Rp2使T1、T2有一定的靜態(tài)電流，以消除三極管B、E極間的死區(qū)電壓造成的非線性失真。

u2的正半周，T1導(dǎo)通，T2截止。此時電源電壓Ucc高于電容電壓Ucc/2，形成電流ic1。

u2負半周，T1截止，T2導(dǎo)通。電容C通過T2放電，第四十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

電流ic2也經(jīng)過負載RL。第五十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

2.無輸出電容的互補對稱放大電路在OTL放大電路中，由于采用大容量電容C，使得低頻特性變壞。為此，省去電容C。

OCL電路需要正、負兩組電源。第五十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

二、采用復(fù)合管的功率放大電路復(fù)合管如圖所示。其特點：（1）電流放大系數(shù)：（2）復(fù)合管的類型取決于第一個管子。第五十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六第五十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

三、集成功率放大電路

DG4100第五十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

電路組成

T1、T2組成差分放大器的輸入級。

T2輸出與T4輸入直接耦合為第一中間放大級。

T4輸出與T7輸入直接耦合為第二中間放大級，也是功放輸出級的推動級。

T5、T6組成恒流源，作為T4管的恒流源負載，可提高該級電壓放大倍數(shù)。T1管通過R1，T3取得偏置。

T12、T13復(fù)合等效為NPN管，T8、T14復(fù)合等效為PNP管。

T9—T11是給T12、T8設(shè)置正向偏置，消除非線性失真。第五十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

外部接線第五十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六8－7場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管有共源、共漏和共柵三種接法。一、增強型MOS管共源放大電路第五十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

采用分壓式偏置，RG1、RG2為分壓電阻。

RD為漏極負載電阻。

RS為源極電阻，用于穩(wěn)定工作點。

CS為交流旁路電容。

RG用于提高放大電路的輸入電阻。

C1、C2為耦合電容。第五十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

放大電路中電壓、電流波形。第五十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

二、共源放大電路動態(tài)分析

1.電壓放大倍數(shù)Au

式中負號表示與反相，為跨導(dǎo)。

2.輸入電阻ri3.輸出電阻ro第六十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

三、耗盡型MOS管共源放大電路自給式偏置放大過程及動態(tài)分析與增強型類似。第六十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六8－8放大電路中的反饋一、反饋的概念將放大器的輸出信號的一部分或全部，通過一定的反饋電路返回到輸入端，稱為反饋。第六十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

正反饋：引入的反饋信號增強外加輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)增加。負反饋：引入的反饋信號削弱輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)減小。直流反饋：反饋信號中只有直流分量。交流反饋：反饋信號中只有交流分量。電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓。電流反饋：反饋信號取自輸出電流。串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號在輸入回路中相串聯(lián)。并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號在輸入回路中相并聯(lián)。第六十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六負反饋交流反饋直流反饋電壓串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點負反饋的分類小結(jié)第六十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

基本放大電路的電壓放大倍數(shù)A0稱為開環(huán)電壓放大倍數(shù)。反饋電路輸出量與輸入量之比F稱為反饋系數(shù)。引入反饋以后的電壓放大倍數(shù)稱為閉環(huán)電壓放大倍數(shù)，用Auf表示。第六十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

二、負反饋電路的類型負反饋具有穩(wěn)定放大倍數(shù)、提高輸入電阻、擴展頻率范圍、改善非線性失真的作用。四種常見的負反饋電路:電壓串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋第六十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六第六十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

1.電壓串聯(lián)負反饋放大電路圖示的射極輸出器屬于電壓串聯(lián)負反饋放大電路。忽略電容C2的容抗，有：

uf=uo

電壓反饋輸入回路中，uf和uo是串聯(lián)關(guān)系串聯(lián)反饋電壓串聯(lián)負反饋第六十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

2.電流串聯(lián)負反饋放大電路分析：射極電流ie在RE上產(chǎn)生壓降uf—反饋電壓：uf=Reieuf與電流ie成正比，故為電流反饋。輸入回路中：

uf與ui串聯(lián)

判斷負反饋的方法——瞬時極性法第六十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

具體做法是：

先假定輸入端有變化，引起某電壓或電流變化。這樣從輸入到輸出逐級分析最后再回到起始處。也可以反過來，從輸出到輸入進行分析。最后看反饋前后輸入（或輸出）的變化是否一致，若一致則該反饋為正反饋，反之為負反饋。第七十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

3.電壓并聯(lián)負反饋電路輸出電壓uo通過反饋電阻RF反饋到輸入端—電壓反饋輸入回路中，反饋電流if和基極電流ib是并聯(lián)關(guān)系，故為并聯(lián)反饋。第七十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

4.電流并聯(lián)負反饋放大電路圖中，uf與ie2成正比—電流反饋輸入回路中：if與ib并聯(lián)—并聯(lián)反饋

ui為正時，uc1和uf均為負—負反饋第七十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

三、負反饋對放大電路工作性能的影響

1.放大倍數(shù)下降開環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)負反饋時，A0與F同相，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf小于開環(huán)電壓放大倍數(shù)。第七十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

2.放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高

A0F>>1時，稱為深度負反饋，有：放大倍數(shù)只與反饋系數(shù)有關(guān)。第七十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

3.減小非線性失真引入負反饋后，輸入信號大時，反饋量也變大，從而使凈輸入量變小。第七十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

4.改變輸入電阻和輸出電阻引入負反饋后，輸入電阻和輸出電阻將發(fā)生變化。電壓串聯(lián)電流串聯(lián)電壓并聯(lián)電流并聯(lián)輸入電阻增大增大減小減小輸出電阻減小增大減小增大第七十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六例8-8畫出圖8-38電流串聯(lián)負反饋放大電路的微變等效電路，求閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf、輸入電阻ri和輸出電阻ro。解：微變等效電路如圖所示。由圖可知第七十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六引入反饋以后的電壓放大倍數(shù)一般情況下，且β>>1，所以上式可化簡為放大倍數(shù)只取決于和RE。輸入電阻輸出電阻第七十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

四、正反饋與振蕩電路

1.自激振蕩振蕩電路由基本放大電路和正反饋電路組成。振蕩電路能把直流電源提供的電能轉(zhuǎn)換成為一定頻率的交流電。由于某種擾動而有微小的輸出時，反饋電路就會有相應(yīng)的反饋電壓返回到放大電路的輸入端。這使得放大電路會有更大的輸出，形成反饋－>放大－>再反饋－>再放大，最終形成振蕩。這種不需要輸入信號而產(chǎn)生的振蕩稱為自激振蕩。第七十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六第八十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期六

2.LC振蕩電路工作過程：接通電源時產(chǎn)生微小的輸出電壓uo及微小的反饋電壓ui，經(jīng)耦合電容C1后成為輸入電壓ube。當滿足相位和幅值要求，uo得到增強，再反饋，再放大，形成振蕩。