模塊十二基本放大電路資料講解

電工電子技術基礎人民郵電出版社知識模塊十二基本放大電路主要內容

①基本放大電路的作用、組成、主要性能指標及其分析方法。②放大器三種基本組態(tài)的性能差異。③多級放大器組成結構及性能指標估算方法。④差分放大器的工作原理及其輸入輸出方式。重點

①基本放大電路的組成及其分析方法。②多級放大器性能指標估算方法。③差分放大器的工作原理。一、基本放大電路1．放大電路的基本知識（1）放大電路的作用放大電路的作用就是將小的或微弱的電信號（電壓、電流、電功率）轉換成較大的電信號。示意圖如圖12-1所示圖12-1放大電路的作用

（2）放大電路的結構放大器的結構示意圖如圖12-2所示。

圖12-2放大電路的結構③輸出電阻ro

放大電路輸出電阻ro的大小決定它帶負載的能力。④通頻帶放大電路電容元件、三極管極間和電感元件間存在結電容，由于阻抗是頻率的函數，所以放大電路對不同頻率的輸入信號有著不同的放大能力。即當信號頻率過高或過低時放大倍數都將下降，我們把放大倍數下降到最高放大倍數的0.707倍的兩個所限定的頻率范圍稱為放大電路的通頻帶，用符號BW表示。如圖12-3所示，通頻帶反映了放大電路對不同頻率輸入信號的放大能力。

圖12-3放大電路的幅頻特性曲線2．共射極放大電路

根據放大器輸入輸出回路公共端的不同，放大器有共發(fā)射極、共集電極和共基極三種基本組態(tài)，下面介紹共射極放大電路。（1）電路組成共射極基本放大電路如圖12-4所示。圖12-4共射極基本放大電路具體分析如下：①Vcc:集電極回路的直流電源②VBB:基極回路的直流電源③三極管T：放大電路的核心器件，具有電流放大作用④Rb:基極偏置電阻⑤Rc:集電極偏置電阻⑥Cb1、Cb2：分別為輸入、輸出耦合電容，基本作用是“隔直通交”⑦RL:負載電阻或負載的等效電阻

（2）放大器的習慣畫法放大器的習慣畫法如圖12-5示。

圖12-5共射極基本放大電路習慣畫法（3）工作原理 共射極基本放大電路的電壓放大作用是利用三極管的電流控制作用，并依靠Rc將放大后的電流的變化轉為電壓變化來實現(xiàn)的。

圖12-6共射極基本放大電路工作原理圖（4）放大電路的靜態(tài)和動態(tài)靜態(tài)：輸入信號為零時，電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。動態(tài)：輸入信號不為零時，電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。電路處于靜態(tài)時，三極管三個電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點，稱為靜態(tài)工作點，常稱為Q點。靜態(tài)值一般用IB、IC和VCE（或IBQ、ICQ和VCEQ）表示。（5）直流通路和交流通路直流通路:當沒加輸入信號時，電路在直流電源作用下，直流電流流經的通路。直流通路用于確定靜態(tài)工作點。直流通路畫法：①電容視為開路；②電感線圈視為短路；③信號源視為短路，但保留其內阻。交流通路:在輸入信號作用下交流信號流經的通路。交流通路用于計算電路的動態(tài)性能指標。交流通路畫法：①容量大的電容視為短路；②直流電源視為短路。

（6）圖解分析法①靜態(tài)工作情況分析Ⅰ用近似估算法求靜態(tài)工作點：采用該方法，必須已知三極管的β值。

圖12-7共射極放大電路直流通路根據直流通路：硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2VⅡ用圖解分析法確定靜態(tài)工作點(Q點)：采用該方法分析靜態(tài)工作點，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。首先，畫出直流通路；在輸入特性曲線上，作出直線VBE=VCC－IBRb，兩線的交點即是Q點，得到IBQ。在輸出特性曲線上，作出直流負載線VCE=VCC－ICRC，與IBQ曲線的交點即為Q點，從而得到VCEQ和ICQ。

圖12-8靜態(tài)工作情況圖解②動態(tài)工作情況分析Ⅰ交流通路及交流負載線過輸出特性曲線上的Q點做一條斜率為-1/(RL∥Rc)直線，該直線即為交流負載線。交流負載線是有交流輸入信號時Q點的運動軌跡。R'L=

RL∥Rc，是交流負載電阻。Ⅱ輸入交流信號時的圖解分析通過圖解分析，可得如下結論：（1）（2）vo與vi相位相反； （3）可以測量出放大電路的電壓放大倍數；（4）可以確定最大不失真輸出幅度。

圖12-9動態(tài)工作情況圖解3．放大電路三種基本組態(tài)的比較

共發(fā)射極放大電路共集電極放大電路共基極放大電路電路組態(tài)電壓增益輸入電阻輸出電阻用途多級放大電路的中間級輸入級、輸出級或緩沖級高頻或寬頻帶電路及恒流源電路備注二、多級放大電路1．多級放大器電路的組成在電子電路系統(tǒng)中，往往需要把微弱的毫伏或微伏信號放大具有足夠大的輸出電壓或電流信號去推動負載工作。因此需要采用多級放大電路，以滿足放大倍數和其他方面性能的要求。如圖12-10所示，通常把與信號源連接的第一級放大電路稱為輸入級，與負載相連接的末端放大電路稱為輸出級，輸出級與輸入級之間的放大電路稱為中間級。輸入級和中間級的位置處于多級放大電路的前幾級，故又稱為前置級。前置級一般都屬于小信號工作狀態(tài)，主要進行電壓放大；輸出級是大信號放大，以提供負載足夠大的信號，常采用功率放大電路。

圖12-10多極放大電路的組成框圖2．多級放大電路的耦合方式多級放大電路級與級之間信號傳遞的電路連接方式稱為耦合，常用的耦合方式有三種：阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合。

優(yōu)點缺點阻容耦合（1）各級放大電路的直流工作點彼此獨立，互不影響，便于計算和調試。（2）電路比較簡單，體積較小。（1）只能放大交流信號，不能放大直流及緩變信號。（2）因為耦合電容的容量較大，故不易集成化。直接耦合（1）元件少，體積小，易集成化。（2）既可放大交流信號，也可放大直流和緩變信號。（1）各級的直流工作點互不獨立，彼此影響，計算和調試麻煩。（2）零點漂移嚴重。尤其當第一級電路產生一定零點漂移時，經后面各級逐漸放大，最終會產生嚴重的零點漂移。（3）前后級放大電路需要互相配合，并采取適當措施，才能保證各級的正常工作。變壓器耦合（1）各級放大電路的直流工作點彼此獨立，互不影響，便于計算和調試。（2）可以進行阻抗匹配，以滿足最大功率傳輸的要求。（1）只能放大交流信號，不能放大直流及緩變信號。（2）體積大，笨重，不能集成化，也不便于小型化。（3）頻率特性較差。3．多級放大電路性能指標的估算

（1）電壓放大倍數的計算圖12-10所示多級放大電路的框圖中，可看出前級的輸出信號UO1，即為后級的輸入信號Ui2，而后級的輸入電阻Ri2即為前級交流負載RL1，因此有:RL1=Ri2,uo1=ui2

第一級電壓放大倍數為：

Au1=uo1/ui

第二級電壓放大倍數為：

Au2=uo2/ui2

第n級放大倍數為：

Au=uo/ui=Au1·Au2···Aun

（2）多級放大電路的輸入電阻和輸出電阻：

多級放大電路的輸入電阻即為第一級放大電路的輸入電阻Ri1，故Ri=Ri1

多級放大電路的輸出電阻RO即為最后第n級放大電路的輸出電阻Ron，故Ro=Ron

三、集成運算放大器

1．差分式放大電路（1）差模信號和共模信號的概念①概念差分式放大電路是一個雙口網絡，每個端口有兩個端子，可以輸入兩個信號，輸出兩個信號。其端口結構示意圖如圖12-11所示。圖12-11差分式放大電路輸入輸出結構示意圖注意：普通放大電路也可以看成是一個雙口網絡，但每個端口都有一個端子接地。因此，只能輸入一個信號，輸出一個信號。

當差分放大電路的兩個輸入端子接入的輸入信號分別為vi1和vi2時，兩信號的差值稱為差模信號，而兩信號的算術平均值稱為共模信號。即差模信號

共模信號根據以上兩式可以得到可以看出，兩個輸入端的信號均可分解為差模信號和共模信號兩部分。

②兩種信號的特點差模分量：大小相等，相位相反共模分量：大小相等，相位相同③增益差模電壓增益共模電壓增益總輸出電壓其中，表示由差模信號產生的輸出④共模抑制比共模抑制比是衡量放大電路抑制零點漂移能力的重要指標。

（2）基本差分式放大電路①電路組成及特點Ⅰ組成：由兩個共射極電路組成。

圖12-12基本差分式放大電路Ⅱ特點：電路對稱，射極電阻共用，或射極直接接電流源（大的電阻和電流源的作用是一樣的），有兩個輸入端，有兩個輸出端。②工作方式雙端輸入雙端輸出雙端輸入單端輸出單端輸入雙端輸出單端輸入單端輸出③工作原理Ⅰ靜態(tài)分析因為在靜態(tài)時，Vi=0即Vi短路。靜態(tài)時Vc1=Vc2,所以Vo=Vc1-Vc2=0。即輸入為0時，輸出也為0。Ⅱ動態(tài)分析當電路的兩個輸入端各加入一個大小相等極性相反的差模信號時，vi1=vi2=vid/2一管電流將增加，另一管電流減小，輸出電壓為vo=vc1-vc2≠0即差模信號輸入時，兩管之間有差模信號輸出。

3．集成運算放大器（1）基本結構

圖12-13集成運算放大器內部結構框圖偏置電路：為各級放大電路設置合適的靜態(tài)工作點。采用電流源電路。輸入級：前置級，多采用差分放大電路。要求Ri大，Ad大，Ac小，輸入端耐壓高。中間級：主放大級，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。輸出級：功率級，多采用準互補輸出級。要求Ro小，最大