單管基本放大電路

1、單管基本放大電路第1頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二712 直流通路和交流通路 放大電路工作，當(dāng)無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，電路中只有直流電流；當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，電路中既有直流電流又有交流電流。直流電流流過(guò)的路徑稱為放大電路的直流通路；交流電流流過(guò)的路徑稱為放大電路的交流通路。由于電路中存在著電抗元件，所以直流通路和交流通路不相同。在計(jì)算、分析具體的放大電路時(shí)，一定要分清交、直流通路。1直流通路直流通路的簡(jiǎn)化方法是將電抗元件中的電容看作開路，電感看作短路，其他元件不變。 2交流通路交流通路的簡(jiǎn)化方法是將電抗元件中的電容看作短路，電感看作開路，其他元件不變。直流電源只能產(chǎn)生直流激勵(lì)，在交

2、流電路中不起作用，而其內(nèi)阻很小忽略不計(jì)，作為短路處理。 第2頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二圖7-2 共射極單管放大電路的直流、交流通路(a)直流通路 (b)交流通路 第3頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二713 靜態(tài)分析 放大電路的靜態(tài)是指未加交流信號(hào)以前的起始狀態(tài)。此時(shí)，晶體管各極直流電壓和直流電流分別用UBEQ、UCEQ、IBQ和ICQ表示。由于這些數(shù)值代表著輸入特性曲線和輸出特性曲線上一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，習(xí)慣上稱該點(diǎn)為靜態(tài)工作點(diǎn)或直流工作點(diǎn)，此時(shí)晶體管的各極電壓和電流均在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上變化。2靜態(tài)工作點(diǎn)的確定方法由放大電路的直流通路可確定靜態(tài)工作

3、點(diǎn)（IBQ、ICQ、UCEQ）。對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的求解，可用圖解法和近似估算法。（1）近似估算法根據(jù)基爾霍夫電壓定律列出圖7-2（a）的回路方程： 第4頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二第5頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二714 動(dòng)態(tài)分析放大電路有交流信號(hào)輸入時(shí)的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。一個(gè)放大電路的性能如何？除了要看其靜態(tài)工作點(diǎn)的位置以外，還要看動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。放大電路的主要性能指標(biāo)包括增益、輸入/輸出電阻、頻率特性、非線性失真等。本節(jié)中主要講解增益、輸入電阻、輸出電阻的求解方法。1微變等效電路法第6頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二（

4、1）輸入電阻ri （2）輸出電阻ro（3）晶體管動(dòng)態(tài)輸入電阻rbe （4）電壓增益Au第7頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二72 分壓式偏置放大電路721 分壓式偏置放大電路的組成 分壓式偏置放大電路如圖7-7所示。V是放大管；RB1、RB2是偏置電阻，RB1、RB2組成分壓式偏置電路，將電源電壓UCC分壓后加到晶體管的基極；RE是射極電阻，還是負(fù)反饋電阻；CE是旁路電容與晶體管的射極電阻RE并聯(lián)，CE的容量較大，具有“隔直、導(dǎo)交”的作用，使此電路有直流負(fù)反饋而無(wú)交流負(fù)反饋，即保證了靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性，同時(shí)又保證了交流信號(hào)的放大能力沒有降低。第8頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，

5、5月20日，3點(diǎn)14分，星期二圖7-7 分壓式偏置放大電路 圖7-8 分壓式偏置放大電路的直流通路第9頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二722 穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理 分壓式偏置放大電路的直流通路如圖7-8所示。當(dāng)溫度升高，IC隨著升高，IE也會(huì)升高，電流IE流經(jīng)射極電阻RE產(chǎn)生的壓降UE也升高。又因?yàn)閁BE=UB-UE，如果基極電位UB是恒定的，且與溫度無(wú)關(guān)，則UBE會(huì)隨UE的升高而減小，IB也隨之自動(dòng)減小，結(jié)果使集電極電流IC減小，從而實(shí)現(xiàn)IC基本恒定的目的。如果用符號(hào)“ ”表示減小，用“ ”表示增大，則靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定過(guò)程可表示為： 要實(shí)現(xiàn)上述穩(wěn)定過(guò)程，首先必須保證基極

6、電位UB恒定。由圖7-7可見，合理選擇元件，使流過(guò)偏置電阻RB1的電流I1比晶體管的基極電流IB大很多，則UCC被RB1、RB2分壓得晶體管的基極電位UB： 第10頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二 分壓式偏置放大電路中，采用了電流負(fù)反饋，反饋元件為RE。這種負(fù)反饋在直流條件下起穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用，但在交流條件下影響其動(dòng)態(tài)參數(shù)，為此在該處并聯(lián)一個(gè)較大容量的電容CE，使RE在交流通路中被短路，不起作用，從而免除了RE對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響。第11頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二723 電路定量分析1靜態(tài)分析根據(jù)KVL定理可得輸出回路方程 第12頁(yè)，共36

7、頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二2動(dòng)態(tài)分析由分壓式偏置放大電路圖7-7可得交流通路如圖7-9所示及微變等效電路如圖7-10所示。圖7-9 分壓式偏置電路的交流通路 圖7-10 分壓式偏置電路的交流微變等效電路第13頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二（1）電壓放大倍數(shù)Au輸入電壓輸出電壓 （2）輸入電阻ri （3）輸出電阻ro 第14頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二73 共集電極放大電路 共集電極放大電路是一種應(yīng)用非常廣泛的單元電路之一。一般來(lái)說(shuō)，它可用來(lái)作為多級(jí)放大器的輸入級(jí)、輸出級(jí)和中間級(jí)。共集電極放大電路還可用作緩沖級(jí)在電路中起阻

8、抗匹配的作用。731 電路組成及各元件的作用 圖7-11（a）是共集電極放大電路的典型電路。V是放大管，RB是基極偏置電阻，RE是發(fā)射極電阻，C1、C2是耦合電容，RL是放大電路的負(fù)載，其中RE的存在起到了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用。 圖7-11（b）是其直流通路，圖7-12（a）是其交流通路。從交流通路可看出輸入信號(hào)ui加在基極與集電極之間，輸出信號(hào)uo由發(fā)射極和集電極之間取出，集電極是輸入回路與輸出回路的公共端，故稱為共集電極放大電路。又因?yàn)檩敵鲂盘?hào)是從發(fā)射極與“地”之間取出，所以此電路又稱為射極輸出器。第15頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二圖7-11 共集電極放大電路(

9、a)原理電路 (b)直流通路第16頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二732 電路分析1靜態(tài)分析根據(jù)KVL定理可列出圖7-11（b）的輸入回路方程 基極電流IBQ 集電極電流ICQ 則集射極間電壓UCEQ 第17頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二2動(dòng)態(tài)分析由圖7-12（a）可得共集電極放大電路的微變等效電路如圖7-12（b）所示。 圖7-12 共集電極放大電路的交流電路(a)交流通路 (b)微變等效電路 第18頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二（1）電壓放大倍數(shù)Au輸入電壓 輸出電壓 通常條件下 ，所以Au近似等于1，且略小于1。

10、Au是正值，表明輸出電壓與輸入電壓同相，也說(shuō)明了射極跟隨器的特性之一。第19頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二 （2）輸入電阻ri 由微變等效電路可得（3）輸出電阻ro 可見共集電極放大電路的輸出電阻很小，一般為幾歐到幾十歐，表明其帶動(dòng)負(fù)載的能力很強(qiáng)。從以上的分析中可知共集電極放大電路具有以下特點(diǎn)：（1）電壓放大倍數(shù)Au近似等于1，且略小于1，輸出電壓與輸入電壓同相。（2）電流放大倍數(shù)Ai=1+。（3）輸入電阻ri很高，信號(hào)源的利用率高。（4）輸出電阻ro很低，帶動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng)。 第20頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二還必須指出：共集電極放大電路的電

11、壓放大倍數(shù)雖然比共射極放大電路小得多，但是它是以降低電壓放大倍數(shù)換來(lái)了其它性能的改善。如：提高輸入電阻，減小輸出電阻，靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定等。第21頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二74 多級(jí)放大電路在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，放大電路的輸入信號(hào)很小，而負(fù)載卻要求有較大的輸入信號(hào)，這就要求放大電路必須有足夠的放大能力。單管放大電路的放大倍數(shù)有限，一般只有幾十倍不能滿足要求，為了得到較高的放大倍數(shù)，一個(gè)放大電路往往由幾級(jí)組成。741 多級(jí)放大電路的組成一個(gè)多級(jí)放大電路根據(jù)各級(jí)所處的位置和作用不同，大致可分為三部分：輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)，如圖7-13所示。圖7-13 多級(jí)放大電路的組成框圖第2

12、2頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二742 多級(jí)放大電路的性能分析1多級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn) 多級(jí)放大電路中的各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)之間是否相互影響與級(jí)間的連接方式有關(guān)。（下面討論）2電壓放大倍數(shù) 多級(jí)放大電路的總電壓放大倍數(shù)Au等于各級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)的乘積，即Au=Au1Au2Au3 在計(jì)算各級(jí)的Au1、Au2、Au3時(shí)要注意，各級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)是互相有影響的。第一級(jí)的輸出是第二級(jí)的輸入，也就是說(shuō)第二級(jí)的輸入電阻是第一級(jí)的負(fù)載，同時(shí)第一級(jí)的輸出電阻也是第二級(jí)輸入電阻的一部分。所以，在計(jì)算時(shí)要考慮級(jí)與級(jí)之間的影響。第23頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)1

13、4分，星期二3輸入電阻、輸出電阻多級(jí)放大電路的輸入電阻就是輸入級(jí)的輸入電阻，輸出電阻就是輸出級(jí)的輸出電阻。在具體計(jì)算時(shí)，可用基本放大電路的公式計(jì)算。不過(guò)，有時(shí)它們還與中間級(jí)的參數(shù)有關(guān)。743 多級(jí)放大電路的耦合方式多級(jí)放大電路級(jí)與級(jí)之間的連接方式稱為耦合方式，即指放大電路輸入端與信號(hào)源之間，以及放大電路輸出端與負(fù)載之間的連接方式。多級(jí)放大電路的耦合方式主要有直接耦合方式、阻容耦合方式、變壓器耦合方式。第24頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二1直接耦合圖7-14 直接耦合多級(jí)放大電路 第25頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二2阻容耦合圖7-15 阻容耦

14、合多級(jí)放大電路第26頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二3變壓器耦合圖7-16 變壓器耦合多級(jí)放大電路第27頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二 從以上的分析中，可以知道三種常見的耦合方式各有各的優(yōu)點(diǎn)。直接耦合放大電路可放大交、直流信號(hào)，頻率特性好，電路簡(jiǎn)單便于集成；阻容耦合放大電路只能放大交流信號(hào)，各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立便于設(shè)計(jì)調(diào)試和維修；變壓器耦合放大電路能放大交流信號(hào)，并有阻抗匹配的作用，從而實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。三種耦合方式在要求不同的電路中，采用合適的級(jí)間耦合方式。第28頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二75 功率放大電路 在

15、實(shí)踐中，常常要求放大電路的末級(jí)能帶一定的負(fù)載，如使揚(yáng)聲器的音圈振動(dòng)發(fā)出聲音、推動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)、讓儀器儀表動(dòng)作等，這些都需要放大電路能夠輸出足夠的信號(hào)功率，這個(gè)末級(jí)電路稱為功率放大電路，簡(jiǎn)稱功放。前面所講的放大電路均為小信號(hào)放大電路，其主要任務(wù)在于不失真地提高輸入信號(hào)的電壓或電流的幅度，以驅(qū)動(dòng)后面的功率放大電路，而功率放大電路的任務(wù)則是在信號(hào)不失真或輕度失真的條件下提高輸出功率，屬于大信號(hào)放大電路。 放大電路的實(shí)質(zhì)都是能量轉(zhuǎn)換。從能量控制觀點(diǎn)看，電壓放大電路與功率放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別，但是功率放大電路與電壓放大電路所承擔(dān)的任務(wù)是不同的，要求也就不同，那么討論的主要指標(biāo)就不同。功率放大器按其工作的

16、狀態(tài)分類也有多種。第29頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二751 功率放大電路的特點(diǎn)與主要要求1輸出功率足夠大2效率高3非線性失真小752 功率放大電路的分類功率放大電路通常是根據(jù)功放管的靜態(tài)工作點(diǎn)在負(fù)載線上位置的不同進(jìn)行分類的。通常分為甲類、乙類、甲乙類，高頻放大電路中還有丙類和丁類。 第30頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二1甲類 甲類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)在負(fù)載線的中點(diǎn)。甲類功率放大電路的功放管有較大的靜態(tài)工作電流，無(wú)輸入信號(hào)也有較大的管耗。有信號(hào)輸入時(shí)，在整個(gè)周期內(nèi)功放管都工作，若靜態(tài)工作點(diǎn)取值恰當(dāng)，則輸出信號(hào)不失真。甲類功率放大電路的特點(diǎn)

17、是失真小、管耗大、效率低，只適用于小信號(hào)放大，其波形如圖7-17（a）所示。2乙類 乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)在負(fù)載線與截止區(qū)的交線上。乙類功率放大電路沒有靜態(tài)工作電流，無(wú)輸入信號(hào)時(shí)功放管不工作，降低了管耗。有輸入信號(hào)時(shí)，電路只對(duì)半個(gè)周期的信號(hào)放大輸出，另半個(gè)周期功放管不工作沒有信號(hào)輸出，輸出信號(hào)失真較為嚴(yán)重。若想得到完整的輸出信號(hào)，則需要兩個(gè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。乙類功率放大電路的特點(diǎn)是失真大、管耗小、效率高、適用于大信號(hào)放大，其波形如圖7-17（b）所示第31頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二3甲乙類 甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)在負(fù)載線的中點(diǎn)與截止點(diǎn)之間，是介于甲類和乙類

18、之間的功率放大電路。電路有很小的靜態(tài)工作電流，無(wú)輸入信號(hào)時(shí)有較小的管耗，低于甲類功率放大電路。有信號(hào)輸入時(shí)，在輸入信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)，甲乙類功率放大電路能對(duì)大部分輸入信號(hào)進(jìn)行放大，輸出信號(hào)失真小于乙類功率放大電路。若想得到完整的輸出信號(hào)，也需要兩個(gè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。甲乙類功率放大電路適用于大信號(hào)放大，其波形如圖7-17（c）所示。圖7-17 功率放大電路的分類(a)甲類 (b)乙類 (c)甲乙類第32頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二753 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 在應(yīng)用中，人們需要工作效率高、波形失真小的功放電路。從以上分析可知，甲類功率放大電路波形失真小，但效率低；乙類功率放大電路效率高，波形失真卻很大；甲乙類功率放大電路效率雖然較高，波形失真也小，但還是無(wú)法滿足實(shí)際的要求，因此出現(xiàn)了互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。圖7-18 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(a)電原理圖 (b)波形圖第33頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)14分，星期二 前面已講過(guò)晶體管導(dǎo)通需要一定的電壓，即導(dǎo)通電壓或死區(qū)電壓。晶體管工作在乙類狀態(tài)時(shí)，無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，電流為零；有輸入信號(hào)時(shí)，只有當(dāng)輸入電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，晶體管才導(dǎo)通。也就是說(shuō)，當(dāng)兩個(gè)晶體管處于交替工作時(shí)，一只管子