chapter22第二章基本放大電路

第二章基本放大電路本章目錄總目錄點(diǎn)擊即可進(jìn)入學(xué)習(xí)2.1放大的概念及放大電路的性能指標(biāo)2.2基本放大電路的組成2.3放大電路的靜態(tài)分析2.4放大電路的動(dòng)態(tài)分析2.5放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.8放大電路的派生電路2.9場效應(yīng)管放大電路2.6射極輸出器2.7共基極放大電路習(xí)題解答2.1放大的概念及放大電路的主要性能指標(biāo)

一.放大的基本概念

放大——把微弱的電信號的幅度放大。一個(gè)微弱的電信號通過放大器后，輸出電壓或電流的幅得到了放大，但它隨時(shí)間變化的規(guī)律不能變，即不失真。二.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能力

根據(jù)放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求，放大器可分為四種類型，所以有四種放大倍數(shù)的定義。（1）電壓放大倍數(shù)定義為:AU=uo/ui（2）電流放大倍數(shù)定義為:AI=io/ii

（3）互阻增益定義為:Ar=uo/ii（4）互導(dǎo)增益定義為:Ag=io/ui2.輸入電阻Ri——從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻Ri=ui/ii一般來說，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號源索取的電流越小。（2）當(dāng)信號源有內(nèi)阻時(shí)，Ri越大，ui就越接近uS。3.輸出電阻Ro——從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。

輸出電阻的定義：4.通頻帶fAAm0.7AmfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線

3dB帶寬5.非線性失真系數(shù)放大器件的線性放大范圍有限，當(dāng)輸入過大時(shí)，輸出會(huì)出現(xiàn)非線性失真。定義非線性失真系數(shù)為輸出波形中的諧波成分總量和基波成分的比值。6.最大不失真電壓7.最大輸出功率與效率最大輸出功率電源消耗功率2.2基本放大電路的組成三極管的放大原理三極管工作在放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏?！鱑CE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）電壓放大倍數(shù)：→uo

ui放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。單管共射極放大電路的結(jié)構(gòu)及各元件的作用集電極電阻RC，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。各元件作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)IB和UBE。基極電源與基極電阻耦合電容：電解電容，有極性，大小為10F~50F作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時(shí)能使信號順利輸入輸出。++各元件作用：基本放大電路的習(xí)慣畫法RB

RC

T+VCC簡單畫法CEBEBUCC省去一個(gè)直流電源共發(fā)射極接法放大電路RCRBT改進(jìn)的原因+VCCRBRCC1C2Tuo耦合電容偏置電阻集電極負(fù)載電阻基本交流放大電路的組成歸納為：直流電源ui輸入輸出放大電路的組成動(dòng)畫演示靜態(tài)分析的任務(wù)是根據(jù)電路參數(shù)和三極管的特性確定靜態(tài)值（直流值）UBE、IB、IC

和UCE?？捎梅糯箅娐返闹绷魍穪矸治?。放大電路沒有輸入信號時(shí)的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。ui

=0C1TRLuoRCRBVCCC2

2.3放大電路的靜態(tài)分析直流通路：輸入信號短路耦合電容開路靜態(tài)工作點(diǎn)——Ui=0時(shí)電路的工作狀態(tài)ui=0時(shí)由于電源的存在，電路中存在一組直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，所以稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)？

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。開路畫出放大電路的直流通路

一、

用放大電路的直流通路確定靜態(tài)值（估算法）

將交流電壓源短路，將電容開路。直流通路的畫法：開路短路畫出直流通路UCE

=VCC-IC

RCIC

=

IB硅管的UBE

約為0.6-0.7V鍺管的UBE約為0.2-0.3Vui

=0IB=VCC–UBERBC1TRLuoRCRBVCCC2RCIC

UCEUBERBIB+VCCIE直流通路：Rb1稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)（IB、UBE、IC、UCE）IC=IB例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：請注意電路中IB和IC的數(shù)量級

用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流負(fù)載線由估算法求出IB，IB對應(yīng)的輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是工作點(diǎn)QQIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC二、用圖解法確定靜態(tài)值同前例：用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K，解：將方程UCE

=VCC-IC

RC所表示的直線畫在三極管輸出特性曲線的坐標(biāo)平面上直線上的兩點(diǎn):N點(diǎn):IC

=VCC/RC=3mA,UCE

=0M點(diǎn):IC=0,UCE

=VCC=12V2.4放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路有輸入信號時(shí)的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后,分析信號的傳輸情況。加入輸入信號后，三極管的各個(gè)電壓和電流都含有直流分量和交流分量。一、微變等效電路法三極管在小信號(微變量)情況下工作時(shí),可以在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線,三極管就可以用線性雙口網(wǎng)絡(luò)來等效代替.（三極管的共射低頻h參數(shù)模型）根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)H參數(shù)理論：求變化量：在小信號情況下，近似為線性，有：1、三極管的微變等效電路在小信號情況下，近似為線性，有：根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)H參數(shù)理論：所以有：各h參數(shù)的物理意義：iBuBEuBEiB——輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，用rbe表示?！斎攵碎_路時(shí)的電壓反饋系數(shù)，用μr表示。很小，小于10-3。iBuBEuBEuCEiCiBiCuCE——輸出端交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，用β表示。——輸入端開路時(shí)的輸出電導(dǎo)，用1/rce表示。

rce很大，大于105。iCuCEiCuCE該式可寫為：由此畫出三極管的h參數(shù)等效電路：簡化的h參數(shù)等效電路由于（1）μr＜10-3，忽略。（2）rce＞105，忽略。得三極管簡化的h參數(shù)等效電路。EBCicuceuberbe

ibib或rbe的計(jì)算：由PN結(jié)的電流公式：（常溫下）其中：rbb’=200Ω所以：對交流信號(輸入信號ui)2.放大電路的交流通路交流通路——分析動(dòng)態(tài)工作情況交流通路的畫法：

將直流電壓源短路，將電容短路。短路短路置零交流通路1微變等效電路的畫法動(dòng)畫演示

先畫出放大電路的交流通路3、放大電路的微變等效電路將交流通路中的三極管用其微變等效電路來代替。TuiuoRCiiibicuceubeRLRSusRBrbe

EBCIi?Uo?riIb?Ib?Ic?Ui?Us?IRB?RCRLRBRS4、電壓放大倍數(shù)的計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au?=

rbe

（RC//RL）=Uo?Ui?Ib?–Ib?=–（RC//RL）rbe

基本放大電路的微變等效電路rbe

EBCIi?Uo?riIb?Ib?Ic?Ui?Us?IRB?RCRLRBRS負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小5、放大電路的輸入電阻的計(jì)算放大電路的輸入電阻定義為：ri=RB

//rbe

對基本放大電放大電路，有：ri=Ii?riUi?rbe

EBCIi?Uo?Ib?Ib?Ic?Ui?IRB?RCRLRB6、源電壓放大倍數(shù)的計(jì)算（1）電壓放大倍數(shù)Au?=

rbe

（RC//RL）=Uo?Ui?Ib?–Ib?=–（RC//RL）rbe

基本放大電路的微變等效電路rbe

EBCIi?Uo?riIb?Ib?Ic?Ui?Us?IRB?RCRLRBRSAus=?(2)稱為源電壓放大倍數(shù)Uo?Us?

基本放大電路的微變等效電路rbe

EBCIi?Uo?riIb?Ib?Ic?Ui?Us?IRB?RCRLRBRS定義：當(dāng)信號源有內(nèi)阻時(shí)：由圖知：所以：roRS放大電路7、放大電路的輸出電阻的計(jì)算對負(fù)載而言,放大電路相當(dāng)于一個(gè)具有內(nèi)阻的信號源，這個(gè)信號源的內(nèi)阻就是放大電路的輸出電阻。外加電壓在rbe中產(chǎn)生的電流為0U?U?I?Ib?=0Ib?=0Ui?=0Ui?=0IRC?I?U?roro==RCU?I?可用外加電壓法求roRCRBRSrbe

例

共射放大電路如圖所示。設(shè)：VCC＝12V，Rb=300kΩ,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的b

=50。1、試求電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。解：≈IE2、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解：畫微變等效電路Ri=rbe//Rb≈rbe=863ΩRo=Rc=3kΩ1.交流負(fù)載線輸出端接入負(fù)載RL：不影響Q

影響動(dòng)態(tài)！二、圖解法直流通路Cb2開路=–（RC//RL）rbeAu負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小交流負(fù)載線ic其中：uce=-ic（RC//RL）

=-ic

RL+-Uce交流量ic和uce有如下關(guān)系：即：交流負(fù)載線的斜率為：uce=-ic（RC//RL）=-ic

RL或ic=（-1/RL）uce交流負(fù)載線的作法：①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②經(jīng)過Q點(diǎn)。

交流負(fù)載線的作法：iCiCEVCCQIB交流負(fù)載線直流負(fù)載線①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②經(jīng)過Q點(diǎn)。

注意：（1）交流負(fù)載線是有交流輸入信號時(shí)工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

（2）空載時(shí)，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合。iBuBEQuiibic交流放大原理（設(shè)輸出空載）假設(shè)在靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號uiib靜態(tài)工作點(diǎn)2.用圖解法分析放大電路的動(dòng)態(tài)工作情況iCiCEuce注意：uce與ui反相！uiiBiCuCEuo各點(diǎn)波形uo比ui幅度放大且相位相反結(jié)論：（1）放大電路中的信號是交直流共存，可表示成：雖然交流量可正負(fù)變化，但瞬時(shí)量方向一定（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot放大原理動(dòng)畫演示020A40A80A123IB=0Qt00uce

(uo)(1)靜態(tài)工作點(diǎn)偏高引起飽和失真ic正半周變平Q2Q1uCE

/V

IB=60A

3.用圖解法分析非線性失真uo波形tuce負(fù)半周變平飽和失真uCE

/ViC

/mAiC

/mAuBE/V0Q5ibube0tt0iB/μA(a)工作點(diǎn)偏低引起ib失真iB/μAuBE/V(2)工作點(diǎn)偏低引起截止失真t1t2t1t2在ube負(fù)半周t1~t2時(shí)間內(nèi)，uBE小于死區(qū)電壓，iB=0設(shè)靜態(tài)值IB=5μAQ2Q10IB=5μA20608031.5612t00Q

2.250.752.251.50.75icuce(uo)39400(b)工作點(diǎn)偏低引起

ic

、uce

(uo)失真0.250.25正半周變平uCE

/VuCE

/Vt截止失真uo波形iC=iBQ1Q2iC

/mAiC

/mA下半周變平iCuCEuo可輸出的最大不失真信號（1）合適的靜態(tài)工作點(diǎn)ib總結(jié)：非線性失真與Q的關(guān)系靜態(tài)工作點(diǎn)居中iCuCEuo（2）Q點(diǎn)過低→信號進(jìn)入截止區(qū)稱為截止失真信號波形上半周失真iCuCEuo（3）Q點(diǎn)過高→信號進(jìn)入飽和區(qū)稱為飽和失真信號波形截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真”下半周失真非線性失真動(dòng)畫演示由上述內(nèi)容可得，要想放大電路不產(chǎn)生非線性失真，必須：（1）給放大電路設(shè)置一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)大致設(shè)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。（2）輸入信號為小信號，如果輸入信號的幅值過大，放大電路的工作范圍就有可能超出特征曲線的線性范圍（上進(jìn)入飽和區(qū)，下進(jìn)入截止區(qū)），從而引起非線性失真（截幅失真）。小結(jié)：放大電路的組成原則(1)為了不失真的放大交變電壓信號,必須給放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。(2)在輸入回路加入ui

應(yīng)能引起uBE

的變化,從而引起iB和ic

的變化。

(3)輸出回路的接法應(yīng)當(dāng)使ic

盡可能多地流到負(fù)載RL

中去,或者說應(yīng)將集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化送到輸出端。VCCRCC1C2TRLuoui(a)RBVCCRCC1C2TRLuouiEB(b)圖(a)中，沒有設(shè)置靜態(tài)偏置，不能放大。圖(b)中，有靜態(tài)偏置,但ui被EB短路，不能引起iB的變化，所以不能放大。討論：下面各電路能否放大交流電壓信號？VCCC2TRLuouiRB(c)C1圖(c)中，有靜態(tài)偏置,有變化的iB和ic,但因沒有RC

，不能把集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化送到輸出端,所以不能放大交流電壓信號。對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、和ICEO決定，這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。Q變UBEICEO變T變IC變2.5放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定一.溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響1、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC2、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移?？傊篢ICVCCRCC1C2TRLRB2RE+CE二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路——分壓式偏置電路++電路組成直流通路BRCIC

UCERB1IBVCCIEI1I2RB2RERB1uoRSusVCCRCC1C2TRLRB2RE+CE++1.穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理對于設(shè)計(jì)好的電路均能滿足I1>>IB

,I2>>IB,

可以認(rèn)為I1≈I2

則RB1VB

=VCCRB2RB2+直流通路BRCIC

UCERB1IBVCCIEI1I2RB2RERB1uoRSusVBVB與晶體管的參數(shù)無關(guān),不受溫度影響,VCC、RB1、RB2一定，則VB值穩(wěn)定。靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定過程：TUBEICICIEUE

UBE=UB-UE=UB-IE

ReUB穩(wěn)定IB由輸入特性曲線BRCICRB1IBVCCIERB2RE直流通路穩(wěn)定iBuBE2.靜態(tài)分析IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReICIE=UE/Re

=（UB-UBE）/Re

電容開路,畫出直流通道思考：若在Re兩端并電容Ce會(huì)對Au、Ri、Ro有什么影響？3.動(dòng)態(tài)分析：直流通路Ce開路，故有沒有Ce，都不影響靜態(tài)工作點(diǎn)

Uo?RCRLUi?RB2RB1rbe

Ib?Ib?對交流通路有電容Ce（旁路電容）將電容短路,直流電源短路，Re被短路，畫出分壓式偏置電路的微變等效電路。

分壓式偏置電路的微變等效電路

Au=–RC//RLrbe?ri=RB1

//RB2

//rbe

ro

=RC

Uo?RCRLUi?RB2RB1rbe

Ib?Ib?rbe

Uo?riUi?

Ib?

Ib?RCRLRB2RB1RE對交流通路若無電容Ce將電容短路,直流電源短路，無電容Ce，Re沒有被短路，畫出分壓式偏置電路的微變等效電路。RL=RC

//

RLrbe

Uo?RiUi?

Ib?

Ib?RCRLRB2RB1RERE使Au減小，ri增加。

Au=–R’Lrbe?ri=RB1

//RB2

//rbe

ro

=RC

有電容Ce時(shí)：要求：（1）計(jì)算靜態(tài)值

IB

、

IC

和UCE

；C1=C2

=20μF,三極管的

=50。RB2=10K,RC=4K,RE

=2.2K,RL

=4K,CE

=100μF,例：在分壓式偏置電路中，已知：VCC

=12V，RB1=30K,（2）計(jì)算和ro、riAu?解：（1）用估算法求靜態(tài)值VB

=VCCRB1RB2RB2+=121030+10=3VIC≈IE=VB–UBERE=3–0.62.2=1.09mAIB==IC1.0950=21.8μAUCE=VCC–ICRC–ICRE=12–1.09(4+2.2)=5.24V畫直流通路（2）動(dòng)態(tài)分析畫出微變等效電路BRCICRB1IBVCCIERB2REUCE

分壓式偏置電路的微變等效電路Au=–RC//RLrbe

=–504//41.42k=–70.4?ri=RB1

//RB2

//rbe

=30//10//1.42=1.19k

ro

=RC=

4

k

Uo?RCRLUi?RB2RB1rbe

Ib?Ib?rbe

=200+(1+)26IE=200+51261.09=1.42k__溫度補(bǔ)償式靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定