第八章-基本放大電路

第八章基本放大電路8.1共射極放大電路的組成和工作原理8.2共射極放大電路的靜態(tài)分析8.3共射極放大電路的動(dòng)態(tài)分析8.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定8.5射極輸出器8.6多級(jí)放大電路8.7功率放大電路第一節(jié)共射極放大電路的組成和工作原理一、電路的組成和特點(diǎn)圖8-1共射極基本放大電路RB+ECRCC1C2TRL+-ui+-uo正電源基極電阻集電極電阻輸入耦合電容輸出耦合電容輸入電壓輸出電壓負(fù)載電阻三極管++二、電路工作原理交直流共存是放大電路的一個(gè)特點(diǎn)。輸出電壓uo與輸入電壓ui是一種反相關(guān)系。放大電路放大的實(shí)質(zhì)是將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為交流電能的輸出。第二節(jié)共射極放大電路的靜態(tài)分析一、直流通路及靜態(tài)工作點(diǎn)放大電路（又稱(chēng)放大器）中無(wú)交流信號(hào)輸入（ui=0）時(shí)的工作狀態(tài)稱(chēng)為靜態(tài)，靜態(tài)時(shí)，電路中的電流和電壓均為直流。靜態(tài)值的計(jì)算可以在直流通路中進(jìn)行。只考慮直流電源作用而認(rèn)為交流信號(hào)為零的電路稱(chēng)為放大電路的直流通路。圖8-3共射極放大電路的直流通路由于需要求的IB、UBE和IC、UCE是輸入及輸出特性曲線(xiàn)上一個(gè)確定的點(diǎn)，故靜態(tài)值又稱(chēng)靜態(tài)工作點(diǎn)。二、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算估算靜態(tài)工作點(diǎn)實(shí)際上就是近似計(jì)算IB、UBE、IC、UCE這四個(gè)直流量。（一）電路估算法IC=IB

UCE=UCC－ICRC

（二）圖解法圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)可按以下步驟進(jìn)行：（1）找出準(zhǔn)確的三極管輸出特性曲線(xiàn)（2）作直流負(fù)載線(xiàn)（3）由直流通路計(jì)算基極電流IB

（4）作靜態(tài)工作點(diǎn)Q（5）由靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)的坐標(biāo)值確定IC和UCE

圖8-4用圖解法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)【例8-1】在圖8-5（a）所示的電路中，電源和電阻參數(shù)已經(jīng)標(biāo)出，三極管為NPN型硅管，β=37.5，其特性曲線(xiàn)如圖8-5（b）所示。求靜態(tài)工作點(diǎn)。圖8-5例8-1圖第三節(jié)共射極放大電路的動(dòng)態(tài)分析一、放大電路的交流通路圖8-6共射放大電路的交流通路在交流電路中，電容器的容抗很小，同時(shí)理想的直流電源內(nèi)阻為零，所以可以視電路中的電容和直流電源為短路，這樣處理以后的電路就是放大電路的交流通路。二、動(dòng)態(tài)分析的電路指標(biāo)動(dòng)態(tài)分析的電路指標(biāo)主要包括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等。圖8-7放大電路的結(jié)構(gòu)框圖（一）電壓放大倍數(shù)

電壓放大倍數(shù)是輸出電壓與輸入電壓的比值（二）輸入電阻ri放大器對(duì)信號(hào)源來(lái)講相當(dāng)于一個(gè)負(fù)載，這個(gè)等效的負(fù)載電阻稱(chēng)為放大電路的輸入電阻一般情況下，ri的值越大越好。（三）輸出電阻ro

將負(fù)載移去，放大器的輸出端可視為一個(gè)有源兩端網(wǎng)絡(luò)。由戴維南定理可知，該網(wǎng)絡(luò)可以用一個(gè)理想電壓源u'o和內(nèi)阻ro串聯(lián)的組合來(lái)表示，該電壓源的內(nèi)阻就是放大電路的輸出電阻ro。一般情況下，ro的數(shù)值越小。三、放大電路的微變等效電路（一）三極管的微變等效電路模型圖8-8三極管的等效（a）三極管（b）三極管的微變等效電路低頻小功率三極管的輸入電阻（二）放大電路的微變等效電路圖8-9共射極基本放大電路的等效（a）共射極基本放大電路（b）微變等效電路（三）動(dòng)態(tài)指標(biāo)的計(jì)算1、電壓放大倍數(shù)Au

R`L=RC∥RL

當(dāng)放大電路的輸出端開(kāi)路（未接RL）時(shí)不難理解，放大器帶負(fù)載以后其放大倍數(shù)要下降。2、輸入電阻ri

‖

3、輸出電阻ro

ro=RC

【例8-2】電路如圖8-9（a）所示，其中UCC=12V，RC=4kΩ，RB=300kΩ，β=37.5，RL=4kΩ，求（1）電路在負(fù)載狀態(tài)下的電壓放大倍數(shù)；（2）負(fù)載開(kāi)路時(shí)的電壓放大倍數(shù)；（3）輸入電阻；（4）輸出電阻。圖8-9共射極基本放大電路的等效（a）共射極基本放大電路（b）微變等效電路（四）放大電路的非線(xiàn)性失真圖8-10圖解法分析放大電路的動(dòng)態(tài)工作情況iCuCEuoQ點(diǎn)過(guò)低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)uo波形ibIBiBicICiCtttt稱(chēng)為截止失真iCuCEuoQ點(diǎn)過(guò)高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)稱(chēng)為飽和失真ibIBiBicICiCttt第四節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定一、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響（一）溫度對(duì)ICBO（ICEO）的影響圖8-12ICBO隨溫度變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響（二）溫度對(duì)β值的影響（三）溫度對(duì)發(fā)射結(jié)電壓UBE的影響二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路（一）電路結(jié)構(gòu)與靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算8-13分壓式偏置穩(wěn)定電路(a)原理圖（b）直流通路基極電位UB只由電源電壓和電路中的電阻參數(shù)來(lái)決定，因此UB基本上是固定的。UCE≈UCC－IC（RC+RE）（二）RE的作用與靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的過(guò)程T(oC)↑→IC↑→IE↑→UE(=IERE)↑→UBE↓→IB↓→—┐IC↓←—————————————————┘（三）動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算圖8-14分壓式偏置穩(wěn)定電路的微變等效電路1、電壓放大倍數(shù)Au

2、輸入電阻ri

3、輸出電阻ro

ro=RC

4、射極旁路電容的作用圖8-15不設(shè)CE時(shí)的微變等效電路需要指出的是，在計(jì)算每一級(jí)電壓放大倍數(shù)時(shí)，要把后一級(jí)的輸入電阻作為它的負(fù)載電阻。【例8-3】電路如圖8-13（a）所示，已知UCC=12V，RC=2KΩ，RB1=20KΩ，RB2=10KΩ，RE=2KΩ，β=37.5，RL=2KΩ，求（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）電壓放大倍數(shù)；（3）輸入電阻和輸出電阻。8-13分壓式偏置穩(wěn)定電路(a)原理圖（b）直流通路第五節(jié)射極輸出器從交流通路可以看出，集電極是輸入和輸出的公共端，因此它是一個(gè)共集電極電路，由于輸出取自發(fā)射極，所以稱(chēng)為射極輸出器。圖8-16射極輸出器（a）原理電路圖（b）交流通路一、靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算圖8-17射極輸出器的直流通路IC=βIB

UCE=UCC－IERE≈UCC－ICRC

二、動(dòng)態(tài)分析和電路特點(diǎn)圖8-18射極輸出器的微變等效電路（一）電壓放大倍數(shù)射極輸出器的交流電壓放大倍數(shù)略小于1，但接近于1，即輸出電壓近似等于輸入電壓，且輸出電壓與輸入電壓同相，所以射極輸出器又稱(chēng)射極跟隨器。（二）輸入電阻和輸出電阻（三）射級(jí)輸出器的特點(diǎn)第六節(jié)多級(jí)放大電路圖8-18多級(jí)放大電路的組成一、級(jí)間耦合方式多級(jí)放大電路對(duì)級(jí)間耦合方式的基本要求主要有以下三點(diǎn)：（1）保證各級(jí)電路具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）不引起信號(hào)失真。（3）盡量減少信號(hào)在耦合電路上的損失。（一）阻容耦合圖8-19兩級(jí)阻容耦合放大電路

C2具有隔直通交的作用，故稱(chēng)為耦合電容或隔直電容。耦合電容C2的作用，是將前級(jí)三極管的集電極交流電壓通過(guò)電容C2送到后級(jí)三極管的輸入端（基極），而前級(jí)的集電極直流電流因C2的隔直作用，不能流入后級(jí)。這樣，前后兩級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，僅由它們的偏置電路決定，而交流信號(hào)又能順利傳送。（二）直接耦合將圖8-19中的電容C2用短路線(xiàn)代替，VT1的集電極直接與VT2的基極相連，就是直接耦合方式。因?yàn)橹苯玉詈想娐分校凹?jí)電路的集電極直流電位等于后級(jí)電路的基極直流電位，所以直接耦合電路中前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，這是直接耦合電路的缺點(diǎn)。因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取一定的措施，以保證既能有效地傳遞交流，又要使各級(jí)有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。但是，直接耦合電路中去掉了不易集成制造的電容元件，所以直接耦合方式在集成電路中有廣泛的應(yīng)用。（三）變壓器耦合圖8-20變壓器耦合放大電路由于變壓器不能傳遞直流，因此變壓器耦合放大電路的各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)也是相互獨(dú)立、互不影響的。變壓器耦合方式的一個(gè)特點(diǎn)是它在傳遞信號(hào)的同時(shí)能起到變換阻抗的作用，以達(dá)到前后級(jí)信號(hào)源內(nèi)阻與負(fù)載的阻抗達(dá)到最佳匹配，傳輸效果最好。二、電路分析計(jì)算（一）阻容耦合多級(jí)放大電路的靜態(tài)分析在阻容耦合多級(jí)放大電路中，由于各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響、相互獨(dú)立，所以各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)可以按單級(jí)放大電路的計(jì)算方法分別計(jì)算。（二）多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析1、電壓放大倍數(shù)Au需要指出的是，在計(jì)算每一級(jí)電壓放大倍數(shù)時(shí)，要把后一級(jí)的輸入電阻作為它的負(fù)載電阻。2、輸入電阻和輸出電阻多級(jí)放大電路的輸入電阻等于第一級(jí)的輸入電阻。多級(jí)放大電路的輸出電阻等于最后一級(jí)的輸出電阻。第七節(jié)功率放大電路一、功率放大的一般問(wèn)題及解決措施功率放大電路結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)通常需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：1．要具有足夠大的輸出功率2．非線(xiàn)性失真要小3．效率要高二、互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路（一）電路結(jié)構(gòu)圖8-21互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路（二）工作原理當(dāng)ui為正半周時(shí)，VT1的發(fā)射結(jié)為正向偏置，VT2的發(fā)射結(jié)為反向偏置，VT1導(dǎo)通，VT2截止，直流電源UCC通過(guò)VT1對(duì)電容C充電，充電電流iC1自上而下流過(guò)負(fù)載電阻RL，形成輸出電壓的正半周。當(dāng)ui為負(fù)半周時(shí)，VT1的發(fā)射結(jié)為反向偏置，VT2的發(fā)射結(jié)為正向偏置，VT2導(dǎo)通，VT1截止，已充電的電容C通過(guò)VT2向負(fù)載放電，放電電流iC2自下而上流過(guò)負(fù)載電阻RL，形成輸出電壓的負(fù)半周。由此可見(jiàn)，VT1、VT2在輸入信號(hào)的作用下交替導(dǎo)通?；パa(bǔ)工作，方向相反的iC1、iC2在RL上合成得到一個(gè)與ui近似相等的uo。由于射極輸出器