第5章 基本放大電路課件

1、本章要求本章要求Aut uiuit uououAuat+UCCRCC1C2TuiRB+UCCRCC1C2TRB+UCCRCC1C2TRB+UCCRCC1C2TRBUBEIBICUCE無輸入信號無輸入信號(ui = 0)時時: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO結(jié)論：結(jié)論：QIBUBEQUCEIC(1-13)UBEIB無輸入信號無輸入信號(ui = 0)時時: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？ uCE = UCC iC RC uo 0uBE

2、= UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO+集電極電流集電極電流直流分量直流分量交流分量交流分量動態(tài)分析動態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析靜態(tài)分析uitOuotO實現(xiàn)放大的條件實現(xiàn)放大的條件1. 晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2. 正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。3. 輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。4. 輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號。如何判斷一個電路是否能實現(xiàn)放大？如何

3、判斷一個電路是否能實現(xiàn)放大？3. 晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。偏。4. 正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。如果已給定電路的參數(shù)，則計算靜態(tài)工作點來判斷；如果如果已給定電路的參數(shù)，則計算靜態(tài)工作點來判斷；如果未給定電路的參數(shù)，則根據(jù)電路結(jié)構(gòu)確定未給定電路的參數(shù)，則根據(jù)電路結(jié)構(gòu)確定。1. 信號能否輸入到放大電路中。信號能否輸入到放大電路中。2. 信號能否輸出。信號能否輸出。 與實現(xiàn)放大的條件相對應(yīng)，判斷的過程如下：與實現(xiàn)放大的條件相對應(yīng)，判斷的過程如下：RB+UCCRCC1C2T直流通

4、路直流通路RB+UCCRC+短路短路短路短路置零置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo+放大電路無信號輸入（放大電路無信號輸入（ui = 0）時的工作狀態(tài)。）時的工作狀態(tài)。估算法、圖解法。估算法、圖解法。各極電壓電流的直流分量。各極電壓電流的直流分量。放大電路的直流通路。放大電路的直流通路。靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點Q：IB、IC、UCE 。靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值。確定放大電路的靜態(tài)值。BBECCB RUUI 所以所以BCCBRUI CEOBC III BB II 已知：已知：UCC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。解：解：mAmABCCB0403

5、0012. RUImAmABC51040537. II VV CCCCCE645112 .RIUU+UCCRBRCT+UBEUCEICIB(1-24)EECCCCCERIRIUU EBBECCB) 1(RRUUI BC II EEBEBBCCRIURIU EBBEBB) 1 (RIURI 由由KVL可得：可得：由由KVL可得：可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfIUCE = UCC ICRC +UCCRBRCT+UBEUCEICIB(1-26)BBECCBRUUI CtanR1 ICQUCEQCCCRUUCC常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfIUCE /VI

6、C/mA直流負(fù)載線直流負(fù)載線Q由由IB確定的那確定的那條輸出特性與條輸出特性與直流負(fù)載線的直流負(fù)載線的交點就是交點就是Q點點O4. 放大電路的動態(tài)分析放大電路的動態(tài)分析 把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一 個個 線性電路。即把非線性的晶體管線性化，等效線性電路。即把非線性的晶體管線性化，等效 為一個線性元件。為一個線性元件。 晶體管在小信號（微變量）情況下工作。因此，晶體管在小信號（微變量）情況下工作。因此， 在靜態(tài)工作點附近小范圍內(nèi)的特性曲線可用直線在靜態(tài)工作點附近小范圍內(nèi)的特性曲線可用直線 近似代替。近似代替。 利用放大電路的微變等效電路分

7、析計算放大電路利用放大電路的微變等效電路分析計算放大電路 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻、輸入電阻ri、輸出電阻、輸出電阻ro等。等。)mA()mV(26)1()(200EbeIr CEBBEbeUIUr CEbbeUiu OCEBCUII CEbcUii BCCEceIIUr BcceIiu O(1-31)ibicicBCEib ib晶體三極管晶體三極管微變等效電路微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-rbeBEC 晶體管的晶體管的B、E之間之間可用可用rbe等效代替。等效代替。 晶體管的晶體管的C、E之間可用一之間可用一受控電流源受控電流源ic= ib等效代替。等效代

8、替。ibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiiRBRCuiuORL+-RSeS+-ibicBCEiiibiceSrbe ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiiiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+-+-+-RSbebirIU LLcoRIRIUbbeLrRAu LCL/ RRR io :UUAu 定義定義rbebeCrRAu iUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+-+-+-RS LcoRIU LCL/RRR io :UUAu定義Lb RI rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSiUiIbIcIoUbISEeIREEebe

9、biRIrIU Ebbeb) 1 (RIrI EbeL) 1(RrRAu iii IUr 輸輸入入電電阻阻SESRiIiUirSESRiIiU(1-37)iiIUri beB/rR 時時，當(dāng)當(dāng)beBrR bRiBIIU EebebiRIrIU Ebbeb)1 (RIrI Ebeib)1 (RrUI EbeBi)1 (/RrRr beirr rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSiUiIbIcIoUbISEeIREiUiIbIcIoUbISErbeRBRCRLEBC+-+-+-RSririBRIBRIoUoEoooIUr 輸輸出出電電阻阻：oUSE(1-39)iUiIbIcIoUbISErbe

10、RBRCRLEBC+-+-+-RSCoooRIUr 例例3求求ro的步驟：的步驟：1）斷開負(fù)載）斷開負(fù)載RLoU 3）外加電壓）外加電壓oI4）求）求or外加外加oICRcoIII bcII CoRCRUI 0 0 cb II所所以以2）令）令 或或 0i U0S EQ2uoUCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1(1-41)uiuotiB/ AiB/ AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE 在固定偏置放大電路中，當(dāng)溫度升高時，在固定偏置放大電路中，當(dāng)溫度升高時，UBE 、 、 ICBO 。 上式表明，當(dāng)上式表明，當(dāng)UCC和

11、和 RB一定時，一定時， IC與與 UBE、 以及以及 ICEO 有關(guān)，而這三個參數(shù)隨溫度而變化。有關(guān)，而這三個參數(shù)隨溫度而變化。CBOBBECCCEOBC)1( IRUUIII 溫度升高時，溫度升高時， IC將增加，使將增加，使Q點沿負(fù)載線上移。點沿負(fù)載線上移。(1-44)iCuCEQQ 固定偏置電路的工作點固定偏置電路的工作點 Q點是不穩(wěn)定的，為此需要改進(jìn)偏置電路。當(dāng)溫度升點是不穩(wěn)定的，為此需要改進(jìn)偏置電路。當(dāng)溫度升 高使高使 IC 增加時，能夠自動減少增加時，能夠自動減少IB，從而抑制，從而抑制Q點的變點的變 化，保持化，保持Q點基本穩(wěn)定。點基本穩(wěn)定。OB2II 若若滿滿足足： 基極電位

12、基本恒定，基極電位基本恒定，不隨溫度變化。不隨溫度變化。2B2BRIV 2B1BCC21RRUII CC2B1B2BBURRRV VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+(1-46)VBEBEBECRUVII BEBUV 若若滿滿足足：EBEBEBEC RVRUVII RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+I2= (5 10) IB，VB= (5 10) UBE， RB1、RB2的阻值一般為幾十千歐的阻值一般為幾十千歐。(1-47)VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+IC

13、RSeS+TUBEIBICVEICVB 固定固定CC2B1B2BURRRVB EBEBECRUVII CBII EECCCCCERIRIUU VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+(1-49) 對交流：對交流：旁路電容旁路電容 CE 將將R 短路，短路， R 不起不起作用，作用， Au，ri，ro與固定偏置電路相同。與固定偏置電路相同。如果去掉如果去掉CE ，Au，ri，ro ？旁路電容旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+(1-50)RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+2B1BB/ R

14、RR iUiIbIcIoUbISEeIBRI(1-51)EbeL) 1(RrRAu beLrRAu EbeB2B1i)1 (R/R/Rrr CoRr beBir/Rr CoRr (1-52)？即即： Sos EUAu考慮信號源內(nèi)阻考慮信號源內(nèi)阻RS 時時iSibeLs rRrrRAu 所以所以SosEUAu SiioEUUU SiEUAu iSiSirRrEU irRB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+(1-53) 在圖示放大電路中，已知在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20

15、k RL= 6k ，晶體管，晶體管=50， UBE=0.6V, 試求試求: （1）靜態(tài)工作點）靜態(tài)工作點 IB、IC 及及 UCE； （2）畫出微變等效電路；）畫出微變等效電路； （3）輸入電阻）輸入電阻ri、ro及及 Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL+UCCuiuo+RE2(1-54)V3V12206020CCB2B1B2B URRRVmA8 . 0 mA36 . 03EBEBEC RUVII A16 A500.8CB IIV8 . 4V38 . 068 . 012)(1E1EECCCCCE RRIRIUURB1RCRB2RE1+UCCRE2+UCEIEIBICVB(1-55)k

16、6Co Rrk86. 18 . 02651200I26) 1(200Ebe rk 15/2B1BB RRR其中其中 EbeBi) 1(/RrRr k03.8 EbeL) 1 (RrRAu 69. 8 iUiIbIcIoUbISEeIBRI+CCBEBBE(1)UUIRR EB(1)II CECCEEUUI R+rbeiU bI RERLRBoU cI bI iI eoLUI R LEL/RRR bL1I R （）beibeLUI rI R bbbeL(1)I rI R bLubbbeL(1)(1)I RAI rI R LbeL1(1)RrR （）rbeiU bI RERLRBoU cI bI

17、iI beL(1),rR u1A ，LubeL1(1)RArR （）ibRBIII iiBbeL/(1)rUIRrR RBiBIUR ibbeL(1)UIrR rbeiU bI RERLRBoU cI bI iI robI iI cI bI SU bI cI bI iI eI U I bbeIIII besbesEUUUrRrRR ssB:/ /RRR 設(shè)設(shè)oUrI besE111/()rRR besE/1rRR besE1rRR beso1rRr oUrI besE/1rRR +CCBEBBE(1)UUIRR EB(1)1.01mAII beE26(mV)200()(1)(mA)200101

18、 26/1.012.8krI +LubeL1(1)RArR （）iBbeL/(1) rRrR 570/2.8(1100)2.8 190kbeSoE /1rRrR 101 2.80.992.8101 2.8 2.805.6/101 28 rbeiU bI RERLRBoU cI bI iI iusuiSrAArR 1900.990.9851901 iBbeL/(1) rRrR 190kbeSoE /1rRrR 2.8570/15.6/101 38 rbeiU bI RERLRBoU cI bI iI ubeL1(1)LRArR （）u101 (5.6/1)0.9672.9101 (5.6/1)A

19、 u101 5.60.9952.9101 5.6A G2GDDG1G2RVURR SSSSDVR IR I GSGSUVV ooumLigsUUAg RUU oLdLmgsUR IR g U 。iGG1G2(/)rRRRoDrR +UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiUo1i2UU o1U i2U +UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SU oU iU rirooo1usus1u2si2soUUUAAAUUU

20、ri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SU oU iUSU iU be1rbe2rb1i1bi b2ib2i 0U iri2rorri2+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiUSU iU be1rbe2rb1i1bi b2ib2i 0U iri2rorius1u1isrAArR 1L1u1be11L1(1)51 1.70.968(1)2.951 1.7RArR i1us1u1i1S820.9680.778

21、8220rAArR SU iU be1rbe2rb1i1bi b2ib2i 0U iri2ror2L2u2be250 (10/ /10)1471.7RAr usus1u2147 0.778114.4AAA SU iU be1rbe2rb1i1bi b2ib2i 0U iri2ror+UCCuoRC2T2R2RE2uot0+UCCuoRC2T2R2RE2uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE i1i2d2uuu i1i2c2uuu +Uuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+TUEE+E2E1e2E2e1E1E2

22、E1EII)i(I)i(IiiiRE對差模信號不起反饋作用對差模信號不起反饋作用dCMRRcAKA CMRRK ce3ce3c3UrIUCE3IC3Q rce3 1M T3 : 放大區(qū)放大區(qū)恒流源恒流源IB3Uce3uCEiC+VCC- -EERCRCRRRET1T2uoui1ui2RPRB1RB2RE3T3+VCC- -UEE+UCCuouiRCT1RRCR+T2-UEE+UCCuouiRCT1RRCR+T2-UEEbeLCd1drR/2)/R(RAA)r2(RRbeidC02RR beLCd1drR)/R(R21A21A)r2(RRbeidC0RR +UCCuouiRCT1RRCR+T2-

23、UEEbeLCd1drR/2)/R(RAA)r2(RRbeidC02RR +UCCuouiRCT1RRCR+T2-UEE2u2uuuii2i1ic2uuuiid2id10uuui2ii1電電源源供供給給的的直直流流功功率率率率負(fù)負(fù)載載得得到到的的交交流流信信號號功功 3. 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值路參數(shù)不能超過晶體管的極限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMiCuCE工作區(qū)工作區(qū)ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管在輸入信號晶體管在輸入信號的

24、整個周期都導(dǎo)通的整個周期都導(dǎo)通靜態(tài)靜態(tài)IC較大，波形較大，波形好好, 管耗大效率低。管耗大效率低。晶體管只在輸入信號晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，的半個周期內(nèi)導(dǎo)通， 靜態(tài)靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重，波形嚴(yán)重失真失真, 管耗小效率高。管耗小效率高。晶體管導(dǎo)通的時間大于晶體管導(dǎo)通的時間大于半個周期，靜態(tài)半個周期，靜態(tài)IC 0，一般功放常采用。一般功放常采用。 互補對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本互補對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。當(dāng)它通過容量較大的電容與負(fù)載耦合時，由形式。當(dāng)它通過容量較大的電容與負(fù)載耦合時，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器

25、()電路，簡稱電路，簡稱OTL電路。若互補對稱電路。若互補對稱電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容輸出電容(電路，簡稱電路，簡稱OCL電電路。路。 OTL電路采用單電源供電，電路采用單電源供電， OCL電路采用雙電源電路采用雙電源供電。供電。(1-105) 互補對稱功放的類型互補對稱功放的類型 無輸出變壓器形式無輸出變壓器形式 （ OTL電路）電路）無輸出電容形式無輸出電容形式 （ OCL電路）電路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互補對稱：互補對稱：電路中采用兩

26、支晶體管，電路中采用兩支晶體管，NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。各一支；兩管特性一致。類型：類型：1. OCL電路電路（1）電路的結(jié)構(gòu)特點）電路的結(jié)構(gòu)特點 由由NPN型、型、PNP型三極型三極管構(gòu)成兩個互補的射極管構(gòu)成兩個互補的射極輸出器對接而成。輸出器對接而成。 雙電源供電。雙電源供電。 輸入輸出端不加隔直電輸入輸出端不加隔直電容。直接耦合。容。直接耦合。ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL(1-107)動態(tài)分析：動態(tài)分析：ui 0VT1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方兩個晶體管

27、都只在半個周期內(nèi)工作的方式，稱為式，稱為乙類放大乙類放大。因此，不需要隔直電容。因此，不需要隔直電容。靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：ui = 0V T1、T2均不工作均不工作 uo = 0Vic1ic2ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL(1-108)乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:死區(qū)電壓死區(qū)電壓交越失真：交越失真：輸入信號輸入信號 ui在過零在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便為交越失真。為交越失真。交越失真交越失真uiuouou o ttttui-UCCT1T2+UCCRLiLuo靜態(tài)電流靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零；等于零；每管導(dǎo)通時間等于半個周

28、期每管導(dǎo)通時間等于半個周期 ； 存在交越失真。存在交越失真。 乙類放大的特點：乙類放大的特點：ui-UCCT1T2+UCCRLiLuo （2）最大輸出功率及效率的計算）最大輸出功率及效率的計算假設(shè)假設(shè) ui 為正弦波且幅度足夠大，為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時均能飽導(dǎo)通時均能飽和，此時輸出達(dá)到最大值。和，此時輸出達(dá)到最大值。uomax負(fù)載上得到的最大功率為：負(fù)載上得到的最大功率為：若忽略晶體管的飽和壓降，若忽略晶體管的飽和壓降，則負(fù)載（則負(fù)載（RL)上的電壓和電流的上的電壓和電流的最大幅值分別為：最大幅值分別為：LCCoCCoRUIUUmaxmaxLCCLCCCCoRURUUP2122

29、2maxui-UCCT1T2+UCCRLiLuo電源提供的直流平均功率計算：電源提供的直流平均功率計算： 每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為:兩個電源提供的總功率為：兩個電源提供的總功率為：UCC1 =UCC2 =UCC01)(sin21LCCLCCavRUttdRUILCCavavRUII12LCCLCCCCEEERURUUPPP22122 tic1LCCRU(1-112)%5 .7842222maxLCCLCCEoRURUPP效率為：效率為：LCCLCCCCEEERURUUPPP22122LCCLCCCCoRURUUP21222max結(jié)論：結(jié)論

30、：OCL電路效率較高；電路效率較高； 電流、電壓波形存在失真。電流、電壓波形存在失真。（3）克服交越失真）克服交越失真交越失真產(chǎn)生的原因：交越失真產(chǎn)生的原因： 在于晶體管特性存在在于晶體管特性存在非線性，非線性，ui uT時晶體管截止。時晶體管截止。iBiBuBEtuitUT(1-114)R1D1D2R2 靜態(tài)時靜態(tài)時 T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管分別為二極管D1、 D2的的正向?qū)▔航?，致使兩管正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)。均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)。 電路中增加電路中增加 R1、D1、D2、R2支路。支路。0V+0.6V-0.6V+UCC-UCCuouiiLRLT

31、1T2(1-115)R1D1D2R2兩管導(dǎo)通時間均比半個周期大一些的工作方式稱為兩管導(dǎo)通時間均比半個周期大一些的工作方式稱為“甲乙類放大甲乙類放大” 。 動態(tài)時動態(tài)時 設(shè)設(shè) ui 加入正弦信號。加入正弦信號。正半周，正半周，VB上升，上升， T2 截止，截止，T1 基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周，負(fù)半周，VB下降，下降，T1截止，截止，T2 基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。從而克服良好的導(dǎo)通狀態(tài)。從而克服死區(qū)電壓的影響，去掉交越死區(qū)電壓的影響，去掉交越失真。失真。B+UCC-UCCuouiiLRLT1T22. OTL電路電路（1）特點）特點1. 單電源供電；單電源供電；2. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。（2）靜態(tài)分析）靜態(tài)分析則則 T1、T2 特性對稱，特性對稱，,2CCA