電子線路：第二章 放大電路基礎(chǔ)

1、第二章 放大電路基礎(chǔ)2.1 放大電路的組成及工作原理2.1.1 放大電路的功能及組成1. 電路組成A.核心器件BJTB.偏置電路提供放大外部條件C.輸入、輸出電路vi 的引入，vo 引出end2.1.2 共發(fā)射極放大電路利用疊加原理：b級的電壓是Vbb電源和信號電源在b級產(chǎn)生電壓的和。分別畫出直流通道和交流通道。-+VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE2.1.2 共發(fā)射極放大電路1. 電路組成2. 簡單工作原理vi=0vi =Vsint2.1.2 共射極放大電路vCE = VCC -iC RCend3. 簡化電路及習(xí)慣畫法習(xí)慣畫法 共射極基本放大電路2.1.2 共射極放

2、大電路利用疊加原理進(jìn)行電路分解 共射極放大電路電路分析目標(biāo)：計(jì)算Ib,Ic,VCE 靜態(tài)：輸入信號為零（vi= 0 或 ii= 0）時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。 電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管各電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，常稱為Q點(diǎn)。一般用IB、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。 直流通路 共射極放大電路輸入信號為零（vi接地）；電容開路靜態(tài)等效電路 動態(tài)：輸入信號不為零時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。交流通路 共射極放大電路電容短路，直流量為零，VCC成為交流地動態(tài)等效電路endicvce+- 直流通路直流通路的計(jì)算2.1.

3、3 放大器的性能指標(biāo) 1.放大倍數(shù)2.1.3 放大器的性能指標(biāo) 2.輸入電阻和輸出電阻Ri越大越好Ro越小越好2.1.3 放大器的性能指標(biāo) 3.通頻帶衡量放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力4.非線性失真系數(shù)2.2 圖解分析法 交流通路及交流負(fù)載線 輸入交流信號時(shí)的圖解分析 2.2.1 確定靜態(tài)工作點(diǎn) 2.2.2 動態(tài)工作情況分析 采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。 共射極放大電路 首先，畫出直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 2.2.1 靜態(tài)工作情況分析2.2 圖解分析法直流通路IBVBE+-ICVCE+- 列輸入回路方程：VBE =VCCIBRb 列輸出回路

4、方程（直流負(fù)載線）：VCE=VCCICRc 在輸入特性曲線上，作出直線 VBE =VCCIBRb，兩線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn)，得到IBQ。 在輸出特性曲線上，作出直流負(fù)載線 VCE=VCCICRc，與IBQ曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，從而得到VCEQ 和ICQ。end圖2.1.2 靜態(tài)分析2.2 圖解分析法 2.2.2 動態(tài)工作情況分析由交流通路得純交流負(fù)載線： 共射極放大電路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL)1. 交流通路及交流負(fù)載線2.2 圖解分析法由于交流負(fù)載線必過Q點(diǎn)，因此，過輸出特性曲線上的Q點(diǎn),做一條斜率為-1/RL 直線，該直線即為交流負(fù)載線。 RL= RLRc， 是交流負(fù)

5、載電阻。 交流負(fù)載線是有交流輸入信號時(shí)工作點(diǎn)的運(yùn)動軌跡。 圖2.1.2 動態(tài)分析2.2 圖解分析法2.2 圖解分析法2. 輸入交流信號時(shí)的圖解分析 3.3.2 動態(tài)工作情況分析 共射極放大電路通過圖解分析，可得如下結(jié)論： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 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(shù)； 4. 可以確定最大不失真輸出幅度。 2.2.3 非線性失真分析1. BJT的三個(gè)工作區(qū)2.2 圖解分析法當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生非線性失真。飽和區(qū)特點(diǎn)： iC不再隨iB的增加而線性增加，即此時(shí)截止區(qū)特點(diǎn)：iB=0， iC= ICEOvCE= V

6、CES ，典型值為0.3V直流通路IBVBE+-ICVCE+-iCuCEuo可輸出的最大不失真信號（1）合適的靜態(tài)工作點(diǎn)ib2非線性失真與Q的關(guān)系截止失真消除方法：增大VBB（2）Q點(diǎn)過低信號進(jìn)入截止區(qū)最大不失真輸出電壓Uom ：比較UCEQ與（ VCC UCEQ ），取其小者（3）Q點(diǎn)過高信號進(jìn)入飽和區(qū)2.3 放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題 溫度變化對ICBO的影響 溫度變化對輸入特性曲線的影響 溫度變化對 的影響 穩(wěn)定工作點(diǎn)原理2.3.1 溫度對工作點(diǎn)的影響2.3.2 分壓式偏置穩(wěn)定電路2.3.1 溫度對工作點(diǎn)的影響1. 溫度變化對ICBO的影響2. 溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度T 輸出特性

7、曲線上移溫度T 輸入特性曲線左移3. 溫度變化對 的影響溫度每升高1 C ， 要增加0.5%1.0%溫度T 輸出特性曲線族間距增大總之 ICBO ICEO T 同VBE IB IC 2.3.2 分壓式偏置穩(wěn)定電路1. 穩(wěn)定工作點(diǎn)原理目標(biāo)：溫度變化時(shí)，使IC維持恒定。 如果溫度變化時(shí)，b點(diǎn)電位能基本不變，則可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。T 穩(wěn)定原理： IC IEIC VE、VB不變 VBE IB（反饋控制）b點(diǎn)電位基本不變的條件：I1 IB ，此時(shí)，不隨溫度變化而變化。 且Re可取大些，反饋控制作用更強(qiáng)。 一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 共射極放大電路end 2.3.2 射極偏置

8、電路2. 固定偏流電路與射極偏置電路的比較 固定偏流共射極放大電路電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：Ro = Rc # 射極偏置電路做如何改進(jìn)，既可以使其具有溫度穩(wěn)定性，又可以使其具有與固定偏流電路相同的動態(tài)指標(biāo)？icvce+- 2.3.2 射極偏置電路end建立小信號模型的意義 由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是在一定的條件下（工作點(diǎn)附近）將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。2.4 放大電路的微變等效電路分析法 當(dāng)放大電路的輸入信號電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的

9、電路當(dāng)作線性電路來處理。建立小信號模型的思路輸入回路和輸出回路輸入回路分析輸入回路分析（增加精確度）輸出回路分析輸出回路分析（提高精度）靜態(tài)回路動態(tài)回路簡化靜態(tài)，動態(tài)直流回路交流回路3.4.1 BJT的小信號建模2. H參數(shù)小信號模型（交流回路）交流小信號統(tǒng)一公式可得小信號模型BJT的H參數(shù)模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)2.4.1 BJT的小信號建模3. 模型的簡化hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即 rbe= hie = hfe uT

10、= hre rce= 1/hoe一般采用習(xí)慣符號則BJT的H參數(shù)模型為 ibicvceibvbeuT vcerberce uT很小，一般為10-310-4 ， rce很大，約為100k。故一般可忽略它們的影響，得到簡化電路 ib 是受控源 ，且為電流控制電流源(CCCS)。 電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的。 2.3.3 BJT的小信號建模4. h參數(shù)的確定 晶體管參數(shù)； rbe 與Q點(diǎn)有關(guān)一般可用公式估算 rbe 2.3.3 BJT的小信號建模4. h參數(shù)的確定其中對于低頻小功率管 rbb200 則 而 (T=300K) end2.4.1 BJT的小信號建模小信號模型vBEvCEiBcebiCB

11、JT雙口網(wǎng)絡(luò)基區(qū)體電阻查閱手冊發(fā)射結(jié)電阻由發(fā)射極靜態(tài)電流來計(jì)算小信號模型的應(yīng)用注意事項(xiàng)： H參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。 H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。 H參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)。2.4.2 用H參數(shù)小信號模型分析共 射極基本放大電路2.4.2 用H參數(shù)小信號模型分析共 射極基本放大電路 共射極放大電路1. 利用直流通路求Q點(diǎn)一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V， 已知。2. 畫出小信號等效電路RbviRbRbviRc 2.4.2 小信號模型分析共射極放大電路icvce+-交流通路RbviRcRLH參數(shù)小信號等效電路3. 求電壓放大倍數(shù)根據(jù)RbviRcRL則

12、電壓放大倍數(shù) 2.4.2 小信號模型分析（可作為公式）4. 求輸入電阻 2.4.2 小信號模型分析RbRcRLRi5. 求輸出電阻RbRcRLRo令Ro = Rc 所以I1I2IBI2=（510）IB I1 I2Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBEC分壓式偏置電路Re射極直流負(fù)反饋電阻Ce 交流旁路電容ICIE2.4.3 帶Re的共發(fā)射極放大電路的分析直流通道及靜態(tài)工作點(diǎn)估算IB=IC/UCE = VCC - ICRC - IEReIC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re UBE 0.7V +VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE電容開路,畫出直流通道

13、電容短路,直流電源短路，畫出交流通道交流通道及微變等效電路Rb1+ECRCC1C2Rb2CERERLuiuoBEC交流通道Rb1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微變等效電路rbeRCRLRb1Rb2BECI1I2微變等效電路及電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計(jì)算Ri= Rb1/ Rb2/ rbeRo= RCrbeRCRLRb1Rb2BECI1I2RL= RC / RL電容CE的作用：2.5 基本共集放大電路1、靜態(tài)分析2、動態(tài)分析2、動態(tài)分析：輸入、輸出電阻的分析Ri與負(fù)載有關(guān)。Ro與信號源內(nèi)阻有關(guān)。3、特點(diǎn)大！?。≈环糯箅娏?，不放大電壓！2.6. 共基極電路直流通道1. 靜

14、態(tài)工作點(diǎn) 直流通路與射極偏置電路相同2. 動態(tài)指標(biāo)電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓放大倍數(shù)：2. 動態(tài)指標(biāo) 輸入電阻 輸出電阻R 3. 三種組態(tài)的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：一、阻容耦合 不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。 Q點(diǎn)相互獨(dú)立。2.9多級放大電路2.9.1耦合方式二、直接耦合1.電平匹配2.零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：uI0，uO0的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動，器件老化。 其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。克服溫漂的方法：引入直流負(fù)反饋，溫度補(bǔ)償。 典型電路：差分放大電路2.9.2 多級放大電路的動態(tài)分析一、電壓放大倍數(shù)二、輸入電阻三、輸出電阻

15、 對電壓放大電路的要求：Ri大， Ro小，Au數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。分析舉例差分放大電路3.1 差分放大電路 3.1.1、基本差分放大電路 1、基本電路 2. Q點(diǎn)：令uI1= uI2=0二.動態(tài)分析 1. 放大差模信號差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號。即uI1= -uI2= uId/2。iE1= iE2，Re中電流不變，即Re 對差模信號無反饋?zhàn)饔?。R雙端輸入單端輸出2. 抑制共模信號 共模信號：數(shù)值相等，極性相同的輸入信號。即 uI1= uI1= uIcRe的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫?T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制每只差分管集電極電位的變化。對于每一

16、邊電路，Re=?雙端輸入單端輸出3. 共模抑制比KCMR： 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號源需要有“ 接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“ 接地”點(diǎn)，以安全工作。 根據(jù)信號源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：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。 雙入、雙出 雙入、單出 單入、雙出 單入、單出基于不同的應(yīng)用場合，有雙、單端輸入和雙、單端輸出的情況。所謂“單端”指一端接地。三、差分放大電路的幾種接法單端輸入四. 幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出四. 幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出在參數(shù)理想對稱條件下：輸入方式：雙端輸入時(shí)無共模信號輸入，單端輸入時(shí)

17、有共模輸入。Ri與輸入方式無關(guān)。輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均與之有關(guān)。四. 幾種方式指標(biāo)比較雙端輸入單端輸出例題： Re 越大，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，單端輸出時(shí)的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。但Re 太大，則不合理。3.1.2具有恒流源的差分放大電路恒流特性 無論Rc的值如何， IC2的電流值將保持不變。溫度補(bǔ)償特性： VBE T IC1IC1 IREF IB13.2.4 偏置電路由于很小，所以IC2也很小3.2.4 偏置電路微電流源優(yōu)點(diǎn)：受電源波動影響?。粦?yīng)用：有源負(fù)載 1、用于共射放大電路哪只管子為放大管？其集電結(jié)靜態(tài)電流約為多少？3.2.4 偏置電路2、用

18、于差分放大電路 使單端輸出電路的差模放大倍數(shù)近似等于雙端輸出時(shí)的差模放大倍數(shù)。 功率放大電路重點(diǎn)知識三、乙類雙電源互補(bǔ)對稱功放電路四、甲乙類互補(bǔ)對稱功放電路五、OCL功放電路的分析計(jì)算二、功率放大電路的一般問題一、對輸出級的要求 對輸出級的要求：帶負(fù)載能力強(qiáng)；直流功耗小；負(fù)載電阻上無直流功耗；最大不失真輸出電壓最大。射極輸出形式靜態(tài)工作電流小輸入為零時(shí)輸出為零 雙電源供電時(shí)Uom的峰值接近電源電壓。 單電源供電Uom的峰值接近二分之一電源電壓。一、對輸出級的要求二、功率放大電路的一般問題1. 功率放大電路的主要特點(diǎn) 功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時(shí)輸出較大的電壓

19、和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。 2. 要解決的問題 提高效率 減小失真 管子的保護(hù) 一般直接驅(qū)動負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。3. 提高效率的途徑 降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。# 功率放大電路與前面介紹的電壓放大電路有本質(zhì)上的區(qū)別嗎？二、功率放大電路的一般問題4. 放大管的三種工作狀態(tài)根據(jù)三極管正弦信號整個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，有：乙類：導(dǎo)通角等于180甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：導(dǎo)通角大于180# 用哪種工作狀態(tài)的電路作功率放大電路最合適？工作點(diǎn)對比iCuCEQiCiCuCEQiCiCuCEQiC甲乙類：靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置在特性曲線的IC0而IC0處。放大器在信號的半個(gè)周期以上處于導(dǎo)通狀態(tài)。乙類：靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置在特性曲線的IC=0處。放大器只在信號的半周期處于導(dǎo)通狀態(tài)。甲類：靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置在特性曲線的中點(diǎn)處。在信號的全周期中，放大器都處于導(dǎo)通狀態(tài)。二、功率放大電路的一般問題5. 功率放大電路主要技術(shù)指標(biāo)最大輸出功率Pom、轉(zhuǎn)換效率、三極管的耗散功率PT和電源提供的功率PE6. 功率放大電路的晶體管選擇極限參數(shù)PCM、 ICM和U(BR)CEO的計(jì)算7. 功率放大