電工15基本放大電路-PPT課件

1、第15章 基本放大電路15.1 共發(fā)射極放大電路的組成15.2 放大電路的靜態(tài)分析15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定15.6 射極輸出器15.9 互補對稱功率放大電路15.10 場效應(yīng)管及其放大電路15.3 放大電路的動態(tài)分析15.5 放大電路中的頻率特性15.8 差動放大電路15.7 多級放大電路及其級間耦合方式本章要求：1. 理解單管交流放大電路的放大作用和共發(fā)射極、 共集電極放大電路的性能特點；掌握靜態(tài)工作點的估算方法和放大電路的微變等 效電路分析法；3. 了解放大電路輸入、輸出電阻和多級放大的概念， 了解放大電路的頻率特性、互補功率放大電路的 工作原理；4. 了解差動放大電路的工作原理和性能特

2、點；5. 了解場效應(yīng)管的電流放大作用、主要參數(shù)的意義。第15章 基本放大電路放大的概念: 放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。 放大的實質(zhì): 用小能量的信號通過三極管的電流控制作用，將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。 對放大電路的基本要求 ： 1. 要有足夠的放大倍數(shù)(電壓、電流、功率)。 2. 盡可能小的波形失真。 另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術(shù)指標(biāo)。 本章主要討論電壓放大電路，同時介紹功率放大電路。15.1 基本放大電路的組成15.1.1 共發(fā)射極基本放大電路組成 共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiB

3、iE15.1 基本放大電路的組成15.1.2 基本放大電路各元件作用 晶體管T-放大元件, iC= iB。要保證發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏,使晶體管工作在放大區(qū) ?；鶚O電源EB與基極電阻RB-使發(fā)射結(jié) 處于正偏，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE15.1 基本放大電路的組成15.1.2 基本放大電路各元件作用 集電極電源EC -為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC-將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。耦合電容C1 、C2 -隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，同時使信號順利輸入、輸出。信號源共發(fā)射極基本電路

4、ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE負載15.1 基本放大電路的組成單電源供電時常用的畫法共發(fā)射極基本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE15.1.3 共射放大電路的電壓放大作用UBEIBICUCE無輸入信號(ui = 0)時 uo = 0uBE = UBEuCE = UCEuBEtOiBtOiCtOuCEtO+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEICUCEOIBUBEO結(jié)論： (1) 無輸入信號電壓時，三

5、極管各電極都是恒定的 電壓和電流:IB、UBE和 IC、UCE 。 (IB、UBE) 和(IC、UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點，稱為靜態(tài)工作點。QIBUBEQUCEIC看清物理量的表示：字母大寫，下標(biāo)大寫直流，如IB。字母小寫。下標(biāo)小寫-交流，如ib。字母小寫，下標(biāo)大寫-交流+直流，如iB。字母大寫，小標(biāo)小寫-交流量的有效值，如Ib。UBEIB無輸入信號(ui = 0)時: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？有輸入信號(ui 0)時 uCE = UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC15.1.3. 共射放大電路的電壓

6、放大作用ui+UCCRBRCC1C2T+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO有輸入信號ui時：結(jié)論：(2) 加上輸入信號電壓后，各電極電流和電壓的大 小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了 一個交流量，但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析結(jié)論：(3) 若參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓可比輸入電壓大， 即電路具有電壓放大作用。(4) 輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180， 即共發(fā)射極電路具有反相作用。uitOuotO1. 實現(xiàn)放大的條件 (1) 晶體管必須工作在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集 電結(jié)反偏。

7、(2) 正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使晶體管工作于放大區(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)電容耦合只輸出交流信號。2. 直、流通路和交流通路 因電容對交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大，可以認為它對交流分量不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路。這樣，交直流所走的通路是不同的。直流通路：無信號時電流（直流電流）的通路， 用來計算靜態(tài)工作點。交流通路：有信號時交流分量（變化量）的通路， 用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、 輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuC

8、EiCiBiE例：畫出下圖放大電路的直流通路直流通路直流通路用來計算靜態(tài)工作點Q ( IB 、 IC 、 UCE )對直流信號電容 C 可看作開路（即將電容斷開）斷開斷開+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIERBRCuiuORLRSes+對交流信號(有輸入信號ui時的交流分量) XC 0，C 可看作短路。忽略電源的內(nèi)阻，電源的端電壓恒定，直流電源對交流可看作短路。交流通路 用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCEiCiBiE短路短路對地短路15.2 放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)：放大電路無信號輸入（ui = 0）時的工

9、作狀態(tài)。分析方法：估算法、圖解法。分析對象：各極電壓電流的直流分量。所用電路：放大電路的直流通路。設(shè)置Q點的目的： (1) 使放大電路的放大信號不失真； (2) 使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，靜態(tài)是動態(tài)的基礎(chǔ)。靜態(tài)工作點Q：IB、IC、UCE 。靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值。15.2.1 用估算法確定靜態(tài)值1. 直流通路估算 IB根據(jù)電流放大作用2. 由直流通路估算UCE、IC當(dāng)UBE UCC時，由KVL: UCC = IB RB+ UBE由KVL: UCC = IC RC+ UCE所以 UCE = UCC IC RC +UCCRBRCT+UBEUCEICIBICUCEOIBUBEO (I

10、B、UBE) 和(IC、UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點，稱為靜態(tài)工作點。QIBUBEQUCEIC例1：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。解：注意：電路中IB 和 IC 的數(shù)量級不同+UCCRBRCT+UBEUCEICIB例2：用估算法計算圖示電路的靜態(tài)工作點。 由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時，計算靜態(tài)值的公式也不同。由KVL可得出由KVL可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB15.2.2 用圖解法確定靜態(tài)值用作圖的方法確定靜態(tài)值步驟： 1. 用估算法確定IB 優(yōu)點： 能直觀地分析和了解靜 態(tài)值的變化對放大電路 的

11、影響。2. 由輸出特性確定IC 和UCEUCE = UCC ICRC 直流負載線方程+UCCRBRCT+UBEUCEICIBUCE /VIC/mAO15.2.2 用圖解法確定靜態(tài)值直流負載線斜率ICQUCEQUCCUCE =UCCICRC直流負載線Q由IB確定的那條輸出特性與直流負載線的交點就是Q點15.3 放大電路的動態(tài)分析動態(tài)：放大電路有信號輸入（ui 0）時的工作狀態(tài)。分析方法： 微變等效電路法，圖解法。所用電路： 放大電路的交流通路。動態(tài)分析: 計算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻r。等.分析對象： 各極電壓和電流的交流分量。目的： 找出Au、 ri、 ro與電路參數(shù)的關(guān)系，為

12、設(shè)計 打基礎(chǔ)。15.3.1 微變等效電路法 微變等效電路： 把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個線性電路。即把非線性的晶體管線性化，等效為一個線性元件。線性化的條件： 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近似代替。微變等效電路法： 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)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。 晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。 當(dāng)信號很小時，在靜態(tài)工作點附近的輸入特性在小范圍內(nèi)可近似線性化。1. 晶體管的微變等效電路UBEIB對于小功率三極管：rbe一般為幾百歐到幾千歐。15.3.1 微變等效電路法

13、(1) 輸入回路Q輸入特性晶體管的輸入電阻 晶體管的輸入回路(B、E之間)可用rbe等效代替，即由rbe來確定ube和 ib之間的關(guān)系。IBUBEO(2) 輸出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不計。晶體管的輸出電阻輸出特性 輸出特性在線性工作區(qū)是一組近似等距的平行直線。晶體管的電流放大系數(shù) 晶體管的輸出回路(C、E之間)可用一受控電流源 ic= ib等效代替，即由來確定ic和 ib之間的關(guān)系。一般在20200之間，在手冊中常用hfe表示。ICUCEQOibicicBCEibib晶體三極管微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-1. 晶體管的微變等效電路rbeB

14、EC 晶體管的B、E之間可用rbe等效代替。 晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=ib等效代替。2. 放大電路的微變等效電路 將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微變等效電路RBRCuiuORL+-RSeS+-ibicBCEii 分析時假設(shè)輸入為正弦交流，所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。微變等效電路2. 放大電路的微變等效電路 將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiir

15、beRBRCRLEBC+-+-+-RS3.電壓放大倍數(shù)的計算當(dāng)放大電路輸出端開路(未接RL)時因rbe與IE有關(guān)，故放大倍數(shù)與靜態(tài) IE有關(guān)。負載電阻愈小，放大倍數(shù)愈小。 式中的負號表示輸出電壓的相位與輸入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS3.電壓放大倍數(shù)的計算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2： 由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時，計算電壓放大倍數(shù) Au 的公式也不同。要根據(jù)微變等效電路找出 ui與ib的關(guān)系、 uo與ic 的關(guān)系。4.放大電路輸入電阻的計算放大電路對信號源(或?qū)η凹壏糯箅娐?來說，是一個負載，可用一個電阻來等效代替。這個電阻是信號源的負載電阻,也

16、就是放大電路的輸入電阻。定義： 輸入電阻是對交流信號而言的，是動態(tài)電阻。+-信號源Au放大電路+-輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)。電路的輸入電阻愈大，從信號源取得的電流愈小，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻。放大電路信號源+-+-rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：riri 5. 放大電路輸出電阻的計算放大電路對負載(或?qū)蠹壏糯箅娐?來說，是一個信號源，可以將它進行戴維寧等效，等效電源的內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。+_RLro+_定義： 輸出電阻是動態(tài)電阻，與負載無關(guān)。 輸出電阻是表明放大電路帶負載能力的參數(shù)。電

17、路的輸出電阻愈小，負載變化時輸出電壓的變化愈小，因此一般總是希望得到較小的輸出電阻。RSRL+_Au放大電路+_rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射極放大電路特點： 1. 放大倍數(shù)高；2. 輸入電阻低；3. 輸出電阻高。例3：求ro的步驟：(1) 斷開負載RL (3) 外加電壓 (4) 求外加(2) 令 或rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例4：求ro的步驟：1) 斷開負載RL3) 外加電壓4) 求2) 令 或15.3.2 圖解法DC1. 交流負載線交流負載線 直流負載線 交流負載線反映動態(tài)時電流 iC和電壓uCE的變化關(guān)系。交流負載線斜率IC/mA4321O48121620

18、B80mAA60mA40mA20mAUCE/VQ2. 圖解分析QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQiCQ1Q2ibuiuoRL= 由uO和ui的峰值(或峰峰值)之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù)。 3. 非線性失真 如果Q設(shè)置不合適，晶體管進入截止區(qū)或飽和區(qū)工作，將造成非線性失真。若Q設(shè)置過高: 晶體管進入飽和區(qū)工作，造成飽和失真。Q2uO 適當(dāng)減小基極電流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1若Q設(shè)置過低: 晶體管進入截止區(qū)工作，造成截止失真。 適當(dāng)增加基極電流可消除失真。

19、uiuOtiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE 如果Q設(shè)置合適，信號幅值過大也可產(chǎn)生失真，減小信號幅值可消除失真。3. 非線性失真15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 合理設(shè)置靜態(tài)工作點是保證放大電路正常工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作點常因外界條件的變化而發(fā)生變動。 前述的共射極放大電路 (固定偏置放大電路），簡單、容易調(diào)整，但在溫度變化、三極管老化、電源電壓波動等外部因素的影響下，將引起靜態(tài)工作點的變動，嚴(yán)重時將使放大電路不能正常工作，其中影響最大的是溫度的變化。15.4.1 溫度變化對靜態(tài)工作點的影響 在共射極放大電路（固定偏置放大

20、電路）中，當(dāng)溫度升高時，UBE、 、 ICBO 。 上式表明，當(dāng)UCC和 RB一定時， IC與 UBE、 以及 ICEO 有關(guān)，而這三個參數(shù)隨溫度而變化。溫度升高時， IC將增加，使Q點沿負載線上移。iCuCEQ溫度升高時，輸出特性曲線上移Q共射極放大電路（固定偏置電路）的工作點Q點是不穩(wěn)定的，為此需要改進偏置電路。當(dāng)溫度升高使 IC 增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化，保持Q點基本穩(wěn)定。結(jié)論： 當(dāng)溫度升高時， IC將增加，使Q點沿負載線上移，容易使晶體管 T進入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。O15.4.2 分壓式偏置電路1. 穩(wěn)定Q點的原理 基極電位基本恒定，不隨溫度

21、變化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+15.4.2 分壓式偏置電路1. 穩(wěn)定Q點的原理VB 集電極電流基本恒定，不隨溫度變化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+在估算時一般選?。篒2= (5 10) IB，VB= (5 10) UBE， RB1、RB2的阻值一般為幾十千歐。參數(shù)的選擇VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+Q點穩(wěn)定的過程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+TUBEIBICVEICVB

22、 固定 RE：溫度補償電阻 對直流：RE越大,穩(wěn)定Q點效果越好； 對交流：RE越大,交流損失越大,為避免交流損失加旁路電容CE。2. 靜態(tài)工作點的計算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+3. 動態(tài)分析 對交流：旁路電容 CE 將RE 短路， RE不起作用， Au，ri，ro與固定偏置電路相同。如果去掉CE ，Au，ri，ro ？旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+ 去掉CE后的微變等效電路短路對地短路如果去掉CE ，Au，ri，ro ?rb

23、eRBRCRLEBC+-+-+-RSRE無旁路電容CE有旁路電容CEAu減小分壓式偏置電路ri 提高ro不變RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+對信號源電壓的放大倍數(shù)？信號源考慮信號源內(nèi)阻RS 時例1: 在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶體管=50， UBE=0.6V, 試求:(1) 靜態(tài)工作點 IB、IC 及 UCE；(2) 畫出微變等效電路；(3) 輸入電阻ri、ro及 Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL+UCCuiuo+RE2解:(

24、1)由直流通路求靜態(tài)工作點。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+UCEIEIBICVB(2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro。RS微變等效電路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RE115.5 放大電路的頻率特性 阻容耦合放大電路由于存在級間耦合電容、發(fā)射極旁路電容及三極管的結(jié)電容等，它們的容抗隨頻率變化，故當(dāng)信號頻率不同時，放大電路的輸出電壓相對于輸入電壓的幅值和相位都將發(fā)生變化。頻率特性幅頻特性：電壓放大倍數(shù)的模|Au|與頻率 f 的關(guān)系相頻特性：輸出電壓相對于輸入電壓的 相位移 與頻率 f 的關(guān)系通頻帶f|Au |0.707| Auo |fLfH| Auo |幅頻特性下

25、限截止頻率上限截止頻率耦合、旁路電容造成。三極管結(jié)電容、 造成f 270 180 90相頻特性O(shè) 在中頻段 所以，在中頻段可認為電容不影響交流信號的傳送，放大電路的放大倍數(shù)與信號頻率無關(guān)。(前面所討論的放大倍數(shù)及輸出電壓相對于輸入電壓的相位移均是指中頻段的) 三極管的極間電容和導(dǎo)線的分布電容很小，可認為它們的等效電容CO與負載并聯(lián)。由于CO的電容量很小，它對中頻段信號的容抗很大，可視作開路。 由于耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容量較大，故對中頻段信號的容抗很小，可視作短路。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+- 由于信號的頻率較低，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗較大，其分壓作用不能忽略。以至

26、實際送到三極管輸入端的電壓 比輸入信號 要小，故放大倍數(shù)降低，并使 產(chǎn)生越前的相位移（相對于中頻段）。 在低頻段： 所以，在低頻段放大倍數(shù)降低和相位移越前的主要原因是耦合電容和發(fā)射極旁路電容的影響。 CO的容抗比中頻段還大，仍可視作開路。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-C1C2 由于信號的頻率較高，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗比中頻段還小，仍可視作短路。 在高頻段： 所以，在高頻段放大倍數(shù)降低和相位移滯后的主要原因是三極管電流放大系數(shù) 、極間電容和導(dǎo)線的分布電容的影響。 CO的容抗將減小，它與負載并聯(lián)，使總負載阻抗減小，在高頻時三極管的電流放大系數(shù) 也下降，因而使輸出電壓減小，電

27、壓放大倍數(shù)降低，并使 產(chǎn)生滯后的相位移（相對于中頻段）。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSCo15.6 射極輸出器 因?qū)涣餍盘柖?，集電極是輸入與輸出回路的公共端，所以是共集電極放大電路。 因從發(fā)射極輸出，所以稱射極輸出器。RB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS求Q點：15.6.1 靜態(tài)分析直流通路+UCCRBRE+UCE+UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS15.6.2 動態(tài)分析1. 電壓放大倍數(shù) 電壓放大倍數(shù)Au1且輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。微變等效電路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRLEBC

28、+-+-+-RSRE2. 輸入電阻 射極輸出器的輸入電阻高，對前級有利。 ri 與負載有關(guān)3. 輸出電阻射極輸出器的輸出電阻很小，帶負載能力強。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE共集電極放大電路(射極輸出器)的特點：1. 電壓放大倍數(shù)小于1，約等于1;2. 輸入電阻高；3. 輸出電阻低；4. 輸出與輸入同相。射極輸出器的應(yīng)用主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點。 1. 因輸入電阻高，它常被用在多級放大電路的第一級，可以提高輸入電阻，減輕信號源負擔(dān)。 2. 因輸出電阻低，它常被用在多級放大電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負載能力。 3. 利用 ri 大、 ro小以及 Au 1 的

29、特點，也可將射極輸出器放在放大電路的兩級之間，起到阻抗匹配作用，這一級射極輸出器稱為緩沖級或中間隔離級。例1:. 在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 2k ，晶體管=60， UBE=0.6V, 信號源內(nèi)阻RS= 100，試求:(1) 靜態(tài)工作點 IB、IE 及 UCE；(2) 畫出微變等效電路；(3) Au、ri 和 ro 。RB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點。直流通路+UCCRBRE+UCE+UBEIEIBIC(2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro。微變等效電路rbeRBRLEBC+-+-

30、+-RSRE 15.7 多級放大電路及其級間耦合方式 信號源與放大電路之間、兩級放大電路之間、放大器與負載之間的連接方式。 常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。動態(tài): 傳送信號減少壓降損失 靜態(tài)：保證各級有合適的Q點波形不失真多級放大電路的框圖對耦合電路的要求第二級 推動級 輸入級 輸出級輸入輸出1.耦合方式2.阻容耦合放大電路第一級第二級負載信號源兩級之間通過耦合電容 C2 與下級輸入電阻連接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2(1) 靜態(tài)分析 由于電容有隔直作用，所以每級放大電路的直流通路互不相通，每級的靜態(tài)工作點互相獨立，

31、互不影響，可以各級單獨計算。兩級放大電路均為共發(fā)射極分壓式偏置電路。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2(2) 動態(tài)分析微變等效電路第一級第二級rbeRB2RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB1例1: 如圖所示的兩級電壓放大電路，已知1= 2 =50, T1和T2均為3DG8D。(1) 計算前、后級放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V);(2) 求放大電路的輸入電阻和輸出電阻； (3) 求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k

32、解: (1) 兩級放大電路的靜態(tài)值可分別計算。第一級是射極輸出器: RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k第二級是分壓式偏置電路解: RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k第二級是分壓式偏置電路解: RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010krbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2) 計算 r i和 r 0 由微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻 ri 等于第一級的輸入電阻ri1。第一級是射極輸出器，它的輸入電阻ri

33、1與負載有關(guān)，而射極輸出器的負載即是第二級輸入電阻 ri2。微變等效電路rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2) 計算 r i和 r 0(2) 計算 r i和 r 0rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(3) 求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級放大電路為射極輸出器rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(3) 求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第二級放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)直接耦合：將前級的輸出端直接接后級的輸入端。可用來放大緩慢變化的信號或直流量變化的信號。15.8 差分放大電路+UCCuoR

34、C2T2uiRC1R1T1R2+RE2(2) 零點漂移零點漂移：指輸入信號電壓為零時，輸出電壓發(fā)生 緩慢地、無規(guī)則地變化的現(xiàn)象。uotO產(chǎn)生的原因：晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓 波動、電路元件參數(shù)的變化。直接耦合存在的兩個問題：(1) 前后級靜態(tài)工作點相互影響零點漂移的危害： 直接影響對輸入信號測量的準(zhǔn)確程度和分辨能力。 嚴(yán)重時，可能淹沒有效信號電壓，無法分辨是有效信號電壓還是漂移電壓。 一般用輸出漂移電壓折合到輸入端的等效漂移電壓作為衡量零點漂移的指標(biāo)。輸入端等效漂移電壓輸出端漂移電壓電壓放大倍數(shù) 只有輸入端的等效漂移電壓比輸入信號小許多時，放大后的有用信號才能被很好地區(qū)分出來。 由于不采

35、用電容，所以直接耦合放大電路具有良好的低頻特性。通頻帶f|Au |0.707| Auo |OfH| Auo |幅頻特性 抑制零點漂移是制作高質(zhì)量直接耦合放大電路的一個重要的問題。 適合于集成化的要求，在集成運放的內(nèi)部，級間都是直接耦合。 電路結(jié)構(gòu)對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。差分放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。差分放大原理電路 +UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2兩個輸入、兩個輸出兩管靜態(tài)工作點相同15. 8. 1 差分放大電路的工作原理1. 零點漂移的抑制uo= VC1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (V

36、C2 + VC2 ) = 0靜態(tài)時，ui1 = ui2 = 0當(dāng)溫度升高時ICVC （兩管變化量相等） 對稱差分放大電路對兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T22. 信號輸入 兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對共模信號沒有放大能力。(1) 共模信號 ui1 = ui2大小相等、極性相同 差動電路抑制共模信號能力的大小，反映了它對零點漂移的抑制水平。+共模信號 需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T22. 信號輸入兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(2) 差模信號 ui1 =

37、ui2大小相等、極性相反uo= (VC1VC1 )(VC2 + VC ) =2 VC1 即對差模信號有放大能力。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2差模信號 是有用信號(3) 比較輸入 ui1 、ui2 大小和極性是任意的。例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2 mV 例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV ui2 = 18 mV 2 mV 可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV共模信號差模信號 放大器只 放大兩個 輸入信號 的差值信 號差動 放大電

38、路。 這種輸入常作為比較放大來應(yīng)用，在自動控制系統(tǒng)中是常見的。 15. 8. 2 典型差分放大電路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+T2EE+RE的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點，限制每個管子的漂移。EE：用于補償RE上的壓降，以獲得合適的工作點。電位器 RP : 起調(diào)零作用。1.靜態(tài)分析 在靜態(tài)時，設(shè) IB1 = IB2 = IB， IC1= IC2 = IC，忽略阻值很小的 RP 可列出 上式中前兩項較第三項小得多略去，則每管的集電極電流發(fā)射極電位 VE 0每管的基極電流每管的集 射極電壓15. 8.3 差分放大電路對差模信號的放大RC+UCCRB1T1RE -EEIB2IEIC

39、IE+UCE+UBE+單管直流通路2.動態(tài)分析單管差模信號通路 由于差模信號使兩管的集電極電流一增一減，其變化量相等，通過 RE 的電流近于不變，RE 上沒有差模信號壓降，故 RE 對差模信號不起作用，可得出下圖所示的單管差模信號通路。單管差模電壓放大倍數(shù)同理可得T1RCibic+uo1RB+ui1雙端輸入雙端輸出差分電路的差模電壓放大倍數(shù)為當(dāng)在兩管的集電極之間接入負載電阻時式中兩輸入端之間的差模輸入電阻為兩集電極之間的差模輸出電阻為 例1:在前圖所示的差分放大電路中,已知UCC=12V， EE = 12V, = 50, RC = 10 k, RE =10 k, RB = 20 k， RP =

40、100 , 并在輸出端接負載電阻RL = 20k, 試求電路的靜態(tài)值和差模電壓放大倍數(shù)。解:式中單端輸出時差分電路的差模電壓放大倍數(shù)為即：單端輸出差分電路的電壓放大倍數(shù)只有雙端輸出差分電路的一半。 雙端輸入分雙端輸出和單端輸出兩種。此外，還有單端輸入的, 即將T1輸入端或T2輸入端接“地”, 而另一端接輸入信號ui 。同樣單端輸入也分為雙端輸出和單端輸出兩種。四種差分放大電路的比較見表15.7.1。(Common Mode Rejection Ratio) 全面衡量差動放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù) KCMR越大，說明差放分辨差模信號的能力越強，而抑制共模信

41、號的能力越強。15.8.4 共模抑制比共模抑制比 若電路完全對稱，理想情況下共模放大倍數(shù) Ac = 0 輸出電壓 uo = Ad （ui1 ui2 ） = Ad uid 若電路不完全對稱，則 Ac 0，實際輸出電壓 uo = Ac uic + Ad uid 即共模信號對輸出有影響 。15.9 互補對稱功率放大電路15.9.1 對功率放大電路的基本要求 功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級，去推動負載工作。例如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動機旋轉(zhuǎn)等。(1) 在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。(2) 由于功率較大，要求提高效率。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICU

42、CEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個周期都導(dǎo)通,靜態(tài)IC較大，波形好, 管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通， 靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真, 管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC 0，一般功放常采用。15.9.2 互補對稱放大電路 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載耦合時，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器(Output Transformerless)電路，簡稱OTL電路。若互補對稱電路直接與負載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(Output Capacito

43、rless)電路，簡稱OCL電路。 OTL電路采用單電源供電， OCL電路采用雙電源供電。1. OTL電路(1) 特點T1、T2的特性一致；一個NPN型、一個PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。(2) 靜態(tài)時(ui= 0), IC1 0， IC2 0OTL原理電路電容兩端的電壓RLuiT1T2+UCCCAuO+-+-RLuiT1T2Auo+-+-(3) 動態(tài)時 設(shè)輸入端在UCC/2 直流基礎(chǔ)上加入正弦信號。T1導(dǎo)通、T2截止；同時給電容充電T2導(dǎo)通、T1截止；電容放電，相當(dāng)于電源 若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負載上得到的交流信號正負半周對稱。ic1ic2交流

44、通路uo輸入交流信號ui的正半周輸入交流信號ui的負半周 (4) 交越失真 當(dāng)輸入信號ui為正弦波時，輸出信號在過零前后出現(xiàn)的失真稱為交越失真。 交越失真產(chǎn)生的原因 由于晶體管特性存在非線性， ui 0 時，P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達表層，填補空穴形成負離子的耗盡層；當(dāng)UGS UGS（th）時，還在表面形成一個N型層，稱反型層，即勾通源區(qū)和漏區(qū)的N型導(dǎo)電溝道，將D-S連接起來。UGS愈高，導(dǎo)電溝道愈寬。(2) N溝道增強型管的工作原理P型硅襯底N溝道N+N+DGS-耗盡層EG+-UGSN型溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管的導(dǎo)通P型硅襯底N+EGSG+N+DN溝道+EDID當(dāng)UGS UGS(t

45、h）后，場效應(yīng)管才形成導(dǎo)電溝道，開始導(dǎo)通，若漏源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產(chǎn)生。 在一定的漏源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th）。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關(guān)。所以，場效應(yīng)管是一種電壓控制電流的器件。(3) 特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線ID/mAUDS/VoUGS= 1VUGS= 2VUGS= 3VUGS= 4V 漏極特性曲線恒流區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)無溝道有溝道UGS/VUGS(th)UDS=常數(shù)ID/16mAO開啟電壓UGS(th）N型襯底P+P+GSD符號：結(jié)構(gòu)(4) P溝道增強型 SiO2絕緣層加電壓才形成 P型導(dǎo)

46、電溝道 增強型場效應(yīng)管只有當(dāng)UGS UGS(th）時才形成導(dǎo)電溝道。2. 耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管GSD符號： 如果MOS管在制造時導(dǎo)電溝道就已形成，稱為耗盡型場效應(yīng)管。(1 ) N溝道耗盡型管SiO2絕緣層中摻有正離子予埋了N型 導(dǎo)電溝道2. 耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管 由于耗盡型場效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS= 0時，若漏源之間加上一定的電壓UDS，也會有漏極電流 ID 產(chǎn)生。 當(dāng)UGS 0時，使導(dǎo)電溝道變寬， ID 增大； 當(dāng)UGS 0時，使導(dǎo)電溝道變窄， ID 減小； UGS負值愈高，溝道愈窄， ID就愈小。 當(dāng)UGS達到一定負值時，N型導(dǎo)電溝道消失，ID= 0，稱為場效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時的UGS稱為夾斷電壓，用UGS(off）表示。 這時的漏極電流用 IDSS表示，稱為飽和漏極電流。(2) 耗盡型N溝道MOS管的特性曲線夾斷電壓 耗盡型的MOS管UGS= 0時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時才能夾斷。 UGS(off)U DSUGS=0UGS0漏極特性曲線OID/mA16201248121648IDSS轉(zhuǎn)移特性曲線OID/mA UGS /V-1-