第15章 電工學 電子技術

1、放大的概念: 放大的實質: 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(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、通頻帶等其它技術指標。 本章主要討論電壓放大電路，同時介紹功率放大電路。 放大是將微弱的變化信號放大成較大的信號。第15章 基本放大電路 下一頁返回上一頁第15章 基本放大電路 共發(fā)射極電路放大電路的三種組態(tài)：共基極電路共集電極電路電路分析直流（靜態(tài)）交流（動態(tài)）直流通路圖解法圖解法微變等效電路下一頁返回上一頁15.1 共射極放大電路的基本組成15.1

2、 共射極放大電路的基本組成一 電路的基本組成+-+-uiuoEC=UCCRCEBRbC1C2TRLiCiBiERs+-es輸出回路輸入回路各元件的作用晶體管T：起放大的作用；直流電源EC：提供能量，保證三極管工作在放大區(qū)（集電結反偏）耦合電容Cb1、Cb2：隔離直流，耦合交流；電阻RC、RL：將集電極電流ic的變化轉化為電壓變化，實現放大；Eb和Rb：發(fā)射結正偏，提供合適的基極電流IB 。2 習慣畫法+-+-uiuoUCCRCRbCb1Cb2TRL只采用一個電源供電，并不畫出電源的符號只標出對地極性公共端接“地”，設其點位為零，作為其他電路的參考點下一頁返回上一頁信號源下一頁上一頁二 共射極放

3、大電路的工作原理+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiE 放大電路中的電壓或電流既含有直流成分,又含有交流成分.其交流信號疊加在直流信號上。計算時，分別加以分析。動態(tài)： ui 0時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。 靜態(tài)： ui0時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。分析方法靜態(tài)：直流通路法、圖解法動態(tài)：小信號模型分析法、圖解法返回15.1 共射極放大電路的基本組成放大電路中電壓、電流符號意義說明：直流信號值（靜態(tài)值）：如 IB、VBE等。XY大寫大寫交直流總量：如iB、vBE等。xY小寫大寫交流信號值（動態(tài)值）：如 ib、vbe等。xy小寫小寫相量：如 等。

4、Xy大寫有點小寫有效值：如 Ib，Vbe等。Xy大寫小寫下一頁返回上一頁15.1 共射極放大電路的基本組成UBEIBICUCE無輸入信號(ui = 0)時: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO15.1 共射極放大電路的基本組成下一頁返回上一頁ICUCEOIBUBEO結論： (1) 無輸入信號電壓時，三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)分別對應于輸入、輸出特性曲線上的一個點，稱為靜態(tài)工作點。QIBUBEQUCEIC

5、15.1 共射極放大電路的基本組成下一頁返回上一頁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+ uoIC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO15.1 共射極放大電路的基本組成下一頁返回上一頁放大過程的動畫演示結論：(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，都在直流量的基礎上疊加了一個交流量。+集電極電流直流分量交流分量動態(tài)分析iC

6、tOiCtICOiCticO靜態(tài)分析交流信號放大過程：三極管放大作用 變化的 ic通過Rc轉變?yōu)樽兓碾妷狠敵?5.1 共射極放大電路的基本組成下一頁返回上一頁結論：(3) 若參數選取得當，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。uitOuotO(5)放大作用的實質上是放大器件的控制作用；放大器是一種能量控制部件。15.1 共射極放大電路的基本組成下一頁返回上一頁1. 實現放大的條件 (1) 晶體管必須工作在放大區(qū)。發(fā)射結正偏，集 電結反偏。(2) 正確設置靜態(tài)工作點，使晶體管工作于放大區(qū)。(3) 輸入回路將變化

7、的電壓轉化成變化的基極電流。(4) 輸出回路將變化的集電極電流轉化成變化的 集電極電壓，經電容耦合只輸出交流信號。15.1 共射極放大電路的基本組成下一頁返回上一頁信號能否輸入到放大電路中信號能否輸出一 用直流通路法確定靜態(tài)值1 畫出直流通路圖原則：沒有信號源。電容對直流信號視作開路（隔直流）+-+-uiuoUCCRCRbCb1Cb2iBiC+-uCE+-+esRsRL+-uBEVCCRCRbT直流通路15.2 放大電路的靜態(tài)分析下一頁返回上一頁分析對象：各極電壓電流的直流分量。所用電路：放大電路的直流通路。2 記住三句話基極通路求IBIC=IB集電極通路求UCE 構成放大電路靜態(tài)工作點（Q點

8、： IB 、IC 、UBE 、 UCE ）的基本公式。硅V；鍺V+UCCRBRCT+UBEUCEICIBiCvCEIB= 0 AIB=40 AIB=80A0QVCEIC設置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。15.2 放大電路的靜態(tài)分析下一頁返回上一頁例1：已知圖中UCC=12V，RC=4k，Rb=300k ， UBE 解：+-+-uiuoUCCRCRbCb1Cb2iBiC+-uCEiEUCCRCRbTIBICUCEUBE+_直流通路15.2 放大電路的靜態(tài)分析下一頁返回上一頁例2：用估算法計算圖示電路的靜態(tài)工作點。 由

9、例1、例2可知，當電路不同時，計算靜態(tài)值的公式也不同。IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB15.2 放大電路的靜態(tài)分析下一頁返回上一頁3. 由直流通路求IB1. 作出電路輸出特性曲線4. 由直流負載線和IB得出Q點，找出靜態(tài)值2. 作出直流負載線直流負載線的斜率為：兩個特殊點 :(UCC，0) (UCC /Rc，0）二 用圖解法確定靜態(tài)值圖解法：在三極管的伏安特性上分析放大電路的工作狀態(tài)。能直觀地分析和了解靜態(tài)值的變化對放大電路的影響。 （負載RC與直流電源UCC的關系曲線）15.2 放大電路的靜態(tài)分析ICQUCEQUCCUCE /VIC/mA直流負載線QO下一頁返回上一頁例：已知圖中

10、UCC=12V，RC=4k，Rb=300k ，晶體管的特性曲線已經給出。（1）作直流負載線（2）求靜態(tài)值+-+-uiuoUCCRCRbCb1Cb2iBiC+-uCEiEvCE/Vic/mA0 2 4 6 8 10 124321VCEICQ解（1）直流負載線 UCE=UCC-RCICIC=0時 UCE=UCC=12VUCE=0時（2）求IB(3) Q點值：IB40AICUCE=6V15.2 放大電路的靜態(tài)分析下一頁返回上一頁動態(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Au、輸入電阻ri、輸出電阻

11、ro等。分析對象： 各極電壓和電流的交流分量。目的： 找出Au、 ri、 ro與電路參數的關系，為設計打基礎。15.3 放大電路的動態(tài)分析15.3 放大電路的動態(tài)分析下一頁返回上一頁放大電路的性能指標： 對于任何一個放大電路都可以看作一個雙端口網絡，左邊是放大電路的信號源，右邊是負載。1 輸入電阻ri 從放大電路輸入端看進去的等效電阻 輸入電阻的大小，決定了放大電路從信號源索取電流的大小。一般來說， ri越大越好。（2）當信號源有內阻時，ri 越大，輸入電壓就越接近信號源電壓。（1）ri 越大，輸入電流就越小，從信號源索取的電流越小。下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析2 輸出電阻ro

12、 從放大電路輸出端看進去的等效電阻 輸出電阻是表明放大電路帶負載能力。 ro越小，放大電路帶負載的能力越強，反之則差。3 電壓放大倍數Au反映放大器的放大能力下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析一 微變等效電路法 基本思想：當信號變化范圍很?。ㄎ⒆儯r，可以認為三極管電壓、電流變化量之間的關系是線性的。因此，給非線性器件建立一個小信號的線性模型，即為微變等效電路。下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析1 晶體管的微變等效電路15.3 放大電路的動態(tài)分析 晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。輸入特性 當信號很小時，在靜態(tài)工作點附近的輸入特性在小范圍內可近似線性化。UBEIB

13、對于小功率三極管：rbe一般為幾百歐到幾千歐Q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之間的關系。IBUBEOrbeibbeubebecubeib下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析下一頁返回上一頁uceibicBCEuberbeibib rceBCE輸出特性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ICUCEQ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 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之間的關系。一般在20200之

14、間，在手冊中常用hfe表示O請注意如下問題： 電流源為一受控源，而不是獨立的電源。 電流源的流向不能隨意假定，而是由ib決定。 該模型僅適用于交流小信號，不能用于靜態(tài)分析和大信號。三極管的簡化微變等效電路下一頁返回上一頁ibicicBCEibib晶體三極管微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-rbeBEC 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。15.3 放大電路的動態(tài)分析2 放大電路的微變等效電路（1）交流通路圖畫法：原則： 電容對交流信號視作短路。 直流電源等效接地。+-+-uiuoUCCRCRbCb1Cb2iBiC+-u

15、CE+-+esRsRL+-uBE交流通路+-+-uiuoRCRbTRL下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析rbeRbRCRL+-+-uiuoRCRbTRL（2）微變等效電路圖b+-+-uiuoRCRbTRLbccee下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析 分析時假設輸入為正弦交流，所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。 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。微變等效電路的動畫演示3 放大電路的主要性能指標（1）電壓放大倍數Au：下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析因rbe與IE有關，故放大倍數與靜態(tài) IE有關。負載電阻愈小，放大倍數愈

16、小。式中的負號表示輸出電壓的相位與輸入相反。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS當放大電路輸出端開路(未接RL)時，15.3 放大電路的動態(tài)分析（2）輸入電阻ri：放大電路對信號源(或對前級放大電路)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。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+-+-下一頁返回上一頁下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析rbeRBRC

17、RLEBC+-+-+-RSri放大電路對負載(或對后級放大電路)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。 輸出電阻是表明放大電路帶負載能力的參數。電路的輸出電阻愈小，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+_（3）輸出電阻ro：15.3 放大電路的動態(tài)分析下一頁返回上一頁rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射極放大電路特點： 1. 放大倍數高;2. 輸入電阻低;3. 輸出電阻高.求ro的步驟：1) 斷開負載RL3) 外加電壓4) 求外加2)

18、 令 或00 將信號源短路，輸出斷開路，從右向左，外加測試電源看進去15.3 放大電路的動態(tài)分析下一頁返回上一頁例：已知圖中UCC=12V，RC=RL4k，Rb=300k ，=40， UBE +-+-uiuoUCCRCRbCb1Cb2TRL求：1. 靜態(tài)工作點。 2.電壓增益AU、輸入電阻ri、輸出電阻ro 。解：1. Q點的求解：UCCRCRbTIBICUCE下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析解：2. 動態(tài)分析：+-+-uiuoUCCRCRbCb1Cb2iBiC+-uCE+-+esRsRL+-uBE+-+-uiuoRCRbTRL+-Uo下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析R

19、sus+-+uiRL+uo+UCCRCC1C2TRB+-下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析RC+UCCTRB+UCEQ-+UBEQ -ICQIBrbe+oU&cI&bI&CBE+iU&bI&bRCRLRBRs + 15.3 放大電路的動態(tài)分析下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析總 結基本放大電路分析步驟：根據放大電路的求直流通路，求靜態(tài)工作點Q及rbe的值； Q（IBQ，ICQ，VCEQ） rbe=200(1)26mV/IE求放大電路的交流通路，根據交流通路畫微變等效電路；根據微變等效電路求放大電路的動態(tài)參數 放大倍數：v（vs） 輸入電阻：Ri 輸出電阻：Ro兩點注意： 只

20、有在Q點正常的情況下，動態(tài)分析才有意義。 Ri中不應含有Rs， Ro中不應含有RL。例：已知圖中UCC=12V，RC=RL4k，Rb=300k ，=40， UBE +-+-uiuoUCCRCRbCb1Cb2TRL求：1. 靜態(tài)工作點。 2.電壓增益AU、輸入電阻ri、輸出電阻ro 。解：1. Q點的求解：UCCRCRbTIBICUCE下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析解：2. 動態(tài)分析：+-+-uiuoUCCRCRbCb1Cb2iBiC+-uCE+-+esRsRL+-uBE+-+-uiuoRCRbTRL+-Uo下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析Q1Q2uiuo假設在靜態(tài)工作

21、點的基礎上，輸入一微小的正弦信號 ui （uBE）靜態(tài)工作點和交流負載線UCE與Ui反相iBiCuo （uCE）QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQ2 圖解分析15.3 放大電路的動態(tài)分析下一頁返回上一頁3 非線性失真 由于靜態(tài)工作點不合適或信號過大,使電路的工作范圍超出了晶體管的線性范圍而引起的失真，稱為非線性失真。截止失真： Q點過低，在輸入信號負半周靠近峰值的區(qū)域，有可能進入三極管的截止區(qū)而引起的失真。（頂部）。下一頁返回上一頁uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAu

22、CE/VOOUCE解決方法：QIB ， RB 15.3 放大電路的動態(tài)分析飽和失真： Q點過高，在輸入信號正半周靠近峰值的區(qū)域，有可能進入三極管的飽和區(qū)而引起的失真。三極管進入飽和區(qū)，導致集電極電流iC產生失真，輸出電壓失真（底部）。 要放大電路不產生非線性失真，工作點Q要設置在交流負載線的中點下一頁返回上一頁Q2uoUCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1解決方法：Q IB ， RB 15.3 放大電路的動態(tài)分析動畫演示仿真形象直觀；適應于Q點分析、失真分析、最大不失真輸出電壓的分析；能夠用于大信號分析；不易準確求解；不能求解輸入電阻、輸出電阻、頻帶等等參數；不能反

23、映信號高頻時電路的工作情況。4 圖解法的特點下一頁返回上一頁15.3 放大電路的動態(tài)分析15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 合理設置靜態(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。 前述的固定偏置放大電路，簡單、容易調整，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 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 這種電路VCC和RB一經確定后，偏置電流IBQ也就固定了。固定偏置電路TIC， Q點上移TIC， Q點下移措施：改進偏置電路，引入直流負反饋。當IC發(fā)漂移時，將變化量

24、反饋到輸入回路，來調節(jié)IB大小，以補償IC的變化。+-+-vivoVCCRCRbCb1Cb2iBiC+-uCEiE下一頁上一頁15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定當溫度升高時，UBE、 、 ICBO 。 溫度與Q點的關系返回一 分壓式偏置放大電路（射極偏置電路）+-+-uiuoUCCRCRbC1C2TRLRb1+UCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBECI1I2IB偏置電路Re射極直流負反饋電阻Ce 交流旁路電容下一頁返回上一頁15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定Rb1+UCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBECI1I2IB +UCCRb1RCRb2ReICIEIBUCEI1I2I1=I2+IB

25、若使 I1I2 則 I1 I2 VB不受溫度影響，被RB1和RB2分壓所固定1 Q點穩(wěn)定原理：TUBEICICIEVEIB由輸入特性曲線UE=IEREUBE=UB-UE下一頁返回上一頁15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 利用射極電流在電阻RE上產生的電壓來調節(jié)VBE達到控制IC的目的。偏置電路Re射極直流負反饋電阻Ce 交流旁路電容Rb1+UCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBECI1I2IB 減少對放大倍數的影響。交流時，Ce將Re短路，Re對交流不起作用，對發(fā)大倍數不起作用 本電路穩(wěn)壓的過程實際是由于加了RE形成了負反饋過程。下一頁返回上一頁15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定從Q點穩(wěn)定的角度來看似

26、乎I2、VB越大越好。但 I2 越大，RB1、RB2必須取得較小，將增加損耗，降低輸入電阻。而VB過高必使VE也增高,在UCC一定時，勢必使UCE減小，從而減小放大電路輸出電壓的動態(tài)范圍。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。參數的選擇+RB1+UCCRCC1C2RB2CERERL+ui-+uo-T+15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定2 靜態(tài)工作點的計算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB+UCCuiuo+ICRSeS+15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定下一頁返回上一頁3 動態(tài)分析：+-+-uiuoRCRb2T

27、RLRb1+-Uo下一頁返回上一頁 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。15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定思考：如果去掉CE，對電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻有什么影響？CE的作用：交流通路中， CE將RE短路，RE對交流不起作用，放大倍數不受影響。+RB1+UCCRCC1C2RB2CERERL+ui-+uo-T+下一頁返回上一頁15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定無電容CE的微變等效電路AurbeRCRLRE+-+-下一頁返回上一頁15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 可見，去掉CE后，放大倍數減小、輸出電阻不變，但輸入電阻增大了。無旁路電容CE有旁路電容CEA

28、u減小分壓式偏置電路ri 提高ro不變15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定下一頁返回上一頁例1：已知圖中RE未全被CE旁路，分析其特性。解：1. 靜態(tài)分析：下一頁返回上一頁15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定解：2. 動態(tài)分析：1 降低放大倍數，提高了輸入電阻，改善了放大電路的性能。下一頁返回上一頁15.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定15.5 放大電路的頻率特性頻率特性：研究放大器在不同頻率輸入信號時各項指標的變化情況。AV(f)幅頻特性：電壓放大倍數的模值AV與頻率f的關系。(f)相頻特性：輸出電壓與輸入電壓之間的相位差與頻率f的關系。 放大電路中存在電容、電感及半導體器件結電容等電抗性元件，在輸入信號較低或較高時，放大

29、電路的增益會下降并產生相移，一般情況下，放大電路只適合放大某一特定頻率范圍內的信號。 下一頁返回上一頁15.5 放大電路的頻率特性1 共射極放大電路的頻率特性：在放大電路的某一段頻率范圍內，電壓放大倍數AV(f)為一常數，與頻率無關，此時輸出電壓相對于輸入電壓相移180。隨著頻率的升高或降低，電壓放大倍數要發(fā)生改變，相位差也發(fā)生改變。fLfH通頻帶：放大倍數下降到時，所對應的兩個頻率分別為上限頻率fH和下限頻率fL。頻率間的范圍成為通頻帶。下一頁返回上一頁通頻帶15.5 放大電路的頻率特性下限截止頻率上限截止頻率耦合、旁路電容造成。三極管結電容、 造成 幅頻特性偏離中頻值的現象稱為幅度頻率失真

30、幅頻失真和相頻失真都是線性失真 相頻特性偏離中頻值的現象稱為相位頻率失真下一頁返回上一頁2 頻率失真： 由放大電路對不同頻率信號的響應不同而產生的波形失真。15.5 放大電路的頻率特性失真線性失真（頻率失真）非線性失真幅度失真不同頻率放大倍數不同相位失真不同頻率產生不同相移飽和失真截止失真. 頻率失真是由線性電抗元件引起的，所以又稱線性失真。下一頁返回上一頁15.5 放大電路的頻率特性15.6 射極輸出器負載接在發(fā)射極，稱為射極輸出器因為電源UCC對于交流信號相當于短路所以集電極是輸入回路與輸出回路的公共端，又稱為共集電極電路下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器RB+UCCC1C2RERLui

31、+uo+es+RS一 靜態(tài)分析RB+UCCREUCC=IB RB+ UBE +IE RE =IB RB+ UBE +(1+ ）IB RE下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器RB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS二 動態(tài)分析1 微變等效電路下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器RB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RSrbeRBRLEBC+-+-+-RSRERBRERLuoes+RS2 電壓放大倍數 rbe(1+ )(RE/RL) Au接近1，但恒小于1。 但因為IE= (1+)IB,所以具有電流放大和功率放大作用。所以具有電壓跟隨作用，又稱射極跟隨器。 與 同相。 下一頁返回

32、上一頁15.6 射極輸出器rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE3 輸入電阻riri設比共射極輸入電阻（ri=RB/rberbe）要大很多下一頁返回上一頁 射極輸出器的輸入電阻高，對前級有利。 ri 與負載有關rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE15.6 射極輸出器其中RsrbeRe4 輸出電阻+_ 將信號源短路，負載開路，外加測試電壓U后,產生的電流為：通常故射極輸出器的特點：電壓放大倍數略小于1； 輸入阻抗高; 輸出阻抗低; 輸入與輸出同相。 下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器例:. 在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 2k ，晶體管

33、=60， UBE=0.6V, 信號源內阻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 。(4) RL=1k, 時，求AuRB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS15.6 射極輸出器下一頁返回上一頁解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點。直流通路+UCCRBRE+UCE+UBEIEIBIC15.6 射極輸出器下一頁返回上一頁(2) 由微變等效電路求Au、 ri 、 ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微變等效電路15.6 射極輸出器下一頁返回上一頁 RL=1k時(3) RL=1k和時，求Au 。比較：空載時

34、, AuRL=2k時, AuRL=1k時, Au RL=時可見：射極輸出器 帶負載能力強。15.6 射極輸出器下一頁返回上一頁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。 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。三 射極輸出器的應用15.6 射極輸出器下一頁返回上一頁例 ：多極放大電路輸出選擇多個基本放大電路，并

35、將它們合理連接，從而構成多級放大的電路.多級放大器的耦合方式阻容耦合直接耦合變壓器耦合下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器 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。后級的輸入阻抗是前級的負載，前級的輸出阻抗是后級的信號源阻抗。輸入電阻：電壓放大倍數：Ri=Ri1（最前級） (一般情況下）輸出電阻：Ro=Ro（最后級） (一般情況下）下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器一 阻容耦合放大電路將放大電路的前級輸出端通過電容接到后級輸入端,稱為阻容耦合方式 RB1+UCCRC2C2C3RB2CE2RE2RLuo+-RB1C1-+esRsRE1T1T2優(yōu)點：由于C2

36、的隔直流作用，各級放大器靜態(tài)工作點其Q獨立，互不影響。所以電路的分析、設計和調試簡單易行。 缺點： 不適合放大緩慢變化的信號。當信號頻率較低時，信號在電容上的衰減較大，故其低頻特性較差。同時不容易集成化。信號源第一級第二級負載下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器1 靜態(tài)分析RB1+UCCRC2C2C3RB2CE2RE2RLuo+-RB1C1-+esRsRE1T1T2(1) 前級的靜態(tài)工作點RB1+UCCRE1UCC=IB1 RB1+ UBE1 +IE 1RE1 =IB 1RB1+ UBE1 +(1+ 1）IB1 RE1下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器RB1+UCCRC2C2C3RB2CE2

37、RE2RLuo+-RB1C1-+esRsRE1T1T2(2) 后級的靜態(tài)工作點 +UCCRB1RC2RB2RE2下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器2 動態(tài)分析RB1+UCCRC2C2C3RB2CE2RE2RLuo+-RB1C1-+esRsRE1T1T2前 級后 級+-Ui+_Uo1+_Ui2ri2RB1RB1RB2下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器RB1RB1RB2(1) 輸入電阻其中RL1下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器RB1RB1RB2(2) 輸出電阻下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器RB1RB1RB2(3) 電壓放大倍數RL1+_Uo1其中下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器二

38、 直接耦合放大電路將前一級的輸出端直接連接到后一級的輸入端，稱為直接藕合方式+-+-uiuoUCCRC1RB2RE2T1T2RC2缺點：各級的Q點不獨立，相互影響。存在零點漂移問題。 優(yōu)點：可以放大緩慢信號，也可反映出信號直流電平的變化，具有良好的低頻性能。適合于集成化的要求。 RE2足夠大保證T2基極電壓足夠高T1工作在放大區(qū)。下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器1 零點漂移 一個理想的直接耦合放大電路，輸入信號為0時，輸出電壓應保持不變。但實際中，輸出電壓會隨時間而緩慢發(fā)生變化。這種現象稱為零點漂移。 引起零漂的原因有溫度變化、電源波動等許多因素，其中溫度的影響最為嚴重。溫度引起的漂移稱溫

39、漂。 零漂將被后級放大電路逐級放大，嚴重影響了有用信號的輸出，甚至使后級電路進入飽和或截止狀態(tài)，無法正常工作。多級放大電路中第一級的漂移影響最嚴重。下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器2 抑制零漂的措施引入直流負反饋穩(wěn)定Q點，減少零漂。（分壓式射極偏置電路）利用溫敏元件補償放大管的零漂。采用差分放大電路作為多級放大電路的輸入級。下一頁返回上一頁15.6 射極輸出器一 工作原理+-+-ui1UCCRCRB2RB2T1T2RCui2RB1RB1uo+- 差分放大電路是由對稱的兩個基本放大電路構成的，兩個基本電路參數完全相同，管子的特性也完全相同。VBE1=VBE2=VBE1= 2= 電路中兩只管子

40、的集電極靜態(tài)電位在溫度變化時將時時相等，因此以兩集電極電壓差作為輸出，可以克服溫度的漂移。Q1= Q2= Q 下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路差動放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結構。1 零漂的抑制+-+-ui1UCCRCRB2RB2T1T2RCui2RB1RB1uo+-靜態(tài)時：VC1=VC2IC1= IC2 Uo=（VC1+ VC1 ）-（VC2 +VC1 ）=0溫度升高時：集電極的電流增大，由于兩管的參數相同VC1= VC2IC1= IC2差分放大電路對兩管產生的同相漂移具有抑制作用。 Uo=VC1-VC2 =0下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路2 信號輸入 共模輸入+-+-u

41、i1UCCRCRB2RB2T1T2RCui2RB1RB1uo+- 兩輸入端所加信號ui1和ui2大小相同極性（相位）也相同。 由于電路參數對稱，T1管和T2管所產生的電流變化相等，即ib1= ib2從而輸出電壓 Uo=（VC1+ uc1 ）-（VC2 +uc1 ）=0ic1= ic2T1管和T2管集電極電位變化也相等：uc1= uc2結論：差分式放大電路對共模信號有很強的抑制作用，在電路參數完全相同的情況下，共模輸出為零。共模信號 需要抑制下一頁返回上一頁+ 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。15.7 差分放大電路 差模輸入+-+-ui1UCCRCRB2RB2T1T

42、2RCui2RB1RB1uo+- 兩輸入端所加信號uI1和uI2大小相同極性（相位）相反。 ui1= -ui2iB1= - iB2iC1= - iC2uc1= - uc2Uo=（VC1+ uc1 ）-（VC2 +uc2 ）=2 uc1 結論：差分式放大電路對差模信號有放大作用。為各自輸出電壓變化量的2倍。差模信號 是有用信號下一頁返回上一頁+兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化15.7 差分放大電路 比較輸入 兩輸入端所加信號既非差模信號也非共模信號，大小極性任意。 在分析時常將其分解為差模分量和共模分量求解。設其中共模分量差模分量則例:已知ui1=10mv, ui2=4mv,則差模分量共模

43、分量下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路信號輸入方式二 典型差分放大電路-VEE：補償Re兩端的直流壓降，獲取合適的工作點。Re：限制每個管子的漂移范圍，進一步減少零漂，穩(wěn)定Q點。Rp：調零電阻。在靜態(tài)時調節(jié)輸出電壓為0。Rp下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路動畫演示 這一過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過程。所以，即使電路處于單端輸出方式時，仍有較強的抑制零漂能力。 結論：1 由于 RE上的電壓UE的增高，使每個管子的漂移得到了抑制（電流負反饋作用）。顯然，RE越大，抑制能力越強。當輸入差模信號時， iE=(iE1+ iE2),由于iE1與 iE2的極性相反， iE=0。所以里流

44、過RE的電流幾乎不便，RE基本上不影響差模信號的放大作用。2 當輸入共模信號時，它的抑制過程同對零漂的抑制過程相似，所以RE又稱為共模抑制電阻。下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路三 差分放大電路對差模信號的放大根據信號源和負載的接地情況，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RL+ui2ui1_下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路1 雙端輸入雙端輸出RcReT1Rb+_UCCUEEIC2IE設則 IB Rb , VBE 2IE Re （1）靜態(tài)分析下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路Rp（2）動態(tài)分析由于Re對差模信號不起作用，故可以略

45、去。Ui1Ui2Uo1Uo2同理 與單管放大電路電壓放大倍數相等下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路接入差放，是為了抑制零漂當接入負載后：輸入電阻：ri=2(RB+rbe)輸出電阻：ro2RC下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路2 雙端輸入單端輸出+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2若T1接地相當于uo1=0反相輸出若T2接地相當于uo2=0同相輸出單端輸出差分電路的放大倍數，只有雙端輸出的一半。下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路當接入負載后：下一頁返回上一頁6.2 差分放大電路輸入電阻： ri=2(RB+rbe)輸出電阻：roRC15.7 差分放大電路3

46、 單端輸入等效于雙端輸入 指標計算與雙端輸入相同。四 共模情況1 雙端輸出 共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以共模增益下一頁返回上一頁6.2 差分放大電路Rp15.7 差分放大電路2 單端輸出抑制零漂能力增強下一頁返回上一頁RpRB2RE差分放大電路四種接法的比較 各種接法輸入電阻相同： 差模放大倍數、共模放大倍數、輸出電阻與輸入方式無關，與輸出方式有關：雙端：單端：下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路五 共模抑制比 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。差模放大倍數共模放大倍數 KCMR越大，說明差放分辨差模信號的能力越強，而抑制共模信號的能力越強。共模抑制比

47、理想情況下：AC0 KCMR下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路思 考 題 1. 差動放大電路如圖所示。分析下列輸入和輸出的相位關系：反相vC1與vi1同相vC2與vi1同相vC1與vi2反相vC2與vi2反相vO與vi1同相vO與vi2下一頁返回上一頁15.7 差分放大電路15.8 互補對稱功率放大電路 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、電動機旋轉等。一 功率放大電路的基本要求(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，就要求提高效率?？紤]晶體管的極限參數：PCM ICM U(BR)CED 和失真問題

48、下一頁返回上一頁功率放大電路的分析方法圖解法二 放大電路的工作狀態(tài) 根據放大電路中三極管在輸入正弦信號的一個周期內的導通情況，可將放大電路分為下列三種狀態(tài)： 1 甲類工作狀態(tài)ICUCEOQiCtO 工作點Q處于放大區(qū)負載線的中間，晶體管在輸入信號的整個周期都導通。靜態(tài)IC較大，波形好。 因為不論有無輸入信號，晶體總是處于導通狀態(tài)，電源要始終不斷的輸送功率，PEUCCICQ。所以效率很低，50，理想情況下達到50。下一頁返回上一頁15.8 互補對稱功率放大電路2 甲乙類工作狀態(tài)ICUCEOQiCtO 工作點Q處于放大區(qū)偏下的位置，靠近截至區(qū)，晶體管在輸入信號的半個周期以上都導通。靜態(tài)IC較小。

49、因為靜態(tài)IC較小，管耗較低，所以效率較高，但輸出波形被切調一部分出現嚴重失真。3 乙類工作狀態(tài)ICUCEOQiCtO 工作點Q處于截至區(qū)，晶體管在輸入信號的一個周期內，只有半個周期導通。靜態(tài)IC0。管耗更低，效率更高，但波形被切掉一半，嚴重失真。下一頁返回上一頁15.8 互補對稱功率放大電路動畫演示三 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 Capac

50、itorless)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。下一頁返回上一頁15.8 互補對稱功率放大電路1 OTL型互補對稱放大電路（無輸出變壓器型）(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+-+-下一頁返回上一頁15.8 互補對稱功率放大電路（3）動態(tài)分析若輸出電容足夠大，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，但存在交越失真。ic1ic2交越失真（電容

51、相當于電源）RLuiT1T2+VCCCAVL+-時，T1導通、T2截止；時，T1截止、 T2導通。設輸入端在CC直流電平基礎上加入正弦信號下一頁返回上一頁15.8 互補對稱功率放大電路2 OCL型互補對稱放大電路（無輸出電容型）ic1ic2靜態(tài)時：ui = 0V,iC1 0， iC2 0uo = 0V。動態(tài)時：ui 0V特點： 雙電源供電、輸出無電容器。uoT1導通，T2截止RLT1T2uiuo+UCC+UCCOCL原理電路下一頁返回上一頁15.8 互補對稱功率放大電路動畫演示 (4) 交越失真 當輸入信號ui為正弦波時，輸出信號在過零前后出現的失真稱為交越失真。 交越失真產生的原因 由于晶體

52、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，同時排斥P型襯底中的空穴。 當VGSVT時，由于柵極電壓較強，在靠近柵極下方的P型半導體表層中聚集較多的電子，形成一個N型溝道，將漏極和源極溝通。稱為反型層。 如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。N型導電溝道 在d、s之間加上電壓也不會形成電流，即管子截止。柵源電壓uGS的控制作用下一頁返回上一頁15.9 場效晶體管及其放大電路N型導電溝道在VGS=0V時ID=0，只有當VGSVT后才會出現漏極電流，這種MOS管稱為增強型MOS管。下一頁返回上一頁定義：開啟電壓（ VT）剛剛產生溝

53、道所需的柵源電壓UGS。N溝道增強型MOS管的基本特性： vGS VT ，管子截止， vGS VT ，管子導通。 vGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓vDS作用下，漏極電流ID越大。15.9 場效晶體管及其放大電路 漏源電壓uDS對漏極電流id的控制作用當uGSUGS(th)，且固定為某一值時，來分析漏源電壓VDS對漏極電流ID的影響。（設UGS(th)=2V， uGS=4V） （a）uDS=0時， iD=0。（b）uDS iD；同時溝道靠漏區(qū)變窄。（c）當uDS增加到使uGDuGSuDSUGS(th)時，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預夾斷。（d）uDS再增加，預夾斷區(qū)加長， uDS增加的部分基本

54、降落在隨之加長的夾斷溝道上， iD基本不變。MOSFET工作原理動畫演示下一頁返回上一頁15.9 場效晶體管及其放大電路(3) 特性曲線有導電溝道轉移特性曲線無導電溝道開啟電壓UGS(th）UDSUGS/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)（預夾斷后）（預夾斷前）下一頁返回上一頁15.9 場效晶體管及其放大電路N型襯底P+P+GSD符號：結構(4) P溝道增強型 SiO2絕緣層加電壓才形成 P型導電溝道 增強型場效應管只有當UGS UGS(th）時才形成導電溝道。下一頁返回上一頁15.9 場效晶體管及其放大電路2 耗盡型絕緣柵場效應管GSD符號： 在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當uGS=0時，這些正離子已經感應出反型層，形成了溝道。如果MOS管在制造時導電溝道就已形成，稱為耗盡型場效應管。(1) N溝道耗盡型管SiO2絕緣層中摻有正離子予埋了N型 導電溝道下一頁返回上一頁15.9 場效晶體管及其放大電路 特點： （1）由于耗盡型場效應管預埋了導