第二章 基本放大電路-lm

(2-1)

第二章基本放大電路(2-2)放大電路的目的是將微弱的變化信號不失真的放大成較大的信號。放大的實質(zhì)：用較小的信號去控制較大的信號，是能量轉(zhuǎn)換的過程。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡(luò)表示，如圖：uiuoAu(2-3)1、基本放大電路的組成三種三極管放大電路共射極放大電路共基極放大電路共集電極放大電路以共射極放大電路為例講解工作原理(2-4)放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出參考點RB+ECEBRCC1C2T(2-5)作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點?；鶚O電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2T(2-6)集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2T(2-7)集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。RB+ECEBRCC1C2T(2-8)耦合電容：電解電容，有極性。大小為10F~50F作用：隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T(2-9)可以省去電路改進：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2T(2-10)單電源供電電路+ECRCC1C2TRB(2-11)符號規(guī)定UA大寫字母、大寫下標，表示直流量。uA小寫字母、大寫下標，表示交直流量。ua小寫字母、小寫下標，表示交流分量。uAua交直流量交流分量tUA直流分量(2-12)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。放大電路的主要性能指標1．放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)互阻放大倍數(shù)互導(dǎo)放大倍數(shù)2．輸入電阻ri3．輸出電阻ro輸入電阻越大，放大電路輸入端所得的電壓越接近信號源電壓輸出電阻越小，輸出電壓越穩(wěn)定，帶負載能力越強(2-14)直流通路和交流通路放大電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。電容對交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認為它對交流不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。交流通路：只考慮交流信號的分電路。直流通路：只考慮直流信號的分電路。信號的不同分量可以分別在不同的通路分析。2基本共射放大電路(2-15)例：對直流信號（只有+EC）開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC(2-16)對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T靜態(tài)工作點放大電路的工作過程ui=0時(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ

)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。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ(2-19)（2）根據(jù)直流通道估算UCE、IBICUCE直流通道RBRC(2-20)估算法（1）根據(jù)直流通道估算IBIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。+EC直流通道RBRC(2-21)例：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：請注意電路中IB和IC的數(shù)量級。放大電路的工作過程動態(tài)工作情況當(dāng)iC增大時，uCE減小，即uCE的變化與iC相反;u0與ui反相，通過參數(shù)的適當(dāng)選取實現(xiàn)u0對ui的放大。單電源供電電路+ECRCC1C2T(2-23)

放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法(2-24)先估算IB，然后在輸出特性曲線上作出直流負載線，與IB對應(yīng)的輸出特性曲線與直流負載線的交點就是Q點。ICUCEQEC直流通道RB+ECRC圖解法直流負載線(2-25)直流負載線ICUCE1.三極管的輸出特性。2.UCE=EC–ICRC。ICUCEECQ直流負載線與輸出特性的交點就是Q點IB直流通道RB+ECRC圖解法(2-26)IBUBEQICUCEibtibtictuit圖解法直流分量IB放大電路的動態(tài)分析(2-27)交流負載線ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路(2-28)交流負載線的作法ICUCEECQIB過Q點作一條直線，斜率為：交流負載線iC

和uCE是交直流量，與交流量ic和uce有如下關(guān)系:所以：即：交流信號的變化沿著斜率為：的直線。這條直線通過Q點，稱為交流負載線。(2-29)各點波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB(2-30)放大電路的動態(tài)分析微變等效電路法iBuBE從輸入回路看當(dāng)信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。uBEiB對輸入的小交流信號而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。rbe從幾百歐到幾千歐。對于小功率三極管：1.三極管的微變等效電路(2-31)從輸出回路看iCuCE所以：(1)輸出端相當(dāng)于一個受ib控制的電流源。近似平行(2)考慮uCE對iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個大電阻rce。rce的含義iCuCE(2-32)ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。rbeibibrcerbeibibbce等效cbe三極管的微變等效電路微變等效電路(2-33)2、放大電路的微變等效電路將交流通道中的三極管用微變等效電路代替:交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL(2-34)電壓放大倍數(shù)的計算特點：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRL(2-35)輸入電阻的計算對于為放大電路提供信號的信號源來說，放大電路是負載，這個負載的大小可以用輸入電阻來表示。輸入電阻的定義：是動態(tài)電阻。rbeRBRCRL電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。(2-36)輸出電阻的計算對于負載而言，放大電路相當(dāng)于信號源，可以將它進行戴維寧等效，戴維寧等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。計算輸出電阻的方法：所有獨立電源置零，保留受控源，加壓求流法。(2-37)所以：求輸出電阻：rbeRBRC00(2-38)失真分析在放大電路中，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號，要把Q設(shè)置在交流負載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號進入截止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。下面將分析失真的原因。為簡化分析，假設(shè)負載為空載(RL=)。(2-39)iCuCEuo可輸出的最大不失真信號選擇靜態(tài)工作點ib(2-40)iCuCEuo1.Q點過低，信號進入截止區(qū)放大電路產(chǎn)生截止失真輸出波形輸入波形ibib失真(2-41)iCuCE2.Q點過高，信號進入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)生飽和失真ib輸入波形uo輸出波形(2-42)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。(2-43)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。但是，溫度的變化嚴重影響靜態(tài)工作點。對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO決定，這三個參數(shù)隨溫度而變化。TUBEICEOQ(2-44)一、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC(2-45)二、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移。(2-46)小結(jié)TIC

固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。Q點不穩(wěn)定可能會導(dǎo)致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進偏置電路，當(dāng)溫度升高、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。常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。(2-47)分壓式偏置電路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、靜態(tài)分析I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路RE射極直流負反饋電阻CE

交流旁路電容(2-48)TUBEIBICVEIC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I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1.靜態(tài)工作點穩(wěn)定的原理輸入特性曲線(2-49)I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路2.求靜態(tài)工作點(2-50)可以認為與溫度無關(guān)。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加功耗。因此一般取幾十k。I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路(2-51)例：已知=50，EC=12V，RB1=7.5k，RB2=2.5k，RC=2k，RE=1k，求該電路的靜態(tài)工作點。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo(2-52)2、動態(tài)分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR'B微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路(2-53)射極輸出器(共集電極電路)RB+ECC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道(2-54)一、靜態(tài)分析IBIERB+ECRE直流通道(2-55)二、動態(tài)分析RB+ECC1C2RERLuiuoRBRERLuiuo交流通道共集電極(2-56)RBRERLuiuo交流通道rbeRERLRB微變等效電路(2-57)1.電壓放大倍數(shù)rbeRERLRB(2-58)1.所以但是，輸出電流Ie增加了。2.輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。結(jié)論：(2-59)2.輸入電阻輸入電阻較大，作為前一級的負載，對前一級的放大倍數(shù)影響較小且取得的信號大。rbeRERLRB(2-60)3.輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS電源置0(2-61)一般：所以：射極輸出器的輸出電阻很小，帶負載能力強。所謂帶負載能力強，是指當(dāng)負載變化時，放大倍數(shù)基本不變。(2-62)射極輸出器的使用1.將射極輸出器放在電路的首級，可以提高輸入電阻。2.將射極輸出器放在電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負載能。3.將射極輸出器放在電路的兩級之間，可以起到電路的匹配作用。(2-63)耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合。多級放大電路及耦合方式耦合：即信號的傳送。多級放大電路對耦合電路要求：1.靜態(tài)：保證各級Q點設(shè)置2.動態(tài):傳送信號。第一級放大電路輸入輸出第二級放大電路第n級放大電路……第n-1

級放大電路功放級要求：波形不失真，減少壓降損失。

前級后級+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2阻容耦合(2-65)阻容耦合多級放大器的分析?

前級的輸出阻抗是后級的信號源阻抗?

后級的輸入阻抗是前級的負載1.兩級之間的相互影響-動態(tài)分析時2.電壓放大倍數(shù)（以兩級為例）注意：在算前級放大倍數(shù)時，要把后級的輸入阻抗作為前級的負載！擴展到n級(2-66)阻容耦合(1)由于電容的隔直作用，各級放大器的靜態(tài)工作點相互獨立，分別估算。(2)前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。(3)后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。(4)總電壓放大倍數(shù)=各級放大倍數(shù)的乘積。(5)總輸入電阻ri即為第一級的輸入電阻ri1。(6)總輸出電阻即為最后一級的輸出電阻?？芍錁O輸出器接在多級放大電路的首級可提高輸入電阻；接在末級可減小輸出電阻；接在中間級可起匹配作用，從而改善放大電路的性能。(2-67)解決方法:提高后極的E極電位,

加RE2。提高了T1的輸出電壓,使T2有合適的Q點。

問題1:前后級Q點相互影響,需設(shè)置合適的Q點。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2直接耦合電路的問題(2-68)問題

2:零點漂移。前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得當(dāng)

ui

等于零時，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有時會將信號淹沒解決方法:差動電路。

變壓器耦合電路(2-70)其中：稱為放大器的幅頻響應(yīng)

稱為放大器的相頻響應(yīng)放大電路的頻率特性放大電路的電壓放大倍數(shù)與頻率有關(guān)——輸入信號并非單一頻率的正弦信號(2-71)頻率特性幅頻特性相頻特性低頻段：在低頻段，三極管的極間電容可視為開路，耦合電容C1、C2不能忽略。中頻段:所有的電容均可忽略（放大電路）高頻段：耦合電容C1、C2可以可視為短路，三極管的極間電容和線路分布電容不能忽略。放大電路分低、中、高三個頻段研究(2-72)共射放大電路的頻率特性f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-135°-90°（1）通頻帶：（2）帶寬-增益積：│fbw×AuO│三極管一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)(2-73)引入負反饋使電路的通頻帶寬度增加：fABoAoAFBF(2-74)特點：結(jié)構(gòu)對稱。差動放大電路ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB

差動放大電路的工作情況(2-75)一.抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時：uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0當(dāng)溫度變化時：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2(2-76)二.輸入信號分類(1)差模(differentialmode)輸入ui1=-ui2=ud(2)共模(commonmode)

輸入ui1

=ui2=uC任意輸入的信號ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。(3)比較輸入(2-77)ui1

=uC

+

ud

；ui2=uC-

ud例: