電子電工技術8-1

電工電子技術

教學課件

(模塊8放大電路與集成運算放大器)

丁衛(wèi)民編模塊8放大電路與集成運算放大器單元1基本放大電路

一、電路組成及各元器件作用如圖是三極管組成的最簡單的單管電壓放大電路---共射放大電路圖中：

(1)VT為晶體三極管，起電流放大作用；是組成放大電路的核心元件。(2)UCC

為直流電源，為電路提供工作電壓和電流。電源負極接在三極管的發(fā)射極上，正極分為兩路，一路通過電阻Rc加到集電極，另一路通過電阻Rb加到基極，為三極管提供合適的電壓、電流，以保證晶體管工作在放大狀態(tài)，即滿足IC＝βIB。電源電壓一般為幾伏到十幾伏。(3)RB

為基極偏置電阻，電源電壓通過Rb向基極提供合適的偏置電流IB，以保證發(fā)射結(jié)正偏。(4)RC

為集電極負載電阻，電源VCC通過RC為集電極提供合適電壓，以保證集電結(jié)反偏；另一個作用是將放大的電流iC轉(zhuǎn)換為放大的電壓u0輸出。(5)

C1、C2

分別為輸入、輸出耦合電容，耦合輸入、輸出的交流信號ui和u0，并起隔離直流的作用。C1與C2的電容量較大，通常為幾十微法，故選用電解電容器。電解電容器的極性必須正確連接，使用時不能接反。（6）ui是輸入電壓信號，uo是輸出電壓信號，RL是負載電阻。二、放大電路的靜態(tài)1.靜態(tài)及靜態(tài)值

放大電路沒有輸入信號（即ui=0）時的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)時的電路即是直流電源作用下的直流通路。此時，晶體管的各極電流以及各極之間電壓的值稱為靜態(tài)值。分別用IBQ、ICQ、UBEQ、UCE表示。靜態(tài)值IBQ、ICQ、UBEQ、UCE的大小，與晶體管輸入特性曲線及輸出特性曲線上的某點坐標想對應，故稱為靜態(tài)工作點。顯然，靜態(tài)值的大小，決定了晶體管的放大狀態(tài)。而一個合適的靜態(tài)工作點是保證放大電路正常放大且不失真的前提條件。2.靜態(tài)值的計算晶體管處于放大狀態(tài)時，其發(fā)射結(jié)正向偏置，集電極反向偏置。這時，靜態(tài)值UBEQ約為0.7V（硅管）或0.3V（鍺管）。其它靜態(tài)值估算如下：由上可知，當UCC和RC選定后，靜態(tài)工作點便由IB所決定?？梢?，基極電流對于確定靜態(tài)工作點起著關鍵作用。當改變基極偏置電阻RB時，IB隨之變化。因此，通常以調(diào)節(jié)基極偏置電阻RB的方法使放大電路獲得一個靜態(tài)工作點。例題：圖示電路，已知UCC=12V，RC=2kΩ，Rb=280kΩ，硅三極管β=50，試用估算法求電路的靜態(tài)工作點。解：硅管UBEQ=0.7VIBQ=（UCC-UBEQ）/Rb=（12-0.7）/280

≈0.04mA=40μAICQ=βIBQ=50x0.04=2mAUCEQ=UCC-ICQRC=12-2×2=8V三、放大電路的動態(tài)

放大電路在有輸入信號時的工作狀態(tài)為動態(tài)。只有交流信號作用的電路中只有交流電流流通，這樣的電路稱為交流通道。當輸入信號ui≠0，放大電路在正常放大工作時，放大電路處于直流電源和輸入的交流信號共同作用下，電路中的電流和電壓既有直流成分，又有交流成分，總的電流與電壓是隨交流信號變化的脈動直流。動態(tài)過程即放大過程分析：可見，共射極放大電路具有如下特點：①

它具有電壓放大作用，交流量是迭加到直流量上進行放大的。②

輸出信號電壓與輸入信號電壓的相位相反。③放大電路體現(xiàn)了以較小能量控制較大能量的思想。四、放大電路的圖解分析及波形失真1.放大電路的圖解分析由上放大電路的集電極輸出回路知，集電極電流IC與集-射電壓UCE的關系從三極管內(nèi)部看由輸出特性曲線決定，從三極管外部電路看，應滿足直線方程UCE=UCC-ICRC，直線UCE=UCC-ICRC稱直流負載線。兩者的交叉點即是靜態(tài)工作點Q。若輸入正弦信號電壓，隨著信號電壓的變化，工作點Q在一定的范圍內(nèi)，沿負載線作往復運動。電路中各電流、電壓也按照正弦規(guī)律做周期性變化。由此可見，若靜態(tài)工作點選擇不當或信號幅值過大，則信號的變化范圍可能超越三極管特性曲線的線性區(qū)，發(fā)生失真現(xiàn)象。即輸出信號的波形與輸入信號的波形不再相似，發(fā)生了畸變。動態(tài)過程圖解分析如下圖：2.放大電路的波形失真（1）若基極電流太小，即靜態(tài)工作點Q的設置偏低，Q點接近截止區(qū)；產(chǎn)生的失真稱為截止失真。（2）若基極電流太大，而靜態(tài)工作點Q偏高，Q接近飽和區(qū)；產(chǎn)生的失真稱為飽和失真。（3）若放大電路的靜態(tài)工作點在設計時已經(jīng)給定，但輸入信號幅值過大，也會使工作點同時進入截止區(qū)和飽和區(qū)，輸出信號既出現(xiàn)截止失真，又出現(xiàn)飽和失真，稱作飽和截止失真，五、放大電路中的特性指標計算1．電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)表示放大電路對信號電壓的放大能力，其大小定義為輸出信號電壓有效值與輸入信號電壓有效值的比值，用A表示：如圖若放大電路的電源電壓、電阻給定，且?guī)в胸撦d時：其中稱為交流負載等效電阻。rbe為三極管基、射極間輸入等效電阻，其值大約為1KΩ左右，式中負號表示輸出信號電壓與輸入信號電壓相位相反。若放大電路空載時（即不帶負載，負載電阻RL→∞），交流負載

就是集電極電阻

，即RL’=RC，因此空載時電壓放大倍數(shù)為：放大電路的電壓放大倍數(shù)由電路元件的參數(shù)β、RC、rbe所決定，但又受到外接負載電阻

的影響。當放大電路外接負載時，由于RL’＜

RC

，故A＜AO

，其電壓放大倍數(shù)比空載時下降了。放大電路接入負載后電壓放大倍數(shù)下降的程度，反映了放大電路帶負載能力的大小2．輸入電阻與輸出電阻（1）輸入電阻從輸入端來看，放大電路對輸入信號所呈現(xiàn)的交流等效電阻稱為輸入電阻，用ri

表示。一般故：（2）輸出電阻相對于負載，放大電路的內(nèi)阻，為其輸出電阻，用rO

表示輸入電阻大，則放大電路對信號源影響小，可保證信號源正常工作。輸出電阻小，電路帶負載的能力就強。例題:在圖示的放大電路中，已知硅三極管

β=40，rbe=1.2KΩ，Ucc=12V，RC=5.1KΩ，RB=380KΩ，RL=2.2KΩ

，試求:（1）電路的靜態(tài)工作點；（2）