模塊二-分立元件放大電路

模塊二分立元件放大電路路

放大電路概述

共射放大電路

共集放大電路

MOS管及放大電路本模塊主要內(nèi)容

多級(jí)放大電路

功率放大電路2.1放大電路概述2.1.1放大電路的概念放大電路是由三極管（或場(chǎng)效應(yīng)管）、電阻器、電容器及電源等一些元件組成的。主要功能是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大

。三種三極管放大電路(三種組態(tài))共射極放大電路共基極放大電路共集電極放大電路2.1.2放大電路的主要性能指標(biāo)1．放大倍數(shù)2．輸入電阻Ｒi

3．輸出電阻RO４．最大輸出功率和效率2.2共射放大電路2.2.1放大電路的組成與元件作用1.放大電路的組成2.放大電路中各元件的作用三極管VT電源

偏置電阻和集電極電阻耦合電容C1和C22.2.2放大電路中電流、電壓的符號(hào)及波形1.電路中電流、電壓的符號(hào)規(guī)定

名稱

總電流或總電壓

直流量（靜態(tài)值）

交流量基本關(guān)系式瞬時(shí)值有效值基極電流集電極電流基—射電壓集—射電壓IB大寫(xiě)字母、大寫(xiě)下標(biāo)，表示直流量。iB小寫(xiě)字母、大寫(xiě)下標(biāo)，表示總量。ib小寫(xiě)字母、小寫(xiě)下標(biāo)，表示交流量。交直流量iB交流分量ibtIB直流分量

舉例:放大電路中既含有直流又含有交流，是交直流共存的電路。2．放大電路中電流、電壓的波形UBEIB無(wú)輸入信號(hào)(ui

=0)時(shí):

uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有輸入信號(hào)(ui

≠0)時(shí)

uCE=UCC－iC

Rc

uo

0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRbRcC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO例：對(duì)直流信號(hào)（只有+UCC）開(kāi)路開(kāi)路Rb+UCCRcC1C2VT直流通路+UCCRbRcVT由直流通路可知:（1）直流通路指放大電路中直流電流通過(guò)的路徑。計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)用直流通路。

2.2.3放大電路分析1.放大電路中的直流通路與交流通路（2）交流通路交流通路是指放大電路中交流電流通過(guò)的路徑。

計(jì)算放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等時(shí)用交流通路。

例:對(duì)交流信號(hào)(輸入信號(hào)ui)短路短路置零Rb+UCCRcC1C2VTRbRcRLuiuo交流通路VT

2.圖解分析法

1.三極管的輸出特性。2.UCE=UCC–ICRC

。ICUCE直流通道路Rb+UCCRcICUCEUCCQ直流負(fù)載線與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)IB（1）靜態(tài)分析先估算IB，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與IB對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)。ICUCEQUCCICQUCEQIBQ在左圖中,通過(guò)Q點(diǎn)分別作橫軸與縱軸的平行線,可求得ICQ與UCEQ.例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：UCC=20V，RC=6.8，RB=500k，

=45。解：請(qǐng)注意電路中IBQ和ICQ的數(shù)量級(jí)。(2)動(dòng)態(tài)工作情況分析動(dòng)態(tài)分析的目的:

了解放大電路各極電流、電壓的波形，并求出輸出電壓的幅值，從而確定放大電路的電壓放大倍數(shù)。等效負(fù)載電阻為:，故交流負(fù)載線的斜率為。因?yàn)椋?所以交流負(fù)載線比直流負(fù)載線要陡一些。

交流負(fù)載線是一條經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)，斜率為的直線。

動(dòng)態(tài)圖解分析的過(guò)程是：首先在輸入特性曲線上，根據(jù)輸入信號(hào)畫(huà)出基極電流的波形，然后在輸出特性曲線上，由畫(huà)出和的波形。動(dòng)態(tài)工作情況如下圖所示:動(dòng)態(tài)分析圖解法QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo

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）靜態(tài)工作點(diǎn)與波形失真的關(guān)系當(dāng)Q點(diǎn)位置選得太高，容易出現(xiàn)飽和失真。

當(dāng)Q點(diǎn)位置選得太低，容易出現(xiàn)截止失真。

演示數(shù)據(jù)比較Rb適當(dāng)Rb增大Rb減小項(xiàng)目輸入輸出波形0V0V0VE3.48V4.99V0.3V(小)C0.76V0.63V0.8VB三極管各極電壓3.微變等效電路分析法

從輸入回路看當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管的發(fā)射極可以等效為一個(gè)電阻rbe。對(duì)于小功率三極管：(1)三極管的微變等效電路iBuBE

uBE

iB0從上式可見(jiàn),rbe與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)。一般的值在幾百歐到幾千歐之間，對(duì)于常用高頻小功率管，當(dāng)＝1～2mA時(shí)，rbe為左右。從輸出回路看所以：由于三極管的電流放大作用，在輸出回路將有，即集電極電流只受基極電流控制。因此，從輸出端C、E間看三極管是一個(gè)受控電流源。

考慮uCE對(duì)iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻rce。rce的含義iCuCEiC

uCEibicicBCEibib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。(2)共射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（3）指標(biāo)計(jì)算a．電壓放大倍數(shù)設(shè)放大電路的輸入信號(hào)是正弦波信號(hào)，所以圖中的各電量均用相量表示。b.放大電路的輸入電阻對(duì)于為放大電路提供信號(hào)的信號(hào)源來(lái)說(shuō)，放大電路是負(fù)載，這個(gè)負(fù)載的大小可以用輸入電阻來(lái)表示。輸入電阻的定義：是動(dòng)態(tài)電阻。

rbeRbRcRL

電路的輸入電阻越大，從信號(hào)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。c．放大電路的輸出電阻

先將輸入端信號(hào)源短接，并保留信號(hào)源內(nèi)阻RS，再將輸出端的負(fù)載拿掉，然后在輸出端加入探察電壓，在的作用下，輸出端將產(chǎn)生一相應(yīng)的探察電流,則輸出電阻為:

求輸出電阻的方法:(所有獨(dú)立電源置零，保留受控源，加壓求流法)由圖可知，當(dāng)＝0時(shí)，＝0，＝0（電流源開(kāi)路），由得

的大小反映了放大器帶負(fù)載的能力。越小，帶負(fù)載的能力就越強(qiáng)。2.2.4分壓式偏置穩(wěn)定電路

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(diǎn)。但是，溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn)。

在固定偏置放大電路中，當(dāng)溫度升高時(shí)，UBE

、

、ICBO

。

上式表明，當(dāng)UCC和Rb一定時(shí)，IC與UBE、

以及ICEO有關(guān)，而這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。溫度升高時(shí)，

IC將增加，使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移。iCuCEQ溫度升高時(shí)，輸出特性曲線上移Q′

固定偏置電路的工作點(diǎn)Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的，為此需要改進(jìn)偏置電路。當(dāng)溫度升高使IC

增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少I(mǎi)B，從而抑制Q點(diǎn)的變化，保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。結(jié)論

當(dāng)溫度升高時(shí)，

IC將增加，使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移，容易使晶體管T進(jìn)入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過(guò)熱燒壞三極管。O常采用分壓式偏置電路來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)分壓式偏置電路1.穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理

基極電位基本恒定，不隨溫度變化。UBRb1RcC1C2Rb2CeReRLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRsuS+–集電極電流基本恒定，不隨溫度變化。Rb1RcC1C2Rb2CeReRLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRsuS+–Q點(diǎn)穩(wěn)定的過(guò)程TUBEIBICUEICUB固定

Re

：溫度補(bǔ)償電阻

對(duì)直流：Re越大,穩(wěn)定Q點(diǎn)效果越好；

對(duì)交流：Re越大,交流損失越大,為避免交流損失加旁路電容Ce。Rb1RcC1C2Rb2CeReRLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRsuS+–

靜態(tài)工作點(diǎn)的估算Rb1RcC1C2Rb2CeReRLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRsuS+–動(dòng)態(tài)分析

對(duì)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++––RSuS+–去掉Ce后的微變等效電路如果去掉CE，Au，ri，ro

?Rb1RcC1C2Rb2CeReRL++++UCCuiuo++––RSuS+–短路對(duì)地短路rbeRbRcRLEBC+-+-+-RsRe無(wú)旁路電容Ce有旁路電容CeAu減小Ri提高Ro不變2.3共集放大電路共集放大電路的組成1．靜態(tài)工作點(diǎn)比較穩(wěn)定

因?qū)涣餍盘?hào)而言，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。usRb+UCCC1C2ReRLui+–uo+–+++–RS+UCCReRe+–UCE+–UBEIEIBIC直流通路微變等效電路rbeRbRLEBC+-+-+-RsRe2.電壓放大倍數(shù)小于1（近似為1）電壓放大倍數(shù)Au

1且輸入輸出同相rbeRbRLEBC+-+-+-RsRe3.輸入電阻高rbeRbRLEBC+-+-+-RSRe4．輸出電阻低

由輸出端看進(jìn)去，有三條支路并聯(lián)：即發(fā)射極支路、基極支路和受控源支路。發(fā)射極支路電阻為基極支路電阻為

受控源支路的電流是基極電流的β倍，所以此支路的等效電阻應(yīng)為基極支路電阻的１/β倍。

∥∥∥若不計(jì)信號(hào)源內(nèi)阻（RS＝0），則有射極輸出器的應(yīng)用主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點(diǎn)。

1.因輸入電阻高，它常被用在多級(jí)放大電路的第一級(jí)，可以提高輸入電阻，減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)。

2.因輸出電阻低，它常被用在多級(jí)放大電路的末級(jí)，可以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。

3.利用ri大、ro小以及Au

1的特點(diǎn)，也可將射極輸出器放在放大電路的兩級(jí)之間，起到阻抗匹配作用，這一級(jí)射極輸出器稱為緩沖級(jí)或中間隔離級(jí)。射極輸出器的應(yīng)用舉例例1:

在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RE=2kΩ,

Rb=200kΩ，RL=2kΩ，晶體管β=60，UBE=0.6V,信號(hào)源內(nèi)阻RS=100Ω，試求:(1)

靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IE及UCE；(2)畫(huà)出微變等效電路；(3)

Au、ri和ro。Rb+UCCC1C2ReRLui+–uo+–++us+–RS解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路+UCCReRe+–UCE+–UBEIEIBIC(2)由微變等效電路求Au、ri、ro。rbeRbRLEBC+-+-+-RSRe微變等效電路2.4場(chǎng)效應(yīng)管基本放大電路(1)共源放大電路MOS場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的放大電路也要建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，即柵偏壓。

產(chǎn)生柵偏壓的偏置電路有兩種：自偏壓電路和分壓式偏置電路。

因流過(guò)

Rg的電流為零,所以有:、是柵極分壓電阻，適當(dāng)選擇和的阻值，就可獲得正、負(fù)及零三種柵偏壓。分壓式共源放大電路如右圖所示。性能指標(biāo)估算電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻

Rg是為了提高輸入電阻Ri而設(shè)置的。從圖中不難求出放大電路的三個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)電壓放大倍數(shù)

∥輸入電阻

輸出電阻(2)共漏放大電路+UDD

RSC2C1Rg1Rg2Rg+–RLuiuo+–+Rg1RSRg2Rg+–RL+–SDGT+–交流通路電壓放大倍數(shù)特點(diǎn)與晶體管的射極輸出器一樣2.5多級(jí)放大電路

耦合方式：信號(hào)源與放大電路之間、兩級(jí)放大電路之間、放大器與負(fù)載之間的連接方式。常用的耦合方式第二級(jí)

推動(dòng)級(jí)

輸入級(jí)

輸出級(jí)輸入輸出多級(jí)放大電路的框圖2.5.1級(jí)間耦合方式直接耦合阻容耦合變壓器耦合

(1)阻容耦合第一級(jí)第二級(jí)負(fù)載信號(hào)源阻容耦合：兩級(jí)之間通過(guò)耦合電容C2

與RC1電阻連接R11RC1C1C2R12Ce1Re1+++++–RS+–RC2C3Ce2Re2RL+++UCC+––T1T2(2)直接耦合直接耦合：將前級(jí)的輸出端直接接后級(jí)的輸入端?？捎脕?lái)放大緩慢變化的信號(hào)或直流量變化的信號(hào)。但各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制，使靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整困難。

（3）變壓器耦合變壓器耦合：兩級(jí)之間通過(guò)變壓器連結(jié)起來(lái)。變壓器可以隔斷直流量，又可傳遞交流信號(hào)。變壓器比較笨重，體積大，成本高，無(wú)法集成，應(yīng)用范圍較窄。2.5.2多級(jí)放大電路的分析方法第一級(jí)第二級(jí)rbeR12RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-R11推廣到級(jí)放大電路，總的電壓放大倍數(shù)為

通頻帶f|Au

|0.707|Auo|fLfH|Auo|幅頻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(jié)電容、

造成O單級(jí)共射放大電路的幅頻特性曲線如下圖所示。

BW＝fH－fL

由于一般有fL＜＜fH,故

BW≈fH（3）多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路的通頻帶總是比單級(jí)的通頻帶要窄。放大電路的頻率特性

阻容耦合放大電路由于存在級(jí)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(hào)頻率不同時(shí)，放大電路的輸出電壓相對(duì)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(duì)于輸入電壓的相位移

與頻率f的關(guān)系（2）單級(jí)共射放大電路的頻率特性

（1）基本概念2.6功率放大電路2.6.1概述(1)功率放大電路的功能和特點(diǎn)功率放大電路輸入的是大信號(hào)電壓，以獲得盡可能大而失真又較小的輸出功率為主，討論的主要指標(biāo)有輸出信號(hào)功率、功率放大電路的效率、三極管的管耗等。(2)對(duì)功率放大電路的基本要求a.在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。b.由于功率較大，就要求提高效率。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO(3)功率放大器的分類甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)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(hào)的半個(gè)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(shí)間大于半個(gè)周期，靜態(tài)IC

0，一般功放常采用。2.6.2互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出功率放大電路(1)OCL乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路uiuo+–UCCVT1VT2+UCCRL–ic1ic2靜態(tài)時(shí)：ui=0V,iC10，iC20uo=0V。動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

<0VT2導(dǎo)通，T1截止ui

>0VT1導(dǎo)通，T2截止特點(diǎn)：雙電源供電、輸出無(wú)電容器。uoOCL原理電路電路組成分析計(jì)算確輸出功率:最大輸出功率：

VT1的管耗PT1：兩管的管耗為：直流電源供給的功率電源供給的最大功率為效率

78.5％當(dāng)Uom≈UCC時(shí)，則這個(gè)結(jié)論是理想值，實(shí)際效率比這個(gè)數(shù)值要低。由于該電路工作在乙類狀態(tài)，所以它不能使輸出波形很好地反映輸入的變化,產(chǎn)生了失真。

交越失真

當(dāng)輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，輸出波形在信號(hào)過(guò)零附近銜接不好出現(xiàn)的失真稱為交越失真。

交越失真產(chǎn)生的原因是由于晶體管特性存在非線性，ui

<死區(qū)電壓晶體管導(dǎo)通不好。交越失真

采用各種電路以產(chǎn)生有不大的偏流，使靜態(tài)工作點(diǎn)稍高于截止點(diǎn)，即工作于甲乙類狀態(tài)。克服交越失真的措施uitOuotO

動(dòng)態(tài)時(shí)，設(shè)ui

加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。

靜態(tài)時(shí)T1、T2

兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)。克服交越失真的電路R1RLuIVT1VT2+UCCCAuo++-+-VR2VD1VD2(2)OTL乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路1.

OTL電路特點(diǎn)VT1、VT2的特性一致；一個(gè)NPN型、一個(gè)PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。

靜態(tài)時(shí)(ui=0),IC10，IC20OTL原理電路電容兩端的電壓RLuIVT1VT2+UCCCAuo++-+-RLuiVT1VT2Auo+-+-動(dòng)態(tài)時(shí)

設(shè)輸入端在UCC/2

直流基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。T1導(dǎo)通、T2截止；同時(shí)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(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號(hào)ui的正半周輸入交流信號(hào)ui的負(fù)半周電路的最大輸出功率為忽略時(shí)，則有

對(duì)于單電源供電的乙類功放電路,與乙類對(duì)稱功放分析類似，將乙類功放所有公式中的VCC替換成VCC/2即可。OTL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放如左圖所示2.6.3集成功率放大電路集成功率放大電路是在集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是一種單片集成電路，應(yīng)用十分廣泛。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也由前置放大級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路等四大部分組成。芯片如圖所示。(1)LM386集成功率放大器LM386是一種小功率通用型集成功率放大器。下圖所示是它的引腳排列圖，它采用雙列直插式塑料封裝。其典型參數(shù)為：電源電壓范圍；額定輸出功率660mW；帶寬輸入電阻為50，（管腳①和⑧開(kāi)路）。LM386引腳排列圖

LM386實(shí)用電路用LM386組成的OTL實(shí)用電路如上圖所示。是輸入耦合電容，、為電源去耦電容，、音圈電感在高頻下的不良影響，改善功放的高頻特性，防止自激。是頻率補(bǔ)