电路与电子技术 5 基本放大电路.pdf

第5章 基本放大电路5.1 放大的概念及放大电路的性能指标5.2 基本放大电路的组成及工作原理5.3 放大电路的分析5.4 放大电路得忌工作点的稳定5.5 革曾放大电路其他接法简介5.6 绝缘栅翘场效应管放大电路5.7 多级放大电路简介5.1 放大的概念及放大电路的性能指标5.1.1 放大的概念 典型测量控制 系统框放大电路是电子设备中最基本的组成部分。放大：指将电信号 由 小变大放大的实质是实现能量的控制和转换。即在输入信号 作用下，通过放大电路将支流电源提供的能量转化为 负载获得的能量。基本放大电路：由一个放大管构成的简单放大电路,又称单管放大电路.放大电路的框图:5.1.2 放大电路的性能指标(1)电压放大倍数：输出电压与输入电压的比值儿是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。4忒)Rs+;厂号 O+-放大电路Ou.I(2)输入电阻居：输入端口特性可以等效为一个电阻。输入回路 7O Ui放大电路 InuJ&5由图可得：立正A+K要使输入的有效信号大，则希望?KR 理想居=00_放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号,那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大 电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大,从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。即：4越大，4就越小，就越接近输出电阻r。放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为 戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。3BA负载开路时的电压放大倍数公凡+&输出回路放大电路必OAv+_+t/0-由输出回路得则电压增益为Au/=4 公4F+&4=心由此可见&J即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希翌?R R o L理想情况 R=0O输出电阻是衡量一个放大电路带负载能力的指标。输出电阻越 小，放大电路带负载能力越强。如何确定电路的输出电阻r。？方法一：计算。步骤：L所有的电源置零（将独立源置零，保留受控源）。2.加压求流法。2r放大电路U。一了（兀凡方法二：测量。步骤：1.测量开路电压。2.测量接入负载后的输出电压。U。5.2 基本放大电路的组成及工作原理5.2.1 常管共射放大电路的组成基本放大电路的组成原则1、要有工作在放大状态的放大元件。加直流偏置，使三极管发射结正偏、集电结反偏2、输入、输出信号要有耦合通路。输入信号能够加 至放大 电路的 输入端放大后的信号电压能够输出至负载a 0基本共射交流放大电路的 结构放大元件为三极管加直流偏置，使三作用：大小：耦合电容隔直流、通交流几到几十微法，采用电解电容C工作在放大状态，即：Ube,Ucb。交流输入信号经福合电EU工UBB-r容C1加至放大电路的输入端。%I经耦合电容C2可获得放大 后的交流输出信号U。基本共射放大电路的简化结构实际放大电路中，两个电源往往合并为 一个电源，并采用电 位表示电源的箱化结 构。输入回路+“c放大电路中电压、电流符号说明由 于放大电路中同时存在克流与交流量，因 此 在对其进行分析时，为了表达明确，特对电压、电 流符号作如下规定（以三极管基极电流为例）：IB:符号与下标均大写，表示直流分量。ib:符号与下标均小写，表示交流分量的瞬时值。Ib:符号大写、下标小写，表示交流分量的有效值。iB：符号小写、下标大写，表示直流与交流的总量瞬时值,即：iB=tb+ib3E5.2.2 放大电路的工作原理c+静态w；=0出“。二“BE 二 0BECE二 CEGi七 差+2E%-oQ无输入信号(%=0)时:abE，bLk r-A.E?cBE to1c，B-O0静态时，三极管各电极的电压和电流都是恒定的。（bq、/eq）和（，CQ、CEQ）分别对应于输入、输 出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。动态结论：加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小 均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流 量。003E5.2.3 苴流通路与交流通路放大电路中各电压或电流都是在静态直流上附加了小的 交流信号。直流量与交流量共存于放大电路中。为了研 究问题方便，采用叠加的方法分别求解直流量与交流量。信号的不同分量可以在不同的通路分析。直流通路：直流电源Vcc作用 所形成的 电流通路。即直流量流通的路径。交流通路：交流信号源由作用 所形成的 电流通路。即交流量流通的路径。3E例：对直流信号（只有+。）-直流通路3E1对交流信号（输入信号即交流通路5.3放大电路的分析求解静态工作点 静态分析在直流通路中进行求解动态参数 动态分析在交流通路中进行3E531铮态分析当叫二。时，电路中的电压、电流都是不变的直流，这时放大 电路处于直流工作状态，简称府态。电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定 为一点，称为静态工作点，常称为。点。一般用静态工作点的分析与计算方法一：估算法直流通路+“c+“c3E根据三极管的伏安特性，有:r-0.7V,对硅管Ubeq=U 0.3V,对错管对输入回路，由KVL得：UCC=IBQRb+UBEQTJ-TJ2 CC 2 BEQBQ=-Kb根据三极管的电流放大作用，有:ICQ=供 BQ对输出回路，由KVL得：Ucc=1cqRc+Uceq+Ucc Uceq=Ucc-1cqRc3E例 放大电路如图所示。已知BJT的6=80,&b=300k,&c=2k,(1)放大电路的。点。区域？(2)当4=：L00k时,I4c=+12V,求:放大电路的。点。此时BJT工作在哪个区域?解：2中=”.03“A共射极放大电路，c=B,，b=3mA%=%凡，c=12V-2kx3mA=6V静态工作点为Q(0.038mA,3mA,6V),BJT工作在放大区。V 1 3 V(2)当4=：L00k时，4=/=方底=0.11而4 Ic=p-IB=9mAVCE=VCC-Rc Ic=12V-2kX9mA=-6V Ze不可能为负值，v-V 11 7V其最小值也只能为0.3V,此时4为：Ic=CCD CES=5.85mA Rc 2k求得。(0.113mA,5.85mA,0.3V),此时BJT工作在饱和区。静态工作点的分析与计算 方法二：图解法共射极放大电路直流通路首先，画出直流通路3E对输入回路，由KVL得：Uc c=IBRb+UBE贝！J：XB-RbUBFurr+“cO对输出回路，由KVL得:贝！J：Cc直流负载线U CCU ccUc c=+Uceuce+&B00UUbeqB“EVEa s532放大电路的动态分析动态分析目的：求解放大电路的动态参数 动态分析方法：图解法、微变等效电路法3E1.图解法交流通路oOI又由交流通路可得:0=ce=&,（&）Mce=MCE 3EQ lc=，C，CQ整理可得：CE CEQ二.（2cQ（d公）令R；=&Al 交流负载电阻MCE CEQ=，CQ），R lmce Uceq=，cq），R l过。点作一条斜率为T/（小 4）的直线,该直线即为交流负载线交流负载线是有交流输入信号时。点的运动轨迹。通过图解分析，可得如下结论：1.WjT wBET igT|0|T2.“0与%相位相反；oo#动态工作时，小、记的实际电流方向是否改变，CE的实 际电压极性是否改变？#放大电路为什么要建立正确的静态？只有建立合适的铮态工作点,才能保证三极管工作 在带性曲线的线性区a 0黔总工作点对放大电路工作的影响结论：Q点过高便三极管进入饱和区.引起的失真称为饱和失真.也称为底部失真。Q点过低时放大电路工作过程 图 解结论：Q点过低使三极管进入截止区,引起的失真称为愈正义戛,也称为顶部失真。放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求:工作点。要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；要有合适的交流负载线。最大不失真输出电压的幅度：%max=min%EQ-%ES，&(&/&)2.微变等效电路法分析动态如果放大电路的交流输入信号较小，就可以保证三极管工 作于线性放大区。因此，对微变量(小信号)来说，三极管可 近似看成是一个线性元件，可以用一个与之等效的线性电路表 7P o这样，放大电路的交流通路就可以转换为一个线性电路，可以用线性电路的分析方法来分析放大电路。这种分析方法称 为微变等效电路法。微变等效电路法分析动态的步骤：(1)画出放大电路的交流通路(2)画出放大电路的微变等效电路图方法：将交流通路中的三极管用线性模型代替(3)借助微变等效电路图求解电路的动态参数三极管的线性等效电路当信号很小时，输入特性 近似线性。可以用一个电阻等效=Au=u be A.“BE ajB，b-a UBE%的量级从几百欧到几千欧。rbb，为基区体电阻，通常取300。RIFI2.输出回路Jc近似平行(1)输出端相当于一个受办控制的电流源。(2)考虑位对心的影响，输出端还要并联一个大电阻心。%的含义rce=a 0AL/L c三极管的线性等效电路为 幺 V0-A I 0RIFI共射放大电路的微变等效电路=交流通路+三极管线性等效电路效电路1+J Uo+Ucc+放大电路的微变等效电路用于计 算放大电路的动态参数：Au、r-r0.RIFI共射基本放大电路动态参数的计算动态参数的计算必须在放大电路的微变等效电路中进行。1.电压放大倍数Au的计算在图示电路中，有：=一心（凡&）=一乙&负号表明输入 信号与输出信 根据定义，则有.号相位相反=U0=Tc，Rl=_0及 共射放大电路的电压放大一心一力广九-%倍数可达几十到几百显然，Au随负数大小而变化。_ Rc负载开路时，达到最大值：=RIFI定义对信号源电动势u的电压放大倍数为：3Rs+&=氏，Q=R,us us，凡+K放大电路显然，在&=0时，Aus=Auo 即对于电压放大电路,信号源内阻越小越好。RIFI2.输入电阻用的计算根据招的定义，有：R=A在右图电路中，显然:口=（/展）4U=&展因为一般有:RbrbG 所以：Rj=Rb/rbe rbe共射放大电路的输入电阻较 小，往往不能满足电路要求。RIFI3.输出电阻Ko的计算根据定义，放大电路的输出电阻即相对于负载的戴维南 等效电路的内阻，故可采用外加电压法求解。显然，右图电路中受控电流源电流为零，即 所以：R _RKo-Kc 共射放大电路的输出电阻较大RIFI/UCC-UbeqRb在共射基本放大电路中，因为：巾 CQ=1 皿nJ UcEqE Uc c-Vc Q凡所-_A_结论：共射基本放大电路在温度升高时，可能会出现饱和失真。RIFI5.4.2 分压偏置式放大电路R。的大小对 反馈有何影解决共射放大电路 Q点不稳定的方法响？选择温度稳定性高、，牛采用 新的 电路结竹一分压偏置式 放大电路分压偏置式放大电蹲酷工作原理+Uc c在电路设俄1常取(Ir10Ib),则:Rb基极采用分压偏置1O即基极电鸟基本七强港+路箱I建0F控制工程:E 温哈一左&)-VE(=：IERe)Ir+BEReTKc 1cC2d卜夕 Ube(=Vb-Ve)1%Ic P*主犯-3T即Ic的变化受到抑制，Q点稳定引入负 反馈eTc,及u0旁路电容RIFI静态分析因为IrIb则：RIFI分压偏置式放大电路的痔态工作点计算直流通路算法二：方框中部分用戴维 南定理等效为：Rd=Rb1 Rb2oU-TjU SB U beRd+（1+0）RE进而，可求出/c、UCEoWE例：已知止50.L/CC=12V,7?B1=7.5kQ,7?B2=2.5kQ,7?c=2kQ,7?=lkQ,求该电路的铮态工作点。利用戴维南定理的计算结果:Ir=0.0435mA jD/c=piB=2.175mAUCE=Uc c _ Rc-IE Re=5.43V估算的结果：Vb Uc c=3VKjBl+Kb2Ic =2.3mAReUCF Uc c-Ic(Rc+/?)5.1V CC C v C za=0.046mA B分压偏置式放大电路的动态参数计算(1)电压放大倍数Au_uo_-ic(Rc/Rl):-:UiUi(2)输入电阻号+U%U.Ri=RbJIRb2l l rbe(3)输出电阻凡另B么它 的作用 是什么？R0=必结论：分压偏置放大电路的动态参数与共射放大电路一致。电容Ce对分压偏置式放大电路动态参数的影响若无电容Ce,则(1)电压放大倍数Au-凤(6/&)&一心 ibh+Q”)ibRe=-p-凡-+(1+)4(2)输入电阻号=&62吊R；=l+(i+P)4 1b=?=朦&2/限+(l+P)Re力增大仝(3)输出电阻44(4 4/&2+&)+(1+P)。4=0心不变人0 0 R0=Rc可见，去掉q后，放大倍数减小、输出电阻 不变，但输入电阻增大了。问题：如果电路如下图所示,如何分析?3E静态分析:直流通路仝动态分析:交流通路3E交流通路:0-Rbu；微变等效电路：U：RbGO3E5.5 单管放大电路其他接法简介2 静态工作点计算对输入回路，由KVL有:+U”0。=/砥用+4+8即：UCC=IBQ所以：上戏#&二UCQ=B】BQ卜（1+4“BEQRe对输出回路，由KVL有：丁 cc=Uceq+，石U。T-斤 乂，Uceq Ucc IEQRe X Ucc-ICQe直流通路3E3.动态参数计算电压放大倍数Au:因为：。=凡&）=人（1+0%a%+4（凡/冷）=%+4a+尸）耳所以：，U+0窄用用U。输不角阳隰 usvy因为-：一Qi网网）IV-:-:-44+U。u：（L%r-fr；|c号招工+Aul,表明输入 与输出信号大小 相等、相位相同=展+（1+尸）（凡4）所以：尺.=&/展+（1+夕）（6/&）输入电阻较大，可达几十k Q3E输出电阻R0：L 二一L（e+与凡）二展+凡尺-（i+M-a+M（1+，）所以：R=ReHR；=Re/联+/尺O c o c 1 C1+,输出电阻 较小，可 达几十C3E射极输出器的使用1.将射极输出器放在电路的首级，可以 提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以 降低输出电阻，提高带负载能力。3.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。3E他_已知射极输出器的参数如下：Kj570kd%=5.6kd R5.6kQ,100,UCC=12NGHI-。+以。2 H Rl1.求4、&和&o2.&=lkC和8时，求4VO3E“EQRe1岛二570kQ,4=5.6kQ,/=5.6kQ,100,UCC=12Nr _ U CC-U BE b-Rb+(1+0)Re/(1+M=1.01mA=300(0)+(1+2)舞m?4(mA)=300+101x 2%=2.9kO/-L -L3EU8Z=TOI._ +0+6Z9$-Sy 电+巧/%二、5061=(为)(0+1)+为 W=X(加%)(+1)+叼66,0=LyHy)(1+D0=Sy PX6 Z二啊AZI?%n，001力 595=、+，ox9、=y，ux0LS=Qy。/唯?/、，率 i2.&=lkQ和oo时，求4。A=Q+2)R；展+(1+见&=lkC 时 4=101x(5,6#1)2.9+101x(5.6771)=0.967=8 时 4=101x5.62.9+101x5.6=0.995比较：空载时.A=0.995RL=56kQ 时,A=0.990&=lkQ 时，A/0.967可见：射极输出器带负载能力强。3E5.5.2共基极放大电路1.电路结构交流通路:3E2.静态分析直流通路具有与分压偏置式放大电路 相同的挣态工作设置3E3.动态分析交流通路:微变等效电路L d U。A=-:u.q ri=凡Y-/3Ib(Rc/RL)rrchrl-;-=p-Ibrbe%be1+B3E三种接法放大电路性能比较电路名称电压放大 倍数Au输入电阻0输出电阻适用场合共射放大 电路一追rbe较大&展较小ro=Rc较大用于电压 放大共集放大 电路(1+0胃%+(1+04Au=l招展+Q+0&最大R H rbe+Rs e 1+/最小用于输入、输出级共基放大 电路万及展较大Re/-1+Q最小ro=Rc较大用于高频 电路3E5.7 多级放大电路简介阻容楞合多级放大电路的耦合方式Y 宜接相合J变压器耦合5.7.1 阻容耦合多级放大电路3E2、动态参数分析+u”电压放大倍数Au4 Vo UO1 UoA=-=-u Ui%U01E 微 E=_一_1(&1&2/ge2)=r 3-ttl-W 加 一取丁丁注意：后级放大电路,o_L 的输入电阻是前级放其中：Rl=Rb2 rbei=rn 大电路的等效负载+U2 一nnuR 2CTJRa 0输入电阻门U.ri =%rbe=G11 以结论：多级放大电路的输入电阻 二第一级的输入电阻输出电阻r。根据定义，得ro=&2=ro2结论：多级放大电路的输出电阻=最后一级的输出电阻3E阻容耦合放大电路的特点(1)各级电路Q点相互独立、便于调整。(2)由于存在耦合电容，不能放大直流信号和变化缓慢的信号。(3)不利于集成化。3E572 直接耦合多级放大电路直接耦合放大电路的优点(1)由于不存在耦合电容，可以放大直流信号和变化缓慢的信号。(2)便于集成化。直接耦合方式带来的问1、电平配合问题前后以Q点相互影响,致电路不能正 常工作。平配合问题+U(x导致K零点漂移问题 管饱和带来的岐点?铮您工作点移动电路答案用稳压管 代替电阻降低电压放大倍数为什么用稳压管？3E2、零点漂移问题零点漂移现象产生零点漂移的原因输出信号 不为零三极管的参数受温度影响。温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化,这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而 零点漂移也叫温漂。一 零点漂移的本质是Q点漂移温度变化是导致Q点漂移的主要原因粤漂别起的aQ点严重偏离,不能正常工作L输入信号可能会淹没于零漂之中。3E例如假设 AV1=100,Av?=100,Av=1 oV/V J若第一级漂了 100 uV,则输出漂移1 Vo 若第二级也漂了100 uV,则输出漂移10 mVo直接耦合放大电路-第一级是关键若第三级也漂了100 uV,贝输F出漂移100 uV O3E克服粤漂的措施 从外部消 除温度的影响，如采用 恒温系统.选用高质量硅管 从电路内部采取措施.利用热敏元件进行温度补偿采用新的电路结构为有效地抑制直接耦合放大电路的零点漂移，在直接耦合 放大电路的第一版广泛采用的电路结构是差动放大电路。3E