第12章基本放大电路.ppt

第12章 基本放大电路12.1 放大电路的概念和主要技术指标12.2 共发射极放大电路的组成12.3 放大电路的分析方法12.4 放大电路静态工作点的稳定12.5 射极跟随器12.6 多级放大电路12.7 差分放大电路12.8 功率放大电路12.9 场效应晶体管放大电路12.1放大电路的概念和主要技术指标12.1.1 放大电路的概念 放大电路的作用是将微弱的电信号放大到所需的量级,而且输出信号的功率比输入信号的功率大，输出信号的波形与输入信号的波形相同。12.1.2 放大电路的主要性能指标 1.放大倍数 电压放大倍数 电流放大倍数.ou.iUAU.oi.iIAI 电压对电流的放大倍数i.i.irUI.oui.iUAI 电流对电压的放大倍数2.输入电阻输入电阻ri是从放大电路输入端看进去的等效电阻.oiu.iIAU 3.输出电阻从放大电路输出端看进去的等效内阻称为输出电阻ro.SoSoSoL.oooLUUUUUr1 RIUUR 4.通频带 通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。5.最大不失真输出电压 当输出电压再增大则会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。6.最大输出功率在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率。12.2 共发射极放大电路的组成12.2.1 共发射极放大电路的组成及各元件的作用晶体管起放大作用；电源提供能量；基极电阻提供偏置电流；电容起隔直通交作用；集电极电阻将电流变化转换成电压变化。图12.4 共发射极基本交流放大电路12.2.2 放大电路的组成原则 必须使晶体管处于放大状态；输入回路应使输入信号能产生交变电流；输出回路应使动态电流能够作用于负载电阻；保证放大电路能不失真地放大信号。12.3 放大电路的分析方法 分析放大电路就是在理解放大电路工作原理的基础上求解静态工作点和各项动态参数。12.3.1 直流通路与交流通路图12.5 共射极放大电路直流通路图12.6 共射极放大电路交流通路12.3.2 放大电路的静态分析 静态分析就是在无输入信号时，确定放大电路的静态工作点 ，常用的分析方法有两种。BCCEII U，1.估算法 估算法利用放大电路的直流通路计算静态工作点。CCBECCBBBUUUIRR CBII CECCCCUUR I 2.图解法 图解法就是根据晶体三极管的输出特性曲线，用作图的方法求解静态工作点。12.7(a)输入回路的图解分析12.7(b)输出回路的图解分析CCBEBBBUUIRR CECCCCCUUIRR 图解法求解静态工作值的一般步骤:(1)获取(查询或测量)晶体三极管的输入和输出特性曲线；(2)在输入特性曲线上作出输入回路负载线，确定偏置电流IB；(3)在输出特性曲线上作出直流负载线；(4)由IB和直流负载线交点确定静态工作点；(5)根据静态工作点确定静态值(IB，IC，UCE)12.3.3 放大电路的动态分析 动态分析指在静态值确定后，分析输入信号（此时输入信号ui不为零）的传输情况，考虑的只是电流和电压的交流分量。此时电路中的 均包含了支流分量和交流分量，即BCCEi,i,uBBbCCcCECEceiIiiIiuUu注：上面等式右边的第一项为直流分量，第二项为交流分量。注：上面等式右边的第一项为直流分量，第二项为交流分量。微变等效法和图解分析法是动态分析的两种基本方法。1.微变等效电路 微变等效电路法就是把非线性元件晶体三极管所组成的放大电路等效为一个线性电路，再利用线性电路的分析方法处理晶体三极管放大电路。在本章节中重点阐述用于低频小信号时的微变等效电路。1）晶体三极管的微变等效电路1）晶体三极管的微变等效电路CECEBEBEbe0BBUKUKUdUrlimIdI 估算公式beE26r200(1)I 其中IE是发射极电流的静态值。图12.8(b)晶体三极管输入特性曲线CBII 即cbii 在小信号条件下，是一个常数，由确定ib对ic的控制作用。即晶体三极管的输出电路可以用一个受控电流源来替代可描述为：cbii 图12.9 晶体三极管输出特性曲线 12.10(a)晶体三极管12.10(b)晶体三极管微变等效电路2)放大电路的微变等效电路分析图12.12 图12.4的微变等效电路根据图12.12可得:.iBbeibebURrIr I .oCLCLbURRIR I 其中,LCLRRR (1)放大电路的电压放大倍数uA.oLbLu.beibebURIRArUrI 输出端空载时(不接RL)CubeRAr .BbeiiiBbebe.iiRrIUrRrrII (2)放大电路的输入电阻ri 放大电路对信号源而言,相当于一个负载，从放大电路输入端看进去，可得放大电路的输入电阻ri，可得下式(3)放大电路的输出电阻ro 放大电路对负载而言,相当于一个电压源，其内阻定义为放大电路的输出电阻ro，它是一个动态电阻。输出电阻可用输出端开路电压和短路电流来求得.OCO.SCUrI 在图12.12中.COCCOC.SCCR IUrRII 式中BbeRr,可忽略不计。求解放大电路的输出电阻时，可将信号源置零.SU0，用交流电压.OU替代负载LR,以产生一个电流.OI,则.OO.OUrI 例例2-1如图所示放大电路中，已知：如图所示放大电路中，已知：KRB751,KRB252,KRRLC2KRE1VUCC1280100bbr,kRs6.0试求：试求：,KRE1VUCC12KRRLC2,KRE1VUCC12 该放大器的直流工作点该放大器的直流工作点；uA,ir,or.解：解：直流通路如图例直流通路如图例2.1a所示所示图例2.1VURRRUCCBBBB312257525212mARUUIIEBEQBEQCQ3.217.03图例2.1aCEQCCCQCEUUI(RR)122.3(21)5.1V 微变等效电路如图例微变等效电路如图例2.1b所示所示.oLu.beiRUArU kIrrCQbbbe13.2268010026kRRRLCL12/2/u801A801 图例2.1b2.图解分析法 图解分析法是利用晶体三极管的特性曲线，通过作图的方法分析动态工作情况。1）电压放大倍数的分析图12.4 共发射极基本交流放大电路以图12.4为例，分析步骤如下：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q；（2）根据ui在输入特性上求uBE和iB；（3）在输出特性曲线上作交流负载线；（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。图12.9 放大电路的图解分析从图解分析过程，可得出如下几个重要结论：1）放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成；（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相；（3）放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小，交流负载电阻RL 也越小，交流负载线就越陡，使Uom减小，电压放大倍数下降；（4）静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。2）波形非线性失真分析 当静态工作点Q过低，处于Q位置时，在输入信号负半周靠近峰值的某段时间，三极管的B-E间电压总量小于开启电压，三极管处于截止状态，基极电流ib产生失真，如图12.20(a)所示，由此使集电极电流ic和集电极电阻RC上的电压产生同样的失真，这种由晶体三极管截止产生的失真被称为截止失真。图12.20图12.20 当Q点位置过高，处于Q位置时，由于输入信号正半周靠近峰值的某段时间内晶体三极管处于饱和状态，导致集电极电流iC产生失真，引起集电极电阻RC上的电压波形随之产生同样的失真如图12.20(b)所示，这种由晶体三极管饱和引起的失真称为饱和失真。由于输出电压与RC上的电压相位相反，导致输出电压uO产生底部失真。12.4 放大电路静态工作点的稳定 选择合适的静态工作点是放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。温度升高时：发射结电压下降，电流放大倍数增大，反向饱和电流增加。随温度上升而增加。CI 为了稳定放大电路的静态工作点，常采用分压式偏置电路，如图12.21所示，其中RB1和RB2构成偏置电路。当温度升高，使ICQ增大时，其变化如下：图12.21CQEQEQEQEBEQBQEQBQCQIIU(IR)U(UU)II 由上图可以看到，当ICQ增加时，由于电路的 自身调节作用可以抑制其增大趋势，从而稳定ICQ和UCEQ。1.稳定静态工作点的原理2.静态工作点的计算B2BCCB1B2RVURR BBECEEVUIIR CBII CECCCCEEUUI RI R 例例1 1：在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6k,RE=3k，RB1=60k，RB2=20k，RL=6k，晶体管=50，UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点 IB、IC 及 UCE；(2)画出微变等效电路；(3)输入电阻ri、ro及 Au。分析：分析：此处求解其静态工作点，先画出其直流通路再进行求解；求解交流参数时，先画出其微变等效电路。由此可见，求解此类题目的关键在于正确分析电路的工作原理，得出其正确的等效电路，从而进行求解。例1图解：解：(1)由直流通路求静态工作点。直流通路V3V12206020CCB2B1B2B URRRVmA8.0 mA36.03EBEBEC RUVII A16 A500.8CB IICECCCCEEUUI RI R120.8 60.834.8V(2)由微变等效电路求Au、ri、ro。k 15/2B1BB RRR其中其中k86.18.02651200I26)1(200Ebe riBbeErRr(1)R8.03K OCrR6K LubeERAr(1)R8.69 交流通路12.5 射极跟随器 本节介绍的射极跟随器是共集放大电路，集电极是输入回路和输出回路的公共端，如图12.25所示。图12.25 射极跟随器直流通路1.静态分析 CCBEBBEUUIR(1)R CCBBBEEEUR IUR ICECCBEUU(1)I R 2.动态分析.oLu.beLi(1)RUAr(1)RU .ii.iBbeLUrIRr(1)R .ObesBoE.OrRRUrR1I 交流通路12.6 多级放大电路 多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，各级之间连接的方式称为耦合方式。放大电路的前后级相连时，相互间会产生一定的影响，因此对级间耦合电路有一定的要求：一是要确保各级放大器有合适的直流工作点，二是应使前级输出信号尽可能不衰减地、不失真地传输到后级。1.直接耦合可传输低频甚至直流信号，然而缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。12.6.1 放大电路级间耦合2.阻容耦合各级静态工作点相对独立，但不能放大直流信号。3.变压器耦合变压器耦合通过阻抗变换，能使负载得到最大输出功率，其缺点是体积和重量比较大，频率响应差。12.6.2 多级放大电路电压的动态分析 对于多级放大电路，通常是在考虑级间影响的情况下，将多级放大电路分成若干个单级放大电路，然后将结果加以综合，得到多级放大电路的总体特征。在多级放大电路中，前级输出信号加到后级输入端作为后级的输入信号，后级输入电阻作为前级的负载加以分析。.oo1o2ouu1u2uN.ii01o(N1)UUUUAAAAUUUU 图12.32 多级放大电路方框图12.7 差分放大电路 多级放大电路耦合后的最大问题是存在零点漂移现象，其可能使放大器无法正常，抑制零点漂移的方法有多种：(1)在电路中引入直流负反馈；(2)采用温度