浙江工业大学现代电工学课件9 基本放大电路

1、基本放大电路基本放大电路-1-9 基本放大电路基本放大电路9.1 9.1 基本交流放大电路基本交流放大电路9.2 9.2 放大电路的微变等效电路分析法放大电路的微变等效电路分析法9.3 9.3 静态工作点的稳定电路静态工作点的稳定电路9.4 9.4 射极输出器射极输出器9.5 9.5 场效应管放大电路场效应管放大电路9.6 9.6 差动放大电路差动放大电路9.7 9.7 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路反回反回基本放大电路基本放大电路-2-基本放大电路基本放大电路-3- 三极管：电流放大1.1.对直流对直流: : 构成合理的偏置电路（发射结正偏构成合理的偏置电路（发射结正偏, , 集电

2、结反偏）。集电结反偏）。直流电源2.2.对交流：能使信号有效的输入、输出。对交流：能使信号有效的输入、输出。组成组成 原则原则基极基极 电阻电阻 输入输入 电容电容RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+uo集电极电阻输出输出电容电容共射极放大电路基本放大电路基本放大电路-4-耦合电容的作用耦合电容的作用负负载载信信号号源源RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+uoRLC1: C1: 隔断放大电路与输入信号隔断放大电路与输入信号u ui i之间的直流通路之间的直流通路. .C2: C2: 隔断放大电路与负载隔断放大电路与负载R RL L之间的直流通路之间的直流通路. .C1, C

3、2C1, C2足够大，交流在其上的压降忽略不计，足够大，交流在其上的压降忽略不计，对交对交流视作短断，对直流视作开路。流视作短断，对直流视作开路。基本放大电路基本放大电路-5- 静态分析内容静态分析内容：在直流电源作用下，在直流电源作用下， 确定（确定（IB 、IC 、UCE）, 即即 静态工作点静态工作点。静态分析方法：静态分析方法：估算法估算法图解法图解法RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+uoRLiBiC1 静态分析静态分析ui=0, 放大电放大电路各处的电压路各处的电压为恒定值，即为恒定值，即静态。静态。UC1=UBEUC2=?UCE放大：放大：UCEUBE0基本放大电路基本

4、放大电路-6-直流通路直流通路电容开路电容开路IBICRBRCUCEUBE+UCCRBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RLRBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RLRBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RLRBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RLUBERBRCUCE+UCC+C1C2+ui+u0RL基本放大电路基本放大电路-7-直流通路（求解IB 、IC UCE、）UCC = RB IB + UBEUCC = RCIC + UCEIB = RBUCCUBEIC = IBUCE = UCC RC ICUCCRBRBRCICIBUCEUBE+UC

5、CRBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RLiBiC基本放大电路基本放大电路-8-例例3.1.1 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V，RC=3K， RB=240 k，=40。试求放大电路的静态工作点。试求放大电路的静态工作点。解：根据直流通路可得出解：根据直流通路可得出： IB = = 50A UCCRB12240IC = IB = 40 50 = 2mAUCE = UCC RCIC = 123 2 = 6VICIBRBRCUCEUBE+UCCRBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RLiBiC基本放大电路基本放大电路-9-UBE =UCC - R

6、BIBIB = IBQ输入回路静态图解：输入回路静态图解：IB = （UBE）UBE = UBEQ线性部分 非线性部分线性部分UCCUCCRBUBEQIBQIBUBEICIBRBRCUCEUBE+UCCUCCUCCUCEIC+IBUBE+RBRCQB0(IB, UBE)基本放大电路基本放大电路-10-UCE = UCC RCICIB = IBQICQUCEQQUCCUCCRCICUCE0IC = f（UCE）IB =常量常量输出回路静态图解输出回路静态图解IC = ICQUCE = UCEQ直流负载线UCCUCCUCEIC+IBUBE+RBRC基本放大电路基本放大电路-11-ICUCEIB =

7、IBQICQUCEQQ UCCUCCRC0输入、输出回路静态图解分析输入、输出回路静态图解分析UBE = UBEQIB = IBQUCE = UCEQIC = ICQRBUCCUCCIBQIBUBEQUBEQ基本放大电路基本放大电路-12- 动态分析任务动态分析任务：在静态工作点确定后，当接入变在静态工作点确定后，当接入变化的输入信号时，分析电路中各点电流、电压的变动情化的输入信号时，分析电路中各点电流、电压的变动情况和相互关系。况和相互关系。动态分析方法：动态分析方法：图图 解法（静态解法（静态+动态）动态）微变等效电路分析（纯动态）微变等效电路分析（纯动态）RBRCUCEUBE+UCC+C

8、1C2+ui+uoRLiBiCui0, 各点电流、各点电流、电压处于动态变电压处于动态变化状态，称为动化状态，称为动态。态。基本放大电路基本放大电路-13-IB，IC，UBE，UCE 直流分量（静态分量）直流分量（静态分量）ib，ic，ube，uce 交流分量交流分量（动态分量）（动态分量）iB，iC，uBE，uCE 总总 量量Ib，Ic，Ube，Uce 交流分量有效值或峰值交流分量有效值或峰值0iBtIBibIbm各种符号关系：各种符号关系：符号含义：符号含义：RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+uoRLiB基本放大电路基本放大电路-14-RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+u

9、i+uoRL交流通路交流通路:微变等效电路微变等效电路法的基础。法的基础。方法：方法：u电容短路电容短路 u直流电源对地短路直流电源对地短路RB+ui+uoRLRCubeuceicibii基本放大电路基本放大电路-15-uBE = UC1+ui=UBE + UimsintUimtUBEuBE输入回路的动态分析输入回路的动态分析uBE和和iB是如何变是如何变化呢？化呢？RBRCuCEuBE+UCC+C1C2+ui+uoRLiBiC基本放大电路基本放大电路-16-输出回路的动态分析输出回路的动态分析uCE = UC2 + uo = UCE + uouO = （RC/RL）ic RBRCuCEuBE

10、+UCC+C1C2+ui+uoRLiBiCRB+ui+uoRLRCubeuceicibii基本放大电路基本放大电路-17-QuCE/VttiB/ AIBtiC/mAICiB/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuouuO和和ui相位相反相位相反; uuO和和ui的峰值之比即为放大电路的电压放大倍数。的峰值之比即为放大电路的电压放大倍数。=uce基本放大电路基本放大电路-18-小结小结当输入交流信号时，总量当输入交流信号时，总量iB、iC、uCE都含有交、直流都含有交、直流两个分量，分别由输入信号两个分量，分别由输入信号ui和直流电源和直流

11、电源 UCC决定。决定。从波形图可以看出从波形图可以看出总量总量=静态分量静态分量+动态分量动态分量, 其瞬时值大小其瞬时值大小在变化，但极性不变。在变化，但极性不变。仅分析动态信号：不仅大小在变，而且极性也在变。仅分析动态信号：不仅大小在变，而且极性也在变。从相位上看从相位上看，ui 、 ib、 ic 同相同相 , ui与与 uo反相反相, 且输出电且输出电压压uo的幅度比输入电压的幅度比输入电压ui大得多。大得多。必须选择合适的静态工作点，否则放大器将不能正常工作。必须选择合适的静态工作点，否则放大器将不能正常工作。基本放大电路基本放大电路-19-Q2uoUCEQuCE/VttiC C/m

12、AICiC C/mAuCE/VOOOQ1基本放大电路基本放大电路-20-uiuotiB B/ AiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC C/mAuCE/VOOUCEIB=0Q1Q2基本放大电路基本放大电路-21- 图图(a)(a)中，无基极静中，无基极静态偏置，态偏置，I IB B=0, Q=0, Q在截止区。在截止区。图图(b)(b)中，有静态偏置中，有静态偏置, ,但但u ui i被被E EB B 短路，不能引起短路，不能引起i iB B的变的变化，所以不能放大。化，所以不能放大。UCCRCC1C2TRLuoui(a)+_+_RBUCCRCC1C2TRLuou

13、iEB(b)_+如图所示电路，能否放大交流信号？请说明理由如图所示电路，能否放大交流信号？请说明理由。思考思考与与练习练习+基本放大电路基本放大电路-22-图图(c)(c)中，中，基极有静态偏置基极有静态偏置I IB B有变化的有变化的iB和和ic, ,但无但无RC u uCECEUcc, uUcc, uo o00UCCC2TRLuouiRB(c)C1+_+_+基本放大电路基本放大电路-23-9.2.1 三极管的小信号模型三极管的小信号模型rbe称为三极管输入电阻称为三极管输入电阻icuceubeib ibcbebeBEbeBbuuriiuBEiB0uBEQiBIBUBE基本放大电路基本放大电

14、路-24- 三极管的微变等效电路只能用来分析放大电三极管的微变等效电路只能用来分析放大电路变化量之间的关系。路变化量之间的关系。 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路bebE26(mV)(1)(mA)rrIubebrbe ec ibibicuce_bB26(mV)(mA)rI基本放大电路基本放大电路-25- 先画出放大电路先画出放大电路的交流通路。的交流通路。9.2.29.2.2放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路 将交流通路中的将交流通路中的三极管用其微变等三极管用其微变等效电路来代替。效电路来代替。 RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+uoRLiBiCRB+ui+uo

15、RLRCubeuceicibiiui_rbe ibibicRCRBuo_RL基本放大电路基本放大电路-26-电压放大倍数电压放大倍数（1）带负载时的电压放大倍数带负载时的电压放大倍数=（RC/RL）Ib rbe Ib= （RC/RL）rbe（2）不）不带负载时的电压放大倍数带负载时的电压放大倍数Au=UiUoAu=UiUo= RCrbeUi_rbe IbIbIcRCRBUo_RL基本放大电路基本放大电路-27-9.2.3 9.2.3 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻ri =RB / rbe 对基本放大电对基本放大电放大电路放大电路放大电路的输入电阻定义为：放大电路的输入电阻定义为：=Iir

16、iUiriUi_rbe IbIbIcRCRBUo_RLIi输入电阻输入电阻ii图图 9.2-4 输入电阻与输出电阻输入电阻与输出电阻放大电路放大电路ioriRLRSUSUiroUOCUo基本放大电路基本放大电路-28-输出电阻输出电阻 对负载而言对负载而言, ,放大电路的放大电路的输出端相当于一个具有內阻的输出端相当于一个具有內阻的信号源，信号源的內阻就是放信号源，信号源的內阻就是放大电路的输出电阻。大电路的输出电阻。 ro=RCrorbe IbIbIcRCRBUo_RLUS_IiRS计算输出电阻时信号源一计算输出电阻时信号源一定要短路，但保留内阻。定要短路，但保留内阻。ii放大电路放大电路i

17、oriRLRSUSUiroUOCUo基本放大电路基本放大电路-29-输出电阻的另一定义输出电阻的另一定义令令 U Us s=0, =0, 输出端加一测试电压输出端加一测试电压U Ut t, , 相应的电流为相应的电流为 I It t , , 则则 ro=Ut / ItIi放大电路放大电路ItriRSUSUiroUOCUt基本放大电路基本放大电路-30-基本放大电路基本放大电路= （RC/RL）rberi =RB / rbe Auro=Rcuo o与与ui i 反相（相反相（相位相差位相差180180o o) )基本放大电路基本放大电路-31-9.2.4 频率响应频率响应频率响应频率响应: :

18、放大倍数放大倍数Au与频率的函数关系与频率的函数关系 一般一般Au是频率的复函数是频率的复函数幅频特性幅频特性: : 放大倍数的幅值与频率的关系放大倍数的幅值与频率的关系相频特性相频特性: : 放大倍数的相位与频率的关系放大倍数的相位与频率的关系相位：输出电压相对于输入电压的相位差相位：输出电压相对于输入电压的相位差 基本放大电路基本放大电路-32-中频段中频段 (1)外部电容外部电容(耦合、旁路耦合、旁路)数值很大，容抗很小，对数值很大，容抗很小，对交流信号视作短路，交流信号视作短路，(2)结电容和布线杂散电容数值很小，容抗很大结电容和布线杂散电容数值很小，容抗很大, 对对交流信号视为开路。

19、交流信号视为开路。 |Au（f）|fo|Aum|fLfHfBW|Aum|2f27001800900（a）幅频特性（b）相频特性12cXfC基本放大电路基本放大电路-33-低频段：低频段： f,f,外部电容阻抗外部电容阻抗, , 对交流不再视作短路，对交流不再视作短路，A Au u 。高频段：高频段： f, f, 杂散电容阻抗杂散电容阻抗, ,对交流不再视作断路，对交流不再视作断路，A Au u HW9-1: 9.1(b),(d); 9.3; 9.412cXfC基本放大电路基本放大电路-34-1. 静态工作点的漂移静态工作点的漂移ICUCE0UCCUCCRCQ1IB = 40AIB = 60AI

20、B = 80AIB = 20AIB = 80AIB = 60AIB = 40AIB = 20AQ2Q1为为2525C C时时的静态工作点的静态工作点Q2为为6565C C时时的静态工作点的静态工作点温度升高时，静态工作点将沿直流负载线上移。温度升高时，静态工作点将沿直流负载线上移。基本放大电路基本放大电路-35-iCRB2+ui+RLRCiBTC2C1+RB1CERE+UCC稳定静态工作点的物理过程稳定静态工作点的物理过程：温度升高温度升高ICIEUE（= VB UE）IBICUBEI1IBVB恒定恒定I1 =（510）IB ，VB=35V（硅管）（硅管）I1 =（1020）IB ，VB=13

21、V （锗管）（锗管）+RB2RCICIBTRB1RE+UCCVBIE+_UEUBE_I1基本放大电路基本放大电路-36-静态工作点的估算静态工作点的估算VB UCCRB1 + RB2RB2VB UBEIC IE = REUCE = UCCRC IC IE REIB = ICRB2+ui+RLRCicibTC2C1+RB1CERE+UCCRB2RCICIBRB1RE+UCCVBIEUBE+_+_UCE基本放大电路基本放大电路-37-UCE = UCC IC RC RE IE 12（2+2) 1.65 = 5.4V 例例 用估算法计用估算法计算图示电路的静态算图示电路的静态工作点工作点(=37.5

22、).(=37.5).20+10RB1 +RB2VB = UCC= 12 = 4VRB210解：静态工作点为：解：静态工作点为：IC IE = = = 1.65mA REVB UBE24 0.7IB = = =0.044mA1.6537. 5ICB10K12V2K20K10K2KRB2+ui+RLRCicibTC2C1+RB1CERE+UCC基本放大电路基本放大电路-38-例例 已知已知 UCC = 20V，rb=300RC =5.1k，RL = 5.1k, = 80 (1) (1) 放大电路的电压放大倍数放大电路的电压放大倍数A Au u , , 输入电阻输入电阻ri和输出电阻和输出电阻ro

23、(2) (2)如果如果无旁路电容无旁路电容CE，求电压放大倍数，求电压放大倍数Au , , 输入电阻输入电阻ri和输出电阻和输出电阻ro 解：晶体管的静态基极电位为解：晶体管的静态基极电位为VB = UCC = 20 = 4.62VRB2 30RB1 + RB2 100 + 30 设静态时晶体管设静态时晶体管U UBEBE为为0.7V(0.7V(硅管硅管) )，则发射极电流为，则发射极电流为IE = = = 1.96mA VB UBE 4.620.7 RE 2+RB2ui+RLRCicibTC2C1+RB1CERE+UCC30K 100k2KB试求试求: :uo基本放大电路基本放大电路-39-

24、rbe = 300 +（1+） = 300 + （1+80） = 1.37kIE26261.96Au = = = 148.9 RLrbe80（5.1/5.1）1.37ri = RB1 / RB2 / rbe = 100 / 30 / 1.37 = 1.29krO = RC = 5.1krbe IbIbIcRCRB2RLUo_Ui_RB1bec若令若令RB=RB1/RB2, 则计算公式则计算公式与基本放大电路完全相同与基本放大电路完全相同RB2ui+RLRCicibTC2C1+RB1CERE+UCC 30K 100k2KB基本放大电路基本放大电路-40-（2 2）如果无旁路电容）如果无旁路电容C

25、E，求电压放大倍数，求电压放大倍数Au , 输入电输入电 阻阻ri和输出电阻和输出电阻ro 解：因为静态工作点无变化，所以解：因为静态工作点无变化，所以 rbe = 1.37k。Au = = = = 1.25（ RC / RL）rbe +（1+） RE 80（5.1/5.1）1.37+（1+80）2Ui.UO.rbe IbIbIcRCRB2RLUo_Ui_RB1becRE基本放大电路基本放大电路-41-由图可得：ri = = rbe + （1+）RE.Ui.Ib= 1.37 + （1 + 80）2 = 163.37k输入电阻ri = RB1 / RB2 / ri = 100 / 30 /163

26、.37 = 20.22k rbe IbIbIcRCRB2RLUo_Ui_RB1becREriri输出电阻ro = RC = 5.1krO基本放大电路基本放大电路-42-UCC = RBIB + UBE + RE(1+）IBIB = UCC UBERB +（1+）REIE = （1+）IBUCE = UCCRE IE9.4 9.4 射极输出器射极输出器uS+RLiCiBTC2C1+RBRE+UCCRS+uO基本放大电路基本放大电路-43-射极输出器射极输出器动态分析动态分析交流通路交流通路RSuS+RLiCiBTC2C1+RBRE+UCC+uOcRS+uSRBRERL+uObe基本放大电路基本放

27、大电路-44-微变等效图的另一种画法微变等效图的另一种画法微变等效电路图微变等效电路图Ib .Ii .US .RSRERLeb c Ie .rbe.Ib RB+Uo .cRS+uSRBRERL+uObe基本放大电路基本放大电路-45-电压放大倍数电压放大倍数= （1+）RLrbe +（1+）RLri = = = rbe +（1+）RLIb.UirbeIb +（1+）IbRL.Ib.UO.AU = = .Ui（1+）RLIbrbe Ib + （1+）RLIb.RL=RE/ RL输入电阻输入电阻Ui.ri = = RB/ri = RB /rbe +（1+）RLIiUi.0, 输入输出同相位输入输出

28、同相位基本放大电路基本放大电路-49-例例 在射极输出器中在射极输出器中 已知已知 UCC = 12V， RB = 240k， RE = 3k， RL = 6k， RS = 150， = 50 。 试求（1）静态工作点；（2）Au、ri 和 rO 。RSuS+RLiCiBTC2C1+RBRE+UCC+uO基本放大电路基本放大电路-50-（1）静态工作点）静态工作点IB = = = 0.029mAUCC UBE 120.7RB +（1+）RE 240 +（1+50）3IE =（1+）IB = （1 + 50）0.029 = 1.48mAUCE = UCCREIE = 1231.48 = 7.56

29、VRSuS+RLiCiBTC2C1+RBRE+UCC+uO基本放大电路基本放大电路-51-（2 2）Au、ri 和和 rorbe = 300+ （1+） IE26Au = = = 0.99（1+）RL（1+）RLRbe+（1+50）（）（3/6）1.20+（1+50）（）（3/6）ri = RB / rbe+ （1+）RL = 240 / 1.2+ （1+50）（2/6） = 72.17krO = = 26.47rbe + RS1+1200 + 1501+50= 1.20k= 300+（1+50） 261.48HW9-2:9.59.9Ui.Ib .Ii .US .RSRERLeb c Ie .

30、rbe.Ib RB+Uo .riri.Ui基本放大电路基本放大电路-52-基本放大电路基本放大电路-53-只适合于耗尽型只适合于耗尽型场效应管场效应管 UGS =VG-VS = 0RSID 0自给式偏置电路自给式偏置电路确定确定 UGS，ID， UDS 三个方程三个方程 ( IB, IC UCE)uORGRSDC2C1CSuiID+GSRD+UDD基本放大电路基本放大电路-54-自给式偏置电路自给式偏置电路( (耗尽型管耗尽型管) )静态分析静态分析 UGS = RSID联立求之得联立求之得: UGS, ID2()()1GSDDSSGSGS offGS offUIIUUU-转移特性转移特性UG

31、SIDUGS(off)0IDSSUDS=UDD-ID(RD+RS)基本放大电路基本放大电路-55- UGS = UDDRSIDRG1 + RG2RG2UGS 可正可负，适合于耗尽型、增强型场效应管可正可负，适合于耗尽型、增强型场效应管分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路uORGRSDC2C1CSuiID+GSRDRG1RG2+UDD0GI 1I21II GV 基本放大电路基本放大电路-56-增强型场效应管放大电路的增强型场效应管放大电路的静态分析静态分析20( )( )1GSDDGSGS thGS thUIIUUU-转移特性转移特性 UGS = UDDRSIDRG1 + RG2RG2联立求之得

32、联立求之得: UGS, IDIDUGSUGS(th)2UGS(th)ID0UDS=UDD-ID(RD+RS)基本放大电路基本放大电路-57-场效应管等效模型（a）实际）实际MOS管管（b）MOS管简化的小信号模型管简化的小信号模型iDDGSugSudSgmugSDSugSG基本放大电路基本放大电路-58-动态参数计算动态参数计算输入电阻输入电阻 ri = RG + （RG1/RG2）输出电阻输出电阻 令令 Ugs=0 则则 ID = 0， rO =RD.电压放大倍数电压放大倍数 Au = = = gm（RD/RL）.Ui.UOgm（RD/RL） UgsUgsRGRLRDSIDDGUiRG2Ug

33、SUoRG1gmUgSuORGRSDC2C1CSuiID+GSRDRG1RG2+UDD基本放大电路基本放大电路-59-基本放大电路基本放大电路-60-Au1Au2ui1uo2uo1ui2 当电压放大倍数不够或阻抗不匹配时，采用多级当电压放大倍数不够或阻抗不匹配时，采用多级放大。集成电路中电容不便制造，故采用直接耦合。放大。集成电路中电容不便制造，故采用直接耦合。 基本交流放大电路由于有隔直电容，因此，只能放基本交流放大电路由于有隔直电容，因此，只能放大交流信号，而采用直接耦合的多级放大电路对交流大交流信号，而采用直接耦合的多级放大电路对交流信号和直流信号均可放大。信号和直流信号均可放大。基本放大电路基本放大电路-61-Au1Au2ui1uo2uo1ui2u1o1i1/.AUUu2o2i2o2o1/.AUUUUo1o22uu1u21i1o1. .OiUUUAAAUUUuu1u2un. .AAAAL基本放大电路基本放大电路-62-RRB1C1uiuoTT12UCE1+UCCE2RRC2+(1) 前、后级静态工作点的相互影响前、后级静态工作点的相互影响 如果用分离元件，两级可用电容耦合，如果用分离元件，两级可用电容耦合，以克服工作点的相互影响。以克服工作点的相互影响。基本放大电路基本放大电路-63-存在明显的零点漂移存在明显的零点漂移tu0o出现零点漂移的原因：出现零点漂移