第6章 基本放大电路课件

1、放大的概念u放大的对象：变化量放大的对象：变化量u放大的本质：能量的控制放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真放大的基本要求：不失真放大的前提放大的前提判断电路能否放判断电路能否放大的基本出发点大的基本出发点VCC至少一路直流至少一路直流电源供电电源供电回忆：三极管工作的外部条件回忆：三极管工作的外部条件n三极管的发射结加上正向的电压，即使三极管的发射结加上正向的电压，即使发射结正偏，即发射结正偏，即Ube大于等于大于等于Uon(Ube为基极与发射极的电压为基极与发射极的电压)n三极管的集电结加反向的电压，使集电三极管的集电结加反向的电压，使集

2、电结反向偏置即结反向偏置即Uce大于等于大于等于Ube（ Uce 集电极与发射极之间的电压）集电极与发射极之间的电压）6.1.1 放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号。RsRBus+ui+UBBRL+uo+UCCRCC1C2V+（1）晶体管V。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。（2）电源UCC和UBB。使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。（3）偏置电阻RB。用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。（4）集电极负载电阻RC。将集电极电流iC的变化转

3、换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。（5）电容Cl、C2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。所以电容所以电容C具有隔直通交的作用具有隔直通交的作用 CfXC21XC直流：直流： XC ，电容，电容C视为视为开路开路交流：交流：f所以电感所以电感L具有通直阻交的作用具有通直阻交的作用f = 0, XL =0，电感，电感L视为视为短路短路fLXL2 fXL6.1.2 6.1.2 共射基本放大电路的习惯画法和共射基本放大电路的习惯画法和电

4、流、电压正方向的规定电流、电压正方向的规定图6-2CCV 对于图6-1所示电路，在实际应用中，为了简化电路，一般选取 ，如图6-2a所示。此外，在画图时，往往省略电源符号，只标出电源电压的端点 。这样就得到了图6-2b的习惯画法。CCBBVVCCV图6-3 1 1直流通路及画直流通路及画法法 直流通路是在直流直流通路是在直流电源作用下直流电流流电源作用下直流电流流经的通路，是放大电路经的通路，是放大电路中直流成分流过的路径。中直流成分流过的路径。画直流通路时，将电容画直流通路时，将电容视为开路，电感线圈视视为开路，电感线圈视为短路（即忽略线圈电为短路（即忽略线圈电阻），信号源视为短路，阻），信

5、号源视为短路，但应保留其内阻。根据但应保留其内阻。根据上述原则，图上述原则，图6-3a6-3a电路电路的直流通路如图的直流通路如图6-3b6-3b所所示。示。6.1.3 2 2交流通路及画法交流通路及画法 交流通路则是在输入交流通路则是在输入信号作用下交流信号流经信号作用下交流信号流经的通路，是交流成分流过的通路，是交流成分流过的路径。画交流通路时，的路径。画交流通路时，将容量大的电容（如耦合将容量大的电容（如耦合电容）视为短路，无内阻电容）视为短路，无内阻的直流电源视为短路，其的直流电源视为短路，其他不变。则图他不变。则图6-3a6-3a的交流的交流通路如图通路如图6-46-4所示。所示。图

6、6-4 6.1.4 6.1.4 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 为了衡量一个放大电路的性能，可采用若干技术指标为了衡量一个放大电路的性能，可采用若干技术指标来表示。常用的有放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、频率响来表示。常用的有放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、频率响应、带宽以及非线性失真等。应、带宽以及非线性失真等。 放大电路的分析方法主要包括两部分：放大电路的分析方法主要包括两部分：1 1、静态分析、静态分析 （直流分析）（直流分析） 主要是求基极电流、集电极电流和集电极与主要是求基极电流、集电极电流和集电极与发射极之间的电压发射极之间的电压2 2、动态分析（交流分析）、动态分析（交

7、流分析） 求出电压放大倍数、输入电阻和输出电阻求出电压放大倍数、输入电阻和输出电阻6.2.1 是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQBBEQCCBQRUUIBQCQIICCQCCCEQRIUU估算法估算法：耦合电容可视为开路。图解步骤：（1）用估算法求出基极电流IBQ（如40A）。（2）根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。（3）作直流负载线。根据集电极电流IC与集、射间电压UCE的

8、关系式UCE=UCCICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为UCC/RC，在横轴上的截距为UCC，其斜率为1/ RC ，只与集电极负载电阻RC有关，称为直流负载线。（4）求静态工作点Q，并确定UCEQ、ICQ的值。晶体管的ICQ和UCEQ既要满足IB=40A的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ和UCEQ。6.2.2 图解法图解法IB=00UCE/V20A40A60A80AIC/mAQICQUCEQUCCRCUCCIB=40A的输出特性曲线由UCE=UCCICRC所决定的直流负载线两者的交点Q就

9、是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为ICQ6.3 是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。RsRBus+uiRL+uoVRCibic：（ui单独作用下的电路）。由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源UCC去掉（短接）。6.3.1 动态工作情况动态工作情况 当放大电路输入信号后，电路中各处电压、电流便处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。 6.3.2 图解法分析动态特

10、性图解法分析动态特性 1交流负载线的作法1）在输出特性曲线上先画出直流负载线，找到Q点，Q点对应的电流、电压值分别为ICQ、CEQ 。2）求出交流负载，过Q点作一斜率为 的直线。由于 所以 ，故一般情况下交流负载线比直流负载线陡，如图6-7所示。L1/ RLcL/RRR LcRR 图6-7LR图解法图解法 2波形的画法 设输入交流信号电压为 V，则基极电流为在IBQ 上叠加进 ib，即iB=IBQ+ib ，如电路使 ，则iimsinuUtb20 sinAitB(4020sin)Ait图6-9 从 图6-9可看出，基极、集电极电流和电压的交流成分保持一定的相位关系。ic、ib和ube三者相位相同

11、、uce与它们相位相反，即输出电压与输入电压相位是相反的，即相位差为180，这种现象称为“反相”或“倒相”。倒相是共射放大电路的一个重要特征。 a) 截止失真 0 uCE iC Q ICQ iC t 0 t Q Q UCEQ 0 uCE b) 饱和失真 0 uCE iC Q ICQ iC t 0 t Q Q uCE UCEQ 0 微变等效电路法微变等效电路法把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶

12、体管的特性曲线。（1）基本思路（2）晶体管微变等效电路 晶体管的等效电路晶体管的等效电路 晶体管的输入回路用一个等效电阻 来代替，称为晶体管的输入电阻。b eb beE Q2 6m V13 0 01m ArrrIber+ube+uceicibCBErbe+uceicibCBE+ubeib (a) 三极管 (b) 三极管的微变等效电路)mA(mV)(26)1 (300EQbeIr0UCEICIBICQbcii 晶体管输出回路是一个等效受控电流源 ，其大小和方向均受基极电流 的控制，因此，输出回路可以看成受控电流源电路 。 bibicbiirbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +s

13、U （3）放大电路微变等效电路RsRBus+uiRL+uoVRCibicrbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU 电压放大倍数beLbbebLbbecLorRIrIRIrIRUUAiu式中RL=RC/RL。当RL=（开路）时beLrRAu输入电阻beB/rRIURiii rbe + oU cI bI C B E + iU bI RC RL Rb Rs + sU iI Ri输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在上式中

14、由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。输出电阻rbe+UcIbICBEbIRCRBRsICoRIURRo的计算方法是：信号源sU短路，断开负载 RL，在输出端加电压U，求出由U产生的电流I，则输出电阻 Ro为：对于负载而言，放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+解：先求静态工作点解：先求静态工作点40A30012BCCBBEQCCBQRURUUIAmA20

15、4. 050BQCQ IIV63212CCQCCCEQRIUU再求三极管的动态输入电阻963)mA(2mV)(26)501 (300)mA(mV)(26)1 (300EQbeIr963. 0kRC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQ6.4 温度对工作点的影响温度对工作点的影响温度升高UBE减小ICBO增大增大IC增大工作点稳定的放大电路工作点稳定的放大电路Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+UCCRCVRB1RB2REUBI1I2ICQIBQUE+UCEQ+ UBEQ ：I2IB，则CCB2B1B2BURRRU与温度基本无关。温度 tICIEUE(=

16、IE RE)UBE(=UBIE RE)IB IC调节过程：（1）静态分析)(CQBQEBEQBEQCCB2B1B2BECCQCCCEQCQRRIUUIIRUUIIURRRU（2）动态分析CbeBBiuRRrRRRrRAo21beL/（2）求电压放大倍数681 . 1333350k1 . 1110065. 126)501 (30026)1 (300beLEQberRAIru（3）求输入电阻和输出电阻k3k994. 01 . 1/10/20/obeB2B1CiRRrRRR1分压式偏置电路的组成分压式偏置电路的组成 6.4.2 分压式偏置电路分压式偏置电路图6-13 分压式偏置电路及其直流通路 图6

17、-13a中， 为下偏置电阻， 为上偏置电阻； 为发射极电阻； 为射极旁路电容，它的作用是提供交流通路，减小信号放大过程中的耗损，使电路的交流信号放大能力不因 存在而降低。 b1Rb2ReReReC2 2分压式偏置电路静态工作点稳定原理分压式偏置电路静态工作点稳定原理 3静态工作点的估算 由图6-13b可以得到如下估算公式例：例：图示电路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+解：解：（1）用估算法计算静态

18、工作点V75. 3)23(65. 112)(A33mA5065. 1mA65. 127 . 04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2BRRIUUIIRUUIIURRRUCQ 根据输入回路和输出回路公共端的不同，放大电路有三种基本组态。除了前面介绍过的共发射极电路外，还有共集电极电路和共基极电路两种。6.5 其他组态简介及比较其他组态简介及比较6.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路 1电路的组成：它是由基极输入信号，从发射极输出信号，由于是从发射极输出信号，也称射极输出器。 图6-15 2工作原理：它是由基极输入信号，从发射极输出信号，由于是从发射极

19、输出信号，也称射极输出器。 电源 给晶体管VT的集电结提供反偏电压，又通过基极偏置电阻 给发射结提供正偏电压，使晶体管VT工作在放大区。输入信号电压 通过耦合电容 加到晶体管VT的基极，经过晶体管的放大，输出信号电压 从发射极通过输出耦合电容送到负载 上。 CCVbRiu1Cou2CLR 3共集放大电路具有如下特点：共集放大电路具有如下特点： （1）电压放大倍数小于1，而近于1，没有电压放大作用，但有电流放大和功率放大作用。 （2）输出电压与输入电压同相。 （3）高输入电阻，低输出电阻。可减小放大电路对信号 源（或前级）所取的信号电流，可减小负载变动对放大倍数的影响。 由于共集放大电路具有的这

20、些特点，所以它在半导体电路中的应用极为广泛，可用来作为多级放大电路中的高输入电阻的输入级、低输出电阻的输出级和中间隔离级。6.5.2 共基放大电路共基放大电路 信号从发射极输入，从集电极输出，基极是输入、输出回路 的公共端，因而是共基电路。 共基电路的特点是：输入电阻低，输出电阻同共射放大电路一样；输出电压与输入电压同相，电压放大倍数与共射放大电路一样。共基电路的输入电流大于输出电流，没有电流放大作用。图6-176.5.3 放大电路三种基本接法的比较放大电路三种基本接法的比较 晶体管单管放大电路的三种基本接法的特点归纳如下：晶体管单管放大电路的三种基本接法的特点归纳如下： 1共射电路既能放大电

21、流又能放大电压，输入电阻在共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在三种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄。常作为低频三种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄。常作为低频电压放大电路的单元电路。电压放大电路的单元电路。 2共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点，常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率的特点，常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出形式。放大电路中也常采用射极输出形式。 3共基放大电路只能放大电

22、压不能放大电流，输入电共基放大电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当，频率特阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当，频率特性是三种接法中最好的电路，常用于宽频带放大电路。性是三种接法中最好的电路，常用于宽频带放大电路。 6.6 多级放大电路多级放大电路6.6.1 多级放大电路的组成及级间耦合方式多级放大电路的组成及级间耦合方式1多级放大电路的组成框图 图6-18 2级间的耦合方式 组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接，称为级间耦合。多级放大电路有四种常见的耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。 （1）阻容耦合方

23、式 阻容耦合(图6-19)的特点：前、后级之间是通过电容相连的，各级的直流电路互不相通，每一级的静态工作点各自独立、互不影响，这样就给电路的设计、调试和维修带来很大的方便。图6-19 （2）直接耦合方式 直接耦合的特点：各级的静态工作点不独立，相互影响，需要合理地安排各级的直流电位，使它们之间能正确配合。由于电路中没有大容量电容，所以易于将全部电路集成在一块芯片上，构成集成放大电路。 6.6.2 多级阻容耦合放大电路的指标计算多级阻容耦合放大电路的指标计算 分析多极放大电路时，必须考虑前、后级之间的相互影响。 ii1b1be1/RRRroo2c2RRR123uuuuunAAAAA （1）输入电

24、阻 多级放大电路的输入电阻 就是第一级放大电路的输入电阻。 iR （2）输出电阻 多级放大电路的输出电阻 就是末级放大电路的输出电阻。 oR （3） 电压放大倍数 多级放大电路的电压放大倍数 等于各级电压放大倍数的乘积。uA图6-21+uiRC1V1RB1+uo+UCCRC2V2RE2+uo1优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。缺点：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。6.9.1抑制零漂的方法有多种，如采用温

25、度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。最有效且广泛采用的方法是输入级采用差动放大电路。RCRCREUEE+UCCV1V2+ui1+ uo +ui2+uo1+uo2：是为了提高整个电路以及单管放大电路对共模信号的抑制能力。：是为了补偿RE上的直流压降，使发射极基本保持零电位。RCRC+UCCV1V2+ uo (a) 具有恒流源的差动放大电路ui2ui1V3R1R2REUEERCRC+UCCV1V2+ uo ui2ui1UEE(b) 图(a)的简化电路I恒流源比发射极电阻RE对共模信号具有更强的抑制作用。 由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零

26、点漂移现象的主要原因，因而也称零点漂移产生零点漂移现象的主要原因，因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂。为温度漂移，简称温漂。二、抑制温度漂移的方法二、抑制温度漂移的方法在电路中引入直流负反馈。在电路中引入直流负反馈。采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化。变化。1. 采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成差分放大电路。差分放大电路。6.9.2差分放大电路差分放大电路一、电路的组成一、电路的组成大小相等极性相同的输入信号大小相等极性相同的输入信号称为称为共模信号共模信号。大小相等极性

27、相反的输入信号称为大小相等极性相反的输入信号称为差模信号差模信号。为了简化电路，便于调节为了简化电路，便于调节Q点，也为了使电源与信号点，也为了使电源与信号源共地，电路改进如图所示的典型差分放大电路。源共地，电路改进如图所示的典型差分放大电路。差分放大电路也称差动放大电路。差分放大电路也称差动放大电路。二、二、 长尾式差动放大电路长尾式差动放大电路1电路组成及静态分析 图6-39 静态时，差动放大电路具有零输入、零输出的特点。 2差模信号、共模信号及其放大倍数差模信号、共模信号及其放大倍数 （1）差模信号和差模电压放大倍数 设差动放大电路两输入端分别作用一对大小相等，极性相反的信号电压，即 ，

28、则称它们为一对差模信号，用下标d 表示，则 id1id2id2uuu dodiduAuu差模电压放大倍数 duA （2）共模信号及共模电压放大倍数 设差动放大电路两输入端分别作用一对大小相等，极性相同的信号，即 则称它们为一对共模信号，用下标c表示。icic1ic2uuucocicuAuu 输入共模信号时电路的电压放大倍数称为共模电压放大倍数，用cuAi1i2uu i1i2uu3差模输入信号的动态分析差模输入信号的动态分析双端输出差动电路如图6-41所示 图6-41所示4共模输入信号的动态分析 cocic0uAuuCMRK共模抑制比 CMRdcuuKAACMRdc20lgdBuuKAA分贝表示

29、为 越大，差动放大电路的抑制能力越强。在理想情况下双输出共模抑制比趋近于无穷大。 CMRK图6-42 共模交流通路5 具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路 图6-44 具有恒流源的差动放大电路 具有恒流源的差动放大器电路的共模抑制比可达60120dB，所以在模拟集成电路中这种电路得到普遍的应用。 6. 具有调零电路的差动放大电路具有调零电路的差动放大电路 图6-45 差动放大电路调零电路 6-45 （a）在发射极增加电位器RP，6-45（b）在集电极至电源间接入电位器RP，它们均是利用电位器RP的不对称分配来补偿电路参数的不对称。 6.9.3 集成运放大的电路框图与主要参数集成运放

30、大的电路框图与主要参数1集成运放的内部电路框图 集成运放的发展速度极快，内部电路结构复杂，并有多种形式。集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。图6-46为集成运放内部原理框图。 图6-46 集成运放原理框图2集成运放的外形及符号集成运放的外形及符号 目前国产集成运放已有多种型号，封装外形主要采用圆壳式和双列直插式两种。集成运放的电路符号如图6-47所示 。 它有两个输入端（一个反相输入端和一个同相输入端，分别用“-” “+”表示）和一个输出端，输出电压 与反相输入端输入电压 的相位相反，而与同相输入端输入电压 的相位相同，三者满足下列关系式：图6-47 集成运放的电路符号ouu

31、uoo()uuAuuouA为集成运放开环放大倍数。3集成运放的主要参数集成运放的主要参数 （1）开环差模电压放大倍数（2）开环差模输入电阻 （3）开环差模输出电阻 （4）共模抑制比 （5）最大差模和共模输入电压 （6）输入失调电压 以及其温漂 （7）输入失调电流 及其温漂 （8）输入偏置电流 （9）最大输出电压 （10）转换速率 odAidRodRCMRKidmaxicmaxUU、IOUIOddUTIOIIOddITIBIomURS6.9.4 集成运放的应用基础集成运放的应用基础1理想运放的性能指标理想运放的性能指标 集成理想运放的理想化参数是：开环差模电压增益 ，差模输入电阻 ，输出电阻 ，

32、共模抑制比 ，频带宽度 ，失调电压 、失调电流 和它们的温漂 、 均为零，且无任何内部噪音。odA idR od0RCMRK BWf 2理想运放线性应用条件理想运放线性应用条件 集成运放具有线性和非线性两种工作状态，把集成运放接成负反馈电路是集成运放线性应用的必要条件。把运算放大器看成理想运算放大器，集成运放线性应用时有以下两个特性，即：（1）虚短 （2）虚断 3集成运放非线性应用条件集成运放非线性应用条件 理想运放工作在非线性区的两个特点是：（1）输出电压 只有两种可能的情况，分别为 。当 ；当 。（2）由于理想运放的差模输入电阻无穷大，故净输入电流为零，即 。 IOUIOddUTIOIIO

33、ddITomUouoomuuuU 时，oomuuuU 时，0ii6.9.5 集成运放在信号运算方面的应用集成运放在信号运算方面的应用1反相比例运算放大电路 图6-48 反相比例运算放大电路放大电路的输入电阻为 iii1RuiR放大电路的输出电阻为 o0R 闭环电压放大倍数为foff1uAuuRR 2同相比例运算电路 图6-49 同相比例运算电路foif11uAuuRRfuA为正值 f0R 1R当取 ， ，称此电路为电压跟随器，其电路如图6-50所示。 图6-50 电压跟随器电路3差动比例运算电路差动比例运算电路 图6-52 差动比例运算电路oi2i1f1uuuRRoui 2i1uu可见其输出电压 与两个输入电压的差值 成正比，因此称为差动比例运算电路或减法运算电路。4反相求和（加法）运算反相求和（加法）运算ffoi1i 212RRuuuRR 图6-53 反相求和电路 6.9.7 集成运放的使用常识与应用实例集成运放的使用常