第十五章基本放大电路

1、第十五章 基本放大电路半导体三极管具有放大作用，利用这种电流放大作用，可以组成各种类型的放大电路。15.1基本放大电路的组成晶体管 T： 放大电路中的放大元件，整个电路的核心。当es变化时，iB变化，利用其电流放大作用，iC有较大变化，iC受输入信号的控制。集电极电源EC：不仅为输出信号提供能量，保证集电结反向偏置，使晶体管起到放大作用。是放大电路的能源（放大电路把微弱电信号放大成较强的信号，能量的来源不是信号源和三极管本身，而是EC。即输入信号通过三极管的控制作用去控制电源EC所供给的能量，在输出端得到一个能量较大的信号。集电极负载电阻RC：将集电极电流的变化转变成电压的变化，以实现电压放大

2、。基极电源EB和基极电阻RB：保证发射结正向偏置，并提供合适的基极电流IB，使放大电路获得合适的静态工作点。耦合电容C1和C2：隔断直流，耦合交流的作用。使交流信号能顺利地通过放大电路进行放大。同时隔断直流，使EC产生的直流电流不能流入信号源和负载电阻。负载电阻RL：放大电路输出端所接负载，经过放大的电压或电流就是供它使用的。原图需两个直流电源，使用时不方便，改为基极、集电极共用EC。与以往交流电路相比，有以下特点：1必须设置合适的静态工作点静态工作点指无信号输入时，放大电路各处的电压、电流值IB，IC，UBE，UCE，在输入输出特性曲线上对应一点，叫静态工作点，静态工作点的设置对放大电路有很

3、大影响。如不设静态工作点，使IB=0，则ui正半周，e结导通，ui负半周，e结截止，放大电路无输出，iB=0，iC=0，输出信号不能再现输入信号的波形，造成放大电路的失真，所以必须在无信号时，就有一个直流IB，IB与信号电流叠加，使iB>0，。或说，UBE与ui叠加，使uBE>死区电压。*在交流放大电路中既有直流分量又有交流分量，是一个交直流共存电路。2三极管放大电路是非线性电路由于三极管是一个非线性元件，所以放大电路实质上是一个非线性电路。因此不能直接用交流线性电路的概念来分析交流放大电路。分析方法：静态分析：ui=0，确定IB，IC，UBE，UCE动态分析：ui0，确定Au，r

4、i，ro15.2 放大电路的静态分析一、直流通路法C1、C2视作开路 二、图解法未知时，用图解法当时，；当时，直流负载线与输出特性曲线的交点Q称为静态工作点。从图上可求出Q点所对应的IB，IC，UCE。 改变RB可以改变IB，从而改变Q点以满足对三极管工作状态的要求。RB偏置电阻 IB-偏置电流15.3 放大电路的动态分析一、微变等效电路法所谓微变等效电路，就是把非线性元件晶体管线性化，将放大电路等效成一个线性电路。1晶体管的微变等效电路rbe称为晶体管的输入电阻，它表示晶体管的输入特性。在小信号的情况下， rbe是一常数，由它确定ube和ib之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用rbe等效代

5、替。常用下式估算晶体管的输出特性曲线是一组曲线，在线性区是近似等距离的平行直线。当UCE=常数时，IC与I B之比即为晶体管的电流放大系数。在小信号的条件下，为常数。因此，晶体管的输出电路可用一个等效恒流源iC= iB代替，以表示晶体管的电流控制作用。另外，输出特性曲线不与横轴完全平行，当IB=常数时，UCE与I C之比称为晶体管的输出电阻。看作受控电流源的内阻，其阻值很高，可忽略不计。2放大电路的微变等效电路放大电路的交流通路：放大电路的微变等效电路3. 电压放大倍数的计算设输入的是正弦信号，则电流、电压都可以用相量表示。 为放大电路的等效交流负载。放大电路的电压放大倍数：4放大电路输入电阻

6、的计算放大电路的输入端总是与信号源(或前级放大电路)相联的，其输出端总是与负载(或后级放大器)相联的。因此，放大电路与信号源及负载之间都是相互影响的。放大电路对于信号源来说，是一个负载，可以用一个电阻等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻ri ，即 *希望放大电路的输入电阻大一些。因为如果 ri 较小，将从信号源取用较大电流；与信号源内阻分压使Ui减小；后级放大电路的输入电阻为前级的负载电阻，ri 较小，会使前级电压放大倍数下降。5. 放大电路输出电阻的计算放大电路对于负载来说，是一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻ro。将负载电阻去掉，利用计算电源等效内阻的方法可

7、知，输出电阻 ro为：*希望放大电路的输出电阻小一些。因为放大电路对负载或对后级放大电路来说，是一个信号源，输出电阻相当于信号源的内阻，若输出电阻较大，当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。二、图解法放大电路加上输入信号ui后，利用图解法可出各支路电压和电流随ui而变化的波形，从而求出输出电压值和电压放大倍数。非线性失真15.4 静态工作点的稳定为了保证有较好的放大效果，且不引起非线性失真，放大电路应有稳定的静态工作点。 一、温度对静态工作点的影响静态工作点不稳定的主要原因是受温度的影响常称之为温度漂移 温度变化影响、UBE和ICBO，前二者对硅管影响大，后者对锗管

8、影响大。上述各参数的变化都会引起集电极电流IC的变化(参数增大，IC增加；反之则减小)。为了抑制这种变化，一般采用偏置电路控制的手段因为偏流IB是控制集电极电流IC变化的，也就是：当IC增大时，IB要自动减小以牵制IC增大的效果。这在前面介绍的基本放大电路中是不能实现的，因为其IB是不随温度而变的，称为固定偏置电路。T增大，Q点上移；常用的稳定静态工作点的偏置电路是-分压式偏置电路二、分压偏置放大电路1电路图中RB1和RB2构成偏置电路 为发射结提供偏压2稳定Q点的条件和过程由直流通路和KCL得 I1=I2+IB设I2>>IB 可认为VB与晶体管的参数无关，不受T影响，仅为RB1和

9、RB2的分压电路所固定。在电路中引入发射极电阻后，可得 设 VB>>UBE 同样可以认为IC不受温度影响。可见，当满足条件：I2>>IB 和VB>>UBE，电路的静态工作点得以基本稳定。一般取： IB =（5-10）IB VB=（5-10）VBE稳定静态工作点的物理过程TICVE=IEREUBE = VB- VEIBIC这一物理过程的实质是一种负反馈，RE愈大稳定性愈好，但太大将使VE增高。为使 RE 不影响交流分量的放大，而引入发射极旁路电容CE3静态分析4动态分析不加CE 为放大电路的等效交流负载。放大电路的电压放大倍数 *加上RE使Au下降 *加上RE

10、使ri增大，有利 *加上RE，ro基本不变加上CE ，令RE=0，得 有时把RE分成RE1和RE2两部分，RE2被CE短路，用RE1代替RE。兼顾Au和ri的需要。15.5 放大电路的频率特性（略）15.6 射极输出器（共集电极放大电路，电压跟随器）输入信号加在基极和地之间，输出信号从发射极和地之间取出。因为电源UCC对交流信号相当于短路，所以集电极是输入回路和输出回路的公共端。一、静态分析直流通路如左图所示 二、动态分析以上分析可知：电压放大倍数接近于1，但恒小于1，即UO略小于Ui。说明：射极输出器虽无电压放大作用，但因具有电流放大作用，因此射极输出器具有电流放大和功率放大作用。输出电压与

11、输入电压同相，具有电压跟随作用。 *式中的可以理解为折算到基极电路的发射极电阻。*射级输出器的输入电阻很高，可达几十K到几百K。用外加电压法求输出电阻，电路如图。是信号源（除源，应做短路处理）内阻RS和RB的并联值。*射极输出器的输出电阻很低，也说明射极输出器具有恒压特性。小结：1、特点：放大倍数接近于1；输入电阻高;输出电阻低。2、用途：用作多级放大电路的输入级，以减轻信号源负担（利用输入电阻高的特性）；用作多级放大电路的输出级，以提高放大电路的带载能力（利用输出电阻低的特性）；15.7 多级放大电路及其极间耦合方式一、基本概念放大器的输入信号都很弱，经过一级放大得到的输出信号仍不能推动负载

12、工作，须经过许多多级放大器对信号进行连续放大，从而获得必要的电压幅值或足够的功率。多级放大器的组成模式可用下列框图示意：耦合：多级放大电路中，前后两级之间的联接方式。常用的级间耦合有阻容耦合、直接耦合及变压器耦合三种方式。阻容耦合方式的结构简单，易于调整，适合于交流放大电路；直接耦合结构较复杂，调整比较繁琐。在集成电路得到极大发展以来，直接耦合的应用越来越多；变压器耦合结构虽比较简单，但元件体积大、重量大、不适于电路的小型化和集成化，在应用上有许多局限性，许多场合已被前两种方式所取代。二、阻容耦合如图为阻容耦合的两级放大电路：第一级的输出信号由C2耦合到第二级的输入电阻上，故称为阻容耦合1.隔

13、直作用 前后两级的静态工作点互不影响；2容抗很小 交流信号可顺利通过电容耦合到下一级 ；3低频特性差 低频时容抗较大，交流信号损失较大；4难于集成 集成电路无法制造大容量的耦合电容。静态分析（略）动态分析微变等效电路（略） 例： 例 三、直接耦合为了能对缓慢变化的信号或直流信号进行放大，不能采用阻容耦合而只能采用直接耦合将前级的输出信号直接接到后级的输入端：直接耦合的结构虽然简单，但右图存在着严重问题，一是前后级静态工作点的相互影响；二是所谓的零点漂移。由图可见，VC1=VB2，RC1不仅是第一级的负载电阻又是第二级的偏置电阻，它们之间的静态值是相互影响的。按图中的耦合方式，晶体管T1的集电极

14、电位被钳制在0.60.7V，必然使T1的集电结处于零偏置，基本上工作在饱和区。这样的电路已失去放大作用。常用的解决方法是提高第二级的基极电位。如在第二级加发射极电阻或加稳压管进行改进，既能有效传递信号，由能使每一级都有合适的静态工作点。零点漂移理想的直接耦合放大电路应在输入信号为零时，保持输出电压不变。但实际的放大电路往往在输入端短接时(ui=0)，所测得的输出电压并不恒定，而是缓慢地、无规则地变化着，这就是零点漂移。(当放大电路的输入端短路时，输出端还有缓慢变化的电压产生)零点漂移产生的原因：晶体管参数随温度的变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等，但温度变化的影响是最严重的。放大器的级

15、数越多，放大倍数越大，零点漂移越严重。（当放大器第一级的静态工作点稍有偏移时，第一级的输出电压将发生微小的变化，这种缓慢的微小的变化会逐级被放大，致使放大器的输出端产生较大的漂移电压。特别是漂移电压的大小可以和有效信号相比时，无法分辨，导致放大器无法正常工作。）抑制零点漂移的办法可加入深度的负反馈。特别要注重对第一级零点漂移的抑制。零点漂移问题在直接耦合放大电路中更为突出。原因：1.直接耦合放大电路放大的信号是缓慢变化的信号，与漂移电压难以区分。2.无隔直电容，不能对缓慢变化的信号起隔离作用。15.8差动放大电路抑制零点漂移最有效的电路结构是直接耦合差动放大电路。许多直接耦合放大电路的第一级都

16、采用差动放大电路。一、差动放大电路的工作原理由电路的对称结构，两只晶体管具有相同的静态工作点，而有温度变化所引起的参数的变化也具有对称性。1零点漂移的抑制在静态时，ui1=ui2=0，相当于输入端短接，考虑对称性，有IC1=IC2 VC1=VC2 uo= VC1-VC2 =0当温度升高时，集电极的电流都要升高；电位都要下降，在完全对称时，它们的变化量也都相同，即IC1= IC2 VC1= VC2 uo= VC1-VC2 =0可见对称差动电路完全抑制了零点漂移，并且对所有同向漂移都具有抑制作用。2信号输入 (非静态时，差动放大电路的信号输入有不同方式)(1) 共模输入：两个输入信号的大小相等，极

17、性相同。ui1=ui2若电路完全对称，对共模信号的输出电压等于零，即共模放大倍数为零。差动电路抑制共模信号的能力大小是零点漂移抑制能力的标志。(2) 差模输入：两个输入信号的大小相等，极性相反。ui1=-ui2设ui1>0，ui2<0，则IC1>0，IC2<0；因而VC1<0，VC2>0。进而输出电压uo=VC1-VC2为两管各自输出电压变化量的2倍。(3) 比较输入：两个输入信号电压既非共模，又非差模。ui1ui2(最常见)为此，设两个信号分别由共模信号和差模信号构成，即ui1=uic+uid ，ui2=uicuid，则uic=(ui1+ui2)/2，ui

18、d=(ui1ui2)/2*比较输入信号的放大作用可分解为对共模信号分量和差模信号分量的处理。例如,ui1=10mV,ui2 =6mV。可分解成共模信号为uic=8mV,及差模信号uid=2mV。二、典型差动放大电路差动放大电路是靠对称性来抑制零点漂移的，但实际上的理想对称性是不存在的。因而零点漂移并不能完全被抑制，为此采用下面的典型电路。RE的主要作用是稳定静态工作点。RE愈大抑制零点漂移的作用愈显著，但UCC一定时，RE过大将使集电极电流过小而影响电压放大倍数。负电源EE来补偿RE两端的直流压降，以获得合适的静态工作点。电位器Rp是调平衡用的，称调零电位器。因实际电路的不完全对称，可以用Rp进行静态时输出电压的调节。*Rp对差模信号有反馈作用，阻值不宜过大，一般在101102。1双端输入双端输出由R的分压，各晶体管的差模输入为总信号ui的一半，但极性相反。（1）静态分析 （2）动态分析RE