电工第10章 基本放大电路

1、第第10章章 基本放大电路基本放大电路10.1 ecrsesrbebrcc1c2t+rl+ui+uo+ubeuceicibieecrsesrbebrcc1c2t+rl+ui+uo+ubeuceicibieecrsesrbebrcc1c2t+rl+ui+uo+ubeuceicibieubeibicuce无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo = 0ube = ubeuce = uce+uccrbrcc1c2t+ui+uo+ubeuceicibieubetoibtoictoucetoicuceoibubeoqibubequceicubeib无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo

2、 = 0ube = ubeuce = uce？ uce = ucc ic rc uo 0ube = ube+ uiuce = uce+ uoic+uccrbrcc1c2t+ui+uo+ubeuceicibieubetoibtoictoucetouitouceuoto+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析ictoicticoictico静态分析静态分析uitouotoib，ic，ube，uce 直流分量直流分量ib，ic，ube，uce 交流分量交流分量ib，ic，ube，uce 总总 量量ib，ic，ube，uce 交流分量有效值交流分量有效值0ibtibibi

3、bm符号含义：符号含义：rbrcuceube+ucc+c1c2+ui+u0rl放大电路无信号输入（放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。）时的工作状态。估算法、图解法。估算法、图解法。各极电压电流的直流分量。各极电压电流的直流分量。放大电路的直流通路。放大电路的直流通路。 (1)静态工作点静态工作点q：ib、ic、uce 。静态分析：静态分析：确定放大电路的静态值。确定放大电路的静态值。直流通路直流通路( ib 、 ic 、 uce )对直流信号电容对直流信号电容 c 可看作开路（即将电容断开）可看作开路（即将电容断开）断开断开断开断开+uccrbrct+ubeuceicibie+u

4、ccrsesrbrcc1c2t+rlui+uo+ubeuceicibie10.2.1ucc = ube +i b rbi b = （ucc ube） / rb ucc / rb 若若ucc ube i c= i b + i ceo i b uce = ucc - i c rc +uccrbrct+ubeuceicibie已知：已知：ucc=12v，rc=4k ，rb=300k ， =37.5。解：解：a40ma04. 0ma30012bccbruimamabc51040537. ii vv ccccce645112 .riuu +uccrbrct+ubeuceicibieeecccccerir

5、iuu ebbeccb) 1(rruui bc ii eebebbccriuriu ebbebb) 1 (riuri 由由kvl可得：可得：由由kvl可得：可得：ie+uccrbrct+ubeuceicib10.2.2 静态图解法静态图解法ube =ucc - rbibib = 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uccuccrbubeqibqibuberbrcicibuceube+uccuccuccuceic+ibube+rbrcqb0uce = ucc rcicib = ibqicquceqquccuccrcicuc

6、e0ic = 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+rbrcicuceib =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 = icquccuccrbibqibubequbeq 图图(a)(a)中，没有设置静中，没有设置静态偏置，不能放大。态偏置，不能放大。图图(b)(b)中，有静态偏置中，有静态偏置, ,但但ui被被eb 短路，不能引起短路，不能引起i ib b的变的变化，所以不能

7、放大。化，所以不能放大。uccrcc1c2trluoui(a)+_+_rbuccrcc1c2trluouieb(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+图图(c)(c)中，有静态中，有静态偏置偏置, ,有变化的有变化的ib和和ic, , 但因没有但因没有rc ，不能把集电极电，不能把集电极电流的变化转化为电流的变化转化为电压的变化送到输出压的变化送到输出端端, ,所以不能放大所以不能放大交流电压信号。交流电压信号。uccc2trluouirb(c)c1+_+_+ 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一把非线性元件晶

8、体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。一个线性元件。 晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。似代替。 利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数电压放大倍数auau、输入电阻、输入电阻r ri i、输出电阻、输出电阻r ro o等。等。)ma()mv(26)1()(200ebeir cebbebeuiur ce

9、bbeuiu ocebcuii cebcuii bcceceiiur bcceiiu oibicicbceib ib晶体三极管晶体三极管微变等效电路微变等效电路ube+ +- -uce+ +- -ube+ +- -uce+ +- -rbebec 晶体管的晶体管的b、e之间之间可用可用rbe等效代替。等效代替。 晶体管的晶体管的c、e之间可用一之间可用一受控电流源受控电流源ic= ib等效代替。等效代替。rbrcuiuorl+ + +- - -rses+ +- -ibicbceiiiuiibicioubiserberbrcrlebc+ +- -+ +- -+ +- -rsbebiriu lcor

10、iu belrrau lcl/ rrr io :uuau 定义定义lb ri rbebecrrau iuiibicioubiserberbrcrlebc+ +- -+ +- -+ +- -rs lcoriu lcl/rrr io :uuau 定义定义lb ri + +- -rsiibiciserberbrcrlebc+ +- -+ +- -iuoubieireeebebiririu ebbeb) 1 (riri ebel) 1(rrrau sesriiiuirsesriiiuiii iur 输入电阻输入电阻iiiuri beb/rr 时时，当当bebrr bribiiu eebebiririu

11、 ebbeb)1 (riri ebeib)1 (rrui ebebi)1 (/rrrr beirr rberbrcrlebc+ +- -+ +- -+ +- -rsiuiibicioubiseeireiuiibicioubiserberbrcrlebc+ +- -+ +- -+ +- -rsriribribriouoeoooiur 输出电阻：输出电阻：ouseiuiibicioubiserberbrcrlebc+ +- -+ +- -+ +- -rscoooriur 例例3：求求ro的步骤：的步骤：1) 断开负载断开负载rlou3) 外加电压外加电压oi4) 求求or外加外加oicrcoiii

12、 bcii corcrui 0 0 cb ii所所以以2) 令令 或或0i u0s eerbbo iiiieosbbeosbbeo/rurrrurrru）（）（）（sbeesbeeesbeo/1/1/11rrrrrrrrrrrrr外加外加1) 断开负载断开负载rlou3) 外加电压外加电压oi4) 求求2) 令令 或或0i u0s erberbrlebc+ +- -+ +- -+ +- -rsiubicioubiseeireiioioreri）（sbeo/ rrrr1.关于关于 a u belrrau 1) rc或或 rl增大，增大，a u也增大。也增大。2） rbe)ma()mv(26)1(

13、)(200ebeir 3）uo与与ui 反相反相2.关于关于ri ro （ r ri i较大好，较大好， ro较小好）较小好）r ri i较小较小 1 1）i ii i大，信号源的功率大，增加其负担。大，信号源的功率大，增加其负担。 2 2）u ui i减小，减小， r ri i 上分压小，上分压小， uouo减小。减小。 3 3） r ri i 为前级的负载，为前级的负载，r ri i较小，较小，a u 。ro较大较大 作为后级的输入（相当于电源内阻）分作为后级的输入（相当于电源内阻）分 压大，带载能力差。压大，带载能力差。图 交流负载线 quce/vttib b/ aibtic c/mai

14、cib b/ aube/vtube/vubeuceic c/mauce/vooooooqicq1q2ibuiuoq2uoucequce/vttic c/maicic c/mauce/voooq1uiuotib b/ aib b/ aube/vtube/vubeoooqquce/vtic c/mauce/voouce 在固定偏置放大电路中，在固定偏置放大电路中，当温度升高时，当温度升高时，ube 、 、 icbo 。 上式表明，当上式表明，当ucc和和 rb一定时，一定时， ic与与 ube、 以及以及 iceo 有关有关，而这三个参数随温度而变化。，而这三个参数随温度而变化。cbobbeccc

15、eobc)1( iruuiii 温度升高时，温度升高时， ic将增加，使将增加，使q点沿负载线上移。点沿负载线上移。icuceqq 固定偏置电路的工作点固定偏置电路的工作点q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使高使 ic 增加时，能够自动减少增加时，能够自动减少ib，从而抑制，从而抑制q点的变点的变化，保持化，保持q点基本稳定。点基本稳定。ob2ii 若若满满足足： 基极电位基本恒定，基极电位基本恒定，不随温度变化。不随温度变化。2b2briv 2b1bcc21rruii cc2b1b2bburrrv vbrb1rcc1c2rb2cere

16、rli1i2ib+uccuiuo+icrses+vbebebecruvii bebuv 若若满满足足：ebebebec rvruvii rb1rcc1c2rb2cererli1i2ib+uccuiuo+icrses+vevbrb1rcc1c2rb2cererli1i2ib+uccuiuo+icrses+tubeibicveicvb 固定固定从从q点点稳定的角度来稳定的角度来看似乎看似乎i2、vb越大越好。越大越好。但但 i2 越大，越大，rb1、rb2必须取得较小，将增加必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。损耗，降低输入电阻。而而vb过高必使过高必使ve也增也增高，在高，在ucc一定时，势

17、一定时，势必使必使uce减小，从而减减小，从而减小放大电路输出电压的小放大电路输出电压的动态范围。动态范围。i2= (5 10) ib，vb= (5 10) ube， rb1、rb2的阻值一般为几十千欧。的阻值一般为几十千欧。vevbrb1rcc1c2rb2cererli1i2ib+uccuiuo+icrses+cc2b1b2burrrvb ebebecruvii cbii eeccccceririuu vbrb1rcc1c2rb2cererli1i2ib+uccuiuo+icrses+ 对交流：对交流：旁路电容旁路电容 ce 将将r 短路短路， r 不起不起作用作用， au，ri，ro与固定

18、偏置电路相同与固定偏置电路相同。如果去掉如果去掉ce ，au，ri，ro ？旁路电容旁路电容rb1rcc1c2rb2cererl+uccuiuo+rses+rb1rcc1c2rb2cererl+uccuiuo+rses+2b1bb/ rrr iuiibicioubiseeibriiuiibicioubiserberbrcrlebc+ +- -+ +- -+ +- -rsiuiibicioubiseeibri 开路短路法求开路短路法求cslobsbclriuriiiruebel) 1(rrrau belrrau ebeb2b1i)1 (r/r/rrr corr bebir/rr corr ？即：

19、即： sos euau考虑信号源内阻考虑信号源内阻rs 时时isibels rrrrrau 所以所以soseuau siioeuuu sieuau isisirrreu irrb1rcc1c2rb2cererl+uccuiuo+rses+ 在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知ucc=12v, rc= 6k, re1= 300， re2= 2.7k， rb1= 60k， rb2= 20k rl= 6k ，晶体管，晶体管=50， ube=0.6v, 试求试求: :(1) (1) 静态工作点静态工作点 ib、ic 及及 uce；(2) (2) 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) (3

20、) 输入电阻输入电阻ri、ro及及 au。rb1rcc1c2rb2cere1rl+uccuiuo+re2v3v12206020ccb2b1b2b urrrvma8 . 0 ma36 . 03ebebec ruvii a16 a500.8cb iiv8 . 4v38 . 068 . 012)(1e1eeccccce rririuurb1rcrb2re1+uccre2+uceieibicvbk6co rrk86. 18 . 02651200i26) 1(200ebe rk 15/2b1bb rrr其其中中 ebebi) 1 (/rrrr k03.8 ebel) 1 (rrrau 69. 8 iui

21、ibicioubiseeibri2.上、下限频率和通频带上、下限频率和通频带.（1）下限频率）下限频率 和上限频率和上限频率3.影响放大电路频率特性的主要因素影响放大电路频率特性的主要因素（1）低频区）低频区rb+uccc1c2rrlui+uo+es+rsebbeccb)1(rruui be)1(ii eeccceriuu +uccrbr+uce+ubeiibicrb+uccc1c2rrlui+uo+es+rslel/ rrr leoriu lb1ri ）（ lebebiririu lbbeb)1 (riri lbbeblb)1()1(riririau lbel)1(1rrr ）（rberbr

22、lebc+ +- -+ +- -+ +- -rsiubicioubiseeireiiibi/rrr lbebi)1 (/rrrr lbebleebebbii)1 (/rrirririiur lel/rrr irir rberbrlebc+ +- -+ +- -+ +- -rsiubicioubiseeireii 1sbeorrrsbs/rrr rrrr 1/sbeeosbee) 1 ( rrr 通通常常：orrberbrlebc+ +- -+ +- -+ +- -rsiubicioubiseeireiilbel) 1 () 1 (rrrau lbebi) 1(/rrrr rrr 1sbeo.

23、在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知ucc=12v, re= 2k, rb= 200k， rl= 2k ，晶体管，晶体管=60， ube=0.6v, 信号源内阻信号源内阻rs= 100，试求试求: :(1) 静态工作点静态工作点 ib、ie 及及 uce； 画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3) au、ri 和和 ro 。rb+uccc1c2rrlui+uo+es+rsma035. 0ma260)(12006 . 012) (1ebbeccb rruuima14. 2 0.035ma60)(1 )(1be ii v727v142212eeccce.riuu +uccrbr+uce+

24、ubeiibic3 .176010094. 0sbeo rrrk94. 024. 1266120026) (1200ebe ir lbebi) 1 (/rrrr k7 .41 lbel) 1()(1rrrau 98.0 rberbrlebc+ +- -+ +- -+ +- -rsiubicioubiseeire两级之间通过耦合电容两级之间通过耦合电容 c2 与下级输入电阻连接与下级输入电阻连接rb1rc1c1c2rb2ce1re1+rs+rc2c3ce2re2rl+ucc+ou1ouiuseb1r b2r t1t2 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流由于电容有隔直作用，所以每级放大电路

25、的直流通路互不相通，通路互不相通，。rb1rc1c1c2rb2ce1re1+rs+rc2c3ce2re2rl+ucc+ou1ouiuseb1r b2r t1t2第一级第一级第二级第二级212ioi1oiouuuaauuuuuua 电压放大倍数电压放大倍数2ir1bi2bi1ci2cirberb2rc1ebc+ +- -+ +- -+ +- -rsiuii1ou1b1iserberc2rlebc+ +- -ou2b2ib1r b2r rb12i1c1l/ rrr 1be1l1io11rruuau be2l222io2rruuau 1iirr l2cl2/ rrr 2oorr 如图所示的两级电压放

26、大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1= 2 =50, t1和和t2均为均为3dg8d。 rb1c1c2re1+rc2c3ce+24v+ouiub1r b2r t1t2e2r e1r 1m 27k 82k 43k 7.5k 510 10k (1) 两级放大电路的静态值可分别计算。两级放大电路的静态值可分别计算。a8 . 9ma2750)(110000.624) (1e1b1beccb1 rruuima 49. 0ma 0098. 050)(1)1 (b1e1 ii v77. 10v2749. 024e1e1ccce riuu rb1c1c2re1+rc2c3ce+24v+ouiub1r

27、 b2r t1t2e2r e1r 1m 27k 82k 43k 7.5k 510 10k v26. 843v438224b2b2b1ccb2 rrruvma 96. 0ma5 . 751. 06 . 026. 8e2e2be2b2c2 rruuirb1c1c2re1+rc2c3ce+24v+ouiub1r b2r t1t2e2r e1r 1m 27k 82k 43k 7.5k 510 10k a 2 . 19ma5096. 02c2b2 iiv71. 6)v5 . 751. 010(96. 024)(e2e2c2c2ccce2 rrriuurb1c1c2re1+rc2c3ce+24v+ouiu

28、b1r b2r t1t2e2r e1r 1m 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 2bi2cirbe2rc2ourbe1iurb1b1r 2br 1bi2bi1bi1cire11ou+_+_+_2er 由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等等于第一级的输入电阻于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它。第一级是射极输出器，它的输入电阻的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻是第二级输入电阻 ri2。2ir1iirr 2bi2cirbe2rc2ourbe1iurb1b1r

29、2br 1bi2bi1bi1cire11ou+_+_+_2er (2) 计算计算 r i和和 r 0 k58. 196. 0265120026)1(200ebe2 ir k 14)1 (/e2be2b2b12 rrrrri k 22. 9k14271427/i2e1l1 rrr2ir k 349 02650)(120026) (1200re11be1 .i k 320)1 (/l1be1b1i1i rrrrr 2oorr k10c2o2o rrr2bi2cirbe2rc2ourbe1iurb1b1r 2br 1bi2bi1bi1cire11ou+_+_+_2er (3)(3)求各级电压的放大倍

30、数及总电压放大倍数求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数 994 022 950)(1322 9)501 ()1 ()1 (l111bel111u.rrra 2bi2cirbe2rc2ourbe1iurb1b1r 2br 1bi2bi1bi1cire11ou+_+_+_2er (3)(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数2bi2cirbe2rc2ourbe1iurb1b1r 2br 1bi2bi1bi1cire11ou+_+_+_2er 1851. 050)(179. 11050)1 (2e2be22c2 rrrau 总电压放大倍数总电压放大倍数9 . 1

31、718)(994. 021 uuuaaarrb1c1uiuott12uce1+ucce2rrc2+ 前、后级静态工作点的相互影响 当放大器的输入电压 ui = 0 时，其输出电压uo往往不为常数，称这种现象为放大器的零点漂移。tu0o 出现零点漂移的原因出现零点漂移的原因： 多级直接耦合放大器的放大倍数很高。输入级由于管子特性、参数随温度变化等因素引起输出电压很大的变化，从而导致整个放大器无法正常工作。直接耦合放大器的零点漂移图10.5 典型基本差动放大电路 图10.6 典型基本差动放大电路 1.电路构成与特点电路构成与特点2.静态分析静态分析 静态时，两管集电极对地电位相等，静态时，两管集电

32、极对地电位相等，即即1=2。故两管集电极之间电位差为零，。故两管集电极之间电位差为零，即输出电压即输出电压=1-2=0。图10.8 基本差动放大电路差模输入时的交流通路 3.差模特性分析差模特性分析 在电路完全对称的情况下，这两个交在电路完全对称的情况下，这两个交流电流之和在流电流之和在两端产生的交流压降为零，两端产生的交流压降为零，因此，图因此，图10.8的差模输入交流通路中，射的差模输入交流通路中，射极电阻极电阻被短路。被短路。图10.9 带负载的差动放大电路 4.共模特性分析共模特性分析图10.10 共模输入时基本差放电路的交流通路 流过流过的交流电流为单管射极电流的的交流电流为单管射极

33、电流的两倍，所以共模输入时的交流通路中，射两倍，所以共模输入时的交流通路中，射极电阻不能被短路，其上有交流压降。极电阻不能被短路，其上有交流压降。 差动放大电路的输入、输出形式差动放大电路的输入、输出形式1.单端输入单端输入2.单端输出单端输出+uccr1r2rlt1t2bic1ic2 uoioucc特点：t1和t2两个晶体管特性相同且轮流导通，提高输出功率。 互补对称电路结构对称，采 用正负对称电源，静态时无直流电压输出，负载可直接接到发射极，实现了直接耦合。电路为射级输出器，输出电阻小，带负载能力强。r3uib2b1+d1d2图10.15 lm386典型应用电路 目前场效晶体管应用得最多的

34、是目前场效晶体管应用得最多的是以二氧化硅作为绝以二氧化硅作为绝缘介质的金属缘介质的金属氧化物氧化物半导体绝缘栅型场效晶体管半导体绝缘栅型场效晶体管，这种场效晶体管简称为，这种场效晶体管简称为cmos管管。 与普通晶体管相比，场效晶体管除了具有普通晶与普通晶体管相比，场效晶体管除了具有普通晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点外，还具有输入体管体积小、重量轻、寿命长等优点外，还具有输入阻抗高、动态范围大、热稳定性能好、抗辐射能力强阻抗高、动态范围大、热稳定性能好、抗辐射能力强、制造工艺简单、便于集成等优点。近年来场效晶体、制造工艺简单、便于集成等优点。近年来场效晶体管的发展非常迅速，很多场合取代了普

35、通晶体管，特管的发展非常迅速，很多场合取代了普通晶体管，特别是大规模集成电路，大都由场效晶体管构成。别是大规模集成电路，大都由场效晶体管构成。 场效晶体管场效晶体管实物图实物图 绝缘栅型场效晶体管中，目前常用的是以二氧化硅绝缘栅型场效晶体管中，目前常用的是以二氧化硅sio2sio2作为金属作为金属铝栅极和半导体之间的绝缘层，简称铝栅极和半导体之间的绝缘层，简称mos管管。它有。它有n沟道沟道和和p沟道沟道两两类，而每一类又分类，而每一类又分增强型增强型和和耗尽型耗尽型两种。所谓增强型就是两种。所谓增强型就是ugs0时时，漏源之间没有导电沟道，即使在漏源之间加上一定范围内的电压，漏源之间没有导电

36、沟道，即使在漏源之间加上一定范围内的电压，也没有漏极电流；反之，也没有漏极电流；反之，。 左图是左图是n沟道增强型沟道增强型mos管管的结构图：一块杂质浓度较低的的结构图：一块杂质浓度较低的p p型硅片作为衬底型硅片作为衬底b，在其中扩散，在其中扩散两个两个n+区作为电极，分别称为源区作为电极，分别称为源极极s和漏极和漏极d。半导体表面覆盖一。半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅（层很薄的二氧化硅（sio2sio2）绝缘）绝缘层，在漏源极间的绝缘层上再制层，在漏源极间的绝缘层上再制造一层金属铝，称为栅极造一层金属铝，称为栅极g。这。这就构成了一个就构成了一个n沟道增强型沟道增强型mos管。显然管。显然它的栅极与其它电极间它的栅极与其它电极间是绝缘的。是