第2章交流放大电路

1、第2章交流放大电路2.12.22.3Ð 2.4Ð 2.5Ð 2.6Ð 2.7共发射极放大电路静态工作点稳定的放大电路共集电极放大电路多级放大电路差动放大电路功率放大电路场效应管放大电路2.12.1.1共发射极放大电路放大电路的基本概念1. 放大电路的功能将微弱电信号进行放大，使接在放大电路输出端负载上得到的输出信号，与输入端所加信号源信号的变化规律相同，而输出信号的幅度和功率比输入信号大得多。如：扩音机能够将较小2. 放大电路的组成框图3. 放大电路的分类信号放大到足以推动扬声器工作。话筒扬声器按频率分：低频; 高频; 宽带按接法分：共射; 共集; 共基

2、按功能分：电压放大;功率放大ii信号源i放大器o负载+ui-+uo-扩音机4.放大电路的主要性能指标(1) 电压放大倍数I&I&A&= U&/ U&oiuoi信号源放大器负载(2) 电流放大倍数+U& iU& oA&= I& / I&Ioi(3) 功率放大倍数AP = Po / Pi = Au · Ai(4) 输入电阻·I放+大器r = U& / I&riro·URLiii(5) 输出电阻(去掉负载)ro = U& / I&(6) 通频带(7) 失真(非

3、线性失真、频率失真)2.1.2基本放大电路的工作原理1. 放大电路组成的原则(1) 为了不失真的放大交流电压信号，必须给放大电路设置合适的静态工作点；(2) 在输入回路加入输入信号ui 应能引起 uBE 的变化，从而引起基极电流 iB 和集电极电流 iC 的变化；(3) 输出回路的接法应当将集电极电流的变化，尽可能多地转化为电压的变化送到输出端的负载RL中去。静态值：IBICIEUBE UCE不同符号的意义交流瞬时值：ib交流有效值：Ib 交直流总量：iBicIc iCieIe iEubeuce UbeUceuBE uCE2. 放大电路的组成简单画法共发射极接法放大电路+UCCRCRBRCCB

4、UCCETTRBUBB省去一个直流电源3. 放大电路中各元件的作用 将放大的电流变成电压 提供静+UCC态工作点RCC2RB+ 提供能量T+uiC1RSuRLo1wC+XC =uS 提供信放号大通器路； 阻隔直流通路4.放大电路的工作原理在放大器内部 ( C1, C2之间 ) 各电压电流均为直流+交流；在放大器外部 ( C1左边, C2右边 ) 输入、输出电压只有交流。iCuCEiBuuBEcetUtCEt+UCCRCuStRCuB2o+iC1iBtC+uiuCEtRSuTRuBEoL+uS5. 设置静态工作点的必要性设U= 0.6VBEui = 0.02 sinw tiB/µAi

5、/µABV60Q160ibQ4040设静态工作点iBQ22020IBuBE/V00.600.580.62三极管t不导通0ube= DuBE = uBE UBEuBE/Vuiube= uiUBEi = D i= i IbBBBt2.1.3放大电路的静态分析放大电路没有输入信号(ui = 0) 时的工作状态称为静态。静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静态工作点（直流量）UBE、IB、IC 和 UCE。可用放大电路的直流通路来分析。+UCCRBRCC2+C1+TRLui = 01.估算法画出直流通路+UCC+UCCRRCBC2IC+RBRCC1+IB+TUCERL+u = 0I

6、EiTUBE- UBE= UCCIB三极管的 U可估计为RBBE硅管的UBE 约为 0.6V锗管的UBE 约为 0.2VIC = b IBUCE = UCC ICRC2. 图解法直流通路+UCC+UCC+UCCRBRCICIRRBCC+TIBUCCUCC+UU+IBC+CEUEBTUBEIEE在同一坐标系中，作出三极管的输入特性和电源的伏安特性 (直线)，交点为 IB 和 UBE 的静态值 (误差较大)；在同一坐标系中，作出三极管的输出特性和电源的伏安特性 (直线)，交点为 IC 和 UCE 的静态值。2. 图解法例：在基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V,RC = 4kW，RB =

7、285kW，试求静态值。解：先估算 IB- UBE= UCC= 12 - 0.6= 0.04 mA = 40 µAIBRB285将方程UCE = UCC ICRC 所表示的直线，画在三极管输出特性曲线的坐标平面上。N点：IC = UCC / RC = 3 mA，UCE = 0直线的两个端点M点：IC = 0,UCE = UCC = 12V2. 图解法IC /mA利用图解法求解静态工作点直流负载线NUCC80 µA3RC60 µA静态工作点240 µA1.5Q120µAMIB = 0µA0UCE /V12 U 66 24810CC求得静

8、态值为：IC = 1.5 mA，UCE = 6V，IB = 40 µA3. 静态工作点与电路参数的关系'U和R 不变，R 增大为RIB 减小为IB' ，工作点Q 向右下方移动CCCBBIC /mANUCC80 µA3RC60 µA静态工作点240 µA1.5QIB'Q'120µAMIB=0µA0UCE /V12 U24810CC2.1.4放大电路的动态分析放大电路有输入信号 (ui ¹ 0) 时的工作状态称为动态。放大器中各电压和电流都是直流分量和交流分量的叠加。2.1.4.1微变等效电路分析

9、法分析步骤：1. 画出放大电路的交流通路；2. 画出三极管微变等效电路；熟练后可省去3. 画出放大电路的微变等效电路；4. 利用放大电路的微变等效电路，进行动态分析，即求电压放大倍数 A&u、输入电阻 ri、输出电阻 ro。1. 三极管的微变等效电路icibicCCBibBubeTubeb ibuceucerbeEE三极管微变等效电路的使用条件：(1) 分析小信号(微变)：信号较大时，参数将发生变化；(2) 分析交流量：不能用于求静态值；(3) 分析低频信号：200 Hz 300 kHz。2. 交流通路+UCCC1, C2对交流可视为RRC2BC短路；U对交流可视+C1CC+为短路，据

10、此画出放大+RS+电路的交流通路。因为交流电流通过URLTuou +uiSCC时，不产生交流压降。交流通路ic+T+uoibiiuceRCRLRS+RBuiu +S3. 基本放大电路的微变等效电路CB+RSrbeI&bU& obI&bU& iRLRBRC+U& SEriro交流通路ic+T+uoibiiuceRCRLRS+RBuiu +S4. 动态分析I&iCB+RSrbeI&bI&RRR&U& iUobBbCL+U& SEriro(1) 电压放大倍数RL¢ = RC /RL其中U&- b

11、I&R¢A&u 输出与输入反相源电压放大倍数=o&bL&UiIb rbe(2) 输入电阻U&A&uSo=U& iU& Sri =I&i4. 动态分析(3) 输出电阻输出电阻的概念I&放b I&b+RI&b大rUU&&RCRiL器从放大器的输出端，可将放大器看作负载的信号源， 输出电阻即是信号源的内阻。利用外加电源法，从输出端求受控源电路的等效电阻。= U&首先将负载去掉，信号源除源，求得roI&3. 动态分析(3) 输出电阻I&CBI&b=

12、0+U&RSrb &RBI0bRCbI&b =beU& S= 0Ero由U& 在 rbe 中引起的电流为0，受控电流也为0，受控电流源视为开路。输出电阻2.1.4放大电路的动态分析放大电路有输入信号 (ui ¹ 0) 时的工作状态称为动态。2.1.4.2图解法分析步骤：1. 画出放大电路的交流通路；2. 在输入特性上作图，确定 uBE 和 iB 的变化范围；3. 在输出特性上作直流负载线(放大器输出端开路时) 或交流负载线(放大器输出端接负载时)，根据 iB的变化范围，确定 iC 和 uCE的变化范围；= Uom4. 求电压放大倍数 AuUim

13、1. 画交流通路+UCC根据C1, C2对交流可RRC2BC视为短路；U对交+C1CC+流可视为短路，画出+TRS交流通路。因为交流电流通过URLuou +SCC时，不产生交流压降。交流通路ic+T+uoibiiuceRCRLRS+RBuiu +S2. 在输入特性上作图iB /µAiB /µA6060Q1ibQ4040iBQ22020IBuBE/V0.6000.580.62t0uBE/Vui = ubeUBEt3. 输出端开路动态分析iC / mAN输出端开路时交、直流iC / mA803负载线重合Q6012.252.25icQI =40 µA1.51.5BQ20

14、.75200.75IC0Mu/V/V0336699CE0t12uCE电压放大倍数0Ucem= Uom= UoUCEAu的变化范围为uuce (uo)UimUiCE39V。t4. 输出端接负载动态分析交流负载线利用D uce= D ic RL¢作交流负载线iC / mA3iC / mAN80Q¢Q1602.2512.25icQIB=40 µA1.51.5Q20.75200.75Q¢20Mu/V/V0336699CE0t12uCE0接负载后, Uom空载输出电压负载输出电压减小,Au下降。uce (uo)t5.用图解法分析非线性失真（1）静态工作点偏高引起饱

15、和失真iCiC/ mA/ mA设静态值 IB = 60 µA80 mA正半周变平NQ31QIB=60 mAic2Q40 mA2120mA0 M/V/VuCE uCEt03691200u 波形o负半周变平u(u )ceo5.用图解法分析非线性失真（2）工作点偏低引起截止失真（a）工作点偏低引起 ib失真iBiB/ µA/ µA设静态值 IB = 5 µA在 ube 负半周 t1 t2区间内，uBE小于死区电压，iB = 0。Q1负半周变平ibQ5uBEBE/ V/ V00t1t2Qt20uuit1t2 t（2）工作点偏低引起截止失真（b）工作点偏低引起 i

16、c、uce(uo)失真iC /mA设静态值IB= 5 µA80 µAi/mA3C60 µA2负半周变平40 µAQ1120 µA0.750.75iQIB= 5 µAc0.250.2500u/V/V0CEQ239t6uCEuo 的波形0正半周变平uce(uo)正半周变平t5.用图解法分析非线性失真（3）输入信号过大引起非线性失真设静态值IB= 40 µAiCiC/ mA/ mAN80 mA3Q1IB = 60 mA40 mAic2Q120mAQ20u/Vt012M369CE0uCE/V0u 波形ouce(uo)t2.2工作点稳

17、定的放大电路2.2.1温度对静态工作点的影响IC/mAIC/mA60°C温度升高引起60和b 增加I33CEOA工作点上移， 靠近饱和区。22A11= 0= 000U/VU/VCECEOCECEO- UBE= UCC在基本交流放大电路中，IB固定不变，RB而 IC = b IB + ICEO，所以温度升高时将引起 IC 增加。25°C8060Q40µ20IBIQ40µ20IBI2.2.2分压式偏置电路+UCC1. 电路的组成与基本放大电路相比，增加了三个元件：I1RB1RCC2+C1IB+T+VB+RB2、RE、CE 。2. 稳定静态工作点的原理设电路满

18、足I1 >> IB，RSuRouiLR+I+uB2RECE2SRB2 × UCCRB1 + RB2I2 >> IB，有基极电位基本不变VB =由 UV ，有调整过程= VBEBE温度升高® I­® I ­ ®V ­ ®U¯CIC ¯EEBEIB¯3. 静态分析+UCC（1）画出直流通路(将各电容开路)；12VRRC4kWICB1（2）用估算法求静态值 I 、I和U。30kWBCCEIB+UCE例：已知: b = 50, U= 0.6V, 求静态值。VBBETRB

19、2 × UCC RB1 + RB2= 10 ´ 12 = 3V解：V=RRE2.2kWBB2IE30 + 1010kW= VB - UBE= 3 - 0.6 = 1.09 mA» IEICRE2.2= IC= 1.09= 21.8 µAIBb50UCE = UCC ICRC IERE = UCC IC ( RC+RE)= 12 1.09 ´ ( 4 + 2.2) = 5.24V若令RB=RB1/RB2， 与基本放大电路的微变等效电路相同（1）画出微变等效电路；4. 动态分析例：已知：（2）求A&、r 、r。uioI&iCBR =

20、 4kW，Lb = 50，+RSrbeI&RB1bI&RB2RRU&I= 1.09mA。&UibbCLE+o30kW 10kW4kW4kW 。 U& S求 A& 、r 、rEuioriro解：rbe = 300 + (1 + b ) 26(mV)= 300 + (1 + 50) ´ 26 = 1516.5IE(mA)1.09= - bRL¢= - 50 ´(4 / 4) = - 65.94A&urbe1.52ri = RB1/RB2/r=be30 / 10 / 1.52 = 1.26 kW= RC= 4 kW

21、ro5. 引入交流负反馈的计算+UCCRB1RCC2+C1+T+RE1uoRLRB2ui+RE2CE将发射极电阻分为两个电阻RE2和RE2的串联， 旁路电容CE与RE2并联，这样即可减小负反馈对电压放大倍数的影响，又可保证静态工作点不变。画出微变等效电路5. 引入交流负反馈的计算BCI&bEbI&brbe+RB1RB2RCRL U& oU& iI&eRE1riroU& o= -b I&b RL¢U& i= I&brbe + I&e RE1= I&b rbe+ ( 1+b )RE1= U&

22、ob RL¢rbe + (1 + b )RE1A&= -uU& iri = RB1/RB2/ rbe+ ( 1+b )RE1ro = RC2.3共集电极放大电路从发射极和地之间取输出电压，亦称为射极输出器。+UCC+15V+U150kWCCRBCTRB1+T+CEC0.5kW2+U+b =60RS+I+BuiRE3kWRL3kWuo2.3.1REuS静态分析IE画出直流通路UCC - UBERB + (1 + b )RE15 - 0.6例： IB= 43.24 µA150 + (1 + 60) ´ 3IE = (1+ b ) IB= (1+ 60

23、) ´ 43.24 = 2.64 mAUCE = UCC IERE= 15 2.64 ´3 = 7.08 V微变等效电路2.3.2动态分析BC由图可见，输入回路与输出回路以集电极为公共点，故称为共集电极电路。1. 电压放大倍数bI&b+rbeI&bERSU& iRB+&+RUSRU& oLEriroU& oU& i= (1 + b )I&b RL¢= I&brbe + I&e RL¢= I&b rbe+ (1+b )R'LA&u > 0：U&am

24、p; o与U& i 同相= U& o(1 + b )RL¢rbe + (1 + b )RL¢A&=uU& i接近 1：U&跟随U& 变化，A&oiu2. 输入电阻ri = RB / rbe+ (1+b )R'L电路无电压放大作用， 但能够放大功率。6.3rbe3.输出电阻I&I&¢BE用外加电源法求等效电阻, 重画微变等效电路+I&bI&bbRRR&UU&SBE&Ib = R/ R+ rSBbeU&Cror'oI&

25、2; = I&b + bI&b = (1 + b )¢+ rbeRSU&R¢ + rSbero¢ = &¢ =式中 RS' = RS / RB1 + bI= U&= RS¢ + rbe= r¢ / R输出电阻r/ RooEEI&1 + b电压放大倍数小，数值为0.9 0.99。输入电阻较大，阻值为几几百千欧。输出电阻较小，阻值为几十几百欧姆。BC2.3.3动态分析bI&b+例：已知：b = 60，IE = 2.64mA。rbeI&bERS0.5kWU&RB

26、i+U& S+求：A&u 、ri 、ro 。RL3kWRE3kW150 kWU& o解：r= 300 + (1 + b ) 26berIErio26= 300 + (1 + 60) ´= 900.76 = 0.9k与共发射极电路相比2.64(1 + b )RL¢rbe + (1 + b )RL¢(1 + 60)3 / 3A&= 0.99 ¯=u0.9 + (1 + 60)3 / 3ri = RB / rbe+ (1+b )R'L=150 / 0.9+(1+60) ´ 3/3 = 56.8kW ­

27、= RS / RB + rbe/ RE = 0.5 / 150 + 0.9 / 3 = 22.75 ¯ro1 + b1 + 604. 射极输出器的特点：（1） 电压放大倍数小于1，但近似等于1。（2） 输出电压与输入电压同相，具有跟随作用。（3） 输入电阻高。（4） 输出电阻低。5.射极输出器的应用可用射极输出器作多级放大器的输入级、输出级或中间级。用射极输出器作输入级时，因其输入电阻高，可以减小放大电路对信号源的影响；作输出级时，利用它输出电阻低的特点，可以稳定输出电压，提高带负载能力；将射极输出器接在两级共发射级放大电路之间作为中间级，可以起阻抗变换作用，改善整个放大电路的性能。

28、2.4阻容耦合多级放大电路及其频率特性2.4.1多级放大电路及其耦合方式1. 采用多级放大电路的必要性 提高放大倍数uo1uiuo2uo功率放大电路电压放大电路2. 对级间耦合电路的要求(1)各级电路的静态工作点互不影响；(2)不失真地传输信号；(3)有效地传输信号 尽量减少在耦合电路上的损失。3. 级间耦合方式阻容耦合 交流电压放大电路变压器耦合功率放大电路直接耦合 集成电路光电耦合 较强的能力2.4.2阻容耦合多级放大电路的分析以两级阻容耦合放大电路为例1. 分析方法(1) 静态分析12V+UCCRB1RC1RRB3C2C两级分别计算。W30kW3.9kW3.9k2300kW+C1+T1(2) 动态分析C =50+1T23+rbe1=1.6kW例1: 画出微变等效电路，RRu =40SuiRLo2+RE1+B2CErbe2=1kW3.9kWuS 10kW2.2kWA&求:, r , ruio= U& o= U& o1 × U& o2= U& o1 × U& o2A&= A&× A&电压放大倍数输入电阻输出电阻uu1u2U& iU& i1U& o1U& i1U& i2ri = ri1U&