项目2-放大电路的分析与设计-lm..

1、(2-1) 项目项目2 2 基本放大电路基本放大电路(2-2)放大电路的目的是将微弱的放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的变化信号不失真的放大成较大的信号。放大成较大的信号。放大的实质：用较小的信号放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号，是能量转换的过程。去控制较大的信号，是能量转换的过程。这里所这里所讲的主要是电压放大电路。讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：端网络表示，如图：u ui iu uo oA Au u(2-3)1、基本放大电路的组成、基本放大电路的组成三种三极管三种三极管放大电路放大电路共射极

2、放大电路共射极放大电路共基极放大电路共基极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路以共射极以共射极放大电路放大电路为例讲解为例讲解工作原理工作原理(2-4)放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区，工作在放大区，要保证集电结反要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RB+ECEBRCC1C2T(2-5)作用：作用：使发射使发射结正偏，并提结正偏，并提供适当的静态供适当的静态工作点。工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2T(2-6)集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏

3、。RB+ECEBRCC1C2T(2-7)集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2T(2-8)耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性。电解电容，有极性。大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔离输隔离输入输出与电路入输出与电路直流的联系，直流的联系，同时能使信号同时能使信号顺利输入输出。顺利输入输出。RB+ECEBRCC1C2T(2-9)可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T(2-10)单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRB(2-11)符号规定符号规定UA大写

4、字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示交直流量。小写字母、大写下标，表示交直流量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua交直流量交直流量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 (2-12)实现放大的条件实现放大的条件1. 1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。电结反偏。2. 2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。区。3. 3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化的电压转化成变化的基极电

5、流。流。4. 4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1放大倍数放大倍数ioiiiA iouuuA ioriuA ioguiA 电压放大倍数电压放大倍数电流放大倍数电流放大倍数互阻放大倍数互阻放大倍数互导放大倍数互导放大倍数2输入电阻输入电阻ri iiiiur 3输出电阻输出电阻ro0|suoooiur输入电阻越大，放大电路输入端所得的电压越接近输入电阻越大，放大电路输入端所得的电压越接近信号源电压信号源电压输出电阻越小，输出电压越稳

6、定，带负载能力越强输出电阻越小，输出电压越稳定，带负载能力越强(2-14)直流通路和交流通路直流通路和交流通路 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。加了小的交流信号。电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即可以认为它对交流不起作用，即对交流短路对交流短路。而。而对直流可对直流可以看成开路以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。，这样，交直流所走的通道是不同的。交流通路交流通路：只考虑交流信号的分电路。：只考虑交流信号的分电路。直流通路直流通路

7、：只考虑直流信号的分电路。：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。2 基本共射放大电路基本共射放大电路(2-15)例：例：对直流信号（只有对直流信号（只有+EC）开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC(2-16)对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路IBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T静态工作点静态工作点放大电路的工作过程放大电路的工作过程ui=0时

8、时(IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输出分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ(2-19)（2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、IBICUCECEOBCIIICCCCERIEUBI直流通道直流通道RBRC(2-20)估算法估算法（1）根据直流通道估算）根据直流通道估算IBIBUBEBBECBRUEIBCRE7 . 0BCRERB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏偏置电流置电流。+EC直流通道直流通道RBRC(2-21)例：例：用估算法计算静态工作点。

9、用估算法计算静态工作点。已知：已知：EC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。解：解：A40mA04. 030012BCBREImA51040537.IIIBBCV645 . 112CCCCCERIUU请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的数量级。的数量级。放大电路的工作过程放大电路的工作过程动态工作情况动态工作情况()CBbCciIiIiCECCCCCCCCcCCEceuVi RVI Ri RUucecCui R 当当i iC C增大时，增大时，u uCECE减小，即减小，即u uCECE的变化与的变化与i iC C相反相反; ;u u0 0与与u ui i反相，通过参

10、数的适当选取实现反相，通过参数的适当选取实现u u0 0对对u ui i的放大。的放大。 单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2T(2-23) 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法先估算先估算 IB ，然后在输出特，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与性曲线上作出直流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是负载线的交点就是Q点。点。ICUCEBBECBRUEIQCCREEC直流通道直流通道RB+ECRC图解法图解法直流负载线

11、直流负载线(2-25)直流负载线直流负载线ICUCE1. 三极管的输出特性。三极管的输出特性。2. UCE=ECICRC 。ICUCEECCCREQ直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IB直流通道直流通道RB+ECRC图解法图解法(2-26)IBUBEQICUCEibtibtictuit图解法图解法直流分量直流分量IB放大电路的动态分析放大电路的动态分析(2-27)交流负载线交流负载线icLcecRui1其中：其中：CLLRRR/uceRBRCRLuiuo交流通路交流通路(2-28)交流负载线的作法交流负载线的作法ICUCEECCCREQIB过过Q点作一条直线，斜

12、率为：点作一条直线，斜率为：LR1交流负载交流负载线线iC 和和 uCE是交直流量，与交流是交直流量，与交流量量ic和和uce有如下关系有如下关系:CciiCEceuu所以：所以：LCECRui1即：交流信号的变化沿着斜率为：即：交流信号的变化沿着斜率为：LR1的直线。的直线。这条直线通过这条直线通过Q点，称为点，称为交流负载线交流负载线。(2-29)各点波形各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB(2-30)放大电路的动态分析放大电路的动态分析微变等效电路法微变等效电路法iBuBE从输入回路看从输入回路看当信号很小时，将当信号很小时，将输入特性在小范围

13、内近似线性。输入特性在小范围内近似线性。 uBE iBbbeBBEbeiuiur对输入的小交流信号而言，对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻三极管相当于电阻rbe。)(I)(26)1()(200rEbemAmVrbe从几百欧到几千欧。从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：对于小功率三极管：1.三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路(2-31)从输出回路看从输出回路看iCuCE)iI (iIibBcCCbBiI所以：所以：bcii(1) 输出端相当于一个受输出端相当于一个受ib 控制控制的电流源。的电流源。近似平行近似平行(2) 考虑考虑 uCE对对 iC的影响，输出的影响，输出端还要并联一

14、个大电阻端还要并联一个大电阻rce。rce的含义的含义 iC uCEcceCCEceiuiur(2-32)ubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效cbe三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路微变等效电路微变等效电路(2-33)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道中的三极管用微变等效电路代替将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路交流通路RBRCRLuiuouirbe ibibiiicuoRBRCRL(2-34)电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算bebirIULboRIUb

15、eLurRALCLRRR/特点：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI(2-35)输入电阻的计算输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：输入电阻的定义：iiiIUr是动态电阻。是动态电阻。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbeBr/RberiiiIUr电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到

16、较大的的输入电阻。因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。(2-36)输出电阻的计算输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维宁等效，戴维宁等效电路的内阻就将它进行戴维宁等效，戴维宁等效电路的内阻就是输出电阻。是输出电阻。计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法：所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。(2-37)CoooRIUr所以：所以：求输出电阻：求输出电阻：oUrbeRBRCiIbIcIbI00oI(2-38)失真分析失真分析在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入在放大电路中，输

17、出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线非线性失真性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流设置在交流负载线的中间部分。如果负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。止区或饱和区，则造成非线性失真。下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为空载空载(RL= )。(2-39)iCuCEuo可输出的可输

18、出的最大不失最大不失真信号真信号选择静态工作点选择静态工作点ib(2-40)iCuCEuo1. Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区放大电路产生放大电路产生截止失真截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ibib失真失真(2-41)iCuCE2. Q点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区放大电路产生放大电路产生饱和失真饱和失真ib输入波输入波形形uo输出波形输出波形(2-42)实现放大的条件实现放大的条件1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个

19、波形处于放大区。3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。极电压，经电容滤波只输出交流信号。(2-43)静态工作点的稳定静态工作点的稳定为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由作点由UB

20、E、 和和ICEO 决定，这三个参数随温度而变决定，这三个参数随温度而变化。化。TUBE ICEOQ(2-44)一、温度对一、温度对UBE的影响的影响iBuBE25C50CTUBEIBICBBECBRUEI(2-45)二、温度对二、温度对 值及值及ICEO的影响的影响T 、 ICEOICiCuCEQQ 总的效果是：总的效果是：温度上升时，温度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移，造线上移，造成成Q点上移。点上移。(2-46)小结小结TIC 固定偏置电路的固定偏置电路的Q点是不稳定的。点是不稳定的。 Q点点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致

21、失真。为此，需要改进偏截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动增加时，能够自动减少减少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变化。保持点的变化。保持Q点基本点基本稳定。稳定。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。(2-47)分压式偏置电路：分压式偏置电路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、静态分析一、静态分析I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路RE射极直流射极直流负反馈电阻负反馈电阻CE 交流旁交流旁路电容路电容(2-48)TUBEIBICVEIC本电路稳压的本电路

22、稳压的过程实际是由过程实际是由于加了于加了RE形成形成了了负反馈负反馈过程过程I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1. 静态工作点稳定的原理静态工作点稳定的原理输入特性曲线输入特性曲线(2-49)BII 22121BBCRREII22BBRIV CBBBERRR212EEBEBBERIVVVUEBEBEBECRVRUVIII1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路EECCCCERIRIEU2. 求静态工作点求静态工作点CBII(2-50)EBCRVI可以认为与温度无关。可以认为与温度无关。似乎似乎I2越大越好，越大越好，但是但是RB1、RB2太小，太小，将增加功耗。因此一将增

23、加功耗。因此一般取几十般取几十k 。I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路(2-51)例：例：已知已知 =50， EC=12V， RB1=7.5k ， RB2=2.5k ， RC=2k ， RE=1k ， 求该电路的静态工作点。求该电路的静态工作点。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoV3212CBBBBERRRVmA32.IEV15.UCE(2-52)2、动态分析、动态分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLoUiUiIbIcIbIRB微变等效电路微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路交流通路bebeBirr| RrCoR

24、r beLurRA(2-53) 射极输出器射极输出器(共集电极电路共集电极电路)RB+ECC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道直流通道(2-54)一、静态分析一、静态分析EBBECBBECEBBBRRUEIUERIRI)1 ()1 (BEI )1 (IEECCERIEUIBIERB+ECRE直流通道直流通道(2-55)二、动态分析二、动态分析RB+ECC1C2RERLuiuoRBRERLuiuo交流通道交流通道共集电极共集电极(2-56)RBRERLuiuo交流通道交流通道rbeiUbIRERLRBoUcIbIiI微变等效电路微变等效电路(2-57)LELRRR/LeoRIULbRI

25、）（1LebebiRIrIULbbebRIrI)1 (LbbebLbuRIrIRIA)1 ()1 (LbeLRrR)1 (1）（1. 电压放大倍数电压放大倍数rbeiUbIRERLRBoUcIbIiI(2-58)1.,)1 (LbeRr所以所以，1uA但是，输出电流但是，输出电流Ie增加了。增加了。2. 输入输出同相，输出电压跟随输入电压，输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称故称电压跟随器电压跟随器。结论：结论：LbeLuR)(rRA11）（(2-59)2. 输入电阻输入电阻RBbiIII输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小且取

26、得的信号大。的放大倍数影响较小且取得的信号大。R)(r/RIUrLbeBiii1rbeiUbIRERLRBoUcIbIiIRBIBiRBRUILbeibR)(rUI1(2-60)3. 输出电阻输出电阻用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。robIiIrbeRERBcIbISURSrbeRERBRSbIcIbIiIeIUIebbIIIIEsbesbeRURrURrUBssRRR/:设电源置电源置0IUro)11/(1EsbeRRr1/sbeERrR(2-61)一般：一般：1sbeERrR所以：所以：1sbeoRrr射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出器的输出电阻很小，带负载

27、能力强。IUro)11/(1EsbeRRr1/sbeERrR所谓所谓带负载能力强带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍，是指当负载变化时，放大倍数基本不变。数基本不变。(2-62)射极输出器的使用射极输出器的使用1. 将射极输出器放在电路的首级，可以将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。提高输入电阻。2. 将射极输出器放在电路的末级，可以将射极输出器放在电路的末级，可以降降 低输出电阻，提高带负载能。低输出电阻，提高带负载能。3. 将射极输出器放在电路的两级之间，将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。可以起到电路的匹配作用。(2-63)耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻

28、容耦合；变压器耦合。直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。多级放大电路及耦合方式多级放大电路及耦合方式耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1. 静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置2. 动态动态: 传送信号。传送信号。第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第第 n 级级放大电路放大电路 第第 n-1 级级放大电路放大电路功放级功放级要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，减少压降损失。降损失。 前级前级后级后级+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k1

29、0k8k10kC1RC2T1RE1CET2SUoUiU阻容耦合阻容耦合(2-65)阻容耦合多级放大器的分析阻容耦合多级放大器的分析iou.UUA o1oio1.UUUUu2u1AA 前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗 后级的输入阻抗是前级的负载后级的输入阻抗是前级的负载1. 1. 两级之间的相互影响两级之间的相互影响- -动态分析时动态分析时2. 2. 电压放大倍数（以两级为例）电压放大倍数（以两级为例）注意：注意：在算前级在算前级放大倍数时，要放大倍数时，要把后级的输入阻把后级的输入阻抗作为前级的负抗作为前级的负载！载！unu2u1uAAAA扩展到扩展到n n级

30、级(2-66)阻容耦合阻容耦合(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。点相互独立，分别估算。(2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4) 总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5) 总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1 。(6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。可知，射极输出器接在多级放大电

31、路的首级可可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。(2-67)解决方法解决方法: :提高后极的提高后极的E E极电位极电位, , 加加R RE2E2。提高了提高了T1T1的输出电压的输出电压, ,使使T2T2有合适的有合适的Q Q点。点。问题问题 1 :1 :前后级前后级Q Q点相互影响点相互影响, ,需设置合适的需设置合适的Q Q点。点。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2直接耦合电路的问题直接耦合电路的问题(

32、2-68)问题问题 2 2 : :零点漂移。零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当当 u ui i 等于零时，等于零时， u uo o不等于零。不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有时会将有时会将信号淹没信号淹没解决方法解决方法: :差动电路。差动电路。变压器耦合电路变压器耦合电路(2-70)()( |)(ffAfAUU 其中：其中： 称为放大器的幅频响应称为放大器的幅频响应)( |fAU 称为放大器的相频响应称为放大器的相频响应)( f 放大电路的频率特性放大电路的频率特性放大电路的电压放大倍数与频率有关放

33、大电路的电压放大倍数与频率有关输入输入信号并非单一频率的正弦信号信号并非单一频率的正弦信号(2-71)频率特性频率特性幅频特性幅频特性相频特性相频特性低频段：低频段：在低频段，三极管的极间电容可在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容视为开路，耦合电容C C1 1、C C2 2不能忽略。不能忽略。中频段中频段: :所有的电容均可忽略（放大电路）所有的电容均可忽略（放大电路）高频段：高频段：耦合电容耦合电容C C1 1、C C2 2可以可视为短路，可以可视为短路，三极管的极间电容和线路分布电容不能忽略三极管的极间电容和线路分布电容不能忽略。放大电路分低、中、高三个频段研究放大电路分低、中、高三个频段研究(2-72)共射放大电路的频率特性共射放大电路的频率特性f-180fHfL-225-270 ffHfL|A|U|A|UO-135-90 |A|21UO（1）通频带：）通频带：HLHbwffff （2 2）带宽