电子线路：第二章 放大电路基础

1、第二章 放大电路基础2.1 放大电路的组成及工作原理2.1.1 放大电路的功能及组成1. 电路组成A.核心器件BJTB.偏置电路提供放大外部条件C.输入、输出电路vi 的引入，vo 引出end2.1.2 共发射极放大电路利用叠加原理：b级的电压是Vbb电源和信号电源在b级产生电压的和。分别画出直流通道和交流通道。-+VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE2.1.2 共发射极放大电路1. 电路组成2. 简单工作原理vi=0vi =Vsint2.1.2 共射极放大电路vCE = VCC -iC RCend3. 简化电路及习惯画法习惯画法 共射极基本放大电路2.1.2 共射极放

2、大电路利用叠加原理进行电路分解 共射极放大电路电路分析目标：计算Ib,Ic,VCE 静态：输入信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。 电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。 直流通路 共射极放大电路输入信号为零（vi接地）；电容开路静态等效电路 动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。交流通路 共射极放大电路电容短路，直流量为零，VCC成为交流地动态等效电路endicvce+- 直流通路直流通路的计算2.1.

3、3 放大器的性能指标 1.放大倍数2.1.3 放大器的性能指标 2.输入电阻和输出电阻Ri越大越好Ro越小越好2.1.3 放大器的性能指标 3.通频带衡量放大电路对不同频率信号的适应能力4.非线性失真系数2.2 图解分析法 交流通路及交流负载线 输入交流信号时的图解分析 2.2.1 确定静态工作点 2.2.2 动态工作情况分析 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。 共射极放大电路 首先，画出直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 2.2.1 静态工作情况分析2.2 图解分析法直流通路IBVBE+-ICVCE+- 列输入回路方程：VBE =VCCIBRb 列输出回路

4、方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc 在输入特性曲线上，作出直线 VBE =VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。end图2.1.2 静态分析2.2 图解分析法 2.2.2 动态工作情况分析由交流通路得纯交流负载线： 共射极放大电路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL)1. 交流通路及交流负载线2.2 图解分析法由于交流负载线必过Q点，因此，过输出特性曲线上的Q点,做一条斜率为-1/RL 直线，该直线即为交流负载线。 RL= RLRc， 是交流负

5、载电阻。 交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。 图2.1.2 动态分析2.2 图解分析法2.2 图解分析法2. 输入交流信号时的图解分析 3.3.2 动态工作情况分析 共射极放大电路通过图解分析，可得如下结论： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。 2.2.3 非线性失真分析1. BJT的三个工作区2.2 图解分析法当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。饱和区特点： iC不再随iB的增加而线性增加，即此时截止区特点：iB=0， iC= ICEOvCE= V

6、CES ，典型值为0.3V直流通路IBVBE+-ICVCE+-iCuCEuo可输出的最大不失真信号（1）合适的静态工作点ib2非线性失真与Q的关系截止失真消除方法：增大VBB（2）Q点过低信号进入截止区最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC UCEQ ），取其小者（3）Q点过高信号进入饱和区2.3 放大电路的工作点稳定问题 温度变化对ICBO的影响 温度变化对输入特性曲线的影响 温度变化对 的影响 稳定工作点原理2.3.1 温度对工作点的影响2.3.2 分压式偏置稳定电路2.3.1 温度对工作点的影响1. 温度变化对ICBO的影响2. 温度变化对输入特性曲线的影响温度T 输出特性

7、曲线上移温度T 输入特性曲线左移3. 温度变化对 的影响温度每升高1 C ， 要增加0.5%1.0%温度T 输出特性曲线族间距增大总之 ICBO ICEO T 同VBE IB IC 2.3.2 分压式偏置稳定电路1. 稳定工作点原理目标：温度变化时，使IC维持恒定。 如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。T 稳定原理： IC IEIC VE、VB不变 VBE IB（反馈控制）b点电位基本不变的条件：I1 IB ，此时，不随温度变化而变化。 且Re可取大些，反馈控制作用更强。 一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 共射极放大电路end 2.3.2 射极偏置

8、电路2. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放大电路电压增益：输入电阻：输出电阻：Ro = Rc # 射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？icvce+- 2.3.2 射极偏置电路end建立小信号模型的意义 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是在一定的条件下（工作点附近）将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。2.4 放大电路的微变等效电路分析法 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的

9、电路当作线性电路来处理。建立小信号模型的思路输入回路和输出回路输入回路分析输入回路分析（增加精确度）输出回路分析输出回路分析（提高精度）静态回路动态回路简化静态，动态直流回路交流回路3.4.1 BJT的小信号建模2. H参数小信号模型（交流回路）交流小信号统一公式可得小信号模型BJT的H参数模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络2.4.1 BJT的小信号建模3. 模型的简化hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即 rbe= hie = hfe uT

10、= hre rce= 1/hoe一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为 ibicvceibvbeuT vcerberce uT很小，一般为10-310-4 ， rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路 ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。 电流方向与ib的方向是关联的。 2.3.3 BJT的小信号建模4. h参数的确定 晶体管参数； rbe 与Q点有关一般可用公式估算 rbe 2.3.3 BJT的小信号建模4. h参数的确定其中对于低频小功率管 rbb200 则 而 (T=300K) end2.4.1 BJT的小信号建模小信号模型vBEvCEiBcebiCB

11、JT双口网络基区体电阻查阅手册发射结电阻由发射极静态电流来计算小信号模型的应用注意事项： H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。 H参数与工作点有关。2.4.2 用H参数小信号模型分析共 射极基本放大电路2.4.2 用H参数小信号模型分析共 射极基本放大电路 共射极放大电路1. 利用直流通路求Q点一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。2. 画出小信号等效电路RbviRbRbviRc 2.4.2 小信号模型分析共射极放大电路icvce+-交流通路RbviRcRLH参数小信号等效电路3. 求电压放大倍数根据RbviRcRL则

12、电压放大倍数 2.4.2 小信号模型分析（可作为公式）4. 求输入电阻 2.4.2 小信号模型分析RbRcRLRi5. 求输出电阻RbRcRLRo令Ro = Rc 所以I1I2IBI2=（510）IB I1 I2Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBEC分压式偏置电路Re射极直流负反馈电阻Ce 交流旁路电容ICIE2.4.3 带Re的共发射极放大电路的分析直流通道及静态工作点估算IB=IC/UCE = VCC - ICRC - IEReIC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re UBE 0.7V +VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE电容开路,画出直流通道

13、电容短路,直流电源短路，画出交流通道交流通道及微变等效电路Rb1+ECRCC1C2Rb2CERERLuiuoBEC交流通道Rb1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微变等效电路rbeRCRLRb1Rb2BECI1I2微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算Ri= Rb1/ Rb2/ rbeRo= RCrbeRCRLRb1Rb2BECI1I2RL= RC / RL电容CE的作用：2.5 基本共集放大电路1、静态分析2、动态分析2、动态分析：输入、输出电阻的分析Ri与负载有关。Ro与信号源内阻有关。3、特点大！小！只放大电流，不放大电压！2.6. 共基极电路直流通道1. 静

14、态工作点 直流通路与射极偏置电路相同2. 动态指标电压增益输出回路：输入回路：电压放大倍数：2. 动态指标 输入电阻 输出电阻R 3. 三种组态的比较电压增益：输入电阻：输出电阻：一、阻容耦合 不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。 Q点相互独立。2.9多级放大电路2.9.1耦合方式二、直接耦合1.电平匹配2.零点漂移现象：uI0，uO0的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，器件老化。 其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路：差分放大电路2.9.2 多级放大电路的动态分析一、电压放大倍数二、输入电阻三、输出电阻

15、 对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au数值大，最大不失真输出电压大。分析举例差分放大电路3.1 差分放大电路 3.1.1、基本差分放大电路 1、基本电路 2. Q点：令uI1= uI2=0二.动态分析 1. 放大差模信号差模信号：数值相等，极性相反的输入信号。即uI1= -uI2= uId/2。iE1= iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。R双端输入单端输出2. 抑制共模信号 共模信号：数值相等，极性相同的输入信号。即 uI1= uI1= uIcRe的共模负反馈作用： T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制每只差分管集电极电位的变化。对于每一

16、边电路，Re=?双端输入单端输出3. 共模抑制比KCMR： 在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免干扰；或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。 双入、双出 双入、单出 单入、双出 单入、单出基于不同的应用场合，有双、单端输入和双、单端输出的情况。所谓“单端”指一端接地。三、差分放大电路的几种接法单端输入四. 几种方式指标比较输出方式双出单出双出单出四. 几种方式指标比较输出方式双出单出双出单出在参数理想对称条件下：输入方式：双端输入时无共模信号输入，单端输入时

17、有共模输入。Ri与输入方式无关。输出方式：Q点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。四. 几种方式指标比较双端输入单端输出例题： Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。但Re 太大，则不合理。3.1.2具有恒流源的差分放大电路恒流特性 无论Rc的值如何， IC2的电流值将保持不变。温度补偿特性： VBE T IC1IC1 IREF IB13.2.4 偏置电路由于很小，所以IC2也很小3.2.4 偏置电路微电流源优点：受电源波动影响小；应用：有源负载 1、用于共射放大电路哪只管子为放大管？其集电结静态电流约为多少？3.2.4 偏置电路2、用

18、于差分放大电路 使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出时的差模放大倍数。 功率放大电路重点知识三、乙类双电源互补对称功放电路四、甲乙类互补对称功放电路五、OCL功放电路的分析计算二、功率放大电路的一般问题一、对输出级的要求 对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。射极输出形式静态工作电流小输入为零时输出为零 双电源供电时Uom的峰值接近电源电压。 单电源供电Uom的峰值接近二分之一电源电压。一、对输出级的要求二、功率放大电路的一般问题1. 功率放大电路的主要特点 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压

19、和电流。管子工作在接近极限状态。 2. 要解决的问题 提高效率 减小失真 管子的保护 一般直接驱动负载，带载能力要强。3. 提高效率的途径 降低静态功耗，即减小静态电流。# 功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？二、功率放大电路的一般问题4. 放大管的三种工作状态根据三极管正弦信号整个周期内的导通情况，有：乙类：导通角等于180甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于180# 用哪种工作状态的电路作功率放大电路最合适？工作点对比iCuCEQiCiCuCEQiCiCuCEQiC甲乙类：静态工作点Q设置在特性曲线的IC0而IC0处。放大器在信号的半个周期以上处于导通状态。乙类：静态工作点Q设置在特性曲线的IC=0处。放大器只在信号的半周期处于导通状态。甲类：静态工作点Q设置在特性曲线的中点处。在信号的全周期中，放大器都处于导通状态。二、功率放大电路的一般问题5. 功率放大电路主要技术指标最大输出功率Pom、转换效率、三极管的耗散功率PT和电源提供的功率PE6. 功率放大电路的晶体管选择极限参数PCM、 ICM和U(BR)CEO的计算7. 功率放大