第二章 基本放大电路-lm

(2-1)

第二章基本放大电路(2-2)放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的放大成较大的信号。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。这里所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端网络表示，如图：uiuoAu(2-3)1、基本放大电路的组成三种三极管放大电路共射极放大电路共基极放大电路共集电极放大电路以共射极放大电路为例讲解工作原理(2-4)放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RB+ECEBRCC1C2T(2-5)作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻RB+ECEBRCC1C2T(2-6)集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T(2-7)集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+ECEBRCC1C2T(2-8)耦合电容：电解电容，有极性。大小为10F~50F作用：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。RB+ECEBRCC1C2T(2-9)可以省去电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T(2-10)单电源供电电路+ECRCC1C2TRB(2-11)符号规定UA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。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua交直流量交流分量tUA直流分量(2-12)实现放大的条件1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.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。放大电路的主要性能指标1．放大倍数电压放大倍数电流放大倍数互阻放大倍数互导放大倍数2．输入电阻ri3．输出电阻ro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。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，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。交流通路：只考虑交流信号的分电路。直流通路：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。2基本共射放大电路(2-15)例：对直流信号（只有+EC）开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC(2-16)对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T静态工作点放大电路的工作过程ui=0时(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ

)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。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ(2-19)（2）根据直流通道估算UCE、IBICUCE直流通道RBRC(2-20)估算法（1）根据直流通道估算IBIBUBERB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。+EC直流通道RBRC(2-21)例：用估算法计算静态工作点。已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：请注意电路中IB和IC的数量级。放大电路的工作过程动态工作情况当iC增大时，uCE减小，即uCE的变化与iC相反;u0与ui反相，通过参数的适当选取实现u0对ui的放大。单电源供电电路+ECRCC1C2T(2-23)

放大电路的分析方法放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法(2-24)先估算IB，然后在输出特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负载线的交点就是Q点。ICUCEQEC直流通道RB+ECRC图解法直流负载线(2-25)直流负载线ICUCE1.三极管的输出特性。2.UCE=EC–ICRC。ICUCEECQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB直流通道RB+ECRC图解法(2-26)IBUBEQICUCEibtibtictuit图解法直流分量IB放大电路的动态分析(2-27)交流负载线ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路(2-28)交流负载线的作法ICUCEECQIB过Q点作一条直线，斜率为：交流负载线iC

和uCE是交直流量，与交流量ic和uce有如下关系:所以：即：交流信号的变化沿着斜率为：的直线。这条直线通过Q点，称为交流负载线。(2-29)各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB(2-30)放大电路的动态分析微变等效电路法iBuBE从输入回路看当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。uBEiB对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。rbe从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：1.三极管的微变等效电路(2-31)从输出回路看iCuCE所以：(1)输出端相当于一个受ib控制的电流源。近似平行(2)考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。rce的含义iCuCE(2-32)ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。rbeibibrcerbeibibbce等效cbe三极管的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将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL(2-34)电压放大倍数的计算特点：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL(2-35)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：是动态电阻。rbeRBRCRL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较大的的输入电阻。(2-36)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。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。(2-37)所以：求输出电阻：rbeRBRC00(2-38)失真分析在放大电路中，输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，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。下面将分析失真的原因。为简化分析，假设负载为空载(RL=)。(2-39)iCuCEuo可输出的最大不失真信号选择静态工作点ib(2-40)iCuCEuo1.Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ibib失真(2-41)iCuCE2.Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形(2-42)实现放大的条件1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.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。(2-43)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、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。TUBEICEOQ(2-44)一、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC(2-45)二、温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。(2-46)小结TIC

固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。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：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、静态分析I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路RE射极直流负反馈电阻CE

交流旁路电容(2-48)TUBEIBICVEIC本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1.静态工作点稳定的原理输入特性曲线(2-49)I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路2.求静态工作点(2-50)可以认为与温度无关。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加功耗。因此一般取几十k。I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路(2-51)例：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。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo(2-52)2、动态分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR'B微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路(2-53)射极输出器(共集电极电路)RB+ECC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道(2-54)一、静态分析IBIERB+ECRE直流通道(2-55)二、动态分析RB+ECC1C2RERLuiuoRBRERLuiuo交流通道共集电极(2-56)RBRERLuiuo交流通道rbeRERLRB微变等效电路(2-57)1.电压放大倍数rbeRERLRB(2-58)1.所以但是，输出电流Ie增加了。2.输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。结论：(2-59)2.输入电阻输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小且取得的信号大。rbeRERLRB(2-60)3.输出电阻用加压求流法求输出电阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS电源置0(2-61)一般：所以：射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。所谓带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变。(2-62)射极输出器的使用1.将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能。3.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。(2-63)耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。多级放大电路及耦合方式耦合：即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：1.静态：保证各级Q点设置2.动态:传送信号。第一级放大电路输入输出第二级放大电路第n级放大电路……第n-1

级放大电路功放级要求：波形不失真，减少压降损失。

前级后级+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2阻容耦合(2-65)阻容耦合多级放大器的分析•

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1.两级之间的相互影响-动态分析时2.电压放大倍数（以两级为例）注意：在算前级放大倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的负载！扩展到n级(2-66)阻容耦合(1)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。(2)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。(4)总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻ri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。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:提高后极的E极电位,

加RE2。提高了T1的输出电压,使T2有合适的Q点。

问题1:前后级Q点相互影响,需设置合适的Q点。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE2直接耦合电路的问题(2-68)问题

2:零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当

ui

等于零时，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有时会将信号淹没解决方法:差动电路。

变压器耦合电路(2-70)其中：称为放大器的幅频响应

称为放大器的相频响应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——输入信号并非单一频率的正弦信号(2-71)频率特性幅频特性相频特性低频段：在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容C1、C2不能忽略。中频段:所有的电容均可忽略（放大电路）高频段：耦合电容C1、C2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。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f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-135°-90°（1）通频带：（2）带宽-增益积：│fbw×AuO│三极管一旦确定，带宽增益积基本为常数(2-73)引入负反馈使电路的通频带宽度增加：fABoAoAFBF(2-74)特点：结构对称。差动放大电路ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB

差动放大电路的工作情况(2-75)一.抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0当ui1

=

ui2=0

时：uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0当温度变化时：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2(2-76)二.输入信号分类(1)差模(differentialmode)输入ui1=-ui2=ud(2)共模(commonmode)

输入ui1

=ui2=uC任意输入的信号ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。(3)比较输入(2-77)ui1

=uC

+

ud

；ui2=uC-

ud例: