第四章第一节偏置电路

第四章第一节偏置电路第1页，共32页，2023年，2月20日，星期三第四章放大器基础第四章前言第一节

偏置电路和耦合方式第二节放大器的性能指标第三节

基本组态放大器第四节差分放大器第五节电流源电路及其应用第六节集成运算放大器第七节放大器的频率响应第2页，共32页，2023年，2月20日，星期三第四章放大器基础前言

放大器是最基本的电子电路，其功能就是将输入信号进行不失真的放大。放大器通常由三端器件(工作在放大区的晶体三极管或场效应管)，再配以合适的外围电路共同构成。例如：三种基本组态放大器、差分放大器等。虽然三种组态放大器和差分放大器各自具有不同的特点，但它们的分析方法却是相同的。本章重点是掌握各种放大器的电路组成、工作原理、工程估算法及性能特点，熟悉集成电路中常用的电流源电路工作原理及应用。第3页，共32页，2023年，2月20日，星期三教学要求：掌握放大器组成原理，并能熟练判断放大电路组成是否合理。熟悉理想情况下放大器的四种模型，并掌握增益、输入电阻、输出电阻等各项性能指标的基本概念及计算方法。掌握三种组态放大器、差分放大器的电路组成、工作原理、工程估算及性能特点，并熟悉各种电路的应用场合。掌握电流源电路的组成、工作原理及其应用。了解集成运放的组成原则。了解三种组态放大器的频率特性，掌握节点阻抗与上限频率之间的关系，熟悉展宽通频带的方法。本章4.8节根据教学需要，可作为扩展内容。第4页，共32页，2023年，2月20日，星期三放大器的作用：是将输入信号进行不失真地放大。放大器的分类（1）、根据被放大信号不同特征划分1、放大缓慢变化信号的直流放大器2、放大语音信号的音频放大器3、放大图像信号的视频放大器4、放大脉冲信号的脉冲放大器5、放大高频载波信号的或已调制信号谐振放大器（2）、根据信号的强弱划分1、小信号放大器2、大信号放大器第5页，共32页，2023年，2月20日，星期三本章仅限于讨论有关小信号放大器的基础知识：内容包括1、放大电路的组成原理。2、基本放大电路（三种基本组态电路、差分放大电路）的性能特点及改进性能的基本途径。3、偏置设定原理。4、电流源电路及其应用，耦合方式等。第6页，共32页，2023年，2月20日，星期三第一节

偏置电路和耦合方式第7页，共32页，2023年，2月20日，星期三一、偏置电路1、对偏置电路的要求：（1）、提供放大管所需要的静态工作点Q；（2）、提供的静态工作点Q，在环境温度、电源电压等外界环境因素变化或更换放大管时力求维持不变。偏置电路：设置静态工作点的电路，基本上是由RB1、RB2、RC、RE、VBB、VCC

等元件组成的晶体管的外电路构成。2、设置合理的静态工作点的意义：VCCvOviVBBRCRB第8页，共32页，2023年，2月20日，星期三为了说明上述要求的必要性，现以图4—1—1(a)所示的放大器基本电路为例，用图解分析法画出输入正弦信号电压vi

作用下的输出电压波形，如图4-1-1(b)所示。第9页，共32页，2023年，2月20日，星期三3、热稳定性VCC0VCEICQ3Q2Q1Q'3Q'2Q'1当温度升高时：β值增大工作点将从Q点，上升止Q'，放大器的工作点发生变化，此时会影响放大器的输出。第10页，共32页，2023年，2月20日，星期三二、静态工作点的热稳定性环境温度对静态工作点的影响是通过：β、VBE(on)、ICBO三个对温度敏感的管子参数变化而产生的。例如、VCC+6V2K270KRCRB设在室温下，T=300K、β=100VBE(on)=0.7V、ICBO=10-12A。在室温下第11页，共32页，2023年，2月20日，星期三当环境温度升高30ºC时∶由于每升高1°C，β的相对值增加1%，即β=130；每升高1°C，VBE(on)减小2.5mV；∴VBE(on)=0.7-0.0025=0.625V每升高10°C时，ICBO增大一倍；第12页，共32页，2023年，2月20日，星期三通过分析数据，可知温度升高30°C，IBQ略有增加，而ICQ却增大32%，导致静态工作点移向饱和区。因此，设计具有较高热稳定性的偏置电路是保证放大器性能稳定的关键。主要是通过稳定ICQ来实现的。第13页，共32页，2023年，2月20日，星期三三、分压式偏置电路分压式偏置电路是一种高稳定性的偏置电路。RB1RERCRB2I1IBQVCCRB1与RB2分别称为上偏置和下偏置电阻，它们构成VCC的分压电路，在晶体管基极产生静态电压VBQRC称为直流负载电阻，VCC通过RC为集电极提供偏置电压。RE称为发射极偏置电阻，流过发射极静态电流IEQ在其上产生静态电压VEQ。第14页，共32页，2023年，2月20日，星期三RB1RERCRB2I1IBQVCCRE的作用：是RE对ICQ有自动调节作用。例如、由于某种原因ICQ升高，ICQIEQVEQVBEQ=(VBQ-VEQ)IBQICQ又如、ICQ

减小，ICQIEQVEQVBEQ=(VBQ-VEQ)IBQICQ第15页，共32页，2023年，2月20日，星期三要提高这种自动调节作用，首先必须选取大的RE使其上压降更有效的控制VBEQ，但从电源电压的利用率来看，RE不宜取值过大，否则VCC实际加到管子上的压降VCEQ就会减小。工程上，一般取VEQ=0.2Vcc，或VEQ=1~3V；其次，RB1和RB2的取值不宜过大，使通过它们的电流I1远大于IBQ，这样就可以认为VBQ就是VCC在RB2上的分压值，与IBQ的大小无关。一般取I1=(5~10)IBQ第16页，共32页，2023年，2月20日，星期三例一、如图所示的电路中，已知晶体三极管特性相同β=100，VBE(on)=0.7V，要求IEQ1=0.5mA，IEQ2=1mA，VCEQ1=2.5V，VCEQ2=4V。设VCC=12V，VCQ2=6V，I1=10IBQ1，试计算各电阻值。VCCRC1RB1RE1RE2RC2RB2I1T1T2解：已知β=100，VBE(on)=0.7VIEQ1=0.5mA，IEQ2=1mAVCEQ1=2.5V，VCEQ2=4VVCC=12V，VCQ2=6VI1=10IBQ1∵ICQ1≈IEQ1=0.5mA，ICQ2≈IEQ2=1mA∴第17页，共32页，2023年，2月20日，星期三VCCRC1RB1RE1RE2RC2RB2I1T1T2根据电路可知：VEQ2VCQ1VCQ1=VBE(on)+VEQ2=0.7V+2V=2.7VVEQ1=VCQ1-VCEQ1=2.7-2.5=0.2VVBQ1VEQ1第18页，共32页，2023年，2月20日，星期三VCCRC1RB1RE1RE2RC2RB2I1T1T2第19页，共32页，2023年，2月20日，星期三VCCRC1RB1RE1RE2RC2RB2I1T1T2第20页，共32页，2023年，2月20日，星期三除晶体三极管放大电路外，分压式偏置电路还适用于各种场效应管放大电路。如图所示：RG1RSRDRG2VDDRGRSRDVDDRGVDDRD分压式自给偏置零偏置第21页，共32页，2023年，2月20日，星期三双电源供电的偏置电路RBRERC-VEETVCCRBRERCVCC+VEETVEE电路等效为第22页，共32页，2023年，2月20日，星期三二、耦合方式：在实际的电子系统中，它的放大电路部分一般都是由多级放大器组成。例如、一个电子音响系统音响源多级放大器扬声器音响源：是将非电信号变换为电信号的换能器。第23页，共32页，2023年，2月20日，星期三换能器1、话筒：将声音信号变换为电信号。2、磁头：将随声音变化的磁场强度变换为电信号。3、磁鼓：将随声音、图像变化的磁场强度变换为电信号。4、光头：将随声音、图像变化的光强变换为电信号。电子系统中的连接方式：1、换能器与第一级放大器的连接。2、放大器与放大器之间的连接（级与级之间）。3、最后一级放大器与输出负载之间的连接。第24页，共32页，2023年，2月20日，星期三1、放大器与换能器的连接：从电路的观点来看，各种换能器都可等效为电源：ZSvSZSiS换能器与放大器连接时，换能器将是放大器的输入信号，而放大器将是换能器的负载。连接的目的：是有效地将换能器的输出信号（功率、电压、或电流）加到放大器输入端。第25页，共32页，2023年，2月20日，星期三要求：换能器的接入不能影响放大器得静态工作点，而某些换能器为了保证换能特性，又不允许直流电流通过，为实现这个要求必须采用隔离技术。通常采用隔直电容耦合、变压器耦合、或光电耦合。VCCRB1RERCRB2vSRsRB1RERCRB2vSRsVCCCB第26页，共32页，2023年，2月20日，星期三2、级间连接级与级之间的连接方式：（1）、具有隔直流作用的电容耦合连接方式。T1RB11RE1RC1RB12vSRsCBT2RsRB21RE2RC2RB22VCCCC特点：各级直流静态工作点，由本级偏置电路设定，不受相邻级的影响。第27页，共32页，2023年，2月20日，星期三（2）、直接连接（直接耦合）T1VBQ4VBQ2RC1RC4T3T4VCQ2T2VBQ1RC2VBQ3RC3VCQ1VCCVCQ3VCQ4VCQ1=VBQ2=VBE(on)、VCQ2=VBQ3=VBE(on)、VCQ3=VBQ4=VBE(on)VCEQ1≈VBQ2、VCEQ2≈VBQ3、VCEQ3≈VBQ4显然，各管处于临界饱和状态。第28页，共32页，2023年，2月20日，星期三T1RE4RE2RC1RC4T3T4VCQ2T2RC2RE3RC3VCQ1VCCVCQ3VCQ4VBQ2VBQ4VBQ3VCQ1=VCEQ1=VBE(on)+IEQ2RE2VCQ2=VCEQ2+IEQ2RE2=VBE(on)+IEQ3RE3VCQ3=VCEQ3+IEQ3RE3=VBE(on)+IEQ4RE4VCQ1<VCQ2<VCQ3<VCQ4RE电阻逐级增大，在VCC一定的情况下，RC相应减小。RC的减小，表明输出电压减小。存在级间电平配置问题。第29页，共32页，2023年，2月20日，星期三例如、如图所示的电路T1RC2RC1RB1VCQ2T2RE2VCQ1VCC除此之外，还存在工作点漂移现象。漂移：是指外界环境因素（特别是温度）变化将造成静态工作点移动。第30页，共32页，2023年，2月20日，星期三例如、假设室温时，静态工作点为规定值，则温漂可看作为叠加在规定值上的一种缓慢变化