模块二-分立元件放大电路

模块二分立元件放大电路路

放大电路概述

共射放大电路

共集放大电路

MOS管及放大电路本模块主要内容

多级放大电路

功率放大电路2.1放大电路概述2.1.1放大电路的概念放大电路是由三极管（或场效应管）、电阻器、电容器及电源等一些元件组成的。主要功能是对输入信号进行放大

。三种三极管放大电路(三种组态)共射极放大电路共基极放大电路共集电极放大电路2.1.2放大电路的主要性能指标1．放大倍数2．输入电阻Ｒi

3．输出电阻RO４．最大输出功率和效率2.2共射放大电路2.2.1放大电路的组成与元件作用1.放大电路的组成2.放大电路中各元件的作用三极管VT电源

偏置电阻和集电极电阻耦合电容C1和C22.2.2放大电路中电流、电压的符号及波形1.电路中电流、电压的符号规定

名称

总电流或总电压

直流量（静态值）

交流量基本关系式瞬时值有效值基极电流集电极电流基—射电压集—射电压IB大写字母、大写下标，表示直流量。iB小写字母、大写下标，表示总量。ib小写字母、小写下标，表示交流量。交直流量iB交流分量ibtIB直流分量

举例:放大电路中既含有直流又含有交流，是交直流共存的电路。2．放大电路中电流、电压的波形UBEIB无输入信号(ui

=0)时:

uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号(ui

≠0)时

uCE=UCC－iC

Rc

uo

0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRbRcC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO例：对直流信号（只有+UCC）开路开路Rb+UCCRcC1C2VT直流通路+UCCRbRcVT由直流通路可知:（1）直流通路指放大电路中直流电流通过的路径。计算放大电路的静态工作点时用直流通路。

2.2.3放大电路分析1.放大电路中的直流通路与交流通路（2）交流通路交流通路是指放大电路中交流电流通过的路径。

计算放大倍数、输入电阻、输出电阻等时用交流通路。

例:对交流信号(输入信号ui)短路短路置零Rb+UCCRcC1C2VTRbRcRLuiuo交流通路VT

2.图解分析法

1.三极管的输出特性。2.UCE=UCC–ICRC

。ICUCE直流通道路Rb+UCCRcICUCEUCCQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB（1）静态分析先估算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。ICUCEQUCCICQUCEQIBQ在左图中,通过Q点分别作横轴与纵轴的平行线,可求得ICQ与UCEQ.例：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=20V，RC=6.8，RB=500k，

=45。解：请注意电路中IBQ和ICQ的数量级。(2)动态工作情况分析动态分析的目的:

了解放大电路各极电流、电压的波形，并求出输出电压的幅值，从而确定放大电路的电压放大倍数。等效负载电阻为:，故交流负载线的斜率为。因为，,所以交流负载线比直流负载线要陡一些。

交流负载线是一条经过Q点，斜率为的直线。

动态图解分析的过程是：首先在输入特性曲线上，根据输入信号画出基极电流的波形，然后在输出特性曲线上，由画出和的波形。动态工作情况如下图所示:动态分析图解法QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuo

由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。（3）静态工作点与波形失真的关系当Q点位置选得太高，容易出现饱和失真。

当Q点位置选得太低，容易出现截止失真。

演示数据比较Rb适当Rb增大Rb减小项目输入输出波形0V0V0VE3.48V4.99V0.3V(小)C0.76V0.63V0.8VB三极管各极电压3.微变等效电路分析法

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。对输入的小交流信号而言，三极管的发射极可以等效为一个电阻rbe。对于小功率三极管：(1)三极管的微变等效电路iBuBE

uBE

iB0从上式可见,rbe与静态工作点有关。一般的值在几百欧到几千欧之间，对于常用高频小功率管，当＝1～2mA时，rbe为左右。从输出回路看所以：由于三极管的电流放大作用，在输出回路将有，即集电极电流只受基极电流控制。因此，从输出端C、E间看三极管是一个受控电流源。

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iCuCEiC

uCEibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-rbeBEC

晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。

晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。(2)共射放大电路的微变等效电路

将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRbRcRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RbRcuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii（3）指标计算a．电压放大倍数设放大电路的输入信号是正弦波信号，所以图中的各电量均用相量表示。b.放大电路的输入电阻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。c．放大电路的输出电阻

先将输入端信号源短接，并保留信号源内阻RS，再将输出端的负载拿掉，然后在输出端加入探察电压，在的作用下，输出端将产生一相应的探察电流,则输出电阻为:

求输出电阻的方法:(所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法)由图可知，当＝0时，＝0，＝0（电流源开路），由得

的大小反映了放大器带负载的能力。越小，带负载的能力就越强。2.2.4分压式偏置稳定电路

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。

在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBE

、

、ICBO

。

上式表明，当UCC和Rb一定时，IC与UBE、

以及ICEO有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移。iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移Q´

固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使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。结论

当温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。O常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点分压式偏置电路1.稳定Q点的原理

基极电位基本恒定，不随温度变化。UBRb1RcC1C2Rb2CeReRLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRsuS+–集电极电流基本恒定，不随温度变化。Rb1RcC1C2Rb2CeReRLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRsuS+–Q点稳定的过程TUBEIBICUEICUB固定

Re

：温度补偿电阻

对直流：Re越大,稳定Q点效果越好；

对交流：Re越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容Ce。Rb1RcC1C2Rb2CeReRLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRsuS+–

静态工作点的估算Rb1RcC1C2Rb2CeReRLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRsuS+–动态分析

对交流：旁路电容CE

将RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同。如果去掉Ce

，Au，ri，ro？旁路电容Rb1RcC1C2Rb2CeReRL++++UCCuiuo++––RSuS+–去掉Ce后的微变等效电路如果去掉CE，Au，ri，ro

?Rb1RcC1C2Rb2CeReRL++++UCCuiuo++––RSuS+–短路对地短路rbeRbRcRLEBC+-+-+-RsRe无旁路电容Ce有旁路电容CeAu减小Ri提高Ro不变2.3共集放大电路共集放大电路的组成1．静态工作点比较稳定

因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。因从发射极输出，所以称射极输出器。usRb+UCCC1C2ReRLui+–uo+–+++–RS+UCCReRe+–UCE+–UBEIEIBIC直流通路微变等效电路rbeRbRLEBC+-+-+-RsRe2.电压放大倍数小于1（近似为1）电压放大倍数Au

1且输入输出同相rbeRbRLEBC+-+-+-RsRe3.输入电阻高rbeRbRLEBC+-+-+-RSRe4．输出电阻低

由输出端看进去，有三条支路并联：即发射极支路、基极支路和受控源支路。发射极支路电阻为基极支路电阻为

受控源支路的电流是基极电流的β倍，所以此支路的等效电阻应为基极支路电阻的１/β倍。

∥∥∥若不计信号源内阻（RS＝0），则有射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。

1.因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。

2.因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。

3.利用ri大、ro小以及Au

1的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。射极输出器的应用举例例1:

在图示放大电路中，已知UCC=12V,RE=2kΩ,

Rb=200kΩ，RL=2kΩ，晶体管β=60，UBE=0.6V,信号源内阻RS=100Ω，试求:(1)

静态工作点IB、IE及UCE；(2)画出微变等效电路；(3)

Au、ri和ro。Rb+UCCC1C2ReRLui+–uo+–++us+–RS解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路+UCCReRe+–UCE+–UBEIEIBIC(2)由微变等效电路求Au、ri、ro。rbeRbRLEBC+-+-+-RSRe微变等效电路2.4场效应管基本放大电路(1)共源放大电路MOS场效应管构成的放大电路也要建立合适的静态工作点，即栅偏压。

产生栅偏压的偏置电路有两种：自偏压电路和分压式偏置电路。

因流过

Rg的电流为零,所以有:、是栅极分压电阻，适当选择和的阻值，就可获得正、负及零三种栅偏压。分压式共源放大电路如右图所示。性能指标估算电压放大倍数输入电阻输出电阻

Rg是为了提高输入电阻Ri而设置的。从图中不难求出放大电路的三个动态指标电压放大倍数

∥输入电阻

输出电阻(2)共漏放大电路+UDD

RSC2C1Rg1Rg2Rg+–RLuiuo+–+Rg1RSRg2Rg+–RL+–SDGT+–交流通路电压放大倍数特点与晶体管的射极输出器一样2.5多级放大电路

耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。常用的耦合方式第二级

推动级

输入级

输出级输入输出多级放大电路的框图2.5.1级间耦合方式直接耦合阻容耦合变压器耦合

(1)阻容耦合第一级第二级负载信号源阻容耦合：两级之间通过耦合电容C2

与RC1电阻连接R11RC1C1C2R12Ce1Re1+++++–RS+–RC2C3Ce2Re2RL+++UCC+––T1T2(2)直接耦合直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。但各级静态工作点相互牵制，使静态工作点调整困难。

（3）变压器耦合变压器耦合：两级之间通过变压器连结起来。变压器可以隔断直流量，又可传递交流信号。变压器比较笨重，体积大，成本高，无法集成，应用范围较窄。2.5.2多级放大电路的分析方法第一级第二级rbeR12RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-R11推广到级放大电路，总的电压放大倍数为

通频带f|Au

|0.707|Auo|fLfH|Auo|幅频特性下限截止频率上限截止频率耦合、旁路电容造成。三极管结电容、

造成O单级共射放大电路的幅频特性曲线如下图所示。

BW＝fH－fL

由于一般有fL＜＜fH,故

BW≈fH（3）多级放大电路的频率响应多级放大电路的通频带总是比单级的通频带要窄。放大电路的频率特性

阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。频率特性幅频特性：电压放大倍数的模|Au|与频率f的关系相频特性：输出电压相对于输入电压的相位移

与频率f的关系（2）单级共射放大电路的频率特性

（1）基本概念2.6功率放大电路2.6.1概述(1)功率放大电路的功能和特点功率放大电路输入的是大信号电压，以获得尽可能大而失真又较小的输出功率为主，讨论的主要指标有输出信号功率、功率放大电路的效率、三极管的管耗等。(2)对功率放大电路的基本要求a.在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。b.由于功率较大，就要求提高效率。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO(3)功率放大器的分类甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通,静态IC较大，波形好,管耗大效率低。乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态IC=0，波形严重失真,管耗小效率高。甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC

0，一般功放常采用。2.6.2互补对称射极输出功率放大电路(1)OCL乙类互补对称电路uiuo+–UCCVT1VT2+UCCRL–ic1ic2静态时：ui=0V,iC10，iC20uo=0V。动态时：ui

<0VT2导通，T1截止ui

>0VT1导通，T2截止特点：双电源供电、输出无电容器。uoOCL原理电路电路组成分析计算确输出功率:最大输出功率：

VT1的管耗PT1：两管的管耗为：直流电源供给的功率电源供给的最大功率为效率

78.5％当Uom≈UCC时，则这个结论是理想值，实际效率比这个数值要低。由于该电路工作在乙类状态，所以它不能使输出波形很好地反映输入的变化,产生了失真。

交越失真

当输入信号ui为正弦波时，输出波形在信号过零附近衔接不好出现的失真称为交越失真。

交越失真产生的原因是由于晶体管特性存在非线性，ui

<死区电压晶体管导通不好。交越失真

采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。克服交越失真的措施uitOuotO

动态时，设ui

加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。负半周T1截止，T2基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。

静态时T1、T2

两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。克服交越失真的电路R1RLuIVT1VT2+UCCCAuo++-+-VR2VD1VD2(2)OTL乙类互补对称电路1.

OTL电路特点VT1、VT2的特性一致；一个NPN型、一个PNP型两管均接成射极输出器；输出端有大电容；单电源供电。

静态时(ui=0),IC10，IC20OTL原理电路电容两端的电压RLuIVT1VT2+UCCCAuo++-+-RLuiVT1VT2Auo+-+-动态时

设输入端在UCC/2

直流基础上加入正弦信号。T1导通、T2截止；同时给电容充电T2导通、T1截止；电容放电，相当于电源若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。ic1ic2交流通路uo输入交流信号ui的正半周输入交流信号ui的负半周电路的最大输出功率为忽略时，则有

对于单电源供电的乙类功放电路,与乙类对称功放分析类似，将乙类功放所有公式中的VCC替换成VCC/2即可。OTL甲乙类互补对称功放如左图所示2.6.3集成功率放大电路集成功率放大电路是在集成运算放大器的基础上发展起来的，是一种单片集成电路，应用十分广泛。其内部结构也由前置放大级、中间级、输出级和偏置电路等四大部分组成。芯片如图所示。(1)LM386集成功率放大器LM386是一种小功率通用型集成功率放大器。下图所示是它的引脚排列图，它采用双列直插式塑料封装。其典型参数为：电源电压范围；额定输出功率660mW；带宽输入电阻为50，（管脚①和⑧开路）。LM386引脚排列图

LM386实用电路用LM386组成的OTL实用电路如上图所示。是输入耦合电容，、为电源去耦电容，、音圈电感在高频下的不良影响，改善功放的高频特性，防止自激。是频率补