基本放大电路.ppt

1、第11章 基本放大电路,2. 放大电路种类：,引言：,1. 作用：,11 .1 基本放大电路主要性能及分析方法,一、放大电路的主要性能指标：,us：信号源（正弦波）,Rs：信号源内阻,ui、ii ：放大器的输入电压、电流,uo、io ：放大器的输出电压、电流,1.放大倍数：,电压放大倍数 Au = 或 Au =,2. 输入电阻Ri,定义： Ri =,是从放大器输入端看进去的等效电阻。,Ri的意义：,3.输出电阻Ro,从放大器输出端看进去的等效电阻,定义： Ro =,Ro的意义：,uo = uo RL /（ RL+ RO）,RO=（uo/ uo） 1 RL,4. 通频带,放大器的频率特性为：Au

2、（j.f）= Au (f) (f),其中Au (f)为幅频特性；(f)为相频特性,幅频特性：,BW0.7 = fH fL 称为通频带,5.电压传输特性及非线性失真,uo = f（ui）,ui较小时 uo与ui成线性关系,ui较大时 晶体管进入非线性区域,线性关系，造成的失真,为非线性失真。,uo与ui不再是,（一）放大电路的组成,交流电压放大器,1. ui：微弱的交流输入信号 uo：放大后的交流输出信号,二、放大电路的分析方法,2.CC（几伏几十伏）：恒压源。 是电路的能源；保证集电结反偏。,V：电路中的放大元件，是整个电路的核心。 实质上是一个电流控制元件。,4.RC（几千几十千欧姆）：,将

3、以实现电压放大。,5. R：负载。,6. R（几十千几百千欧姆）：,基极偏置电阻。,CC经 提供发射结正偏。,7. CC（几十微法）： 耦合电容。,XC =1/ 2fc：,对直流，f = 0 XC ,对交流，f XC，要求XC小，故C较大，通常用电解电容。,通交流，隔直流。,PNP管如何构成简单的共发射极放大电路？,问题：,（二）几个基本概念,1.放大电路的两种工作状态,(1)静态：ui = 0 （没有输入交流信号电压）。 在直,特性曲线上确定一个点Q，称为静态工,流电源VCC作用下，有UBE、IB，UCE、 IC,均为直流，它们分别可以在输入、输出,作点。,输入交流信号ui，放大器处于放大工

4、作 状态，电路中的u、i都将发生变化。,所以对放大器进行分析时，要分两种情况：,静：Q （直） 用直流通路,动：Au、Ri、Ro （交） 用交流通路,显然:,（2）动态：,2.直流通路和交流通路,XL = 2fL = 0 电感短路,XC = 1/ 2fC 电容开路,UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ均为直流,直流：f = 0 ,(1) 直流通路,（2）交流通路,交流通路：原则上当交变电流通过某些电路元件基 本上不产生电压降时，则可以看作短路。 例：C1、C2、VCC。,例1：画出下列放大电路的直流通路和交流通路。, 三极管V是非线性元件, 放大电路为非线性。,出发点：将非线性元件三极管线性化。

5、,前提条件：输入信号ui很小。,当ui很小时，三极管的动,态范围很小，曲线则看成,直线，故可用线性电路的,方法分析非线性的放大器。,（三）放大电路的微变等效电路分析法,1. 三极管的微变等效电路,(1)输入回路的等效电路,iB = f（uBE ）uCE =常数 输入伏安特性曲线,输入回路可等效为一个线性电阻rbe,rbe是动态电阻，而IE为静态电流，即rbe与Q有关,rbe = rbb+（1+）,= 300 +（1+）,(2) 输出回路的等效电路,i c = f（uCE）iB =常数 输出特性曲线,输出回路可以等效为一个电流源 i c =iB,的线性等效电路。,输入、输出在E连在一起，此电路就

6、是一个三极管,b) 受控电流源的大小、方向均由控制量ib表示；,d) 此电路是简化的等效电路。,的，所以只能分析动态不能分析静态；,c) 此等效电路是在微小的变化量的前提下得出,2. 放大电路的微变等效电路分析法,(1)画出放大器的微变等效电路,由交流通路:,(2)动态性能指标分析,1) 电压放大倍数,Au =,=,= ,2) 输入电阻Ri及输出电阻Ro,Ri 应尽可能大一些（减小对信号源的负担）。,Ro = Uo / Io Ui =0；RL=； R c,Ro应尽可能小一些（带负载能力强）。,Ri =,Ri = = Ui / （Ui / RB + Ui / rbe）= RBrbe,【例】简单放

7、大电路如下图所示，CC = 12V,晶体管为硅管，其= 70, rbb= 300，已知电阻,RS = 500,R= 270k，RC = 3k，R = 3k。,试求：放大电路的静态工作点；放大电路的电,压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,【例】简单放大电路如下图所示，晶体管为硅,管，试求：放大电路的静态工作点；放大电路,的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,(1)静态工作点的估算。因为晶体管为硅管，取,IBQ = （VCC - UBEQ）/ RB,=（12- 7）V/270103,= 42A,ICQ = IBQ,UCEQ = VCC ICQRC,= 12V - 2.9mA3k,= 3.3V,= 7

8、042A, 2.9mA,解：,解：,(2) 求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻,= 300+7126mV/2.9mA, 0.94 k,rbe = rbb+（1+）（26mV/ IEQmA）,Au = -RL/ rbe,= -(RCRL)/rbe,= -70(33) k/0.94 k, - 112,Ri = RBrbe,Ro = RC = 3 k,= 270 k0.94 k, 0.94 k,(四）放大电路的工作原理,1 .静态工作情况（Q）,ui = 0时：,IBQ VCC / RB,ICQ IBQ,UCEQ = VCC ICQRC,均为恒定直流,2 .动态工作情况（在静态的基础上）,令 ui

9、=Uimsimt （v）,iB = IBQ +i b（Ibm simt）,uBE = UBEQ+ ui = UBEQ + Uimsimt,iC = ICQ + i c（Icmsimt）,uCE = VCC icRC,= （VCC - ICQRC）- icRC,即： uce = -icRC与 ic相位相反,uo = uce = -icRC =Uomsim（t - 180）,= VCC -（ICQ + ic）RC,迭加于BE间,= UCEQ+uce,Uom,iC,iB,uBE,3 .小结：,（2）三极管各电压、电流都包含交、直流,uBE = UBEQ+ ui,iB = IBQ + ib,iC =

10、ICQ + ic,uCE = UCEQ+uce,（1） ui、uo为交流，uoui交流电压,放大，且uo与 ui相位相反。,脉动直流,4 . Q与波形失真的关系,(1) 不设置Q行不行, 放大器必须设置Q,严重失真,静态：ui=0，UBEQ = 0,IBQ = 0,动态： ui0, UBE = ui,正半周V正偏,负半周V反偏,(2) Q不合适 非线性失真,Q过高（IBQ、 ICQ过大）,出现uo = uce底部失真饱和失真,Q过低（IBQ、 ICQ过小）,出现uo = uce顶部失真截止失真, 要使放大器正常工作，有较好的性能指标，应将Q,设置在合适的位置。（UCEQ 1 / 2 VCC）此

11、时,UBEQUim；UCEQUcem,例：判断下列电路能否放大交流信号电压？,11.2 三种基本组态放大 电路性能分析,一、 共发射极放大电路,（一）电路的组成和静态工作点,T,ICBO,UBEQ,其中：硅的ICBO很小可忽略，主要考虑和UBEQ；,锗的UBEQ很小可忽略，主要考虑和ICBO；,我们知道要使放大器正常工作就必须设置合适,的Q，而即使是这样，由于外界条件变化时都可能,使Q发生变化,其中以T的影响最为严重:,大电路 中的Q的变化。,ICQ=IBQ + ICEO从而导致放,例 ：,T= 25时 = 50 ICBQ0,IBQ = 40A,ICQ = 2mA,UCEQ= 12 - 23,

12、 Q是合适的。,T=75时 =70 ICBQ=12A,IBQ = 40A,ICQ =IBQ + ICEQ = 2.8 + 0.84 = 3.64mA,UCEQ= 12-3.6436V1V 饱和,= 6V,= 1/2 VCC,结论：,T,ICQ（Q）放大器易,饱和不能正常工作, ICBQ,稳定Q的思想：,当TICQ时，设法让ICQ与三极管, UBEQ,的参数无关，自然不受T的影响（或,适量减小IBQ）。,1. 电路的组成：,(1)增加下偏置电阻RB2 RB1、RB2分压确定VB,在B点：I1= I2+IB,当电路满足I2IB ，则 I1= I2,基本与三极管的参数无关。,VB = VCC,(2)

13、增加RE电阻稳定IC,当电路满足VBUBE时,基本与三极管的参数无关，与T无关 分压式偏置电路,IC IE = ,说明：,I2 = （510）IB,VB = （510）UBE,a. 从稳定Q考虑，I2、VB越大越好，但会影,响其它性能指标，所以既要使Q稳定同时,兼顾其它指标，一般选取：,b. 为减少上RE交流信号损失，加旁路电容CE。,2.静态工作点,(1) 静态工作点Q的估算,UCE = VCC ICRC IERE,VB = VCC,IC IE = ,IB =,(2) 稳定工作点的物理过程,从而使IC趋于稳定。,(二)动态性能指标分析,1. 画微变等效电路,2. Au；Ri；Ro,Au =,

14、= ,=,Ri = RB1RB2rbe,Ro RC,【例】在上面所示电路中，已知晶体管= 80，,UBE = 0.7 V，R1= 47 k，RB2= 20 k, RC = 3 k,足够大。试求：1. 静态工作点； 2. Au、R i、Ro；,3. 如果发射极旁边电容CE开路，画出此时放大电路,的交流通路和微变等效电路，并求此时放大电路的,RE = 1.5 k, R = 6 k,CC = 12V, 各电容的容量,Au、Ri、Ro。,解：, 24A,= 3.3V, 1.93 mA, 3.6V,1.静态工作点的计算。,VB = VCC,IC IE =,UCE = VCC ICRC IERE, VCC

15、 IC（RC Rl ）,IB =,2.Au、Ri、Ro的计算,先求晶体管的输入电阻，即,rbe = r bb+（1+）（26mV/ IEmA）,= 200 +81(26mV/1.93mA), 1.3 k,Au = -(R CRL)/rbe, 114,Ri = RB1RB2 rbe,Ro = RC = 3 k, 1.3 k,3 . 断开CE后求Au、Ri、Ro。 CE开路后，晶体管,发射极E将通过RE接地，因此，可得放大电路的,交流通路和微变等效电路如下图所示。,由此可得电压放大倍数:,Au =, 1.3,由图 ( b ) 可得:,= rbe+ RE,= rbe+ ( 1+) RE,= - （R

16、CRL）,显然，去掉CE后A u下降很多，这是由于RE对交流信,号产生了很强的负反馈所致。,由图（b）可得,Ri = ui / ib = ib rbe+ ( 1+) RE / ib,= rbe+ ( 1+) RE,因此，放大电路的输入电阻为,Ri = RB1RB2 Ri,= RB1RB2rbe+ ( 1+) RE,= 47 k20 k（1.4 + 81 1.5）, 12.6 k,由图（b）可见，令ui = 0时，ib = 0，则ib = 0而开路，,则放大电路的输出电阻为,RO = RC = 3 k,二、共集电极放大电路（射极输出器）,（一）电路的组成和静态工作点,由直流通路：VCC = IB

17、Q RB+ UBEQ+ IEQ RE,= IBQ RB+ UBEQ+（1+）IBQ RE, IBQ =（VCC - UBEQ）/（RB+（1+）RE）,ICQ = IBQIEQ,UCEQ=VCC - IEQ RE,（二）动态性能指标分析,此电路从交流通道看ui、uo共用C极，故称共,画微变等效电路：,集电极又称射极输出器,ui = ib rbe+ ib ( 1+) RL,uo = ie RL,1. 电压放大倍数 Au = Uo / Ui,Au = Uo / Ui =（1+）RL/ （rbe+（1+）RL）, rbe（1+）RL, Au1；Uo Ui 且同相。,2. 输入电阻 Ri = Ui /

18、 Ii,Ri= Ui / Ib = rbe+（1+）RL,Ri = RBRi = RBrbe+（1+）RL,较共发射极电路的 Ri（RBrbe）大。,3. 输出电阻 Ro,用戴维南定理：Ro= Uo / IoUS = 0；RL =,Io = IRE + Ib +Ib,= Uo / RE +Uo /（RS+ rbe）/ 1+）,Uo /（RSRB）+ rbe）,= Uo / RE + Uo /（RSRB）+ rbe）+,较共发射极电路的 Ro（RC）小。,Ro = Uo / Io,= RE（RS+ rbe）/ 1+）,（ RS= RS RB ）,（三）射极输出器的特点：,Au1；,Ri大；,Ro

19、小,（四）用途：,1 因为Ri大，所以可用做多级放大器的输入级；,2 因为Ro小，所以可用做多级放大器的输出级；,3 因为可实现阻抗变换，所以还可用做多级放,大器的中间级；,4 构成直接耦合功率放大器；,三、共基极放大电路,（一）电路的组成和静态工作点,画交流通路：,画直流通路:,入、出共基极,与分压式偏置,电路相同,（二）性能指标分析,画微变等效电路：,（1）电压放大倍数 Au = Uo / Ui,Au = Uo / Ui,= -Ib / - Ib rbe,= RL/ rbe （同相）,画微变等效电路：,（2）输入电阻Ri,I b = - U i / rbe ；,Ri= U i / -Ie=

20、 rbe / （1+）,Ri = RE（rbe / 1+）,I e = （1+）I b= -（1+）U i / rbe,画微变等效电路：,（3）输出电阻Ro,Ro RC,此电路一般用于高频电子电路中。,三种电路比较（动态）,11.3 放大电路中的负反馈,11.3.1 反馈的基本概念,简言之：出 入,凡是通过一定的方式把放大电路输出回 路中的某个电量（电压或电流）的一部分或 全部送回到输入回路中（作用于输入回路中） ，这种反送过程就叫反馈。,一、定义,二、组成框图,（闭环系统）,三、基本关系式,由方框图.ppt：,净输入信号：,由方框图.ppt：,四、反馈的极性（正反馈与负反馈）,五、交流反馈与

21、直流反馈,直流反馈：只对直流分量存在反馈作用， 仅存在于直流通路中。,交流反馈：只对交流分量存在反馈作用， 仅存在于交 流通路中。,11.3.2 负反馈放大电路的基本类型,(a)电压串联反馈,(b)电流串联反馈,(c)电压并联反馈,(d)电流并联反馈,(a)电压串联负反馈,(b)电流串联负反馈,(c)电压并联负反馈,(d)电流并联负反馈,2. 从输出端判断电压反馈或电流反馈,11.3.3 反馈类型的判别,1. 找出反馈元件（或反馈电路）,反馈元件是在放大电路输出和输入回路间起联系作用的元件。,(c).ppt,(d).ppt,3. 从输入端判断是串联反馈还是并联反馈,(b).ppt,(d).pp

22、t,4. 判断反馈的极性:,瞬时极性法,-,例：分析下图电路中的反馈,反馈元件,解：1找出反馈元件： RE（交；直）,2判断反馈类型：,从输出端： uf = uo 电压反馈,从输入端：有三个电压 uid = ui uf 串联 反馈,3判断反馈极性：,由瞬时极性法： 净输入ube = ui uf ui 负反馈,例：分析下列电路中的反馈；,解：1 反馈元件：,图中为RE（交；直）,反馈元件,2 判断反馈类型：,（1）从输出端电压、电流反馈的判 断：输出为C，而RE在E，与输 出非同一电极即非直接连输出。, 间接为电流反馈。,（2）从输入端串、并联反馈的判断； RE连在E极，与ui输入的B极不 在同

23、一输入端 。, 异端为串联反馈。,3 判断反馈极性,若将ube看作净输入，且由瞬时极性法：, 为电流串联负反馈,a . UE Ube负反馈 b. UB Ube负反馈,例题1.ppt,输出为C，而RB连在C即 直接连输出端。, 直接为电压反馈。, 同端为并联反馈。,RB连在B极与ui输入的B极,在同一输入端。,反馈元件,11.3.4 负反馈对放大电路性能的影响,一、 降低放大倍数,YX.ppt,二、提高放大倍数的稳定性,由于外界条件的变化（T，Vcc，器件老化等），放,为了从数量上分析负反馈对放大倍数稳定性的贡 献， 我们将 式对A求导,有,三、减小非线性失真和噪声,引入电压串联负反馈, rif

24、ri,1 对输入电阻ri的影响, rifri,-,i,a.引入负反馈后， ri的改变,只与输入端的连接方式有关:,b.串联负反馈使输入电阻增加，,并联负反馈使输入电阻减小。,结论：,2 对输出电阻ro的影响,电压负反馈：,rof ro,电流负反馈：rof ro,a 引入负反馈后，ro的改变 只取决于输出端的连接方式。,b 电压负反馈使输出电阻减小， 电流负反馈使输出电阻增加。,结论：,五、放大电路引入负反馈的一般原则：,1 要稳定放大电路的某个电量，就采用此量的 反馈方式。,（例如：要稳定输出电压就引入电压负反馈）,2 根据阻抗的大小选择反馈类型。,3 根据信号源及负载来确定反馈类型,负载：

25、要求带负载能力强时用电压负反馈， 要求恒流输出时采用电流负反馈。,反馈部分小结,1 反馈的概念,2 反馈的类型,输入比较方式,串联,并联,输出取样,电压反馈,电流反馈,（以电压形式比较）,（以电流形式比较）,3 反馈类型的判别,4 反馈极性的判别,瞬时极性法,增加为正反馈,减少为负反馈,净输入信号,5 负反馈对放大电路性能的影响,（1）降低放大倍数,（2）提高放大倍数的稳定性,（3）改善非线性失真,（4）电压负反馈可以稳定输出电压,电流负反馈可以稳定输出电流,（5）输入端的比较方式可以影响ri,串联负反馈,并联负反馈,（6）输出端的取样方式可以影响ro,电压负反馈,电流负反馈,作业：11.9

26、判断电路中的反馈类型,11.4 多级放大器,一、多级放大器的组成和级间连接,由一只三极管组成的基本放大电路，Au,一般为几十数百倍，在实际工作中，这样的,放大倍数往往是不够的，为此常常需要把若干,个基本放大电路串联起来，组成多级放大器。,（一）多级放大器的组成框图,中间级 Au大； uo大； 电压放大器,输出级 Po大； 功率放大器,要求：,输入级 Ri大； 电压放大器,（二）级间耦合方式,1.阻容耦合,方式：级间通过电阻、电容连接。,用途：交流电压放大器,特点：各级Q独立，互不影响，电路简单。但不,能放大变化缓慢的信号（包括直流信号）。,（问题：直放能放大交流信号吗？反之呢？）,2.直接耦合

27、：,方式：级与级直接连接。,用途：直流放大器；集成电路。,特点：可以放大直流信号。但Q互相影响，存在,零点漂移。,3.变压器耦合,方式：级间由变压器连接。,特点：与阻容耦合相同，且可以,用途：功率放大器。,阻抗变换。,二、多级阻容耦合放大器的电压放大倍数Au,第一级微变等效电路,第二级微变等效电路,1. Au的表达式,Au = Uo / Ui ；,Au1 = Uo1 / Ui ；,Au2 = Uo / Ui2；, Au = Au1Au2,Au = Uo / Ui= Uo/ Uo1Uo1 /Ui = Uo /Ui2Uo1/Ui1,（Ui2= Ui1）,第一级微变等效电路,第二级微变等效电路,推广

28、到N级：Au = Au1Au2 Aun,若用分贝表示：G = Gu1+Gu2+Gun,1. Au的表达式,第一级微变等效电路,第二级微变等效电路,2. 讨论方法,在计算Au1、Au2等单级放大倍数时，要考虑级,间影响，习惯处理方法是：将后一级的输入电阻看,成前级的负载。,Au = Au1Au2 Aun,第一级微变等效电路,第二级微变等效电路,3. 计算,Au1 = Uo1 / Ui = -Ic1RL1/ Ib1rbe1 = -1RL1/ rbe1,（RL1= RC1RL1 = RC1RB3RB4rbe2）,Au2 = Uo / Ui2 = - Ic2RL2/ Ib2rbe2 = -2RL2/

29、rbe2,(RL2= RC2RL), Au = Au1Au2 =12 (RL1/ rbe1RL2/ rbe2),第一级微变等效电路,第二级微变等效电路,两极共发射极放大电路Uo与Ui相位相同。,若共射+射极输出器：Au = Au11 = Au1,说明：, 多级放大器的计算是在各单级放大器计算的,基础上进行的：Au = Au1Au2 Aun, 在计算Au1、Au2等时，要将后级的输入电阻,看成前级的负载。, 一般来说，Ri = Ri1；Ro = Rcn；, 源电压放大倍数Aus = Au / （1+Rs / Ri）,【例】两极共发射极阻容偶合放大电路如下图所示，,已知晶体管V1的1= 60, r

30、be1 = 2.8 k,V2的2 = 120，,rbe2 = 2.6 k,其他参数如图所示，各电容容量足够大。,试求放大电路的Au、Ri、Ro,在小信号工作情况下，两极共发射极的微变等效,电路如下图(a)、(b)所示，其中图（a）中的负载,电阻Ri2即为后级放大电路的输入电阻。即,解：,Ri2= RB3RB4 rbe2, 1.8k,= 336.82.6,因此第一级的总负载为,RL1= Rc1Ri2,1.6 k,= 151.8,解：,(a) 第一级微变等效电路,第一级电压放大倍数为,Au1 = uo1/ui1 = - 601.6/2.8,= -1RL1/ rbe1, -34,解：,(b) 第二级微变等效电路,同理，第二级电压放