[计算机硬件及网络]第15章-基本放大电路.ppt

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1、第十五章第十五章 基本放大电路基本放大电路 15.2 放大电路的静态分析放大电路的静态分析 15.3放大电路的动态分析放大电路的动态分析 15.4静态工作点的稳定静态工作点的稳定 15.5射极输出器射极输出器 15.6放大电路的负反馈放大电路的负反馈 15.7放大电路的频率特性放大电路的频率特性 15.8多级多级 放大电路及其极间耦合方式放大电路及其极间耦合方式 15.9差动放大电路差动放大电路 15.10互补对称放大电路互补对称放大电路 15.1基本放大电路的组成 15.1 基本放大电路的组成基本放大电路的组成三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基

2、放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理一、电路（共射共射）电路RB+ECEBRCC1C2TRB+ECEBRCC1C2T二、共射放大电路组成二、共射放大电路组成放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区，工作在放大区，要保证集电结反要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点T为控制元件。放大元为控制元件。放大元件件1、T共射放大电路共射放大电路集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T2、EC共射放大电路共射放大电路集电极电阻集电极电阻

3、, ,将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压电压, ,实现电实现电压放大。压放大。R Rc c= =几几K K几十几十K K RB+ECEBRCC1C2T3、RC共射放大电路组成共射放大电路组成使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作静态工作点点 ,RB为几十为几十K 至几百至几百K 。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2T4、基极电源与基极电阻、基极电源与基极电阻共射放大电路组成共射放大电路组成耦合电容耦合电容隔离输入输隔离输入输出与电路直出与电路直流的联系，流的联系，同时能使信同时能使信号顺利输入号顺利输入输出。输出。C1、C2值

4、较大值较大,几几uF至几十至几十uF的的电解电容电解电容.RB+ECEBRCC1C2T5、C1 ，C2三、简化三、简化可以省去可以省去RB+ECEBRCC1C2TRB+ECRCC1C2T15.2 放大电路的静态分析放大电路的静态分析放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效微变等效电路法电路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真 静态静态:没有输入信号时的工作状态，直流。没有输入信号时的工作状态，直流。动态：有输入信号（动态：有输入信号（Dc+Ac=变化量）变化量）静态分析的作用：确定静态值静态分析的作用：确定静态值IB、IC、UBE、UCE,其其值直

5、接影响放大电路的质量。值直接影响放大电路的质量。动态分析的作用：确定放大电路的电压放大动态分析的作用：确定放大电路的电压放大倍数倍数 Au、输入电阻、输入电阻ri、输出电阻、输出电阻ro。16.2.1 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静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。态直流上附加了小的交流信号。但是但是,电容对交、直流的作用不同。如果电容对交、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

6、的通道是不同的。开路，这样，交直流所走的通道是不同的。这样就有了这样就有了交流通道交流通道（只考虑交流信号（只考虑交流信号的分电路）和的分电路）和直流通道直流通道（只考虑直流信号（只考虑直流信号的分电路）。不同的信号可以分别在不同的分电路）。不同的信号可以分别在不同的通道分析。的通道分析。RB+ECRCC1C2开路开路开路开路一一. 直流通路直流通路原则原则:对直流信号对直流信号电容可是作开路电容可是作开路二、计算二、计算BBECBRUEI BCR7 . 0E BCRE RB+ECRCIBUBEICUCECEOBCIII CCCCERIEU CI 二二、用图解法确定静态值、用图解法确定静态值1

7、、图解法求、图解法求Q点的步骤点的步骤 1)、给出输出特性曲线给出输出特性曲线ICUCEBBECBRUEI QCCREEC由直流通路列出由直流通路列出:U UCECE=E=EC C-I-IC CR RC C或或CCCCECRERUICRtg1据此做出直流负载线据此做出直流负载线,与输出特性曲线交点为与输出特性曲线交点为Q.2)、作出直流负载线，、作出直流负载线，3)、由直流通路求、由直流通路求IB4)、定、定Q点点5)、找出静态值找出静态值IC、UCE2、偏置电路偏置电路RB成为偏置电阻。成为偏置电阻。RB发射结发射结“地地”Q Q RB+ECRCIBUBEICUCE若改变若改变RB,则则IB

8、 随之改变随之改变,Q点一在直流负载曲线上移点一在直流负载曲线上移动动,如图所示如图所示)(BCBREI ICUCEECCCRE369 12123020uA406080100Q IB成为偏置电流，简称偏流。产生偏流的电路，成成为偏置电流，简称偏流。产生偏流的电路，成为偏置电路，为偏置电路， 其路径为其路径为EC例：用图解法确定静态工作点。例：用图解法确定静态工作点。已知：已知：EC=12V，RC=4K ，RB=300K ， =37.5。解：解：A40mA04. 030012REIBCB mA5 . 104. 05 .37IIBC V645 . 112RIUUCCCCCE 请注意电路中请注意电路

9、中IB和和IC的数量级的数量级(1)作直流负载线作直流负载线UCE=EC-ICRC所以所以 IC=0时时,UCE=EC=12VUCE=0时时,E EmAmAR RI IC CC CC C3 3= = =做出直流负载线做出直流负载线(2)由由AmAREIBCB 4004. 030012 得出得出交点交点Q其静态值为其静态值为IB=40uA, IC=1.5mA, UCE=6VICUCEECCCRE36 9 12123020uA406080100QIB1.56图解法求图解法求Q点的步骤点的步骤已知输出特性曲线已知输出特性曲线作直流负载线作直流负载线求偏流求偏流IB得出得出Q点点找出静态值找出静态值1

10、5.3放大电路的动态分析放大电路的动态分析 动态分析是在静态值确定后分析信号的传输情动态分析是在静态值确定后分析信号的传输情况况,考虑的是交流信号或称信号分量考虑的是交流信号或称信号分量.所要确定的参所要确定的参数为数为Au、ri、ro等。方法有等。方法有微变等效电路法微变等效电路法和和图解图解法法。一一.微变等效电路法微变等效电路法 将晶体管线性化将晶体管线性化,把放大电路等效为线性电路。把放大电路等效为线性电路。 线性化条件线性化条件,就是晶体管在小信号就是晶体管在小信号(微变量微变量)情况下工作情况下工作。这样在这样在Q点附近的小范围内用直线段近似地代替晶体管的点附近的小范围内用直线段近

11、似地代替晶体管的特性曲线。特性曲线。1、晶体管的微变等效电路、晶体管的微变等效电路1）、从输入特性分析）、从输入特性分析iBuBE当信号很小时，将输当信号很小时，将输入特性在小范围内近入特性在小范围内近似线性似线性。 uBE iBCECEUbbeUBBEbeiuiur 对输入的小交流信对输入的小交流信号而言，晶体管的号而言，晶体管的输入电路可用输入电路可用rbe等等效代替。效代替。uceibicBCE对于低频小功率三极管：对于低频小功率三极管：)()(26)1 ()(200mAImVrEberbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。2）、从输出特性分析）、从输出特性分析iCuCE所

12、以：所以：CEUbcii 输出端相当于一个受输出端相当于一个受 ib控制的电流源。控制的电流源。输出端还要并联一个输出端还要并联一个大电阻大电阻rce。在线性工作区内：在线性工作区内：CECEUbcUBCiiII 为一受控源为一受控源 IC IBiCuCE IC UCEBBIcceICCEceiuIUr rce的含义的含义:BIcececrui bcecebciruii 晶体管的输出电阻晶体管的输出电阻 值很大值很大,可以略。可以略。受控源模型受控源模型ubeuceibicBCEcrbe ibibicBECrbe ibib rceicubeuceBCE晶体管的微变等效晶体管的微变等效uceib

13、icBCErce很大，很大，一般忽略。一般忽略。RB+ECRCC1C2短短路路短短路路置置零零2.放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路1)交流通路交流通路(1)电容可忽略电容可忽略,以短路代替。以短路代替。(2)直流电源可认为是短路。直流电源可认为是短路。uiRBRCRLuoibicuceCubeBE交流通路交流通路uiRBRCRLuoibicuceCubeBE2)放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路(晶体管用微变等效电路代替晶体管用微变等效电路代替)交流通路交流通路放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路rbe ibibiiicuiuoRBRCRLBEC3.电压放大倍数计

14、算电压放大倍数计算bebirIU LboRIU beLurRA LCLRRR/设输入信号为正弦设输入信号为正弦,可用向量表示可用向量表示beCurRA 当当RL= 时时,rbe ibibiiicuiuoRBRCRLBEC讨论：LR(1)反相（负号表示）(2)Au随 增大而增大，空载最大(3)在一定范围内，IE增大Au显著增大4.输入电阻计算输入电阻计算iiIUri beBr/R ber (1)r(1)ri i小小, ,则则i ii i值愈大值愈大, ,增加信号源负担。增加信号源负担。(2)经经RS和和ri分压分压, ri小小, ui值亦减小值亦减小,从而使从而使uo减小。减小。(3)后级的后级

15、的ri即为前级的即为前级的RL,ri小会降低前级的小会降低前级的Aurirbe ibibiiicuiuoRBRCRLBEC1）定义（大好）2）ri小的危害oU oI 0rbeRBRCiI bI cI bI 0coooRIUr 定义：定义：5.输出电阻的计算输出电阻的计算(ro) 通常希望通常希望ro愈小愈好愈小愈好: 因为对负载来说因为对负载来说, 放大电放大电路即为信号源路即为信号源, ro即为内阻。即为内阻。若若ro较大较大,带负载能力就较差带负载能力就较差。求求ro的方法如下的方法如下:方法一方法一: 将信号源短路将信号源短路(ui=0, 但但Rs保留保留)将将RL去掉去掉,在输出端加一

16、交流电压在输出端加一交流电压 , 遂产生电流遂产生电流 。OUoI 则则:RSOOOIUr 方法二方法二: 可将放大电路等效为一戴维南电源可将放大电路等效为一戴维南电源,然后测其开路电压然后测其开路电压 及加及加RL时电压时电压0OUOLULLO0OOLRRrUU 则则LOL0OOR1UUR rOOE0OUrOOEOLU15.3.2图解法图解法作用：作图求Au，且可看波形是否失真。1、空载时作法（RL=）1）给出输入、输出特性曲线，由静态开始，由输入电压ui在输入特性曲线上求iB。即:uiibiB=IB+ib2)由iB在输出特性曲线上求iC及uCE 即： iB ic uCE u。=uce动态图

17、解法：利用输入、输出特性曲线，在静态分析的基础上，用作图的方法来分析电压、电流交流分量之间的传输情况和相互关系。iBuBEQiCuCEuiiBiBiCuCE怎么变化怎么变化交流放大原交流放大原理理假设假设uBE有一微小的变化有一微小的变化iCuCEiCuCE的变化沿一的变化沿一条直线条直线ucuCE相位如何相位如何uCE与与uBE反相！反相！RB+ECRCC1C2uiiBiCuCuo各点波形各点波形2. 有载有载RBRCRLuiuoicuceLcecR1ui 其中：其中：CLLR/RR 16.3.2图解法图解法交流负载线的斜率为：交流负载线的斜率为：LR1 特点：特点：(2)输入信号为输入信号

18、为0时，放大电路工作在时，放大电路工作在Q点点这条直线通过这条直线通过Q点。点。直流负载线的斜率：直流负载线的斜率：CR1(1）交流负载线陡交流负载线陡LRRc1). 交流负载线交流负载线2).作法交流负载线的作法交流负载线的作法iCuCEECCCREQIB过过Q点作一条直线点作一条直线,斜率为斜率为:LR1 交流负载线交流负载线比直流负载线更陡比直流负载线更陡总结总结(1)交流信号的传输情况交流信号的传输情况:ui(ube)ibicuo(即即uce)(2)电压和电流都含有直流分量和交流分量电压和电流都含有直流分量和交流分量,即即uBE=UBE+ubeiB=IB+ibiC=IC+icuCE=U

19、CE+uce(3)输入信号电压输入信号电压ui和输出电压和输出电压uo相位相反相位相反.(4)从图上可以计算电压放大倍数从图上可以计算电压放大倍数,它等于它等于输出正弦电压的幅值与输出电压的幅值之输出正弦电压的幅值与输出电压的幅值之比比.iCuCEuo可输出可输出的最大的最大不失真不失真信号信号合适的静态工作点合适的静态工作点ibiCuCEuoQ点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区称为截止失真称为截止失真信号波形信号波形iCuCEuoQ点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区称为饱和失真称为饱和失真信号波形信号波形3.非线性失真非线性失真1)分类截止失真截止失真 Q点过低，即点过低

20、，即IB太小太小饱和失真饱和失真 Q点过高，即点过高，即IB太大太大2)判别及解决方法判别及解决方法判别判别用万用电表量用万用电表量 饱和时饱和时UCE小小0用万用电表量用万用电表量 截止时截止时UCE大大UCC消除截止截止 RB调小，调小， IB增大增大饱和饱和 (1) RB调大，调大， IB减小减小 (2) RC调小调小 16.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定一、温度对静态工作点的影响。一、温度对静态工作点的影响。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由静态工作点由UBE、 和和ICEO决定，这三个参决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工

21、作点的影响数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。主要体现在这一方面。温度对温度对UBE的影响的影响iBuBE25 C50CTUBEIBICBBECBRUEI 温度对温度对 值及值及ICEO的影响的影响T 、 ICEOICT ICEO QICiCuCEQQ 温度上升时，温度上升时，输出特性曲线输出特性曲线上移，造成上移，造成Q点上移。点上移。总的效果是：总的效果是：总之：总之：TIC二、分压式偏置放大电路二、分压式偏置放大电路TIC环节IC?1、电路的特点RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo偏置电路偏置电路I1I2IBRB1+ECRCRB2REI1I2IBBII

22、I 212121BRCRBEII 22BBRIU CBBBERRR212 EEBEBBERIUUUU EBEBEBECRURUUII ICUCEBII 2条件条件1.若满足若满足则则UB与晶体管与晶体管参数无关参数无关BEBUU条件条件2.若满足若满足则则ICIE与晶体与晶体管参数无关管参数无关UBETUBE(UB-UE)IBIC(IE)UE(IERE)IC本电路稳压本电路稳压的过程实际的过程实际是由于加了是由于加了RE形成了形成了负负反馈反馈过程过程RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB2.稳定稳定Q点的物理过程点的物理过程ICIEBECEBCRUI 可以认为与温度无

23、关。可以认为与温度无关。3.稳定稳定Q点效果及元件取值原则点效果及元件取值原则RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IBUCE从稳定从稳定Q点看点看,似乎似乎I2、UB、RE越大越好，但是越大越好，但是I 2大，则大，则RB1、RB2太小，将增加损耗，亦使太小，将增加损耗，亦使ri减小，减小，ui减小，所以减小，所以uo减小。因减小。因此此RB1、RB2一般取几十一般取几十K 。同样同样UB太大（或太大（或RE大大),则则UE也要增大也要增大(UE=UB),因此因此UCE减小减小,使放大电路动态范围减小使放大电路动态范围减小.RE一一般取几百至几千欧般取几百至几千欧,大电流

24、时为大电流时为几欧到几十欧几欧到几十欧.CE为几十微法为几十微法.RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IBCE将将RE短路，短路，RE对交流不起作对交流不起作用，放大倍数不受影响。用，放大倍数不受影响。如果去掉如果去掉CE，放大倍数怎样？放大倍数怎样？已知已知UCC=12V,RC=2K,RE=2K,RB1=20K,RB2=10K,晶体管的 =37.5。试求静态值:(1)应用戴维南定理;(2)用估算法。RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB+UCCRB1RCRB2REI1I2IBICUCEUBE+UCCRCRBREIBICUCEUBEEBBO+UCC

25、RB1RB2I1I2BOVRRURUEBBCCBBOB4212 KRRRRRRRBBBBBBB7 . 6212121+UCCRCRBREIBICUCEUBEEB mARRUEIEBBEBB04. 01 mAIIBC5 . 1 VRRIUECCCC6 EECCCCCERIRIUU BBEEBEBRIRIUE BBEBBERIRIU 1VURRRUCCBBBB4212mARUUIIEBEBEC7 . 1mAIICB045. 0VRRIUUECCCCCE2 . 5(2)估算法估算法+UCCRB1RCRB2REI1I2IBICUCEUBE55beLurRARB2RB1oU RSrbeRCRLiI bI

26、 cI bI SEKRRRCLL43. 1KIrEbe1967261300动态分析动态分析beBBirRRr21 riRB2RB1oU RSrbeRCRLiI bI cI bI SEiU Kri111020iiiIUr KRrCo5 . 2iI bI cI RB2RB1oU RSrbeRCRLbI SEiU roRCRB1RB2REC2C1+UCCuouiUBEIEUBUERLSERS4.发射极电阻没有并电容电路分析发射极电阻没有并电容电路分析1）静态分析）静态分析2）动态分析）动态分析 15.5 放大电路的频率特性放大电路的频率特性幅频特性幅频特性:相频特性相频特性:频率特性频率特性表示电压

27、放大的模表示电压放大的模|Au|与频率与频率的关系的关系表示输出电压相对于输入电压表示输出电压相对于输入电压的相位移的相位移 与频率与频率的关系的关系频率失真原因频率失真原因(1)放大电路的输入信号往往是非正弦量放大电路的输入信号往往是非正弦量(2)放大电路中有电容元件放大电路中有电容元件(如耦合电如耦合电容、发射极电阻交流旁路电容、晶体容、发射极电阻交流旁路电容、晶体管的极间电容、连线分布电容等）管的极间电容、连线分布电容等）(3)这些电容对不同频率的信号所呈现的容抗值这些电容对不同频率的信号所呈现的容抗值是不相同的是不相同的,因而放大电路对不同频率的信号因而放大电路对不同频率的信号在幅度上

28、和相位上放大的效果不完全一样在幅度上和相位上放大的效果不完全一样,输出输出信号不能重现输入信号的波形信号不能重现输入信号的波形,这就产生了幅频这就产生了幅频失真和相频失真。失真和相频失真。频率失真频率失真RCRB1RB2REC2C1+UCCuouiUBEIEUBUESERSCoRL共射极放大电路的幅频特性共射极放大电路的幅频特性f|Ao|oAoA21f2f1通频带通频带0-900-1800-2700在工业电子技术中在工业电子技术中,最常用的是低频放大电路最常用的是低频放大电路,其频率其频率范围约为范围约为2010000HZ。在分析放大电路的频率特性。在分析放大电路的频率特性时时, 再将低频范围

29、分为低、中、高三个频段。再将低频范围分为低、中、高三个频段。1、中频段：、中频段：C1C2和和CE的容量大，容抗的容量大，容抗很小，可视短路。很小，可视短路。RCRB1RB2REC2C1+UCCuouiUBEIEUBUESERSCO的容量很小，容抗很大的容量很小，容抗很大，可视开路。，可视开路。电容不影响交流信号的传电容不影响交流信号的传送，放大倍数与频率无关送，放大倍数与频率无关。2、低频段：、低频段：耦和容抗较大，其分压作用不可忽视（耦和容抗较大，其分压作用不可忽视（C1)，实际，实际送到晶体管输入端的电压送到晶体管输入端的电压Ube比输入信号比输入信号Ui要小。要小。故放大倍数要降低。故

30、放大倍数要降低。CO的容抗更大，仍可是作开路的容抗更大，仍可是作开路。CE的容抗不能忽略，有交流负反馈，也使放大倍数降低。RCRB1RB2REC2C1+UCCuouiUBEIEUBUESERS3、高频段：、高频段：C1C2CE更小，可是作短路，更小，可是作短路，CO的容抗将减小的容抗将减小,它与输出端的电阻并联后，使总阻抗更小，电它与输出端的电阻并联后，使总阻抗更小，电压放大倍数降低。压放大倍数降低。RCRB1RB2REC2C1+UCCuouiUBEIEUBUESERS|Ao|oAoA21f2f1ofAfoA21f 2f 1无负反馈无负反馈有负反馈有负反馈例：例：已知已知Ao=104， F =0.001,试说明引试说明引入负反馈后展宽了通频带。入负反馈后展宽了通频带。909001. 010110FA1AA44OOfo 876001. 010707. 0110707. 0FA211A21A44OO1f 7 .642909707. 0A21fo 1fA 引入负反馈后在引入负反馈后在1处的放大倍数为处的放大倍数为在在1处的放大倍数为处的放大倍数为所以通频带展宽所以通频带展宽2- 1 2- 1解解:RCRB1RB2REC2C1+UCCuouiUBEIEUBUESERS