基本放大电路知识

第十五章基本放大电路(15-0)第十五章基本放大电路§15.1共发射极放大电路的组成§15.2放大电路的静态分析§15.3放大电路的动态分析§15.4静态工作点的稳定§15.5放大电路的频率特性§15.6射极输出器§15.7差分放大电路§15.8互补对称功率放大电路§15.9场效应管及其放大电路(15-1)§15.1共发射极放大电路的组成三极管放大电路有三种形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器为例讲解工作原理在生产和科学实验中，常要求用微弱的信号去控制较大功率的负载，而晶体管的主要用途之一就是利用其电流放大作用组成放大电路，以实现上述功能。(15-2)IIIIIIIIIEEEBBBCCC共射接法共集接法共基接法放大电路的三种接法(15-3)放大概念:把微弱变化的信号放大成较大变化的信号。放大实质:用小能量信号，借助于三极管的电流控制作用，把放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。对放大电路的基本要求：1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。2.尽可能小的波形失真。其它技术指标：输入电阻、输出电阻、通频带等。放大对象:变化的量。(15-4)电压放大倍数：Au=Uo/Ui输入电阻：ri=Ui/Ii输出电阻：内阻ro放大电路示意图(15-5)输入输出参考点-+RB一、基本放大电路的组成放大元件为晶体管，它工作在放大区，应保证集电结反偏，发射结正偏。iC=iB-+uiuo+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-(15-6)集电极电源，为电路提供能量，并保证集电结反偏。-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集电极电源：一般为几伏到几十伏。(15-7)-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。集电极电阻：一般为几千欧到几十千欧。(15-8)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。-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-基极电阻：一般为几十千欧到几百千欧。(15-9)-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-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。耦合电容：常为电解电容，有极性。大小为几F到几十F(15-10)-+uiuo+UCCRCC1C2TRses+-RL+-RBRBEB可以省去电路改进：采用单电源供电。(15-11)－＋二、基本放大电路的工作原理ui=0时由于电源UCC的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQRB+UCCRCC1C2TUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)(15-12)ui=0时ui=0时，各点波形RB+UCCRCC1C2TiCiB(15-13)(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(15-14)－＋RB+UCCRCC1C2TUi≠0时IBUBEQuBE有一微小的变化ibtuit(15-15)－＋ICUCEuCE怎么变化ibtictRB+UCCRCC1C2TUi≠0时沿一条直线变化ucetuCE=UCC-iCRC(15-16)－＋ui≠0时，各点波形RB+UCCRCC1C2uituiiCuCEuoiBuo与ui反相！iCtiBtuCEtuot(15-17)ui=0→uBE=UBE，uCE=UCE，uo=0？uCE=UCC－iCRCui0→uBE=UBE+ui，uCE=UCE+uo，uo0uitOUBEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOUCEuotO共射电路电压放大作用总结若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，且两者相位相差1800，。(15-18)外加输入信号输入后，各电流和电压的大小均发生了变化，但均是在直流量的基础上变化。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtICOiCticO静态分析iCtO(15-19)放大电路实现放大的条件1.晶体管必须工作在放大区。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.输入回路可将变化的电压转化成变化的基极电流。4.输出回路可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。(15-20)如何判断一个电路是否能实现放大？3.晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结反偏。4.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。1.输入信号能否输入到放大电路中。2.输出信号能否输出。方法：应与实现放大的条件相对应如果电路参数已给定，则应通过计算静态工作点来判断；如果电路参数未给定，则假设参数设置正确。(15-21)§15.2放大电路的静态分析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计算机仿真静态：放大电路无输入信号时的工作状态动态：放大电路有输入信号时的工作状态(15-22)放大电路中的电容对交、直流信号的作用是不同的。如果电容容量足够大，可以认为它对交流信号不起作用，即对交流信号相当于短路，而对直流信号相当于开路。这样交、直流信号所走的通路是不同的。直流通路：只考虑直流信号的分电路。交流通路：只考虑交流信号的分电路。在放大电路中信号的不同分量可以分别在不同的通路中分析。(15-23)符号规定：UA大写字母、大写下标，表示直流分量。Ua大写字母、小写下标，表示交流分量有效值。uA小写字母、大写下标，表示总瞬时值。总瞬时值ua交流分量UA直流分量uAt0ua小写字母、小写下标，表示交流分量。(15-24)分析对象：各电极电压电流的直流分量。设置Q点的目的：使放大电路的放大信号不失真；使放大电路工作在较好的工作状态，静态是动态的基础。静态分析：确定放大电路静态工作点Q。即IBQ、ICQ、UCEQ。15.2.1用放大电路的直流通路确定静态值所用电路：放大电路的直流通路。(15-25)直流通路画法：令输入信号为零，电容相当于开路。开路开路RB+UCCRCC1C2T直流通路RB+UCCRC(15-26)估算电路的静态工作点：IBQ、ICQ、UCEQ根据直流通路估算IBQIBQUBEBBECCQBRUUIBCCRU7.0BCCRURB称为偏置电阻，IBQ称为偏置电流。+UCC直流通路RBRC(15-27)根据直流通路估算UCEQ、ICQICQUCEQCEOQBQCIβIICQCCCCEQRIUUQBβI直流通路RBRC+UCC(15-28)例：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：A40mA04.030012BCCBQRUImA5.104.05.37BQBQCQIIIV641.512CCQCCCEQRIUU请注意电路中IB和IC的数量级。P36例15.2.1(15-29)步骤：1.用估算法确定IBQ优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。2.由输出特性确定ICQ和UCEQ15.2.2用图解法确定静态值(15-30)ICUCEUCE~IC满足什么关系？1.三极管的输出特性。2.UCE=UCC–ICRC。UCCCCCRU直流负载线与输出特性的交点就是Q点IBQ直流通路RB+UCCRCICUCE0BBECCBQRUUIBQBIICECUfI)(Q(15-31)§15.3放大电路的动态分析当放大电路有输入信号时，各点的电压或电流通常都既含有直流分量，又含有交流分量。直流分量通常为静态值（不失真情况下），而交流分量是信号分量。动态分析是在静态值确定后，对信号的传输情况进行分析。(15-32)所用电路：放大电路的交流通路。动态分析：计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象：各电极电压和电流的交流分量。目的：分析Au、ri、ro与电路参数的关系，为电路的设计打基础。(15-33)§15.3.1微变等效电路法微变等效电路：将非线性的晶体管进行线性化，从而将由其组成的放大电路等效为一个线性电路。线性化的条件：晶体管工作于小信号（微变量）情况。此时，特性曲线在静态工作点附近的小范围内，可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析、计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。(15-34)一、晶体管的微变等效电路1.输入回路iBuBE当输入信号很小时，可将三极管输入特性在Q点附近近似线性化。uBEiB对输入的交流小信号而言，晶体管的输入回路可用电阻rbe等效。(mA)(mV))()(ΩEbeIβ1r26200rbe值约几百欧到几千欧，手册中常用hie表示。对于小功率三极管：输入电阻CECEUbbeUBBEbeiuiurΔΔ(15-35)2.输出回路iCuCE输出端相当于一个受ib控制的电流源。近似平行等距考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。晶体管输出电阻：iCuCEBBIcceICCEceiuiurrce愈大,曲线越水平,其恒流特性愈好。其值约几十千欧到几百千欧。CECEUbcUBCiiiiβ(15-36)ubeibuceicubeuceicrce很大一般忽略3.晶体管的微变等效电路rbeibibrcerbeibibbcecbe(15-37)短路短路置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路二、放大电路的微变等效电路交流通路画法：令直流电源为零，电容相当于短路。(15-38)放大电路的微变等效电路：将交流通路中的三极管用微变等效电路代替交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL(15-39)iouUUA||Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值。iouUUAAu是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。三、电压放大倍数的计算1.电压放大倍数的定义：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(15-40)2、电压放大倍数的计算bebirIULboR'IUbeLurR'ALCLRRR'//特点：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI(15-41)beLurR'A增大β→Au增大？在IE一定的条件下，β增大→rbe增大，但不成正比，随β增大→β/rbe将越来越小，当β足够大时，Au几乎与β无关。(mA)(mV))()(ΩEbeIβ1r26200在β一定时，略微增大IE可使Au在一定范围内明显提高。(15-42)输入电阻是衡量放大电路从信号源索取电流大小的参数，它是动态电阻。放大电路的输入电阻越大，它从信号源索取的电流就越小，从而对信号源的影响就越小，因此一般希望得到较大的输入电阻。Au~USiiiIUr1、输入电阻的定义即：ri越大，ii就越小，ui就越接近uS。iIiU四、输入电阻的计算(15-43)2、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。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbebeBiiirrRIUr//(15-44)Au~US因放大电路对其负载而言，相当于信号源，故可将其等效为戴维南等效电路，此戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。它也是动态电阻。~roUS'五、输出电阻的计算1、输出电阻的定义(15-45)步骤：1.去掉负载电阻，令电路中所有的独立电源为零。2.在输出端加电压求电流。IUroa：计算方法（加压求流法）UI2、输出电阻的求解方法(15-46)Uo1.测量负载电阻开路时的开路电压。~roUs'2.测量接入负载后的输出电压。LOSoRUUr)1(~roUs'RLUo'步骤：3.计算。b：测量方法SLoLoURrRU(15-47)rbeRBRCiIbIcIbIRLCoooRIUr003、放大电路输出电阻的计算在放大电路