电工学第15章--基本放大电路

下一页章目录返回上一页退出第15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15.4静态工作点的稳定15.6射极输出器15.9互补对称功率放大电路15.10场效应管及其放大电路15.3放大电路的动态分析15.5放大电路中的频率特性15.8差动放大电路15.7多级放大电路及其级间耦合方式下一页章目录返回上一页退出本章要求：1.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的性能特点；2.掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法；3.了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概念，了解放大电路的频率特性、互补功率放大电路的工作原理；4.了解差动放大电路的工作原理和性能特点；5.了解场效应管的电流放大作用、主要参数的意义。第15章基本放大电路下一页章目录返回上一页退出放大的概念:放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。放大的实质:用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将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。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。本章主要讨论电压放大电路，同时介绍功率放大电路。下一页章目录返回上一页退出15.1基本放大电路的组成15.1.1共发射极基本放大电路组成共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE下一页章目录返回上一页退出15.1基本放大电路的组成15.1.2基本放大电路各元件作用晶体管T--放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。基极电源EB与基极电阻RB--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE下一页章目录返回上一页退出15.1基本放大电路的组成15.1.2基本放大电路各元件作用集电极电源EC--为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。信号源共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE负载下一页章目录返回上一页退出15.1基本放大电路的组成单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE下一页章目录返回上一页退出15.1.3共射放大电路的电压放大作用UBEIBICUCE无输入信号(ui=0)时uo=0uBE=UBEuCE=UCEuBEtOiBtOiCtOuCEtO+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE下一页章目录返回上一页退出ICUCEOIBUBEO结论：(1)无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和IC、UCE。(IB、UBE)和(IC、UCE)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。QIBUBEQUCEIC下一页章目录返回上一页退出UBEIB无输入信号(ui=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号(ui≠0)时uCE=UCC－iCRCuo0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC15.1.3.共射放大电路的电压放大作用ui+–+UCCRBRCC1C2T++uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO下一页章目录返回上一页退出结论：(2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析下一页章目录返回上一页退出结论：(3)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。(4)输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO下一页章目录返回上一页退出1.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，使晶体管工作于放大区。(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。下一页章目录返回上一页退出2.直、流通路和交流通路因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。下一页章目录返回上一页退出+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB、IC、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE下一页章目录返回上一页退出RBRCuiuORLRSes++–+––对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。交流通路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE短路短路对地短路下一页章目录返回上一页退出15.2放大电路的静态分析静态：放大电路无信号输入（ui=0）时的工作状态。分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。设置Q点的目的：(1)使放大电路的放大信号不失真；(2)使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。——静态工作点Q：IB、IC、UCE。静态分析：确定放大电路的静态值。下一页章目录返回上一页退出15.2.1用估算法确定静态值1.直流通路估算IBBBECCBRUUI所以BCCBRUI根据电流放大作用CEOBCIIIBBIβIβ2.由直流通路估算UCE、IC当UBEUCC时，由KVL:UCC=IBRB+UBE由KVL:UCC=ICRC+UCE所以UCE=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB下一页章目录返回上一页退出例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意：电路中IB和IC的数量级不同mAmABCCB04030012.RUImAmABC51040537...IIVVCCCCCE645112.RIUU+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB下一页章目录返回上一页退出例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。)(ECCCCEECCCCCERRIURIRIUUEBBECCB)1(RβRUUIBCIβIEEBEBBCCRIURIUEBBEBB)1(RIβURI由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得出由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB下一页章目录返回上一页退出15.2.2用图解法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤：1.用估算法确定IB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IC和UCC常数B)(CECIUfIUCE=UCC–ICRC直流负载线方程+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB下一页章目录返回上一页退出UCE/VIC/mAO15.2.2用图解法确定静态值BBECCBRUUICtanR1直流负载线斜率ICQUCEQCCCRUUCC常数B)(CECIUfIUCE=UCC–ICRC直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点下一页章目录返回上一页退出15.3放大电路的动态分析动态：放大电路有信号输入（ui0）时的工作状态。分析方法：微变等效电路法，图解法。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：各极电压和电流的交流分量。目的：找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。下一页章目录返回上一页退出15.3.1微变等效电路法微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。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。下一页章目录返回上一页退出晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。1.晶体管的微变等效电路UBEIB对于小功率三极管：)mA()mV(26)1()(200EbeIβrrbe一般为几百欧到几千欧。CEBBEbeUIUr15.3.1微变等效电路法(1)输入回路QCEbbeUiu输入特性晶体管的输入电阻晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。IBUBEO下一页章目录返回上一页退出(2)输出回路CEBCUIIβrce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。CEbcUii晶体管的电流放大系数晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由来确定ic和ib之间的关系。一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。BCCEceIIUrBcceIiuICUCEQO下一页章目录返回上一页退出ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-1.晶体管的微变等效电路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。下一页章目录返回上一页退出2.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。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii下一页章目录返回上一页退出分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路2.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。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiiiUiIbIcIoUbIβSErbeRBRCRLEBC+-+-+-RS下一页章目录返回上一页退出3.电压放大倍数的计算bebirIULcoRIUbeLrRAuLCL//RRRio:UUAu定义当放大电路输出端开路(未接RL)时LbRI因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。beCrRβAu式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。例1：iUiIbIcIoUbIβSErbeRBRCRLEBC+-+-+-RS下一页章目录返回上一页退出3.电压放大倍数的计算LcoRIULCL//