基本放大电路

基本放大电路主要内容①基本放大电路的作用、组成、主要性能指标及其分析方法。②放大器三种基本组态的性能差异。③多级放大器组成结构及性能指标估算方法。④差分放大器的工作原理及其输入输出方式。重点①基本放大电路的组成及其分析方法。②多级放大器性能指标估算方法。③差分放大器的工作原理。一、基本放大电路1．放大电路的基本知识（1）放大电路的作用放大电路的作用就是将小的或微弱的电信号（电压、电流、电功率）转换成较大的电信号。示意图如图12-1所示图12-1放大电路的作用（2）放大电路的结构放大器的结构示意图如图12-2所示。图12-2放大电路的结构（3）放大电路的主要性能指标①放大倍数放大倍数是衡量一个放大电路放大能力的指标。放大倍数愈大，则放大电路的放大能力愈强。电压放大倍数Au=uo/ui电流放大倍数Ai=Io/Ii功率放大倍数Ap=Po/Pi其中uo为输出电压，ui为输入电压；Io为输出电流，Ii为输入电流；Po为输出功率，Pi为输入功率。②输入电阻ri它是用来衡量放大电路对输入信号源的影响。它可表示为输入电压与输入电流之比ri=Ui/Ii③输出电阻ro放大电路输出电阻ro的大小决定它带负载的能力。④通频带放大电路电容元件、三极管极间和电感元件间存在结电容，由于阻抗是频率的函数，所以放大电路对不同频率的输入信号有着不同的放大能力。即当信号频率过高或过低时放大倍数都将下降，我们把放大倍数下降到最高放大倍数的0.707倍的两个所限定的频率范围称为放大电路的通频带，用符号BW表示。如图12-3所示，通频带反映了放大电路对不同频率输入信号的放大能力。图12-3放大电路的幅频特性曲线2．共射极放大电路根据放大器输入输出回路公共端的不同，放大器有共发射极、共集电极和共基极三种基本组态，下面介绍共发射极放大电路。（1）电路组成共射极基本放大电路如图12-4所示。图12-4共发射极基本放大电路具体分析如下：①Vcc:集电极回路的直流电源②VBB:基极回路的直流电源③三极管T：放大电路的核心器件，具有电流放大作用④Rb:基极偏置电阻⑤Rc:集电极偏置电阻⑥Cb1、Cb2：分别为输入、输出耦合电容，基本作用是“隔直通交”⑦RL:负载电阻或负载的等效电阻（2）放大器的习惯画法放大器的习惯画法如图12-5示。图12-5共发射极基本放大电路习惯画法（3）工作原理共射极基本放大电路的电压放大作用是利用三极管的电流控制作用，并依靠Rc将放大后的电流的变化转为电压变化来实现的。图12-6共射极基本放大电路工作原理图（4）放大电路的静态和动态静态：输入信号为零时，电路的工作状态，也称直流工作状态。动态：输入信号不为零时，电路的工作状态，也称交流工作状态。电路处于静态时，三极管三个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。静态值一般用IB、IC和VCE（或IBQ、ICQ和VCEQ）表示。（5）直流通路和交流通路直流通路:当没加输入信号时，电路在直流电源作用下，直流电流流经的通路。直流通路用于确定静态工作点。直流通路画法：①电容视为开路；②电感线圈视为短路；③信号源视为短路，但保留其内阻。交流通路:在输入信号作用下交流信号流经的通路。交流通路用于计算电路的动态性能指标。交流通路画法：①容量大的电容视为短路；②直流电源视为短路。（6）图解分析法①静态工作情况分析Ⅰ用近似估算法求静态工作点：采用该方法，必须已知三极管的β值。图12-7共射极放大电路直流通路bBECCBRVVI根据直流通路：硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2VBCIICCCCCERIVVⅡ用图解分析法确定静态工作点(Q点)：采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。首先，画出直流通路；在输入特性曲线上，作出直线VBE=VCC－IBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。在输出特性曲线上，作出直流负载线VCE=VCC－ICRC，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ和ICQ。图12-8静态工作情况图解②动态工作情况分析Ⅰ交流通路及交流负载线过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/(RL∥Rc)直线，该直线即为交流负载线。交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。R'L=RL∥Rc，是交流负载电阻。Ⅱ输入交流信号时的图解分析通过图解分析，可得如下结论：（1）（2）vo与vi相位相反；（3）可以测量出放大电路的电压放大倍数；（4）可以确定最大不失真输出幅度。||oCECBBEivviivv图12-9动态工作情况图解3．放大电路三种基本组态的比较beLCrRR)//(bebrR//CR)//)(1()//)(1(LebeLeRRrRR)]//)(1(//[LebebRRrR1)//(//bebSerRRRbeLCrRR)//(1//beerRCR共发射极放大电路共集电极放大电路共基极放大电路电路组态电压增益输入电阻输出电阻用途多级放大电路的中间级输入级、输出级或缓冲级高频或宽频带电路及恒流源电路备注二、多级放大电路1．多级放大器电路的组成在电子电路系统中，往往需要把微弱的毫伏或微伏信号放大具有足够大的输出电压或电流信号去推动负载工作。因此需要采用多级放大电路，以满足放大倍数和其他方面性能的要求。如图12-10所示，通常把与信号源连接的第一级放大电路称为输入级，与负载相连接的末端放大电路称为输出级，输出级与输入级之间的放大电路称为中间级。输入级和中间级的位置处于多级放大电路的前几级，故又称为前置级。前置级一般都属于小信号工作状态，主要进行电压放大；输出级是大信号放大，以提供负载足够大的信号，常采用功率放大电路。图12-10多极放大电路的组成框图2．多级放大电路的耦合方式多级放大电路级与级之间信号传递的电路连接方式称为耦合，常用的耦合方式有三种：阻容耦合、变压器耦合、直接耦合。优点缺点阻容耦合（1）各级放大电路的直流工作点彼此独立，互不影响，便于计算和调试。（2）电路比较简单，体积较小。（1）只能放大交流信号，不能放大直流及缓变信号。（2）因为耦合电容的容量较大，故不易集成化。直接耦合（1）元件少，体积小，易集成化。（2）既可放大交流信号，也可放大直流和缓变信号。（1）各级的直流工作点互不独立，彼此影响，计算和调试麻烦。（2）零点漂移严重。尤其当第一级电路产生一定零点漂移时，经后面各级逐渐放大，最终会产生严重的零点漂移。（3）前后级放大电路需要互相配合，并采取适当措施，才能保证各级的正常工作。变压器耦合（1）各级放大电路的直流工作点彼此独立，互不影响，便于计算和调试。（2）可以进行阻抗匹配，以满足最大功率传输的要求。（1）只能放大交流信号，不能放大直流及缓变信号。（2）体积大，笨重，不能集成化，也不便于小型化。（3）频率特性较差。3．多级放大电路性能指标的估算（1）电压放大倍数的计算图12-10所示多级放大电路的框图中，可看出前级的输出信号UO1，即为后级的输入信号Ui2，而后级的输入电阻Ri2即为前级交流负载RL1，因此有:RL1=Ri2,uo1=ui2第一级电压放大倍数为：Au1=uo1/ui第二级电压放大倍数为：Au2=uo2/ui2第n级放大倍数为：Au=uo/ui=Au1·Au2···Aun（2）多级放大电路的输入电阻和输出电阻：多级放大电路的输入电阻即为第一级放大电路的输入电阻Ri1，故Ri=Ri1多级放大电路的输出电阻RO即为最后第n级放大电路的输出电阻Ron，故Ro=Ron三、集成运算放大器1．差分式放大电路（1）差模信号和共模信号的概念①概念差分式放大电路是一个双口网络，每个端口有两个端子，可以输入两个信号，输出两个信号。其端口结构示意图如图12-11所示。图12-11差分式放大电路输入输出结构示意图注意：普通放大电路也可以看成是一个双口网络，但每个端口都有一个端子接地。因此，只能输入一个信号，输出一个信号。当差分放大电路的两个输入端子接入的输入信号分别为vi1和vi2时，两信号的差值称为差模信号，而两信号的算术平均值称为共模信号。即差模信号共模信号根据以上两式可以得到可以看出，两个输入端的信号均可分解为差模信号和共模信号两部分。②两种信号的特点差模分量：大小相等，相位相反共模分量：大小相等，相位相同③增益差模电压增益共模电压增益总输出电压其中，表示由差模信号产生的输出④共模抑制比共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指标。（2）基本差分式放大电路①电路组成及特点Ⅰ组成：由两个共射极电路组成。图12-12基本差分式放大电路Ⅱ特点：电路对称，射极电阻共用，或射极直接接电流源（大的电阻和电流源的作用是一样的），有两个输入端，有两个输出端。②工作方式双端输入双端输出双端输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出③工作原理Ⅰ静态分析因为在静态时，Vi=0即Vi短路。静态时Vc1=Vc2,所以Vo=Vc1-Vc2=0。即输入为0时，输出也为0。Ⅱ动态分析当电路的两个输入端各加入一个大小相等极性相反的差模信号时，vi1=vi2=vid/2一管电流将增加，另一管电流减小，输出电压为vo=vc1-vc2≠0即差模信号输入时，两管之间有差模信号输出。3．集成运算放大器（1）基本结构图12-13集成运算放大器内部结构框图偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad大，Ac小，输入端耐压高。中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。（2）电路符号＝（－）其中，为集成运算放大器开环差模电压放大倍数。图12-14集成运算放大器电路符号（3）集成运算放大器的线性应用线性应用是指运算放大器工作在线性状态，即输出电压与输入电压是线性关系，主要用以实现对各种模拟信号进行比例、求和、积分、微分等数学运算，以及有源滤波、采样保持等信号处理工作，分析方法是应用“虚断”和“虚短”这两条分析依据。ouodAuuodA