西工大电工电子第5章基本放大电路

第5章基本放大电路5.1电压放大电路5.6功率放大电路5.5差动放大电路5.4多级放大电路5.2射级输出器5.3场效应管放大电路本章要求1.了解放大电路的基本性能指标，了解多级放大的概念2.掌握共射极、共集电极单管放大电路静态工作点的作用和简化微变等效电路的分析方法3.了解基本的互补对称功率放大电路的工作原理4.了解差分放大电路的工作原理放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示Au5.1电压放大电路tuiuituouo两种基本放大电路共射极放大电路共集电极放大电路5.1.1电路组成和工作原理UA大写字母、大写下标，表示直流量或直流分量。uA小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量符号规定+UCCRCC1C2T共射极放大电路放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RB+UCCRCC1C2T作用：提供适当的静态工作点。基极电阻RB集电极电源：为电路提供能量。并保证集电结反偏。共射极放大电路+UCCRCC1C2TRB集电极电阻：将变化的电流转变为变化的电压。共射极放大电路+UCCRCC1C2TRB耦合电容：电解电容，有极性。大小为10F~50F作用：隔离直流：使放大电路与信号源以及负载之间的直流通路隔离。交流耦合：沟通放大电路与信号源以及负载之间的交流通路。共射极放大电路静态：输入端未加输入信号时，放大电路的工作状态。放大电路为直流电路动态：输入端加上输入信号时，放大电路的工作状态。此时放大电路为交、直流混合电路实际工作在动态情况下：注意分析电路中的各电量（电流、电压）为直流电量、交流电量或交直流混合电量共射极放大电路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但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，即对交流短路。而对直流可以看成开路，交直流所走的通道是不同的交流通路：只考虑交流信号的分电路。除去直流源、电容相当于短路直流通路：只考虑直流信号的分电路。除去交流源、电容相当于开路直流通路和交流通路例：对直流信号（只有+UCC）开路开路RB+UCCRCC1C2T直流通路RB+UCCRC用于静态分析++对交流信号（输入信号ui）短路短路置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路用于动态分析++ui=0时由于电源的存在IB0IC0IBICIE=IB+ICRB+UCCRCC1C2T++5.1.2放大电路的静态分析IBICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RB+UCCRCC1C2T++(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IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC（1）根据直流通道估算IBIBUBECCBEBBUUIRCCCCBB0.6UURRRB称为偏置电阻，IB称为偏置电流+UCC直流通路RBRC一、估算法（2）根据直流通路估算IC、UCEICUCECBII直流通路RBRCUCE=UCC–ICRC直流负载线ICUCEUCE~IC满足什么关系？1.三极管的输出特性2.UCE=UCC–ICRCICUCEUCCCCCURQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB直流通路RB+UCCRC二、图解法先估算IB，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IB对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点ICUCECCBEBBUUIRQCCCURUCC例：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：CCBB120.04mA40A300UIRCBB37.50.041.5mAIIICECCCC121.546VUUIR请注意电路中IB和IC的数量级5.1.3放大电路的动态分析主要目的：研究放大电路的放大效果主要指标：电压放大倍数Au输入电阻ri输出电阻ro输入为正弦交流信号时ouiUAUiiiUrIoooUrI一、微变等效电路法把三极管线性化，等效为一个线性元件。此时整个放大电路等效为一个线性电路。对其进行分析计算微变等效电路法的条件：在小信号的条件下，且三极管工作在放大区iBuBE从输入回路看当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性uBEiBbeBEbeBbuurii对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。beE26(mV)200()(1)(mA)rIrbe的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：1.三极管的微变等效电路从输出回路看iCuCECCcBb()iIiIiBbIi所以：cbii输出端相当于一个受ib控制的电流源。近似平行iCuCEubeibuceicubeuceicrbeibibbcecbe三极管的微变等效电路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:uirbeibibiiicuoRBRCRL2.放大电路的微变等效电路交流通路RBRCRLuiuobiciii动画：放大电路的微变等效电路放大电路电压放大倍数的计算bibeUIrcoLbLUIR'IR'oLubeiR'UArULCL//R'RR特点：负载电阻越小，放大倍数越小rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI放大电路输入电阻的计算放大电路对于信号源而言，相当于一个负载，可用电阻等效代替，这个电阻是信号源的负载电阻，也是放大电路的输入电阻riBbe//RrberiiiUrI电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望输入电阻大一些rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI放大电路输出电阻的计算对于负载RL而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻计算输出电阻的方法：（1）所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）（2）所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法ooCoUrRI求输出电阻：oUrbeRBRCiIbIcIbI00oI一般总是希望输出电阻小一些IB()UBEQibtuitIC(mA)UCEictucetA二、图解法各点波形RB+UCCRCC1C2uituCuotuiiCuCuoiBiBttiCt动画：放大电路的动态波形在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生失真。失真失真饱和失真截止失真非线性失真线性失真线性失真：输入信号过大引起的失真非线性失真：由特性的非线性引起的失真截止失真：由于晶体管有一段时间进入截止状态引起的失真饱和失真：由于晶体管有一段时间进入饱和状态引起的失真为了得到尽量大的输出信号，要把静态工作点设置在交流负载线的中间部分。如果静态工作点设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。iCuCEuo可输出的最大不失真信号选择静态工作点ib失真原因的分析iCuCEuo1.Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ib截止失真iCuCE2.Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形饱和失真1.晶体管必须偏置在放大区。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，经电容滤波只输出交流信号实现放大的条件为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，外界条件（如温度）的变化严重影响静态工作点的位置对于前面的固定偏置电路而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面TUBEICEOQ5.1.4静态工作点的稳定一、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBICCCBEBBUUIR二、温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCEQQ´温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移小结TIC固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点分压式偏置电路RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路RE射极直流负反馈电阻CE交流旁路电容一、静态分析++TUBEIBICVEIC本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程1.静态工作点稳定的原理I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路2BIICC12B1B2UIIRRB2B2VIRB2CCB1B2RURRBEBEBEEUVVVIRBBEBCEEEVUVIIRRCECCCEEUEIRIR2.求静态工作点CBIII1I2IBRB1+UCCRCTRB2REBCEVIR可以认为与温度无关似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十kVB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBEI1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE2.求静态工作点例：已知=50，UCC=12V，RB1=7.5k，RB2=2.5k，RC=2k，RE=1k，求该电路的静态工作点。RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoB2BCCB1B23VRVURRE2.4mAICE4.8VU+++rbeRCRLoUiUiIbIcIbIR'B微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路iBbebe'||rRrroCrRLubeR'Ar二、动态分析RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo问题：Au和Aus的关系如何？定义：ouiUAUoussUAU放大电路RLRSoUiUsUiiSSirUURriusuSirAARroussUAURB+UCCC1C2RERLuiuoRB+UCCRE直流通道5.2射极输出器(共集电极电路)++动画：射极输出器IBIECCBEBBE(1)UUIRREB(1)IICECCEEUUIR折算RB+UCCRE直流通道5.2.1静态分析RBRERLuiuo交流通道5.2.2动态分析RB+UCCC1C2RERLuiuo++rbeiUbIRERLRBoUcIbIiI微变等效电路RBRERLuiuo交流通道eoLUIRLEL//RRRbL1IR（）beibeLUIrIRbbbeL(1)IrIRbLubbbeL(1)(1)IRAIrIRLbeL1(1)RrR（）1.电压放大倍数rbeiUbIRERLRBoUcIbIiI1.beL(1),rR所以u1A，但是，具有一定电流和功率放大作用2.输入输出电压同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器结论：LubeL1(1)RArR（）2.输入电阻ibRBIII输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小且取得的信号大iiBbeL//{(1)}rUIRrRRBiBIURibbeL(1)UIrR'rbeiUbIRERLRBoUcIbIiI3.输出电阻用加压求流法求输出电阻robIiIrbeRERBcIbISU